Windenergieanlagen: Mechanische Schäden frühzeitig erkennen

Das rechtzeitige Erkennen mechanischer Schäden ist für den zuverlässigen Dauerbetrieb von Windenergieanlagen entscheidend. Eine neue Methode zur Diagnose auch kleinster Änderungen der mechanischen Eigenschaften haben jetzt Wissenschaftler der Universität Oldenburg um den Physiker Prof. Dr. Joachim Peinke in der „Europhysics News“ vorgestellt.

Der Artikel des Oldenburger Teams, den die Redaktion des Wissenschaftsmagazins der European Physical Society (EPS) als Forschungs-Highlight ausgewählt hat, ist auch in Internet abrufbar.

Die gebräuchlichen Verfahren zur Zustandsüberwachung von Windenergieanlagen basieren auf Frequenzanalysen der Anlagenstruktur, die darlegen, wie häufig bestimmte Schwingungen in einer gewissen Zeiteinheit auftreten. Ein Mangel dieser Verfahren besteht jedoch darin, dass die kleinste turbulente Anregung der Struktur durch ständig wechselnden Wind, Wirbel und Luftströme die Analyse erschwert. Das bedeutet, dass die Frequenzanalysen nur große Änderungen der mechanischen Eigenschaften zuverlässig erkennen.

Die von den Oldenburger Forschern entwickelte Methode liefert exaktere Ergebnisse: Sie wertet die turbulente Anregung durch die Windeinwirkung mit Methoden der stochastischen Datenanalyse aus. Mit dieser von Prof. Dr. Joachim. Peinke, Prof. Dr. Rudolf Friedrich und anderen in den letzten Jahrzehnten entwickelten Methode ist es möglich, die deterministischen und die stochastischen Anteile der Dynamik zu trennen und so die Änderungen in der mechanischen Struktur präziser zu analysieren.

In einem Experiment haben die Forscher ungeschädigte und geschädigte Balkenstrukturen turbulenten Windverhältnissen ausgesetzt. Indem sie die Schwingungen der Struktur untersuchten, konnten sie die Änderungen der mechanischen Eigenschaften präzise nachweisen. Im Vergleich zu traditionellen Frequenzanalysen erwies sich die stochastische Methode – vor allem bei kleinen Änderungen und noch unsichtbaren Rissen – als wesentlich sensibler.

In Zukunft wollen die Oldenburger Forscher die neue Methode zur Schadenserkennung auf komplexere mechanische Strukturen anwenden. Sie wollen sie damit für den Einsatz in Windenergieanlagen, Flugzeugen oder Autos vorbereiten.

„Stochastic method for in-situ damage analysis“, Philip Rinn, Hendrik Heiβelmann, Dr. Matthias Wächter und Prof. Dr. Joachim Peinke, European Physical Journal B 86: 3 (2013), http://dx.doi.org/10.1140/epjb/e2012-30472-8

Weitere Informationen: Prof. Dr. Joachim Peinke, Institut für Physik, Tel.: 0441/798-3536, E-Mail: peinke@uni-oldenburg.de