Exakter als bisher Menschen untersucht ein kletternder Roboter autonom die Rotorblätter von Windkraftanlagen in luftiger Höhe

Kletterroboter im Einsatz

Magdeburg - Wenn Windkraftanlagen im Sturm spektakulär auseinanderbrechen, beginnt der Bruch meist bei winzigen Fehlern im Rotor-Material. Jetzt entwickelten Magdeburger Forscher einen Kletter-Roboter, der die Rotoren auf solche Unregelmäßigkeiten exakter und gründlicher inspiziert als bisher der Mensch. Selbst unter der Oberfläche kann er feinste Risse, abgelöste Schichten oder defekte Klebeverbindungen entdecken - dank seiner Kombination aus Infrarot- und Ultraschall-Systemen. Der Prüfroboter namens RIWEA, der einem überdimensionalen Bilderrahmen an Seilen gleicht, zieht sich an einem führenden Trägersystem selbstständig in die Höhe, so die Forscher. Bislang ist es die Aufgabe menschlicher Wartungsspezialisten, regelmäßig die langen Rotorblätter in luftiger Höhe zu untersuchen. RIWEA soll auf jeder gängigen Windkraftanlage an Land oder auf dem Meer zum Einsatz kommen können.

"Unser Roboter ist mit einer Reihe von modernen Sensorsystemen ausgestattet", erklärt Norbert Elkmann, Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF). Sein Team kombinierte dafür mehrere Techniken, die die Materialstruktur auf kleinste Defekte prüfen: Zum einen sucht eine hochauflösende Kamera nach Rissen und sichtbaren Materialfehlern. Zum anderen sendet ein Infrarotstrahler Wärme auf die Oberfläche der Rotoren, während eine Wärmekamera die Temperaturmuster registriert - und weniger sichtbare Materialfehler entdecken hilft. Und obendrein kann ein Ultraschallsystem Schwingungsmuster erzeugen, die Schäden unter der Oberfläche verraten.

Wichtiger noch als die Prüfsysteme an Bord ist aber wohl die Kletterfähigkeit des Roboters und seine eigenständige Fortbewegung hoch in der Luft. Schließlich spart es Zeit und Geld, wenn die Rotoren aktiver Windkraftanlagen zur Analyse an Ort und Stelle bleiben können. Das Magdeburger Team entwickelte ein passendes Trägersystem aus Führungsseilen, an welchem der Roboter präzise der Rotorblattfläche folgt, so Elkmann: "Das ist eine hochkomplexe Bühne mit 16 Freiheitsgraden, die sich selbstständig an Seilen hochziehen kann".

Gängige Rotorblätter an heutigen Windkraftanlagen bestehen vor allem aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Die bis zu 60 Meter langen Blätter müssen starken Windkräften standhalten, aber auch Trägheitskräften, welche beim Rotieren auftreten. Gleichzeitig ist das Material Hitze, Kälte und Feuchtigkeit ausgesetzt und darf unter UV-Einstrahlung nicht allzu stark verwittern. Typische Schadstellen sind defekte Klebeverbindungen, sich ablösende Laminatschichten sowie Risse vor allem am Ansatz der Blätter. Ein spektakuläres Beispiel von übersehenen Schadstellen ist das Video einer dänischen Windkraftanlage, deren Rotor wegen defekter Bremsanlage im Sturm überlastet wurde. Die abgebrochenen Rotorblätter kappten im Herumfliegen schließlich den ganzen Mast der Anlage.