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Qualitätskontrolle

im Energiesektor

Bei der Prüfung unterschiedlicher Bauteile und Materialien der Anlagen und Mechanismen im Energiesektor kommt es auf verschiedene Besonderheiten an. Energiesysteme werden unter extremen Bedingungen betrieben, darunter hohe Temperaturen, Drücke und korrosive Einwirkungen.

Prüfungen und Qualitätskontrolltechniken während des Fertigungsprozesses sorgen für die Einhaltung von Branchenbestimmungen und Normen, welche die Sicherheit erhöhen und die Umwelt schützen sollen.

Bauteile, die im Energiesektor die Qualitätskontrolle durchlaufen

WIND

Windkraftanlagen

Sie sind der wesentliche Bestandteil eines Windenergiesystems. Es handelt sich für gewöhnlich um hohe, schlanke Gebilde mit Rotorblättern, die vom Wind angetrieben werden und Strom erzeugen. Jede Komponente dieser Anlagen muss einer strengen Prüfung unterzogen werden, damit Ingenieure und Techniker ihre Leistung sowie den Wartungsbedarf beurteilen können.

Methoden der Qualitätskontrolle

Optische Inspektion/Sichtprüfung

Hierbei lässt sich berührungslos jede Art von Defekt oder Verschleiss an Komponenten von Windkraftanlagen, z. B. an den Rotorblättern, am Gehäuse
und Turm, erkennen.

Dimensionsmessung

Sie dient der Bestimmung von Form, Grösse und Querschnitt der Windkraftanlagenkomponenten und damit der Beurteilung, ob diese nach Baugruppenmontage optimale Leistung bringen.

Rotornaben

In Windkraftanlagen dienen Rotornaben der Übertragung von Hydrauliköl oder Luft an die Steuerung der Rotorblattverstellung (Pitch-Regelungssystem), womit der Winkel der Rotorblätter für eine optimale Energieerzeugung eingestellt wird. Rotornaben setzen sich meist aus einem feststehenden Gehäuse und einer auf Wälzlagern montierten rotierenden Komponente zusammen, woraus sich die Notwendigkeit mehrerer Arten der Qualitätskontrolle ergibt. Sie verfügen über eine Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Vielzahl von Drücken, Temperaturbereichen und Durchflussraten, was sie zu vielseitigen Komponenten im Energiesektor macht.

Methoden der Qualitätskontrolle

Rauheitsmessung

Wenn es um die Bestimmung von Rauheit, Struktur oder Finish der Oberfläche von Rotornaben geht, haben sich Oberflächenrauheitsmessgeräte bewährt. Als wichtiger Bestandteil einer regelmässigen Wartung kann die Oberflächenrauheitsmessung Problemen wie schwacher Leistung oder vorzeitigem Verschleiss aufgrund von Oberflächenfehlern oder Unregelmässigkeiten vorbeugen.

Härteprüfung

Anhand während der Härteprüfung erfasster Daten kann bestimmt werden, ob das Material der Rotornaben noch innerhalb des zulässigen Toleranzbereichs liegt oder zu weich bzw. spröde geworden ist – entweder während des Fertigungsprozesses oder aufgrund von verschiedenen Faktoren, etwa Materialermüdung, im Laufe der Lebensdauer der Bauteile.

Dimensionsmessung

Bei der Qualitätskontrolle müssen unbedingt die Abmessungen der Rotornaben bestimmt werden, um sicherzustellen, dass diese den erforderlichen Spezifikationen entsprechen. Dies erfolgt meist durch geschultes Personal, das Präzisionsmessgeräte verwendet, z. B. Bügelmessschrauben, Messschieber oder Laserscanner. Damit werden verschiedene Merkmale von Rotornaben gemessen: u. a. Durchmesser, Länge und die Tiefe von Schlüsselelementen wie Verbindungsstellen oder Montageflächen. Dies ist besonders wichtig, weil dadurch Probleme aufgrund von Positionsfehlern oder schwacher Leistung wegen nicht spezifikationskonformen Abmessungen vermieden werden.

