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Auf Biegen und Brechen: Der Windradschütteltest

28.09.2015, von , in Karte anzeigen

 

Hier werden Teile von Windkrafträdern auf Biegen und Brechen getestet (Foto: NDR)

Hier werden Teile von Windkrafträdern auf Biegen und Brechen getestet

Windenergieanlagen sind extremen Kräften ausgesetzt, besonders wenn sie offshore im Meer installiert sind: Sturmböen, extreme Wetterlagen und starker Wellengang rütteln und schütteln, ziehen und zerren an Türmen, Masten, Rotoren und Fundamten. Damit neu entwickelte Bauteile dennoch viele Jahre halten, werden sie im gerade erst eröffneten Testzentrum für Tragstrukturen in Hannover auf Biegen und Brechen getestet – noch bevor Hersteller von Windkraftanlagen sie in Betrieb nehmen. Denn Windkraftanlagen sollen in Zukunft so standfest und damit so wartungsarm wie möglich sein, um Kosten zu reduzieren. Das Zentrum mit verschiedenen Versuchsanlagen für haushohe Bauteile von Windrädern ist das größte in Europa. Dort forschen Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und der Leibniz Universität Hannover gemeinsam. Carmen Woisczyk war dort und hat sich einen „Windradschütteltest“ angeschaut.

Windkrafträder müssen großen Belastungen standhalten - auch im Materialbelastungstest (Foto: NDR)

Windkrafträder müssen großen Belastungen standhalten – auch im Materialbelastungstest

Stresstest für Stahlkonstruktionen

Es wird gerüttelt und geschüttelt was das Zeug hält: Die Forscher prüfen ein Bauteil aus zusammengeschweißten Metallrohren: so groß wie ein Auto im so genannten Schwingversuch. Es ist ein sogenannter Hohlprofilknoten aus Stahlrohren, ein Verbindungsteil im Grundgerüst, das bei Offshore-Windenergieanlagen unterhalb der Wasseroberfläche liegt. An einem Rohr drückt und zieht von oben ein 3 Meter langer Hydraulikarm mit einer Kraft von 9 Tonnen. Das ist vergleichbar mit der Kraft von 8 Kleinwagen. So stellen die Forscher eine Belastung auf den Hohlprofilknoten im Traggerüst durch Wellen und den Betrieb der Rotorblätter nach. Sie wollen herausfinden, wie lange das Bauteil dieser Belastung standhält. So prüfen sie unter Laborbedingungen die Materialermüdung im Zeitraffer. Das ist wichtig, denn Windanlagen müssen in der Realität mindestens 20 Jahre lang halten.

An den Dehnungsmessstreifen lässt sich genau messen, wie stark das Material in Mitleidenschaft gezogen wurde (Foto: NDR)

An den Dehnungsmessstreifen lässt sich genau messen, wie stark das Material in Mitleidenschaft gezogen wurde

Ziehen und Drücken per Hydraulik
An einer Stelle vermuten die Forscher die größte Belastung. Direkt dort sind mehrere silberne Streifen aufgeklebt. Insgesamt sind 90 so genannte Dehnungsmessstreifen auf dem Bauteil verteilt. Damit kann man bereits sehr kleine Verformungen des Metallbauteils messen. Die Daten werden während des Versuchs aufgezeichnet und können auf einem Computerbildschirm abgelesen werden. Das erste Ergebnis nachdem der Hydraulikarm 100 Mal am „Bein“ gezogen und gedrückt hat: Besonders an den so genannten Kronenpunkten, den höchstgelegensten Punkten der Verschneidung, ist die Beanspruchung am größten.
Allerdings ist der Test noch lange nicht beendet. Die Forscher rütteln und schütteln, drücken und ziehen solange, bis das Bauteil reißt oder bricht.

Das Testzentrum für Bauteile von Windrädern ist das größte in Europa (Foto: NDR)

Das Testzentrum für Bauteile von Windrädern ist das größte in Europa

Gute Tests sparen Kosten
Sie vermuten, dass sie rund 500.000 Mal mit enormer Kraft drücken und ziehen müssen, bis ein Riss am Metallrohr entsteht. Schließlich wollen Hersteller von Bauteilen wissen, wie lange sie halten, bevor sie in der Realität eingesetzt werden. Denn je länger sie halten, das heißt, je standfester und damit wartungsärmer die Bauteile von Windkraftanlagen sind, desto weniger Kosten entstehen.
Und desto billiger wird auch der Strom für den Verbraucher!

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