Die Montage von Rotorblättern zählt zu den anspruchsvollsten und riskantesten Schritten beim Bau von Windenergieanlagen. Hohe Windlasten bei wechselnden Wetterbedingungen, tonnenschwere Bauteile und enge Toleranzen machen sie zu einer Aufgabe, die bisher nur durch erfahrene Fachkräfte unter hohem Aufwand bewältigt werden kann. Wissenschaftler der Technischen Universität Ilmenau haben nun ein neuartiges automatisiertes System entwickelt, das diesen Prozess deutlich sicherer, effizienter und weitgehend wetterunabhängig gestalten kann. Die Innovation wurde auf der internationalen Fachmesse „Ideen – Erfindungen – Neuheiten“ iENA 2025 vorgestellt und am 11. Dezember zur Thüringer Auszeichnungsveranstaltung des PATON | Landespatentzentrum Thüringen an der TU Ilmenau mit einer Goldmedaille ausgezeichnet.
Automatisierte Rotorblattmontage an Windenergieanlagen: Neue Technik für mehr Sicherheit und Effizienz
Choreopgraphie zwischen Mensch und Maschine
Die Stromerzeugung aus Windkraft in Deutschland hat in den vergangenen Jahren deutlich an Bedeutung gewonnen und bildet heute einen der zentralen Pfeiler der deutschen Energiewende. Laut statistischem Bundesamt stammten 2024 bereits rund 29 Prozent des gesamten Bruttostroms aus Windenergie – erzeugt sowohl an Land als auch auf See. In Deutschland speisen inzwischen über 28.500 Onshore-Anlagen und etwa 1.500 Offshore-Anlagen zuverlässig Strom ins Netz ein.
Derzeit ist der Einbau der oft über 70 Meter langen Rotorblätter dieser Anlagen ein logistischer und technischer Kraftakt: Noch bevor das erste Blatt in schwindelerregende Höhen von über 140 Metern Turmhöhe angehoben wird, müssen Schwertransporte über angepasste Routen geführt und rund um das Windrad großflächige, tragfähige und zum Teil versiegelte Arbeitsflächen geschaffen werden, damit Kran und Hebetechnik sicher arbeiten können.
Beim Heben der tonnenschweren Blätter haben die Montageteams dann häufig mit meist windlastbedingtem Pendeln und Taumeln zu kämpfen, was eine präzise, millimetergenaue Positionierung zur Nabe erschwert und das Risiko von Kollisionen und strukturellen Schäden an Nabe und Rotorwurzel erhöht. Trotz dreh- und neigbarer Spezialgreifer bleibt die Feinjustierung der Rotorblätter ein wetterabhängiger, störanfälliger Prozess: Der Kranführer ist auf Funkanweisungen angewiesen, Verzögerungen treiben Aufwand und Kosten in die Höhe, und jeder Montagefehler kann Qualitäts- und Sicherheitsrisiken verursachen.
Auch das anschließende Verschrauben erfordert viel Erfahrung, um gleichmäßige Vorspannkräfte sicherzustellen und die Betriebssicherheit langfristig zu gewährleisten.
„Die Montage eines Rotorblatts ist einer der anspruchsvollsten Schritte im gesamten Bauprozess einer Windkraftanlage, der viel Koordination, Präzision und Sicherheitsroutine erfordert“, erklärt Dr. Torsten Brix, Oberingenieur am Fachgebiet Produkt- und Systementwicklung der TU Ilmenau.
Während der Kran das Rotorblatt vom Boden anhebt, arbeiten mehrere Monteure in klar definierten Rollen zusammen. Fachkräfte am Boden begleiten den Hub mit Spezialgreifern, dämpfen Pendel- und Taumelbewegungen und stellen sicher, dass das Bauteil kontrolliert in Richtung Gondel geführt wird. Weiter oben warten Monteure, die die Schnittstelle zur Blattwurzel vorbereiten. Über Funk geben sie dem Bodenpersonal und dem Kranführer genaue Anweisungen zur Feinjustierung – etwa kleine Korrekturen in Neigung oder Drehung –, um das Blatt passgenau zu positionieren und sicher zu verschrauben.
