Fraunhofer IWES erweitert Prüfangebot für Rotorblattmaterialien

Prüfangebot für Rotorblattmaterialien erweitert / Pressebild: Fraunhofer IWES
Prüfangebot für Rotorblattmaterialien erweitert / Pressebild: Fraunhofer IWES

Das Material macht das Rotorblatt

(WK-intern) – Um den extremen Betriebsbeanspruchungen eines Rotorblattlebens standzuhalten, müssen alle verarbeiteten Materialien ein Spitzenniveau haben.

Dazu kommt die Anforderung: möglichst geringe Strukturkosten. Eine profunde Kenntnis der Materialeigenschaften hilft Blattherstellern, die richtigen Materialien dafür auszuwählen und die Probengeometrie zu optimieren. Das Fraunhofer IWES hat seine Infrastruktur zur Materialqualifikation und Prüfung der Langlebigkeit von Faserverbundmaterialien jetzt um vier Maschinen werweitert – darunter auch zwei Meganewtonmaschinen.

In ihrem Griff gibt sogar das stärkste Material irgendwann nach: die neue 2,5 MN-Prüfmaschine und ihre kleine 1 MN-Kollegin beanspruchen bis zu 3 Meter lange Proben mechanisch mittels eines Hydraulikzylinders in statischen und zyklischen Prüfungen. Sie sind mit besonders steifen und präzisen Spannzeugen ausgestattet und eignen sich sowohl für Faserverbundproben und dicke Laminate als auch für Stahlproben. Das weckt Interesse bei der Industrie:

„Meganewtonmaschinen sind sehr gut geeignet, um Stellvertreterversuche für hochbelastete Strukturen  – wie Rotorblattanschlüsse – durchführen zu können. Daran lassen sich Berechnungsmodelle für die Realität validieren“,

urteilt Dr. Alexander Krimmer, Abteilungsleiter Materialien, EUROS Entwicklungsgesellschaft für Windkraftanlagen mbH, bei einem Technikumsrundgang im Rahmen des gestern durchgeführten 2. IWES Materialtages.

Die Meganewton-Maschinen zur Materialprüfung bringen max. 2.500 kN statisch und 2.000 kN Kraft dynamisch auf den Prüfling auf. Horizontal schließende Hydraulik-Spannbacken, T-Nuten-Tisch sowie ein Hallenkran ermöglichen ein flexibles und schnelles Handling der Prüflinge.

„Damit ist das IWES auf dem richtigen Weg mit der Zielsetzung, zukünftig zumindest teilweise Ganzblatttests durch Komponentenprüfungen zu ersetzten – quasi nicht mehr die gesamte Kuh in den Stall holen zu müssen“, so Klaus Schultes, Leiter Forschung und Entwicklung bei der Bard Engineering GmbH, ebenfalls Besucher des Materialtages.

Um die Proben für Offshore-Anwendungen zu qualifizieren werden sie vor dem Einspannen in die Maschine in Meerwasser vorbehandelt. Der nächste Ausbauschritt ist die Kopplung der 1 MN-Maschine mit einer Klimakammer, die die Materialproben dann unter reproduzierbaren Bedingungen gleichzeitig mechanisch und klimatisch beanspruchen kann.

Materialprüfungen werden heute meist uniaxial, d.h. in eine Richtung durchgeführt. Gleichzeitig sind die Beanspruchung in Faserverbundstrukturen meist mehraxial und die Werkstoffe stark anisotrop. Für die Modellbildung und Validierung ist es erforderlich, auch biaxiale Versuche durchzuführen  – das wird dank einer neuen 100 kN-Maschine für Rundproben möglich. In axialer Richtung kann eine Kraft von 100 kN Zug oder Druck aufgebracht werden, zusätzlich 2000 Nm Torsion bei einem Winkel von +/- 45°. Die vierte Maschine bedient mit 25kN Messungen im niederen Kraftbereich.

Eine kontinuierliche Beschäftigung mit der Verbesserung von Prüfverfahren und -methoden setzt beim IWES in der Probenfertigung und bei den Prüfabläufen an. Sie beinhaltet auch die Entwicklung von neuen Testauf-bauten. Dafür werden experimentelle Ansätze mit numerischen und analytischen Methoden kombiniert. Anhand von Modellen ist eine fundierte Einschätzung der wirtschaftlichen Auswirkungen neuer Materialien oder Verfahren auf den Herstellprozess – und damit ein umfassendes Benchmarking neuer Produkte – möglich.

PM: Fraunhofer IWES

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