Auslegung struktureller Klebverbindungen von faserverstärkem Kunststoff mit Metall für Windenergieanlagen

Um Rotorblätter von Windenergieanlagen mit den Naben zu verbinden, sollen metallische Hülsen mit kalt härtenden Zwei-Komponenten-Klebstoffsystemen in den Glasfaserwerkstoff der Blätter eingeklebt werden. Von GFK-Metall-Klebverbindungen wurde für schwingende Beanspruchung die Lebensdauer auf Basis von berechneten lokalen Spannungen abgeschätzt. Das Konzept setzt kohäsives Versagen innerhalb der Klebschicht voraus. Für die Lebensdauerschätzung wurden Klebstoffsubstanzproben und einfach überlappte Zugscherproben mit unterschiedlichen Probenformen und Fügeteilen im Dauerschwingversuch bei konstanter Amplitude getestet. Die für die Zugscherproben abgeschätzten Lebensdauern stimmen im Rahmen der Streuung gut mit den experimentell bestimmten Lebensdauern überein. Ein Versuchsbauteil mit eingeklebten Stahlhülsen wurde mit sechsfach überhöhter Betriebslast bis 75 Mio. Schwingspiele geprüft, ohne dass die Probe einen Schaden aufgewiesen hat. Gemäß des Lastspektrums eines Anlagenherstellers entsprechen 75 Mio. Schwingspiele unter einfacher Betriebslast einer Betriebsdauer von etwa 32 Jahren. Für die rechnerische Lebensdauerschätzung wurde ein Versagenskriterium getunden, das für schwingende Beanspruchung auf unterschiedliche Probekörper, auch unter Klimaeinfluss, anwendbar ist. Die Lebensdauerschätzung liegt jeweils innerhalb der Vorhersagegrenze von 95%. Die Versuche zeigen, dass eingeklebte Stahlhülsen prinzipiell geeignet sind, um die Anbindung von Rotorblattern an die Nabe zu realisieren.