Die Überwachung der Fertigung von Rotorblättern für die Windkraftindustrie zur Sicherstellung der Bauteilqualität ist von immer größer werdender Bedeutung. Schwankungen bei Material- und Geometrieeigenschaften können zu frühzeitigen Schäden und kostspieligen Blattreparaturen führen. Ein wesentlicher Parameter für die resultierenden Belastungen ist die Dicke der gefertigten Blattschalen bzw. die Überwachung der korrekten Schalendicke in der Fertigung. Das DLR in Stade hat sein bestehendes Qualitätsüberwachungssystem erweitert, um künftig die Schalendicke von Rotorblättern berührungslos während und nach der Fertigung bestimmen zu können.
Sensorgestützte Fertigung von Rotorblättern
Die Herstellung von Rotorblättern erfolgt derzeit zum großen Teil noch manuell und ohne begleitende Prozessregelung. Mögliche Bauabweichungen werden daher oft nicht oder erst sehr spät im Prozess festgestellt. Bereits bei der Ablage der Fasermaterialien können Fehler auftreten, die erst im späteren Verlauf der Fertigung erkannt werden. Aktuell werden Rotorblätter im Vakuuminfusionsverfahren hergestellt. Für die Infusion wird meist das Formwerkzeug erwärmt und dadurch die Viskosität des Harzes gesenkt. Während des Infusionsprozesses kann keine Aussage über die Verteilung des Harzes im Bauteil und die daraus resultierende Bauteildicke getroffen werden. Ebenso wenig kann nach der Fertigung eine Aussage über die lokale Schalendicke gemacht werden. Meist stützt sich die Bewertung der Bauteilqualität auf Erfahrungswerte und Schätzungen. Die Schalendicke kann dabei eine Auskunft über die Qualität des Fertigungsprozesses und das zu erwartende Bauteilverhalten geben. Es wird spezielle Sensorik im Fertigungsprozess benötigt, um die Bauteilqualität reproduzierbar zu gewährleisten und zu dokumentieren.
Bestimmung der Bauteildicke
Durch den Einsatz eines optischen Messsystems können weitere Einblicke in die Prozesse während der Produktion von Faserverbundbauteilen gewonnen werden. Konkret kann die Laminatdicke von Rotorblättern während der Fertigung beobachtet und gegebenenfalls korrigiert werden. Dazu wird die optische Erkennung von glasfaserverstärkten Kunststoffstrukturen durch den berührungslosen Einsatz optischer Messsysteme erprobt. Damit kann die Laminatdicke mit einer geeigneten Auswertungsmethodik über die gesamte Bauteilfläche berechnet werden, indem die Werkzeugform als Referenz ermittelt und mit den aufbauenden Materialien verrechnet wird. Aus den Versuchsreihen geht hervor, dass die Ermittlung der finalen Laminatdicke nach Abschluss des Aushärtungsprozesses durch die Vermessung mit einem Laser Profilsensor eine Messgenauigkeit von ca. 0,5 mm erreicht. Dabei ist die Detektion der gesamten dreidimensionalen Bauteiloberfläche und somit die Laminatdicke des gesamten Bauteils berechenbar. Die Ermittlung der zeitabhängigen Laminatdickenänderung während des Infusionsprozesses befindet sich in der Erprobung.
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