AT14390U1

AT14390U1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Formbauteils

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Publication number: AT14390U1
Application number: ATGM50028/2015U
Authority: AT
Original assignee: Deutsches Zentrum Fuer Luft & Raumfahrt Ev
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2015-10-15
Also published as: DE202013011772U1; DE102013208463A1; DE102013208463B4; AT14392U1

Abstract

Um ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils, insbesondere eines Rotorelements einer Windkraftanlage, zu schaffen, mittels welchem ein leichtes und stabiles Formbauteil einfach herstellbar ist, wird vorgeschlagen, dass das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Wickelkerns (142), welcher mehrere, sich parallel zueinander längs einer Höhenrichtung (154) erstreckende Wickelelemente (144) umfasst; Gleichzeitiges Umwickeln der Wickelelemente (144) des Wickelkerns (142) mit mehreren Fasern (150), wobei die Fasern (150) zur Herstellung einzelner Faserschichten zumindest näherungsweise in einer senkrecht zur Höhenrichtung (154) ausgerichteten Ebene um die Wickelelemente (144) herumgeführt werden.

Description

Beschreibung

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG EINES FORMBAUTEILS

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils, insbesondere eines Rotorelements einer Windkraftanlage.

[0002] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem ein leichtes und stabiles Formbauteil einfach herstellbar ist.

[0003] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils, insbesondere eines Rotorelements einer Windkraftanlage, gelöst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

Bereitstellen eines Wickelkerns, welcher mehrere, sich parallel zueinander längs einer Höhenrichtung erstreckende Wickelelemente umfasst;

Gleichzeitiges Umwickeln der Wickelelemente des Wickelkerns mit mehreren Fasern, wobei die Fasern zur Herstellung einzelner Faserschichten zumindest näherungsweise in einer senkrecht zur Höhenrichtung ausgerichteten Ebene um die Wickelelemente herumgeführt werden.

[0004] Dadurch, dass erfindungsgemäß mehrere Wickelelemente mit mehreren Fasern umwickelt werden, kann ein besonders stabiles Formbauteil bereitgestellt werden. Durch geeignete Materialwahl ist das Formbauteil zudem vorzugsweise sehr leicht.

[0005] Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens zwei Fasern beim Umwickeln der Wickelelemente miteinander verflochten werden.

[0006] Günstig kann es sein, wenn mehrere Faserschichten durch mehrfaches Übereinanderle-gen der Fasern hergestellt werden.

[0007] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mehrere Faserschichten durch mehrfaches Übereinanderlegen derselben Fasern hergestellt werden.

[0008] Es kann vorgesehen sein, dass mittels mindestens einer Faser alternierend nacheinander jeweils ein als Eckelement ausgebildetes Wickelelement und ein als Randelement ausgebildetes Wickelelement umwickelt werden.

[0009] Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mittels mindestens einer Faser stets nur als Eckelemente ausgebildete Wickelelemente umwickelt werden.

[0010] Ferner kann alternativ oder ergänzend hierzu vorgesehen sein, dass mittels mindestens einer Faser stets nur als Randelemente ausgebildete Wickelelemente umwickelt werden.

[0011] So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass mittels einer Faser stets nur zwei einander gegenüberliegende Randelemente umwickelt werden. Zwei weitere einander gegenüberliegende Randelemente werden vorzugsweise mit einerweiteren Faser umwickelt.

[0012] Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mittels zweier Fasern nur Eckelemente umwickelt werden, während mittels zweier weiterer Fasern jeweils zwei einander gegenüberliegende Randelemente umwickelt werden.

[0013] Dabei kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Fasern miteinander verflochten werden.

[0014] Günstig kann es ferner sein, wenn mittels mindestens einer Faser der Wickelkern als Ganzes außen umwickelt wird.

[0015] Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung eines Formbauteils, insbesondere eines Rotorelements einer Windkraftanlage.

[0016] Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels welcher ein leichtes und stabiles Formbauteil einfach herstellbar ist.

[0017] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines

Formbauteils, insbesondere eines Rotorelements einer Windkraftanlage, gelöst, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:

Einen Wickelkern, welcher mehrere, sich parallel zueinander längs einer Höhenrichtung erstreckende Wickelelemente umfasst; mehrere Faserspender zur Bereitstellung mehrerer kontinuierlicher Fasern; eine Bewegungsvorrichtung zur Bewegung der Faserspender relativ zu dem Wickelkern.

[0018] Die erfindungsgemäße Vorrichtung weißt vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.

[0019] Günstig kann es sein, wenn die Faserspender mittels der Bewegungsvorrichtung relativ zueinander und/oder unabhängig voneinander bewegbar sind.

[0020] Es kann vorgesehen sein, dass die Faserspender mittels der Bewegungsvorrichtung in einer im Wesentlichen senkrecht zur Höhenrichtung ausgerichteten Ebene zweidimensional bewegbar sind.

[0021] Ferner kann vorgesehen sein, dass die Bewegungsvorrichtung mehrere Bewegungspfade umfasst, längs welcher die Faserspender bewegbar sind.

[0022] Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mehrere relativ zu dem Wickelkern bewegbare Niederhalter umfasst.

[0023] Die Niederhalter dienen insbesondere zum Ergreifen und/oder Führen der Fasern, insbesondere zum Halten der Fasern in einer Ebene, in welcher eine Faserschicht erzeugt wird oder werden soll.

[0024] Die Wickelelemente sind vorzugsweise matrixförmig angeordnet.

