Die Entwicklung in der Auslegung und Bauweise von Rotorblättern von Windenergieanlagen hat sich im letzten Jahrzehnt stark beschleunigt. Nachdem mittlerweile die Nennleistung der größten Anlagen auf sechs Megawatt gestiegen ist, ist es nachvollziehbar, dass auch die Rotorblätter bezüglich ihrer Größe und der Aerodynamik stark verbessert werden mussten, um dieses zu erreichen. Obwohl die Blattfertigung bereits ein hohes Qualitätsniveau erreicht hat, können Schäden nach wie vor nicht vollkommen ausgeschlossen werden, da große Teile der Blattstruktur handgefertigt sind. Bedenkt man, dass Reparaturkosten bzw. die Kosten für einen potentiellen Blatttausch mit zunehmender Blattlänge steigen, wird deutlich, dass Rotorblatt-Monitoring-Systeme erstrebenswert sind, um diese Eingriffe zu minimieren oder zu vermeiden. Nachdem sich bereits seit einigen Jahren Monitoring-Systeme für die wichtigsten elektrisch-mechanischen Komponenten erfolgreich etabliert haben, sodass der Betrieb durch stark reduzierte Ausfallzeiten deutlich wirtschaftlicher wurde, ist auch der Einstieg der Rotorblatt-Monitoring- Systeme erfolgt und nimmt stetig zu. Gegenwärtig existieren nur wenige Rotorblatt-Monitoring-Systeme auf dem Markt, die entweder die Funktion der Strukturüberwachung und/oder der Lastüberwachung haben. Bis heute konnte kein Ansatz oder System für eine zuverlässige Schadenserkennung zertifiziert werden, da die Ausprägung bzw. die Arten von Schäden an Rotorblättern zu sehr variieren. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Schadensfrüherkennung präsentiert, der nachweislich sehr viel empfindlicher auf Schäden reagiert, als dieses durch die Veränderung von Eigenfrequenzen angezeigt werden kann, was nach wie vor als Standardverfahren für die Erkennung von Schäden betrachtet werden muss. Der ursprünglich für konstante Balkenstrukturen entwickelte Ansatz, konnte erfolgreich für nicht-konstante Strukturen mit Kopfmasse erweitert werden. Vergleichbare reale Strukturen sind z.B. Türme von Windenergieanlagen, die ebenfalls interessante Objekte für die Zustandsüberwachung sein könnten. Innerhalb dieser Arbeit wurden zunächst einfache numerische Modelle und kleine Laborstrukturen verwendet, um den Ansatz zur Schadenserkennung ausführlich zu untersuchen. Im nächsten Schritt wurden mehrere Türme von Windenergieanlagen betrachtet, an denen sowohl der ursprünglichen Ansatz für konstante Querschnitte als auch seine Erweiterung Anwendung fanden. Intensive Studien zur Schadenserkennung wurden darüber hinaus an numerischen Modellen von Rotorblättern durchgeführt. An dem Finite-Elemente-Modell eines aktuellen 45m langen Blattes konnte die Qualität der Methode für unterschiedlichste Schadensszenarien erneut unter Beweis gestellt werden. Im Rahmen eines regulären Ermüdungstests eines 50.8m langen aktuellen Rotorblatts konnte im Anschluss ein Schaden gezielt induziert werden, der mithilfe der entwickelten Methode erfolgreich erkannt wurde. In diesem Zusammenhang wurde ein neues Sensorsystem eingesetzt, das speziell für den Einsatz in Rotorblättern von Windenergieanlagen entwickelt wurde und zusammen mit dem verwendeten Ansatz eine robuste Einheit bildet. Zuletzt wurde das Gesamtsystem bestehend aus neuartiger Sensorik und der erweiterten Methode in einem ausführlichen mehrmonatigen Test in einem 50.8m Rotorblatt des gleichen Typs einer operierenden Windenergieanlage getestet.
Development in wind turbine blade design and fabrication has accelerated strongly during the past decade. While the rated power of current wind turbines increased up to six mega Watts, it is natural that blades also had to be improved in dimension and aerodynamic performance. Even though manufacturing quality has reached a very high level, damages cannot be avoided because still the main parts of the structure are fabricated manually. Furthermore, costs of repair or even blade exchange increase with blade length as well. In trying to reduce these issues, monitoring systems have been added to blades, after they have become standard equipment for the generator and other components. Currently there are only a few blade monitoring systems available on the market offering either health and/or load monitoring function. Until today none has been certified as able to reliably detect damages, because the variety of damages is too large. Within this thesis, a promising new approach for early damage detection is presented, which proves to have a more sensitive and early reaction to damage than eigenfrequency-based methods, which are still standard monitoring techniques. The approach, basically valid for uniform beam-like structures, has been successfully extended to non-uniform beam-like structures with additional concentrated mass. Additional concentrated mass on top of a beamlike structure is quite similar to e.g. a turbine tower structure, which could also be interesting objects for condition monitoring. Firstly, simple numerical models and down-scaled test-site objects were carefully investigated for this purpose. Afterwards, real turbine tower structures came into play, documenting both, the validity of the applied approach and its extension. Intense studies on different kinds of turbine blade damages were performed using a finite element model of a state-of-the-art blade, which showed the quality of the approach for damage detection. The method was tested on a 50.8m turbine blade during an edgewise fatigue test after damage was induced manually, which could be detected successfully. Additionally this approach was combined with a new kind of sensor technology within a research project, together creating a package very suitable for turbine blade application. Finally, the method together with the sensor system was tested on a 50.8m turbine blade of the same type under operational conditions.