Fachartikel

SiWind – neuer Werkstoff für Offshore-Windenergieanlagen Teil 3: Bruchmechanische Analyse einer Nabe für Windenergieanlagen aus dem Sphärogusswerkstoff SiWind
von Jasper Egge und Jürgen Meyer, Rendsburg

Im Rahmen des BMU-Projektes „Werkstoffentwicklung für Windenergieanlagen im Multi-Megawatt-Bereich Offshore" (Megawind) wurde der höherfeste Sphärogusswerkstoff (EN-GJS) „SiWind" als Konstruktionswerkstoff für große Windenergieanlagen entwickelt. Die Festigkeitssteigerung wurde im Wesentlichen durch eine Erhöhung des Siliziumgehaltes erzielt. Zur Beurteilung des Werkstoffverhaltens in Bezug auf die bruchmechanischen Eigenschaften wurde eine Bauteilanalyse durchgeführt. Als Testbauteil für die bruchmechanische Analyse wurde eine Rotornabe gewählt.

Schema des Ablaufs der Bruchmechanikanalyse
Bild: Schema des Ablaufs der Bruchmechanikanalyse. Grafik: Aerodyn Energiesysteme, Fotos: TU Bergakademie Freiberg

Das Analyseverfahren in der im Folgenden dargestellten Form ermöglicht die fundierte Bewertung des Einflusses von Werkstoff-, Konstruktions- und Beanspruchungsgrößen. Es bietet ein erhebliches Potenzial zur Kostenreduktion durch eine begründete Festlegung von Inspektionsintervallen bei technisch gut detektierbaren Anfangsfehlern oder Anrissen infolge Betriebslasten. Eine Einschätzung der verbleibenden Restlebensdauer kann zum temporären Weiterbetrieb bei gleichzeitiger Ersatzbeschaffung von Bauteilen genutzt werden. Erhebliche wirtschaftliche Verluste durch eine sofortige Anlagenstilllegung können so vermieden werden.

Darüber hinaus bietet eine ergänzende bruchmechanische Auslegung ein deutlich gesteigertes Sicherheitsniveau für Windkraftanlagen. Dies ist gerade für die hier typischen Bauteile von besonderer Bedeutung, da Bauteiltests wegen ihrer Größe und des extrem langen Prüfzeitraums kaum wirtschaftlich durchgeführt werden können.

Dipl.-Ing. Jasper Egge und Prof. Dr.-Ing. Jürgen Meyer, aerodyn Energiesysteme GmbH, Rendsburg


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pdf-Datei aus "GIESSEREI" Heft 10/2014, Seiten 48-53
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