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 Fertigung von modernen Windkraft-Rotoren:
- leichte Materialien
- hochfeste Strukturen
- glatte verwirbelungsfreie Oberflächen
- hohe Oberflächengüte und –stabilität
Diese Anforderungen lassen sich fast ausschließlich durch den Einsatz von faserverstärkten Kunststoffenwie GFK (Glasfaser verstärktem Kunststoff) und CFK (Kohlenstofffaser verstärktem Kunststoff) erfüllen. Ähnlich wie in der Flugzeugindustrie liefert die atmosphärische Plasmabehandlung hier besonders effektive Prozesslösungen.
Hocheffektive Anwendungsbereiche der Openair-Plasma® Behandlung für die Fertigung von Windkraft-Rotorblättern:
- in der Faservorbehandlung
- im Laminierprozess
- in der Halbschalenverklebung
- in der Oberflächenvorbehandlung des fertigen Bauteils (Oberflächenvergütung)
Lackieren von Rotorblättern für Windkrafträder: Sichere Farbhaftung auf CFK nach Plasmaaktivierung
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®-Technologie ist auch die Plasmavorbehandlung großer Bauteile problemlos möglich. Dies erschließt neue Möglichkeiten für die Herstellung von Rotorblättern aus CFK für Windkrafträder.
Eine Openair® Plasmabehandlung, 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.
Plasmatreat hat für die sichere Entformung von CFK- und GFK-Bauteilen ohne chemische Trennmittel eine ebenso einfache wie effiziente Lösung entwickelt: das PT-Release-Verfahren, bei dem mittels Openair® Plasma eine plasmapolymere Trennschicht aufgetragen wird.
Einfache und effiziente Entformung von CFK- und GFK-Bauteilen mit PT-Release Plasmabeschichtung
- Die Formen werden vor dem Einbringen der Materialschichten mit dem PlasmaPlus® Verfahren per Roboter beschichtet.
- Die Beschichtung erfolgt kontrolliert mit gleichmäßiger Schichtstärke.
- Beständigkeit der Funktion: derzeit ca. 50 Entformungen mit nur einer Plasmabeschichtung möglich.
- Verbliebene Trennmittel werden nach der Entformung und vor der Lackierung mit der Openair-Plasma®-Reinigung vollständig aufgebrochen und entfernt.
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).
