Wie lassen sich Schäden am Fundament verhindern?

Nicole Weinhold

Fundamentschäden werden im Feld in verschiedenen Formen beobachtet und häufig erst im Zuge von Inspektionen festgestellt. Typische Schadbilder sind ein gelockertes Fundamenteinbauteil und das Auftreten von Rissen. Hin und wieder wird auch ein Kippen des Fundaments gegenüber dem Baugrund beobachtet. Die Mängel können von außen sichtbar sein, können aber auch im Sockelinneren auftreten. Je nach Schadbild kann es dabei zu einer Relativverschiebung zwischen Fundament und Turm oder einer statischen Schiefstellung kommen. Die sichere Verankerung des Turms ist somit nicht mehr in allen Fällen gegeben.

Rund zehn Prozent aller registrierten Schäden

Tragende Komponenten, zu denen auch das Fundament gehört, haben einen relativ kleinen, aber dafür oft kostenintensiven Anteil von rund zehn Prozent aller registrierten Schäden bei modernen Windenergieanlagen. Die Folgen von Schäden an den tragenden Komponenten haben außerdem wesentlich größere Ausfallszeiten als im Bereich der Elektrik (ohne Generator) zur Folge, die besonders für die Fundamente unter Umständen mehrere Monate betragen und manchmal sogar zum Totalausfall von Anlagen führen können.

Monitoring der Fundamente

Ein Monitoring der Fundamente ist heutzutage noch nicht üblich, kommt aber angesichts vermehrt auftretender Schäden in den kommenden Jahren ebenfalls in den Mittelpunkt des Interesses. Insbesondere bei einem schon aufgetretenen Schaden kann ein Dauermonitoringsystem einen Mehrwert bieten. „Mit unserem professionellen Monitoringsystem SHM.Foundation mit direkt angebundener Neigungssensorik können Belastungen und Schäden am Turm und am Fundament synchron und effizient überwacht werden“, sagt Manuel Eckstein vom Monitoring-Experten Wölfel. Das System besteht aus einem Beschleunigungssensor samt Auswerteeinheit, welcher üblicherweise am oder unterhalb des Turmkopfs verbaut wird, und ermöglicht darüber hinaus die Anbindung von bis zu drei externen Messkanälen. Ein biaxialer Neigungssensor zur Überwachung des Fundaments kann direkt angeschlossen werden. SHM.Foundation ermöglicht somit eine sehr effiziente und synchrone Überwachung der Integrität der Tragstruktur. Kontakt Wölfel: Dr. Manuel Eckstein: 0931-49708-290

Interview: Rissbildung im Fundament

Bernhard Huber, bei Wölfel für Künstliche Intelligenz und Datenanalyse zuständig, und Dr.-Ing. Manuel Eckstein, Prokurist, Vibration und Monitoring Technologies, Simulation, erklären, warum auch Turm und Fundament überwacht werden sollten.

Im Vergleich zu Rotorblättern ist das Monitoring von Turm und Fundament wenig verbreitet.

Bernhard Huber: Obwohl tragende Komponenten wie Turm und Fundament nur einen relativ kleinen Anteil von etwa zehn Prozent aller registrierter Schäden von Windenergieanlagen ausmachen, können diese dramatische Auswirkungen auf den Betrieb haben. Als Folge von Fundamentschäden, wie Rissbildung im Beton oder gelockerten Fundamenteinbauteilen, drohen Betreibern Verluste durch lange Ausfallzeiten oder Auflagen zur Leistungsreduktion, also gedrosselter Betrieb. Diese Schäden können ohne ein geeignetes Monitoringsystem nur durch regelmäßige visuelle Inspektionen entdeckt und überwacht werden, um gravierenden Folgeschäden bis hin zum Totalausfall vorzubeugen.

Welche Lösung bietet Wölfel Wind Systems an?

Manuel Eckstein: Mit unserem Monitoringsystem SHM.Foundation können Belastungen an Turm und Fundament synchron und effizient überwacht werden. Die Kombination verschiedener Analyse- und Detektionsmethoden liefert ein umfassendes Bild des Anlagenzustandes: Mit einem Beschleunigungsaufnehmer am Turmkopf erfassen wir die Belastungen des Turms und erkennen Anomalien im dynamischen Verhalten der Windkraftanlage. Neigungssensorik im Bereich des Turmfußes identifiziert statische Schiefstellungen, also Abweichungen von der vertikalen Turmachse.

Bernhard Huber: Um die Genauigkeit weiter zu erhöhen, helfen Methoden der Künstlichen Intelligenz: Ein Algorithmus „trainiert“ ein Modell, um die komplexen Korrelationen zwischen Betriebsparametern und den überwachten Zielgrößen anlagenspezifisch zu verstehen. Mit diesem KI-Modell können die Einflüsse der Betriebsbedingungen erfolgreich kompensiert und Schadensfortschritte mit einer hohen Auflösung dargestellt werden.

Kann ein Monitoringsystem einen Mehrwert für die Betreiber bieten, der über die Detektion von Schäden hinausgeht?

Manuel Eckstein: Ja, auf jeden Fall. Mit SHM.Foundation lässt sich etwa auch die Gesamtlebensdauer der Anlage verlängern, weil sich die Designannahmen der Lastzyklen mit den tatsächlichen Belastungen abgleichen lassen und somit das vollständige Weiterbetriebspotenzial realisiert werden kann. Monitoring und intelligente Analysemethoden können hier einen wichtigen Beitrag zum Weiterbetrieb nach dem Ende der Design-Lebensdauer leisten. 

Web-Wegweiser: https://www.woelfel.de

Dieser Text ist Teil eines Specials in unserem aktuellen Printheft. Dort finden Sie weitere Informationen rund um das Thema.

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