AT510694B1 - Modul zum halten von mindestens einer hülse - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modul (1) zum Halten von mindestens einer Hülse (17) in einer Aussparung, wobei es zwei Seitenflächen (2, 3), eine obere (4) und eine untere (5) Oberfläche und mindestens eine Endoberfläche (6) aufweist, wobei die oberen (4) und unteren (5) Oberflächen von verschiedener Breite bzw. Bögen in ihrem Querschnitt sind, und die Seitenflächen (2, 3) von gleicher Höhe sind, und wenn es an ein zweites Modul (8), welches gegebenenfalls ebenfalls mindestens eine Hülse (17) halten kann, durch seine Seitenflächen (3, 9) gekoppelt ist, die Summe des Winkels (a) zwischen der gegebenenfalls imaginären ebenen Seitenfläche (12) des einen Moduls (1) und der Tangente (10) an seine obere Oberfläche (4) am Schnittpunkt (A) mit der Seitenfläche (3) und des Winkels (ß) zwischen der gegebenenfalls imaginären ebenen Seitenfläche (13) des anderen Moduls (8) und der Tangente (11) an seine obere Oberfläche (15) am Schnittpunkt (B) mit der Seitenfläche (9) mindestens 180 Grad ist und/oder eine Vielfalt an Modulen (1), gegebenenfalls wenn sie die Hülsen (17) halten, mindestens einen Abschnitt eines kreisförmigen Rings oder einen vollständigen kreisförmigen Ring bilden.

Description

österreichisches Patentamt AT510 694 B1 2012-06-15

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modul zum Halten von mindestens einer Hülse, wobei das Modul zwei Seitenflächen, eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche und mindestens eine Endoberfläche aufweist, wobei die obere Oberfläche und untere Oberfläche von verschiedener Breite bzw. Bögen in ihrem Querschnitt sind, und die Seitenflächen von gleicher Höhe sind, und wenn es an ein zweites Modul mittels seiner Seitenflächen gekoppelt ist, welches zweite Modul gegebenenfalls ebenfalls mindestens eine Hülse halten kann, die Summe des Winkels zwischen der gegebenenfalls imaginären ebenen Seitenfläche des einen Moduls und der Tangente an seine obere Oberfläche am Schnittpunkt mit der Seitenfläche und des Winkels zwischen der gegebenenfalls imaginären ebenen Seitenfläche des anderen Moduls und der Tangente an seine obere Oberfläche am Schnittpunkt mit der Seitenfläche mindestens 180 Grad ist und/oder eine Vielfalt an Modulen, gegebenenfalls wenn sie die Hülsen halten, mindestens einen Abschnitt eines kreisförmigen Rings oder einen vollständigen kreisförmigen Ring bilden, wobei das Modul weiters mindestens eine geradlinige Aussparung aufweist, welche sich von der einen Endoberfläche in Richtung des anderen Endes des Moduls erstreckt, wobei besagte Aussparung angepasst ist, um die Hülse zu halten.

[0002] Die großen Windturbinenblätter von heute und in der Zukunft erfordern ein sicheres und verlässliches „Wurzelende", um sicher an die Nabe der Windturbine montiert zu werden. Das Wurzelende muss stark sein und hohe gleichförmige Herstellungsqualität besitzen, um sichere und verlässliche Lastübertragung vom Blatt zur Nabe sicherzustellen, wenn die Turbine starkem Wind und daher starken Lasten sowohl im Betrieb ausgesetzt ist, als auch wenn sie wegen starker Windgeschwindigkeiten (üblicherweise über 25 m/Sek.) gestoppt ist. Ferner wird eine qualitativ hochwertige und starke, leichtgewichtige, leicht herzustellende Lösung vorteilhaft sein, wenn es um die großen Windturbinenblätter geht, welche für die Zukunft von noch größeren Turbinen entwickelt werden.

[0003] Heutige Windturbinenblätter sind abhängig von Lieferanten mit verschiedenen Wurzelkonzepten ausgestattet, entweder gut bekannten Konzepten oder eigenen entwickelten und patentierten Konzepten, welche sich im Entwurf, den Herstellungsprozessen und dem zum Herstellen der Wurzelabschnitte verwendeten Material unterscheiden. Einige sind sehr schwer und erfordern großen Materialverbrauch zur Herstellung, während andere bezogen auf Materialverbrauch optimiert sind, was zu verringertem Gewicht des Wurzelabschnitts führt. Ferner sind einige Konzepte bezogen auf die Herstellung sehr anspruchsvoll, da zu verarbeitende Materialmengen, Anzahl an folgenden Verarbeitungsvorgängen zur Herstellung des Wurzelabschnitts und manuelle Arbeit sehr umfangreich sind.

