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Verbesserung der Erfassung von Windlasten an WEA Systemprüfständen

Die Eingangslasten auf Windenergieanlagen (WEA) haben einen entscheidenden Einfluss auf Ausfälle des WEA-Triebstrangs. Diese Lasten setzen sich zusammen aus: Schub- und Radialkräfte sowie Dreh- und Biegemomenten. Mithilfe von bekannten Eingangslasten können Wirkungszusammenhänge zwischen Lasten und Schäden an Triebstrangkomponenten, wie Lagern oder dem Getriebe, abgeleitet werden. Die Erfassung der Eingangslasten einer WEA ist im Feld nicht möglich und an WEA-Systemprüfständen nur unzureichend genau. Daher hat das Projekt ErWind als Ziel einen rotierenden Sensor für Systemprüfstände bis 6 MW zu entwickeln der die Eingangslasten in allen sechs Freiheitsgraden erfassen kann und dabei eine Messunsicherheit von unter 3 % hat. Die Hauptaufgabe des CWD im Projekt liegt in der simulativen Abbildung des Sensors sowie dessen Auslegung mithilfe der entwickelten Simulationsmodelle. Außerdem wird im Rahmen des Projekts ein Prototyp des entwickelten Sensors auf dem WEA-Systemprüfstand des CWD getestet und verifiziert. Abschließend werden die Erkenntnisse des Tests genutzt, um den Sensor weiterzuentwickeln.

Verbesserung der Erfassung von Windlasten an WEA Systemprüfständen, Teilvorhaben: Entwicklung einer rechnerischen Echtzeitkompensation von Übersprecheffekten im Rahmen der Entwicklung eines neuartigen Messaufnehmers

Die Erfassung der Eingangslasten einer Windenergieanlage (WEA) ist im Feld nicht möglich und an WEA-Systemprüfständen aktuell nur unzureichend genau. Daher hat das Projekt ErWind als Ziel einen rotierenden Sensor für Systemprüfstände bis 6 MW zu entwickeln, der die Eingangs-lasten in allen sechs Freiheitsgraden erfassen kann. Da es sich bei dem Sensor um einen monolithischen Messkörper handelt, werden signifikante Übersprecheffekte erwartet, welche sich durch die Geometrie und Beklebung nicht ausreichend reduzieren lassen. Des Weiteren ist mit Störungen im Messsignal durch parasitäre Nebeneffekte zu rechnen. Um diese Übersprecheffekte und Störungen hinreichend zu reduzieren, entwickelt RENK eine rechnerische Echtzeitkompensation basierend auf Kennlinien und Kennlinienfeldern, welche automatisiert aufgenommen werden.

Systematische Untersuchung des Einflusses von Geländestrukturen auf die Dynamik und Turbulenzcharakteristika bodennaher Windströmungen

Neben der thermischen Schichtung bestimmt wesentlich der Turbulenzzustand eine Vielzahl der in der bodennahen Windgrenzschicht ablaufenden Strömungs- und Transportprozesse. Das vom Menschen wahrnehmbare Mikroklima, Windlasten oder z.B. die Windenergiegewinnung werden substanziell von Turbulenzphänomenen im bodennahen Wind beeinflusst. In der durch Orographie, Bebauung und Bewuchs unmittelbar beeinflussten bodennahen Windgrenzschicht ist die Dynamik des Windes hochkomplex und deshalb auch heute noch Gegenstand der Forschung. Turbulenzphänomene im bodennahen Wind können prinzipiell mit Hilfe von Naturmessungen oder mit Hilfe numerischer oder physikalischer Modelle untersucht werden. Die Repräsentativität und Verallgemeinerbarkeit von Naturversuchen zur Turbulenzcharakterisierung wird allerdings durch die begrenzte 'räumliche Auflösung' bzw. Datendichte und die ständig wechselnden, in der Regel nicht vollständig dokumentierbaren Strömungsrandbedingungen limitiert. Die an einem Standort erhobenen Naturdaten können nicht ohne vereinfachende Annahmen verallgemeinert und nur bedingt auf andere orographische Verhältnisse übertragen werden. Auch bei der mathematisch numerischen Modellierung kleinskaliger turbulenter Strömungs- und Transportprozesse wird auf eine Reihe vereinfachender Annahmen zurückgegriffen. Dennoch kann mit Hilfe partiell wirbelauflösender LES-Modelle ein deutlich besserer Einblick in die Dynamik des bodennahen Windes sowie die Wirkung der Turbulenz auf den bodennahen Stoff- und Impulstransport gewonnen werden. Voraussetzung ist, dass die für die entsprechende Modellanwendung ausreichende Güte der Simulationsergebnisse durch eine anwendungsbezogene, systematische und vollständige Modellvalidierung nachgewiesen wird. Im Projekt wird der Einfluss orographischer Strukturen auf die Turbulenzcharakteristik und Dynamik des bodennahen Windes erstmals systematisch mit Hilfe von Laborversuchen im Grenzschichtwindkanal untersucht und analysiert. Die bodennahe Windturbulenz in Raum und Zeit hinreichend auflösende Simulationen werden mit zeitgemäßer Messtechnik untersucht, um systematische Informationen zu turbulenten Impulsflüssen, Druck-Strömungs-Korrelationen und zum turbulenten Stofftransport in Abhängigkeit von der überströmten Orographie zu gewinnen und entsprechende Kausalzusammenhänge abzuleiten. Gleichzeitig werden für die systematische Validierung wirbelauflösender numerischer Modelle geeignete Referenzdatensätze mit bekannter und dokumentierter Datenqualität erzeugt. Das Projekt legt den Grundstein für einen systematischen Datenfundus, der bisher nicht existiert. Die experimentellen Daten werden noch während der Projektumsetzung in aufbereiteter, qualitätsgesicherter und dokumentierter Form potenziellen Nutzern in einer Referenzdatenbank im Internet zur Verfügung gestellt.

