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Dehnungsmessung für extrem große Rotorblätter

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Größere Blätter stellen neue Anforderungen an Messtechnik

fos4Blade R&D for new generation of wind turbine rotor blades | Dehnungsmessung in Rotorblättern

Aktuelle Rotorblätter messen über 60 Meter. Die nächste Generation wird weit darüber hinaus gehen. Damit ändern sich nicht nur die Anforderungen an das Material, die Logistik oder die Installation.

Insbesondere die Entwicklungsingenieure stehen vor neuen Herausforderungen: Große Blätter erzwingen einen anderen Aufbau des Materials und neue Stegkonstruktionen. Dabei können Effekte relevant werden, die bei bisherigen Strukturen keine Rolle spielten. Die Flatterneigung der Rotorblattspitzen muss präzise gemessen werden, um relevante Schadensmechanismen auszuschließen. Je mehr Messpunkte ausgelesen werden, desto detaillierter wird die Validierung.

Neben Schwingungen gilt es das Versagen der Klebenähte und Materialversagen durch die hohe Beanspruchung aufgrund des schlanken Designs zu vermeiden.

Damit ändern sich auch die Anforderungen an die Messtechnik für die Validierung der FE Modelle. Schon heute werden bei Dauerlastversuchen bis 5.000 µstrains über 20 x 106 Lastwechsel gemessen, um die Dauerlastfähigkeit der neuen Rotorblätter zu testen.

Doch nicht nur die großen Dehnungen stellen die Entwickler vor Herausforderungen. Die große Anzahl an Messstellen muss mit geringem Aufwand installiert werden können.

Konventionelle Messtechnik versagt bei dauerhaften, großen Dehnungen

Bei diesen extremen Dehnungen über viele Lastwechsel versagt die konventionelle, elektrische Messtechnik oft: Elektrische Dehnmessstreifen driften oder versagen komplett, so dass unter Umständen Versuche nicht nur unterbrochen sondern sogar neu gestartet werden müssen. Die aktuelle Generation der elektrischen DMS gerät bei diesen Anforderungen an die Grenzen des physikalisch Machbaren.

Bis zu 5.000 microstrains mit faseroptischer Sensorik

Faseroptische Sensoren hingegen sind prinzipiell widerstandsfähiger: Dehnungen bis zu 10.000 µstrains können in einem Dauertest hinweg präzise gemessen werden. Das Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) testete unseren faseroptischen Dehnungssensor bis zum Versagen des Trägerwerkstoffes GFK.

Zerstörungsfreie Versuche bis 5.000 µstrains über 20 x 106 Lastwechsel durch faseroptische Dehnungssensoren ermöglichen qualitativ hochwertige Aussagen über den verwendeten Verbundwerkstoff und das Rotorblattdesign.

Verteilte Dehnungsmessung an mehreren Radien

Durch die Integration von bis zu 18 Sensoren pro Faser gelingt ein schlanker Testaufbau mit sehr geringem Verkabelungsaufwand. Damit wird eine großflächig verteilte Dehnungsmessung erstmals realistisch.

Mit Hilfe der Kettensensoren werden mit nur einem Messgerät der fos4Test nSens Serie und 4 Glasfaserkabeln Dehnungen an bis zu 18 Radien bzw. 72 Positionen gemessen.

Die 4 Lichtwellenleiter mit integrierten Dehnungs- und/oder Temperatursensoren werden in einem Feldverteiler zusammengefasst und über eine robuste Blattabführung aus dem Rotorblatt zum Messgerät geführt. Damit lässt sich die Messtechnik außerhalb des Blattes über eine einzige Steckverbindung von der Sensorik im Blatt trennen.

Rüsten Sie sich für die Zukunft.