COMPOSITES EUROPE 2010: Innovationen für den Windkraft-Sektor

Nicht nur in Rotorblättern tragen Composites zur Gewichtsreduzierung bei, auch in Antriebswellen für Windkraftanlagen wird glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) eingesetzt (Foto: Nordex)

Die Windenergie boomt. Im Jahr 2009, dem Rekordjahr bei der Leistung bereits bestehender Anlagen, wurden in der Europäischen Union etwas mehr als zehn Gigawatt an neuer Windenergieleistung installiert. Dies machte 39 Prozent aller neuen Energiekapazitäten aus, die zwischen Nordsee und Mittelmeer im letzten Jahr ans Netz gingen. Die verfügbare Gesamtkapazität lag am Ende des Jahres 2009 bei knapp 75 Gigawatt.

Ohne den Einsatz hochmoderner Faserverbundwerkstoffe wären diese Leistungen jedoch nicht möglich. Die Rotorblätter der Anlagen haben mittlerweile Längen von über 60 Metern erreicht und in der Zukunft wird gar von 10-Megawatt-Anlagen und von 80 Meter langen Windflügeln ausgegangen. Faserverbundwerkstoffe bieten enorme Gewichtsersparnisse in Kombination mit hervorragenden Dauerfestigkeitseigenschaften. Auf der internationalen Fachmesse COMPOSITES EUROPE, die vom 14. bis 16. September 2010 in Essen stattfindet, werden zahlreiche Aussteller innovative Lösungen für den Windkraft-Sektor vorstellen.

In der Regel bestehen moderne Rotorblätter im Inneren aus einer tragenden Holm-Gurt-Struktur und einer aerodynamisch geformten Schale aus glasfaserverstärkten Epoxidharzen. Der Holm nimmt dank seines unidirektionalen Aufbaus die Biegebelastungen auf. Schale und Gurt werden nach dem Sandwichprinzip mit Kernmaterialien wie Balsaholz oder Schäumen ausgelegt. Die Fertigung erfolgt immer noch überwiegend in Handarbeit. Gerade hier bieten automatisierte Fertigungsverfahren ein großes Potenzial bezüglich Qualitätssicherheit und Kosteneinsparung.

Dosier- und Mischanlage von Tartler
Die Tartler GmbH aus Lützelbach (Hessen) hat eine kundenspezifische Mehrkomponenten-Dosier- und Mischanlage entwickelt, mit der, nach Angaben des Unternehmens, die Mischung von Epoxydharz und Polyurethan im richtigen Verhältnis sicher und zuverlässig automatisiert werden kann. Dies sei unabdingbar, damit das Einkleben der hoch belastbaren Gewindehülsen in den faserverstärkten Flansch am Blattanschluss jedes Flügels - der so genannten Inserts - gelingt. Denn das Verschrauben der Windflügel an der Rotornabe zählt zu den Extremfällen der Verbindungstechnik.

Experten sind sich einig, der Boom von Windkraftanlagen im Offshore-Bereich hat gerade erst begonnen (Foto: RWE)

Mit der Mischanlange Nodopox 200 M/U sollen bei einem Ausstoß von weniger als 0,2 Litern in der Minute und mit einer Genauigkeit beim Mischverhältnis von weniger als zwei Prozent Abweichung Gewindehülsen eingeklebt werden können, die sich mit einer Auszugskraft von über 20 Tonnen belasten lassen. Die Anlage biete einen entscheidenden verfahrenstechnischen Vorteil, denn sie nutze die Originalgebinde der Materialhersteller. Sie pumpt die beiden hochviskosen Komponenten also direkt aus jenen 200-Liter-Anliefergebinden, in die sie blasenfrei und teilweise unter Vakuum abgefüllt wurden. Der Vorteil: je nach verwendetem Material entfallen die Prozessschritte des Rührens und Umfüllens in die Arbeitsbehälter.