[0025] Unter einer matrixförmigen Anordnung der Wickelelemente ist insbesondere eine Anordnung der Wickelelemente derart zu verstehen, dass die Wickelelemente in Spalten und Reihen nebeneinanderliegend angeordnet sind. Der Wickelkern weist vorzugsweise mehrere Spalten und mehrere Reihen von Wickelelementen auf.

[0026] Die Erstreckungsrichtung der Spalten und die Erstreckungsrichtung der Reihen sind dabei im Wesentlichen senkrecht zur Höhenrichtung ausgerichtet.

[0027] Es kann vorgesehen sein, dass der Wickelkern mehrere Eckelemente, mehrere Randelemente und mindestens ein Innenelement umfasst.

[0028] Eckelemente bilden vorzugsweise sowohl ein Spaltenende als auch ein Reihenende des Wickelkerns.

[0029] Randelemente bilden vorzugsweise nur ein Spaltenende oder ein Reihenende des Wickelkerns.

[0030] Innenelemente bilden vorzugsweise weder ein Spaltenende noch ein Reihenende des Wickelkerns.

[0031] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Wickelkern vier als Eckelemente ausgebildete Wickelelemente umfasst, wobei am Rand des Wickelkerns zwischen den Eckelementen jeweils mindestens ein Randelement angeordnet ist. Ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass zwischen zwei einander gegenüberliegend angeordneten Randelementen mindestens ein Innenelement angeordnet ist.

[0032] Zwischen den Reihen aus Wickelelementen ist vorzugsweise mindestens ein Faserkanal gebildet.

[0033] Zwischen den Spalten aus Wickelelementen ist vorzugsweise mindestens ein Faserkanal gebildet.

[0034] Vorteilhaft kann es sein, wenn zwischen den Wickelelementen Faserkanäle gebildet sind, welche sich im Wesentlichen linear durch den gesamten Wickelkern hindurcherstrecken.

[0035] Die Faserkanäle sind dabei vorzugsweise in einer parallel zur Höhenrichtung verlaufenden Ebene ausgerichtet.

[0036] Es kann vorgesehen sein, dass zwischen den Wickelelementen Faserkanäle gebildet sind, wobei mindestens zwei Faserkanäle im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.

[0037] Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass zwischen den Wickelelementen Faserkanäle gebildet sind, wobei mindestens zwei Faserkanäle im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind.

[0038] Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Faserkanäle eine zumindest näherungsweise rautenförmige Struktur bilden, insbesondere einen senkrecht zur Höhenrichtung genommenen Querschnitt aufweisen, welcher zumindest näherungsweise rautenförmig ausgebildet ist.

[0039] Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise eine Steuervorrichtung, mittels welcher die Vorrichtung so steuerbar und/oder regelbar ist, dass eines oder mehrere der erfindungsgemäßen Verfahren mittels der Vorrichtung durchführbar sind.

[0040] Die Vorrichtung ist insbesondere eine Wickelvorrichtung.

[0041] Ferner wird eine Windkraftanlage beschrieben, welche leichte und stabile Rotorelemente umfasst und effizient betreibbar ist.

[0042] Die Windkraftanlage umfasst eine Rotorvorrichtung, welche mehrere Rotorelemente umfasst, wobei die Rotorelemente im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsachse der Rotorvorrichtung ausgerichtet sind, wobei die Rotorelemente derart zwischen zwei Aufnahmeelementen der Rotorvorrichtung angeordnet sind, dass einander gegenüberliegende Enden eines jeden Rotorelements aufgrund der Rotationsbewegung der Rotorelemente um die Rotationsachse periodisch aufeinander zu und voneinander wegbewegbar sind, so dass ein periodisches Drillknicken der Rotorelemente initiierbar ist.

[0043] Dadurch, dass bei den Rotorelementen ein periodisches Drillknicken der Rotorelemente initiierbar ist, können die Rotorelemente vorzugsweise gezielt relativ zur Windrichtung ausgerichtet werden. Die Effizienz der Windkraftanlage kann hierdurch vorzugsweise gesteigert werden.

[0044] Günstig kann es sein, wenn die Rotorelemente durch das periodische Drillknicken der Rotorelemente an voneinander verschiedenen Positionen längs eines Bewegungswegs der Rotorelemente eine gewünschte Drehausrichtung relativ zu einer Windrichtung, insbesondere einen gewünschten Anstellwinkel, aufweisen.

[0045] Mindestens ein Aufnahmeelement umfasst vorzugsweise eine Wellenvorrichtung, mittels welcher die Enden der Rotorelemente periodisch aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind.

[0046] Die Wellenvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Führungsvorrichtung zum Führen eines Endes mindestens eines Rotorelements in einer Umfangsrichtung der Rotorvorrichtung und/oder in einer Axialrichtung der Rotorvorrichtung.

[0047] Die Führungsvorrichtung ist insbesondere als eine Führungsschiene ausgebildet.

[0048] Vorteilhaft kann es sein, wenn die Rotorvorrichtung eine Ausrichtungsvorrichtung umfasst, mittels welcher mindestens ein Aufnahmeelement, insbesondere eine Wellenvorrichtung mindestens eines Aufnahmeelements, relativ zu einer Windrichtung ausrichtbar ist. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass die Rotorelemente an vorgegebenen Punkten eine gewünschte Drehausrichtung relativ zur Windrichtung aufweisen.

