![\"\"](\"https:\/\/www.fachzeitungen.de\/fachbeitraege\/wp-content\/uploads\/2015\/06\/261190-150x150.jpg\")
<\/p> <\/p>
(Mynewsdesk) Auch Windkraftanlagen (WKA) haben Stress. Sie sind hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt, was starke Vibrationen ausl\u00f6st. Das kann die Lebensdauer der Komponenten reduzieren und zu unerw\u00fcnschten Schallemissionen f\u00fchren. Dementsprechend ist die Konstruktion schwingungsarmer WKA eine gro\u00dfe Herausforderung. Bekannt ist, dass passive L\u00f6sungsans\u00e4tze zur Schwingungs-minderung das Problem h\u00e4ufig nur unzureichend l\u00f6sen k\u00f6nnen. Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Betriebsfestigkeit und Systemzuverl\u00e4ssigkeit LBF forscht seit vielen Jahren an Methoden zur aktiven Schwingungs- und Schallreduktion, deren Einsatz auch an Windkraftanlagen bisher wenig verbreitet ist. In einem For-schungsprojekt konnten die Darmst\u00e4dter Forscher die M\u00f6glichkeiten aktiver Ma\u00dfnahmen zur Schwingungsreduktion in Windkraftanlagen demonstrieren. Dazu entwickelten sie ein aktives Schwingungssystem und testeten dieses unter realen Betriebsbedingungen auf einer kleinen am Fraunhofer LBF installierten Windkraftanlage. Die Messergebnisse zeigen, dass sich die unerw\u00fcnschten Vibrationen an der Nabe auf diese Weise signifikant um bis zu 80 Prozent redu-zieren lassen. Mit den Erkenntnissen aus dem Forschungsprojekt k\u00f6nnen Hersteller von Windkraftanlagen den Einsatz aktiver Systeme bereits im Entwicklungsstadium von WKA in Betracht ziehen. Aber auch bei bereits aufgestellten Anlagen, deren Schallemissionen die zul\u00e4ssigen Grenzwerte \u00fcberschreiten, k\u00f6nnen aktive Zusatzsysteme eine L\u00f6sung bieten.<\/p>
Als Technologiedemonstrator verwendete das Fraunhofer LBF eine Anlage vom Typ AeroCraft 752 der Firma G\u00f6decke Energie- und Antriebstechnik. Im ersten Schritt lieferte eine experimentelle Untersuchung die strukturdynamischen Eigenschaften der WKA, die zur Abbildung des dynamischen Verhaltens mit Hilfe der Software Mat-lab\/Simulink genutzt wurden. Aus Betriebsmessungen synthetisierte Anregungssignale dienten anschlie\u00dfend f\u00fcr Simulationen an diesem numerischen Modell und zur modell-basierten Auslegung des schwingungsmindernden Zusatzsystems.<\/p>
Wie eine Analyse der Daten aus der Betriebsmessung zeigte, weist der \u00fcberwiegende Anteil der St\u00f6rungen eine Korrelation zur Drehzahl auf. Diese resultieren vorrangig aus R\u00fcckwirkungen vom Generator, die zu periodischen Anregungen f\u00fchren. Dar\u00fcber hin-aus wird das System sowohl durch Unwuchten als auch durch die Wechselwirkungen zwischen den Rotorbl\u00e4ttern und dem ungleichf\u00f6rmigen Windfeld zum Schwingen an-geregt. Die unmittelbare Anfachung durch den Wind und Str\u00f6mungsabl\u00f6sungen spielt insgesamt nur eine untergeordnete Rolle.<\/p>
Da es sich um drehzahlkorrelierte Schwingungen handelt, konnten die Darmst\u00e4dter Wissenschaftler einen speziellen Algorithmus w\u00e4hlen. Dieser leitet zus\u00e4tzliche phasen-versetzte Schwingungen in das System ein, die zu einer Ausl\u00f6schung der uner-w\u00fcnschten Vibrationen f\u00fchren. Der Algorithmus konnte sich bereits bei \u00e4hnlichen Aufgabenstellungen, z.B. zur Schallreduktion im Innenraum von Autos, bew\u00e4hren.<\/p>
Anhand des um diesen Regler erweiterten Gesamtsystemmodells wurden die Anforde-rungen an das aktive Zusatzsystem bestimmt und ein geeigneter elektrodynamischer Aktor zur Einleitung der schwingungsmindernden Gegenkr\u00e4fte ausgew\u00e4hlt. Der Aktor ist in unmittelbarer N\u00e4he zum Generator platziert, was eine effektive Schwingungsmin-derung gew\u00e4hrleistet. Das zur Schwingungskompensation erforderliche Steuersignal f\u00fcr den Aktor berechnet der Algorithmus aus der Anlagendrehzahl und dem zu minimierenden Fehlersignal, das von einem Beschleunigungssensor auf H\u00f6he der Nabe erfasst wird.<\/p>
Im Anschluss an die Simulationen baute das LBF das System auf und testete dieses an der WKA. Die Gegen\u00fcberstellung der Messergebnisse des ungeregelten und geregelten Betriebs zeigte eine deutliche Reduktion bei den untersuchten Drehzahlordnungen. Abh\u00e4ngig von der Anlagendrehzahl werden dabei Reduktionen von bis zu 80 Prozent erreicht.<\/p>
Das beispielhaft am Fraunhofer LBF an einer Klein-WKA umgesetzte Projekt verdeut-licht das hohe Potential aktiver Systeme zur Schwingungsreduktion an WKA. Bei Klein-WKA ist der Einsatz solcher Systeme zur Reduktion des K\u00f6rperschalleintrags in die Geb\u00e4ude denkbar. Aber auch eine \u00dcbertragung des Regelungskonzeptes auf gro\u00dfe WKA zur Reduktion getriebeverursachter Schwingungen und Schallabstrahlung ist vorstellbar. Hierzu sind weitere Detailuntersuchungen an einer gro\u00dfen WKA erforderlich.<\/p>
Das Fraunhofer LBF unter komm. Leitung von Professor Tobias Melz entwickelt, bewertet und realisiert im Kundenauftrag ma\u00dfgeschneiderte L\u00f6sungen f\u00fcr maschinenbauliche Komponenten und Systeme, vor allem f\u00fcr sicherheitsrelevante Bauteile und Systeme. Der Leichtbau steht dabei im Zentrum der \u00dcberlegungen. Neben der Bewertung und optimierten Auslegung passiver mechanischer Strukturen werden aktive, mechatronisch-adaptronische Funktionseinheiten entwickelt und proto-typisch umgesetzt. Parallel werden entsprechende numerische sowie experimentelle Methoden und Pr\u00fcftechniken vorausschauend weiterentwickelt. Die Auftraggeber kommen aus dem Automobil- und Nutzfahrzeugbau, der Schienenverkehrstechnik, dem Schiffbau, der Luftfahrt, dem Maschinen- und Anlagenbau, der Energietechnik, der Elektrotechnik, dem Bauwesen, der Medizintechnik, der chemischen Industrie und weiteren Branchen. Sie profitieren von ausgewiesener Expertise der \u00fcber 500 Mitarbeiter und modernste Technologie auf mehr als 11 560 Quadratmeter Labor- und Versuchsfl\u00e4che an den Standorten Bartningstra\u00dfe und Schlossgartenstra\u00dfe.<\/p>