Plasmabehandlung riesiger Windkraft-Rotoren – effizient, automatisch, reproduzierbar
Windkraftanlagen wandeln die kinetische Energie des Windes direkt in elektrische Energie um. An windreichen Orten leisten diese Anlagen einen erheblichen Beitrag zur Energiegewinnung. Die Effizienz einer solchen Windkraftanlage hängt neben der Bauform insbesondere auch von der Größe ab. So werden heute Anlagen mit einer Leistung bis zu 10 Megawatt und Flügelprofillängen von bis zu 90 Metern gebaut.
Die für die Herstellung und den Bau einer Windkraftanlage notwendige Technologie ähnelt in vielen Bereichen der des Flugzeugbaus. Sowohl der Querschnitt als auch die mechanische Stabilität, sowie die Anströmung am Profil lehnen sich an das Design von Tragflächen an. Die insbesondere an den Flügelspitzen hohen Umfangsgeschwindigkeiten erzeugen extreme Materialbeanspruchung – wie Luftwirbel im Ultraschallbereich oder Eisansatz – genau wie in der Luftfahrt.
Besondere Anforderungen an die Herstellung moderner Windrotoren
Die Konstruktion und Herstellung von Windrotoren der neuen Generation stellen extrem hohe technische Anforderungen, die für die Gewährleistung von aerodynamischer Effizienz, Langlebigkeit und Betriebssicherheit von grundlegender Bedeutung sind:
- Leichte Materialien zur Reduzierung der rotierenden Massen
- Hohe strukturelle Festigkeit, auch bei extremen dynamischen Belastungen
- Glatte, turbulenzfreie Oberflächen zur Optimierung des Luftstroms
- Hohe Qualität und Stabilität der Oberfläche für eine konstante Leistung über die Zeit
Diese Anforderungen können ausschließlich durch den Einsatz von faserverstärkten Verbundwerkstoffen wie GRP (Glass Reinforced Plastic) und CRP/CFRP (Carbon Reinforced Plastic) erfüllt werden. Ähnlich wie in der Luftfahrtindustrie ist die Behandlung mit atmosphärischem Plasma auch in der Windkraftbranche eine hochwirksame Prozesslösung, die eine zuverlässige, wiederholbare und perfekt in moderne Rotorfertigungsprozesse integrierbare Oberflächenvorbereitung ermöglicht.
Stand der Technik bei der Oberflächenvorbehandlung von CFK-Rotorblättern ist das mechanische Aufrauen sowie die Reinigung mit Lösungsmitteln. Dieser Prozess führt zu sehr ungleichmäßigen Ergebnissen, ist umweltschädlich und bedarf eines hohen manuellen Aufwandes.
Typisch für CFK-Bauteile ist die unterschiedliche Wärmeleitung zwischen der Faser selbst und der Fasermatrix. Vorbehandlungen mit höherem Temperatureintrag wie z. B. beim Beflammen oder der Laserbehandlung können die Verbundeigenschaften an der Oberfläche zerstören.
Mit der Openair-Plasma®-Technologie ist auch die Plasmavorbehandlung großer Bauteile problemlos möglich. Dies erschließt neue Möglichkeiten für die Herstellung von Rotorblättern aus CFK für Windkrafträder.
Eine Behandlung mit Openair-Plasma®, insbesondere mit der Plasmadüse RD2005, leistet eine gleichmäßige Oberflächenaktivierung ohne thermischen Eintrag. Das Resultat einer solchen Plasmaaktivierung ist eine verbesserte Lackhaftung mit gleichmäßigem Lackverlauf für einen reibungslosen und hocheffizienten Einsatz der Rotorblätter.
PT-Release Plasmabeschichtung: Trennmittelfreies Entformen von Faserverbund-Bauteilen (CFK und GFK)
Rotorblätter werden in der Regel in CFK- und GFK-Mischbauweise im Laminierverfahren als Halbschalen hergestellt. Damit das fertige Bauteil später entformt werden kann, ist die Aufbringung einer Trennschicht in der Form unerlässlich. Konventionell wird dies mit chemischen Formtrennmitteln erreicht, die nach jeder Entformung erneut aufgetragen werden müssen. Teile dieser Trennschicht gehen beim Entformungsprozess auf das Bauteil über. Diese müssen vor der nachfolgenden Lackierung restlos entfernt werden.
Die Plasma-Beschichtung PT-Release optimiert die Entformungsprozesse von Elementen aus CRP- und GRP-verstärkten Kunststoffen erheblich und verbessert die Effizienz, Oberflächenqualität und Nachhaltigkeit des Produktionsprozesses:
- Beschichtung der Formen vor dem Laminieren mit dem PlasmaPlus®-Verfahren, das automatisch und robotergesteuert angewendet wird.
- Präzise Kontrolle der Dicke der Polymerbeschichtung für eine gleichmäßige und wiederholbare Abdeckung der gesamten Formoberfläche.
- Hohe Funktionsbeständigkeit: Mit einer einzigen Plasmabeschichtung können bis zu etwa 50 Formzyklen durchgeführt werden, was Zeit und Betriebskosten reduziert.
- Endreinigung mit Openair-Plasma®: Nach der Entnahme des Bauteils und vor dem Lackieren werden eventuelle Rückstände vollständig aufgelöst und entfernt, sodass saubere Oberflächen für die nachfolgenden Prozesse gewährleistet sind.
Dank dieser Eigenschaften ermöglicht das von Plasmatreat entwickelte PT-Release-System eine zuverlässigere, automatisierte und umweltfreundliche Produktion von Verbundwerkstoffkomponenten, ideal für die Windkraftbranche und für industrielle Hochleistungsanwendungen.
PlasmaPlus® Funktionsbeschichtung von Rotorblättern: Korrosionsschutz und bessere Aerodynamik für mehr Ertrag
Für die Effektivität von Rotorblättern bei Windkraftanlagen gelten dieselben Gesetze wie im Flugzeugbau: Dort bestimmt die Luftreibung an der Oberfläche von Flügeln und Rümpfen die Effektivität des Flugzeuges. Eine Mikrostrukturierung und die Ausrüstung mit sehr hydrophoben und strukturierten Oberflächen reduzieren den Reibungswiderstand. Ein Vorbild hierfür ist die Fortbewegung der Delphine im Wasser (Delphinhaut).
