Die Energiewende steht und fällt mit der Ausbeute an Windenergie. Dabei stehen die Hersteller der Windkraftanlagen vor großen Herausforderungen, da Wirtschaftlichkeit und der Nutzungsgrad der Anlagen an die Größe der Rotorblätter gekoppelt sind.
Verlängert man die Rotorblätter steigt jedoch ihre Masse überproportional. Dadurch werden die Lasten insbesondere an den Anschlussstellen im Wurzelbereich wesentlich vergrößert. Die bisher im Rotorblattbau etablierten GFK-Werkstoffe stoßen hier mittlerweile an ihre Leistungsgrenzen. Die bei größer werdenden Rotorblättern auftretenden höheren statischen und zyklischen Lasten werden nach bisherigen Fertigungskonzepten durch Materialaufdickungen aufgefangen. Damit verbunden sind grundsätzlich größere Wandstärken, die wiederum spezifische Fertigungsprobleme und die Zunahme von Rotorblattmasse sowie Fertigungskosten bedingen.
Daher prüfen die Forschenden des DLR das Einsatzpotenzial von Hybridwerkstoffen, das heißt von Glasfaserlaminaten, die mit metallischen Zwischenlagen verstärkt sind. Diese Faser-Metall-Laminate sind insbesondere als lokale Verstärkungselemente für den Bolzenanschluss der Rotorblätter im Wurzelbereich als auch für den Anschluss von geteilten Rotorblättern von großem Interesse. Durch das Integrieren steifer, fester und plastisch verformbarer Metalllagen können die komplexen Spannungszustände am Bohrloch besser aufgenommen und so die Tragfähigkeit der Bolzenverbindung gegenüber dem reinen Glasfaserverbundwerkstoff wesentlich gesteigert werden.
Darüber hinaus wird die Tragfähigkeit der Hybridlaminate auch durch den Lagenaufbau, den Metallanteil und die Art der Oberflächenvorbehandlung der Metalllagen entscheidend bestimmt. Bisherige Resultate zeigen, dass Hybridlaminate wesentlich höhere Lastniveaus ertragen, so dass Bauraum und Strukturgewicht reduziert werden können. Dieses Materialkonzept erscheint vielversprechend für das Fertigen großer Blattstrukturen.
Bild oben: Windkraftanlagen offshore mit langen Rotorblättern (Quelle: Depositphotos)
Quelle und weitere Infos: Blogbeitrag
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