Im BladeMaker in Bremerhaven ist die automatisierte Fertigung von Rotorblättern möglich.
Fraunhofer IWES
In Bremerhaven wurde ein Fertigungszentrum für Rotorblätter eröffnet. Die Rotorblatt-Fertigung findet großteils in Handarbeit statt. Grund dafür sind laut dem Fraunhofer IWES die geringen Stückzahlen einer Produktionsserie. Die Werkzeugform eines Rotorblatts dient nur einige hundert Male als Vorlage. Die Manufaktur von Rotorblättern macht rund ein Viertel der Gesamtkosten einer Windenergieanlage aus. Stand der Technik in der Rotorblattproduktion ist das sogenannte Vakuuminfusionsverfahren. Springer-Autor Erich Hau beschreibt das Verfahren im Buchkapitel "Rotorblätter" ab Seite 304.
Zusammen mit 15 Partnern hat das Fraunhofer IWES als Koordinator ein Fertigungszentrum aufgebaut, das jüngst in Bremerhaven eingeweiht wurde. Ziel ist es, durch die Industrieproduktion einen Kostenvorteil von zehn Prozent zu erreichen. Gelingen soll dies durch effizientere Produktionsprozesse, den Einsatz innovativer Materialien und ausgewählte Automatisierungsansätze.
Die Werkshalle "BladeMaker"
Der Trend im Bereich der Composite-Fertigung geht zum Einsatz von Knickarm-Robotern. Für BladeMaker wurde jedoch ein Linearachsensystem mit zusätzlichen Freiheitsgraden für die Drehbewegung des Prozesskopfes gewählt. Dies ermöglicht die Verbindung von hoher Präzision mit der erforderlichen Bewegungsfreiheit.
Die beiden Maschinenplätze, hier Portalsysteme genannt, sind L-förmig aufgebaut. Dies ermöglicht ein einfaches Be- und Entladen von der Seite. Das Rotorblatt bleibt so zugänglich für ergänzende Handgriffe. Es kann präzise gefräst werden. Die Tragfähigkeit geht 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.
An jedem der zwei Portale können unterschiedliche Prozessköpfe eingespannt werden, die eigenständig oder im Parallelbetrieb zum Einsatz kommen. Sie bewegen sich mit maximal zweieinhalb Metern pro Sekunde entlang der Bahnen. Eine Schwerlastplattform zum Transport der Halbzeuge und Materialien fährt im Schlepptau am Boden mit, um das Rüsten zu vereinfachen. Eine CNC-Steuerung macht die Verknüpfung von Konstruktion und Fertigung möglich.
Das optimale Blattdesign wird 2017 veröffentlicht
Dreieinhalb Jahre haben die Wissenschaftler zusammen mit Rotorblatt- und Komponentenherstellern, Anbietern von Produktionssteuerungen sowie Materialherstellern an Konzept und Prozessentwicklung gefeilt, um die Entwicklung von der Kleinserienfertigung zur großindustriellen Produktion von Rotorblättern voranzubringen.
Noch bis Herbst 2017 untersuchen IWES-Wissenschaftler Fertigungs- und Verfahrenstechnik und ermitteln das optimale Blattdesign für die industrialisierte Produktion. Nächstes Etappenziel ist die Anfertigung eines Prototypen-Blatts, das die einzelnen Fertigungsschritte durchlaufen wird. Dabei werden Optimierungsansätze ausgelotet, die Ergebnisse mit dem manuellen Fertigungsansatz verglichen und bewertet. Am Ende des fünfjährigen Windenergie-Projekts entstehen Demonstratoren für die jeweiligen Prozessschritte. Das Design des Blattes wird öffentlich gemacht.
Anlaufstelle für Forschung- und Entwicklung in der Rotorblattfertigung
Die Ergebnisse des Projektes BladeMaker dienen dazu, die Wettbewerbsfähigkeit der Hersteller zu stärken und die Erzeugung von Windenergie kostengünstiger zu machen. Ein BladeMaker-Demozentrum soll langfristig als nationale und internationale Anlaufstelle für Forschung- und Entwicklung in der Rotorblattfertigung aufgebaut werden. Es steht Industrieunternehmen für fertigungsbezogene Tests und Machbarkeitsuntersuchungen sowie Prozessbefähigungen offen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit rund acht Millionen Euro gefördert.
Springer-Autor Dr.-Ing. Jan Kruse beschreibt im Buchkapitel "Wind in den Flügeln" die Entwicklung eines neuen, ertragsoptimierten und kostengünstigen Rotorblatts im Zusammenhang mit dem "alpha ventus"-Projekt.