[0004] Je nach Entwurf und Herstellungsprozess ist die Qualität der Wurzelabschnitte durch die Lastübertragung des verwendeten Materials, ferner durch die Qualität der durch den Herstellungsprozess erzeugten Grenzflächen und das Material, welches für die Übertragung der Last zwischen verschiedenen Komponenten und Materialien verantwortlich ist, begrenzt. Die meisten der verwendeten Materialkombinationen sind Stahl, Klebstoff und/oder Laminate, also Infusi-ons- und Prepreg-Material.

[0005] Im Allgemeinen sind die kritischsten Materialgrenzflächen in Wurzelabschnitten z.B. für verbundene (Klebstoff) und laminierte Lösungen die Klebverbindung zwischen den Stahlhülsen und Blatt/Wurzellaminat, oder die Laminatgrenzfläche in direktem Kontakt mit der Stahlhülse, oder für mechanische Lösungen der Bereichsdruck und die Lastübertragung durch die verbleibende Blattwurzelstruktur hindurch nach Bohren der Löcher für den Querbolzen (Stahl) und den Gewindebolzen (Stahl) zur Montage an die Nabe.

[0006] Die mechanischen Eigenschaften der zu verbindenden verwendeten Materialien sind der limitierende Faktor für die verbundene Grenzfläche, welche ferner von der Festigkeit des Klebstoffs selbst, der Festigkeit der anderen zu verbindenden angrenzenden Materialien, Klebefläche und zu verbindender Geometrie, Klebfilmdicke, Sauberkeit der zu verbindenden Oberflächen und der Fähigkeit des Klebstoffs abhängen, an Materialien zu haften. 1 /17 österreichisches Patentamt AT510 694B1 2012-06-15 [0007] Der Prozess zum Erreichen der richtigen Qualität der Grenzfläche ist wesentlich für die Qualität und die mechanische Leistung der verbundenen Grenzfläche. Ferner sollte der Prozess gleichförmige Prozessqualität durch den Herstellungsprozess hindurch sicherstellen, was für serielle Herstellung von Wurzelabschnitten erforderlich ist. Das am meisten verwendete Konzept befasst sich mit komplexen Prozessen, die wegen ihrer Komplexität Grenzflächenversagen wegen unzureichender Verbindung von Bestandteilen ergeben könnten. Um dies zu vermeiden, werden die meisten verbundenen Grenzflächen mit relativ hohen Sicherheitsmargen berechnet, um Prozesstoleranz vorzusehen.

[0008] Im Allgemeinen werden die meisten dieser Prozesse an fertigen großen Unterkomponenten und in einigen Fällen vollständig verarbeiteten Blättern durchgeführt, was im Fall von Prozessversagen hohe Kosten in dem Fall verursacht, dass es notwendig wird, den Bestand-teil/das Blatt wegzuwerfen. Alternativ ist starke und teure Reparatur von Bestandteilen/Blättern wegen unannehmbar hohen Kosten erforderlich, falls wegen Versagen weggeworfen wird. Viele Faktoren haben einen Einfluss auf die Qualität von Klebeverbindungen. Darunter sind die Qualität von hergestellten zu verklebenden Oberflächen, injizierte/applizierte Menge an Klebstoff, richtige Positionierung der Hülse in dem zu verklebenden Loch/Klebstoff, Temperatur und Feuchtigkeit, Härtungszykluskontrolle wenn an großen Unterkomponenten oder ganzen Blättern durchgeführt, Rauheit/Glätte und Sauberkeit der zu laminierenden Stahlhülse, Drapierbarkeit der Lagen, welche die Stahlhülsen verkleiden, oder unzureichendes Vakuum, um verklebte Bestandteile durch den ganzen Prozess hindurch zu konsolidieren.

[0009] Die Verfahren von heute haben ziemlich umfangreiche Verfahrensschritte, welche in einigen Fällen ziemlich zeitaufwändig und anspruchsvoll für Arbeit und Werkzeug sind. Ferner sind einige dieser Prozesse von Komponentengröße abhängig, welche schwierig zu handhaben ist, was gut organisierte Infrastruktur, als auch richtige Handhabungsausrüstung erfordert.

[0010] Ferner ist Härtedruck, um mögliche Konsolidierungsprobleme zu überwinden, auf solche Bestandteile diesbezüglich wegen der Größe und der Notwendigkeit von kostengünstigen Bestandteilen für Windblätterherstellung unrealistisch.

