(Bild: DOPAG)

26.11.2018 Höher hinaus

Steigende Anforderungen für die Dosiertechnik in der Rotorblattfertigung

von Jens Bölke (Dopag)

Größere Windkraftanlagen sind effektiver. Um Rotorblätter für solche Anlagen in der optimalen Qualität herzustellen, sind verschiedene Aspekte zu beachten. Moderne Dosieranlagentechnik – für die unterschiedlichsten Teilaufgaben optimiert – ist ein Ansatz.

Die Konstruktion und der Bau von Windkraftanlagen wird mehr denn je von verschiedenen Extremen dominiert. Zum einen müssen die Anlagen jeder Witterung standhalten. An der Spitze eines Rotorblatts können Windgeschwindigkeiten von bis zu 400 km/h auftreten. Hagel-, Vogelschlag oder sogar Regentropfen können zudem große Schäden an den Vorderkanten verursachen. Zum anderen werden auch größenmäßig immer neue Superlative erreicht. Derzeit werden Rotorblätter mit einer Länge von ca. 107 m gebaut. Dadurch wird der Rotordurchmesser auf mehr als 200 m anwachsen. Bei einer stetig steigenden Blattgröße müssen die Flügelvorderkanten aufgrund der hohen Umfangsgeschwindigkeiten besonders geschützt werden. Nur so können die höchsten Anforderungen an die Lebensdauer der Rotorblätter von mehr als 20 Jahren erreicht und der hohe Wartungsaufwand reduziert werden, um die Windkraftanlagen zur Stromproduktion in Betrieb zu halten.

Standardisierung erhöht die Qualität
An die Konstruktion der Anlagen stellt diese Entwicklung besondere Herausforderungen. Denn die Herstellung der Bauteile ist noch immer Handarbeit. Zwar gibt es verschiedene Tendenzen zur Automatisierung der Prozesse, aber diese haben sich noch nicht durchgesetzt. Umso wichtiger ist es, dass die Branche verstärkt an einer Standardisierung der Prozesse arbeitet. Nur so kann die Fertigung effizient gestaltet und eine gleichbleibend hohe Qualität der Bauteile sichergestellt werden. Hier steht vor allem die Senkung der Formbelegungszeiten der investitionsintensiven Blattformen im Vordergrund, weshalb Infusionsprozesse und die nach der Aushärtung folgende Blattverklebung effizienter gestaltet werden müssen.

Materialmengen steigen stetig
Dazu sind, vor allem aus dem Bereich der Dosiertechnik, Lösungen gefragt, die sowohl höchste Präzision und Zuverlässigkeit bieten als auch gleichzeitig einen reproduzierbaren Produktionsprozess ermöglichen. Je nach Anwendung müssen kleinere oder auch sehr große Mengen an 2K-Material, vor allem Epoxid- und Polyurethanharz, konstant verarbeitet werden. Bei der Verklebung der Rotorblätter müssen z.B. inzwischen mehr als 300 l Klebeharz je Dosieranlage verarbeitet werden. DOPAG berücksichtigt diese Anforderungen bei der Entwicklung der Dosier- und Mischsysteme. Das umfangreiche Portfolio bietet für jede Applikation eine entsprechende Turnkey-Lösung. Die Dosieranlage eldomix verarbeitet nieder- bis mittelviskose 2K-Materialien auf Basis von Epoxid und Polyurethan und eignet sich damit für verschiedene Anwendungen bei der Rotorblattherstellung. Ein Beispiel ist die Leading Edge Protection (LEP), die für einen effektiven Schutz der Blattspitzen sorgt. Bei diesem Verfahren wird ein 2K-Polyurethan mit der eldomix dosiert und gemischt sowie anschließend manuell auf die Vorderkanten der Rotorblätter aufgetragen.

Infusionsharz je nach Bedarf dosieren
Allein für den inneren Aufbau des Rotorblatts müssen mithilfe des Infusionsverfahrens mehr als 2.000 kg Epoxidharz dosiert, gemischt und infundiert werden. Hierfür kommt die compomix zum Einsatz, die bis zu 60 l/min Epoxidharz bei einer Dosiergenauigkeit von bis zu ± 1 % dosiert. Beim Infusionsverfahren werden die Faserhalbzeuge und Sandwichbaugruppen in eine offene Form eingebracht und es wird ein Vakuumaufbau vorbereitet. Über Infusionsschläuche und -ventile wird anschließend das Harz dosiert.

Klebstoffe in großen Mengen verarbeiten
Für das Dosieren und Mischen von großen Klebstoffmengen in der Rotorblattherstellung wurde die Zahnrad-Dosieranlage gluemix entwickelt. Pro Rotorblatt werden bei der Verklebung der aktuellen Standardblattgrößen von 55 bis 70 m mehr als 600 kg aufgetragen, wobei die Mengen auf mehr als 1.000 kg/Blatt bei neueren Blattgenerationen ansteigen werden. Für große Bauteildimensionen und damit hohe Klebstoffmengen wurde ein System entwickelt, das mehr als 700 kg Harzgemisch zur Verfügung stellen kann, ohne einen Fasswechsel durchführen zu müssen. Das Material wird an einer Tankstation luftfrei in die Permanentgebinde auf der Dosieranlage nachgefüllt. Eine Restentleerung der Fässer führt hierbei zu nachhaltigen Material- und Kosteneinsparungen (Bild 1).

Hochwertiger Oberflächenschutz
Damit Rotorblätter auf Dauer stabil und leistungsfähig bleiben, wird die gesamte Oberfläche mit einem hochwertigen Gel- oder Topcoat geschützt. Dieses Coating wird entweder auf den Verbundwerkstoff aufgetragen oder vorher als In-Mould-Gelcoat in die Form eingebracht. Speziell für diese Anwendungen wurde die Dosieranlage gelcomix konstruiert. Mit ihr wird das 2K-Material, meist ein Polyurethan, aufbereitet und anschließend manuell aufgetragen (Bild 2).

Fazit
Generell ist die Composites-Branche seit Jahren auf Wachstumskurs. Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen, wie sie auch bei der Herstellung von Windkraftanlagen zum Einsatz kommen, sind in vielen Branchen gefragt. Die Innovationszyklen sind hoch. Dies gilt auch für die Konstruktion von Rotorblättern, bei denen immer größere Dimensionen erreicht werden. Darauf müssen die dosiertechnischen Lösungen in den kommenden Jahren verstärkt ausgelegt werden. Die Dosier- und Mischanlagen müssen dazu in der Lage sein, die steigenden Materialmengen zuverlässig zu verarbeiten und sie müssen zu einer Standardisierung der Prozesse beitragen. Wer wettbewerbsfähig bleiben will, muss mit dieser Entwicklung Schritt halten und die entsprechenden Lösungen auf dem Markt anbieten.

Fakten für Konstrukteure
• Auch für die neuen, großen Windkraftanlagen steht leistungsfähige Verarbeitungstechnik für die unterschiedlichen Funktionsteile eines Rotorblattes zur Verfügung

Fakten für Einkäufer
• Material- und Kosteneinsparungen lassen sich mit modernen Systemen, z.B. über eine effektive Restentleerung der Fässer, erreichen
• Höchste Prozesssicherheit und Zuverlässigkeit der Anlagen bieten auf Einzelaufgaben abgestimmte Systeme

Fakten für Qualitätsmanager
• Modernste Technik und Prozessstandardisierung erlauben auch bei überwiegend manueller Fertigung eine hohe Qualität

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