HMS Rotor Blade Inspections

Thema Arbeitssicherheit: Dämpfe und Stäube bei der Kunststoffverarbeitung

2011-11-16T09:30:00.002+01:00

In einem Verbund-Forschungsvorhaben der HMS GmbH Berlin und dem Institut für Hygiene und Arbeitsmedizin des Universitätsklinikum Essen wurde über die REDUKTION DER SCHADSTOFFEXPOSITION FÜR DEN KUNSTSTOFFVERARBEITER (RESKU) ein Forschungsbericht veröffentlicht, der jetzt auch in digitalisierter oder Re-Print Version verfügbar gemacht werden kann. Bestellungen bitte per Mail anfragen! Ein Inhalt steht hier

Blitzschagdichte hierzulande sehr komfortabel

2011-08-10T17:16:00.001+02:00

In Dänemark und dem Norden von Deutschland kommen durchschnittlich nur ein einziger Blitz auf einen Quadratkilometer pro Jahr sagt Kim Bertelsen, anerkannter Blitzschlagexperte und langjähriger Beobachter der regionalen und auch weltweiten Ereignisse. Im Vergleich zu anderen Ländern ist das ein 'black spot'. Schon im Süden der Republik registriert er 4 - 6 Blitze pro km² und Jahr, in USA sogar 60, in Griechenland 25 in 2 Stunden und gar in Japan soll es im Winter zum Teil ununterbrochen blitzen.

The mighty Rollin' Crane

2011-06-03T09:10:00.000+02:00

Neuer Blog geöffnet: AK-Rotorblatt im BWE

2011-04-17T21:24:00.000+02:00

Nach einer bewegten Diskussion um die Notwendigkeit einer Initiative die Beurteilung von Rotorblattschäden und die Ausführung von Rotorblattreparaturen zu verbessern wird die Standardisierung der Wartungs- und Instandhaltungsprozesse nunmehr mit vereinten Kräften angegangen.
Die Arbeit der Qualitätsinitiative wird hier diskutiert.

Airborne Blade Inspection Project

2011-03-05T12:20:00.004+01:00

Schäden an Rotorblättern haben vielerlei Ursachen. Fertigungsbedingte suboptimale Fügeprozesse (bonding line weakness), Wellen und Falten im Gurt (waves and wrinkles), adhesives Kleberversagen und sog. kissing bonds sind okkulte Schwachstellen, die sich nicht immer gleich wie hier offenbaren, sondern erst nach vielen Lastwechseln (fatique related) auftreten. Im Airborne Blade Inspection Project werden die konventionellen Inspektionstechniken um eine interessante Variante erweitert.

Wie viel unabhängigen Sachverstand braucht der Windmarkt?

2011-01-11T08:44:00.002+01:00

Die Gründergeneration der ökologisch motivierten Anlagenbauer und Windmüller wird durch global agierende Konzerne in den Ruhestand geschickt. Windturbinen heißen heute z.B. Siemens, General Electric, Alstom und Windparks werden von Vattenfall, E-On, Ikea und andern betrieben. Brauchen diese Parteien wirklich noch unabhängigen Sachverstand oder werden nicht fortan Divergenzen in den juristischen Hauptabteilungen der Konzerne gelöst?

Der erste Versuch, die Große Windenergieanlage (GROWIAN) als Multi-Megawatt-Kraftwerk in Betrieb zu nehmen, markiert den Startpunkt der modernen wirtschaftlichen Nutzung der natürlichen Energie-Ressource Wind. Das war am 6. Juli 1983. Der Zweiflügler-Leeläufer wurde entwickelt mit staatlichen Fördergeldern und unter Beteiligung des geballten Wissens deutscher Professoren und der Innovationskraft deutscher Technologiekonzerne.

So alt wie der erste Versuch ist auch der erste große Rückschlag. Nach einer nicht endenden Pannenserie und nicht nur wegen bedenklicher Vorschädigung in den mit Stahlrohrholm, Rippen und GFK-Panelverkleidung gebauten Rotorblättern, wurde GROWIAN 1987 mit einer vierjährigen Gesamtbetriebszeit von 420 Stunden, also nicht mal 3 Wochen wieder endgültig außer Betrieb genommen und demontiert.

GROWIAN II, oder auch WKA-60 genannt, ein 1,2 MW Dreiflügel-Luvläufer (mit 60 m Rotordurchmesser und einer Nabenhöhe von 50 Metern auf Helgoland) aus dem Hause des Technologiekonzerns MAN ist mit einer Serienstückzahl von vier Anlagen eingestellt worden. Die Versicherung war nicht mehr bereit den dritten Rotorblattschaden zu bezahlen. Die Rotorblätter waren überwiegend aus Kohlefaser-verstärktem Kunststoff (CFK) gebaut und außerordentlich Blitzschlag anfällig.[1] Kaum vorstellbar, dass die Objektivierung dieser materialimmanenten Schwäche ohne externe Experten geleistet werden konnte.

Aus diesem Grund erscheint es gerechtfertigt diesen Zeitpunkt, wir schreiben das Jahr 1990, als die Geburtsstunde des unabhängigen Sachverstands im Wind zu benennen. Auch heute bedienen sich Versicherungen externem, unabhängigem Sachverstand für die Entwicklung einer objektiven Schadensanalyse.

