10.03.16 — read English version

Dauermonitoring von Windrotoren

Photo: IVC

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Rotorblatt mit integrierten Sensoren in Prüfvorrichtung Photo: TITK

Rotorblatt mit integrierten Sensoren in Prüfvorrichtung Photo: TITK

 
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Zwei erfolgreich abgeschlossene Förderprojekte in Dresden und Rudolstadt machen den Weg frei für den Einsatz textiler Sensorik in Windkraftrotoren. Nach Bekleidung, Medizintechnik, Architektur und Automotive erobern sich damit die Intelligenten Textilien (Smart Textiles) auch den Energiesektor.

Rotorblätter bestehen in der Regel aus glasfaserverstärktem und bei starken Belastungen und besonders großen Längen (75 Meter im Offshore-Bereich) aus kohlefaserverstärktem Kunststoff. Eine wegweisende Technikanwendung für den Energiesektor präsentiert das Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik ITM der TU Dresden in Form einer sensorischen Permanent-Überwachung der Rotoren von Windkraftanlagen. Für das Dauer-Monitoring der schwer zugänglichen Faserverbundblätter nutzten die sächsischen Forscher den sogenannten piezoresistiven Effekt von Carbonfilamenten: Das Material, das bislang vor allem zur Verstärkung dient, ändert seinen elektrischen Widerstand bei auftretenden Belastungen wie Zug, Biegung oder Torsion.

Funktionsbedrohende Verformungen oder gar Risse im Material infolge von Materialermüdung oder -verschleiß lassen sich mittels integrierter Sensoren sicher registrieren und lokalisieren. Zugleich wurde im Projekt eine Technologie zur automatisierten, flächigen Integration solcher textilen Dehnungssensoren und Sensornetzwerke in, zum Aufbau von Rotorblättern in Faserkunststoffverbund-Bauweise standardmäßig eingesetzten, Multiaxialgelegen entwickelt. Hierzu implementierten die Wissenschaftler ein speziell entwickeltes Modul zur Veränderung des Kettfadenverlaufs in eine handelsübliche Malimo-Kettenwirkmaschine.

„Die Anlage fügt zweidimensionale Carbon-Sensorstrukturen selbsttätig in nahezu beliebigen Ablagewinkeln in die multiaxial verstärkte Gelegestruktur ein“, erläutert Dr. Andreas Nocke, Forschungsgruppenleiter Mess- und Sensortechnik am ITM. Das erlaube erstmalig die Serienproduktion von funktionsintegrierten textilen Verstärkungshalbzeugen für Leichtbaukomponenten mit kontinuierlicher Strukturüberwachung über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg und führe zu reduzierten Betriebs- und Bauteilprüfkosten, zur frühzeitigen Erkennung von Defekten, aber auch zu einer optimierten Bauteilgestaltung. Neben einem Rotorblatt-Demonstrator ging aus dem Projekt zugleich ein Produktmuster für textilbewehrte Membranbauten mit integrierten Sensornetzwerken hervor.

Piezosensoren des Thüringischen Instituts für Textil- und Kunststoff-Forschung TITK in Rudolstadt generieren als Energiewandler den für die Sensorik benötigten Strom gleich mit.