Rotorblätter effizienter fertigen

Durch die Entwicklung trennmittel­freier Prozess- und Material­systeme im Teilprojekt „Trennfolien­technologie zur optimierten Rotorblattfertigung“ des Verbundprojekts OptiBlade gelang es den Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Material­forschung IFAM gemeinsam mit ihren Partnern Olin Blue Cube Germany sowie Infiana Germany, die Rotorblatt­fertigung für Windenergie­anlagen zu optimieren und dadurch die Voraussetzung zu schaffen, deren Fertigungs­kosten deutlich zu reduzieren. Mit der erzielten kosten­effizienten Produktions­automatisierung inklusive erhöhter Qualitätssicherung sowie Verbesserung von Gesundheits­schutz und Ergonomie während der Produktion lässt sich der Ausbau von Windenergieanlagen vor dem Hintergrund des Energie­konzepts 2050 vorantreiben.

Im Rahmen des Projekts nahm das Institut nicht nur eine eigens konstruierte neue Niederdruck-Plasma-Bahn­warenanlage in Betrieb, sondern entwickelte zudem Plasmaprozesse, mittels derer eine ultradünne plasma­polymere Trennschicht auf bis zu 2,4 Meter breite Folien­halbschläuche auftragbar ist. Die resul­tierende flexible streckziehfähige PeelPLAS-Trennfolie erreicht aufgefaltet eine Breite von bis zu 4,8 Metern. Für noch breitere Formen zur Produktion von Rotorblättern aus faser­verstärkten Kunststoffen (FVK) lässt sich diese Trennfolie zudem problemlos verschweißen.

Darüber hinaus gelang es mittels eines speziell entwickelten Verfahrens, einen auf 4,2 Meter aufgefalteten Trennfolienhalbschlauch durch Vakuum-Streckziehen wie eine zweite Haut auf eine 18 Meter lange Segmentform des Fraunhofer IWES zur Herstellung eines vierzig Meter langen FVK-Rotorblatts zu applizieren. Danach wurde in der Form ein Rotorblatt-Demonstrator gefertigt. Dieser konnte dank der exzellenten Haftung der Plasma­beschichtung auf der Folie ohne Einsatz konventioneller Trennmittel mit der PeelPLAS-Trennfolie übertragsfrei entformt und umgehend weiter­verarbeitet werden: Nach Abzug der Folie vom FVK-Großbauteil ließ sich seine Epoxid-Harzmatrix ohne weitere Vorbehandlung mit einem Reparaturlack für Rotorblätter lackieren. Auch nach 1000 Stunden Auslagerung im Kondenswassertest zeigte der Lack noch eine ausgezeichnete Haftung.

Die von den Expertinnen und Experten für Plasmatechnik und Oberflächen sowie für Automa­tisierung und Produktions­technik entwickelte plasmabeschichtete flexible Trennfolie basiert auf einer thermoplastischen Elastomerfolie. Die Trennfolie wird erfolgreich für die Herstellung kontaminations­freier Großbauteile aus faser­verstärkten Kunststoffen genutzt, auf spezielle Branchen- und Kunden­anforderungen adaptiert sowie stetig weiterentwickelt. Sie dient als Ersatz für herkömmliche Trennmittel und bietet unter anderen den Vorteil einer übertragsfreien und sicheren Bauteilentformung. So gewährleistet die Trennfolie eine gleichbleibend hohe Bauteil­qualität.

Die im Projekt OptiBlade entwickelten Prozesse unter Einsatz der PeelPLAS-Trennfolie erhöhen den Wertschöpfungsanteil entlang der Prozesskette, indem sie nicht nur die Oberflächenqualität der gefertigten Rotorblätter optimieren, sondern auch personal- und zeitintensive Arbeiten vermeiden. Hier sind insbesondere die manuellen Arbeiten zum Reinigen und Eintrennen der Werkzeug­formen sowie das aufwendige Abschleifen der Trennmittel­reste zwischen der Härtung und dem Lackieren der hergestellten Rotorblätter zu nennen. Diese manuellen Arbeitsschritte erfolgen zum einen in unergo­nomischer Körperhaltung und stellen wegen des intensiven Kontakts zu Schleifstäuben und Gefahrstoffen hohe Anforderungen an den Gesundheitsschutz des Personals.

Darüber hinaus wird bei der Bauteil­herstellung die Formen­belegungszeit deutlich reduziert, weil die Formen nicht mehr gereinigt werden müssen. Zudem verlängert dies die Lebensdauer der Formen deutlich, da sie nicht mehr durch abrasive Reinigungsverfahren verschleißen. Schließlich dient die Folie, die auch in komplexeren Werkzeug­geometrien nutzbar ist, zum einen als Schutz für das ausgehärtete Bauteil, zum anderen lässt sie sich leicht und rückstandsfrei von ihm entfernen: Zurück bleibt eine matte und saubere Oberfläche, die sich ohne Vorbehandlung lackieren lässt.

Aufbauend auf diesen Ergebnissen soll innerhalb des geplanten Kooperationsprojekts „Nachhaltige und effiziente Rotorblatt­fertigung mit emissions­reduzierten Prozessen zur Ausbildung der Oberflächen (NEOFOIL)“ im Rahmen des 7. Energie­forschungsprogramms des Bundes­ministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz eine neuartige plasma­beschichtete Verbundfolie entwickelt werden, die als semipermanente Trennfolie auf dem Formwerkzeug fixiert wird und Mehrfach-Entformungen von FVK-Komponenten ermöglicht. Hierdurch wird es neben der Reduzierung der Abfallmenge zu einer weiteren Reduzierung des Arbeitsaufwands sowie der Formbelegungszeit kommen. Somit lassen sich die Herstellungs­kosten für Rotorblätter weiter senken und deren Verfügbarkeit erhöhen.

Fh.-IFAM / JOL