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11.06.2021

Windenergie: Fraunhofer IWES nimmt neuen Teststand für Blattlager in Betrieb

Hamburg - Rotorblattlager in Windkraftanlagen sind hohen Belastungen ausgesetzt, die zu frühzeitigen Schäden führen können Das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES will mit einem neuen Lagerprüfstand dazu beitragen, die Lebensdauer von Rotorblattlagern zu verlängern.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit 2,15 Mio. Euro geförderten Forschungsprojekts iBAC (Intelligent Bearing Amplitude Control) sollen neue Lösungsansätze entwickelt werden, um Schäden an Rotorblattlagern zu vermeiden. Insgesamt 100 Rotorblattlager sollen im kleinen Maßstab getestet werden, Lösungen entwickelt und anschließend in die Praxis transformiert werden.

Rotorblattlager – hohe Belastungen können hohe Reparaturkosten auslösen
Die Rotorblattlager einer Windenergieanlage sind starken Belastungen ausgesetzt, denn um den optimalen Energieertrag zu erzielen, werden die Rotorblätter häufig verstellt (Pitch-Regelung). Dieser Betrieb ist für Wälzlager ungünstig, denn der oszillierende Betrieb führt zu ungünstigen Schmierbedingungen zwischen Wälzkörper und Lagerlaufbahn. Die Folgen können Schäden und Versagen der Blattlager sein und damit einhergehende Ertragsausfälle sowie Reparaturkosten für die Betreiber nach sich ziehen. Dieses Problem soll im Rahmen des vom BMWi geförderten IBAC-Projekts systematisch untersucht und Lösungen entwickelt werden.

Intelligentes Überwachungssystem soll optimalen Schutz für Blattlager gewährleisten
Ziel des dreijährigen Projekts iBAC ist es, ein intelligentes Condition Monitoring System (CMS) zu entwickeln und mit einem Zuverlässigkeitsregler so zu kombinieren, dass der optimale Schutz für Blattlager gewährleistet wird und gleichzeitig der zu erwartenden Energieertrag und die Lebensdauer auch erreicht werden. Mit Hilfe der Testergebnisse soll eine Datenbasis aufgebaut werden, mit deren Hilfe Methoden zur schonenden Pitchregelung und ein durch künstliche Intelligenz (KI) gestütztes Zustandsüberwachungssystem für Blattlager entwickelt werden können. Damit kann nicht zur eine optimale Energieausbeute erzielt, sondern auch die Systemlebensdauer erhöht und die Betriebsführung optimiert werden.

„Wir kombinieren unsere Versuche an den skalierten Wälzlagern mit Simulationen der gesamten Windenergieanlage und wollen somit einen optimalen Kompromiss zwischen Lagerschädigung, Ertrag und der Belastung der Windenergieanlage finden. Die aus unseren Tests gewonnenen Datenmengen nutzen wir zur Charakterisierung des Verschleißverhaltens oszillierend betriebener Blattlager und lernen gleichzeitig damit das KI gestützte Blattlagerüberwachungssystem an«, sagt Arne Bartschat, Gruppenleiter Großlager am Fraunhofer IWES und Projektleiter.

Übertragung der Ergebnisse in die Praxis mit Projektpartnern
Ein besonderer Schwerpunkt im Projekt iBAC liegt anschließend darin, die Ergebnisse und Erkenntnisse aus den Tests mit kleinmaßstäblichen Blattlagern und die entwickelten Methoden in große Windenergieanlagen zu übertragen und dadurch einen Mehrwert für den Betrieb und die Zuverlässigkeit zu erzielen. Dies wird unter anderem durch die enge Kooperation mit den Projektpartnern aus der Industrie erreicht. Projektpartnern sind der Windkraftanlagen-Hersteller Enercon, der Softwareentwickler Dataletics und der Hersteller von Großwälzlagern IMO. Die Auslegung der maßstäblich verkleinerten Blattlager, die in enger Anlehnung an Lagerdesigns aus der Praxis realisiert wurden, sind erst durch die Einbindung von IMO als Projektpartner möglich geworden.

IWES erweitert Prüfinfrastruktur – insgesamt sechs Lagerprüfstände
Das Fraunhofer IWES erweitert mit dem BEAT1.1 seine Prüfinfrastruktur und schafft damit eine skalierte Testmöglichkeit für Blattlager mit weniger als 1 m Durchmesser. Der bereits existierende Prüfstand BEAT6.1, auf dem Lager mit bis zu 6,5 m Durchmesser getestet werden, kann somit um zeitgleiche Prüfungen in der kleineren Testumgebung ergänzt werden.

In Hamburg zählt das IWES-Institut mittlerweile insgesamt sechs Lagerprüfstände für Größen von 0,18 bis 6,5 m. Das Design des BEAT1.1 ist vergleichbar mit dem des BEAT6.1 und ermöglicht durch sein Hexapoddesign das Erzeugen von statischen und dynamischen Lasten in sechs Freiheitsgraden. Somit können realitätsnahe und windenergieanlagenspezifische Belastungssituationen für jeweils zwei zeitgleich getestete Lager erzeugt werden. Kurze Rüstzeiten und die Verwendung von skalierten Blattlagern ermöglichen dem Fraunhofer IWES zukünftig in kurzer Zeit eine hohe Anzahl von Lagern unter Berücksichtigung realitätsnaher Belastungssituationen zu testen und somit im Projekt iBAC eine wertvolle Datenbasis zum grundlegenden Verschleißverhalten, zur Entwicklung von Reglern und CMS zu erzeugen.

Quelle: IWR Online
© IWR, 2021


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