Damit riesige Windräder nicht abheben

Was hat der Absprung beim Skifliegen mit der Drehung einer Windkraftanlage, der Belastung von Zahnrädern und dem Komfort von Fahrzeugsitzen gemeinsam?

Für die Simulation all dieser Situationen greifen die Wissenschaftler des Instituts für Mechatronik (IfM) an der Technischen Universität Chemnitz auf die Software „alaska“ zurück – sie ist Basis für sämtliche am IfM bearbeiteten Projekte. Denn die methodische Grundlage ist in allen Fällen dieselbe.

„alaska ist ein Werkzeug zur computergestützten Simulation des dynamischen Verhaltens mechanischer Systeme“, sagt Dr. Albrecht Keil, Geschäftsführer des IfM. Eine spezielle Weiterentwicklung dieser Software – nämlich alaska/Wind – stellt das IfM am 17. und 18. November 2010 auf der Deutschen Windenergie Konferenz in Bremen vor.

Die Chemnitzer Mechatroniker entwickelten Methoden, mit denen die Belastung von Windkraftanlagen berechnet werden kann. Sie betrachten dabei verschiedene Szenarien – beispielsweise die Funktion bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten und -richtungen sowie Veränderungen an der Maschine, etwa dem Defekt an einem Blattantrieb. Rund 2.500 mögliche Fälle kommen dabei zusammen, für die die Hersteller mit alaska die Lasten berechnen, die auf die Anlage wirken.

Die Schwierigkeit besteht dabei vor allem darin, dass extrem große Datenmengen verarbeitet werden müssen. „Entwickler von Windkraftanlagen können so die Lebensdauer der Anlage vorhersagen“, sagt Heiko Freudenberg, der am IfM die technischen Anwendungen von alaska betreut. „Nur wenn im Ergebnis der Analyse mehr als 20 Jahre herauskommen, wird für die Anlage ein Zertifikat erteilt. Eine nicht zertifizierte Windkraftanlage wird übrigens nicht versichert – und lässt sich deshalb auch nicht verkaufen“, erklärt IfM-Mitarbeiter Matthias Taubert die wirtschaftliche Bedeutung der Simulationssoftware alaska/Wind, in die unter anderem auch Theorien aus dem Flugzeug- und Hubschrauberbau eingeflossen sind.

Partner des IfM bei der Entwicklung von alaska/Wind ist die Nordex Energy GmbH, ein Hersteller von Windkraftanlagen mit Sitz in Norderstedt. Die neueste Version der Lastsimulationssoftware alaska/Wind nutzt auch das in Lübeck angesiedelte Ingenieurbüro CATUM Engineering GmbH bei der Entwicklung von Neuanlagen. Die Kunden des modifizierten Softwareproduktes kommen aber auch aus der Zuliefererindustrie: Beispielsweise entwickelt die Bosch Rexroth Group Bauteile für Windkraftanlagen und kann mit Hilfe von alaska/Wind die Belastungen bestimmen, die sie aushalten müssen. Mit ihrem Auftritt auf der Deutschen Windenergie Konferenz wollen die Chemnitzer Forscher noch mehr potenzielle Kunden gewinnen. „Angesichts des rasanten Wachstums des Windenergiemarktes und immer größer werdender Komponenten von Windkraftanlagen, werden auch Lastsimulationen immer komplexer“, sagt Keil und sieht deshalb in Zukunft weiter wachsende Herausforderungen für alaska/Wind.

„alaska“ steht übrigens für „advanced lagrangian solver in kinetic analysis“ – zu Deutsch „fortgeschrittener Lagrange-Löser für die kinetische Analyse“, wobei Joseph-Louis de Lagrange ein italienischer Mathematiker war. „Den Namen hat die Marketing-Abteilung des Softwarehauses VW Gedas kreiert, mit dem wir gemeinsam Anfang der 1990-er Jahre die erste Version der Software fertig gestellt haben“, verrät Keil und erklärt: „Bei einem Messeaauftritt sollten alle Produkte geographische Namen haben – für unsere Software fiel die Wahl auf alaska. Die Bedeutung der Abkürzung wurde dann entsprechend konstruiert.“