KMU-innovativ Neuartige Condition-Monitoring-Systeme für die Schadensüberwachung von schwenkenden Großwälzlagern (CMLB)

Problemstellung
Zu Erreichung der 2015 im Pariser Klimaschutzabkommen vereinbarten Ziele ist die effiziente Nutzung regenerativer Energiequellen unerlässlich. Um ökologische und ökonomische Erfolge schnell zu erzielen, sollten die bereits weltweit mehr als 300.000 Windkraftanlagen (WKA) bestmöglich genutzt werden. Mit anspruchsvollen Betriebsbedingungen, schnellen Produktzyklen, neuen Leistungsklassen und erhöhten Rentabilitätsanforderungen steigen auch die Ansprüche an die Verfügbarkeit der Blattlagerungen von WKA. Diese Großwälzlager dienen dem Schwenken des Blatts zur Lastregelung und sind somit sicherheitsrelevante Elemente. Bisher fehlt für diese Lager ein umfassender Überwachungsansatz. Da ein Tausch des Blattlagers oder Schäden am Rotorblatt aufgrund defekter Blattlager mit erheblichen Kosten und Ausfallzeiten verbunden sind, bietet die Zustandsüberwachung der Blattlager großes ökonomisches und ökologisches Potenzial.

Zielsetzung
Ziel des KMU-innovativ Projektes CMLB ist es daher, eine umfassende Zustandsüberwachung für Blattlager in WKA zu entwickeln und zu erproben. Hierzu soll ein angepasstes optisches Messsystem zur Ovalisierungsmessung, bestehend aus Sendelaser, Lichtempfänger und Retro-Reflektor sowie innovative faseroptische oder kamerabasierte Riss-Sensoren in die Zustandsüberwachung eingebunden werden.

Vorgehensweise
Ausgangspunkt ist ein neuer Überwachungsansatz, der statt der herkömmlichen Schwingungsüberwachung auf eine neuartige, verformungsbasierte Lösung setzt. Hierbei wird ein bestehendes Überwachungssystem mit weiteren, optischen Sensorlösungen zur Verformungsanalyse ergänzt und weiterentwickelt. Dazu soll ein neuartiger, laserbasierter Sensor eingebunden werden, welcher mit einer hohen Genauigkeit von bis zu 5 µm und einer großen Reproduzierbarkeit die periodische Verformung der teils 3 m großen Blattlagers überwacht. Darüber hinaus wird mit einer innovativen faseroptischen Sensortechnologie die Erkennung von Rissen in Blattlagern untersucht. Neben der Entwicklung und Erprobung der Sensorhardware durch Feldtests an WKA sind insbesondere die Sensordatenfusion, die algorithmische Auswertung sowie die Verwendung von KI-Technologie für die automatische Vorhersage von Lagerschäden essenziell.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die Erkenntnisse werden zu einer erheblichen Effizienzsteigerung bei der Windkraftnutzung führen und somit einen ressourcenschonenden Umgang mit Material- und Produktionsmitteln ermöglichen. Die Entwicklungsergebnisse werden direkt in eine neue Produktgeneration sowie in das Dienstleistungsportfolio der beteiligten KMU einfließen. Interessant ist auch die Übertragbarkeit der Technologie auf weitere industrielle Großwälzlager, wie beispielsweise bei Großkränen, und in die Schwermaschinenindustrie.

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