THERMO-BLADE-SPINE: Entwicklung effizienter hochratefähiger thermoplastischer Composite-Fertigungsmethoden als Technologiebausteine zur nachhaltigen Fertigung von Windenergieanlagen

Auf einen Blick

• Bei der Produktion von Rotorblättern kommen viel Handarbeit und nicht recyclebare Verbundstoffe zum Einsatz. Die Folge sind Qualitätsmängel, Verlagerung der Produktion durch den Kostendruck in der Branche ins Ausland mit niedrigeren Stundenlöhnen sowie ein Entsorgungsproblem.
• Abhilfe kann eine kreislauforientierte automatisierte Fertigung schaffen. Erste Ansätze konnten sich aufgrund hoher Kosten und schwieriger Handhabung nicht durchsetzen.
• Im PREPARE-Projekt THERMO-BLADE-SPINE entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Technologiebausteine für effiziente automatisierte Fertigungsprozesse für Rotorblätter aus recyclebaren thermoplastischen Composites.
• Das Fraunhofer IWES ist unter anderem für die Produktion eines 18 Meter langen Demonstrators im institutseigenen BladeMaker DemoCenter zuständig.

Herausforderung

Rotorblätter von Windenergieanlagen sind komplexe und gleichzeitig für den Energieertrag zentrale Bauteile. Derzeit erfolgt ihre Produktion überwiegend unter hohem personellem Einsatz, quasi in Handarbeit. Wegen des hohen Kostendrucks in der Branche verlagern Hersteller ihre Produktionsstätten daher zunehmend ins Ausland mit niedrigeren Stundenlöhnen. Gleichzeitig verursacht der hohe manuelle Arbeitsanteil Qualitätsprobleme. Die wachsenden Dimensionen der Rotorblätter und die steigenden Anforderungen an ihre Qualität und Zuverlässigkeit werden diese Probleme verschärfen.

Hinzu kommt ein Entsorgungsproblem: Die seit den 80er Jahren in Rotorblättern eingesetzten Duroplast-basierten Harze sind nicht schmelz- und lösbar. Wiederverwertungsmöglichkeiten durch Stofftrennung und stoffliches Recycling sind somit für derartige Faserverbundkunstoff (FVK)-Rotorblätter keine Option. Für eine kreislauforientierte automatisierte Fertigung der Bauteile fehlt es in der Industrie aber nicht nur an automatisierten Fertigungsprozessen, sondern auch an wiederverwertbaren Materialien. Bislang entwickelte Ansätze konnten sich aufgrund schwieriger Handhabung und hoher Kosten nicht durchsetzen. 

Lösung

Hier setzt das PREPARE-Projekt THERMO-BLADE-SPINE an. Ziel ist die Entwicklung und Skalierung von automatisierten Hochrate-Fertigungsprozessen auf Basis thermoplastischer Composites (TPC). TPCs zeichnen sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften aus, können in automatisierbaren Prozessen verarbeitet und gefügt sowie aufgrund ihrer Schmelzbarkeit stofflich wiederverwertet werden. Dabei wird das am IWS entwickelte CONTIjoin-Verfahren genutzt, um mittels vorproduzierter Halbzeugbänder automatisiert die Hauptgurte aufzubauen. Durch Anwendung von neuartigen thermo-plastischen Composite- und Sandwich-Komponenten sowie zugehöriger Bauweisen können eine automatisierte und nachhaltige Fertigung realisiert sowie energieintensive Prozesse ersetzt werden. Final wird ein 18 Meter langes Gurtsegment inklusive Stegen in einer am IWES vorhandenen Rotorblattform gefertigt.

Das projektkoordinierende Fraunhofer IWES bringt in THERMO-BLADE-SPINE seine Erfahrung aus der Herstellung von Forschungsrotorblättern, den Material- und Komponententests ein. So wird unter anderem im institutseigenen BladeMaker DemoCenter die Produktion des 18-Meter-Demonstrators konzipiert und umgesetzt sowie so genannte Coupon-Versuche zur Zulassung vorbereitet und durchgeführt.

Mehrwert  

THERMO-BLADE-SPINE will den Beleg dafür liefern, dass eine Fertigung von Rotorblättern auch in Hochlohnländern unter Einsatz von Automatisierung kosteneffizient und nachhaltig betrieben werden kann. Damit liefert das Projekt nicht nur einen wichtigen Baustein hin zu einer Zero-Waste-Windenergieanlage, sondern ermöglicht die Abhängigkeit Deutschlands von internationalen Lieferketten in einer strategisch wichtigen Industrie zu verringern.