Grundlagen für die Weiterentwicklung von Blattlagern

Forschungsprojekt HAPT geht an den Start

16.2.2016

Blattlager zählen zwar nicht zu den teuersten Komponenten von Windenergieanlagen – Schäden an dieser zentralen Stelle der Anlage verursachen aber lange Ausfallzeiten und hohe Kosten. Durch die realitätsnahe Auslegung und Prüfung von Blattlagern soll der zuverlässige Betrieb von Anlagen der neuen Generation nun verbessert werden. Im Forschungsprojekt HAPT (kurz für Highly Accelerated Pitch Bearing Test) schaffen Forscher des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES Nordwest und des Instituts für Maschinenkonstruktion und Tribologie (IMKT) der Leibniz Universität Hannover gemeinsam mit der Unternehmensgruppe IMO Grundlagen für die Weiterentwicklung von Blattlagern. Auch der von den Herstellern angestrebte Einsatz von Individual Pitch Control Systemen zur Lastenreduktion soll durch die Projektergebnisse möglich werden. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Projekt mit 10,7 Mio. Euro.

Bei Windenergieanlagen (WEA) der 7-10 MW-Klasse trifft der Wind auf bis zu 80 m lange Rotorblätter. Blattlager, die Verbindung zwischen Nabe und Rotorblättern, sind der Flaschenhals bei der Entwicklung von Anlagen dieser Größenordnung: Durch die Größe der Rotorblätter kommen Effekte zum Tragen, die bei kleineren Anlagen schon erkennbar sind, aber noch nicht voll zuschlagen. Unter der steigenden Last können sich Fehler im Blattlager potenzieren und die Anzahl der Schäden steigen. Gleichzeitig gibt es kaum Erkenntnisse, wie diese Fehler entstehen. Dadurch stößt die erfahrungs-basierte Auslegung der Blattlager, die gängige Praxis der Hersteller, an ihre Grenzen.

Eine Möglichkeit, Lasten zu reduzieren, die auf die Struktur der Windenergieanlage wirken, ist Individual Pitch Control (IPC), das die Lasten an den einzelnen Rotorblättern aneinander angleicht und insgesamt reduziert. Weil sichere Aussagen über die Eignung von Blattlagern für den Einsatz von IPC noch nicht vorliegen und auch die Anforderungen an die Blattlager durch den IPC-Einsatz steigen, zögert die Branche beim Einsatz der zukunfts-trächtigen Technologie.

Diese Unsicherheiten wollen die Forscher mit dem Projekt HAPT beseitigen, in dem sie einen Prüfstand für Blattlager und eine Methode zur Lebens-dauerberechnung entwickeln. Mit beschleunigten Prüfverfahren sollen 20 Jahre Betriebshistorie verdichtet und während einer sechsmonatigen Testdauer simuliert werden. „Im Sinne der strategischen IWES-Ziele bringen wir im Projekt unsere Methodenkompetenz für den Test von WEA-     Komponenten ein,“ erläutert  Prof. Dr. Jan Wenske, stellvertretender Institutsleiter den IWES-Beitrag im Projekt. Für die Industrie werden so Voraussetzungen für die rechnerische Auslegung der Blattlager geschaffen, die Dimensionierung wird exakter, der Einsatz von IPC zuverlässig ermöglicht und die Stromgestehungskosten reduziert.

IMO Technikleiter Hubertus Frank ist sich sicher: „Durch die Testmöglichkeit im Rahmen von HAPT wird die Entwicklung zukünftiger Blattlager auf neue Füße gestellt. Im Projekt bringen wir dafür unser Anwendungs-Know-How und Blattlager für die Tests ein.“ Positive Effekte sieht auch Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll von der Leibniz Universität Hannover voraus: "Ich erwarte, dass dieses Projekt die Kompetenzen des Fraunhofer IWES, der Leibniz Universität Hannover und damit auch der ForWind-Gruppe in beispielhafter Weise zusammenbringen und stärken wird. In Zusammenarbeit mit der Firma IMO wird die WEA-Technologie damit an einem entscheidenden Punkt vorangebracht.“ Die Projektergebnisse sollen in die zukünftige Standardisierung von Blattlagern einfließen.