Engagierte Ingenieure, innovative Mittelständler und die Werftindustrie nehmen sich von nun an der Serienentwicklung von kleineren Windenergieanlagen an. Über diesen Weg: „von klein angefangen“ ist man bis heute bis zu den bekannten Fabrikaten gelangt, die in ihrer Nennleistung den GROWIAN um mehr als das doppelte übersteigen. In den zurückliegenden 20 Jahren bleibt der Weg bis zur ausgereiften und zuverlässigen Windenergieanlage aber trotzdem steinig. Schäden an Rotorblättern und anderen Bauteilen, wie Getriebe, Umrichter und Steuerungselektronik, ja selbst an Tragstrukturen vom Maschinenhaus bis hin zu Fundamenten bleiben keine Einzelfälle.

Mit der Zertifizierung und der Baugenehmigung einer neuen Anlage ist deren Entwicklungsprozess formal abgeschlossen. Mit der Inbetriebnahme der ersten Anlagetypen in der Serie beginnt die sog. Breitenerprobung. In dieser Phase des Lebenszyklus einer Anlage werden in den ersten Jahren des Betriebs die konstruktions- und fertigungsbedingten Schwachstellen sichtbar. Später, im Idealfall erst nach 20 Betriebsjahren, kommen die Schwächen der Bauteile durch den betriebsbedingten Verschleiß und die Materialermüdung zum Vorschein. Wir wissen also von den meisten Windenergieanlagen noch nicht abschließend, wie die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems über die geplante Lebensdauer von 20 Jahren sein wird, weil die wenigsten Anlagen dieses Alter bisher erreicht haben.

Jetzt kommt der Zweitmarkt.

· „Repowering“ ist hierfür ein Stichwort. Auf genehmigungsfähigen Flächen werden ältere, kleine Anlagen abgebaut und durch moderne große Exemplare ersetzt.

Zweitmarkt ist auch gegeben, wenn ein Eigentumsübergang stattfindet:

· Bei Veräußerung „gebrauchter“ Windparks an Investoren und bei der

· Auflösung von Betreibergemeinschaften (oder Insolvenzen und Refinanzierungen, usw.)

Wer ermittelt den Verkehrswert eines Windparks?

v Steuerberater geben Auskunft über den Buchwert eines Windparks

v Betriebsführer wissen die Produktivität bzw. den Ertrag zu beziffern

Aber wer beantwortet die Frage aller Fragen:

Wie viel Rücklagen braucht ein Käufer um in den nächsten 5 Jahren nach dem Erwerb des Windparks auch wieder so viel zu erwirtschaften, wie in der Zeit davor?

Es geht also um eine zuverlässige Aussage über den technischen Zustand und die zu erwartende Lebensdauer des Gesamtsystems auf der Grundlage einer sehr fundierten Kenntnis der besonderen Schwächen und Stärken der einzelnen Subsysteme wie Rotorblätter, Getriebe, Umrichter usw.

Ein einzelner Sachverständiger, Generalist für alle Gewerke moderner Megawattanlagen verschiedener Hersteller ist hier womöglich überfordert. Nur das kooperative Netzwerk von auf Einzelkomponenten spezialisierter Experten kann aus der intimen Kenntnis der Netzwerkpartner jeweils auf ihrem eigenen Fachgebiet zu einer belastbaren Prognose der zu erwartenden Instandhaltungskosten der gesamten Anlage und so des Windparks finden.

Unabhängiger Sachverstand, begrenzt auf ein klar umrissenes Spezialgebiet, gebündelt im eng kooperierenden Netzwerk von gleichberechtigten Fachleuten und somit auf höherem Niveau zu einer kompetenten Expertise des Gesamtsystems wieder zusammengefasst und geformt, erscheint in diesem Licht unschlagbar. Große Beratungsunternehmen leiden gelegentlich an suboptimaler Qualität der Beratungsleistung, weil das Wachstum des Unternehmens selbst, in personeller und regionaler Hinsicht für die Qualität der Ergebnisse in der Projektarbeit nicht immer förderlich ist.

Unabhängiger Sachverstand wird auch in Zukunft gebraucht. Die Erfahrung einzelner Fachleute auf ihrem Gebiet mit einer Sichtweise, die den internationalen Horizont zu berücksichtigen in der Lage ist und nicht an Praktikanten delegiert werden kann bleibt unersetzbar, nach dem Motto:

Der Privatpatient hat Anspruch auf Chef-Experten-Behandlung.

Soviel unabhängigen Sachverstand braucht der Windmarkt immer.

[1] Quelle: http://www.ifb.uni-stuttgart.de/~doerner/windenergie2.html

Rotorblattschadensklassen

2010-12-26T09:49:00.003+01:00

Rotorblattschäden sind oft Anlass zu unterschiedlicher Bewertung der notwendigen Maßnahmen zu deren Instandsetzung. Am Anfang steht eine Klassifizierung, die in der Windkraft noch zu leisten ist. Abgeleitet aus der Luftfahrt machen wir hierfür folgenden Vorschlag:

Schadensklasse 1:

Großflächige Zerstörungen, die ein teilweises Ersetzen des Rotorblatts oder eine großflächige Reparatur erfordern. Das sind insbesondere Schäden, bei denen die Hauptkraftflüsse unterbrochen, bzw. Kraftein- und –Überleitungen von Primär- und Sekundärstrukturen gestört sind.

