Prüfstand für Windkraft-Rotorblätter
Um die Lebensdauer der 3-Megawatt-Windenergieanlage Aeolus II abzusichern, musste die Ermüdungsfestigkeit ihrer Faserverbund-Rotorblätter zweifelsfrei nachgewiesen werden. Da Standard-Prüfmaschinen an ihre Grenzen stießen, entwickelte JSTec einen maßgeschneiderten Versuchsstand für hochkomplexe statische und dynamische 4-Punkt-Biegeprüfungen.
Ermüdungsfestigkeit für die Megawatt-Klasse
Forschung und Entwicklung sind in der Windenergie die unabdingbare Voraussetzung für den technologischen Fortschritt. Ein zentrales Problemfeld ist dabei die mechanische Energiewandlung und die Beherrschung der enormen dynamischen Belastungen durch lokale Windturbulenzen. Für die Anlage Aeolus II — eine Gemeinschaftsentwicklung von MBB und Kvaerner Turbin AB und zur Bauzeit einer der größten Windenergiekonverter der Welt — stand die Entwicklung leichter und hochfester Rotorblätter im Fokus.
Die Konstruktion nutzte eine fortschrittliche Sandwich-Bauweise aus GFK-Gurten und PVC-Schaum. Um die kritische Knitterdehnung dieses Verbundes unter realistischen, schwellenden Belastungen zu qualifizieren, bedurfte es eines speziellen 4-Punkt-Biegeversuchs. Marktverfügbare Standardprüfmaschinen erfüllten jedoch weder das geforderte Lastniveau noch die extrem hohen Anforderungen an die Lastspielzahl bei vertretbarem Budget.
Die Lösung war eine komplette Eigenentwicklung: ein maßgeschneiderter Prüfstand, der Mechanik, Hochdruck-Hydraulik und Steuerungselektronik in einem modularen System vereint. Das steife Rahmengestell wurde eigens für die immense Dauerschwingbeanspruchung ausgelegt. Ein statisches Krafterzeugungssystem sorgt für die exakte Einstellung der Mittellast, während ein dynamisches Hydraulikaggregat präzise das geforderte Schwingungsprofil einsteuert.
Dauerfestigkeit beweisen, nicht nur berechnen
Das Ziel der Entwicklung war es, den empirischen Nachweis zu führen, dass die Faserverbund-Rotorblätter den enormen Kräften des Windes über Jahre hinweg standhalten. Ein bloßer rechnerischer Ansatz reicht in dieser Größenordnung nicht aus.
Durch den eigens konstruierten Prüfstand wurde es möglich, verlässliche Wöhlerkurven für das Material zu ermitteln. Die Anlage war in der Lage, die Proben über hunderte Millionen Schwingungszyklen ununterbrochen und hochpräzise zu belasten.
Systemdetails & Konstruktion
Was der Prüfstand lieferte, war weit mehr als ein Messwert: Er war das Fundament für den sicheren Betriebsnachweis der gesamten Windenergieanlage. Rahmengestell, Hochdruck-Hydraulik und Steuerung wurden als modulares System entworfen — belastbar über hunderte Millionen Lastspiele und exakt auf ein Lastniveau ausgelegt, das kein Gerät von der Stange erreichte.