[0011] Das Europäische Patent EP-1633624-B1 offenbart ein Verfahren der Herstellung eines Wurzelblatts mit vollständig befestigten Einsatzhülsen mit einem inneren Gewinde zum Montieren von Bolzen für lösbare Anbringung an eine Nabe einer Windturbine. Der Verlängerungsabschnitt der Einsatzhülse kann abgefast sein, um einen sich graduell verjüngenden Querschnitt und damit graduell erhöhte Flexibilität des Verlängerungsabschnitts zur Spitze des Blatts hin vorzusehen. Die Hülsen sind vorzugsweise metallisch und der Teil, um sie an die Nabe zu montieren, ist vorzugsweise zylindrisch. Die Blattwurzel ist im Wesentlichen kreisförmig und besteht aus zwei Teilen von halbkreisförmigen Querschnitten. Eine Halterung, z.B. aus Schaummaterial gemacht, welche eine Anzahl an Aussparungen zur Aufnahme der Hülsen aufweist, wird auf eine Fasermatte in einer Form platziert. Nach Auskleiden der Halterung mit mindestens einer Schicht Fasermatte werden die Hülsen in die Aussparung platziert und an eine Wurzelplatte zu ihrer korrekten Positionierung fixiert. Durch Härten der Matten werden die Hülsen in der laminierten Blattwurzelkonstruktion verklebt und die Wurzelplatte wird von den Hülsen gelöst.

[0012] Die US-Patentanmeldung US-2009/0148655-A1 offenbart ein vorgefertigtes Halbprodukt zur Verwendung in der Herstellung eines faserverstärkten Verbundteils einer Windturbine, welches eine Anzahl an Einlegungen, befestigt an einer Fasermatte mit fixierter Position umfasst. Die Einlegungen sind karottenförmig zum Befestigen des endgültigen faserverstärkten Verbundteils an andere Teile der Windturbine oder schließen diese zumindest ein.

[0013] Alternativ können die Einlegungen Befestigungsmittel wie Hülsen sein oder zumindest enthalten. Diese Einlegungen sind an die Fasermatte in festen Positionen zueinander befestigt, z.B. durch Verleimung während der Herstellung des faserverstärkten Verbundteils. Zum schließ-lichen Laminieren des faserverstärkten Verbundteils wird das Halbprodukt in eine dreidimensionale Form gelegt. 2/17 österreichisches Patentamt AT510 694B1 2012-06-15 [0014] Ein Produkt, welches als Grundmaterial zum Bilden eines geformten Produkts verwendbar ist, wird in EP-1134314-B1 offenbart. Ein Verbundzwischenprodukt hat einen durch Harz eingekapselten faserförmigen Bogen von konstanter Masse und Dicke, der relativ flexibel ist und dessen Fasern wenig zusammen gehaftet sind. Der Bogen hat überlagerte Schichten aus willkürlich ausgerichteten Fasern. Die Schichten sind nur zusammen befestigt, wo sie einander berühren. Bilden des obigen Produkts schließt Ablegen einer Schicht mit einem hohen Prozentsatz an Fasern, eingekapselt in Harz, Machen von parallelen Schnitten in die Schicht, um Segmente zu bilden, willkürlich Anordnen der Segmente, und dann die Segmente dazu bringen, aneinander zu haften, wo sie Kontakt haben, ein.

[0015] Aus der US 2010/158661 A1 sind vorgefertigte Abschnitte bekannt, die an der äußeren Oberfläche einer kreisförmigen Blattwurzel zu deren Verstärkung angeordnet sind, beispielsweise durch Verkleben. Diese Abschnitte können Befestigungselemente, beispielsweise Metallhülsen mit Innengewinde umschließen, oder die Befestigungselemente können zylindrische Durchgänge für die Aufnahme von Bolzen, Stäben oder Rohren sein. Die Metallhülsen sind zylindrischer Struktur und werden innerhalb eines jeweiligen Abschnittes angeordnet.

[0016] Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des oben erwähnten Stands der Technik zu überwinden und verbesserte, optimierte und erhöhte Last tragende kritische Teile in Windturbinenwurzelabschnitten hinsichtlich mechanischer Lastübertragung vorzusehen, sowie eine einfache, zeit- und energieeffiziente Herstellung der kritischen Teile und einen einfachen Zusammenbau des Wurzelabschnittes zu ermöglichen.

