Windkraftanlagen speisen umweltfreundlichen Strom in die Netze. Der überwiegende Teil großer Rotorblätter besteht gewichtsbedingt aus faserverstärkten Kunststoffen. Diese Materialien lassen sich derzeit noch kaum recyceln, die Wiederverwertung ist sehr aufwändig.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz setzen daher auf Metall als Flügelmaterial, insbesondere auf Stahl für kleinere Anlagen. Das höhere Gewicht von Stahlflügeln sei hier noch nicht relevant und könne bei wachsenden Anlagengrößen durch den Einsatz von Leichtmetallen kompensiert werden.
Schnellere und präzisere Fertigung möglich
Im Projekt HyBlade entwickeln sie gemeinsam mit ihren Kollegen der Freien Universität Brüssel die Aerodynamik sowie Prozessketten für die Fertigung. Flügel aus Stahl herzustellen, senke den Preis für die Rotorblätter in der Serienfertigung um bis zu 90 Prozent verglichen mit solchen aus faserverstärktem Kunststoff – ein Argument, das aufgrund der üblicherweise sehr hohen Kosten für die Werkzeuge allerdings erst bei hohen Stückzahlen greift.
Doch es gibt davon unabhängige Vorteile: „Die Flügel lassen sich genauer fertigen“, betont Marco Pröhl, Wissenschaftler am IWU. Und ein weiterer Nutzen: Sie lassen sich – ähnlich wie im Automobilbau – in Serie viel schneller produzieren. Ausgangsmaterial ist ein flaches Stahlblech. Dieses kanten die Forscher mit einem Biegestempel ab, sodass die typische Flügelform entsteht. Die Ränder verschweißen sie mit einem Laser zu einem geschlossenen Profil.
Flügel wird „aufgeblasen“
Diese Vorform legen die Wissenschaftler in ein Werkzeug mit der späteren Endform, pumpen ein wiederverwendbares Wasser-Öl-Gemisch ins Innere des Flügels und setzen ihn unter einen Druck von bis zu mehreren Tausend bar. Das entspricht dem Druck in vielen Tausend Metern Wassertiefe.
Der Flügel wird quasi aufgeblasen und erhält so seine endgültige Form. „Da wir die Flügel von innen nach außen umformen, können wir alle Ungenauigkeiten aus vorherigen Schritten ausgleichen“, erläutert Pröhl. „Die Flügel geben das ins Werkzeug gefräste Strömungsprofil auf 0,1 Millimeter genau wieder.“
Einen Flügel mit 15 Zentimetern Breite und 30 Zentimetern Länge haben die Forscher bereits hergestellt. An ihm optimierten sie die einzelnen Herstellungsschritte. In einem weiteren Schritt produzieren sie nun einen kompletten Rotor für eine Vertikalachs-Windkraftanlage mit 2,8 Metern Flügellänge und zwei Metern Durchmesser. An der belgischen Küste soll dieser dann auf einem Testfeld für kleine Windkraftanlagen zeigen, was er kann. (kk)
