Rotorblattfertigung: Verbesserte Prüfmethode reduziert Upscale-Risiko

Forscher des Fraunhofer IWES haben zusammen mit Industriepartnern einen Subkomponententest als Zwischenschritt entwickelt. Dieser ergänzt das Verständnis des Materialverhaltens um die strukturrelevante Dimension. Dieser umfassendere Ansatz reduziert Unsicherheiten bei der Skalierung der reinen Materialeigenschaften auf die Struktur-Ebene.

Ziel des UpWind-Projektes war die Entwicklung exakter Methoden und Konzepte für sehr große Windenergieanlagen (8-10 MW). Für die Leistungsklassen im Multimegawattbereich werden zunehmend längere Rotorblätter eingesetzt. Sie bestehen zumeist aus zwei Halbschalen, die mit einem speziellen Klebstoff fixiert werden. Die Lasten, die auf die Klebverbindung wirken, sowie der Anspruch, eine Nutzungsdauer von 20 Jahren zu garantieren, stellen extreme Anforderungen die Klebnaht, die eine Dicke von rund 10 Millimetern und Länge von rund 60 Metern erreichen kann.

Realistischere Lastenverteilung
Bisher werden dafür vor der Prototypenphase nur ca. 15 Zentimeter langen Couponproben zertifiziert. Die Lastenverteilung auf diese Materialproben weicht aufgrund von Fertigungs- und Geometrieeffekten jedoch erheblich von der tatsächlichen Verteilung an einem Rotorblatt-Prototypen ab. In dem EU-Projekt UpWind untersuchten Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES), ob ein so genannter Balkentest diese Anforderungen erfüllen kann. Diese Untersuchungen erhielten durch parallel durchgeführte Projekte für Henkel weitere zielführende Impulse.

„Für die Beurteilung unserer Klebstoffe sind Untersuchungen unter betriebsnahen Bedingungen unerlässlich,“ erklärt Felix Kleiner, Abteilungsleiter Adhesive Engineering bei der Henkel AG & Co. KGaA. „Mit dem entwickelten Modell sind wir in der Lage, Klebstoff- und Designvariationen ökonomisch auf ihr Langzeitver-halten zu untersuchen.“ Als Grundmodell diente ein in Kooperation mit Henkel entwickelter I-Balken.

Erweitertes Materialverständnis
Diese Tests lieferten Ergebnisse zu den Mechanismen der Materialermüdung und des -versagens. “In order to investigate the mechanical behavior of the adhesive in a relative large adhesive volume, the beams were designed to have a
critical section”, describes Dipl.-Ing. Florian Sayer, Team Leader „Component and Material Testing“ at Fraunhofer IWES. Auf der Grundlage des erweiterten Materialverständnisses soll in einem Folgeforschungsprojekt weitere Klebnahtgestaltungen in der Windindustrie untersucht und in einem Detailkatalog zusammengefasst werden. Darüber hinaus soll ein vereinfachtes numerisches Balkenmodell entwickelt werden, das die Materialermüdung an der Klebnaht

simuliert. Die im UpWind-Projekt validierte Balkentestmethode wird als Dienstleistung angeboten.