[0017] Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die Aussparung Teil eines Kreises oder rechteckig ist. Die Verwendung von Modulen, welche Hülsen aufweisen, für Windblattwurzelenden unter Verwendung von Glas/Kohlenstoff HexMC®, unidirektionalen Geweben oder Prepregs oder Ähnlichem (entweder kombiniert oder als einzelne Produkte), ermöglicht es den Grenzflächen-kritischen Teilen des Wurzelabschnitts in kleinere Bestandteile herunter „gebrochen" zu werden, um so unter kontrollierten Prozessbedingungen verarbeitet zu werden. Insbesondere durch Formen der Hülsen unter Druck von z.B. 1 bis 200 Bar wird die Hülsen-Laminatmaterial-Grenzflächenkonsolidierung verbessert und mechanische Eigenschaften von Grenzflächen-kritischen Bestandteilen werden verbessert. Der Formgebungsprozess kann automatisiert sein, um gleichförmige und konsistente Komponenten von hohem Qualitätsgrad unabhängig von den Fähigkeiten manueller Arbeit auszubilden. Ferner kann Qualitätskontrolle von Lastübertragungkritischen Teilen vor Montage in Wurzelabschnitte durchgeführt werden, um so mögliche Reparatur oder Wegwerfen von Wurzelabschnitten oder sogar Blättern zu vermeiden, falls ein Hersteller die Wurzeln nach Herausnehmen des ganzen Blatts aus der Form verarbeitet. Die Module fungieren als Bausteine für die Wurzelabschnittherstellung. Wegen ihrer Form erleichtern sie den Herstellungsprozess und stellen zur gleichen Zeit sicher, dass die gehärteten und aus der Form genommenen Wurzelabschnittblätter alle notwendigen Wurzelbestandteile einschließen, was nur Schnitt und Schleifen nach Herausnehmen aus der Form erfordert.

[0018] Ferner können durch herunter Brechen des Wurzelabschnitts in kleinere Bestandteile (die Module) zeitaufwändige Arbeitsgänge an Last-kritischen Teilen neben der Wurzelabschnittproduktion angeordnet (parallele Fertigung) hergestellt werden.

[0019] Herunter Brechen von Wurzelabschnitten ermöglicht es zur gleichen Zeit Last-kritischen Teilen, in automatisierten Prozessen hergestellt zu werden, was zu gleichförmigen und in hoher Qualität produzierten Bestandteilen führt. Einfluss von Mangel an handwerklichen Fähigkeiten werden minimiert/beseitigt. Formen des Stahleinsatzes erlaubt zur gleichen Zeit geometrische Veränderungen der häufig runden Achsengeometrie (Billigstahllösung), um so optimaler den Wurzel-Lay-Up (Bausteine) anzupassen, um es so einfach zu halten und um dadurch Lay-Up-Zeit zu verringern, was wiederum zu erhöhtem Formdurchsatz führt. Die Form der Module erlaubt Optimierungen hinsichtlich Zusammenmontieren der Module und für verschiedene Hülsengeometrien. Die beiden Seitenflächen sind nicht auf ebene Form beschränkt und auch der Wert des Radius der oberen und unteren Oberflächen wenn in einem Querschnitt betrach- 3/17 österreichisches Patentamt AT510 694B1 2012-06-15 tet, ist nicht beschränkt, so dass sogar ebene Oberflächen innerhalb des Umfangs dieser Erfindung sind. Das Modul weist mindestens eine Endoberfläche auf, um an weitere Bestandteile der Windturbine gekoppelt zu werden. Die Module sind beabsichtigt, durch ihre Seitenflächen gekoppelt zu werden, wobei Module, welche keine, eine oder mehr als eine Hülse aufweisen, in jeder Abfolge, welche als vorteilhaft angesehen wird, gekoppelt werden können. Durch Koppeln von Modulen wird eine Struktur aufgebaut, welche mindestens einen Teil eines Wurzelendes einer Windturbine repräsentiert. Dies kann erzielt werden, wenn die Winkel zwischen den Seitenflächen von aneinander grenzenden Modulen und ihren oberen Oberflächen bestimmte Anforderungen erfüllen. Falls die Seitenflächen eben oder mindestens im Wesentlichen eben sind, was bedeutet, dass zwischen ihrem oberen und unteren Ende die Ebenheit unterbrochen sein kann, kann der Winkel zwischen dieser Seitenfläche und der oberen Oberfläche leicht durch Anbringen einer Tangente an die obere Oberfläche an der Kante mit der Seitenfläche bestimmt werden. In diesem Fall ist es erforderlich, dass die Summe dieser Winkel von zwei zusammen gekoppelten Modulen 180 Grad beträgt. Falls die Seitenflächen eine andere Form als eine ebene Form haben, kann der Winkel zwischen einer imaginären Ebene, welche das obere und untere Ende der Seitenfläche verbindet, und einer Tangente an die obere Oberfläche an der Kante mit der Seitenfläche bestimmt werden. Wie unten weiter erläutert werden wird, beträgt die Summe dieser Winkel von zwei zusammen gekoppelten Modulen in diesem Fall mindestens 180 Grad. Eine Vielfalt an Modulen, welche diese Anforderungen an die Winkel erfüllen, welche keine, eine oder mehr als eine Hülse beherbergen, können (sind aber nicht darauf begrenzt) mindestens einen Abschnitt eines kreisförmigen Rings oder einen vollständigen kreisförmigen Ring bilden, welcher ein Wurzelende einer Windturbine repräsentiert, wenn zusammen gekoppelt. Bauen von mindestens einem Abschnitt eines kreisförmigen Rings oder eines vollständigen kreisförmigen Rings, welcher ein Wurzelende einer Windturbine repräsentiert, kann gemäß der Erfindung auch durch Koppeln von Modulen erreicht werden, welche keine, eine oder mehr als eine Hülse beherbergen, die diese Anforderungen bezüglich der Winkel nicht erfüllen. Es ist wichtig, dass eine Wurzelstruktur durch Zusammenfügen von Modulen mit unterschiedlicher Form gebaut werden kann, insbesondere können Module, welche die oberen Anforderungen an die Winkel erfüllen, mit Modulen gemischt werden, die diese Anforderungen nicht erfüllen. Es ist ferner wichtig anzumerken, dass sich die Form der Wurzelstruktur von der eines kreisförmigen Rings unterscheiden kann.

