Composites sorgen für mehr Strom mit weniger Windkraftanlagen

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Seit ungefähr fünf Jahren beschäftigt sich das Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen auch mit dem Thema. Christoph Greb widmet sich der Produktionstechnik, einem Bereich, der bei der Rotorblattfertigung ständig weiter entwickelt und optimiert wird. Im Fokus der Forschung stehen möglichst fasergerechte und wirtschaftlichere Systeme, wie der Ingenieur erklärt. Bislang erfolgt die Fertigung noch mit relativ hohem manuellen Aufwand. Das heißt, eine Vielzahl Glasfaserlagen werde durch Werker per Hand konfektioniert.

Dafür werden die Textilien zunächst zugeschnitten und als sogenannte Kits zu den großen Formwerkzeugen transportiert. Anschließend werden sie von mehreren Personen manuell positioniert und in der Form fixiert. Dieses Vorgehen ist an vielen Stellen wenig präzise beziehungsweise nicht wirklich reproduzierbar. Die Forderungen an den Herstellungsprozess für Rotorblätter sind deshalb nicht nur in dieser Hinsicht gestiegen. Zum Beispiel kommt es so auch immer wieder zu Verschmutzungen, weil sich die Werker teilweise auf den Textillagen bewegen müssen.

Am ITA wurde deshalb in einem Forschungsprojekt ein Konzept entwickelt, das den Herstellungsprozess mithilfe eines Roboters optimiert. Dabei kommt der Faserorientierung eine entscheidende Bedeutung zu: Grundsätzlich ist es so, dass die Last entlang der Faser am besten aufgenommen werden kann, so Greb. Aus diesem Grund werde die Struktur der Textilien gemäß der Belastungen am Rotorblatt angepasst.

Glasfaser kommen an ihre Belastungsgrenze

Bislang werden hauptsächlich Glasfasern verwendet. Für sehr lange Rotorblätter kommen die teureren Carbonfasern insbesondere in mechanisch stark belasteten Bereichen der Rotorblätter zum Einsatz, wenn die Glasfasern an ihre Belastungsgrenze stoßen. Als Testverfahren werden beispielsweise Versuche mit Unwuchtmotoren durchgeführt. Damit können Schwingungen oder Dehnungen zum Beispiel in der Mitte des Rotorblattes gemessen werden. Untersucht wurde auch die Reproduzierbarkeit der Ablagegenauigkeit mit dem Roboter im Vergleich mit den händisch hergestellten Rotorblättern. Dabei erwies sich das in Aachen entwickelte Verfahren im Labormaßstab als prozesstauglich. Durch ein präziseres Ablegen der Textilien gegenüber dem händischen Verfahren ist eine sonst übliche Überdimensionierung nicht mehr in dem Maße notwendig. Dieses führt zu ressourcenschonenderem Materialeinsatz, erklärt Greb.

Bereits im Jahr 2000 gelang der Siemens AG aus München mit der Entwicklung des Integral Blade-Verfahrens eine wichtige technische Neuerung. Der Elektrokonzern fertigt die Rotorblätter seitdem aus einem Guss im geschlossenen Verfahren. Die Herstellung ist ähnlich wie das „Kuchenbacken“ in Sandkasten:

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