Bislang untersuchen so genannte Alpinisten die riesigen Flügel, indem sie sich von der Nabe der Windkraftanlage senkrecht nach unten abseilen. Sie klopfen dann die Oberfläche der Rotorblätter mit einem Hämmerchen ab. Allein am Klang sollen sie Materialschäden wie Rissbildungen oder schadhafte Klebestellen in der Tiefe des Flügels erkennen. Nach Ansicht von Dr. Norbert Elkmann vom Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung ist diese "subjektive Schadenserfassung" alles andere als perfekt.
"Wenn ein Mensch sich an dem Rotorblatt befindet und inspiziert, ist er immer von subjektiven Eindrücken geprägt. Das lässt sich gar nicht vermeiden. Gerade bei diesen Bedingungen dort oben in großer Höhe. Und wir erfassen zuverlässig die komplette Fläche des Rotorblattes. Also, das ist ein qualitativer Unterschied."
In zweijähriger Arbeit entwickelten die Magdeburger Wissenschaftler einen Roboter, der die gefährliche Arbeit der Alpinisten in Zukunft übernehmen soll. Die Konstruktion erinnert allerdings nur bedingt an Roboter der klassischen Bauart. Vielmehr handelt es sich um einen Rahmen, durchaus ähnlich einem Bilderrahmen, der allerdings so groß ist, dass er die meterdicken Rotorblätter problemlos umschließen kann.
"Der Aufwand, der Hirnschmalz, sage ich mal salopp, ist auch da mit reingeflossen, dass der Inbetriebnahmeaufwand am Rotorblatt und an der Windkraftanlage entsprechend gering wird. Es ist so geplant, dass zwar noch eine Person hoch muss zu der Nabe des Rotorblattes, die Seile um die beiden anderen Rotorblätter schlingt, die herab gelassen werden, und dann der Roboter unten an den Seilen befestigt wird und senkrecht nach oben gezogen werden kann."
Um das Einfädeln zu erleichtern, kann der Rahmen an einer Seite geöffnet werden. Aus diesem Grund nennen ihn die Konstrukteure "Open Frame" - offener Rahmen. Umschließt der Roboter erst mal den senkrecht hängenden Flügel, kann er wie eine Arbeitsbühne am Rotorblatt rauf- und runterfahren.
"In diesem Rahmen befinden sich noch entsprechende Rollensysteme, die sicherstellen, dass das Rotorblatt nicht beschädigt wird, dass also über das Gewicht des Rahmens die Kräfte gleichmäßig verteilt werden. Und dass eine zuverlässige Führung bei der Auf- und Abbewegung des Rahmens entlang des Rotorblattes sichergestellt ist."
Die eigentliche Inspektionsarbeit erledigen Sensoren, die im Rahmen des Roboters integriert sind. Dazu gehört eine Wärmebildkamera, die kleinste Risse unter der Oberfläche des Flügels erfassen kann. Ein weiterer Sensor schickt Ultraschallsignale in die Tiefe des Materials. Aus dem Echo kann die Qualität der Klebeverbindungen im Inneren des Flügels erkannt werden. Alle Daten werden mit Koordinaten versehen, so dass im Schadensfalle klar ist, wo genau die Defekte liegen. Die Inspektion, die pro Flügel circa zwei Stunden dauert, kann online und in Echtzeit auf einem Monitor überwacht werden. Tilo Förster:
"Wir haben bis jetzt sehr viele Anfragen von Industriepartnern bekommen, die hauptsächlich darauf abgezielt haben, das System für den Offshore-Einsatz zu nutzen. Für Windparks, die jetzt in der Ostsee und Nordsee entstehen sollen. Für diese Offshore-Windparks gibt es derzeit noch kein tragfähiges Inspektionskonzept. Und deswegen ist die Entwicklung des Roboters da eine passende Lösung."
