Anwendung kohlefaserverstärkter Kunststoffe im Rotorblattbau I

Die Entwicklung des Rotorblattbaus auf der Grundlage kohlefaserverstärkter Kunststoffe (CFK) ist nicht nur innerhalb der deutschen Windkraftbranche weit vorangeschritten. In den nächsten beiden Artikeln soll die Anwendung dieser auf dem Gebiet der Windenergie relativ neuartigen Faserart im Rotorblattbau etwas näher beleuchtet werden.

CFK weist gegenüber herkömmlichem GFK wesentlich höhere Steifigkeiten und damit insbesondere für den Offshore-Bereich überaus geeignete Haltbarkeiten auf, die darüber hinaus den Bau noch größerer bzw. noch längerer Rotorblätter erlauben würden. Die in diversen Versuchen ermittelte Festigkeit der Kohlefaser gegenüber anderen Faserarten war zwar nicht wesentlich größer, dafür erwies sich aber die sogenannte Reißlänge als Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht im Vergleich als signifikant größer.

Die Dichte des CFK ist weiterhin verhältnismäßig klein, was den nach Angaben des Windkraftanlagenherstellers DeWind, Lübeck, (heute Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering (DSME), Seoul (Südkorea)) größten Vorteil der vergleichsweise neuen Faser in Form ihres signifikant geringen Gewichts gegenüber anderen Substanzen ausmacht, was wiederum das Eigengewicht des Flügels und damit der Gesamtanlage in der Folge um ein Vielfaches reduziert. Damit können die für die Carbonfasersubstanzen getätigten zusätzlichen Ausgaben durch die Einsparung bei anderen Materialien infolge der Gewichtsreduktion unter Umständen wieder annähernd kompensiert werden.

Der Windkraftanlagenhersteller NEG Micon A/S, Randers (Dänemark), (heute Vestas Wind Systems A/S, Randers (Dänemark)) verwendete – auch bei der Fertigung eigener Offshore-Windenergieanlagen – auch weiterhin den herkömmlichen Glasfaserstoff, während parallel dazu ebenfalls Kohlefasermaterialien benutzt wurden, die zum Teil mit Holzbestandteilen kombiniert wurden. Die dort verwendeten Offshore-(Holz-)Rotorblätter bestehen im Übrigen aus mehreren Schichten finnischem Birkenholz von jeweils 4 bis 5 mm Dicke, die zu robusten, starken Platten zusammengefasst werden. Neben einer geringen Luftdichte zeichnen sich die Blätter im Wesentlichen durch eine hohe Krümmungsresistenz und Unbiegsamkeit, eine natürliche Dämpfung und ein geringeres Gewicht herkömmlichen Blattwerken gegenüber sowie durch eine vergleichsweise gute Stabilität und entsprechende thermische Eigenschaften aus.

Bezüglich einer Implementierung von CFK in Rotorblättern kann angeführt werden, dass Holz ein umweltfreundlicher und natürlicher Rohstoff ist, der in der Zukunft auch für offshore eingesetzte Flügel eine optimale Kombination mit Kohlefasern verspricht, wobei die neueren Holz-Epoxyd-Blätter im Gegensatz zu herkömmlichen Glasfiberblättern einen Anteil von etwa 10 bis 20% Epoxyd enthalten.

Weiterführende Informationen zu diesem Thema finden sich unter anderem auf den Internetpräsenzen der Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering Ltd. unter http://www.dsme.co.kr/epub/main/index.do sowie der Vestas Wind Systems A/S unter http://www.vestas.com/.