[0049] Ferner kann vorgesehen sein, dass die Rotorelemente jeweils mindestens ein Drillknickelement, beispielsweise eine Drillknickstange, umfassen, mittels welchem durch Beaufschlagung des jeweiligen Rotorelements mit einer Druckkraft, welche zumindest näherungsweise in einer parallel zur Rotationsachse der Rotorvorrichtung ausgerichteten Längsrichtung des Rotorelements wirkt, ein Drillknicken des Rotorelements initiierbar ist.

[0050] Die Rotorelemente umfassen insbesondere Hohlprofile oder sind durch Hohlprofile gebildet.

[0051] Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Formbauteils und/oder die Windkraftanlage weisen vorzugsweise ferner einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf: [0052] Das Umwickeln der Wickelelemente des Wickelkerns ist vorzugsweise ein Endloswickelverfahren.

[0053] Vorzugsweise kann eine komplexe Verstärkungsstruktur erzeugt werden.

[0054] Günstig kann es sein, wenn die Rotorelemente ein stumpfes Profilende, beispielsweise ein Kammheck oder ein Pseudo-Jaray-Heck, umfassen.

[0055] Vorzugsweise können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens komplexe zellenförmige und/oder wabenförmige Tragstrukturen bereitgestellt werden.

[0056] Vorzugsweise können die Fasern schnell, endlos und kostengünstig abgelegt werden.

[0057] Günstig kann es sein, wenn die Windkraftanlage als Vertikalläufer ausgebildete Rotorelemente umfasst. Hierdurch können sich insbesondere bei turbulenten und sehr unterschiedlichen Windrichtungen Vorteile ergeben.

[0058] Ein Vertikalläufer kann beispielsweise ein Savonius-Rotor oder ein Darrieus- Rotor sein.

[0059] Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Windkraftanlage als Horizontalläufer ausgebildete Rotorelemente umfasst.

[0060] Vorzugsweise werden mehrere Fasern (Faserstränge) auf eine Vorrichtung (Wickelkern) abgelegt.

[0061] Die Vorrichtung (Wickelkern) und die Faseriegeeinrichtung (insbesondere die Faserspender) sind vorzugsweise relativ zueinander beweglich ausgebildet.

[0062] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Faseriegeeinrichtung (insbesondere die Faserspender) in einer horizontal zur Höhenrichtung verlaufenden Ebene beweglich ausgebildet sind.

[0063] Der Wickelkern ist vorzugsweise ebenfalls in einer senkrecht zur Höhenrichtung verlaufenden Ebene beweglich, insbesondere nach hinten und vorne beweglich.

[0064] Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung (der Wickelkern) drehbar ausgebildet ist, insbesondere um eine parallel zur Höhenrichtung verlaufende Achse drehbar ausgebildet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung (der Wickelkern) beispielsweise um ungefähr 90° drehbar ist.

[0065] Vorzugsweise können durch mehrere einfache Bewegungen, insbesondere mehrere eindimensionale und/oder zweidimensionale Bewegungen, dreidimensionale Endlosstrukturen hergestellt werden.

[0066] Günstig kann es sein, wenn zwischen mehreren Wickelelementen des Wickelkerns mehrere Fasern gleichzeitig hindurchgeführt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mehrere Fasern gleichzeitig in voneinander verschiedenen Faserkanälen abgelegt werden.

[0067] Die Faserbewegung wird vorzugsweise so gesteuert, dass ungeflochtene oder geflochtene oder verwebte Strukturen gebildet werden können.

[0068] Es kann vorgesehen sein, dass das Formbauteil durch in Höhenrichtung verlaufende Fasern verstärkt wird.

[0069] Günstig kann es sein, wenn in Höhenrichtung verlaufende Fasern in die Wickelelemente integriert sind.

[0070] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Wickelelemente als, beispielsweise höhenverstellbare, Verstärkung verwendet werden.

[0071] Mittels der Vorrichtung können vorzugsweise Mehrkammerprofile gefertigt werden.

[0072] Die Wickelkerne können vorzugsweise aus dem hergestellten Formbauteil entfernt werden, insbesondere zur Herstellung von Hohlkammerprofilen, oder in dem hergestellten Formbauteil verbleiben, insbesondere zur Verstärkung der hergestellten Faserstruktur.

[0073] Vorzugsweise kann die Kernstruktur, insbesondere die Wickelelemente, beispielsweise in einem Darrieus-Rotor, dazu verwendet werden, dass durch Aufnahmeelemente (insbesondere Deckbleche) eine periodische Kraft eingeleitet wird, die dazu führt, dass das Rotorelement durch ein Drillknicken (Biegedrillknicken) so gedreht wird, dass ein Profilquerschnitt optimal zur Windrichtung ausgerichtet ist.

[0074] Vorzugsweise wird mittels Auf- und Abbewegungen ein Drillknicken der Rotorelemente initiiert.

[0075] Beispielsweise mittels eines nachgeordneten Flügels zur windrichtungsoptimierten Ausrichtung kann vorzugsweise gewährleistet werden, dass die Rotorelemente an den optimalen Positionen durch ein Drillknicken optimal ausgerichtet werden.

[0076] Eine, insbesondere tragende, Innenstruktur der Rotorelemente kann vorzugsweise mit einer äußeren Struktur, insbesondere mit zwei äußeren Schalen und/oder einer Umwicklung, kombiniert werden. Die äußere Struktur ermöglicht eine variable Formgebung. Beispielsweise können spitz zulaufende Enden hergestellt werden.

[0077] Insbesondere durch eine reine Druckkraft auf die Rotorelemente erfolgt vorzugsweise eine Verdrehung der Rotorelemente.

