Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGPFür eine erfolgreiche Energiewende hat die Erzeugung von Strom durch Windenergieanlagen eine entscheidende Rolle. Um eine sichere Stromerzeugung zu gewährleisten werden Dienst- und Serviceleistungen in der Instandhaltung und Wartung der Anlagen immer bedeutender.
Problemstellung
Zur Gewährleistung der Funktionalität und Sicherheit von Windenergieanlagen ist eine regelmäßige Prüfung der Rotorblätter notwendig. Diese Prüfung erfolgt zurzeit durch Servicetechniker:innen und Industriekletterer:innen, welche sich an den Flügeln abseilen, um eine Klopfprüfung und eine Betrachtung der Oberflächen durchzuführen. Dabei sind sie durch Höhe und Wetterbedingungen einem Risiko ausgesetzt. Neben dem Risiko für die Ausführenden stellt dieser Prozess einen hohen manuellen Aufwand dar, dem nur eine subjektive, punktuelle und unvollständige Prüfung gegenübersteht.
Zielstellung und Lösungsweg
Ziel des Projekts ARGOS mit dem Projektpartner Composit Consult GmbH ist die Weiterentwicklung und Skalierung eines automatisierten Systems zur ganzheitlichen Zustandserfassung von Rotorblättern.
Dafür dient eine Leichtbau-Rahmenstruktur als Trägerplattform, die groß genug ist, um ein Rotorblatt der Windenergieanlage zu umschließen.
Auf dieser Trägerplattform werden zur Inspektion optische, thermographische und geometrische Sensoren sowie Ultraschallsensoren zu einem Multisensorsystem zusammengefügt. Die Positionsbestimmung des Systems erfolgt durch mehrere RTK-Sensoren. Die gesamte Sensorik auf der Trägerplattform wird zueinander kalibriert, um einen räumlichen und zeitlichen Bezug der Messergebnisse und eine aussagekräftige Datenauswertung zu gewährleisten.
Eine Winde am Boden und auf der Plattform installierte Propeller, ausfahrbare Beine sowie eine Einspannvorrichtung ermöglichen ein sicheres Manövrieren und Positionieren der Plattform an der Windenergieanlage und am Rotorblatt.
Zusätzlich ist auf der Trägerplattform eine Bordmanipulatorik befestigt, um Verunreinigungen zu beseitigen oder kleinere Reparaturen direkt durchführen zu können.
Die von den Sensoren aufgenommenen Daten werden in einem Softwaretool aufbereitet und in Form eines digitalen Zwillings als texturiertes 3D-Modell des Flügels zur Verfügung gestellt. Dies erleichtert die Fehleranalyse und Dokumentation der Rotorblätter und ermöglicht den Prüfingenieur*innen eine Inspektion vom Bildschirmarbeitsplatz.
Nutzen
Das Projekt ARGOS liefert für die Inspektion von Rotorblättern ein System, welches eine sichere, ganzheitliche, objektive, automatisierte und frühzeitige Erkennung und umfangreiche Dokumentation der Schäden ermöglicht. Die schnellere Inspektion durch die Messplattform verkürzt die Standzeiten der Windenergieanlage und erhöht somit die Wirtschaftlichkeit. Durch den Einsatz des automatisierten Systems kann das Inspektionspersonal am Boden verbleiben und ist so deutlich weniger Risiken ausgesetzt.
Durch das Erstellen eines digitalen Abbilds des Ist-Zustands wird die Überprüfung der Schadensentwicklung über mehrere Inspektionen hinweg erleichtert und auch die gezielte Inspektion bereits bekannter Schäden ist möglich.
Eine frühzeitige Schadensdetektion verringert durch langfristige Planung sowie geringeres Volumen der Reparaturen die Kosten und Stilllegungszeiten.