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Im BladeMaker-Demonstrationszentrum können bis zu acht Prozessschritte an einem Fertigungsplatz maschinell erfolgen. Aus den aufgestapelten Blöcken entsteht eine Rotorblattform.
© Fraunhofer IWES
Industrielle Herstellung
28.04.2016

Die Abbildung zeigt Fräsarbeiten an einer Werkzeugform für ein 40-Meter-Blatt.
© Fraunhofer IWES

Rotorblätter maschinell fertigen

Rotorblätter von Windenergieanlagen werden noch meist von Hand gefertigt. Grund dafür sind die geringen Stückzahlen. Doch wie lassen sich Blätter schneller, günstiger und präzise herstellen? Im sogenannten BladeMaker in Bremerhaven ist die automatisierte Fertigung nun möglich. Hier erfolgen bis zu acht Prozessschritte in einem. Jetzt wurde das Fertigungszentrum eingeweiht.

Rotorblätter machen rund ein Viertel der Gesamtkosten einer Windenergieanlage aus, was vor allem auf den hohen Anteil an Handarbeit zurückzuführen ist. Bisher werden Rotorblätter mit dem sogenannten Vakuum-Infusionsverfahren hergestellt. Dafür werden zwei Formen mit Glas- oder Kohlenstoff-Faserbahnen belegt. Dieser Schritt erfolgt fast vollständig manuell. Anschließend wird ein Vakuum aufgebaut und ein Harz injiziert, das die Bahnen verklebt. Nach der Aushärtung werden die Hälften zu einem Blatt zusammengefügt und lackiert.

Im Projekt BladeMaker arbeiten Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES mit 16 Industrie- und Forschungspartnern daran, große Blätter künftig kostengünstiger, schneller und in einer höheren Qualität maschinell herstellen zu können. Ihr Ziel: die Produktionskosten um rund zehn Prozent und mehr zu senken. Seit dreieinhalb Jahren feilen die Wissenschaftler, Rotorblatt- und Komponentenhersteller, Anbieter von Produktionssteuerungen sowie Materialhersteller zusammen an Konzept und Prozessentwicklung. Das soll die Entwicklung von der Kleinserienfertigung zur groß-industriellen Produktion von Rotorblättern voranbringen. Gestern verfolgten 150 Industrievertreter in Bremerhaven die feierliche Eröffnung. Während dieser wurden Fräsarbeiten an der Werkzeugform für ein 40-Meter-Blatt (Abbildung links) durchgeführt.

Integriertes Maschinenkonzept

An den Maschinenplätzen – Leichtbauportale genannt – lässt sich präzise fräsen und sie haben eine Tragfähigkeit bis zu 400 Kilogramm. „Damit können wir verschiedene Produktionsschritte, die sonst an unterschiedlichen Maschinen erfolgen, durch einfache Auswechslung des Prozesskopfes am gleichen Platz durchführen“, erklärt Christian Dörsch, Gruppenleiter Fertigung am Fraunhofer IWES. Zu den Teilprozessen gehört etwa die Direktinfusion des Harzes, das Auftragen des Klebstoffs oder das Oberflächen-Finish zur Vorbereitung der Lackierung. An jedem der zwei Maschinenplätze lassen sich unterschiedliche Prozessköpfe einspannen, die einzeln oder parallel betrieben werden können. Sie bewegen sich mit maximal zweieinhalb Metern pro Sekunde entlang der Bahnen. Eine CNC-Steuerung sorgt dafür, dass Konstruktion und Fertigung verknüpft werden.

Materialkosten senken, Qualität steigern

Um die Materialkosten zu senken, Produktionsprozesse zu beschleunigen und gleichzeitig die Fertigungsqualität zu erhöhen, müssen neue Materialien erprobt werden. Drei stehen dabei im Fokus: Epoxidharze, Polyurethan-Kern-Werkstoffe und polyurethan-basierte Klebstoffe. Eine andere Herausforderung sind die steigenden Stückzahlen und Abmessungen. Die Forscher nehmen daher das Rotorblattdesign, die Werkstoffe und die Fertigungsverfahren unter die Lupe. Sie analysieren sämtliche Arbeitsschritte und schätzen das jeweilige Automatisierungspotenzial ab. Anschließend wollen die Forscher neue, automatisierte Prozesse entwerfen, die ein Modell-Blatt einzeln durchlaufen soll. Die Rechenmodelle der Wissenschaftler lassen schon jetzt erkennen, dass sich die relativen Kosten noch weiter senken lassen, je größer das Blatt ist.

Noch bis Herbst 2017 untersuchen die Wissenschaftler die Fertigungs- und Verfahrenstechnik mit dem Ziel ein optimales Blattdesign für die industrialisierte Produktion zu entwerfen. Die Ergebnisse des Projektes BladeMaker sollen sowohl die internationale Wettbewerbsfähigkeit der Hersteller stärken als auch die Erzeugung von Windstrom kostengünstiger machen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Projekt mit rund acht Millionen Euro.

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