[0078] Vorzugsweise kann eine zyklische Verdrillung einen besseren Anstellwinkel zur Windrichtung ermöglichen, wobei vorzugsweise ferner ein Widerstandsanteil im Gegensatz zum Auftriebsanteil verkleinert wird. Der Wirkungsgrad kann hierdurch vorzugsweise erhöht werden.

[0079] Um ein Drillknicken zu induzieren, werden vorzugsweise mehrere Anforderungen erfüllt.

[0080] Beispielsweise kann ein punktsymmetrisches und gedrungenes Profil vorgesehen sein.

[0081] Das Profil ist vorzugsweise ein offenes Profil, so dass die Torsionssteifigkeit bei Druckbelastung gering ist.

[0082] Vorzugsweise weisen die Rotorelemente eine massive, tragende, innere Struktur auf.

[0083] E in Verhältnis von Profilbreite und Profilhöhe ist vorzugsweise ungefähr 1. Der Drillknickeffekt kann hierdurch vorzugsweise unterstützt werden.

[0084] Vorteilhaft kann es sein, wenn die Rotorelemente einen in Höhenrichtung sich erstreckenden Steg umfassen. Beispielsweise kann ein solcher Steg durch Faserverstärkungen gebildet sein, welche sich nicht über die komplette Breite der Rotorelemente erstrecken.

[0085] Vorzugsweise ist die Außengeometrie der Rotorelemente so dimensioniert, dass die auftretenden Lasten zwar aufgenommen werden können, den Drillknickeffekt jedoch soweit wie möglich ungestört lassen.

[0086] Die Vorrichtung zur Herstellung eines Formbauteils, insbesondere eines Rotorelements einer Windkraftanlage ist insbesondere eine Wickel- und Flechtanlage.

[0087] Vorzugsweise werden die Faserspender hinsichtlich ihrer Bewegung miteinander synchronisiert, insbesondere um die Wickelelemente des Wickelkerns zu umwickeln und/oder die Fasern miteinanderzu verflechten.

[0088] Unter einer Faser ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere eine Einzelfaser, ein Faserbündel, ein Faden, ein Roving, ein Faserstrang und/oder ein

Multifilamentgarn zu verstehen.

[0089] Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen. IN DEN ZEICHNUNGEN ZEIGEN: [0090] Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Windkraftanlage, welche mehrere Rotorelemente umfasst, wobei bei den Rotorelementen mittels einer Wellenvorrichtung ein Drillknicken initiierbar ist; [0091] Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch die Windkraftanlage aus

Fig. 1, wobei die Rotorelemente ungünstig relativ zur Windrichtung ausgerichtet sind; [0092] Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende schematische Darstellung der Wind kraftanlage, wobei die Rotorelemente eine optimierte Ausrichtung relativ zur Windrichtung aufweisen; [0093] Fig. 4 einen schematischen vertikalen Schnitt durch die Windkraftanlage aus

Fig. 1; [0094] Fig. 5 eine schematische perspektivische Darstellung einer als Wickelvorrich tung ausgebildeten Vorrichtung zur Herstellung eines Formbauteils; [0095] Fig. 6 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung aus Fig. 5; [0096] Fig. 7 eine schematische perspektivische Darstellung einer Bewegungsvor richtung der Vorrichtung aus Fig. 5; [0097] Fig. 8 eine schematische Draufsicht von unten auf die Bewegungsvorrichtung aus Fig. 7; [0098] Fig. 9 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Formbauteil, welches mit drei Wickelelementen eines Wickelkerns hergestellt wurde; [0099] Fig. 10 eine der Fig. 9 entsprechende schematische Schnittdarstellung eines

Formbauteils, welches mit neun Wickelelementen eines Wickelkerns hergestellt wurde; [00100] Fig. 11 eine der Fig. 9 entsprechende schematische Schnittdarstellung eines

Formbauteils, welches mit sechs Wickelelementen eines Wickelkerns hergestellt wurde; [00101] Fig. 12 eine der Fig. 9 entsprechende schematische Schnittdarstellung eines

Formbauteils, welches mit drei Wickelelementen eines Wickelkerns hergestellt und zusätzlich mit einer die Wände verstärkenden Verstärkungsstruktur versehen wurde; [00102] Fig. 13 bis 19 schematische Darstellungen eines Wickelvorganges, bei welchem eine

Faser verwendet wird; [00103] Fig. 20 bis 24 schematische Darstellungen eines Wickelvorganges, bei welchem vier nicht miteinander verflochtene Fasern verwendet werden; [00104] Fig. 25 bis 28 schematische Darstellungen eines Wickelvorgangs, bei welchem vier miteinander verflochtene Fasern verwendet werden; [00105] Fig. 29 bis 32 schematische Darstellungen eines Wickelvorgangs, wobei vier nicht miteinander verflochtene Fasern vorgesehen sind und zumindest abschnittsweise zwei parallel zueinander verlaufende Fasern vorgesehen sind; [00106] Fig. 33 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Tragstruktur eines

Rotorelements; und [00107] Fig. 34 einen der Fig. 33 entsprechenden Schnitt durch ein Rotorelement, welches die Tragstruktur aus Fig. 33, ergänzende Strukturelemente und eine Außenhaut umfasst.

[00108] Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

[00109] Eine in den Fig. 1 bis 4 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Windkraftanlage dient insbesondere zur Erzeugung von elektrischer Energie unter Ausnutzung von Windenergie.

