Über die Entwicklung zu den RAX-Bolzenverbindungen berichtete Leichtbauwelt im August 2020. Worum ging es? Die vorgespannte RAX-Bolzenverbindung erhöht die Tragfähigkeit dickwandiger Faserverbundbauteile deutlich, senkt Gewicht und Fertigungskosten und eignet sich etwa für segmentierte Rotorblätter.
Was ist aus dieser vielversprechenden Entwicklung geworden? Im Rahmen unseres Formats „Pilot oder Pause – der Leichtbaucheck“ haben wir beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR nachgefragt.
Pilot oder Pause? Der Leichtbau-Check
In dieser Rubrik greifen wir frühere Leichtbauprojekte erneut auf. Wir fragen die Verantwortlichen, wie sich ihre Ideen entwickelt haben – und zeigen, welche Chancen und Hürden in der Praxis bestehen.
Wie hat sich das Projekt entwickelt und welche Forschritte konnten erzielt werden?
Am DLR wurde neben der RAX-Verbindung eine zweite Technologie entwickelt, um die Festigkeit von Bolzenverbindungen weiter zu erhöhen: Faser-Metall-Laminate (FML). Das sind hybride Werkstoffe aus Metallblechen und Faserkunststoffverbund, die eine deutlich höhere Lochleibungsfestigkeit als reine Faserkunststoffverbunde haben. Als Anwendungsgebiet ist neben der Blattsegmentierung auch der Blattanschluss in den Fokus gerückt.
Welche konkreten Fortschritte wurden erzielt?
(Quelle: DLR (CC BY-NC-ND 3.0))
Die hochfeste Bolzenverbindung mit RAX und FML wurde und wird weiterentwickelt. Im DLR-internen Projekt HyPeR konnten die Forschenden in den Jahren 2020 bis 2022 zeigen, dass die RAX-FML-Verbindung die Lochleibungsfestigkeit sowohl unter statischen als auch unter zyklischen Lasten um über 100 Prozent gegenüber reinen Glasfaserlaminaten mit Standardbolzen steigern kann. Außerdem wurde in diesem Projekt ein Fertigungsprozess für FML entwickelt und erfolgreich erprobt, sowie ein Demonstrator für den Blattanschluss gebaut.
Im Projekt SeguRo (2023-2025) haben die Spezialisten des Instituts die Technologie auf Kohlefaserlaminate übertragen und einen Demonstrator für ein segmentiertes Rotorblatt gebaut. Seit 2024 läuft das BMWE-geförderte Projekt HoBi (hochfeste Bolzenverbindungen für Rotorblätter von Windenergieanlagen), in dem die Forschenden die RAX-FML-Technologie zusammen mit Industriepartner Siemens Energy weiterentwickeln.
Es wurden seit 2021 vom DLR 5 Patente zur Thematik angemeldet.
Wie könnte die Entwicklung den Leichtbau in Zukunft dennoch weiter voranbringen?
Die RAX-FML-Verbindung ermöglicht längere Rotorblätter und somit günstigeren Windstrom. Der Blattanschlussdurchmesser von nur vier Meter bei 150 Meter langen Blättern ermöglicht den Transport unter Brücken.
Beitrag des DLR: Stärker am Wind: Ein neues Verbindungskonzept für Windkraftrotorblätter
Außerdem kann das Rotorblatt in der Mitte geteilt werden, was das Durchfahren von Engstellen vereinfacht.
Welche Bedeutung hat Leichtbau derzeit für das forschende Institut?
Das DLR Institut für Systemleichtbau beschäftigt sich intensiv mit Leichtbauthemen.
Unsere Einschätzung
Die RAX-FML-Verbindung ist ein gutes Beispiel dafür, wie Leichtbau auf Systemebene Wirkung entfalten kann. Entscheidend ist nicht allein die mehr als verdoppelte Lochleibungsfestigkeit gegenüber Glasfaserlaminaten mit Standardbolzen. Die höhere Tragfähigkeit der Verbindung eröffnet vielmehr neue konstruktive Möglichkeiten: Rotorblätter können länger werden, ihr Anschlussdurchmesser muss dabei nicht wachsen.
Interessant ist auch der konsequent verfolgte Entwicklungsweg seit 2020: Aus dem ursprünglichen Verbindungskonzept entstanden Demonstratoren, die Technologie wurde von Glas- auf Kohlefaserlaminate übertragen und wird inzwischen gemeinsam mit einem Industriepartner weiterentwickelt. Fünf Patentanmeldungen unterstreichen den erreichten Erkenntnisfortschritt.
Was kann die Leichtbau-Community aus diesem Pilot als Erkenntnis mitnehmen? Hochbelastete Fügestellen müssen nicht zum begrenzenden Faktor großer Faserverbundstrukturen werden. Das gezielte Kombinieren von Faserverbund, Metall und angepasster Verbindungstechnik kann sogar zum Enabler für das Gesamtsystem werden. Der nächste wichtige Schritt ist, dieses Potenzial unter industriellen Bedingungen umzusetzen.
Wer ist Ansprechpartner für Rückfragen?
Interessierte können sich bei Fragen oder Kooperationsinteresse an Lutz Beyland, Geschäftsfeldleiter Windenergie, wenden.
Bild oben: Die Berechnungen zeigen, dass damit die mögliche Blattlänge für Onshore-Rotorblätter von 100 Meter auf 150 Meter anwachsen kann, denn aufgrund der überragenden Festigkeit benötigt eine Verbindung mit RAX und FML für ein 150-Meter-Blatt nur 4 Meter Wurzeldurchmesser. Somit ermöglicht der RAX-FML-Anschluss noch deutlich größere Onshore-Turbinen und damit letztendlich geringere Strompreise. (Quelle: DLR (CC BY-NC-ND 3.0))
Auf diesen Beitrag bezieht sich der Leichtbau-Check:
RAX-Bolzenverbindung für hochbelastete dickwandige FVK-Strukturen
