Luftfahrtgeprüfte Sicherheit für Windräder

Bis zu 190 Millionen Mal dreht sich der Rotor einer Windenergieanlage während seiner rund 20-jährigen Lebenszeit. Dabei muss es Stürmen oder Orkanböen trotzen. Die Kräfte wirken am stärksten auf die bis zu 90 Meter langen Rotorblätter ein. Eine Beschädigung oder gar der Bruch eines Blattes würden die Windenergieanlage funktionsunfähig machen und mitunter eine ernsthafte Gefahr darstellen. In umfangreichen Tests wird daher vor Inbetriebnahme geprüft, ob die Rotorblätter den Belastungen über Jahrzehnte hinweg standhalten.

In sogenannten Dauerschwingversuchen simulieren die Hersteller die Belastungen und legen die Ergebnisse den Zulassungsstellen zur Zertifizierung vor. Bei den Tests befestigen sie das Rotorblatt an einem mehrere hundert Tonnen schweren Betonblock und biegen das freie Ende in verschiedene Richtungen – als würde man ein Lineal zwischen Daumen und Zeigefinger halten und es kräftig verbiegen. Und das bis zu fünf Millionen Mal. So wird quasi im Zeitraffer nachgebildet, welchen Belastungen das Blatt im Laufe seiner Nutzungsdauer standhalten muss.

Das Nadelöhr vergrößern

Entsprechend lange dauern die bislang üblichen Tests. Sie beanspruchen zwischen sechs und neun Monate und stellen aktuell das Nadelöhr bei Entwicklung und Zulassung neuer Windräder dar. Dabei ist der Zeitdruck hoch: Windkraft ist ein wesentlicher Baustein der Energiewende. Dafür sollen in den kommenden Jahren neue Anlagen entstehen und alte gegen neue, leistungsstärkere ersetzt werden.

Hier kommt die IABG aus Ottobrunn ins Spiel: Das Unternehmen hat ein System entwickelt, das die Testzeit nahezu halbiert, ohne dass Genauigkeit oder Realitätstreue darunter leiden. Bislang war die Dauer der Tests durch die sehr niedrige Eigenfrequenz eines Rotorblattes begrenzt. Das neue Verfahren erhöht diese Eigenfrequenz des Testsystems und simuliert die Belastungen gleichzeitig so genau, dass das Ergebnis nicht verfälscht wird. Das Verfahren eignet sich für alle heute üblichen Rotorblätter hinsichtlich Größe und Beschaffenheit und ist bereits für die Prüfung zugelassen.

Paradebeispiel für Spill-over

Die IABG nutzt dabei ihre jahrzehntelange Erfahrung aus Belastungstests für Flugzeuge. Seit mehr als 50 Jahren prüft das Unternehmen unter anderem alle neuen Airbus-Modelle. Die Anforderungen sind ähnlich: Bevor ein neues Flugzeugmodell in Betrieb gehen darf, muss nachgewiesen sein, dass seine Struktur die Belastungen in allen Einsatzszenarien aushält. Auch in diesen Versuchen werden die einwirkenden Betriebslasten simuliert und im Zeitraffer nachgebildet.

Der Know-how-Transfer geht bis ins Detail: So nutzt die IABG bei den Rotorblatttests Klebebefestigungen, die ursprünglich für die Prüfung von Fliegern entwickelt wurden. Mit diesen sogenannten Pads wird das Rotorblatt am Anregungssystem befestigt, das dann die Belastungen herstellt. Und übrigens: Auch bei Flugzeugtests konnte die IABG die Prüfdauer in den letzten Jahren deutlich verkürzen.

Das Beispiel zeigt: Innovationen aus der Luftfahrt ermöglichen wegweisende Technologien in völlig anderen Branchen.