Schadensklasse 2:

Löcher, Risse und Brüche, die z.B. durch ein Sandwichteil hindurchgehen und beide Deckschichten betreffen, jedoch in ihrer Ausdehnung begrenzt bleiben. Defekte Holm/Steg-Schale Verklebung und Bonding Lines VK/HK über mehr als einem Meter Länge.

Schadensklasse 3:

Kleine Löcher und Brüche in der Außenhaut, die keine Zerstörung im Inneren, wie z.B. Stützschichten oder innere Deckschichten zur Folge haben.

Schadensklasse 4:

Erosionsstelle, Schrammen und Kerben, die nicht mit einem Laminatbruch oder Durchbruch tragender Schichten verbunden sind.

Mit der festgestellten Schadensklasse können jetzt die Rahmenbedingungen für deren Instandsetzung erarbeitet werden.

Mit dem Einbruch winterlicher Kälte werden Rotorblattinspektionen bizarr

2010-11-27T15:35:00.000+01:00

Blattinspektion im Winter

Wer bis heute keinen Blattinspektionstermin hat, der wird wohl dieses Jahr von uns keinen mehr erhalten können.
Wir wünschen unseren Kunden eine gute Zeit über den Jahreswechsel und freuen uns auf ein frohes gemeinsames Schaffen zur neuen Saison.!

Wartung und Instandhaltung von Rotorblättern: Eine Arbeit für Spezialisten

2010-07-12T23:20:00.001+02:00

Wolfgang Holstein hilft der Akademie des TÜV Rheinland Berlin Brandenburg bei der Schulung von Wartungspersonal

(Aus der Reihe déjà-vu: Berlin, den 15. Mai 2003)

Noch vor wenigen Jahren glaubten Experten, dass Rotorblätter aus Verbundwerkstoffen sich zwanzig lange Jahre wartungsfrei in Wind und Wetter drehen könnten. Das ist heute Geschichte. Wartung und Reparaturen gehören zu den kostenintensivsten Faktoren auf dem Lebensweg einer Windenergieanlage. Bei einer der erfolgreichen Maschinen der 1,5 MW-Klasse kostet der Service durchschnittlich 10.000 bis und 15.000 Euro pro Jahr. Diese Kosten entstehen schon bald nach Ablauf der Gewährleistung.

Der Wartungsaufwand variiert je nach Blattqualität und Belastung, aber inzwischen empfehlen alle Anlagenhersteller und Sachverständige ein bis zweijährige Wartungsintervalle. Instandhaltung von Rotorblättern ist aufgrund des exotischen polymeren Werkstoffs und dessen immer noch überraschenden Langzeitverhaltens, der komplexen Belastung durch sehr stark schwankende meteorologische Bedingungen, durch extreme aerodynamische und massendynamische Kräfte eine Aufgabe für Spezialisten.

Herkömmliche Servicemitarbeiter sind bisher überwiegend mit Wartungsarbeiten im Maschinenhaus der Windräder beschäftigt: Die Angestellten prüfen Lager, Getriebe, führen Ölwechsel durch und schmieren alle Lager nach. Für Servicearbeiten an den Rotoren sind weitere Kenntnisse notwendig: Um tragende Strukturen aus Faserverbund-Kunststoff zu reparieren brauchen sie handwerkliche Fähigkeiten und müssen manchmal in mehr als 100 Metern Höhe, im Gurtzeug am Seil hängend, auf einer schwankenden Bühne oder im Korb eines Krans arbeiten.

Um langfristig qualifiziertes Personal für Wartung und Instandhaltung heranzubilden, bietet Wolfgang Holstein für die Akademie des TÜV Rheinland Berlin Brandenburg einen zweiwöchigen theoretischen und praktischen Kurs zur Ausführung von Reparaturarbeiten an Rotorblättern an. Bei erfolgreichem Abschluss der Teilnahme wird ein entsprechendes TÜV-Zertifikat ausgestellt.

Auch Rotorblätter müssen ihre Qualität beweisen

2010-05-24T09:30:00.005+02:00

Ein Qualitätssiegel für Rotorblätter würde Schäden vermeiden und Verantwortung klarer definieren. Weil die technische Dokumentation fehlt, sind Käufer bei Schäden heute weitgehend allein gelassen.

