Auf Biegen und Brechen
Im Testzentrum des Fraunhofer-Instituts fĂĽr Windenergie und Energiesystemtechnik mĂĽssen FlĂĽgel von Windkraftanlagen zeigen, was sie aushalten.
- Wolfgang Heumer
Im Testzentrum des Fraunhofer-Instituts fĂĽr Windenergie und Energiesystemtechnik mĂĽssen FlĂĽgel von Windkraftanlagen zeigen, was sie aushalten.
Die Anspannung ist mit Händen zu greifen. Dicht drängen sich die Ingenieure an die Fenster der kleinen Kanzel unter dem Dach der Fabrikhalle. Ihre Blicke konzentrieren sich auf das riesige Rotorblatt, das diagonal von der Hallenrückwand nach oben Richtung Hallendecke ragt. Auf der einen Seite ist der 58 Meter lange Windmühlenflügel fest an einen Betonklotz geschraubt, die Spitze dagegen scheint frei im Raum zu schweben. Fünf Klammern sind im Abstand von etwa acht Metern an dem Flügel angebracht; Drahtseile von der Stärke eines Kinderarmes laufen von dort nach unten und über Umlenkrollen zu Zylindern, die fest auf dem Hallenboden montiert sind.
Vor zwei Minuten hat der Mann am Fahrstand das Hydrauliksystem in Bewegung gesetzt, jetzt ist zu erkennen, wie die Kraft ĂĽber das Seil- und Klammersystem auf das Rotorblatt wirkt. Immer weiter biegt sich die FlĂĽgelspitze dem Hallenboden entgegen; immer dichter rĂĽcken die Ingenieure an die Scheiben heran. Innerhalb von zehn Minuten kann das auf das Blatt wirkende Biegemoment auf bis zu 50 Meganewtonmeter hochgefahren werden.
Die 70 Meter lange und 22 Meter hohe Halle im Bremerhavener Fischereihafen beherbergt den derzeit größten Rotorblatt-Prüfstand in Deutschland. Im Auftrag der Industrie testet das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (Iwes) hier seit 2009 die Flügel für jene Windkraftanlagen, die künftig auf hoher See Strom erzeugen sollen. "Mit dem Prüfstand können wir in wenigen Monaten die Belastungen simulieren, denen ein Rotorblatt während seines 20-jährigen Betriebszyklus ausgesetzt ist", erklärt Projektleiter Falko Bürkner.
Während die Flügel an den bis zu 160 Meter hohen Fünf- Megawatt-Windenergieanlagen vom Schiff aus nahezu filigran wirken, offenbart sich hier in der Halle, wie gigantisch diese Teile tatsächlich sind: Bis zu 35 Tonnen sind die Rotorblätter schwer, mit einer Länge von mehr als 60 Metern übertreffen sie bisweilen sogar die Tragflächenmaße des Airbus A380. Mit rund 2,5 Millionen Euro pro Megawatt installierter Leistung kosten Offshore-Anlagen etwa doppelt so viel wie Landanlagen – angesichts dieser immens hohen Investitionssummen hängt die Wirtschaftlichkeit von Offshore-Windrädern also vor allem von der Dauer des Gesamteinsatzes ab.
Der Versuchsleiter im Fahrstand erhöht den Zug. Aus dem Hallenhintergrund ist das Surren einer Hydraulikpumpe zu hören. Die Zylinder am Hallenboden bewegen sich Millimeter für Millimeter und ziehen an den Stahlseilen. Erst ist ein leises Knistern aus dem Inneren des Flügels zu vernehmen, dann ein lauteres Knacken. "Das Geräusch entsteht, wenn sich einzelne Fasern im Laminat voneinander lösen", erläutert Bürkner. Hält das Blatt, oder hält es nicht – das ist die Frage, die sich die Ingenieure mit banger Erwartung stellen. Aus Sicherheitsgründen darf sich während des Versuchs niemand in der Halle selbst aufhalten. Immerhin lässt sich die Spitze eines Rotorblattes bis zu 17,50 Meter gen Hallenboden ziehen: "Gebrochen ist hier bislang noch kein Blatt", versichert Bürkner. Und auch diesmal hält der Flügel – zur sichtbaren Erleichterung der Ingenieure.
Die Technik für die Prüfungen hat das Iwes selbst entwickelt. "Das gibt es nicht von der Stange", sagt Bürkner. Angesichts der Dimensionen der Prüfteile wirken die Geräte dennoch verblüffend unspektakulär: ein Portalkran an der Decke, ein paar gelb lackierte Hydraulikzylinder am Boden, Drahtseile, Umlenkrollen, stabile Stahlrahmen – das ist fast die gesamte Ausstattung. Dem Hallenboden ist äußerlich nicht anzusehen, dass er aus einer zwei Meter starken Betonschicht besteht und auf mehr als 100 Stahlbetonpfählen ruht. Was auf den ersten Blick auffällt, ist jedoch der gigantische Betonklotz am Kopf der Halle. Mit einer Kantenlänge von rund 7,50 Metern ist der Block, an dem das Rotorblatt für die Biege- und Schwingungstests befestigt wird, beinahe so groß wie ein Einfamilienhaus. Die Konstruktion aus Spezialbeton lässt ahnen, welche gewaltigen Kräfte ins Spiel kommen, wenn das Iwes die Rotorblätter testet: "Durch diesen Block ziehen sich im Abstand von jeweils zehn Zentimetern Hunderte Stahlstangen von der Dicke eines Handgelenks", sagt Bürkner.
