Automatisiertes Herstellen von Rotorblättern für Gezeitenkraftwerke

Im 2022 gestarteten EFRE-Projekt „Autoblade“ forscht das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover in Kooperation mit dem Institut für Flugzeugbau und Leichtbau (IFL) der TU Braunschweig und dem Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik (PuK) der TU Clausthal an einer automatisierten Technologie zur Herstellung von Rotorblättern für Gezeitenkraftwerke aus CFK (kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff).

Im Fokus der erneuerbaren Energien stehen vor allem Solar- und Windenergie, die aber wetterabhängig sind. Im Vergleich dazu ist der Tidenhub durch die Gezeiten vorhersagbar und schafft damit die Grundlage für eine verlässliche und klimafreundliche Energiegewinnung. Allerdings sind Gezeitenkraftwerke aufgrund der hohen Stromgestehungskosten im Vergleich zu den etablierten regenerativen Technologien derzeit nicht konkurrenzfähig. Optimierungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette sind deshalb notwendig.

Die Rotorblätter in Gezeitenkraftwerken werden aus dem Hochleistungswerkstoff CFK gefertigt. Während der Werkstoff im Verhältnis zu seiner Masse ausgezeichnete Festigkeiten aufweist, gestaltet sich die automatisierte Verarbeitung als herausfordernd. Und auch wenn der Leichtbau bei der Herstellung von Rotorblättern für Gezeitenkraftwerke nicht im Mittelpunkt steht, so sind die Ergebnisse des Forschungsprojekts für die Produktion leichter Rotorblätter ebenfalls mehr als nützlich.

Mit dem Continuous Wet Draping (CWD) hat das IFW in Zusammenarbeit mit seinen Kooperationspartnern am Standort in Stade eine automatisierte Technologie für die Herstellung komplex gekrümmter CFK-Bauteile entwickelt. Dabei werden trockene textile Halbzeuge mit aufgeschmolzenem Bindermaterial benetzt und anschließend mittels eines geometrieadaptierenden Andruckmoduls textilgerecht auf die Werkzeugoberfläche drapiert.

So entsteht in einem additiven Prozess eine mehrlagige CFK-Preform. Diese wird in einem anschließenden Schritt mit der polymeren Matrix vakuuminfundiert und ausgehärtet.

Neben der Untersuchung des Drapierprozesses entwickelt das IFW im Projekt AutoBLADE eine Methodik zur Prüfung der Faserpreform. Dies sind wichtige Informationen, da die vorherrschende Faserorientierung maßgeblichen Einfluss auf die mechanischen Kennwerte und damit den dauerhaft sicheren Betrieb des finalen Bauteils hat. Wie groß dieser Einfluss ist, wird im Projekt über eine FE-Analyse abgeschätzt. Dazu wird ein Modell erstellt, welches erlaubt, die gemessenen Faserorientierungen zu importieren und damit deren Einfluss auf mechanische Kennwerte zu ermitteln. Zum Ende des Projektes sollen eine skalierbare Fertigungstechnologie und eine Prüfmethodik für komplex gekrümmte Faserpreforms zur Verfügung stehen.

Bild oben: Fertigungsumgebung der automatisierten Rotorblattfertigung im CWD-Verfahren (Quelle: ifw Uni Hannover)

Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung