Klebstoff Polyurethan-Klebstoff ermöglicht effiziente Rotorblatt-Herstellung

Hochleistungsklebstoffen haben in den letzten Jahren immer effizientere Windkraftanlagen realisiert. Der Germanische Lloyd hat jetzt erstmals einen neuen Polyurethan-Klebstoff von Henkel zertifiziert, der im Vergleich zur Epoxid-Technologie eine deutlich effizientere Herstellung von Rotorblättern ermöglicht.

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Windkraftanlagen müssen extremen Belastungen standhalten: Mit Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 300 km/h schnellt die Blattspitze durch die Luft. Dabei gilt: je größer der Rotordurchmesser desto höher ist auch die Energieausbeute. Moderne Rotorblätter sind heute bis zu 61 Meter lang und wiegen bis zu 15 Tonnen.

In der Praxis haben sich duroplastische Klebstoffe als Schlüsseltechnologie beim Bau von modernen Rotorblättern etabliert. Diese bestehen hauptsächlich aus laminiertem, glasfaserverstärktem Kunststoff (GfK) und werden in Halbschalen-Sandwichbauweise hergestellt. Nach dem Abformen werden beide Halbschalen zu einem Flügel miteinander verklebt. Hierbei werden prinzipiell zwei unterschiedliche Konstruktionen verwendet: Zum einen die nicht selbsttragende Konstruktion des Kastenholms, der mit einer aerodynamischen Verkleidung in der Flügelform versehen ist. Zum anderen die selbsttragende Konstruktion, bei der die eingeklebten Stege und die Flügelhälften die volle Kraftübertragung übernehmen.

Rotorblatt-Qualität ist abhängig von der Klebeverbindung

Bislang wurden für die selbsttragenden Konstruktionen reaktive Epoxidharzklebstoffe verwendet. Nun hat die Prüfinstitution des Germanischen Lloyd (GL) erstmalig auch einen Polyurethan-Klebstoff (PUR) von Henkel für die Verklebung von selbsttragenden Blattkonstruktionen für Windenergieanlagen zugelassen. „Die Qualität eines Rotorblattes wird ganz wesentlich durch die Zuverlässigkeit der Klebeverbindungen bestimmt“, sagt Dr. Michael Gansow, Leiter der Entwicklung von PUR Klebstoffen bei Henkel. Insbesondere die strukturelle Verklebung von selbsttragenden Blatt-Konstruktionen stellt hohe Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften des einzusetzenden Klebstoffs. „Die Klebefuge ist hier vergleichsweise klein gehalten, während die eingeklebten Strukturen dauerhaft einer direkten Belastung ausgesetzt sind. Versagt die Verklebung, dann hat dies Blattschäden oder -bruch zur Folge“, erläutert Gansow. Die GL-Zulassung der einsetzbaren Klebstoffe erfolgt aus diesem Grund erst nach der Überprüfung zahlreicher Stoffkriterien. Diese sind zwar prinzipell für duromere Klebstoffe ausgelegt, basieren jedoch ursprünglich auf der Epoxidharz-Technologie. „Grund dafür ist, dass die Verbindung von selbsttragenden Rotorblattkonstruktionen bislang ausschließlich eine Domäne von zweikomponentigen Epoxidharzklebstoffen gewesen ist.“

Effizientere Rotorblatt-Herstellung durch PUR-Klebstoff

Die Rotorblätter für Windenergieanlagen werden immer größer und schwerer, um die Energieausbeute zu steigern. Rotorblätter mit einer Länge von 60 Metern sind bereits realisiert. „Von dieser Entwicklung ist natürlich auch der Verklebungsprozess betroffen“, sagt Gansow. „Allerdings stößt die über Jahre gereifte Epoxid-Technologie aufgrund ihrer eingeschränkten Formulierungsbreite hier an ihre Grenzen.“ Neue Technologiekonzepte sind gefragt. Eine Lösung präsentiert Henkel mit der Entwicklung des Polyurethan-Klebstoffs Macroplast UK 1340. Der PUR-Klebstoff erfüllt die spezifischen mechanischen Anforderungen für den Einsatz in der Windkraftindustrie und ermöglicht darüber hinaus eine effizientere Herstellung von Rotorblättern. Primäre Anforderungen des Germanischen Lloyd an den Klebstoff betreffen insbesondere die Zugscherfestigkeit, Alterungsbeständigkeit, das Kriechverhalten sowie dessen Glasübergang.

Teil 2: Eigenschaften des PUR-Klebstoffs

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