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Rotorblatt-Entwurf für Windenergieanlagen

Rotorblatt-Entwurf für Windenergieanlagen

Rotorblätter auf dem Boden in ungewöhnlicher Perspektive Rotorblätter auf dem Boden in ungewöhnlicher Perspektive Rotorblätter auf dem Boden in ungewöhnlicher Perspektive © Helmut Gross

Die Effizienz von Windenergieanlagen (WEA) hängt maßgeblich von der Beschaffenheit ihrer Rotorblätter ab. Daher kommt dem Entwurf von Rotorblättern bei der Entwicklung von WEA eine besondere Bedeutung zu. Dabei übernimmt ein Rotorblatt zwei wesentliche Funktionen: Es muss die kinetische Energie des Windes in Rotation umwandeln und dafür optimale aerodynamische Kräfte erzeugen sowie die entstehenden mechanischen Belastungen abtragen und an nachgelagerte Komponenten weitergeben. Das Rotorblatt muss also möglichst leicht und aerodynamisch hoch-performant sein und gleichzeitig ausreichend strukturelle Steifigkeit und Festigkeit gewährleisten.

In dem Modul Rotorblatt-Entwurf für Windenergieanlagen (RBE) werden die Kerngebiete des aerodynamischen und strukturellen Rotorblattentwurfs behandelt.


Leistungspunkte

6 LP / 5 LP

abhängig von PO

Semester

SoSe

SWS: 2V / 1Ü

Prüfungsleistung

MP & HA

jeweils 50 %

Sprache

DE

Unterlagen z. T. EN


HIGHLIGHT: COMPOSITE LABOR

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Das Composite Labor findet an vier Tagen in Gruppen zu jeweils 6 Studierenden am Fraunhofer IWES in Bremerhaven statt. Das Fraunhofer IWES stellt dafür Teilnahme-Zertifikate aus. Eine Unterkunft in Bremerhaven wird institutsseitig zur Verfügung gestellt

Das Composite Labor ist innerhalb des Moduls RBE als Studienleistung obligatorisch.

Zum Veranstaltungsende erhalten alle Teilnehmenden ein Zertifikat.

LERNZIELE

Die Studierenden erwerben durch dieses Modul vielfältige Kompetenzen im Bereich des Entwurfs von Rotorblättern für Windenergieanlagen. Nach erfolgreichem Abschluss können die Studierenden:

  • die physikalischen Eigenschaften klassischer Materialien für den Einsatz in Rotorblättern von WEA erläutern,
  • die strukturellen Bauteile eines Rotorblatts benennen und ihre Funktionsweise erklären,
  • geeignete Materialien für die einzelnen strukturellen Bauteile auswählen,
  • die klassische Laminattheorie und Versagensmodelle für Faserverbundwerkstoffe erklären,
  • das mechanische Verhalten von Rotorblättern auf Basis von Balkenmodellen berechnen und analysieren,
  • eine aerodynamische und strukturelle Auslegung im Hinblick auf Ertrags- oder Lastoptimierung durchführen und den Zusammenhang dieser beiden Entwurfszielgrößen einordnen,
  • die Performanz von Rotorblättern einordnen,
  • gängige Technologien für die Fertigung von Rotorblättern unterscheiden und
  • Methoden der experimentellen Verifikation im Labor und im Freifeld erläutern.

VORLESUNGSINHALTE

Die Vorlesung des Moduls RBE besteht aus folgenden Themenkomplexen:

  • Historie der Rotorblattkonstruktion
  • Eigenschaften verwendeter Materialien
  • Mechanisches Verhalten von Faserverbundwerkstoffen
  • Klassische Laminattheorie und Balkenmodell für Rotorblätter
  • Aerodynamische und strukturelle Auslegung
  • Fertigungs- und Prüfverfahren

ÜBUNG UND HAUSARBEIT

In der Übungsveranstaltung des Moduls RBE werden die Inhalte der Vorlesungen durch Rechenbeispiele vertieft. Die Übung ist in klassischen Frontalunterricht und interaktive Einheiten unterteilt. Daneben sind auch Übungsteile in das Composite Labor integriert.

In der semesterbegleitenden Hausarbeit wird ein eigener aerodynamischer und struktureller Rotorblattentwurf für gegebene Randbedingungen erstellt. Den Studierenden wird hierfür eine grafische Matlab Benutzeroberfläche des IWES zur Verfügung gestellt. Programmierkenntnisse werden für die Hausarbeit nicht benötigt.

© FBG / C. Bierwagen
© Silvio Matysik / wind-turbine-models.com
© FBG / C. Bierwagen

PRÜFUNG

Zum erfolgreichen Abschluss des Moduls RBE ist eine zusammengesetzte Prüfungsleistung zu erbringen: Der erste Teil besteht aus der Bearbeitung einer Hausarbeit, in der selbstständig die gelernten Inhalte angewendet werden. Zu diesem Zweck führen die Studierenden einen aerodynamischen und strukturellen Entwurf eines Rotorblatts für vorgegebene Randbedingungen durch. Teil 2 besteht aus einer mündlichen Prüfung (MP) am Semesterende mit einer Dauer von ca. 20 Minuten. Die Gesamtnote wird als arithmetisches Mittel aus beiden Prüfungsteilen ermittelt.

Teil I

HA

50 h

Teil II

MP

20 min

Note

MP+HA

je 50 %

Studierende müssen sich für die Teilnahme am Prüfungsverfahren rechtzeitig zu diesem anmelden. Auch für die Studienleistung ist eine online-Anmeldung erforderlich.


Änderungen für den Masterstudiengang "Energietechnik": In diesem Studiengang werden 5 LP erworben. Um den Workload entsprechend zu reduzieren, ist für die Hausarbeit keine schriftliche Ausarbeitung erforderlich – es genügt die Abgabe der elektronischen Daten (Inputs und Outputs). Ansonsten bleibt das Modul unverändert.