Auslegung von strukturellen Faser-Verbund-Kunststoff/Metall-Klebungen für Windenergieanlagen

Für die Anwendung im Versuchsbauteil wurden vier unterschiedliche kalthärtende Klebstoffsysteme auf Vinylester-, Polyurethan- und Methacrylat-Basis vorgeschlagen. Die Klebstoffe wurden u.a. bezüglich Glasübergangstemperatur, Kriechnachgiebigkeit, Volumenschrumpf, Bruchdehnung und Adhäsionseigenschaften bei schwingender Beanspruchung charakterisiert. Der Klebstoff auf Vinylester-Basls und ein Klebstoff auf Polyurethan-Basis kamen wegen zu geringer Bruchdehnung nicht zum Einsatz. Ein weiterer Klebstoff auf Polyurethan-Basis hat die Glasübergangstemperatur im oberen Temperaturbereich der Anwendung. Der Methacrylat-Klebstoff zeigt im ungealterten Zustand auf grundiertem Stahl und auf GFK unter schwingender Last gute adhäsive Eigenschaften. Im Projekt wurden Material- und Verbundeigenschaften bei drei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen gemessen: -40 °C, Raumtemperatur und +40 °C bei 80 % relativer Feuchte. Für die Lebensdauerabschätzung wurden u.a. Wöhler-Linien an Klebstoff- Substanzproben, an Stahl-Stahl-Zugscherproben mit einer KIebschichtdicke von 2 mm und an Stahl -GFK-Zugscherproben mit einer Klebschichtdicke von 3 mm gemessen. Die Lebensdauerschätzung basiert auf der Berechnung der Spannungen in der Klebfuge mit Finite-Elemente-Methoden. Mit linear elastischen Werkstoffmodellen wurde die Spannungsverteilung berechnet. Aus der SpannungsverteIlung wird mit einem Versagenskriterium ein Wert für eine Vergleichsspannung ermittelt. Der ermittelte Wert wird mit der Wöhler-Linie der Klebstoff-Substanzproben abgeglichen.