In luftiger Höhe: 3D-Scan eines Windturbinenblatts

Die Wartung von Windkraftanlagen und ganzen Windparks ist keine leichte Aufgabe. Im Normalfall sind Windkraftanlagen für eine Betriebsdauer von 20 Jahren ausgelegt. In diesen 20 Jahren sind sie Wetterbedingungen aller Art und extremen Belastungen ausgesetzt. Allerdings lassen sich derartige Bedingungen dank moderner Erfassungstechnologie und intelligenter numerischer Modelle nicht nur bewältigen, sondern sogar in einen höheren jährlichen Stromertrag verwandeln.

Um die Produktion während der gesamten Lebensdauer zu optimieren, muss ein detailliertes Bild ihrer Betriebsbedingungen vorliegen, auf dessen Grundlage die Anlagen regelmäßig gewartet werden. Das Ziel besteht darin, den Verschleiß unter Kontrolle zu halten und die Entstehung unerwarteter Vibrationen und/oder Schwachstellen zu vermeiden, die die Integrität von Turbinenstruktur und Komponenten gefährden, während gleichzeitig die Stromerzeugung maximiert wird.

Das spanische Unternehmen Nabla Wind Power ist Teil der Nabla Wind Hub-Gruppe, eines unabhängigen Dienstleisters, der einzigartige und technologieübergreifende Lösungen für die Verlängerung der Lebensdauer, Leistungsverbesserung und Wartungsoptimierung von Windparks anbietet.

Digitalisierung unter rauen Bedingungen

2020 erhielt Nabla Wind Power den Auftrag, die Rotorblätter einer Windkraftanlage zu verlängern, um die Leistung der bestehenden Anlage um 10 % zu erhöhen. Hierzu mussten die letzten Meter eines Rotorblatts digitalisiert werden, um anschließend die Entwurfsarbeiten für die Blattverlängerung durchführen zu können. In einem ersten Versuch wurden terrestrische Laserscanner für die Digitalisierung verwendet. Nabla benötigte jedoch eine deutlich niedrigere Messunsicherheit, weshalb das Unternehmen auf die Suche nach einer alternativen Lösung schließlich Creaform Services um Unterstützung bat.

Vorbereitung zum Scannen: Industriekletterer klebt Targets auf das Blatt

Der am besten für diese Aufgabe geeignete tragbare 3D-Scanner war der HandySCAN 3D | BLACK. Dank seiner Funktion zur dynamischen Referenzierung ist er in der Lage, unter rauen Bedingungen exakt zu digitalisieren. Vibrationen beeinträchtigen die Ergebnisse nicht, und die Messunsicherheit liegt bei deutlich unter einem Millimeter. Da die Aufgabe direkt an der Windkraftanlage durchgeführt werden musste, schulte ein Application Engineer von Creaform zwei Industriekletterer von Asaken in der Verwendung des HandySCAN 3D. Im Anschluss stiegen die Kletterer zur Nabe der Windkraftanlage in 130 Metern Höhe auf. Dort mussten sie aus der Nabe aussteigen und sich auf 65 Meter über dem Boden abseilen.

Als erstes mussten auf den letzten 7 Metern eines der Rotorblätter Targets aufgeklebt werden. Diese Targets wurden anschließend vom HandySCAN 3D als Referenzpunkte verwendet. Danach begann das Scannen. Während einer der Industriekletterer den Laptop trug, arbeitete der zweite mit dem Scanner. Der Application Engineer von Creaform beaufsichtigte den Scanvorgang unterdessen vom Boden aus über Teamviewer. In dieser Höhe sind die Windverhältnisse immer ein Problem, und mehrmals frischte der Wind so stark auf, dass die Arbeiten unterbrochen werden mussten. Außerdem störten auch einige technische Probleme der Windkraftanlage selbst den Scanvorgang: Zum Beispiel blockierte der Rotor und konnte nicht in eine vertikale Position gebracht werden. Schließlich gelang es jedoch, den Scanvorgang erfolgreich durchzuführen.

Als Erfassungssoftware diente VXmodel, ein Modul von VXelements. Die erzeugte .stl-Datei wurde anschließend zum Reverse Engineering in CATIA übertragen.

Scan in VXelements mit Netz-Visualisierung

CAD des Rotorblatts in CATIA nach Reverse Engineering

Eder Murga, Leiter des operativen Geschäfts bei Nabla, war sehr zufrieden mit den Ergebnissen: „Wie sowohl Creaform als auch Asaken bei der Erbringung ihrer Leistungen vorgingen, war professionell. Trotz der rauen Bedingungen und zahlreicher Unterbrechungen wegen starker Winde reagierten alle Beteiligten sehr flexibel, wenn sich die Bedingungen veränderten. Am Ende hatten wir perfekte Ergebnisse in der Hand. Ein selbstreferenzierendes Hand-Messsystem wie der HandySCAN 3D ist die einzige Möglichkeit, eine derartige Messung in einer rauen Umgebung durchzuführen.“