In dem Projekt EvalTherm soll das Verfahren der passiven Thermografie praxisreif gemacht werden, um Schäden an Rotorblättern frühzeitig erkennen zu können. (Quelle: Scandat GmbH/BAM)
Besonders die Rotorblätter von Windenergieanlagen sind der Witterung, Blitzeinschlägen und auf hoher See dem Salzwasser des Meeres ausgesetzt. Innere Schäden wie beginnende Risse, Delaminationen des Kunststoffs oder sich lösende Verklebungen sind selbst aus nächster Nähe oft nicht zu erkennen. Zudem sind solche Inspektionen aufwendig und teuer. Zugleich sind sie aber unverzichtbar, um Schäden rechtzeitig zu erkennen und größere Reparaturen oder Totalausfälle zu vermeiden.
Um in Zukunft eine günstige, praktikable und zugleich sichere Methode für Wartungen zu ermöglichen, hat die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) das Verfahren der passiven Thermografie adaptiert. »Es basiert auf der Messung der Oberflächentemperaturen der Bauteile und nutzt zugleich die Sonneneinstrahlung und den natürlichen Temperaturverlauf über den Tag«, erklärt Rainer Krankenhagen, Experte für thermografische Verfahren an der BAM. »Mit einer Infrarotkamera werden dabei vom Boden oder aus der Luft die besonders beanspruchten Rotorblätter einer Windenergieanlage erfasst. Aus den räumlichen und zeitlichen Temperaturverläufen innerhalb des Bauteils können wir Informationen über verborgende Schäden oder strukturmechanische Eigenschaften ableiten.«
Dabei ist es entscheidend, zum Zeitpunkt maximaler Temperaturkontraste zu messen, um den an sich sehr schwachen Effekt zu detektieren: zum Beispiel am sonnigen Morgen nach einer frostigen Nacht oder am Abend eines warmen Sommertages. Dabei ist es eine Herausforderung, den Einfluss äußerer Parameter wie wechselnde Sonneneinstrahlung, natürliche Temperaturschwankungen durch Tageszeit oder Wind zu verstehen. Simulationen können hier helfen.
»Wir wollen bei unseren numerischen Simulationen aktuelle Wetterdaten und Wettervorhersagen einbeziehen, um die Messungen noch aussagefähiger zu machen«, so Krankenhagen.
Gleichzeitig verwenden die Wissenschaftler das bereits von der BAM patentierte Verfahren der Differenzmessung: Die Temperaturverteilung wird dazu zeitgleich an allen drei sich drehenden Rotorblättern einer Windenergieanlage gemessen und anschließend miteinander verglichen. Differenzen in den Messungen weisen auf mögliche Schäden hin und ermöglichen ein rechtzeitiges Eingreifen.
In dem Projekt EvalTherm soll das Verfahren der passiven Thermografie jetzt praxisreif gemacht werden. Dazu kooperieren in dem Verbundvorhaben unter der Leitung der BAM das Fraunhofer-Institut für Holzforschung, das eine langjährige Expertise bei der Rotorblattinspektion besitzt, die InfraTec GmbH, die eine spezielle drohnentaugliche Infrarotkamera entwickeln wird, sowie die ClockworkX GmbH, die auf die Verknüpfung von Anlagendaten mit Mess- und Wetterdaten spezialisiert ist. Die BAM ist neben der Koordinierung des Gesamtprojekts für die Datenauswertung, die Testmessungen und die Simulationen zuständig.