„Es wird höchste Zeit, die Qualität der Rotoren von Windrädern durch ein Qualitätssiegel dokumentieren zu lassen“, sagt Dr.Ing. Wolfgang Holstein, "the expert's voice", HMS Sachverständigenbüro Berlin.
Teure Serienschäden an Rotorblättern schaden nicht nur dem Ruf der Windbranche insgesamt. Sie verunsichern auch Banken, Investoren und Versicherungen.
Ohne deren Hilfe werden sich aber besonders die auf Nord- und Ostsee geplanten Offshore-Windparks kaum realisieren lassen. Die Windbranche ist heute in einer Situation, die in anderen Bereichen der Industrie undenkbar ist: Der Käufer einer Windenergieanlage bekommt bisher keine Lebenslauf- Dokumentation und technische Daten der Rotoren. Dabei kommen komplexe technische Produkte heute nicht mehr ohne einen Qualitätsnachweis aus.
Darum muss auch jedes Rotorblatt– so Holstein –in Zukunft mit einer sogenannten Lebenslaufakte ausgestattet werden, die den Eigentümern der Windräder und damit Gutachtern, Banken und Versicherungen auf Verlangen zugänglich ist. Diese Lebenslaufakte enthält alle besonderen Ereignisse im Leben eines Rotorblattes, wie Abweichungen von Soll-Werten in der Produktion, Schäden und Reparaturen.
„Für die Versicherungen und Betreibergesellschaften ist es entscheidend, dass sie bei Blattschäden ermitteln können, woher der Schaden kommt und wer ihn zu tragen hat“, sagt Holstein. Zum Beispiel: Blitzschäden an Rotoren rühren nicht immer daher, dass ein Windrad schlecht aufgestellt wurde. Fertigungs- und Wartungsfehler können dazu führen, dass bestimmte Rotoren die Blitze magisch anziehen. Wenn man das nachweisen kann, geht die Haftung von der Versicherung des Betreibers auf die Versicherung des Herstellers über. Holstein: „Mit einem Qualitätssiegel wären diese Produktionsfehler schon viel früher aufgefallen, dann hätten auch die Hersteller profitiert.“
Neben die Eigenkontrolle der Unternehmen, muss die Fremdkontrolle durch unabhängige Institutionen treten. Das bedeutet nicht, dass die Hersteller von Rotorblättern ihre Betriebsgeheimnisse preisgeben müssen: „Sie müssen sich nur zertifizieren lassen, dass sie funktionierende Managementsysteme haben“, sagt Holstein. Diese Systeme garantieren, dass die betrieblichen Vorgaben in der Produktion auch umgesetzt werden.
Eigenkontrollen, externe Prüfungen und Lebenslaufakten gibt es inzwischen für fast alle komplexen technischen Produkte. „Die Windkraftverbände sollten sich dafür einsetzen, dass Qualitätssiegel auch in unserer Branche ein selbstverständlicher Standard werden“, sagt Holstein.
Das HMS Sachverständigenbüro Berlin, Inh. Dr.Ing. Wolfgang Holstein, ist Spezialist für Blade Engineering – qualifizierte Ingenieursdienstleistungen rund um das Rotorblatt.

Dr.-Ing. Wolfgang Holstein beschäftigt sich seit 30 Jahren in verschiedenen leitenden Positionen mit der Verarbeitung von Verbund-Kunststoffen im Flugzeug- und Rotorenbau.

Vortragsankündigung am 15. und 16. Juni 2010 in Hamburg

2010-04-14T15:07:00.000+02:00

Im Rahmen der BWE-Fachtagung: Service, Wartung & Betrieb 2010 werden aktuelle Informationen zu Schadensursachen, optimalem Betrieb und gutem Service für Windenergie Anlagen vermittelt. Die zweitägige Fachtagung wird durch den Präsidenten des Bundesverbands WindEnergie e.V. Herrn Hermann Albers am Vormittag des ersten Tages eröffnet. Unser Beitrag:
SCHADENSANALYSE, ROTORBEGUTACHTUNG UND SCHADENSPRÄVENTION AM PRAXISBEISPIEL
wird am 15. Juni 2010 im Empire Riverside Hotel, Hamburg durch Herrn Dr.Ing. Wolfgang Holstein präsentiert und in einer Podiumsdiskussion von Lars Velser moderiert. Anmeldungen zur Veranstaltung finden sie hier.

Rotorblatt-Zertifizierung ohne Netz und doppelten Boden

2010-02-23T18:54:00.003+01:00

Aus meiner Erfahrung werden Spezifikationen für das Handlaminierverfahren, im Gegensatz zum Luftfahrtbereich, in der Windkraft sehr kurz gehalten, lassen sich meist auf einem einzigen Blatt Papier niederlegen und sind als Mindestanforderungen an Durchführung, Qualitätssicherung, Prüfung und Abnahme zu verstehen. Die Grundlagen für ein Fertigungskonzept und deren fachgerechter Ausführung muß sich der Fertigungsbetrieb aus den äußerst spärlichen Vorgaben des Germanischen Lloyd, Klassifikation- und Bauvorschriften, Werkstoffe und Schweißtechnik in einem unscheinbaren Kapitelchen ableiten.

Eine Eignungs-Prüfung und Überprüfung der Erfüllung der praktischen Anforderungen an den Fertigungsbetrieb werden ebenso unbefriedigend gehandhabt. Eine Zulassung des GL als Fertigungsbetrieb ist ein äüßerst dünnes Brett.

Bauabnahmen von Modell, Form und Prototypen von unabhängiger Seite einer Prüforganisation existieren nicht. Rotorblätter können ohne ein lebendes Qualitätsmanagementsystem produziert und auf den Markt gebracht werden. Ein Qualitätsbeauftragter einer Rotorblattfabrik lebt buchstäblich auf dem Schleudersitz, ständig in der Angst daß die Deklaration von Ausschuß zur fristlosen Kündigung führt.
Wie kann eine nachvollziehbare, gleichbleibende Qualität in der Serienfertigung gewährleistet werden? Wie setzt ein Anlagenhersteller seine Forderungen nach gleichbleibender Qualität bei seinem Rotorblatt-Lieferanten durch? Wer schützt den Betreiber nach Ablauf der Gewährleistung vor bösen Überraschungen? Wer garantiert über die gesamte zu erwartende Lebensdauer einer Windkraftanlage die Verfügbarkeit von Ersatzblättern?
Wer sagt endlich den Zertifizierern was sie in dieser Angelegenheit zu tun haben?

