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Projektreferenz

4-Punkt-Biege-Prüfstand

Großsturkturprüfstand zur Validierung
von Rotorblattmaterialien

Großstruktur 4-Punkt-Biege-Prüfstand zur Validierung von Rotorblattmaterialien
Projektreferenz

4-Punkt-Biege-Prüfstand

Großsturkturprüfstand zur Validierung
von Rotorblattmaterialien

Entwicklung eines Großstruktur-Biegeprüfstands

zur Validierung von Rotorblatt-Materialien

Unser neu entwickelter Prüfstand ermöglicht eine kosteneffiziente Materialprüfung bereits in frühen Phasen der Rotorblatt-Entwicklung. Der Ansatz: Komponenten werden schon während der Entwicklung getestet. Dadurch lassen sich Entwicklungszeiten verkürzen und der Aufwand bei der abschließenden Gesamtabsicherung des Rotorblatts deutlich reduzieren. Ein neuartiges elektrohydraulisches Antriebskonzept sorgt zudem für einen besonders energieeffizienten und ressourcenschonenden Betrieb.

Eckdaten des Projekts

 
Kunde:Nordex SE
Projektlaufzeit:  2 Jahre (2023-2025)
Prüfstandstyp:Großstruktur-4-Punkt-Biege-Prüfstand
Prüflinge:Holzbalken aus Verbundmaterial, Prüflingslänge 2,5 bis 13 m
Besonderheiten:
  • Innovativer 4-Punkt-Biegeprüfstand für Komponententests
  • Zwei Aufnahmemöglichkeiten mit flexibler Anpassung für Prüflinge
  • Hohe Energieeffizienz durch elektrohydraulisches Antriebssystem mit
  • Rekuperation der Deformationsenergie
Kundenstimme

Besonders beeindruckt hat uns die Kombination aus fachlicher Expertise, Erfahrung im Bereich der Forschung & Entwicklung und pragmatischer Hands-on-Mentalität des IABG-Teams. Genau das, was wir für eine erfolgreiche Entwicklung und Umsetzung unserer Sonderlösung benötigt haben. Das Projekt hat richtig Spaß gemacht – nicht nur wegen der innovativen und energieeffizienten Lösung, sondern auch wegen der tollen Zusammenarbeit auf Augenhöhe.

Dr.-Ing. Kai EhrichNordex SE

Kundenvorteile

✅ Schlüsselfertige Lösung – Prüfstand nach Spezifikation inkl. individueller Änderungswünsche
✅ Frühe Absicherung – Materialtests ohne kostenintensive Fullscale-Tests 
✅ Effiziente Entwicklung – durch verbesserte Simulationsmodelle
✅ Hohe Wirtschaftlichkeit – energieeffiziente und wartungsarme Prüfstände
✅ Kompakte Bauweise – platzsparend, da modularer Aufbau
✅ Einfache Integration – schnelle Inbetriebnahme, auch als Stand-alone-Lösung

Das Projekt im Detail

Antriebskonzept

Das energieeffiziente, elektrohydraulische Antriebs­konzept nutzt frequenz­geregelte Servopumpen anstelle verlust­behafteter Ventiltechnik. Dadurch wird der Ölstrom präzise und bedarfs­gerecht gesteuert.

Großstrukturprüfstand für WEA: Sichere Aufnahme von Prüflingen mit flexiblen Längen

Mechanik & Prüflingsaufnahme

Das mechanische, modular aufbaute System bietet die nötige Flexibilität, um Prüflinge mit unterschied­lichen Abmessungen und Steifig­keiten sicher aufzunehmen.

Steuerung & Überwachung

Die Anlagensteuerung basiert auf einer leistungsfähigen Beckhoff-SPS mit integrierter Sicherheitssteuerung und wird ergänzt durch ein hochauflösendes, modulares Messsystem.

Ergebnisse

  • Frühzeitige Materialvalidierung und beschleunigte Entwicklung

    Durch die gezielte Prüfung von CFK/CFRP-Prüfbalken unter realitätsnahen Belastungen lassen sich Materialeigenschaften bereits in frühen Entwicklungsphasen fundiert bewerten und potenzielle Schwachstellen frühzeitig identifizieren. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse fließen unmittelbar in die Weiterentwicklung von Simulationsmodellen und Konstruktionskonzepten ein. In der Folge reduziert sich der Validierungsaufwand erheblich: Es müssen deutlich weniger Full-Scale-Tests durchgeführt und entsprechend weniger vollständige Rotorblätter für die Erprobung gefertigt werden.