[00110] Die Windkraftanlage 100 umfasst hierzu eine Rotorvorrichtung 102, welche mittels einer Welle 104 mit einer Generatorvorrichtung 106 gekoppelt ist.

[00111] Die Rotorvorrichtung 102 ist mittels des Windes in Rotation versetzbar. Die Rotationsbewegung kann über die Welle 104 auf die Generatorvorrichtung 106 übertragen werden und dort zur Stromerzeugung genutzt werden.

[00112] Die Rotorvorrichtung 102 umfasst mehrere, beispielsweise zwei, Rotorelemente 108, welche beispielsweise als Formbauteile 110 in einem (noch zu beschreibenden) Wickelverfahren herstellbar sind.

[00113] Die Rotorelemente 108 sind zwischen zwei Aufnahmeelementen 112 der Rotorvorrichtung 102 angeordnet und erstrecken sich im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsachse 114 der Rotorvorrichtung 102.

[00114] Die Rotorelemente 108 sind dabei versetzt zur Rotationsachse 114 angeordnet.

[00115] Bei der Rotorvorrichtung 102 handelt es sich um einen sogenannten Darrieus- Rotor, bei welchem die Rotationsachse 114 im Wesentlichen senkrecht zu einer Windrichtung 116 ausgerichtet ist.

[00116] Wie insbesondere Fig. 1 zu entnehmen ist, sind die Rotorelemente 108 mit einander gegenüberliegenden Enden 118 an den Aufnahmeelementen 112 angeordnet.

[00117] Eines der Aufnahmeelemente 112 ist dabei fest mit den Enden 118 der Rotorelemente 108 sowie mit der Welle 104 verbunden.

[00118] Das weitere Aufnahmeelement 112 ist relativ zu den Rotorelementen 108 und relativ zur Welle 104 drehbar angeordnet (siehe insbesondere Fig. 4). Dieses Aufnahmeelement 112 ist insbesondere relativ zur Windrichtung 116 ausrichtbar.

[00119] Die Rotorvorrichtung 102 umfasst hierzu eine Ausrichtungsvorrichtung 120, welche beispielsweise ein Flügelelement 122 umfasst und das Aufnahmeelement 112 in einer gewünschten Position hält, insbesondere unabhängig davon, in welcher Drehposition sich die Rotorelemente 108 befinden.

[00120] Dieses mittels der Ausrichtungsvorrichtung 120 relativ zu der Windrichtung 116 aus-richtbare Aufnahmeelement 112 umfasst eine Wellenvorrichtung 124, welche mehrere, beispielsweise vier, Wellenberge 126 und mehrere, beispielsweise vier, Wellentäler 128 umfasst.

[00121] Die Wellenberge 126 und Wellentäler 128 sind beispielsweise mittels einer Führungsvorrichtung 130 der Wellenvorrichtung 124 gebildet, in welcher die nicht fest mit einem Aufnahmeelement 112 verbundenen Enden 118 der Rotorelemente 108 führbar sind.

[00122] Mittels der Führungsvorrichtung 130 ist insbesondere eine Höhe H des nicht fest mit einem Aufnahmeelement 112 verbundenen Endes 118 eines jeden Rotorelements 108 variierbar.

[00123] Somit sind mittels der Wellenvorrichtung 124 die Enden 118 eines jeden Rotorelements 108 aufeinander zu bewegbar, indem das jeweilige Rotorelement 108 im Bereich eines Wellenbergs 126 angeordnet wird. Durch Anordnung in einem Wellental 128 können die Enden 118 des jeweiligen Rotorelements 108 erneut voneinander entfernt werden.

[00124] Die Rotorelemente 108 sind so ausgebildet, dass durch eine Änderung des Abstandes der Enden 118 des jeweiligen Rotorelements 108 voneinander ein Drillknicken des jeweiligen Rotorelements 108 initiierbar ist.

[00125] Die Rotorelemente 108 können hierzu vorzugsweise eine Drillknickstange 132 aufweisen, mittels welcher die gewünschte Verformung der Rotorelemente 108 erzeugt werden kann. Durch das Drillknicken der Rotorelemente 108 werden die Rotorelemente 108, insbesondere ein zentraler Abschnitt 134 eines jeden Rotorelements 108, um eine parallel zur Rotationsachse 114 verlaufende Drehachse gedreht.

[00126] Das Rotorelement 108 kann hierdurch an gewünschten Stellen optimal zur Windrichtung 116 ausgerichtet werden.

[00127] Wie insbesondere Fig. 2 zu entnehmen ist, ist bei nicht optimaler Ausrichtung der Rotorelemente 108 eine seitliche Anströmung derselben mit Wind zu befürchten, wodurch sich der Widerstand erhöht und die Effizienz der Windkraftanlage 100 reduziert werden kann.

[00128] Durch geeignete Ausrichtung, insbesondere durch geeignetes Verdrillen, der Rotorelemente 108 (siehe Fig. 3) kann vorzugsweise eine stets optimale Ausrichtung der Rotorelemente 108 relativ zur Windrichtung 116 ermöglicht werden. Die Effizienz der Windkraftanlage 100 kann hierdurch vorzugsweise gesteigert werden.

[00129] Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Windkraftanlage 100 funktioniert wie folgt: [00130] In der Windrichtung 116 strömt der Wind die Rotorelemente 108 der Rotorvorrichtung 102 an. Die Rotorvorrichtung 102 wird hierdurch in Rotation versetzt.