Auf ihrem Weg aus der Pumpe zum Mischkopf lassen sich die Komponenten dann auf die gewünschte Verarbeitungstemperatur von bis zu 80° C erhitzen. Das Mischen kann - je nach Kunden- oder Materialanforderung - statisch-dynamisch oder statisch ablaufen. Der Schussabruf erfolgt von einer externen SPS, von einem Roboter oder von einem Handlinggerät aus - auch das richtet sich nach den Vorgaben des Anwenders und dessen Produktionsumfeld.

Anlage von Siempelkamp bringt Kernmaterial und die Deckschicht automatisch zusammen
An einem Verfahren, mit dem die Herstellung von Rotorblättern für Windkraftanlagen automatisiert werden kann, arbeitet die Siempelkamp Handling Systeme GmbH aus Wolfratshausen, ebenfalls Aussteller auf der COMPOSITES EUROPE. Mit der neuen Entwicklung soll das Kernmaterial und die Deckschicht automatisch zusammengebracht und verklebt werden können - auf einer Anlage mit drei Metern Arbeitsbreite. Für den Kern können dabei alle möglichen Werkstoffe zum Einsatz kommen.

Damit die Rotorblatt-Halbschalen aneinander haften, kommen Klebeharze auf Vinylesterbasis zum Einsatz. Sie zeichnen sich durch ihre leichte Verarbeitbarkeit, sehr gute physikalische Eigenschaften, insbesondere im Zusammenhang mit Faserverstärkungen und den immer wieder neuen Anpassungsmöglichkeiten an sich verändernde Anforderungen aus. Ein weiterer Pluspunkt ist die gute Entformbarkeit: Weil die Verarbeiter immer kürzere Zykluszeiten realisieren müssen und die Formen für die Rotorblätter extrem teuer sind, müssen diese möglichst schnell entleert und wieder neu befüllt werden.

Antriebswellen aus GFK
Doch nicht nur in Rotorblättern tragen Composites zur Gewichtsreduzierung bei. Auch in Antriebswellen für Windkraftanlagen wird glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) eingesetzt. Geringes Gewicht, Temperaturbeständigkeit und zuverlässige Kraftübertragung machen den Werkstoff für diesen Bereich sehr interessant. Ein weiteres entscheidendes Kriterium ist die elektrisch isolierende Wirkung der Glasfaser. Zur Verarbeitung kommt eine Wickeltechnik, das so genannte Filament Winding, zum Einsatz. Dabei werden rotationssymmetrische Bauteile durch die Ablage von mit Harz getränkten Fasersträngen auf Wickeldornen hergestellt.

Das Verschrauben der Windflügel an der Rotornabe zählt zu den Extremfällen der Verbindungstechnik (Foto: Enercon)

Die COMPOSITES EUROPE sieht sich als wichtiges Schaufenster für solche Technologien, für neue Verarbeitungsanlagen und Materialien. Denn eins, da sind sich die Experten einig, ist sicher: Gerade der Boom für Windkraftanlagen im Offshore-Bereich hat gerade erst begonnen.

Rasantes Wachstum bei Windkraftanlagen hält an
Kürzlich hat die European Wind Energy Association (EWEA) ihre Vorhersage für Windenergieinstallationen im Jahr 2010 veröffentlicht. Die Experten erwarteten, dass innerhalb des laufenden Jahres rund 10 Gigawatt an neuer Windenergiekapazität in der EU installiert werden, womit die Gesamtantriebsleistung am Ende des Jahres auf fast 85 GW anwächst - dies entspricht einem Anstieg um 13 Prozent

"Wir erwarten ein weiteres starkes Jahr für Windenergieinstallationen in Europa, wodurch das im Jahr 2009 erreichte hohe Niveau wiederholt wird", erklärte Christian Kjaer, CEO der EWEA. "Es ist ermutigend, dass - im Gegensatz zum Jahr 2009 - die Ergebnisse von 2010 aus Bestellungen bestehen, die nach dem Beginn der Finanzkrise aufgegeben wurden. Dies zeigt ein nach wie vor bestehendes und starkes Vertrauen der Investoren in die Technologie."

Weitere Informationen: www.composites-europe.com

COMPOSITES EUROPE 2010, 14.-16. September 2010, Essen

Reed Exhibitions Deutschland GmbH, Düsseldorf

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