9. September 2020

Rotorblätter von innen prüfen

Ab sofort können Schäden auf der Innenseite von Rotorblättern leichter und umfangreicher entdeckt werden. Ein neuer Thermografie-Roboter macht dies möglich.

Forscherinnen und Forscher haben innerhalb des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekts „ThoR“ einen Thermografie-Roboter entwickelt, der oberflächennahe Produktionsfehler im Innern von Rotorblättern aufspüren kann. Dies erhöht die Sicherheit und Wirtschaftlichkeit von Windenergieanlagen, denn Materialfehler wie Fehlverklebungen und Risse können schwere Folgen haben – bis hin zum Ausfall der gesamten Anlage. Deshalb müssen die Rotorblätter sorgfältig von innen und außen geprüft werden. „Eine Prüfung von innen war bisher nur eingeschränkt möglich, da nicht alle Blattbereiche zugänglich und nicht alle Fehler optisch sichtbar sind“, sagt Jochen Aderhold, Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI.

Thermografie-Roboter entdeckt Schadstellen

Rotorblätter von Windenergieanlagen sind komplexe Bauteile. Die Rotordurchmesser wachsen stetig und die Geometrie der Blätter wird zunehmend komplizierter. So soll die Aerodynamik verbessert und eine geringere Schallabstrahlung erreicht werden. Die Hersteller verwenden verschiedene Materialien, unter anderem glas- und kohlefaserverstärkte Kunststoffe mit Polyester- oder Epoxidharzen als Basis sowie Balsaholz, geschäumte Kunststoffe und Metall. Durch diesen Materialmix mit schlecht wärmeleitenden Elementen können Fehler an der Innenseite der Rotorblätter mit den bisher üblichen Wärmefluss-Prüfungen vielfach nicht erkannt werden. Mit dem neu entwickelten Thermografie-Roboter ist dies nun erstmals möglich. Er wird in den inneren Hohlraum des Rotorblatts eingesetzt und fährt das Blatt dann ferngesteuert der Länge nach ab. 

Den Wärmefluss untersuchen

An der Außenseite von Rotorblättern werden Wärmethermografie-Verfahren bereits heute erfolgreich eingesetzt. Für den Roboter haben Forscherinnen und Forscher rund um das Fraunhofer WKI dieses Wissen für die Innenseite von Rotorblättern weiterentwickelt. Gemeinsam mit mehreren Industrie- und Forschungspartnern hat das Team den fahrbaren Thermografie-Roboter entworfen. Während er das Blatt von innen abfährt, erwärmt er das Rotorblatt mithilfe eines Infrarot-Heizstrahlers. Denn Schadstellen wie Risse, Verklebungsfehler oder Lufteinschlüsse haben eine abweichende Wärmeleitfähigkeit und verändern dadurch den Wärmefluss und damit die Temperaturverteilung an der Oberfläche. Die im Roboter verbaute Thermografie-Kamera zeichnet diese Veränderungen auf und wandelt sie in Bilder um. Außerdem schießt der Roboter mit einer Kamera hochauflösende optische Fotos und vermisst die Innengeometrie des Rotorblattes. Oberflächlich sichtbare Materialfehler können so besser beurteilt werden.

Da der Roboter sowohl bei auf dem Boden liegenden als auch bei bereits montierten Rotorblättern arbeitet, kann dieses innovative Verfahren einen wichtigen Beitrag zur Qualitätskontrolle leisten - sowohl im Produktionsprozess als auch bei der regelmäßigen Inspektion montierter Blätter.

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