Wie stellt man große Windkraftanlagenflügel her?

Die Herstellung großer Windkraftanlagenflügel ist ein hochpräziser und technologieintensiver Prozess, bei dem hauptsächlich Verbundwerkstoffe wie glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) oder kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) zum Einsatz kommen. Die Fertigung erfolgt mittels Formgebungstechnologie. Im Folgenden werden die wichtigsten Produktionsschritte und technischen Aspekte erläutert:

1. Konstruktion und Formenvorbereitung

Pneumatische und strukturelle Auslegung: Basierend auf den Anforderungen an Windenergieumwandlungseffizienz, Belastbarkeit, Geräuschdämpfung usw. wird CAD/CAE-Software für die 3D-Modellierung der Rotorblätter und die mechanische Simulation verwendet.

Formenherstellung: Die Rotorblätter werden üblicherweise in obere und untere Hälften unterteilt, die separat gefertigt werden. Die Formen bestehen in der Regel aus Stahl oder Verbundwerkstoffen und ihre Oberflächen erfordern ein hochpräzises Polieren und Beschichten mit Trennmitteln, um glatte Rotorblattoberflächen zu gewährleisten (und damit den Luftwiderstand zu verringern).

2. Materialvorbereitung

Hauptmaterialien:

Verstärkungsmaterialien: Glasfasergewebe (häufig verwendet), Kohlefasergewebe (wird bei ultralangen Rotorblättern zur Gewichtsreduzierung verwendet).

Grundmaterial: Epoxidharz oder Polyesterharz (Epoxidharz bietet bessere Eigenschaften und wird für große Klingen verwendet).

Kernmaterial: Balsaholz oder PVC-Schaum, der zum Ausfüllen des Inneren des Blattes verwendet wird, um eine „Sandwichstruktur“ zu bilden, die die Steifigkeit verbessert und das Gewicht reduziert.

Strukturelle Bauteile: in die Blattwurzel eingebettete Bolzenhülse (Verbindungsnabe), vordere und hintere Scherträger usw.

3. Schichtung und Vakuuminfusion

Dies ist der Kernprozess der Schaufelformung, bei dem üblicherweise die Vakuum-Harzinfusionstechnologie (VARI) zum Einsatz kommt:

Lagenaufbau: Fasergewebe, Kernmaterialien und Strukturkomponenten werden Schicht für Schicht in die Form eingelegt. Die Lagenanordnung muss die Faserrichtung und -dicke an die Belastungssituation der verschiedenen Teile des Rotorblatts anpassen.

Versiegeln und Vakuumieren: Die Schicht mit einer Vakuumfolie abdecken und versiegeln, evakuieren, um die Luft zu entfernen, und das Harz unter Unterdruck gleichmäßig in die Fasern eindringen lassen.

Harzinfusion: Das gemischte Harz wird über eine Rohrleitung in die Form eingespritzt und unter Vakuum in alle Faserschichten infiltriert.

Aushärtung: Die Form wird erhitzt (üblicherweise 50 °C-80 °C), um das Harz auszuhärten und eine hochfeste Verbundschale zu bilden.

4. Formverschluss und -verklebung

Entformen: Nach dem Erstarren die obere und untere Schalenhälfte aus der Form entnehmen.

Verklebung: Die obere und untere Schale werden ausgerichtet und mit Strukturkleber (üblicherweise Epoxidkleber) miteinander verbunden. Gleichzeitig wird die Stegplatte von innen verklebt (zur Verstärkung der Konstruktion).

Wurzelbehandlung: Verstärkung des Wurzelbereichs des Rotorblatts, der mit der Nabe verbunden ist (z. B. durch Verdickung der Schicht oder Metallauskleidung).

5. Nachbearbeitung und Test

Zuschneiden: Überschüssiges Material an den Kanten abschneiden und die Oberfläche polieren.

Beschichtung: Schutzbeschichtung (UV-Schutz, Eisschutz, Korrosionsschutz) und Logofarbe.

Balancetest: Überprüfen Sie den Schwerpunkt und die Gewichtsverteilung der Rotorblätter, um die dynamische Balance sicherzustellen.

Zerstörungsfreie Prüfung: Untersuchung innerer Defekte (wie z. B. Blasen, Delaminationen) mittels Ultraschall oder Röntgen.

Statische Belastungs- und Ermüdungsprüfung (Stichprobe): Simulation extremer Windlasten für mechanische Prüfungen, um die geplante Lebensdauer (in der Regel 20-30 Jahre) sicherzustellen.

6. Technologische Entwicklungstrends

Intelligente Fertigung: Automatisierter Schichtlegeroboter, Echtzeit-Infusionsüberwachungssystem.

Materialinnovation: Anwendung von Kohlenstofffaser-Hybridmaterialien, recycelbare Harze (wie z. B. thermoplastische Verbundwerkstoffe).

Modulares Design: Segmentierte Rotorblätter erleichtern Transport und Montage

Recycling ausgedienter Rotorblätter: Entwicklung umweltfreundlicher Recyclingtechnologien wie Pyrolyse und mechanisches Zerkleinern zur Wiederverwendung.

zentrale Herausforderungen

Einschränkungen im großen Maßstab: Die Rotorblattlänge hat 100 Meter überschritten (bei Offshore-Windkraftanlagen), was zu Herausforderungen beim Transport, der Formgröße und der strukturellen Steifigkeit führt.

Qualitätskontrolle: Geringfügige Mängel können zu Materialermüdung führen, daher ist eine strikte Überwachung der Prozesskonsistenz erforderlich.

Kostenkontrolle: Die Material- und Prozesskosten machen einen relativ hohen Anteil der Gesamtkosten des Ventilators aus, daher muss die Produktionseffizienz optimiert werden.

Durch die zuvor genannten Präzisionsprozesse erreichen moderne Windkraftanlagenflügel ein Gleichgewicht zwischen hoher Festigkeit, geringem Gewicht und langer Lebensdauer und werden so zu einer der Kernkomponenten der Windenergietechnologie.