[00131] Insbesondere bewegen sich die Rotorelemente 108 hierdurch längs einer Umfangsrichtung 136 der Aufnahmeelemente 112 um die Rotationsachse 114.

[00132] Aufgrund der Wellenvorrichtung 124 werden die Enden 118 der Rotorelemente 118 während dieser Bewegung längs der Umfangsrichtung 136 periodisch aufeinander zu bewegt und voneinander entfernt.

[00133] Hierdurch werden die Rotorelemente 108 periodisch verdrillt, so dass die Rotorelemente 108, insbesondere ein zentraler Abschnitt 134 eines jeden Rotorelements 108, stets optimal zur Windrichtung 116 ausgerichtet werden.

[00134] Die Ausrichtung der Wellenvorrichtung 124 selbst wird dabei mittels der Ausrichtungsvorrichtung 120, insbesondere mittels des Flügelelements 122 der Ausrichtungsvorrichtung 120, gewährleistet.

[00135] Dadurch, dass bei der Windkraftanlage 100 die Rotorelemente 108 periodisch verdrillt werden, weist die Windkraftanlage 100 vorzugsweise eine besonders hohe Effizienz auf.

[00136] Die Rotorelemente 108 sind insbesondere Formbauteile 110. Formbauteile 110 können beispielsweise mit einer Vorrichtung 138 zur Herstellung eines Formbauteils 110 hergestellt werden.

[00137] Eine solche Vorrichtung 138 ist insbesondere die in den Fig. 5 bis 8 dargestellte Wickelvorrichtung 140.

[00138] Die Wickelvorrichtung 140 dient insbesondere dem Umwickeln eines Wickelkerns 142, welcher vorzugsweise mehrere Wickelelemente 144 umfasst.

[00139] Die Wickelvorrichtung 140 umfasst mehrere Faserspender 146, welche mittels einer Bewegungsvorrichtung 148 relativ zueinander und relativ zu dem Wickelkern 142 bewegbar sind.

[00140] Mittels der Faserspender 146 werden einzelne Fasern 150, insbesondere Endlosfasern, bereitgestellt.

[00141] Die Wickelvorrichtung 140 umfasst ferner mehrere Niederhalter 152, welche vorzugsweise relativ zueinander und/oder relativ zu dem Wickelkern 142 bewegbar sind.

[00142] Die Wickelelemente 144 des Wickelkerns 142 sind derart relativ zueinander angeordnet, dass sie sich im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen parallel zu einer Höhenrichtung 154 erstrecken.

[00143] Die Wickelelemente 144 sind zudem beabstandet voneinander angeordnet, so dass zwischen den Wickelelementen 144 Faserkanäle 156 gebildet sind.

[00144] Wie insbesondere den Fig. 7 und 8 zu entnehmen ist, können die Faserspender 146 längs verschiedener Bewegungspfade 158 bewegt werden.

[00145] Unter Zuhilfenahme der Niederhalter 152 können die Fasern 150 somit gezielt durch die Faserkanäle 156 hindurchgeführt und zur Ausbildung von Faserschichten 174 an dem Wickelkern 142 angeordnet werden.

[00146] Die Wickelvorrichtung 140 umfasst ferner eine Steuervorrichtung 160, mittels welcher die Wickelvorrichtung 140, insbesondere die Bewegungsvorrichtung 148, so steuerbar und/oder regelbar ist, dass mittels der Wickelvorrichtung 140 verschiedene Verfahren zur Herstellung von Formbauteilen 110 durchführbar sind.

[00147] Wie insbesondere Fig. 5 zu entnehmen ist, sind die Faserkanäle 156 parallel und/oder senkrecht zueinander ausgerichtet und erstrecken sich im Wesentlichen in der Höhenrichtung 154 und senkrecht hierzu.

[00148] Die Fasern 150 können somit ausgehend von den Faserspendern 146 von oben in die Faserkanäle 156 eingebracht und, insbesondere mittels der Niederhalter 152, einfach um die Wickelelemente 144 herumgeführt werden. Bei der in den Fig. 5 bis 8 dargestellten Ausführungsformen ist ein Wickelkern 142 mit neun Wickelelementen 144 vorgesehen.

[00149] Vier Wickelelemente 144 bilden dabei Eckelemente 162.

[00150] Vier weitere Wickelelemente 144 bilden Randelemente 164. Ein weiteres Wickelelement 144 bildet ein Innenelement 166.

[00151] Aufgrund der matrixförmigen Anordnung der Wickelelemente 144 sind die Eckelemente 162 sowohl Enden von Spalten als auch von Reihen von Wickelelementen 144. Die Randelemente 164 sind lediglich Enden einer Reihe oder einer Spalte von Wickelelementen 144. Das Innenelement 166 ist weder ein Ende einer Spalte noch ein Ende einer Reihe von Wickelelementen 144.

[00152] Mittels der in den Fig. 5 bis 8 dargestellten Ausführungsformen einer Wickelvorrichtung 140 und eines Wickelkerns 142 kann insbesondere ein Formbauteil 110 mit neun Kammern 168 hergestellt werden.

[00153] In den Fig. 9 bis 12 sind alternative Ausführungsformen von Formbauteilen 110 dargestellt.

[00154] Fig. 9 zeigt ein Formbauteil 110 mit drei Kammern 168, welches beispielsweise durch Verwendung eines Wickelkerns 142 mit drei Wickelelementen 144 herstellbar ist.

[00155] Die in den Fig. 10 und 11 dargestellten Formbauteile 110 können beispielsweise unter Verwendung von neun bzw. sechs Wickelelementen 144 hergestellt werden und weisen entsprechend neun bzw. sechs Kammern 168 auf.

