Rotorblätter für Windenergieanlagen effizienter gestalten
Die Herstellung der Rotorblätter stellt etwa 20 Prozent der Gesamtkosten einer Windenergieanlage dar. Durch den Einsatz innovativer Werkstoffe und verbesserte Abläufe soll die Fertigung weiter optimiert und die Qualität erhöht werden. Denn: Es bestehen viele Möglichkeiten zur Verbesserung in der Produktionskette. Und genau dafür begann das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES vor zehn Jahren mit der Erforschung der automatisierten Rotorblattfertigung im Rahmen des „BladeMaker“-Projekts. Das Hauptziel ist es, die Produktion von Rotorblättern für Windenergieanlagen nachhaltiger, effizienter und zuverlässiger zu gestalten – und das alles bei minimalen Kosten.
Das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES hat im Rahmen des Forschungsprojekts BladeMaker das BladeMaker-Demozentrum in Bremerhaven aufgebaut und in Betrieb genommen. Dadurch wurde eine realitätsnahe Testumgebung geschaffen, in der ganzheitliche Prozesse entwickelt werden können, um die Automatisierung und Industrialisierung der Rotorblattfertigung voranzutreiben.
Zwei Monate bei der Blattproduktion eingespart
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen hierbei Aspekte wie das Rotorblattdesign, die Werkstoffe und die Fertigungsverfahren, um potenzielle Automatisierungen zu evaluieren. Aktuell erfolgen viele Fertigungsschritte der Rotorblätter nacheinander und manuell im Hauptformwerkzeug des Rotorblatt-Rohlings. Das Projektteam hat erfolgreich ein Formwerkzeug entwickelt, ohne vorher ein 1:1 Urmodell des Blattes zu erstellen. Diese Innovation ermöglicht es den Herstellern, rund zwei Monate bei der Blattproduktion einzusparen, heißt es in der Pressemitteilung.
„Wir konnten mit unseren Verfahren erheblich dazu beitragen, die Fertigungszeiten für Rotorblätter zu reduzieren und gleichzeitig die Qualität des Bauteils steigern“, kommentierte Heiko Rosemann, Projektleiter Fraunhofer IWES. So waren die Forschenden in der Lage, direkt ein Formwerkzeug zu fertigen und mittels einer integrierten Kühlungsfunktion auch noch den Aushärteprozess des Klebstoffs steuern und verkürzen. „Mithilfe unseres Klebstoffapplikators, dem „Variable Glue Applicator“, sind keine Werkzeugwechsel bei der Verklebung der Schalen mehr notwendig, es kann bis zu 20 Prozent Klebstoff eingespart werden. Wir sind stolz auf das Erreichte und freuen uns darauf, gemeinsam mit der Branche, Lösungen für die anstehenden Herausforderungen zu entwickeln“, so er weiter.
Integrierte Softwarelösung entwickelt
Zudem wurde eine integrierte Softwarelösung entwickelt, um 3D-Modelle der einzelnen Komponenten zu simulieren und die Fertigung präzise vorzubereiten. Im Projekt wurde außerdem ein komplexes Portalsystem entwickelt, in das verschiedene Prozessköpfe installiert werden können und individuell angesteuert werden. Dies erlaubt die automatisierte Erprobung von Arbeitsschritten wie Fräsen, Kleben, Schleifen und dem Tränken der Glasfasergelege. Das BladeMaker-Demozentrum wurde im Jahr 2017 feierlich eröffnet.
Darüber hinaus wurde das automatisierte Verfahren des sogenannten „Preforming“ entwickelt. Hierbei handelt es sich um das automatische Ablegen und Drapieren der Fasergelege und Kernwerkstoffe. Ebenso entstand das Verfahren des „Prefabbing“, das das Vorfertigen von Rotorblattkomponenten ermöglicht. Diese Fortschritte tragen dazu bei, die Produktionszeit zu verkürzen, da sie aus dem Hauptformwerkzeug des Blattes ausgelagert und somit parallel umgesetzt werden können.
Dr. Alexander Krimmer, Senior Engineer Composite Materials and Structures, TPI Composites Germany sagte dazu: „Einige der wesentlichen Aufgaben bei der Rotorblattentwicklung sind die Beschleunigung von Fertigungsprozessen und das Einsparen von Material. In der Testumgebung des BladeMaker-Demozentrums können alle Aspekte der automatisierten Fertigung betrachtet werden, das hilft der Industrie dabei, diese Prozesse weiter zu optimieren. Das Fraunhofer IWES leistet mit seiner Arbeit hier einen wichtigen Beitrag zur Forschung und Entwicklung“.
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