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Auslegung von zuverlässigen Offshore Rotorblättern unter Berücksichtigung steigender
ErmüdungsbelastungenAlexander Krimmer
EUROS Entwicklungsgesellschaft für Windkraftanlagen mbHOffshoretage | Berlin, 18. März 2016
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Überblick
EUROS
Zusammenfassung
Zuverlässigkeit
Auslegung
Anforderungen
Auslegung von zuverlässigen Offshore Rotorblättern | 18. März 2016
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EUROS – Unternehmen
� 20 Jahr Erfahrung mit Rotorblättern für Windenergieanalagen
� Vollständig vertikal integriert
� Innovativ
� Eigentümergeführt
� Zuverlässige Rotorblätter
� Hoher Energieertrag bei effizienterResourcennutzung
� Erfüllung der Kundenwünsche
− Auf hohem Qualitätsniveau
− Schnell
− Zu attraktiven Preisen
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EUROS – Vorstellung
� Bei EUROS seit 2008 als Entwicklungsingenieur für Rotorblattstruktur
� Verschiebung zum Material
� Heute verantwortlich für:
− Materialprüfung
− Materialqualifizierung
− Materialmodellierung
− Zertifizierungsvorbereitung
� EUROS Rotorblätter werden hergestellt aus E-CR-, R-Glas undHT CF Direktroving im DRiTP Prozess, E-CR-Glasgelege in Epoxidharzmatrix, Balsa und PMI
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EUROS
Zusammenfassung
Zuverlässigkeit
Auslegung
Anforderungen
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Zuverlässigkeit – Definition
� Für Rotorblätter ist eine Auslegungslebensdauer definiert
� Es wird ein Wahrscheinlichkeit festgelegt, mit der während dieser Zeit ein Ausfall eintreten darf
� Wird diese Anforderung erfüllt, dann gilt dasRotorblatt als zuverlässig
� Sehen wir rechts statistische Ausreißer?
Auslegung von zuverlässigen Offshore Rotorblättern | 18. März 2016
http://blitzschutz-jena.de
http://offshorewind.biz
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0.5
1
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2
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3
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Wahrscheinlichkeitsdichte / 1
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Zusammenfassung
Zuverlässigkeit
Auslegung
Anforderungen
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Anforderungen – Ermüdung
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Lebensdauer
Jan-Peter Schüm
ann, Hexion
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Anforderungen – Rotorblattmasse
1.E-02
1.E-01
1.E+00
1.E+01
1.E+020
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Rotorblattm
asse / t
Rotordurchmesser / m
Glas-PolyesterGlas-Polyester (newGen)Glas-EpoxyGlas-Epoxy (newGen)Glas-Carbon-Epoxy (nextGen)fit G-P x^2.3fit G-P n.G. x^2.5fit G-E x^2.5fit G-E n.G. x^2.2fit G-C-E n.G. x^2.5
Galilei, G.: Discorsi E
Dimostrazioni Matematiche
intorno à due nuoue scienze.
In Leida, 1638
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Anforderungen – Ermüdungslasten
� Längere schlankere Blätter � Höhere Schnelllaufzahl � verhältnismäßig ansteigende Ermüdungslasten verglichen mit quasi-statischen Extrem- und Servicelasten � Ermüdungslasten treiben matrixdominierte Ermüdung (z.B. ZFB)
� Darstellung steigender Ermüdungslasten (DELs unter Annahme m = 10, n_ref = 1)
� Bewertung der matrixdominierten Ermüdung ist notwendig!
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450%Schwenk
MxDEL/Mxmax SLSL
MxDEL/Mxmax ULSL0%
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250%
300%
Schlag
MyDEL/Mymax SLSL
MyDEL/Mymax ULSL
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Auslegung
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Auslegung – Modellierung
� Aus der Entwicklungsperspektive ist ein gutes Verständnis desMaterialverhaltens, besonders von Verbundwerkstoffen,unabdingbar
� In Verbundwerkstoffen herrscht ein hoher Komplexitätsgradaufgrund des orthotropen oder anisotropen Verhaltens
� Daher liegt einer unserer Schwerpunkte auf derBeschreibung des Verhaltens dieser Werkstoffe
� Das betrifft
− Faserverstärkte Kunststoffe
− Kernmaterialien
− Klebstoffe
− Beschichtung
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Auslegung – Matrixdominierte Schädigung
� Beispiel Schubzugversuch DIN EN ISO 14129 2AX +/- 45°
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Auslegung – Schädigungsbewertung
� Wir berücksichtigen solche Effekte in der Auslegung unserer Rotorblätter
� Dazu wird bspw. die Schädigung der Matrix mit Hilfe einer von uns entwickelten Schädigungsfunktion berechnet
� Diese funktioniert sowohl für quasi-statische als auch für Ermüdungslasten (MarkovMatrizen)
� Dabei werden Amplituden- und Mittelspannungsvektoren berücksichtigt
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Auslegung – Innovation
� Vergrößerung von Rotorblättern oder Reduktion der Masse sind als solche nicht innovativ
� Innovation steckt in den Methoden, die Risiken zu begrenzen während der Vergrößerung oder der Massenreduktion
� Der Unterschied besteht in der Fähigkeit Betriebsfestigkeit quantifizieren zu können
� In Metallen ist das Stand der Technik
� Es ist nicht Stand der Technik in Faserverbunden
� Hier ist Forschung und Entwicklung nötig
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Zusammenfassung
Zuverlässigkeit
Auslegung
Anforderungen
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Zusammenfassung
� Definition von Zuverlässigkeit ist notwendig
� Rotorblätter für Offshore Windkraftanlagen sinddurch Ermüdungslasten bestimmt
� Vergrößerung lässt Ermüdungslasten über-proportional ansteigen
� Nachweis der Betriebs-festigkeit für Faserver-bundstrukturen istnotwendig
� Dazu ist eingehendesVerständnis der Eigen-schaften von Faser-verbunden notwendig
� Sollten wir unser Ver-ständnis von Innovationüberdenken?
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http://offshorewind.biz
Thank you for your attention
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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