Innovation

Neuer Schwung aus Chemnitz

29. Juli 2011


IQ-Preisträger 2011 im Portrait: Die Windkraft wird eine zentrale Rolle bei der zukünftigen Energieversorgung spielen. Die mit dem IQ-Clusterpreis ausgezeichneten Sensoren von FiberCheck sorgen dafür, dass sich die Rotoren der Anlagen effizient und sicher im Wind drehen.

Manchmal ist die Zeit einfach reif für eine neue Idee und deren erfolgreiche Umsetzung. „Unser Forschungsprojekt FiberCheck entstand 2007 durch die Entwicklung eines Körperschallsensors für die Überwachung von Kugellagern, die von der Professur für Mikrosystem- und Gerätetechnik im Auftrag der Industrie vorgenommen wurde“, erinnert sich Projektgeschäftsführer Dipl.-Kfm. Tobias Meyhöfer.
„In Gesprächen mit anderen Wissenschaftlern der TU sei dann die Frage aufgekommen, ob sich ein solcher Sensor nicht auch für die Überwachung von Kunststoffstrukturen adaptierbar lasse“, so Meyhöfer weiter. Daraus wurde ein interdisziplinäres und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördertes Forschungsprojekt der vier Professuren für Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung, Mikrosystem- und Gerätetechnik, Schaltkreis- und Systementwurf sowie Marketing und Handelsbetriebslehre an der TU Chemnitz.

Vier Jahre später, am 21. Juni dieses Jahres, erhielt die FiberCheck GmbH i.G. für ihre innovativen Sensoren zur Fernüberwachung der Rotoren von Windkraftanlagen den IQ-Clusterpreis Energie/Umwelt. Nur sechs Wochen zuvor wurde im Beisein von Bundeskanzlerin Merkel "Baltic 1", der erste Offshore-Windpark in der Ostsee offiziell in Betrieb genommen. Im aktuellen Konzept der Bundesregierung für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung ohne Atomkraft kommt der Offshore-Windenergie eine zentrale Rolle zu. Denn auf hoher See weht der Wind stärker und gleichmäßiger. Doch damit verstärkt sich ein Problem: Die bis zu 60 Meter langen und 30 Tonnen schweren Rotorenblätter sind hohen, wechselnden Lasten ausgesetzt. Das führt zur Materialermüdung der Faserverbundstoffe aus denen sie bestehen. Bereits kleinste Risse beeinträchtigen den effizienten Betrieb der Windkraftanlage. Werden sie nicht rechtzeitig erkannt, können sie zu größeren Schäden und sogar zum kostenintensiven Totalausfall führen. Deshalb musste der Zustand der Rotoren bisher regelmäßig alle ein bis zwei Jahre manuell vor Ort überprüft werden. Was an Land bereits sehr aufwändig ist, wird bei Windparks auf hoher See noch schwieriger und teurer.

Genau dieses Problem löst das innovative Condition Monitoring System für Rotorblätter der FiberCheck GmbH i.G. Es besteht aus zwei neuartigen Sensoren und einer Auswerteinheit zur kontinuierlichen Erfassung und Überwachung von Schäden innerhalb von Faserkunststoffverbunden. An der tragenden Struktur des Rotorblattes angebrachte Körperschallsensoren, auch Acoustic Emission Sensoren genannt, messen die Frequenz der Schallwellen, die von einer mikroskopisch kleinen Materialschädigung ausgehen. Die geometrische Anordnung mehrerer Sensoren erlaubt dabei die genaue Lokalisation von Faserrissen und Delamination. Das verhindert frühzeitig größere Schäden und macht manuelle Prüfungen überflüssig. Zusätzlich erfassen Dehnungssensoren, die in den Rotor einlaminiert sind, Bewegungen in der Materialstruktur. Wird dadurch der Sensor gestaucht oder gestreckt, liefert er Informationen zur Windlast auf den Blättern. Das ermöglicht die Optimierung der Erträge durch Anpassung der Rotorstellung. Die Daten der Sensoren können online überwacht und ausgewertet werden.