Kleben macht oft den Eindruck, als sei dies eine hohe Kunst

2009-09-14T11:49:00.001+02:00

Warum haftet in diesem Fall die Klebung nicht? Das ist nicht selten die Frage.

Kleben ist keine Kunst, sondern Kleben eine interdisziplinäre Aufgabenstellung. Daran sind beteiligt: Die Konstruktionstechnik, die Werkstofftechnik, die Chemie, die Grenzflächenphysik, die Verfahrenstechnik und die Fertigungstechnik.

Das ist aber noch nicht alles. Die Qualitätsüberprüfung einer Klebung ist mit zerstörungsfreien Methoden kaum möglich. Die Bestimmung der Eigenschaften eines vollzogenen Klebeprozesses kann in der Regel nur an repräsentativen Klebeproben, die prozeßbegleitend erstellt werden, verifiziert werden.

Damit wird Kleben zur Vertrauenssache: Das Risiko einer Klebung ist direkt verbunden mit der peinlich genauen Überwachung und natürlich Einhaltung der Prozeßparameter beim Klebevorgang selbst. Ganz selten nur liegt die Ursache der Haftungsverminderung einer Klebung zeitlich nach Abschluss des Klebeprozesses.

1. Brennpunkte der Aufmerksamkeit während des Klebeprozesses

A) Trennmittel: Im klassischen Fall ist bei Haftungsversagen ein Trennmittel im Spiel. Klebepartner werden nicht selten in Formen hergestellt. Wenn diese Formflächen nicht ausreichend sorgfältig vom Trennmittel gereinigt werden, kann dies zu unliebsamen Überraschungen führen. Unachtsamkeiten in der Handhabung von Trennmitteln in der Fertigung müssen strikt ausgeschlossen sein.

B) Positionierung der Klebepartner: Markierungen, Anschlagpunkte, Abstandshalter und Führungen zur Unterstützung der Einhaltung der Klebespalttoleranzen sind nur scheinbar nebensächliche prozeßtechnische Details

C) Oberflächenbehandlung: Die chemische Aktivierung von Oberflächen vor einer Verklebung mutet wie eine Geheimwissenschaft für sich an. Genau genommen ist deren haftungstechnisch verbessernde Wirkung gelegentlich im Bereich von Glaube und Hoffnung einzuordnen und wird in Wahrheit vom theoretischen Hintergrund nur wenig belegt.

D) Fügegestalt: Insbesondere bei Blindverklebungen sollten die Bauteilgeometrie die Applikation des Klebers unterstützen und Fehlmontagen des Klebers während des Fügens vermeiden helfen.

E) Klebstoffchemie: Die Vernetzung gleich- oder verschiedenartiger Komponenten zu einem Kettenpolymer hat sehr unterschiedliche Mechanismen. Während bei der Polyaddition mindestens zwei verschiedenartige Grundbausteine in genau abgestimmtem Mengenverhältnis das gewünschte optimale Ergebnis bringt, bilden dies die Monomere bei der Polymerisation in einer Kettenreaktion. Hingegen liefern andere gleichartige Grundbausteine bei der Polykondensation unter Abspaltung eines Kondensats die angestrebte Kohäsion.

F) Ungewünschte Reaktion während der „offenen Zeit“ des Klebers: Wenn freie Radikale an der Kontaktfläche z.B. eine Reaktion mit dem umgebenden Luftsauerstoff eingehen und deshalb dann für die Vernetzungsreaktion nicht mehr zur Verfügung stehen, dann erreicht die Klebung beim Abbinden nicht das gewünschte Kohäsionsniveau.

G) Grenzflächenphysik: Der Kleber selbst kann bei strukturellen Klebeverbindungen nur soviel leisten, wie die Grenzflächenhaftung zum Fügeteilwerkstoff zulässt. Die richtige Oberflächenbehandlung als Vorbereitung für eine zuverlässige Klebung und natürlich auch die exakte Einhaltung der Parameter des Klebeprozesses selbst ist erheblich bedeutsamer als die Auswahl des Klebermaterials.

H) Topfzeit und Abbinde- oder Aushärtezeit: Während der Topfzeit kann der Kleber verarbeitet werden. Danach beginnt die Abbindung des Klebewerkstoffs. Lange Topfzeiten sind immer mit langen Abbindezeiten verbunden, in der die Klebung nicht ohne Schaden voll belastbar ist.

I) Dosieren: Ungenaue Dosierung führt bei der Polyaddition zum Verbleib von überschüssigem Reaktionspartner im ausgehärteten Werkstoff. Dieses Monomer wirkt als Weichmacher und kann zur Grenzfläche der Klebung hin diffundieren und die Haftung mindern.

J) Mischen: Beim unsachgemäßen Ansetzen von exotherm reagierenden Klebstoffsystemen kann die bei der Vernetzungsreaktion freiwerdende Wärme die Klebereigenschaften degradieren oder ganz zerstören. Je größer die Klebstoffmenge, umso heftiger ist diese Reaktion bis hin zur offenen Verbrennung.