Verbesserung der Erfassung von Windlasten an WEA Systemprüfständen, Teilvorhaben: Simulative Auslegung und experimentelle Verifizierung eines Sensors zur Messung der Windlasten an WEA-Systemprüfständen

Die Eingangslasten auf Windenergieanlagen (WEA) haben einen entscheidenden Einfluss auf Ausfälle des WEA-Triebstrangs. Diese Lasten setzen sich zusammen aus: Schub- und Radialkräfte sowie Dreh- und Biegemomenten. Mithilfe von bekannten Eingangslasten können Wirkungszusammenhänge zwischen Lasten und Schäden an Triebstrangkomponenten, wie Lagern oder dem Getriebe, abgeleitet werden. Die Erfassung der Eingangslasten einer WEA ist im Feld nicht möglich und an WEA-Systemprüfständen nur unzureichend genau. Daher hat das Projekt ErWind als Ziel einen rotierenden Sensor für Systemprüfstände bis 6 MW zu entwickeln der die Eingangslasten in allen sechs Freiheitsgraden erfassen kann und dabei eine Messunsicherheit von unter 3 % hat. Die Hauptaufgabe des CWD im Projekt liegt in der simulativen Abbildung des Sensors sowie dessen Auslegung mithilfe der entwickelten Simulationsmodelle. Außerdem wird im Rahmen des Projekts ein Prototyp des entwickelten Sensors auf dem WEA-Systemprüfstand des CWD getestet und verifiziert. Abschließend werden die Erkenntnisse des Tests genutzt, um den Sensor weiterzuentwickeln.

Verbesserung der Erfassung von Windlasten an WEA Systemprüfständen, Teilvorhaben: Telemetrische Datenerfassung

Die Eingangslasten auf Windenergieanlagen (WEA) haben einen entscheidenden Einfluss auf Ausfälle des WEA-Triebstrangs. Mithilfe von bekannten Eingangslasten können Wirkungszusammenhänge zwischen Lasten und Schäden abgeleitet werden. Die Erfassung der Eingangslasten einer WEA ist im Feld nicht möglich und an WEA-Systemprüfständen unzureichend genau. Daher hat das Projekt ErWind als Ziel einen rotierenden Sensor für Systemprüfstände bis 6 MW zu entwickeln der die Eingangslasten in allen sechs Freiheitsgraden erfassen kann. MANNER Sensortelemetrie entwickelt im Rahmen des Projektes die telemetrische Datenerfassung mittels Precision time Protokoll um für die Genauigkeit benötigten nichtrotierenden Sensoren mit den rotierend erfassten Kräften zeitgenau zu erfassen und die somit für das Erfassungssystem benötigten zeitgerechten Daten zu liefern. Im Rahmen des Sensordesigns greift MANNER auf bisheriges Know-how bereits zuvor realisierten Mehrkomponentenaufnehmer zurück, um so ein Design zu schaffen, welches den Genauigkeitsanforderungen entspricht. Bei der Realisierung des Sensors übernimmt MANNER die aufwendige sensorische Applikation sowie telemetrische Ausstattung des Sensors inklusive der Herstellung des Telemetrie Systems mit dem im Rahmen des Projektes neuentwickelten Precision Time Protokoll für die erfassten Daten.

Erstellung eines Leitfadens zum Bauen mehrgeschossiger Gebäude mit Holz unter expliziter Berücksichtigung von Windlasten, Teilvorhaben 3: Messung, numerische Simulation und Validierung

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Leitfadens zur Realisierung hoher Gebäude aus Holz. Konkret soll die Fragestellung der Sicherung der Gebrauchstauglichkeit infolge von Windlasten als äußere dynamische Einwirkungen auf hohe Gebäude aus Holz betrachtet werden. Im Rahmen des zu entwickelnden Leitfadens werden Bauwerke und Bestandteile (Fassadenelemente, Befestigungen, Verbindungen) des mehrgeschossigen Bauens mit Holz schwingungstechnisch geprüft, analysiert und bewertet. Die Gesamtsteifigkeit des mehrgeschossigen Bauwerks ist maßgeblich von Steifigkeiten der Einzelbestandteile abhängig. Mit den Ergebnissen des Forschungsvorhabens wird ein entscheidender Beitrag zur Weiterentwicklung der Sicherheit von nachhaltigen Baustrukturen hinsichtlich ihrer Schwingungsanfälligkeit und Gebrauchstauglichkeit im Zuge von Planung und Umsetzung mehrgeschossiger Gebäude in Holzbauweise geleistet.

Biogaserzeugung aus Wirtschaftsdünger - emissionsminimierte, kosteneffiziente Gärrestlager, Teilvorhaben 1: Gesamtkonzeption, Koordination, Entwicklung, wissenschaftliche Begleitung und Wissenstransfer

Ermüdungsverhalten randnaher Anschlüsse an Stahlbetonbauteile unter dem Ansatz von Rückhängebewehrung

Experimentelle und numerische Untersuchungen zur instationären aerodynamischen Belastung von Schiffen und Offshore-Strukturen, Vorhaben: Untersuchung dynamischer Windlasten während Transport- und Kranoperationen

Experimentelle und numerische Untersuchungen zur instationären aerodynamischen Belastung von Schiffen und Offshore-Strukturen, Vorhaben: Nicht-konventionelle Optimierung des Windkanals zur Untersuchung turbulenter Nachläufe von Schiffen und Offshore-Strukturen

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