THERMO-BLADE-SPINE

Projektbeschreibung

Das Vorhaben THERMO-BLADE-SPINE entwickelt Technologiebausteine für effiziente, hochratefähige und kreislauforientierte Fertigungsprozesse von Rotorblättern aus recycelbaren thermoplastischen Composites (TPC). Grundlage hierbei bildet einerseits das am Fraunhofer IWS entwickelte CONTIjoin-Verfahren, mit dem Hauptgurte mithilfe vorproduzierter Halbzeugbänder automatisiert aufgebaut werden. Darüber hinaus sollen durch den Einsatz neuartiger TPC- und Sandwich-Komponenten (Fraunhofer IMWS) sowie zugehöriger Bauweisen energieintensive Prozessschritte ersetzt werden. Das Fraunhofer IWES koordiniert das Gesamtvorhaben, bringt seine Expertise in der Herstellung von Forschungsrotorblättern sowie in Material- und Komponententests ein und verantwortet die Konzeption und Umsetzung der Fertigung eines 18 Meter langen Demonstrators im BladeMaker DemoCenter. Zur Vorbereitung der Zulassung werden zudem systematische Coupon-Versuche konzipiert und durchgeführt, um die Leistungsfähigkeit der entwickelten Technologiebausteine zu validieren.

Motivation 

Die heutige Fertigung von Rotorblättern erfolgt überwiegend unter hohem personellen Einsatz und ist damit kostenintensiv, fehleranfällig und durch starken Kostendruck geprägt. Hersteller verlagern ihre Produktion zunehmend in Niedriglohnländer; zugleich steigen mit wachsenden Blattdimensionen die Anforderungen an Qualität und Zuverlässigkeit, was die Risiken manueller Fertigung verschärft. Ein zusätzliches Problem ist die Entsorgung: Die seit den 1980er Jahren eingesetzten duroplastischen Harze sind weder schmelz- noch lösbar, sodass stoffliche Trennung und Recycling für FVK-Rotorblätter nicht möglich sind. Der Industrie fehlen daher sowohl wiederverwertbare Materialien als auch robuste, automatisierbare Prozesse; bisherige Ansätze scheiterten an hohen Kosten und schwieriger Handhabung. Vor diesem Hintergrund ist eine kreislauforientierte, automatisierte Fertigung erforderlich, die Qualität, Kosten und Nachhaltigkeit gleichermaßen berücksichtigen. Das Projekt THERMO-BLADE-SPINE adressiert dies durch Entwicklung innovativer Fertigungsverfahren für thermoplastische Faserverbund-Rotorblätter. Diese Technologien ermöglichen eine effiziente und skalierbare Produktion sowie einen echten Cradle-to-Cradle-Ansatz für End-of-Life-Rotorblätter. Mit dem wachsenden Marktanteil thermoplastischer Verbundwerkstoffe in Europa bieten die im Projekt entwickelten Technologien ein hohes industrielles Anwendungspotenzial für einen beschleunigten, nachhaltigen Ausbau der Windenergie.

Ziele und Vorgehen

Ziel von THERMO-BLADE-SPINE ist die Entwicklung und Skalierung automatisierter Hochrate-Fertigungsprozesse auf Basis thermoplastischer Composites, um eine kreislauforientierte Rotorblattfertigung zu ermöglichen. Kern des Vorgehens ist der automatisierte Aufbau der Hauptgurte mittels CONTIjoin unter Verwendung vorgefertigter TPC-Halbzeugbänder; ergänzend werden neuartige TPC- und Sandwich-Komponenten sowie entsprechende Bauweisen integriert, um energieintensive Prozessschritte zu substituieren. Im BladeMaker-Center des Fraunhofer-Instituts für Windenergiesysteme (IWES) in Bremerhaven wird die CONTIjoin-Technologie auf eine mehrere Meter lange Versuchsanlage hochskaliert. Dabei soll die Eignung des Prozesses als innovatives Verfahren zur Herstellung großskaliger Hauptgurte für Rotorblätter in einer 18 Meter langen, mehrfach gekrümmten Werkzeugform demonstriert werden. Parallel konzipiert und realisiert das Fraunhofer IWES die Demonstratorproduktion im BladeMaker DemoCenter, führt Material- und Komponententests durch und bereitet die Zulassung über systematische Coupon-Versuche vor. Dadurch werden Prozesse, Materialien und Strukturen unter realitätsnahen Bedingungen validiert und der Weg zur industriellen Umsetzung geebnet. So soll THERMO-BLADE-SPINE auf diese Weise den Beleg  liefern, dass eine Rotorblatt-Fertigung in Hochlohnländern mit hohem Automatisierungsgrad kosteneffizient und nachhaltig möglich ist. Das Projekt leistet hierdurch einen relevanten Beitrag auf dem Weg hin zu einer Zero-Waste-Windenergieanlage, mit dem Ziel, die Abhängigkeit Deutschlands von internationalen Lieferketten in einer strategisch wichtigen Industrie zu verringern.

Innovationen und Perspektiven

Thermoplastische Composites kombinieren hervorragende mechanische Eigenschaften mit Prozessierbarkeit in automatisierten Verfahren und ermöglichen aufgrund ihrer Schmelzbarkeit ein stoffliches Recycling; sie bilden damit die Grundlage für hochratefähige und nachhaltige Rotorblattfertigung. Das kontinuierliche Fügeverfahren CONTIjoin erlaubt einen reproduzierbaren, automatisierten Aufbau der Hauptgurte und ist zentral für die hohe Taktleistung der Prozesse. Mit dem Projektnachweis wird belegt, dass eine automatisierte Rotorblattproduktion auch in Hochlohnländern kosteneffizient und ökologisch tragfähig ist. Langfristig leistet das Vorhaben einen substanziellen Beitrag zu Zero-Waste-Windenergieanlagen und reduziert die Abhängigkeit Deutschlands von internationalen Lieferketten in einer strategisch bedeutsamen Industrie.