Ozeane sind eine raue Umgebung für Windenergieanlagen: Wellen schlagen gegen den Turm, Salznebel legt sich auf Gondel und Rotorblatt. Vor allem im Sommer kommt noch intensive UV-Strahlung hinzu. Bislang weiß niemand, wie gut die Windräder die vorgesehenen 20 Jahre Dienstzeit überstehen – denn Belastungen wie im Meer mussten Windenergieanlagen noch an keinem anderen Ort auf der Welt widerstehen. Von Interesse ist vor allem die Frage, wie zerstörerisch die unterschiedlichen Umweltbedingungen im Zusammenspiel wirken.

Das Fraunhofer IWES in Bremerhaven hat deshalb eigens eine Klimakammer entwickelt, in der sich Teile von Offshore-Bauwerken umfassend testen lassen. „Wir kombinieren darin klimatische mit mechanischen Belastungen“, sagt Projektleiterin Leena Kruse. „Eine solche Kombination ist bisher einzigartig.“ Von der ersten Idee bis zur vollständigen Umsetzung im Betrieb dauerte es fast zwei Jahre. Herausgekommen ist ein widerstands- und leistungsfähiges Testinstrument – mit hydraulischen Antrieben, Ventilen, Wasserschläuchen und -düsen.

Die Forscher können in der Kammer Bleche, Faserverbundwerkstoffe und andere Materialien testen. Dabei ahmt die Anlage nach, was einem Windrad auf See widerfährt. Sie versprüht Salznebel, bestrahlt die Proben mit aggressivem UV-Licht. Beim „Schwalltest“ beispielsweise werden die Bleche und die Kunststoffe mit einem kalten Wasserstrahl abgeschreckt, was den Wellenschlag simuliert.

Zur Simulation von mechanischer Belastung werden die Prüflinge zwischen zwei Stahlbacken eingespannt, die die Proben hin und her biegen. Ein Vorteil dieser Kombinationsprüfung ist, dass sich jetzt erstmals feststellen lässt, durch welche Kräfte oder Umweltbedingungen ein Schaden entsteht. »Wir können nun verschiedene Faktoren beliebig kombinieren und damit die Ursachen sehr genau eingrenzen«, sagt Kruse.

Sensoren überwachen Testlauf

Die Tests werden von Sensoren überwacht, die zum Beispiel in Form von Dehnungsmessstreifen auf die Bauteile aufgebracht Spannungen messen. Die Messwerte der Sensoren überwachen Techniker, die die Testbedingungen vorwählen und zugleich die Sensordaten auswerten. So lässt sich ermitteln, bei welchen Bedingungen und in welcher Sekunde ein Bauteil versagt. In die Auswertung fließt außerdem ein, wann ein Sensor seinen Dienst quittiert.

Die eingesetzten Sensoren in der Testkammer erfüllen also einen doppelten Zweck: Zum einen überwachen sie den Testlauf. Zum anderen unterliegen sie in der Klimakammer selbst einem Test - was wichtig ist, da künftige Offshore-Windräder zunehmend mit Sensoren ausgestattet sein sollen, um vom Festland aus den Zustand der Windenergieanlagen zu überwachen. Dafür sind robuste Sensoren unerlässlich.

Seit Anfang März ist die Anlage in Betrieb. Das IWES wird in ihr künftig insbesondere Tests im Auftrag von Offshore-Herstellern durchführen. Zudem soll sie einen Beitrag zu neuen Normen und Vorschriften für Anlagen liefern, die Klima und mechanische Lasten gleichzeitig simulieren.