Innovative Werkstoffe für Rotorblätter

© Fraunhofer IWES, Fotograf: Helmut Gross

Ein Forschungsvorhaben der Leibniz Universität und mehreren Projektpartnern entwickelt und prüft neuartige Werkstoffe für Rotorblätter von Windenergieanlagen. Herkömmliche Werkstoffe aus glasfaserverstärkten Kunststoffen stoßen an ihre Leistungsgrenzen, wenn es um eine längere Lebensdauer und eine Verbesserung der Leichtbaueigenschaften von Rotorblättern geht. Im Verbundprojekt HANNAH, das vom Institut für Statik und Dynamik (ISD) der Leibniz Universität koordiniert wird, geht es darum, das vielversprechende Potenzial von nanomodifizierten Werkstoffen und hybriden Laminaten für die industrielle Anwendung im Rotorblattbau zu nutzen. Insbesondere die Lebensdauer und die Ermüdungsresistenz dieser Werkstoffsysteme sind aktuell etablierten Materialien überlegen. Das im März 2019 gestartete Projekt wird mit 3,3 Millionen Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. HANNAH steht für "Herausforderungen der industriellen Anwendung von nanomodifizierten und hybriden Werkstoffsystemen im Rotorblattbau". Das Vorhaben ist eingebettet in den Forschungsverbund Windenergie und mit dem ForWind-Mitglied ISD ein Teil der gemeinsamen Forschung im Rahmen von ForWind, dem Zentrum für Windenergieforschung der Universität Hannover, Oldenburg und Bremen.

Anwendbarkeit der Werkstoffsysteme im industriellen Rotorblattbau

Das Vorgängerprojekt LENAH (Lebensdauererhöhung und Leichtbauoptimierung durch nanomodifizierte und hybride Werkstoffsysteme im Rotorblatt) hat sich mit der grundlegenden Entwicklung und Erprobung neuer Werkstoffe befasst, um eine Vergrößerung der Rotorblätter bei gleichzeitig effizienterer Materialausnutzung zu ermöglichen. Im Folgeprojekt HANNAH sollen in den kommenden drei Jahren die Weichen für eine konkrete mittelfristige Anwendbarkeit der Werkstoffsysteme im industriellen Rotorblattbau gestellt werden. Projektpartner sind das Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik des DLR und das Fraunhofer Institut für Windenergiesysteme. Aus der Industrie sind die Firmen INVENT GmbH, TECOSIM Technische Simulation GmbH, SINOI GmbH und Zeisberg Carbon GmbH im Konsortium vertreten.

Fokus auf hybriden Werkstoffe

Der Fokus liegt zum einen auf hybriden Werkstoffen, zum anderen auf nanomodifizierten Materialsystemen. Hybride Werkstoffe sind Verbundwerkstoffe, die aus mehreren Einzelkomponenten (beispielsweise Glasfasern, Kohlefasern, Metallfolien) hergestellt oder gefügt werden. Ziel des hybriden Leichtbaus ist es, die Masse von Tragwerken oder Bauteilen zu reduzieren, die Leistungsfähigkeit aber gleichzeitig zu erhöhen. Durch die Zugabe von nanoskaligen Partikeln werden die Materialeigenschaften gezielt verändert, um so die Festigkeit und das Materialverhalten zu bessern und auf ein höheres Lastniveau auszulegen. Das Projekt HANNAH widmet sich insbesondere den Herausforderungen bei der Verarbeitung dieser neuartigen Materialien im industriellen Großmaßstab.

Beschäftigung mit Material und Schädigungsmodellen

Im Verbundprojekt beschäftigt sich das Institut für Statik und Dynamik (ISD) mit der computergestützten Modellierung, unter anderem mit Material und Schädigungsmodellen, die speziell für die nanomodifizierten und hybriden Materialsysteme entwickelt und angewendet werden. Die Methoden sollen dazu beitragen, tiefere Einblicke in die zugrunde liegenden Wirk- und Schädigungsmechanismen der betrachteten Materialsysteme zu erlangen. Des Weiteren wird sich dem Einfluss von industriellen Fertigungsbedingungen und realistischen Umwelteinflüssen auf die Strukturkomponenten gewidmet, um in Zukunft einen effizienten Rotorblattleichtbau mit diesen vielversprechenden Materialien zu ermöglichen. Umfangreiche experimentelle Untersuchungen der Projektpartner sollen für die Entwicklung und Validierung der Simulationsmodelle genutzt werden. Schließlich sollen sowohl die entwickelten Methoden als auch die Ergebnisse der betrachteten Materialsysteme kritisch bewertet und eine Kosten-Nutzen-Analyse durchgeführt werden.

(Veröffentlicht: 29. März 2019)