Wärmebild macht innere Schäden sichtbar

Besonders die Rotorblätter sind der Witterung, Blitzeinschlägen und auf hoher See auch Salzwasser ausgesetzt. Innere Schäden wie beginnende Risse, Delaminationen des Kunststoffs oder sich lösende Verklebungen sind selbst aus nächster Nähe oft nicht zu erkennen. Zudem sind solche Inspektionen aufwändig und teuer.

Um eine kostengünstige Methode für die Erkennung innerer Schäden zu ermöglichen, hat die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) das Verfahren der passiven Thermografie adaptiert. „Es basiert auf der Messung der Oberflächentemperatur der Bauteile und nutzt dafür die Sonneneinstrahlung und den natürlichen Temperaturverlauf über den Tag“, erklärt Rainer Krankenhagen, Experte für thermografische Verfahren an der BAM. Mit einer Infrarotkamera werden dabei vom Boden oder aus der Luft die Rotorblätter der Windkraftanlage erfasst. „Aus den räumlichen und zeitlichen Temperaturverläufen innerhalb des Bauteils können wir Informationen über verborgene Schäden ableiten“, so Krankenhagen.

Dabei ist es entscheidend, zum Zeitpunkt maximaler Temperaturkontraste zu messen, um den an sich sehr schwachen Effekt zu erkennen: etwa am sonnigen Morgen nach einer frostigen Nacht. Zudem ist es eine Herausforderung, den Einfluss äußerer Parameter wie natürliche Temperaturschwankungen durch Tageszeit oder Wind zu verstehen. Simulationen können hier helfen. „Wir wollen bei unseren numerischen Simulationen aktuelle Wetterdaten und Wettervorhersagen miteinbeziehen, um die Messungen noch aussagekräftiger machen“, erläutert der Wissenschaftler.

Gleichzeitig verwenden die Forschenden das bereits von der BAM patentierte Verfahren der Differenzmessung: Die Temperaturverteilung wird dazu zeitgleich an allen drei sich drehenden Rotorblätter einer Windkraftanlage gemessen und anschließend miteinander verglichen. Differenzen in den Messungen weisen auf mögliche Schäden hin und ermöglichen ein rechtzeitiges Eingreifen.

In dem Projekt „EvalTherm“, das vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert wird, soll das Verfahren der passiven Thermografie jetzt perfektioniert und praxisreif gemacht werden. Für die sehr komplexen Messungen und Datenauswertungen werden Hard- und Software bestmöglich aufeinander abgestimmt.
Dazu kooperieren in dem Verbundvorhaben unter der Leitung der BAM das Fraunhofer-Institut für Holzforschung, das eine langjährige Expertise bei der Rotorblattinspektion besitzt, die „InfraTec“ GmbH, die eine spezielle drohnentaugliche Infrarotkamera entwickeln wird, sowie die „clockworkX“ GmbH, die auf die Verknüpfung von Anlagendaten mit Mess- und Wetterdaten spezialisiert ist. 

„Wir hoffen, dass unsere Forschungsergebnisse schon bald zu einem marktreifen System führen, das sichere, zuverlässige und zugleich kostengünstigere Inspektionen an den Rotorblättern von Windkraftanlagen erlaubt“, so Rainer Krankenhagen.