Rotorblätter

Rotorblätter von Windkraftanlagen sind meist aus Verbundwerkstoffen, z. B. glasfaser- oder auch kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen, gefertigt, damit sie leicht und dennoch stabil sind.

Methoden der Qualitätskontrolle

Materialprüfung

Sie umfasst die Analyse physikalischer und mechanischer Eigenschaften des Rotorblatt-Materials, dazu zählen Zugfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Steifigkeit. Dadurch kann sichergestellt werden, dass Rotorblätter aus hochwertigem Material bestehen, das den erforderlichen Spezifikationen entspricht.

Messung des Rotorblattprofils

Die klassische Dimensionsmessung der Rotorblätter spielt eher eine untergeordnete Rolle, eine viel entscheidendere Rolle, was die Effizienz der Windkraftanlagen betrifft, spielen das Blattprofil und der Blattquerschnitt. Meist wird dafür ein berührungsloses Makro-Messgerät mit spezieller Software verwendet. Dieses erfüllt den Anspruch genauer und schneller Messungen, der darauf gründet, dass die Rotorblätter von Windkraftanlagen grosser Krafteinwirkung ausgesetzt sind.

Türme

Die Stützpfeiler von Windkraftanlagen sind meist aus Stahl oder Beton und müssen so beschaffen sein, dass sie starken Winden und anderen extremen Witterungsbedingungen standhalten.

Methoden der Qualitätskontrolle

Materialprüfung

Was die Materialien angeht, aus denen die Türme bestehen, ist die Analyse ihrer physikalischen und mechanischen Eigenschaften, z. B. Zugfestigkeit, Streckgrenze und Duktilität, äusserst wichtig, da die Türme bautechnisch solide sein müssen.

WASSER

Turbinen

Turbinen sind Maschinen, welche die Wasserkraft nutzbar machen, indem sie die kinetische Energie von Wasser oder Dampf in mechanische Energie umwandeln, die zur Erzeugung von Elektrizität genutzt werden kann. Wasser oder Dampf wird auf die Schaufeln der Turbine geleitet, wodurch sich diese zu drehen beginnt und ein Generator Strom erzeugt.

Methoden der Qualitätskontrolle

Messung des Schaufelprofils

Während Qualitätskontrollprozessen werden regelmässig Messungen an Blattprofil und Blattquerschnitt der Schaufeln von Turbinen durchgeführt. Um sicherzustellen, dass die Merkmale der Strömungsmechanik allesamt den Spezifikationen entsprechen, wird meist ein KMG mit spezieller Software eingesetzt. Dieses erfüllt den Anspruch genauer und schneller Messungen, der darauf gründet, dass die Turbinenschaufeln einer mitunter grossen Krafteinwirkung standhalten müssen.

Oberflächeninspektion für Schaufeln

Da die Oberflächen der Mittelschneiden der Strahlteilung und -lenkung einer Beschaufelung eine wichtige Rolle dabei spielen, ob diese ihren Zweck erfüllt, ist es wichtig, dass sie keine Defekte aufweisen. Am schnellsten lassen sich Defekte auf jeglichen Oberflächen mithilfe einer berührungslosen Messlösung erkennen – und zwar gepaart mit einer KI-Software, die lernt, wonach sie zu suchen hat. Dabei kann es sich um Risse oder alle anderen Beschädigungen handeln, die mitunter während des Fertigungsprozesses auftreten können.

Materialprüfung

Ihr können Turbinenkomponenten unterzogen werden, um sicherzustellen, dass diese den geforderten Normen für Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und andere Eigenschaften entsprechen, die ihre Leistung beeinflussen könnten.

Staudämme

Die über Flüssen oder anderen Gewässern errichteten Strukturen haben den Zweck, zur Wasserkraftgewinnung (Hydroelektrizität) Wasser zu stauen. Staudämme bestehen meist aus einer Betonmauer oder einem Erdwall und verfügen über eine Hochwasserentlastung, über die überschüssiges Wasser ablaufen kann.