[00156] Bei der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform eines Formbauteils 110 sind drei Kammern 168 vorgesehen. Zusätzlich ist bei der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform eines Formbauteils 110 eine Verstärkungsstruktur 170 vorgesehen, welche insbesondere eine Außenwandung 172 des Formbauteils 110 verstärkt.

[00157] Beispiele für Wickelverfahren zur Herstellung von Formbauteilen 110 durch Umwickeln von Wickelelementen 144 eines Wickelkerns 142 sind in den Fig. 13 bis 32 anhand eines Wi- ckelkerns 142 mit neun Wickelelementen 144 dargestellt.

[00158] Die Fig. 13, 20, 25 und 29 zeigen dabei jeweils eine Draufsicht von oben auf eine Faserschicht 174.

[00159] Durch Übereinanderlegen einer Vielzahl solcher Faserschichten 174 kann das Formbauteil 110 in einem Endloswickelverfahren hergestellt werden.

[00160] Bei dem in den Fig. 13 bis 19 dargestellten Wickelverfahren wird die Faser 150 nacheinander durch verschiedene Faserkanäle 156 hindurchgeführt. Dabei werden nacheinander voneinander verschiedene Wickelelemente 144 umwickelt.

[00161] Insbesondere wird zunächst ein Eckelement 162 umwickelt. Anschließend wird ein Randelement 164 auf einer dem ersten Eckelement 162 abgewandten Seite des Wickelkerns 142 umwickelt. Im Anschluss daran wird ein weiteres Eckelement 162 umwickelt, welches auf der dem Randelement 164 gegenüberliegenden Seite des Wickelkerns 142 angeordnet ist (siehe Fig. 14 bis 16).

[00162] Durch weitergehende Umwicklung von jeweils alternierend einem Eckelement 162 und einem Randelement 164 (siehe die Fig. 17 bis 19) kann schließlich eine Faserschicht 174 bereitgestellt werden, bei welcher sämtliche Wickelelemente 144 jeweils mindestens einfach mit der Faser 150 umwickelt sind.

[00163] Bei dem in den Fig. 20 bis 24 dargestellten Wickelverfahren werden vier Fasern 150 zur Ausbildung einer Faserschicht 174 verwendet.

[00164] Dabei werden mittels zweier Fasern 150 stets nur die Eckelemente 162 umwickelt. Die zwei Fasern 150 werden dabei punktsymmetrisch zueinander bezüglich einer Mittelachse 176 des Wickelkerns 142 bewegt.

[00165] Zwei weitere Fasern 150 werden zum Umwickeln von jeweils zwei einander gegenüberliegend angeordneten Randelementen 164 verwendet.

[00166] Mittels dieser zwei weiteren Fasern 150 wird insbesondere eine kreuzförmige Struktur gebildet.

[00167] Wie insbesondere den Fig. 20 und 24 zu entnehmen ist, kann auch bei diesem Wickelverfahren eine Faserschicht 174 bereitgestellt werden, bei welcher sämtliche Wickelelemente 144 mit Fasern 150 umwickelt sind.

[00168] I m Übrigen stimmt das in den Fig. 20 bis 24 dargestellte Wickelverfahren mit dem hinsichtlich der Fig. 13 bis 19 beschriebenen Wickelverfahren überein, so dass auf dessen vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

[00169] Das in den Fig. 25 bis 28 dargestellte Wickelverfahren entspricht im Wesentlichen dem in den Fig. 20 bis 24 dargestellten Wickelverfahren, unterscheidet sich jedoch von diesem dadurch, dass die Fasern 150 beim Umwickeln der Wickelelemente 144 miteinander verflochten werden. Hierdurch kann eine größere Stabilität des herzustellenden Wickelelements 110 erzeugt werden.

[00170] I m Übrigen stimmt das in den Fig. 25 bis 28 dargestellt Wickelverfahren mit dem in den Fig. 20 bis 24 dargestellten Wickelverfahren überein, so dass auf dessen vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

[00171] Das in den Fig. 29 bis 32 dargestellte Wickelverfahren unterscheidet sich von dem in den Fig. 20 bis 24 dargestellten Wickelverfahren im Wesentlichen dadurch, dass die Fasern 150 zumindest abschnittsweise bezüglich der Höhenrichtung 150 seitlich nebeneinander angeordnet sind (siehe insbesondere Fig. 32). Auf diese Weise kann jede Faserschicht 174 für sich genommen sehr stabil ausgebildet werden, da in sämtlichen Faserkanälen 156 jeweils zwei Fasern 150 nebeneinander angeordnet sind.

[00172] I m Übrigen stimmt das in den Fig. 29 bis 32 dargestellte Wickelverfahren mit dem in den Fig. 20 bis 24 dargestellten Wickelverfahren überein, so dass auf dessen vorstehende

Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

[00173] In den Fig. 33 und 34 sind Schnittdarstellungen eines Formbauteils 110 dargestellt, welches eine Tragstruktur 178, mehrere zusätzliche Strukturelemente 180 sowie eine Außenhaut 182 umfasst.

[00174] Die Tragstruktur 178 ist beispielsweise gemäß einem der beschriebenen Verfahren durch Umwickeln mehrerer Wickelelemente 144 eines Wickelkerns 142 gebildet.

[00175] Mittels der Tragstruktur 178 ist das Formbauteil 110 besonders stabil ausgebildet.

