Leicht und stabil

Ein neuartiger Werkstoff aus Bayreuth macht Windräder stabiler, belastbarer und effizienter. Manuel Kempf, der das Material im Rahmen seiner ingenieur­wissenschaftlichen Doktor­arbeit an der Universität Bayreuth gemeinsam mit Partnern aus der Industrie entwickelt hat, ist dafür mit einem REHAU Preis Technik ausgezeichnet worden. Am 12. Mai 2017 fand am Firmensitz der REHAU Gruppe im ober­fränkischen Rehau die feierliche Preis­verleihung statt. Der Bayreuther Absolvent arbeitet heute für die Airbus Helicopters Deutschland GmbH am Standort Donauwörth, seine Forschungs­ergebnisse haben mittlerweile auch Innovationen in der Automobil­industrie beschleunigt.

Das preisgekrönte Material ist ein Hochleistungs-Faserverbund­werkstoff, der auf dem Kunstharz Polyurethan beruht. Im Vergleich mit anderen Verbund­werkstoffen auf der Basis von Harzen hält er hohen Belastungen viel besser stand. „Insbesondere Wind­energie-Anlagen können von den Eigenschaften des Materials erheblich profitieren“, erklärt Kempf. „Weil man im Zuge der Energiewende einen möglichst hohen Anteil der Windenergie in elektrischen Strom umwandeln möchte, werden die Blätter von Windrädern heute ständig verlängert und ihre Flächen dadurch vergrößert. So aber steigt die Material­belastung, und die Anlagen werden schadens­anfälliger. Mit dem neuen, sehr leichten Faserverbund­werkstoff auf der Basis von Polyurethan lässt sich dieses Risiko erheblich senken und die Effizienz der Strom­gewinnung steigern.“

In seiner Dissertation zum Thema „Hochleistungs-Faserverbund­werkstoffe in Rotor­blättern von Windenergie­anlagen“ schlägt der Bayreuther Ingenieur­wissenschaftler eine Brücke von der Grundlagen­forschung zu maßgeschneiderten Materialien für den Leichtbau. Die von ihm untersuchten Anwendungen von Polyurethan reichen dabei über Windkraft-Anlagen weit hinaus.

„Die Chemie der Polyurethane ist wie ein Baukastensystem, mit dem man gezielt eine Vielzahl sehr leistungs­starker Verbund­werkstoffe herstellen kann“, erklärt Volker Altstädt, der an der Universität Bayreuth den Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe innehat. „Die Dissertation von Manuel Kempf hat den Vorzug, dass sie diese Entwicklungs­potenziale systematisch untersucht und am Ende einen neuen Werkstoff präsentiert, der für eine Optimierung von Windenergie-Anlagen exzellent geeignet ist“, meint Altstädt, der die Arbeit wissenschaftlich betreut hat.

Die neuen Erkenntnisse sind bereits auch von der Automobil- und Nutzfahrzeug­industrie aufgegriffen und für Leichtbau-Anwendungen genutzt worden. Sie machen es möglich, das Gewicht von Bauteilen, die in Großserie gefertigt werden, um bis zu 65 Prozent zu verringern.

U. Bayreuth / DE