Henkel bietet erste GL-zertifizierte Klebstoff-Technologie für die Fertigung von Rotorblättern

Polyurethan-Klebstoffe sorgen für frischen Wind

Mit einer für die Produktion von Rotorblättern neuen Klebstoff-Technologie ist Henkel ein bemerkenswerter Einstieg in das Windkraftgeschäft gelungen. Basis des Klebstoff-Portfolios unter der Marke Loctite ist die Polyurethan-Technologie (PUR). Die neuen Klebstoffe offerieren diverse Vorteile: Sie können den in der Rotorblattklebung benötigten Energiebedarf reduzieren, die Fertigungsdauer verkürzen und somit in Summe kostensenkend wirken. Zudem bieten sie speziell in der Verklebung kleiner Komponenten oder an schwer zugänglichen Stellen angesichts ihrer Eigenschaft, unter Raumtemperatur vollständig durchhärten zu können, maximale Prozesssicherheit und außerdem Automatisierungspotenzial.


Henkel_01Über den Zeitraum von rund vier Monaten wurde
bereits 2011 am Fraunhofer-Institut für Wind­-
energie und Energiesystemtechnik (IWES) ein mit
dem durch den Germanischen Lloyd bereits zertifizierten
Polyurethanklebstoff UK 1340 der Marke Loctite
hergestelltes Rotorblatt Belastungen ausgesetzt, die
normalerweise in einem Zeitraum von 20 Jahren auftreten.

 

Ihr enormes Leistungsvermögen hatten Polyurethan-Klebstoffe bereits lange vor dem Eintritt in Windkraftanlagen in anderen Industriezweigen nachgewiesen. Auf Werften zeigen sie beispielsweise im Schiffsbau seit rund 40 Jahren Beständigkeit gegenüber Tiefstwerten von bis zu -180 °C. Daneben wirken sie in Kühlaufbauten von Lkw-Aufliegern strukturell verfestigend. Auch in der Caravan- sowie in der Snowboard-Herstellung werden die lösemittelfreien PUR-Klebstoffe eingesetzt. Rund vier Jahre intensive Forschungsarbeit hat Klebstoff-Weltmarktführer Henkel in die für die Windkraftbranche bislang völlig neue Technologie investiert. Herausgekommen sind bislang fünf Loctite-Klebstoffe, die durch den Germanischen Lloyd unter diversen Kriterien geprüft und allesamt zertifiziert sind.

 

Henkel_02Die statischen und dynamischen Belastungstests des IWES zur Überprüfung der Nennbelastbarkeit und von Ermüdungserscheinungen nach IEC-Norm 61400-23 haben die geklebten Verbindungen des 40 Meter langen Blatts erfolgreich bestanden.

 

Ein für Produktionsprozesse entscheidendes Merkmal von PUR-Klebstoffen ist die im Vergleich zur etablierten Epoxidharz-Technologie niedrige Exothermie und das mit ihr einhergehende geringe Schrumpfverhalten. Obwohl Polyurethan-Klebstoffe in der Lage wären, ohne externe Energiezufuhr auszuhärten, wird der Prozess üblicherweise durch Energiezufuhr beschleunigt. Während Epoxidharz-Klebstoffe einen relativ großen Wärmeeinsatz benötigen, härten Polyurethan-Klebstoffe bei geringerer Wärmezufuhr aus. Dadurch reduzieren sie den Energiebedarf substanziell und benötigen weniger Zeit.

 

Henkel_03Anwendungen mit Loctite UK 1340.

 

Dabei lässt sich die Aushärte- und somit die Produktionsgeschwindigkeit über die zugeführte Wärme steuern. Als grobe Faustregel gilt: Eine Temperaturerhöhung um 10 °C halbiert die Aushärtezeit. Dieses Katalyse-gesteuerte, schnelle Abbindeverhalten macht man sich inzwischen in der Reparatur- und Komponentenverklebung zunutze. Zudem lassen sich die Loctite-Produkte in ihrem Abbindeverhalten flexibel einstellen und die Polyurethanverbindungen härten zuverlässig vollständig aus. 

Die vergleichsweise niedrigen Härtungstemperaturen und die niedrige Exothermie wirken sich materialschonend aus. Mit PUR-Klebstoffen verbundene Rotorblatthalbschalen zeigen beispielsweise im Laufe der Zeit weniger Spannungsrisse. Unterstützend macht sich auch die Elastizität der Klebstoffe bemerkbar. Analog zu Epoxies erreicht beispielsweise Loctite UK 1340 die angestrebte Glasübergangstemperatur (Tg) > 60 °C. Loctite UK 1351 B 25 liegt mit 70 °C noch höher. Messreihen haben gezeigt, dass die Dauerfestigkeit der Polyurethan-Produkte oberhalb der Epoxidharz-Verwandten liegt.

Auch hinsichtlich ihres Ermüdungs- und Alterungsverhaltens zeigt sich die PUR-Technologie überlegen. Getreu der Hohlzylinder-Methode nach DIN EN 14869-1 zeigt schon Loctite 1340 substanziell höhere Restfestigkeiten nach dynamischer Dauerbelastung gegenüber einem epoxidharzbasierten Referenz-Klebstoff. Die Steigerung der Belastungskurve von Loctite UK 1350 ist noch besser. In Zahlen: Der Epoxidharzklebstoff zeigte nach dem dynamischen Test 38 Prozent seiner ursprünglichen Festigkeit, Loctite UK 1340 noch 44 Prozent der Anfangsfestigkeit und Loctite UK 1350 sowie UK 1352 61 Prozent Restfestigkeit.

Weil die exakte Validierung von Rotorblättern sowohl teuer als auch zeitaufwändig (bis zu einem halben Jahr) ist, entwickelt Henkel in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) ein Testverfahren für Zwischenkomponenten. Das Verfahren schließt die Lücke zwischen Blatt- und Coupontests. Es simuliert alle relevanten Belastungen und ermittelt vorhersehbare Ermüdungen unter lokalem Stress.

Ein Freifahrtschein seien diese anwendungsfreundlichen Eigenschaften der Loctite Polyurethan-Klebstoffe und deren Zertifizierung durch den Germanischen Lloyd allerdings nicht, betont Hartmut Pilz, bei Henkel für das Windkraftgeschäft in Europa zuständig. „Jeder globale Launch bedeutet unterschiedliche klimatische Bedingungen“, so Pilz. „Daher erfordert jede Region individuelle Entwicklungen. Außerdem haben unsere Kunden unterschiedliche Pflichtenhefte für unterschiedliche Blätter und Prozesse.“

Loctite ist eine eingetragene Marke der Henkel Gruppe mit Schutz in Deutschland und anderen Ländern.

 

Henkel_05Rot: Loctite UK 1340

 

Henkel_06Messung über die Hohlzylinder-Methode nach DIN EN 14869-1 bei: 20 Hz, 23 °C, R= -1

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