Methoden der Qualitätskontrolle

Materialprüfung

Ihr können die Komponenten eines Staudamms unterzogen werden, um sicherzustellen, dass diese den geforderten Normen für Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und anderen Eigenschaften entsprechen.

Generatoren

Generatoren sind Maschinen, die mechanische Energie, die etwa von einer Turbine geliefert wird, in elektrische Energie umwandeln. Sie bestehen hauptsächlich aus einem rotierenden Magnetfeld und einer Spule, durch die das sich ändernde Magnetfeld einen Strom induziert. In Wasserkraftwerken übernehmen Generatoren die Umwandlung der Energie des fliessenden Wassers in elektrischen Strom, der dann ins Stromnetz eingespeist werden kann.

Methoden der Qualitätskontrolle

Dimensionsmessung

Die Innenteile, das Gehäuse und sogar kleine Befestigungsteile eines Generators müssen Qualitätskontrollprozesse durchlaufen, damit dieser ohne
Probleme über einen langen Zeitraum betrieben werden kann. Die meisten Hersteller nutzen hochgenaue Koordinatenmessgeräte für eine
durchgehend fehlerfreie Teileproduktion.

Analyse von Rauheit, Form und Lage

Diese drei Merkmale werden während des Fertigungsprozesses kontinuierlich geprüft, wenn es um in den Generatoren verwendete Wellen und Radiallager geht. Jede Komponente muss bestimmte Anforderungen (Spezifikationen) erfüllen und diese lassen sich nur mithilfe von bestimmten Geräten überprüfen, z. B. von Kontur- oder Rundheitsmessgeräten und in manchen Fällen sogar durch ein KMG.

Druckrohrleitungen

Druckrohrleitungen sind speziell verstärkte Rohre, die Wasser mit hohem Druck von einem Staubecken oder Reservoir zu den Turbinen eines Wasserkraftwerks leiten. Sie bestehen häufig aus Stahl oder Beton und sind so konzipiert, dass sie den hohen Kräften des strömenden Wassers standhalten. Durch die Druckrohrleitungen wird die Bewegungs-energie des Wassers konzentriert, was die Effizienz der Energieumwandlung in der Turbine steigert.

Methoden der Qualitätskontrolle

Materialprüfung

Ihr können die Komponenten von Druckrohrleitungen unterzogen werden, um sicherzustellen, dass diese den geforderten Normen für Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und anderen Eigenschaften entsprechen.

SOLAR

Solarzellen

Sie bilden einen wesentlichen Bestandteil der Solarindustrie, da sie Sonnenlicht in Strom umwandeln. Qualitätskontrollmethoden sind daher unerlässlich für Solarzellen, damit diese geforderten Normen entsprechen und effizient sind.

Methoden der Qualitätskontrolle

Berührungslose Messung

Um zu überprüfen, ob der Fertigungsprozess erfolgreich verlaufen ist, werden die Zellkomponenten
einer optischen Prüfung unterzogen, sodass sie während der Qualitätskontrolle
nicht beschädigt werden können.

Verbindungsleitungen

In der Solarindustrie ermöglichen diese Leitungen die Verbindung von Solarpanels untereinander und/oder zum Stromnetz. Sie sind dafür verantwortlich, dass der mittels Solaranlagen erzeugte Strom in Haushalte und Unternehmen gelangt.

Methoden der Qualitätskontrolle

Dimensionsmessung

Oft werden mithilfe von berührungsloser Dimensionsmessung die unterschiedlichen Teile von Verbindungsleitungen geprüft, dadurch wird u. a. sichergestellt, dass die Anschlussseiten den Spezifikationen entsprechen.

Materialprüfung

Hierbei werden die Materialien, aus denen sich Verbindungsleitungen
zusammensetzen, daraufhin untersucht, ob sie den Qualitätsanforderungen genügen. Oft bezieht sich die Prüfung auf die Drähte und Kunststoffe,
aus denen die Leitungen bestehen.

