Glasverstärkte Verbundstoffe für die Naben von Windturbinen

Ein deutsches Unternehmen hat eine innovative Nabe für Windturbinen konstruiert und entwickelt, die vollständig aus Verbundstrukturen besteht und ungefähr 50 Prozent leichter als vergleichbare Stahlkomponenten ist. Diese spezielle zusammengesetzte Nabe kann externen Windbelastungen genauso widerstehen wie den Kräften, die während des Betriebs der Windturbine wirken.

Windturbinennaben werden traditionell aus Gusseisen hergestellt, das aufgrund seines enormen Gewichts die Gesamtproduktionskapazität von großen Rotoren stark einschränkt. Dieses Projekt aber richtete sich auf ein neues und innovatives geometrisches Design als auch auf die Einführung von Verbundmaterialien, die die Höchstbelastungen auf den Flügeln sowie dem Rotor selbst minimieren.

Das aus dem Projekt „COMHUM „(Innovative Composite Hub for Wind Turbine) entstandene strukturelle Design der zusammengesetzten Nabe umfasst eine Reihe von Design- und Bedienparametern. Mit Hinblick auf das Design wurden die technischen Begrenzungen von Naben und ihre Auswirkungen auf die Rotorblätter identifiziert, während die Nabenflanschen für eine Anpassung der aktuellen Rotorblätter standardisiert wurden.

Weitere Verbesserungen ergaben sich aus der Nutzung von wechselnden FEM (Finite Element Modelling)- und Analysetechniken einschließlich der Analsyse von dicken Rohbauverbundmaterialien und der Bruchanalyse. Die Verbesserungen führten dazu, dass glasverstärkte Verbundmaterialien ausgewählt wurden, die nicht nur ähnliche mechanische Eigenschaften wie die momentan genutzten Materialien haben, sondern auch leichter sind und die Materialeigenschaften maximal nutzen.

Die glasverstärkte zusammengesetzte Nabe wurde in einer 800kW Windturbine konstruiert und installiert. Dabei beträgt der Durchmesser der Nabe 4 Meter und die Flügel haben eine Länge von 27,4 Metern. Außerdem haben die drei Turbinenblätter Flügelflanschen mit einem Flankendurchmesser von 1.400 Millimetern für ein Flankenlager einer Flankenwindturbine/Windturbine mit variabler Geschwindigkeit.

Der Prototyp der Nabe hatte eine PU-Oberflächenbeschichtung und wurde mit Hilfe der Erfahrungen hergestellt, die im Rahmen der internen Produktion von Rotorflügeln gesammelt wurden, die auch eine Harzspritzgusstechnologie umfasste. Diese neue zusammengesetzte Nabe verbessert schließlich durch größere Schwungbereiche der Flügel, geringeres Gewicht und optimale Zuverlässigkeit das Auffangen von Windenergie.

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Roger Scherer
NOI-Rotortechnik GmbH
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