Rotorblatt

Rotorblatt

Der Begriff Rotorblatt bezeichnet eine einzelne aerodynamische Fläche eines Rotors. Die Funktionsweise ist dieselbe wie bei einer Tragfläche, das Blatt zeigt dasselbe Profil.

Dieser Begriff Rotorblatt wird hauptsächlich bei großen Rotoren von Hubschraubern, Windenergieanlagen und Gebläsen verwendet. Umgangssprachlich wird auch von Flügel gesprochen. Dieser Begriff stammt aus der Zeit der Windmühlen. Bei Turbinen spricht man von Turbinenschaufel, bei Propellern von Propellerblatt.

Inhaltsverzeichnis

Windenergieanlage

Rotorblätter für Windenergieanlagen sind wesentlich für den Ertrag einer Windenergieanlage verantwortlich und stellen daher eine der Schlüsselkomponenten dar. Sie bestehen heute hauptsächlich aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GfK) und werden in Halbschalen-Sandwichbauweise hergestellt. Jetzige Flügel mit einer Standardlänge von rund 46 Metern wiegen pro Stück etwa acht bis neun Tonnen. Für die neuen Rotorblätter der Offshoreanlagen (Spitzenleistung circa 5.000 kW) werden Gewichte von 20 Tonnen angesetzt. In Bremerhaven testet das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) seit Juni 2011 90 Meter lange Rotorblätter für die Windkraftanlagen der nächsten Generation ("Kompetenzzentrum Rotorblatt"). Die Tests ergeben innerhalb weniger Monate belastbare Aussagen darüber, ob die Rotorblätter 20 Jahre lang halten.[1] Mit 90-Meter-Rotorblättern sind 10-MW-Turbinen geplant.

Die Kräfte in Längsrichtung werden durch je einen oder mehrere Gurte aus Glas- oder Kohlenstofffasern, die meist in die Halbschalen integriert sind, aufgenommen. Die Gurte bestehen entweder aus Endlosfasern, sogenannten Rovings, oder unidirektionalen Gelegen.

Der Blattanschluss, auch Rotorblattflansch genannt, wird mit Einsätzen aus Stahl oder einem Stahlring versehen, um das Blatt an der Nabe zu befestigen. Dies erfolgt durch vorgespannte Schraubenverbindungen. Bei kleineren Rotorblättern kommen einreihige, bei größeren einreihige oder zweireihige Flansche zum Einsatz.

Die Rotorblätter verfügen über ein integriertes Blitzschutzsystem. Dieses wird durch eingearbeitete Aluminiumprofile oder im Inneren des Rotorblattes verlaufende Stahlseile (auch zum Bedienen der Blattspitzenbremse) gebildet. In der Nähe der Blattspitze (Tip) befindet sich ein Kontaktpunkt, der mit dem Blitzschutz verbunden ist und als Einschlagpunkt für den Blitz dient. Andere Hersteller verwenden auch Blattspitzen aus Aluminium.

Manche Hersteller bieten eine optionale elektrischen Rotorblattheizung an. Dies vermeidet die Ertragseinbußen aufgrund Eisbildung im Winter, im Gebirge oder in hohen Breiten. Das Eis macht die Rotorblätter schwerer und erhöht ihren Strömungswiderstand.

Viele WEA-Produzenten fertigen auch ihre Rotorblätter selbst bzw. lassen sie von Tochterfirmen fertigen. Dazu zählen z.B. Vestas, Enercon und Nordex. Einige kaufen Blätter zusätzlich oder ausschließlich von Lieferanten. Größter unabhängiger Produzent ist LM Glasfiber. Eine weitere Firma in Deutschland, die nur Rotorblätter herstellt, ist die Fa. SGL Rotec GmbH & Co. KG in Lemwerder, Landkreis Wesermarsch. Sie ist eine 49-prozentige Tochter der Yachtfirma Abeking & Rasmussen. 51% der Anteile gehören der SGL Group - The Carbon Company, einem MDax notierten Unternehmen mit Schwerpunkten in den Bereichen Graphitelektroden sowie Kohlenstofffasern und Leichtbau. Schon seit den 1980ern stellt Rotec Rotorblätter aus Kunststoff her; davor (seit 1926) Rotorblätter aus Holz für Wasserpumpen.[2]

Hubschrauber

Rotoren des Kaman HH-43 F Husky II
Rotoren des Westland Lynx AH Mk7

Bei den Rotoren von Hubschraubern und Tragschraubern kommen Stahl, Titan, Leichtmetall und Faserverbundwerkstoffe wie z.B. Glasfaser- (GFK) und Kohlenstofffaserverbunde (CFK) zum Einsatz. Früher wurde auch vielfach noch Holz verwendet. GFK-Blätter wurden erstmals bei dem Kamow Ka-26 und dann bei der Bo 105 im Zusammenhang mit elastischer Aufhängung und gelenklosem Rotorkopf (vgl. Taumelscheibe) eingesetzt. Die wegen der zahlreichen Gelenke bei klassischen Konstruktionen besonders aufwendige Wartung des Rotorkopfs wird damit deutlich vereinfacht, allerdings müssen die Blätter regelmäßig auf Materialermüdung untersucht werden.

Die Rotorblätter tragen das volle Gewicht des Hubschraubers. Zusätzlich müssen sie die Fliehkraft der Rotation aushalten und dabei ein möglichst geringes Gewicht aufweisen. Um diese Vorgaben zu erfüllen, sind sie häufig aus hochfesten Verbundwerkstoffen gefertigt. Manche Rotoren sind mit Dehnungsmessstreifen ausgestattet, mit denen im Betrieb die Belastung gemessen wird.

Das Rotorblatt hatte früher oft ein symmetrisches Profil, um die Druckpunktwanderung bei verschiedenen Anstellwinkeln und damit entsprechende Kompensationskräfte zu verhindern. Heutige Rotorblätter haben alle eine leicht S-förmige Profilmittellinie, um Drehmomentkräfte am Neutralpunkt gering zu halten. Um die Flugleistungen von Hubschraubern zu verbessern, setzt man neuerdings teils zum Blattende hin verbreiterte Formen ein, so beim Westland Lynx, dem mit 400 km/h aktuell schnellsten bekannten Hubschrauber.

Siehe auch

Literatur

  • Götsch, Ernst - Luftfahrzeugtechnik, Motorbuchverlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-613-02006-8

Einzelnachweise

  1. Presseinformation (7. Juni 2011)
  2. www.sglgroup.com

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