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Bauteil- Detailuntersuchungen

Mit den Belastungsmessungen nach IEC 61400-13 lassen sich nicht alle in einer Windenergieanlage auftretenden Bauteilbelastungen erfassen. Die üblicherweise erfassten "globalen" Schnittlasten können mit den Regeln der Statik nicht sinnvoll an alle Stellen in der Windenergieanlage übertragen werden. In schwingungsfähigen Maschinen kann es in einzelnen Bereichen zu lokalen Resonanzen kommen, deren Lasten das betreffende Bauteil extrem belasten, jedoch in den Sensoren der "globalen" Lastmessung nicht ansatzweise erkannt werden.
Einige Beispiele seien angeführt.

Rotorblattschwingungen:

Die globalen Lasten des Rotorblattes werden an der Blattwurzel gemessen. Dort ist der Blattkörper dick und die Dämpfung des gesamten Rotorblattes so groß, dass unter Umständen nicht erkannt werden kann, dass die Blattspitze ein Eigenleben führt und mit hoher Frequenz und großer Amplitude schwingt. Die Sensoren in der Blattwurzel sind mehr als 30m entfernt von der Blattspitze und auf eine vielfache Last eingestellt.
Die Spannungsamplituden in der Blattspitze erreichen Größenordnungen, die ähnliche Spannungen ergeben wie in der Blattwurzel. Die Lastwechselzahl ist jedoch deutlich höher.
Im Blattspitzenbereich von Windenergieanlagen zu messen, ist eine Herausforderung an die Messtechnik.

Getriebebelastungen:

Bei der besseren Aerodynamik wegen drehzahlvariablen Windenergieanlagen durchfährt der Triebstrang unter Umständen Eigenfrequenzen von Getriebebaugruppen, was zu Lastüberhöhungen führen kann, aber nicht muss.
Z.B wurde in Vorträgen auf schädliche Einflüsse von Resonanzschwingungen im Bereich von 100Hz ..150Hz hingewiesen.
Das beschriebene Phänomen haben wir nachgemessen, jedoch nichts gefunden. Wer hat nun recht? War es ein Rechenfehler? Wahrscheinlich nicht. War es ein Messfehler? Wahrscheinlich nicht. Das Rechenmodell war vielleicht nicht umfangreich genug.
Andere Ursachen für Getriebeschäden konnten wir mit Messungen zweifelsfrei aufzeigen.

Turmschwingungen, Turmflanschspannungen, Turmschraubenbelastungen:

In einer Veröffentlichung, die auf einer FE - Rechnung basierte, wurde vor vielen Jahren darauf hingewiesen, dass sich im Bereich des oberen Turmflansches, abhängig von der Bauart des Azimutlagers, hohe lokale Spannungen ergeben können. Wie hoch die Spannungen wirklich waren, konnte erst nach einer Messung einigermaßen sicher gesagt werden.
Die Ursache, warum eine Gondel beinahe vom Turm gestürzt wäre, lässt sich messtechnisch leicht und schnell finden. Eine erneute Prüfung der Rechnung hätte nicht mehr viel gebracht. Es hatten ja schon ein Statiker gerechnet und zwei geprüft. Der vorgeschriebene Rechenweg war einfach nicht ausreichend gewesen. Zugegeben, eine auf halb acht hängende Gondel setzt auch bei dem Statiker noch einmal Phantasie frei.
Die Flansche von Türmen hatten in der Vergangenheit schon teilweise erstaunliche Dimensionen - gemeint ist viel zu massiv für das dünnwandige Turmrohr. Nur detaillierte FE- Rechnungen und wiederholte Messungen konnten hier Abhilfe schaffen, so dass ein Turmflansch heute einigermaßen so aussieht wie es die Vorstellung aus dem Studium lehrt.

Bewegungen der Turmfundamenteinbausektion im Betonkörper des Fundamentes:

Bei Fundamenten mit schlaffer Bewehrung im Fundamentkörper kommt es an einigen Ausführungen zu Rissen und Abplatzungen im Betonkörper innen und außen nahe der Fundamenteinbausektion. Um die aktuelle Schädigung zu erfassen und deren weitere Entwicklung zu beobachten und zu dokumentieren, bieten wir neutrale Einzelmessungen an, die die Bewegung des Einbauteiles im Betonkörper aufzeigen. Die Messungen werden an Tagen mit geeignetem Wind in kurzer Zeit kostengünstig ausgeführt. Erscheint es unserem Auftraggeber notwendig, die Bewegung dauerhaft ununterbrochen zu messen und ggf. Alarm zu schlagen, so ist dies mit unserer Erfahrung aus den Betriebsbelastungsmessungen leicht möglich.

Schraubenvorspannkräfte:

Beim Anziehen von Schrauben über Drehmomentwerkzeuge treten große Unterschiede in den Vorspannkräften auf, was durch hohe Sicherheitsfaktoren ausgeglichen werden soll. Um belastbare Erkenntnisse über eine Verschraubung und das verwendete Anzugsverfahren zu erhalten, können die Schraubenvorspannkräfte direkt in der Schraube gemessen werden. Diese Messungen können nicht nur auf einem Prüfstand erfolgen. Üblicherweise werden die Schrauben so präpariert, dass eine Verwendung im Feld unter realen Bedingungen erfolgen kann. Mit der zur Verfügung stehenden Messtechnik können 100 und mehr Schrauben zeitgleich und über lange Zeit erfasst werden. Mit einer Langzeitmessung kann das Setzverhalten der Verschraubung erfasst werden

Ing. Büro Frey, Vorwerk-Ring 8, 21255 Tostedt, Tel.: 04186 5551