Leichtbautechnologien für die Energietechnik

Im Zuge der Energiewende wird besonders auf den Ausbau von Windenergie gesetzt. Durch den Einsatz thermoplastischer Faserverbundkunststoffe in Rotorblättern für Windkraftanlagen können diese in 20 Prozent der bisher benötigten Zeit gefertigt werden. Der gleiche Vorteil ergibt sich bei der Produktion faserverstärkter Hochdrucktanks für technische Gase, beispielsweise CNG und Wasserstoff. Die Zeitersparnis ist möglich, weil thermoplastische Kunststoffe im Gegensatz zu Duroplasten nicht über mehrere Stunden im Autoklaven aushärten müssen und Automatisierungstechnik zeitaufwändige, manuelle Arbeitsschritte an vielen Stellen überflüssig macht. Zudem können FVK ein hervorragendes Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht, sowie die Nachhaltigkeit aufgrund von guter Recyclebarkeit nachweisen.

Wir unterstützen die Unternehmen der Energietechnik mit serientauglichen Produktions- und Automatisierungstechnologien für Faserverbundkunststoffe.

Anwendungsbereiche in der Energietechnik

Rotorblätter von Windkraftanlagen

Durch den Einsatz von FVK in Windkraftanlagen lässt sich einerseits die Effizienz dieser Anlagen steigern, andererseits lassen sich Zeitersparnisse in der Produktion und neue Flügeldesigns erschließen, welche die Eigenschaften der Anlage weiterhin verbessert.

Hochdrucktanks für technische Gase

Durch die Verwendung von faserverstärkten Werkstoffen können innovative und hocheffiziente Produktionstechnologien wie z.B. das Tape-Wickeln eingesetzt werden, wodurch die Fertigungszeit deutlich reduziert werden kann.

Turbinen und Generatoren

Im Bereich der Turbinen und Generatoren ist neben dem geringen Gewicht von FVK-Komponenten insbesondere die hohe Steifigkeit der Bauteile relevant, was zu einer höheren Genauigkeit und einer verlängerten Lebenszeit der Bauteile führt.

Oberflächenstrukturen

Das Auftragen von sogenannten Riblet-Strukturen verbessert das Strömungsverhalten turbulent überströmter Oberflächen durch Reduktion des Reibungswiderstandes und führen so zu einer Effizienzsteigerung um bis zu 5%.

Forschungsprojekte

ambliFibre

Im Zuge dieses Projektes wird das erste adaptive Kontrollsystem für Tape-Wickel Verfahren von faserverstärkten Kunststoffen entwickelt und validiert, um den Ansprüchen der zukünftigen Energieproduktion und –speicherung gerecht zu werden. Dafür werden thermale und optische Prozessüberwachungssysteme in die Prozesskontrolle integriert. Dadurch kann ambliFibre schon während des Herstellungsprozesses auftretende Materialfehler vorhersagen und so Maschinenstillstandszeiten minimieren.

FibreChain

Im Projekt »Integrative Prozesskette für die automatisierte und flexible Produktion von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen (FibreChain)« entsteht das weltweit erste automatisierte und dennoch flexible, schlüsselfertige Produktionssystem zur Serienfertigung hochleistungsfähiger und recyclebarer Leichtbaukomponenten aus endlosfaserverstärkten Thermoplasten.

Multi-Material Head

Mit dem multifunktionalen Tapelegesystem »Multi-Material-Head«, das am Fraunhofer IPT entwickelt wurde, lassen sich sowohl thermoplastische Tapes und duroplastische Prepregs als auch gespreizte und bebinderte Dry-Fiber-Rovings verarbeiten. Die Verar-beitung dieser Halbzeuge mit nur einem einzigen System reduziert den maschinellen Aufwand und erhöht die Flexibilität in der Produktion von Leichtbaukomponenten.

ComMunion

ComMUnion ermöglicht die produktive und kosteneffiziente Fertigung von 3D Metall / CFK Multi-Material-Komponenten. Laserunterstütztes automatisiertes Tapelegen von CFK, Hochgeschwindigkeits-Lasertexturieren und -Oberflächenreinigen, Online-Überwachung und -Überprüfung sowie computergestützte Modellierung werden in eine mehrstufige, roboterbasierte Fertigungszelle integriert, um Materialverbindungen höchster Güte zu produzieren.

Verbundwerkstoffe in der Energietechnik

FVK sind Werkstoffe aus lasttragenden Fasern und einer bettenden Matrix. Bei den verwendeten FVK handelt es sich meist um kohlenstofffaserverstärkte Materialien (CFK). Diese gewinnen aufgrund ihrer hohen Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht immer mehr an Bedeutung im Leichtbau.

In der Energietechnik bieten Leichtbaustrukturen grundsätzlich zwei Vorteile: Sie steigern die Effizienz der energieerzeugenden Maschinen, unter anderem durch Gewichtseinsparungen, und ermöglichen neue Komponentendesigns wie z. B. längere Rotorblätter der Windkraftanlagen. Die geforderten Materialeigenschaften sind hierbei hohe dynamische Belastbarkeit, chemische Beständigkeit, Steifigkeit sowie eine möglichst lange Lebensdauer.

Durch die Kombination verschiedener Bereiche wie Kunststofftechnik, Automatisierung und Fügetechnik können am Fraunhofer IPT neue Fertigungsverfahren und Prozessketten entwickelt werden, welche zu einer wirtschaftlichen Herstellung innovativer Leichtbauprodukte führen.