Dimensionelle Metrologie für Windenergieanlagen

Mechanische Komponenten von Windenergieanlagen (WEA) sind größten Belastungen ausgesetzt. Drehmomente von bis zu 20 MN·m wirken auf die Rotorblätter und werden auf die Komponenten des Antriebsstrangs übertragen. Dadurch ergeben sich hohe Anforderungen an diese Bauteile, die oft zu engen Fertigungstoleranzen führen. Der zuverlässige Nachweis der Einhaltung dieser Toleranzen durch Messungen ist ein kritischer Bestandteil der Qualitätssicherung.

Dieses Projekt wird die industrielle Messtechnik für mechanische Bauteile von WEA in Anlehnung an die Manufacturing Metrology Roadmap 2020 verbessern und durch eine Effizienzsteigerung der WEA-Technologie zur Beschleunigung der Energiewende beitragen.

Konkret lassen sich die Arbeiten im Projekt vier technischen Schwerpunkten zuordnen:

1. Schnelle optische und Multisensor-Messverfahren zur Bestimmung von Maß, Form und Rauheit sollen in Bezug auf ihre Anwendbarkeit für mechanische Komponenten von WEA untersucht und die erreichbaren Messunsicherheiten bestimmt werden. Dazu gehören sowohl Koordinatenmessgeräte mit unterschiedlichen Sensorsystemen als auch bildgebende Sensoren, die mittels Drohnen zur Verschleißmessung direkt an WEA eingesetzt werden.
2. Funktionsgerechte Mess- und Auswerteverfahren zur Bewertung der Oberflächen von Antriebsstrangkomponenten sollen entwickelt werden. Dies umfasst die Verwendung sowohl taktiler als auch berührungsloser Sensoren. Insbesondere soll ein Vergleich zwischen taktilen Scanning- und Einzelpunktmessungen die Einflüsse der wesentlichen Messparameter quantifizieren. Verschiedene Ansätze für ganzheitliche Auswerteverfahren für Maschinenelemente sollen untersucht und um eine Welligkeitsanalyse erweitert werden.
3. Die Verwendung digitaler Zwillinge zur Prognose von Verschleiß und Effizienzverlust der WEA-Komponenten wird am Beispiel von Rotorblättern untersucht. Hier spielt die Erosion an der Rotorblattvorderkante eine wesentliche Rolle, die mit unterschiedlichen Messtechniken untersucht werden soll. Als Referenz dienen Experimente, die die DTU in Kopenhagen im Windkanal durchgeführt hat.
4. Auf Werkzeugmaschinen integrierte Messsysteme zur schnellen und flexiblen fertigungsbegleitenden Messung sollen qualifiziert und verbessert werden. Insbesondere sollten praxistaugliche Kalibrierstrategien für diese Systeme entwickelt werden, die etwa über Fehlertrennverfahren ohne die Verwendung von Substitutionsnormalen auskommen.

Das Konsortium umfasst insgesamt 16 Partner, von denen sieben aus dem industriellen Umfeld kommen. Dadurch soll eine schnelle Umsetzung der im Projekt entwickelten Verfahren und gewonnenen Erkenntnisse in der fertigenden Industrie gewährleistet werden.