Bislang existiert der Roboter allerdings nur virtuell, als Konstruktion auf dem Bildschirm. Einzelne Bauteile, insbesondere die beweglich geführten Ultraschallsensoren und Wärmebildkameras wurden schon real auf ihre Tauglichkeit getestet. Nun, nach den Abschluss der zweijährigen Forschungsphase steht das Urteil fest: Roboter können die Inspektion der Windkraftanlagen revolutionieren.
"Wenn ein Mensch sich an dem Rotorblatt befindet und inspiziert, ist er immer von subjektiven Eindrücken geprägt. Das lässt sich gar nicht vermeiden. Gerade bei diesen Bedingungen dort oben in großer Höhe. Und wir erfassen zuverlässig die komplette Fläche des Rotorblattes. Also, das ist ein qualitativer Unterschied."
In zweijähriger Arbeit entwickelten die Magdeburger Wissenschaftler einen Roboter, der die gefährliche Arbeit der Alpinisten in Zukunft übernehmen soll. Die Konstruktion erinnert allerdings nur bedingt an Roboter der klassischen Bauart. Vielmehr handelt es sich um einen Rahmen, durchaus ähnlich einem Bilderrahmen, der allerdings so groß ist, dass er die meterdicken Rotorblätter problemlos umschließen kann.
"Der Aufwand, der Hirnschmalz, sage ich mal salopp, ist auch da mit reingeflossen, dass der Inbetriebnahmeaufwand am Rotorblatt und an der Windkraftanlage entsprechend gering wird. Es ist so geplant, dass zwar noch eine Person hoch muss zu der Nabe des Rotorblattes, die Seile um die beiden anderen Rotorblätter schlingt, die herab gelassen werden, und dann der Roboter unten an den Seilen befestigt wird und senkrecht nach oben gezogen werden kann."
Um das Einfädeln zu erleichtern, kann der Rahmen an einer Seite geöffnet werden. Aus diesem Grund nennen ihn die Konstrukteure "Open Frame" - offener Rahmen. Umschließt der Roboter erst mal den senkrecht hängenden Flügel, kann er wie eine Arbeitsbühne am Rotorblatt rauf- und runterfahren.
"In diesem Rahmen befinden sich noch entsprechende Rollensysteme, die sicherstellen, dass das Rotorblatt nicht beschädigt wird, dass also über das Gewicht des Rahmens die Kräfte gleichmäßig verteilt werden. Und dass eine zuverlässige Führung bei der Auf- und Abbewegung des Rahmens entlang des Rotorblattes sichergestellt ist."
Die eigentliche Inspektionsarbeit erledigen Sensoren, die im Rahmen des Roboters integriert sind. Dazu gehört eine Wärmebildkamera, die kleinste Risse unter der Oberfläche des Flügels erfassen kann. Ein weiterer Sensor schickt Ultraschallsignale in die Tiefe des Materials. Aus dem Echo kann die Qualität der Klebeverbindungen im Inneren des Flügels erkannt werden. Alle Daten werden mit Koordinaten versehen, so dass im Schadensfalle klar ist, wo genau die Defekte liegen. Die Inspektion, die pro Flügel circa zwei Stunden dauert, kann online und in Echtzeit auf einem Monitor überwacht werden. Tilo Förster:
"Wir haben bis jetzt sehr viele Anfragen von Industriepartnern bekommen, die hauptsächlich darauf abgezielt haben, das System für den Offshore-Einsatz zu nutzen. Für Windparks, die jetzt in der Ostsee und Nordsee entstehen sollen. Für diese Offshore-Windparks gibt es derzeit noch kein tragfähiges Inspektionskonzept. Und deswegen ist die Entwicklung des Roboters da eine passende Lösung."
Bislang existiert der Roboter allerdings nur virtuell, als Konstruktion auf dem Bildschirm. Einzelne Bauteile, insbesondere die beweglich geführten Ultraschallsensoren und Wärmebildkameras wurden schon real auf ihre Tauglichkeit getestet. Nun, nach den Abschluss der zweijährigen Forschungsphase steht das Urteil fest: Roboter können die Inspektion der Windkraftanlagen revolutionieren.