Seit den Anfängen der Windenergieanlagen-Montage läuft dieser Prozess so ab: als Choreografie zwischen Mensch und Maschine – zeitaufwändig und abhängig von Wind, Erfahrung und Fingerspitzengefühl.
Von der Handarbeit zur Hochpräzision
Gemeinsam mit seinem Kollegen Haoze Wang hat Dr. Torsten Brix an der TU Ilmenau jetzt eine Technologie entwickelt, die eine neue Generation der Montagetechnik für Windenergieanlagen hervorbringen könnte: ein automatisiertes System, das die Montage – ohne aufwändige Hebetechnik und Kräne direkt aus der Gondel – präziser, schneller und sicherer macht.
Herzstück der Innovation ist ein intelligentes, mechanisch und sensorisch unterstütztes Führungssystem, das zentrale manuelle Arbeitsschritte ersetzt: Selbstjustierende Führungselemente sorgen für eine robuste Grobausrichtung, während kegelförmige Fixierstifte die Feinjustierung übernehmen. Eine automatisierte Schraubbefestigungseinheit, die innerhalb der Gondel entlang einer Kreisbahn geführt wird, zieht die Verbindungsschrauben mit einem vordefinierten Drehmoment an, um eine bestimmte Vorspannung der Schrauben sicherzustellen. Unterstützt wird der Vorgang durch optische und nicht-optische Sensorik, die auch bei eingeschränkten Sichtverhältnissen verlässlich arbeitet.
„Die Innovation gleicht größere Abweichungen durch Taumelbewegungen aus, arbeitet weitgehend wetterunabhängig und reduziert das Beschädigungsrisiko von Nabe und Rotorwurzel bei Kontakt deutlich“, so Dr. Brix.
Das ist besonders relevant für Offshore-Anlagen, wo Wetterfenster kurz sind und jede Verzögerung hohe Kosten verursacht.
Die speziell gestalteten Zentrierelemente an der Nabe und der Rotorwurzel dämpfen hinnehmbare Kollisionen und verhindern so funktionsrelevante Beschädigungen an Rotorwurzel und Nabe.
„Unser System funktioniert auch dann, wenn herkömmliche Sensoren der Positionserkennung an ihre Grenzen stoßen“, betont Haoze Wang.
Zukunftspotential: Schneller, sicherer, nachhaltiger
Für die Industrie könnte das patentierte System enorme Wettbewerbsvorteile mit sich bringen: Die Bauzeiten verkürzen sich, Stillstandszeiten sinken. Monteure müssen während der Verschraubung nicht mehr im Gefahrenbereich der Nabe arbeiten. Zudem sorgt die gleichmäßige, witterungsunabhängige Vorspannung der Verschraubung für höhere Betriebssicherheit und längere Lebensdauer der gesamten Anlagen.
„Unser System stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung vollautomatisierter Montageprozesse in der Windkraftindustrie dar“, erläutert Dr. Brix.
Die Technologie ist skalierbar und kann an verschiedene Turbinentypen für den Onshore- und Offshore-Bereich angepasst werden.
Damit eröffnet die Entwicklung an der TU Ilmenau neue Perspektiven für den Ausbau der Windenergie. Unter den anspruchsvollen Bedingungen von Offshore-Windparks bietet das System das Potenzial für deutlich verkürzte Bauzeiten, geringere Stillstandskosten und eine stabile Prozessqualität. Letztere ist weitgehend unabhängig von Wetter und Tageslicht, auch beim automatisierten Austausch von Rotorblättern.
Dr. Brix zufolge reicht das Anwendungspotenzial der Technologie jedoch über die Windkraftbranche hinaus:
Bei der Entwicklung stand auch stets der Einsatz der Idee bei der Montage beliebiger großdimensionierter Industriekomponenten im Fokus.
Dr. Torsten Brix
Oberingenieur Fachgebiet Produkt- und Systementwicklung