Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines künstlichen Bewitterungsverfahrens für die Qualitätssicherung hochbeanspruchbarer Rotorblattvorderkantenbeschichtungen unter Bewertung witterungsbedingter mechanischer Eingenschaftsänderungen

In den letzten Jahren sind bei Windenergieanlagen vermehrt massive Schäden an den Rotorblattvorderkanten aufgetreten. Diese Schadensbildung wurde im DIN-Ausschuss Beschichtungen an Rotorblättern für Windenergieanlagen unter den Fachexperten kontrovers diskutiert. Die Mitglieder des Ausschuss sind zu dem Ergebnis gekommen, dass die starken Erosionsprobleme durch Schädigungsmechanismen verursacht werden, die bisher nicht ausreichend untersucht worden und in den Prüfszenarien derzeit nicht abgebildet sind. Die Schädigung der Erosionsschutzbeschichtung durch die Bewitterung verursacht einen erhöhten Instandhaltungsbedarf, mögliche Schäden und die Gefahr des Verlustes eines Rotorblatts sind denkbar.

RotorBeWi greift diese Problemstellung auf. Es wird ein wissenschaftlich abgesichertes Vor-konditionierungsverfahren für die Erosionsprüfung entwickelt um sicher zu stellen, dass die Erosionsprüfung praxisgerechte Ergebnisse liefert. Die Erkenntnisse des Forschungsprojekts werden unmittelbar in die Normung einfließen. Für KMU in der Windenergiebranche besteht der sehr große Vorteil, dass die hier angestrebten grundlegenden und unabhängigen Untersuchungen und Entwicklung der Prüfmethode üblicherweise nicht von KMUs alleine finanziert werden können. Aufgrund der aktuell bestehenden enormen Prüfkosten sind die KMU in der Entwicklung neuer Verfahren und Produkte benachteiligt.

In diesem Bereich gibt es derzeit wenige KMU Lackhersteller die diese Beschichtungsstoffe herstellen. Weitere Lackhersteller möchten diese Branche beliefern und das zu entwickelnde Erosionsschutzmaterial ist dabei als Nischenprodukt für kleine und spezialisierte Lackhersteller interessant. Der zu erwartende reduzierte Prüfaufwand ist für KMU-Lackhersteller von großem Vorteil.

Prüfgerätehersteller und Beratungsunternehmen können die Prüfdienstleistung und den Vertrieb von Bewitterungsgeräten anbieten. Dazu kommen Firmen, die in Kleinserie Prüfgeräte für die Regenerosionsprüfung herstellen können.

Ergebniszusammenfassung:

An Rotorblattvorderkanten von Windenergieanlagen treten oft massive Schädigungen der Beschichtung auf. Ursache ist eine Kombination aus Alterung der Beschichtung durch Witterungseinflüsse und mechanischer Beanspruchung durch Regenerosion, mit Aufprallgeschwindigkeiten von z.T. über 300 km/h.

Um vorab zu prüfen, ob eine Beschichtung für die Anwendung auf Rotorblättern geeignet ist, hat sich die bisherige Methode bestehend aus separater Prüfung unbewitterter Beschichtungsproben in Regenerosionstests und separater Prüfung von Beschichtungsproben auf Bewitterungsbeständigkeit als unzureichend erwiesen. Im Rahmen des Projekts "RotorBeWi" namen die DFO und das Fraunhofer IFAM sich der Problematik an. Ziel war es, den Schädigungsmechanismus aufzuklären und eine praxisnähere Bewitterungsmethode zu entwickeln.

Hierzu wurde die Alterung von Beschichtungen durch verschiedene Bewitterungsmethoden untersucht. Danach folgte die Prüfung der Erosionsbeständigkeit an den bewitterten Proben. Die wesentlichen Erkenntnisse dieses Projektes sind der geringe Einfluss der mechanisch-technologischen Eigenschaften von Rotorblattbeschichtungen auf deren Beständigkeit sowie die mangelhafte Aussagekraft des etablierten Verfahrens zur Prüfung der Erosionsbeständigkeit. Nicht die Art der Bewitterung ist problematisch, sondern die nicht praxisrelevante Methode zur Regenerosionsprüfung bzw. deren Auswerteverfahren. Somit ist nicht die Entwicklung eines neuen Bewitterungsverfahrens, sondern die Kombination bestehender Bewitterungsverfahren mit einer praxisorientiert weiterentwickelten und optimierten Regenerosionsprüfung der richtige Weg für die Realisierung eines aussagekräftigeren Prüfverfahrens.

Eine sofortige Berücksichtigung der Erkenntnisse zu den mechanisch-technologischen Eigenschaften, ist z.B. im Bereich der Entwicklung von Beschichtungsstoffen uneingeschränkt möglich.