Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Organisationseinheit der BAM
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Rotorblätter von Windenergieanlagen (WEA) weisen häufig nach wenigen Jahren, lange vor dem Erreichen der prognostizierten Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren Risse in der Blattschale auf. Die Folge sind aufwendige Reparaturen am installierten und schwer zugänglichen Rotorblatt und der kostenintensive Nutzungsausfall durch den Stillstand der WEA.
Als mögliche Initiatoren für die Schäden in der Blattschale der Rotorblätter gelten fertigungsbedingte Imperfektionen. Für die Untersuchung des Einflusses dieser Imperfektionen auf das Ermüdungsverhalten der Rotorblätter wurde an der BAM (Bundesanstalt für Mate-rialforschung und -prüfung) ein Prüfstand für statische und zyklische Versuche von Schalensegmenten im intermediate scale entwickelt und betrieben. Die untersuchten Schalensegmente in Sandwichbauweise sind der Rotorblattschale von WEA im Hinblick auf die Strukturmechanik, die eingesetzten Halbzeuge, den Laminataufbau und dem eingesetzten Fertigungsverfahren ähnlich. Als Imperfektionen wurden verschiedenen Variationen von Lagenstößen in die Hautlagen und Schaumstöße mit Breitenvariation in den Stützkern reproduzierbar eingebracht. Die Überwachung des Schädigungszustandes während der Schwingversuche unter realistischen Lastszenarien erfolgt über eine kombinierte in situ Schädigungsüberwachung mittels passiver Thermografie und Felddehnungsmessung.
Mit den durchgeführten Schwingversuchen und der begleitenden Überwachung des Schädigungszustandes ließen sich die Schadensinitiation und die signifikante Herabsetzung der Lebensdauer durch die eingebrachten Imperfektionen zweifelsfrei nachweisen und entsprechende Konstruktionshinweise für die betriebssichere Auslegung von Sandwichstrukturen ableiten.
In letzter Zeit kommen immer mehr alternative Energiequellen als Ersatz fossiler Brennstoffe zum Einsatz, so auch die Solarthermie. Jedoch sind die Betriebsbedingungen aufgrund der chemischen Zusammensetzung der Wärmeträgermedien und herrschenden Temperaturen extrem hinsichtlich Korrosion. Da die Kraftwerke bei maximaler Lebensdauer ökonomisch vertretbar sein müssen, ist eine Werkstoffauswahl basierend auf Voruntersuchungen notwendig, um einen sicheren und verlässlichen Betrieb dieser Anlagen zu gewährleisten.
Die Werkstoffauswahl hängt von der Betriebstemperatur eines Kraftwerks bzw. der chemischen Zusammensetzung des Wärmeträgermediums ab. In hochkorrosiven Umgebungen werden aufgrund ihrer sehr guten Korrosionsbeständigkeit Nickelbasislegierungen nicht nur für stark korrosiv beanspruchte Bauteile als die Lösung angesehen. Jedoch kann es durchaus beständigkeitsbedingte Einschränkungen für den Einsatz geben, wofür die hier vorgestellten Ergebnisse dienen sollen.
In diesem Beitrag wird die Beständigkeit ausgewählter hochlegierter Werkstoffe (inklusive einer neuentwickelten Legierung in einer Nitrat-Salzschmelze (60 % NaNO3/40 % KNO3) vorgestellt, die mittels elektrochemischer Messungen und Auslagerungsversuchen ermittelt wurde.