Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU untersucht deshalb gemeinsam mit Partnern im EU-Projekt RECREATE neue Ansätze für recyclingfähige Rotorblätter. Im Mittelpunkt stehen modulare Bauweisen, lösbare Verbindungen, austauschbare Verschleißteile und recyclingfähige Werkstoffe.
Vorderkante als Verschleißteil
Ein kritischer Bereich ist die Vorderkante des Rotorblatts. Sie ist Wind, Staub und Regen ausgesetzt und verschleißt je nach Standort besonders früh. Dieser Verschleiß verschlechtert das Strömungsverhalten. Dadurch sinken Wirkungsgrad und Wirtschaftlichkeit der Anlage.
Der Demonstrator des Fraunhofer IWU setzt daher auf einen modularen Aufbau. Um einen durchgehenden tragenden Holm sind weitere Komponenten geklebt. Die Vorderkante besteht aus Thermoplast und Naturfasern. Eine lösbare Klebeverbindung ermöglicht den Austausch dieses Bauteils. So kann ein Rotorblatt länger genutzt werden, ohne die gesamte Struktur zu ersetzen.
Modulares Design für längere Nutzung
Heutige Rotorblätter entstehen meist in zweischaliger Bauweise. Zwei Halbschalen werden in großen Negativformen gefertigt, anschließend mit Stegen oder Holmen versehen, ausgerichtet und verklebt. Die Fertigung erfordert viel Handarbeit, vor allem bei Faserablage, Kernplatzierung und Nachbearbeitung. Große Bauteilabmessungen und komplexe Geometrien erschweren eine vollständige Automatisierung.
Das im Projekt entwickelte Design soll diese Abhängigkeit von manuellen Prozessen verringern. Der durchgehende Holm könnte künftig als Endlosprofil hergestellt und auf Länge zugeschnitten werden. Dafür eignet sich die Pultrusion. Bei diesem Verfahren werden Endlosfasern durch ein Harzbad gezogen, in einer beheizten Düse ausgehärtet und zu Profilen geformt.
Auch für die Vorderkante sind automatisierte Prozesse möglich. Organobleche, also faserverstärkte Halbzeuge mit thermoplastischer Matrix, könnten erwärmt und umgeformt werden. Dadurch ließen sich zentrale Rotorblattkomponenten wirtschaftlicher und mit höherem Automatisierungsgrad fertigen.
Naturfasern für Kreislaufstrategien
Naturfaserverstärkte Thermoplaste eignen sich besonders für Kreislaufstrategien wie Wiederverwendung, Reparatur, Aufarbeitung, Wiederaufbereitung und Recycling. Im Vergleich zu glasfaserverstärkten Thermoplasten tolerieren sie die beim mechanischen Recycling entstehende Faserverkürzung besser.
Am Lebensende werden Bauteile dabei zerkleinert, aufgeschmolzen und erneut zu Compounds oder Halbzeugen verarbeitet. Naturfasern verlieren ihre Verstärkungswirkung schrittweise. Glasfasern können dagegen schneller zum störenden Bestandteil im Material werden. Deshalb lassen sich naturfaserverstärkte Thermoplaste besser in Konzepte für kreislauffähiges Design integrieren.
EU-Projekt RECREATE
Im EU-Projekt RECREATE arbeiten rund 20 Partner aus Forschung und Industrie an Recyclingtechnologien für kreislauffähige Faserverbundkunststoffe. Die Koordination liegt beim Politecnico di Milano in Italien.
An der Gestaltung und Fertigung des Demonstrators für wiederverwendbare Faserverbundstrukturen eines Windkraftrotorblatts waren das Fraunhofer IWU, das Fraunhofer-Institut für Holzforschung WKI, die Invent GmbH, RES-T und Rescoll Applus beteiligt.
Das Projekt wird über das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont Europa der Europäischen Union unter der Finanzhilfevereinbarung Nummer 101058756 gefördert.