„Wir werden noch im Laufe dieses Jahres unseren Sticksensor in Kleinwindkraftanlagen einbauen, um ihn unter Praxisbedingungen auf Herz und Nieren zu testen“, kündigt Projektgeschäftsführer Meyhöfer an. Ab 2012 solle dann der Einsatz in 2,5 MW-Anlagen erfolgen. „Derzeit testen wir noch das richtige Material für die Drähte des Sticksensors, das sowohl großen Windlasten standhalten als auch eine sehr gute Übertragung der Daten ermöglichen muss“, erläutert Meyhöfer. Im nächsten Jahr soll auch der Körperschallsensor bis zur Marktreife fertig entwickelt sein.

Foto (v.l.): Dr. Frank Büchner, Siemens AG, Peter Wolf, Tobias Meyhöfer, Christoph Degenhardt, alle FiberCheck GmbH i.G., und Dr. Andreas Auerbach, envia Mitteldeutsche Energie AG

Die dreijährige Förderung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Programms "Unternehmen Region" ist mittlerweile ausgelaufen. Aber derzeit laufen bereits neue Förderanträge, um die technologische Weiterentwicklung und Vermarktung weiter zügig fortsetzen zu können. „Wir erwarten die Bescheide darüber zum Anfang des nächstens Jahres“, so Tobias Meyhöfer. Unter anderem haben sich die Chemnitzer Wissenschaftler und Ingenieure im Rahmen der geplanten Unternehmensgründung, die ebenfalls in der ersten Jahreshälfte 2012 erfolgen soll, um die Technologieförderung durch den Freistaat Sachsen beworben.

Darüber, dass die Fördermittelbescheide positiv ausfallen, macht sich der Fibercheck-Projektgeschäftsführer keine großen Gedanken. Das liegt auch an dem „gigantischen Feedback und neuen Schub“, den der Gewinn des IQ Innovationspreises Mitteldeutschland 2011 dem Projekt gegeben hat. „So haben wir bereits mehrere Anfragen aus der Wirtschaft erhalten, dabei ging es auch um neue Anwendungen für unsere Innovation“, berichtet Tobias Meyhöfer. Eine davon ist der mögliche Einsatz der Sensoren zur Überwachung von Gasdruckbehältern aus Kunststoff. Diese haben aufgrund ihres geringeren Gewichts viele Vorteile gegenüber bisher üblichen Stahlbehältern, müssen aber für den Einsatz in der Industrie und im Transport aber hohen Sicherheitsbestimmungen entsprechen. Hier könnte sich neben der Überwachung der Rotorblätter von Windkraftanlagen also ein neues Anwendungsfeld für die Sensoren von FiberCheck abzeichnen. „Jetzt gehen wir nach dem Stress der vergangenen Wochen und Monate aber erst einmal in den Sommerurlaub“, kündigt Meyhöfer an. Dieser wird in diesem Jahr aber nur kurz ausfallen. Denn er und seine Kollegen wollen vor allem eins: Ihre Sensoren so schnell wie möglich „auf die Straße und ins Blatt bringen“.

Weitere Informationen:
IQ Innovationspreis Mitteldeutschland
IQ-Finalistenportrait
FiberCheck GmbH i.G.
Energiekonzept der Bundesregierung

IQ-Gewinner-Portrait:
Styron "Kautschuk für 'grüne' Reifen"
TU Dresden "Schokolade aus einem Guss"
IFA Rotorion Gruppe "Neue Ideen für das Auto"
IronShark "Ansporn für neue Ideen"
Scil Proteins "IQ Innovationspreis 2011 für neue Krebs-Therapie"

Downloads:
IQ-Gewinner 2011
IQ-Publikation zu den Finalisten 2011
IQ- Fotogalerie 2011


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Jörg Fahrenbach, Kaufmännischer Vorstand der Haema AG
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