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Vortrag

Herausforderungen bei der Entwicklung eines Rotorblattanschlusses mit eingebetteten Stahlhülsen

Donnerstag (19.04.2018)
11:00 - 11:20 Uhr

11:00 - 11:20 Uhr

Dieser Vortrag gibt zunächst einen Überblick der in der Praxis angewandten Techniken zur Verbindung von Rotorblättern an die Nabe einer Windkraftanlage und konzentriert sich dann auf die Entwicklung eines günstigen aber leistungsfähigen Hülsenanschlusses mit in GFK eingebetteten Stahlhülsen.

Rotorblätter für Windkraftanlagen gehören mit einer Länge von über 70m (Onshore) und bis zu 90m (Offshore) zu den größten Faserverbundstrukturen. Bei der rein mechanischen Übertragung der aus dem Wind entzogenen Energie auf den Antriebsstrang und den daran angeschlossenen Generator müssen immense Biegemomente auf möglichst kleinem Durchmesser übertragen werden. In der Regel wird hierfür eine hochfeste Schraubenverbindung verwendet, welche ein metallisches Maschinenbauteil mit dem Rotorblatt als Faserverbundleichtbaustruktur verbindet.

Die bis heute in der Industrie am häufigsten verwendete Verbindungstechnik ist der Querbolzenanschluss, bei dem der Querbolzen eine formschlüssige Verbindung mit dem Faserverbundwerkstoff eingeht. Die eigentliche Verbindungsschraube wird als Längsschraube durch umgebende Volllaminat mit der metallischen Nabe verbunden. In der industriellen Praxis hat sich dieser Anschluss über lange Zeit bewährt, erreicht aber zunehmend technologische Grenzen.

Eine weitere Steigerung der Leistung des Blattanschlusses ohne gleichzeitige Erhöhung des Anschlussdurchmessers ist schließlich nur noch über den Wechsel hin zu eingebetteten metallischen Hülsen möglich. Der Hülsenanschluss trägt auf verschiedene Art und Weise zu einer größeren Leistungsfähigkeit der Verbindung bei. Die wesentlichen Vorteile liegen im Vergleich zum Querbolzenanschluss in:

- dem Abbau von Spannungsspitzen durch eine werkstoffgerechte Lastübertragung per Schub,

- einer Erhöhung der geometrisch möglichen Schraubenanzahl,

- einer geringeren Ermüdungsbelastung der vorgespannten Schraube in Folge der höheren Steifigkeit der Stahlhülse gegenüber GFK Volllaminat sowie

- geringeren Materialdicken im Bereich hinter dem Hülsenauslauf.

Nachteile entstehen vor allem in Folge der komplexeren Prozessführung, den damit verbundenen Kosten und der Einhaltung ausreichender geometrischer Toleranzen.

Die Herausforderung in der Entwicklung konzentrierte sich daher einerseits auf die Erreichung einer ausreichenden statischen und Betriebsfestigkeit bei gleichzeitig hoher Prozessstabilität und der Verwendung von kostengünstigen Standardmaterialien.

Sprecher/Referent:
Dr.-Ing. Tim Berend Block
Nordex Energy GmbH