Robotergestützte Shearografie zur Fehlerfrüherkennung bei Rotorblättern von Windturbinen
Jährlich werden etwa 3 800 Ausfälle von Windkraftanlagen verzeichnet, oft verursacht durch mangelhafte Wartung, was sogar zu Verletzungen und Todesfällen führen kann. Schäden und Mängel sind nur durch eingehende Inspektionen der Rotorblätter vermeidbar. Hierfür müssen die Rotorblätter jedoch entweder zerlegt und in die Werkstatt transportiert oder durch geschulte Prüfer mit Seilen, Seilzügen und Gurten direkt vor Ort geprüft werden, was jeweils erhebliche Produktionsausfälle verursacht. Unterstützt durch Maßnahmen zur Förderung von Innovation in Europa entwickelte das Projekt WInspector eine robotergestützte Plattform, die auf die Türme der Windturbinen klettert und dort mit einem https://www.researchgate.net/publication/231010164_Shearography_Technology_and_Applications_A_Review (Shearografie) -Prüfsystem die Rotorblätter auf nicht sichtbare Materialschäden untersucht. Genaue Prüfung der strukturellen Integrität Die Hauptprobleme bei herkömmlichen Prüfverfahren für Rotorblätter bestehen einerseits darin, dass mindestens eine Person die Arbeiten mit einem Seil in großer Höhe durchführen muss, was sehr riskant ist. Zum anderen ist das Verfahren ineffizient, da eine Sichtprüfung nur oberflächliche Mängel feststellen kann. Zwar gibt es Lösungen mit speziell entwickelten Plattformen, die den Zugang zum Rotorblatt vereinfachen. Für hochwertige zerstörungsfreie Prüftechniken sind sie jedoch entweder nicht wendig genug oder können nicht nah genug herankommen, sodass nur visuelle Inspektionen möglich sind. Der Inspektionsroboter von WInspector klettert direkt zum Rotorblatt hinauf und bringt dort eine hochtechnische Inspektionseinheit an, was vom Bediener am Boden ferngesteuert wird und nicht nur sicherer, sondern auch effizienter ist. „Am schwierigsten dabei war, dass das Shearografiesystem für die Inspektion fest genug auf dem Rotorblatt sitzt. Erst nach mehreren Entwurfs- und Testrunden fanden wir eine praktikable Lösung“, sagt Projektkoordinator Jan Seton. Das verwendete Shearografie-Verfahren kann Defekte unter der Oberfläche (Risse, Delaminierungen bzw. Ablösung der Schichten und Aufprallschäden) feststellen, indem die Verformung (des Streifenmusters) am Blatt bei Belastung (entweder mechanisch oder thermisch mittels Heißluftpistole) analysiert wird. Bei fehlerfreiem Material ist die Verformung normalerweise einheitlich bzw. gleichmäßig, was sich am gleichförmigen Streifenmuster erkennen lässt. Bei einem Defekt unter der Oberfläche konzentriert sich die Verformung an der Stelle des Defekts, und das Streifenmuster wird unregelmäßig. Das Shearografie-Verfahren zeichnet sich vor allem durch die relativ große Fläche aus, die pro Inspektion geprüft werden kann. Auch werden nur solche Defekte erkannt, die die strukturelle Integrität beeinträchtigen, sodass Fehlmeldungen durch oberflächliche Kratzer usw. vermieden werden. Mehr Sicherheit und Effizienz WInspector bringt die EU nicht nur ihren Zielen beim Ausbau erneuerbarer Energien und Klimaschutz näher, sondern stärkt auch das Geschäftspotenzial des Windenergiesektors, indem verspätete Reparaturen und Produktionsausfälle vermieden und dadurch anfallende Gesamtkosten von Windparks gesenkt werden. Zu Jahresbeginn führte das Team zwei Feldversuche im Windpark CRES (Center for Renewable Energy Sources) in Lavrion, Griechenland, durch. Dabei wurden shearographische Streifenmuster erzeugt und Laser-Speckle-Bilder ausgewertet, die mit dem Shearbild-Interferometer der Digitalkamera aufgenommen wurden. „In unseren erfolgreichen Feldversuchen konnten wir bei der Inspektion einer Windkraftanlage vor Ort erstmals weltweit Shearographie-Streifenmuster generieren – unser System und unsere Strategie funktionieren also“, so Seton. Derzeit optimiert die Forschergruppe ihre Technologie, wobei eine schnellere Inspektionsgeschwindigkeit und Verbesserungen der Bildverarbeitungsalgorithmen im Vordergrund stehen. Innerhalb von drei bis fünf Jahren dürfte das System dann im Handel sein.
Schlüsselbegriffe
WInspector, erneuerbare Energien, Wind, Turbine, Rotorblatt, Inspektion, Roboter, Shearografie, Streifenmuster, zerstörungsfreie Prüfung, Algorithmen
