Die vorbeugende Wartung von Maschinenkomponenten spart Betreibern von Windkraftanlagen Zeit und Geld, da ungeplante Standzeiten der Maschinen durch unerwartet auftretende Defekte stark reduziert werden können.

Die bisher am Markt verfügbaren Technologien für die Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) der großen Wälzlager in Windkraftanlagen sind aber oft relativ ungenau, da der Lagerzustand in der Regel nur indirekt etwa durch die Messung von Vibrationen erfasst wird. Prof. Rainer Engelbrecht vom „Institut Polymer Optical Fiber Application Center“ (POF-AC) der Technischen Hochschule Nürnberg entwickelt nun neue Sensoren, die erstmals eine direkte und umfassende Überwachung der Wälzlager ermöglichen. 

In seinem Projekt „CMLB – Neuartige Condition-Monitoring-Systeme für die Schadensüberwachung von schwenkenden Großwälzlagern“ geht es insbesondere um die Rotorblattlager. Diese ermöglichen es, die einzelnen Rotorblätter je nach Windstärke optimal zur anströmende Luft zu neigen und damit die Leistung der Turbine zu regeln.

Sensor misst Verformungen im Zehntelmillimeter-Bereich

Die Lager haben einen Durchmesser von etwa drei Metern, müssen die enormen Lasten von den Rotorblättern auf deren Aufnahme übertragen und gleichzeitig den Verstellmechanismus der Rotorblätter beherbergen. Derartige Lager sind eigentlich für eine durchgängige Drehung ausgelegt. In einer Windkraftanlage werden sie aber nur unregelmäßig verstellt und nie komplett um die eigene Achse gedreht. Dies führt dazu, dass sich die Lager während der Rotation des Windrades oval verformen und nicht mehr exakt rund sind.

Diese Verformung im Bereich von wenigen Zehntelmillimetern will das Team um Engelbrecht mit einem speziell für diese Problematik entwickelten optischen Sensor messen. Um auch die Bildung von Rissen in den Lagern zu überwachen, forscht das Projektteam an einer weiteren innovativen optischen Sensortechnologie aus speziellen Kunststofffasern.

Die optischen Sensoren sind mechanisch verschleißfrei und robust gegen elektromagnetische Felder und Blitzschlag, was sie für den Einsatz in Windturbinen prädestiniert. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „KMU-innovativ“ vom Bundesforschungsministerium mit knapp 450.000 Euro unterstützt.