K) Oberflächenzustand nach Lagerung/Transport: Je nach ökonomischen Randbedingungen müssen Klebepartner zu unterschiedlichen Zeiten an unterschiedlichen Orten hergestellt werden. Der Zustand der Oberflächen nach Lagerung und Transport ist oft nur sehr schwierig kontrollierbar und hält gelegentlich Überraschungen bereit.

L) Prozeßintegrierte Herstellung von Verklebungsproben: Es ist erstrebenswert eine konstruktive Lösung für die Herstellung von Verklebungsproben zusammen mit der Verklebung selbst zu organisieren, die nach dem Abbinden abgetrennt und im Bruchlastversuch getestet werden können.

2. Nur wenige Beispiele können die Risiken der nachträglichen Degradation einer Klebung erläutern

A) Äußere Weichmacher diffundieren zur Klebegrenzfläche: Die chemische Beständigkeit und Permeabilität der Klebepartner in der Umgebung einer Klebung können unterschiedlich auf vagabundierende Weichmacher im Werkstoff reagieren.

B) Spannungskorrosion: Die elektrolytisch bedeutsame Kombination und der Kontakt von Klebepartnern im Klebespalt (Beispiel: Kohlefaser in Kontakt mit Aluminium) kann zum Aufbau einer elektrischen Spannung führen (Batterie) die auf Dauer zu einer Oxidation und dann zum Versagen der Adhäsion führt.

Kennen Sie weitere Risiken einer Klebung? Schreiben Sie hier einen Beitrag!

Worauf man bei Rotorblattreparaturen achten sollte

2009-08-18T06:00:00.001+02:00

Nach meiner Erfahrung ist der Betreiber von Windkraftanlagen leider oft in der unkomfortablen Lage nach Ablauf der Gewährleistung Reparaturen am Rotorblatt durch sogenannte unabhängige Serviceunternehmen ausführen zu lassen. Kosmetische Schäden, d.h. oberflächliche Lack- und Versiegelungsarbeiten können meist bedenkenlos vergeben werden. Tiefergreifende, sog. strukturelle Schäden sind nicht ohne Risiko, die Vergabe an selbsternannte Reparaturbetriebe in den meisten Fällen ein Fiasko.

Dabei kommt es ganz entscheidend auf das Ausmaß des Schadens an. Sollte etwa nicht nur die äußere Schale, sondern auch die tragende Struktur des Rotorblattes darunter beschädigt oder gar gebrochen sein, dann ist in der Regel ein Austausch oder zumindest eine Reparatur im Fachbetrieb in der Halle erforderlich.

Nach meiner Erfahrung und den allgemein anerkannten Regeln der Technik sind Blattschäden dieses Ausmaßes mit Sicherheit nicht am hängenden Blatt und sogar in geeigneter Werkstattumgebung nur unter bestimmten Voraussetzungen wirtschaftlich und technisch sinnvoll möglich.

Es sind die folgenden Gegebenheiten zu bedenken:

Die notwendige Erstellung eines Reparaturplans erfordert intime Kenntnisse der Konstruktion des Blattes, die normalerweise in freien, d.h. Hersteller unabhängigen Reparaturbetrieben nicht vorhanden sind.
Zum Nachweis dieser Kenntnisse und Voraussetzung für eine fachmännische Reparatur ist deshalb ein Reparaturplan vorzulegen, bzw. abzufordern, aus dem die Verfahrensschritte, die Beschreibung des Lagenaufbaus und die zur Verwendung kommenden Materialien, sowie Ausführungen dazu, wie die aerodynamische Profiltreue wiederhergestellt und die massendynamischen und aerodynamischen Unwuchten nach der Reparatur ausgeglichen werden sollen.

Können diese Unterlagen nicht in entsprechend überzeugender Form beigebracht werden, macht nicht einmal eine Reparatur unter idealen Bedingungen in der Halle einen Sinn, weil man sich damit folgende Risiken einhandelt:

Die Flickstelle wird nicht dauerhaft haltbar sein
Die Messung und der Ausgleich der massendynamischen Unwucht durch die Materialverteilung an der Flickstelle und deren abweichenden belastungsmechanischen Eigenschaften übersteigen in der Regel die Fähigkeiten der Rotorblattreparaturbetriebe und können nur von wenigen Spezialbetrieben geleistet werden
Die Beseitigung von aerodynamischen Unwuchten, die durch „ambulante“ Profilnachbildungsversuche außerhalb der Urformen im Werk entstehen müssen, sind später nicht mehr, auch nicht von Spezialfirmen, zu beseitigen und
Mindern in nicht unerheblichem Maße den Ertrag der Anlage und
Belasten durch Wechselwirkungen zusätzlich die Anlage und fördern den vorzeitigen Verschleiß.

Fazit:
Müssen sie dennoch den steinigen Weg einer Reparatur am Anlagenhersteller vorbei gehen, dann ziehen sie einen ausgewiesenen Rotorblattexperten hinzu, der die Reparatur begleitet. Er muss die volle Bauzeit über vor Ort präsent sein und mit ausdrücklicher Kooperationszusage des Reparaturbetriebs und entsprechender Weisungsbefugnis bis hin zum Baustopp ausgestattet sein.