[00176] Insbesondere dann, wenn das Formbauteil 110 ein Rotorelement 108 einer Windkraftanlage 100 ist, kann aufgrund der Geometrie der Tragstruktur 178 gezielt ein Drillknicken des Rotorelements 108 durch Einleitung einer Druckkraft in ein Ende 118 des Rotorelements 108 initiiert werden.

[00177] Wie insbesondere Fig. 34 zu entnehmen ist, kann das Rotorelement 108 durch geeignete Formgebung der zusätzlichen Strukturelemente 180 und durch geeignete Formgebung und Ausgestaltung der Außenhaut 182 eine optimierte Außengeometrie aufweisen. Insbesondere kann hierdurch eine optimierte Umströmung des Rotorelements 108 mit Wind ermöglicht werden.

[00178] Eine mittels solcher Rotorelemente 108 gebildete Windkraftanlage 100 kann eine besonders effiziente Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie ermöglichen.

BEZUGSZEICHENLISTE 100 Windkraftanlage 102 Rotorvorrichtung 104 Welle 106 Generatorvorrichtung 108 Rotorelement 110 Formbauteil 112 Aufnahmeelement 114 Rotationsachse 116 Windrichtung 118 Ende 120 Ausrichtungsvorrichtung 122 Flügelelement 124 Wellenvorrichtung 126 Wellenberg 128 Wellental 130 Führungsvorrichtung 132 Drillknickstange 134 zentraler Abschnitt 136 Umfangsrichtung 138 Vorrichtung 140 Wickelvorrichtung 142 Wickelkern 144 Wickelelement 146 Faserspender 148 Bewegungsvorrichtung 150 Faser 152 Niederhalter 154 Höhenrichtung 156 Faserkanal 158 Bewegungspfad 160 Steuervorrichtung 162 Eckelement 164 Randelement 166 Innenelement 168 Kammer 170 Verstärkungsstruktur 172 Außenwandung 174 Faserschicht 176 Mittelachse 178 Tragstruktur 180 Strukturelement 182 Außenhaut H Höhe

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils (110), insbesondere eines Rotorelements (108) einer Windkraftanlage (100), umfassend: - Bereitstellen eines Wickelkerns (142), welcher mehrere, sich parallel zueinander längs einer Höhenrichtung (154) erstreckende Wickelelemente (144) umfasst; - Gleichzeitiges Umwickeln der Wickelelemente (144) des Wickelkerns (142) mit mehreren Fasern (150), wobei die Fasern (150) zur Herstellung einzelner Faserschichten (174) zumindest näherungsweise in einer senkrecht zur Höhenrichtung (154) ausgerichteten Ebene um die Wickelelemente (144) herumgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Fasern (150) beim Umwickeln der Wickelelemente (144) miteinander verflochten werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Faserschichten (174) durch mehrfaches Übereinanderlegen der Fasern (150) hergestellt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens einer Faser (150) alternierend nacheinander jeweils ein als Eckelement (162) ausgebildetes Wickelelement (144) und ein als Randelement (164) ausgebildetes Wickelelement (144) umwickelt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens einer Faser (150) stets nur als Eckelemente (162) ausgebildete Wickelelemente (144) umwickelt werden und/oder dass mittels mindestens einer Faser (150) stets nur als Randelemente (164) ausgebildete Wickelelemente (144) umwickelt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Faser (150) zur Verstärkung und/oder Verbindung der Faserschichten (174) längs der Höhenrichtung (154) geführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens einer Faser (150) der Wickelkern (142) als Ganzes außen umwickelt wird.
8. Vorrichtung (138) zur Herstellung eines Formbauteils (110), insbesondere eines Rotorelements (108) einer Windkraftanlage (100), umfassend: - einen Wickelkern (142), welcher mehrere, sich parallel zueinander längs einer Höhenrichtung (154) erstreckende Wickelelemente (144) umfasst; - mehrere Faserspender (146) zur Bereitstellung mehrerer kontinuierlicher Fasern (150); - eine Bewegungsvorrichtung (148) zur Bewegung der Faserspender (146) relativ zu dem Wickelkern (142).
9. Vorrichtung (138) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserspender (146) mittels der Bewegungsvorrichtung (148) relativ zueinander und/oder unabhängig voneinander bewegbar sind.
10. Vorrichtung (138) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserspender (146) mittels der Bewegungsvorrichtung (148) in einer im Wesentlichen senkrecht zur Höhenrichtung (154) ausgerichteten Ebene zweidimensional bewegbar sind.
11. Vorrichtung (138) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsvorrichtung (148) mehrere Bewegungspfade (158) umfasst, längs welcher die Faserspender (146) bewegbar sind.
12. Vorrichtung (138) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (138) mehrere relativ zu dem Wickelkern (142) bewegbare Niederhalter (152) umfasst.
13. Vorrichtung (138) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelelemente (144) matrixförmig angeordnet sind.
14. Vorrichtung (138) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkern (142) mehrere Eckelemente (162), mehrere Randelemente (164) und mindestens ein Innenelement (166) umfasst.
15. Vorrichtung (138) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wickelelementen (144) Faserkanäle (156) gebildet sind, welche sich im Wesentlichen linear durch den gesamten Wickelkern (142) hindurch erstrecken.
16. Vorrichtung (138) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wickelelementen (144) Faserkanäle (156) gebildet sind, wobei mindestens zwei Faserkanäle (156) im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind und/oder wobei mindestens zwei Faserkanäle (156) im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Hierzu 23 Blatt Zeichnungen