  • Hohe Skalierbarkeit und maximale Flexibilität

    Die mechanische Auslegung des Prüfstands erlaubt durch zwei unterschiedliche und modulare Einspannkonzepte eine Anpassung an verschiedenste Prüflingsgeometrien. Durch die variable Antriebstechnik kann das System sowohl für statische Einzeltests als auch für dynamische Dauerbelastungen genutzt werden. Damit ist der Prüfstand maximal flexibel auch für zukünftige Testanforderungen.

  • Deutlich reduzierte Energie- und Betriebskosten

    Das elektrohydraulische Antriebssystem arbeitet bis zu 4.4 mal effizienter als herkömmliche servo-hydraulische Lösungen. Durch den Einsatz frequenzgeregelter Servopumpen und die Rekuperation von Deformationsenergie kann der Energieverbrauch pro Lastzyklus um bis zu 77 Prozent gesenkt werden. Bei typischen Dauerprüfungen mit über einer Million Zyklen entspricht das einer Einsparung von mehreren Tausend Euro pro Testkampagne. Über das Jahr hinweg ergibt sich daraus ein potenzieller wirtschaftlicher Vorteil von bis zu 270.000 Euro.

  • Tipp: Unser Rechner zur Energieeinsparung

    Mit unserem interaktiven Energieeinsparungsrechner lässt sich Ihr individuelles Einsparpotenzial einfach simulieren und ermitteln.

Weitere Expertise und Leistungen

Materialstreuungen bei Faser-Kunststoff-Verbunden bewerten

Material- und fertigungsbedingte Streuungen können die Festigkeit und Tragfähigkeit von Faser-Kunststoff-Verbunden beeinflussen. Mit Materialanalysen und Finite-Elemente-Simulationen untersuchen wir diese Einflüsse bereits vor dem Bauteilversuch. So lassen sich kritische Bereiche identifizieren, Messstellen gezielt festlegen und Versuche effizient vorbereiten.

Ergänzende Simulationen ermöglichen zudem, eine größere Bandbreite unterschiedlicher Materialparameter zu untersuchen, als dies allein durch Versuche wirtschaftlich möglich wäre. Damit entsteht eine belastbarere Grundlage für die Bewertung und Optimierung von Verbundstrukturen.

Weiterführende Leistungen auf einen Blick

  • Streuende Materialeigenschaften analysieren

    Bereits die Ausgangsmaterialien unterliegen streuenden Eigenschaften, die im Rahmen von Voruntersuchungen auf Materialebene ermittelt werden können. Neben unterschiedlichen Analysen können beispielsweise aus Schliffbildern Informationen zu Faserwinkeln und Poren, sowie aus Zugversuchen die Eigenschaften des verwendeten Harzsystems ermittelt werden. 

  • Kritische Bereiche identifizieren

    Im Vorfeld können mittels FE-Simulationen die Einflüsse streuender Eingangsgrößen (Materialeigenschaften, Faserwinkel und Lagendicken) auf die Tragfähigkeit einer Struktur untersucht werden. Auf diese Weise können kritische Bereiche zuverlässig identifiziert und Maßnahmen zur Optimierung der Struktur ergriffen werden. Ebenso können auf diese Weise Messstellen gezielt ausgewählt werden.

  • Versuche durch Simulation ergänzen

    Je nach Struktur und Größe der Prüfkörper sind Versuche meist auf eine geringe Anzahl begrenzt. Parallel zu den Versuchen kann auf diese Weise durch eine Vielzahl ergänzender Simulationen mit streuenden Materialparametern und Eigenschaften die Aussagekraft erhöht werden.

  • Robustheit von Verbundstrukturen bewerten

    Es können gezielte Analysen zur Bewertung der Robustheit von Bauteilen gegenüber material- und fertigungsbedingten Streuungen durchgeführt werden.

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 Wir freuen uns auf Ihre Anfrage!

Luis Böhm
Test Systems
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