Viel Erfolg wünscht
Dr. Wolfgang Holstein
info@rotorcare.eu
GSM +49 172 311 8886

Health monitoring bei Rotorblättern von Windenergieanlagen

2006-11-15T10:30:00.003+01:00

1 Schnelles Wachstum

Die moderne Nutzung der Windenergie in Deutschland ist noch ein Teenager.

Vor dem Hintergrund dieser sehr jungen Erfahrung mit dem Betrieb solcher Maschinen von alten und neuen Anlagen zu sprechen ist schon leicht irreführend, weil ja bisher nur eine verschwindend geringe Zahl von schon archaisch anmutenden Maschinen die allgemein erwartete Lebensdauer von 20 Jahren gerade jetzt erst erreicht haben.

2 Besondere Anforderungen

Gemessen am Alter der Maschinen zur Stromerzeugung steht die technische Nutzung des Werkstoffs, aus dem die Windflügel hergestellt sind, ja immerhin schon um ein dreifaches länger zur Verfügung.
Faserverstärkte Polymere wurden in militärischen Konstruktionen der 50-iger Jahre bekannt und eroberten sich später den Segelfugzeugbau, in dem Deutschland ebenso wie in der Windenergie, Weltmeister ist. Durch den nahezu ununterbrochenen Betrieb (immer dann, wenn der Wind weht) und die permanente Exposition in der freien Natur an den unterschiedlichsten Standorten ergeben sich nahe liegend besondere Anforderungen an das Alterungsverhalten dieses Werkstoffs.

Rotorblätter von Windenergieanlagen der Megawattklasse sind in erster Linie nach Steifigkeitskriterien ausdimensioniert. Der Nachweis der errechneten Wechselfestigkeitsgrenzen im realen Betrieb für eine Lebensdauer von 20 Jahren steht global noch aus.

3 Beobachtete Schäden

Als sog. kosmetische Schäden werden Mängel in der Oberflächenbeschichtung zusammengefasst, die durch Erosion oder verarbeitungsspezifische Degradation entstehen können.

Strukturell relevante Schäden haben meist in zu großen Fertigungstoleranzen ihre Ursache oder geben Aufschluss über außergewöhnliche Betriebszustände.

Ein Teil des umfangreichen Bildmaterials, das mit der Präsentation des Vortrags gezeigt wird, handelt von den bekannten Schadensserien, die durch konstruktive oder fertigungstechnische Nachlässigkeiten entstanden sind.

Dabei können auch Schäden durch Außeneinwirkungen, sowie natürlich ein Mix aus den Einzelursachen in manchen Fällen auch zu Totalschäden führen.

4 Herausforderungen der Megawattklasse

Mit dem Überschreiten der magischen Grenze von einem Megawatt Nennleistung hat sich nach Einschätzung des Autors größtenteils die Überzeugung der aufgeklärten Konstrukteure durchgesetzt, dass nicht länger die vorliegende massendynamische und aerodynamische Schwingungsproblematik verniedlicht werden kann und Anlagendesign nicht länger Komponenten-Patchwork bleiben darf. Diese Vorgehensweise, die noch bei den kleinen Anlagen der Kilowattklasse zahlreiche kleine Büros mit einem Mindestbestand an Zulieferkatalogen zu WEA-Herstellern aufsteigen ließ ist endgültig vorbei. Noch heute sind etwa 10 bis 15 % der zeichnungsgleichen Anlagen nicht baugleich – eine Folge dieser wilden Jahre.

Es ist eine glückliche Fügung, dass exakt zu diesem Zeitpunkt die digitale Rechnertechnik mit der zugehörigen leistungsfähigen Software die notwendige Marktreife erlangt hat und hier zum Einsatz kommen kann um die anspruchsvoll gewachsene Designaufgabe mit Finite Element-Methoden, Modalanalysen und die Fertigung mit komplexen Steuer- und Regelprozessoren zu ermöglichen.

Allein die notwendigen multiplen Iterationsschleifen aus Entwurf, Konstruktion, Dimensionierung, Prototypenbau, statische und dynamische Untersuchungen am realen Bauteil können wegen der rasch wachsenden Bauteildimensionen und den damit verbundenen Aufwendungen nicht immer vollständig zum Redesign zurückgeführt werden. So hat in vielen Fällen die Breitenerprobung beim Kunden statt gefunden. Beispiele hierfür sind die Rotorblattserien APX 60 T, LM 26.1, 29.0 und 29.1, die durch sog. Retrofitmaßnahmen im Ringtausch nachgebessert werden müssen während sie bereits beim Kunden im Windpark in Betrieb sind.