Solarglas

Diese Art von Glas wurde speziell für die Verwendung in Solarpanels entwickelt. Es ist speziell behandelt, wodurch es hochtransparent sowie strapazierfähig ist und zudem eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber starkem Sonnenlicht und anderen Umgebungs-bedingungen aufweist.

Methoden der Qualitätskontrolle

Optische Prüfung

Hierbei wird das Solarglas auf Eigenschaften wie Transparenz und Lichtabsorption geprüft, um sicherzustellen, dass so viel Sonnenlicht wie möglich
die Solarzellen durchdringt.

Materialprüfung

Sie eignet sich dafür, zu bestimmen, ob Defekte bezüglich der physikalischen Eigenschaften eines Materials vorliegen. Dies erweist sich insbesondere bei der Prüfung der Antireflexbeschichtung von Solarglas als nützlich. In Anbetracht
der Tatsache, dass neben den Eigenschaften von Glas auch diejenigen von Beschichtungen betrachtet werden müssen, entscheiden sich Hersteller meistens für ein automatisches Härteprüfgerät, z. B. ein Gerät für die Mikrohärteprüfung nach Vickers, um diese äusserst präzisen Tests durchzuführen.

Wechselrichter

Diese elementaren Bestandteile von Solaranlagen wandeln den von Solarpanels erzeugten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) um, der in das öffentliche Netz eingespeist und so in Haushalten und Unternehmen verwendet werden kann.

Methoden der Qualitätskontrolle

Berührungslose Messung

Leiterplatten sind wichtige Komponenten von Wechselrichtern, für deren Merkmale und Lötverbindungen optische Messgeräte die Höhe und Form prüfen. Durch den Einsatz eines Bildverarbeitungsmessgeräts besteht kein Grund zur Sorge, diese empfindlichen Werkstücke während der Messung zu beschädigen. Andere häufig für diese Komponenten angewandten optischen Prüfmethoden sind Laserprofilometrie und Konfokalmikroskopie.

Dimensionsmessung

Die Schutzgehäuse von Wechselrichtern müssen den Spezifikationen entsprechen, damit sich alle Innenteile eines Wechselrichters exakt einpassen lassen und vor unnötiger Beschädigung geschützt sind. Es gibt viele Möglichkeiten für die notwendigen Prüfungen, beispielsweise den Einsatz von tragbaren Messmitteln wie einem Höhenmessgerät oder im Fall von Smart Factories
sogar die Verwendung eines KMGs.

Batterien

Sie bilden insofern einen wichtigen Bestandteil von Solaranlagen, weil sie die überschüssige Energie, welche die Solarpanels am Tag erzeugen, speichern, sodass der Solarstrom auch zu Zeiten genutzt werden kann, in denen die Sonne nicht scheint, z. B. nachts oder während kürzeren Tageszeiten im Winter.

Methoden der Qualitätskontrolle

Optische Messung

Dank ihr lässt sich das Innenleben von Batterien untersuchen, darunter die Verteilung aktiver Materialien und die Dicke von Elektroden. Die gewonnenen Informationen können dazu dienen, den Aufbau von Batterien so zu optimieren, dass sie maximale Effizienz und Leistung erreichen. Mithilfe optischer Messung lassen sich auch Defekte und Unregelmässigkeiten innerhalb von Batterien erkennen, z. B. Risse oder Verunreinigungen, welche die Leistung und Sicherheit einer Batterie beeinträchtigen können.

Messung mit geringer Prüfkraft

Für den Erhalt genauer Messergebnisse bei kontaktempfindlichen Proben wie Batteriefolie wird ein Messgerät mit geringer Prüfkraft zusammen mit einem speziellen Aufspannsystem, z. B. einem Vakuumhalter, verwendet. Diese Methode wird angewandt, um die Dicke der Batteriefolie vor und nach den Beschichtungsverfahren zu bestimmen.

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