Rotorblätter - Einfuhrung in die Windenergietechnik - page 192

trägt º 250-450MPa (1 Megapascal = 1N/mm 2 ), von CFK-Laminaten º 800-1 750MPa. Die
Elastizitätsmodule der Laminate betragen bei GFK º 20 000-35 000MPa, bei CFK º 75 000-
200 000MPa. Ein weiterer großer Vorteil gegenüber den isotropen Metallen ist, dass durch
die Fasermengen (prozentualer Anteil am Laminat) und die Anordnung der Hauptanteile der
Fasermengen in Richtung der größten Belastungen die erforderlichenMaterialdicken deutlich
reduziert werden können. Das führt zu einer besseren Materialausnutzung gegenüber den
isotropen Werkstoffen. Ferner ist die Korrosionsanfälligkeit der FVW sehr gering. Die Betriebs-
festigkeiten von GFK sind etwas geringer als die von Stahl, aber besser als die von Aluminium,
die von CFK sind besser als die von Stahl.
Nachteilig sind die geringen Bruchdehnungen der FVW (GFK ∑º 2%, CFK ∑º 1%) im Ver-
gleich zuMetallen (Stahl º 15-40%, Aluminium º 5-15%). D. h., die FVWsindwesentlich emp-
findlicher gegenüber Spannungsspitzen und haben nur ein sehr geringes Fließvermögen bei
Überbeanspruchungen, sie sind weniger „gutmütig“ als z. B. Stahl. FVW tolerieren konstrukti-
ve Fehler weniger.
Ein weiter Nachteil ist, dass beim Herstellen von FVW-Bauteilen der Werkstoff selbst erst her-
gestellt wird. Deshalb streuen die Werkstoffdaten deutlich stärker als bei den Metallen, die als
Halbzeuge verwendet werden.
5.5.2 Materialien (Fasern, Harze, Zusatzsto e, Sandwichmaterialien)
5.5.2.1 Fasern
Festigkeit und Steifigkeit der FVWwerden hauptsächlich durch die Faserarten, ihren Anteil im
Laminat und den Faserrichtungen bestimmt. Die „Matrix“ (Laminierharz plus Zusatzstoffe)
hat imWesentlichen die Aufgabe, die Fasern zusammenzuhalten. Ihr Beitrag zur Festigkeit und
Steifigkeit ist nur gering.
Die Fasern sollen möglichst hohe Festigkeiten und Steifigkeiten (E-Module) im Vergleich zur
Matrix haben. Die Dicken betragen bei Glasfasern º 5-20 µ m (1 µ m = 1 Mikrometer = 10 ° 6 m),
bei Carbonfasern º 5-10 µ m (das menschliche Haar ist º 40-100 µ m dick). Je dünner die Fa-
sern sind, umso höher ist die Festigkeit. Beispiel Glas: Festigkeit der Glasfaser º 3000MPa,
massives Glas º 55MPa. Ferner sollen sie gut verarbeitbar sein und eine gute Haftung mit
dem Harz haben. Sie werden während der Verarbeitungsprozesse (Ziehen der Fäden, Her-
stellung der Halbzeuge, Laminatherstellung) mit unterschiedlichen Beschichtungen versehen,
den Schlichten. Als Letztes werden die Fasern mit einem Haftvermittler versehen, der für die
verschiedenen Faserarten und Harze unterschiedlich ist.
Glasfasern: Sie gibt es in den verschiedenen Typen als E-, S-, R- und C-Glas. Sie sind relativ
billig, elektrisch nicht leitend, isotrop und unterscheiden sich in den mechanischen Wer-
ten nur wenig, jedoch in den Anwendungsbereichen. Für Rotorblätter werden meistens E-
Glas-Fasern verwendet mit denWerten für E-Modul von º 76GPa (1 Gigapascal = 10 9 Pascal
= 10 3 N/mm 2 ), Schubmodul º 30GPa, Querkontraktion º 0,24, Zugfestigkeit º 1500MPa,
Dichte º 2,6 g/cm 3 , Bruchdehnung ' 3,5%.
Carbonfasern: Diese Fasern haben deutliche höhere E-Module, sind wesentlich teurer, elek-
trisch leitend und stark anisotrop, d. h., ihre mechanischen Eigenschaften sind stark rich-
tungsabhängig und sind schwieriger zu verarbeiten als Glasfasern. Sie werden nur zu sol-
chen Halbzeugen verwendet, mit denen hohe Festigkeiten und Steifigkeiten zu erreichen