Schadensserien kommen in den besten Familien vor. Der Autor dieses Beitrags hat die zweifelhafte Ehre im Jahre 2003 die auffällige erhöhte Blitzschlaganfälligkeit des 39 m Flügels der Vestas V 80 Anlagen auf eine Reihe von konstruktiven Besonderheiten in der Blattspitze zurückführen und anhand einer Serie von Schadensinspektionen nachweisen zu können. Seit Anfang des Jahres 2004 werden daraufhin konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen in die Produktion der Flügelserie weltweit eingeführt. Alleine in Deutschland sind ca. 800 dieser Anlagen also 2400 Rotorblätter in Betrieb deren Blattspitzen unverändert und mit erhöhtem Blitzschlagrisiko drehen. Wenn es auch nicht bei jedem Treffer zu größeren Schäden kommt, so bleiben doch jedes Mal unangenehme Auseinandersetzungen nach der sachverständigen Begutachtung der Schadensursache und der Schadenshöhe in dem Spannungsfeld zwischen Betreiber, Anlagenhersteller und dem Versicherer. Der sachverständige Gutachter, der die technische Realität beschreibt, gerät dabei nicht selten zwischen die Fronten und wird in einem zunehmend verrohenden verkäufermarkttypischen Unfairplay beschädigt. Es sei hier gestattet Carl von Ossietzky zu zitieren, der gesagt hat: „In Deutschland gilt derjenige als viel gefährlicher, der auf den Schmutz hinweist, als der, der ihn gemacht hat."

Pfusch beim Bau ist bei einem Großteil der Blattserien NOI 34 und 37,5 zu verzeichnen. Die fast ausschließlich manuell orientierte Fertigung dieser Blattserie, die von einem Zulieferer organisiert wird, ist ungenügend und unqualifiziert beaufsichtigt, eine katastrophale Bauteilqualität ist die Folge. Die durchgängigen Produktionsmängel sind auf Managementdefizite zurückzuführen. Das bei dieser Blattstruktur grundlegende belastungsmechanische Konzept: „zwei-Stege-zwei-Schalen“ ist in den kritischen Bereichen der Steg-Schale-Verklebung weit außerhalb der vorgesehenen Toleranzen ausgeführt. Nicht immer führen solche groben Fertigungstoleranzen zum sofort offensichtlichen Bauteilversagen. Dieses Phänomen wird oft als der „Toilettenpapier-Perforations-Effekt“ bezeichnet, weil erfahrungsgemäß in nicht seltenen Fällen die identifizierte Schwachstelle sich ihrer Sollbrucheigenschaft entzieht. Dennoch ist hier der Anlagenhersteller Nordex in verantwortlicher Haltung vorausgegangen und hat ein generelles Redesign der Blätter auf der Basis einer Schwachstellenanalyse durchgeführt und zu einer serienübergreifenden Reparaturvorschrift entwickelt. Derzeit werden in einer weitgreifenden Rückrufaktion die mangelhaften Blätter vor Ort in den Windparks saniert.

5 Health monitoring Konzepte

Condition monitoring oder health monitoring Systeme für Rotorblätter können die komplexe Überwachungsaufgabe nur dann erfüllen, wenn diese eingebunden sind in ein Konzert von flankierenden Maßnahmen eines proaktiven Design, Inspektions- und Wartungsmanagements.

5.1 Eigenfrequenzbestimmung durch ambulantes Messen der Blattschwingzahl

Manuelles Anregen der Biegeeigenfrequenzen in Schwenk- und Schlagrichtung. Dokumentation der Schwingzahl. Beobachtung möglicher Veränderungen dieser Werte über die Zeit.

5.2 Kontinuierliche Messung der Belastung mittels Sensortechnik

Kontinuierliche Messwerterfassung mittels DMS (z.B. nach IEC TS 61400-13) Das Problem dieser (und auch der vorher genannten) Verfahren ist weniger die Messwerterfassung als vielmehr die zuverlässige Interpretation ggf. veränderter Werte als Funktion von kategorisierbaren Schäden.

5.3 Blade monitoring System (Quelle LM)

Rotorblätter von Windenergieanlagen der Multi-Megawattklasse sind „single-pitch-controlled“, d.h. besitzen eine Einzelblatt-Anstellwinkel-Regelung, die sicher stellt, dass die maximal auftretenden Windlasten nicht die materialspezifisch begrenzten Schnittlasten übersteigen. Die sog. dynamic load balance reagiert also mit Hilfe einer sehr schnellen Pitch-Regelung auf Windböen und auch durch Strömungsabriss induzierte Schwingungen und sorgt im Regelbetrieb für die Vermeidung von kritischen Lastfällen. Zusätzlich detektieren kaskadenförmig angeordnete Lichtfaserbündel an Vorder- und Hinterkante die ggf. auftretenden Risse und durch die Staffelung in verschiedenen Ebenen die Risstiefen als typische Vorzeichen fortschreitender Degradation der Betriebsfestigkeit.

5.4 HMS blade integrity detection concept

Der Vorschlag der HMS Technologie GmbH für ein ganzheitlich detektierendes health monitoring System beruht auf der Messung des staudruckbeaufschlagten Blattkammerinnendrucks. Geht der Überdruck im Blattinneren während des Betriebs verloren, bzw. lässt er sich trotz Anströmung nicht mehr entsprechend aufbauen, dann liegt ein Leck vor, d.h. das Rotorblatt hat mit großer Wahrscheinlichkeit einen nennenswerten Riss, d.h. einen strukturell relevanten Schaden erlitten. Gleichzeitig soll über einen Tiefpass gefiltertes akustisches Signal ausgewertet werden, das zwischen initialen Harzbrüchen und dem fatalen Bruchereignis vorausgehenden vereinzelten Faserbrüchen unterscheiden kann. Dieses System ist nachrüstbar und von vergleichsweise bescheidenem technischem Geräteaufwand.

Dr.Ing. Wolfgang Holstein
mail(at)rotorcare.eu