Innovative Werkstoffsysteme im Rotorblatt (Forschung)


Nanomodifizierte und hybride Werkstoffsysteme im Rotorblatt

In dem Projekt „Lebensdauererhöhung und Leichtbauoptimierung durch nanomodifizierte und hybride Werkstoffsystem im Rotorblatt“, kurz LENAH untersucht das Projektkonsortium zwei Möglichkeiten zur Lebensdauerverlängerung von Rotorblättern. Einmal wird ein neuer nanomodifizierter Kunststoff entwickelt und getestet, zum anderen wird der Einsatz von hybriden Laminaten untersucht. Der neue Kunststoff entsteht, indem bei der Herstellung von Glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) Nanopartikel in das Kunststoffharz beigemischt werden. Hintergrund dazu ist, dass an der Grenzfläche von Kunststoff und Nanopartikel Eigenschaften entstehen, die weder die Nanopartikel, noch der Kunststoff einzeln aufweist. Der neue Kunststoff soll dabei in erster Linie von hoher Belastbarkeit zeugen. Je mehr Nanopartikel, beispielweise aus Metalloxiden beigemischt werden, desto größer ist die Grenzfläche. Des Weiteren wird der Einsatz von Nanopartikel bei der Klebstoffherstellung untersucht. Das Ziel ist, das Aufreißen von Nahtstellen zu verhindern, da hier Verschleißerscheinungen als erstes auftreten. Bei der Herstellung von GFK Laminaten, werden einzelne Lagen aus GFK übereinander gelegt und durch das Aushärten des Harzmaterials miteinander verbunden. So entsteht ein Verbundwerkstoff, der zwar vergleichsweise günstig ist, im Bereich der Windenergietechnik jedoch zunehmend an seine Belastbarkeitsgrenzen stößt. Im Projekt LENAH werden daher Möglichkeiten erforscht, um mittels einer „Laminathybridisierung“ die Anwendbarkeit von GFK-Laminaten auch für zukünftige Rotorblätter zu gewährleisten. Bei dieser Hybridisierung werden – je nach Anwendungsfall – einzelne Lagen des GFK-Laminats systematisch durch Metall- bzw. CFK-Einleger ersetzt, um auf diese Weise Faser-Metall-Laminate (FML) bzw. CFK-GFK-Laminate (CGL) herzustellen. Während FML im Rahmen des LENAH-Projekts insbesondere zur mechanischen Ertüchtigung des Bereichs der Rotorblattwurzel eingesetzt werden sollen, sollen CGL vor allem in mittleren Blattbereichen eingesetzt werden, um in diesen Bereichen effizient die Blattsteifigkeit zu steigern. Innerhalb des Projektes wird in beiden Verfahren neben der Entwicklung der Werkstoffe, sowohl die experimentelle Charakterisierung des Materials und entsprechenden Großkomponenten, als auch die begleitende computergestützte Analyse durchgeführt.

Bei der Herstellung von GFK Laminaten, werden einzelne Lagen aus GFK übereinander gelegt und durch das Aushärten des Harzmaterials miteinander verbunden. So entsteht ein Verbundwerkstoff, der zwar vergleichsweise günstig ist, im Bereich der Windenergietechnik jedoch zunehmend an seine Belastbarkeitsgrenzen stößt. Im Projekt LENAH werden daher Möglichkeiten erforscht, um mittels einer „Laminathybridisierung“ die Anwendbarkeit von GFK-Laminaten auch für zukünftige Rotorblätter zu gewährleisten. Bei dieser Hybridisierung werden – je nach Anwendungsfall – einzelne Lagen des GFK-Laminats systematisch durch Metall- bzw. CFK-Einleger ersetzt, um auf diese Weise Faser-Metall-Laminate (FML) bzw. CFK-GFK-Laminate (CGL) herzustellen. Während FML im Rahmen des LENAH-Projekts insbesondere zur mechanischen Ertüchtigung des Bereichs der Rotorblattwurzel eingesetzt werden sollen, sollen CGL vor allem in mittleren Blattbereichen eingesetzt werden, um in diesen Bereichen effizient die Blattsteifigkeit zu steigern.

Innerhalb des Projektes wird in beiden Verfahren neben der Entwicklung der Werkstoffe, sowohl die experimentelle Charakterisierung des Materials und entsprechenden Großkomponenten, als auch die begleitende computergestützte Analyse durchgeführt.

Forschungsprojekt LENAH

Pin ForschungVerbundpartner:
ForWind (Zentrum für Windenergieforschung der Universitäten Oldenburg, Hannover und Bremen), Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES), Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Gefördert durch:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Rahmenprogramm Forschung für nachhaltige Entwicklung (FONA)

Materialforschung für die Energiewende des Bundesministeriums für Bildung und Forschung im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms