Mit Körperschall Rissen und Schäden an Rotorblättern auf die Spur kommen: Die Fraunhofer-Institute für Integrierte Schaltungen IIS und für Windenergiesysteme IWES haben eine Lösung entwickelt, mit der sich Risse und Brüche im Inneren der Blätter frühzeitig aus der Ferne erkennen lassen. Denn: Risse, Brüche oder Erosionen in Rotorblättern führen immer wieder zu Ausfällen in Windenergieanlagen.
Vor allem Offshore-Windparks sind gefährdet, da sie im Meer besonders starken Winden, Regen und Unwettern ausgesetzt sind. Inspektionen seien aber wegen der schweren Zugänglichkeit aufwändig und teuer, weshalb Rotorblätter teilweise bereits auf Verdacht ausgetauscht werden, heißt es in einer Presseinforation der Fraunhofer-Gesellschaft. Die Kosten könnten sich dabei je Blatt und Schadensfall auf deutlich mehr als 200 000 Euro belaufen.
Ziel: Höhere Verfügbarkeit, weniger Austausch aus Vorsicht
„Wir möchten Schäden in Rotorblättern mithilfe von Körperschallsensoren zuverlässig aus der Ferne überwachen – und so dazu beitragen, die Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit von Windenergieanlagen sicherzustellen“, beschreibt Björn Zeugmann, Gruppenleiter am Fraunhofer IIS im Bereich analoges integriertes Schaltungsdesign, das Ziel des Projekts. Inspektionen sind vor allem auf See wegen der schweren Zugänglichkeit aufwändig und teuer, weshalb Rotorblätter manchmal bereits auf Verdacht ausgetauscht werden. Die Kosten können sich dabei je Blatt und Schadensfall auf deutlich mehr als 200.000 Euro belaufen.
Regierung vergreift sich an Offshore-Auktionseinnahmen
Das Team hat dafür einen speziellen Chip entwickelt, der im Körperschallsensor zum Einsatz kommt. Die Sensoren, die von innen auf die einzelnen Rotorblätter geklebt werden, nehmen Schallwellen auf, die durch die Struktur der Blätter wandern. Der neu entwickelte Chip erfasst Signale, sogenannte Oberflächenwellen, die im Falle eines Schadens entstehen. Anschließend übermittelt er sie zum Beispiel via Mobilfunk.
Chip soll künfig auch Blitzschäden erkennen können
Die Besonderheit daran: Im Unterschied zu herkömmlichen Messverfahren wie Radar-Systemen oder Drohnen, die die gesamten Rohdaten aufnehmen und versenden, überträgt der neue Chip ausschließlich auffällige Informationen: „Wir nutzen ein akustisches System, das Schäden anhand ihrer Geräusche erkennt und so etwa einen in der Entstehung befindlichen Riss im Inneren des Blatts von einem Bruch unterscheiden kann“, erklärt Zeugmann. Diese akustische Lösung habe das Fraunhofer IWES in einem Vorprojekt entwickelt. So wird das Datenaufkommen deutlich reduziert und eine Übermittlung via Mobilfunk erst ermöglicht. „Unser Chip lauscht permanent – und kann mögliche Schäden somit noch im Rotorblatt im Idealfall klassifizieren und übermitteln.“
Ultraschnell und dreidimensional: Neues Wind-Radarsystem liefert erste Daten
In zwei vorherigen Projekten haben die beiden Institute bereits einen ersten Prototyp des Chips entwickelt. Im Nachfolgeprojekt wollen die Forschenden das Gesamtsystem ausbauen und künftig auch Blitzeinschläge – und deren mögliche Folgen – erkennen können. Das ist bisher nicht möglich, aber gerade für Windparks offshore besonders wichtig.
