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Composites Materialmix pusht Ertrag

| Autor / Redakteur: Dr. Thomas Isenburg / Peter Königsreuther

Composites, auch Faserverbundwerkstoffe (FVK) genannt, sind ein Schlüssel zum erfolgreichen Leichtbau. Das dafür meist genutzte Prinzip der Materialkombination aus duromerer Harzmatrix und Faserverstärkung ist heute das am weitesten verbreitete. Warum sich manche Materialpaarung aktuell durchsetzt, zeigt der folgende Bericht aus der Windkraftbranche. Dieser will auch die Chancen verdeutlichen, die der ausgewogene Materialmix in Composites mit sich bringt, und was dabei beachtet werden sollte.

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Weil der Trend auch beim Bau von Onshore-Windkraftanlagen zu größeren Rotorblättern weist, wird und muss der CFK-Werkstoffeinsatz eine größere Rolle spielen.
Weil der Trend auch beim Bau von Onshore-Windkraftanlagen zu größeren Rotorblättern weist, wird und muss der CFK-Werkstoffeinsatz eine größere Rolle spielen.
(Bild: Isenburg)

Bereits seit knapp 40 Jahren werden die riesigen Rotoren für Windkraftanlagen in Serie gefertigt. Damals bestanden die ersten Typen noch aus einer Polyestermatrix und Glasfasergewebe als Verstärkung. Jedoch dominiert heute die Epoxidharzbasis das Geschehen. Für eine Kombination aus Glasfaser-Epoxid-Werkstoff sprechen ihre günstigen Einkaufspreise bei den Grundstoffen sowie die gute Verarbeitung und Haltbarkeit. Mit größeren Rotordurchmessern finden auch zunehmend Carbonfasern den Weg ins Rotorblattgefüge. Bei den Fasern gibt es nun erhebliche Unterschiede in puncto Dichte von etwa 2,5 g/cm³ bei Glasfaser und 1,8 g/cm³ bei Carbonfasern. Hauptsächlich werden die für eine größere Steifigkeit bei Rotorblättern verantwortlichen Carbonfasern für Teile der Tragstruktur, auch Gurte genannt, verwendet. Insbesondere hier wird ein Mehr an Steifigkeit benötigt, wenn der Wind kräftig bläst, denn es gilt zu vermeiden, dass die Rotorblätter mit dem Turm kollidieren, wenn besonders große Kräfte wirken.

Carbonfaser erobert den Rotorblattbau

Einer der bekanntesten Experten auf dem Markt für dieses Thema ist Florian Sayer vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Bremerhaven. Der Ingenieur diagnostiziert einen Trend zur Implementierung von Carbonfasern bei längeren Rotorblättern im On- und Offshorebereich. Eine Aussage, die auch Bernd Eilitz von der Siemens Wind Power AG aus Hamburg bestätigt, indem er auf die Zusammenarbeit mit dem Zulieferer LM Blades aus Kolding in Dänemark bei der Anlage SWT-3.15-142 hinweist.

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Sie ist für Onshore-Schwachwindregionen speziell mit einem 142 m langen Rotor ausgestattet. Eine Besonderheit bei der engen Zusammenarbeit mit dem Zulieferer LM Blades sind carbonfaserverstärkte Blätter mit einer Masse von rund 20 t. Bei Rotoren für andere Windklassen bleibt Siemens dagegen seiner Integral-Blade-Technik treu und fertigt weiterhin das gesamte Blatt in einem Stück. Das ist eine Spezialität von Siemens.

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