Theoretisch war eigentlich alles ganz klar. Doch jetzt fällt jeder Schritt schwer. Der ungewohnt schnelle Aufstieg macht sich in den Knien bemerkbar. Die winterliche Kälte lässt die Handschuhe an der eisigen Stahlleiter festkleben. Bloß nicht nach unten schauen!
Endlich ist es geschafft. Die Chemnitzer Mechatroniker haben die 70 Meter hohe Gondel der Windenergieanlage erreicht, allen voran ihr Chef, Prof. Dr. Peter Maißer. Endlich eine Pause - aber keine Spur von Ruhe, denn der Boden unter den Füßen beginnt zu schwanken! Wo ist denn bloß ein Griff zum Festhalten? Ungewohnte Geräusche stimmen nachdenklich. - Ein beeindruckendes, nachhaltiges Gefühl, nicht nur wegen der schönen Aussicht.

Zu lösen sind dabei insbesondere messtechnische, mechanische und numerische Teilaufgaben, beispielsweise Modellvalidierungen, inverse Identifikations-
probleme mittels nichtlinearer multikriterieller Optimierung, Variantenvergleiche, Stabilitätsuntersuchungen und Verhalten bei kritischen Situationen. Auf der Grundlage der Lagrangeschen Modellgleichungen eines hybriden Mehrkörpersystems kann dabei sehr effektiv sowohl von einem einzelnen Bauteil, einer Baugruppe oder auch von der Gesamtanlage eine Schwingungs- und Belastungsanalyse durchgeführt werden.
Auf diesem Weg gelang es, endlich auch im Windgeschäft ganz oben mit dabei zu sein - einer Branche, in der an erster Stelle der Geheimnisschutz steht. Die Grundlagen hierfür bildeten verschiedene, seit 2001 auch zur Hannover Messe vorgestellte Forschungsprojekte. Dazu zählen der "Mechatronische Entwurf drehzahlvariabler Windenergieanlagen mit alaska", ein DFG-Projekt innerhalb des Chemnitzer Graduiertenkollegs "Energiebereitstellung aus regenerativen Energiequellen" sowie das AIF-Projekt "Simulationssystem zur Windenergieanlage-Diagnose und -Service". Inzwischen sind weitere Kontakte und Vorhaben hinzugekommen. Ganz oben stehen Zertifizierungsaufgaben und die Prognose
schädigungsrelevanter Betriebszustände in Offshore-Anlagen.

Crashtest ohne Schwindelgefühl

Aber der Konkurrenzkampf ist hart, neue Herausforderungen und Ideen sind gefragt. Dabei helfen wenige Mausklicks in der virtuellen Windenergieanlagen-Realität: Ein 65 Tonnen schwerer Stahlrohrturm wird auf ein vorgefertigtes Fundament montiert. Auf den Turmkopf wird behutsam eine fast 50 Tonnen schwere Gondel einschließlich Antriebsstrang, Getriebe und Generator abgesetzt. Nun folgt die Kopplung des Rotors mit der Nabe und den je 29 Meter langen, pitch-geregelten elastischen Blättern. Jedes einzelne wiegt mehr als vier Tonnen. Endlich weht auch wieder Wind. In Sekundenschnelle werden komplizierte Differentialgleichungssysteme gelöst, die Rotordrehzahl steigt auf 21 Umdrehungen pro Minute, Diagramme visualisieren die Sensordaten. Nach kurzer Zeit arbeitet sie unter Volllast - eine mittelgroße Windenergieanlage einer großen Weltfirma. Anschließend werden gezielt verschiedene Schäden aktiviert und die Lasten vergrößert. Zum Abschluss folgt noch ein beeindruckender Crashtest. Gesamtschaden: Zwei Millionen Euro! Zum Glück ist alles nur eine dialogorientierte, realitätsnahe Computersimulation, die ohne Schwindelgefühl und klirrende Kälte auskommt.
Weitere Informationen: www.tu-chemnitz.de/ifm

Prof. Dr. Peter Maißer, Xueyoung Zhao & Dr. Matthias Neubert
Institut für Mechatronik

So oder so ähnlich wird es wohl fast jedem ergangen sein, der das erste Mal eine Windenergieanlage erklommen hat. Aber diese Männer tun dies nicht aus sportlichem Ehrgeiz, sondern aus beruflicher Notwendigkeit. Sie sind vom Institut für Mechatronik an der Technischen Universität Chemnitz, dem ersten nach der Wende gegründeten An-Institut Sachsens. Hier arbeitet ein Team aus erfahrenen und hochqualifizierten Wissenschaftlern aus verschiedenen Ländern überaus erfolgreich zusammen - etwa Mathematiker, Physiker, Ingenieure, Informatiker. Sie alle haben sich der Mehrkörperdynamik verschrieben.
Als Hauptwerkzeug nutzen sie ihre auch international vertriebene Eigenentwicklung "alaska" (advanced lagrangian solver in kinetic analysis). Das ist eine universelle Simulationssoftware, welche überall dort einsetzbar ist, wo das Bewegungsverhalten mechatronischer Systeme modelliert, analysiert, visualisiert und optimiert werden kann - von der Mikrosystemtechnik bis zur Raumfahrt.

Neue Ideen und Visionen

Was lag da näher, als mit diesem Tool auch eine Windenergieanlage ganzheitlich computergestützt zu modellieren und deren dynamisches Verhalten zu simulieren? Das betrifft speziell die Fachgebiete Aero-, Struktur-und Mehrkörperdynamik, Elektromechanik, Leistungselektronik, Steuerung und Regelung.