[0020] Das Modul weist mindestens eine geradlinige Aussparung auf, welche sich von der einen Endoberfläche in Richtung des anderen Endes des Moduls erstreckt, welche Aussparung angepasst ist, um die Hülse zu halten. Die Aussparung sieht sichere und stabile Unterbringung der Hülse vor. Sie ist daher an die äußere Oberfläche der Hülse angepasst. Die Aussparung kann durch das gesamte Modul hindurch vorgesehen werden, was bedeutet von der einen Endoberfläche zum anderen Ende des Moduls. Falls sie alternativ innerhalb des Moduls endet, bildet dieses Ende einen inneren Anschlag zum Einführen der Hülse, was Positionieren der Hülse in ihrer Längsrichtung vereinfacht. Die Erfindung ist nicht auf nur eine Aussparung, bzw. Hülse pro Modul beschränkt. Insbesondere verringern mehrere Hülsen pro Modul die Anzahl an Modulen, welche zum Bauen des Wurzelendes mit einer bestimmten Anzahl an Hülsen erforderlich sind, und vereinfachen dadurch den Bauprozess. Die Hülsen können aus Metall gemacht sein, z.B. Stahllegierungen, ohne darauf begrenzt zu sein. Es gibt keine Notwendigkeit für Vorsprünge oder Vertiefungen an ihrer äußeren Oberfläche, um ausreichende Anhaftung mit dem Modul zu erreichen, da dies durch den Härteprozess garantiert wird.

[0021] Die Aussparung ist im Wesentlichen kreisförmig, Teil eines Kreises oder rechteckig. Diese Form erlaubt Unterbringung von entsprechend zylindrisch geformten Hülsen oder mit rechteckigem Profil, oder um einen Teil der Hülse in die Aussparung zu platzieren. Die Erfindung sollte jedoch nicht auf spezifische Aussparungsformen beschränkt sein. Elliptische oder allgemein polygonale Querschnitte sind ebenfalls innerhalb des Umfangs dieser Erfindung.

[0022] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind nicht Winkel nicht-gleich. Diese Ausführungsform kann sowohl auf den Fall von ebenen oder mindestens im Wesentlichen ebenen Seitenflächen angewendet werden, als auch auf Seitenflächen, wel- 4/17 österreichisches Patentamt AT510 694B1 2012-06-15 che eine imaginäre Ebene zur Bestimmung des Winkels erfordern wie oben beschrieben. Ein anderer Winkel als 90 Grad vergrößert die Seitenflächen, durch welche die Module gekoppelt werden, und verbesserte daher ihre Bindungsfähigkeiten und dadurch die Festigkeit des endgültigen Wurzelendes. Um den kreisförmigen Ring herzustellen, werden Module von unterschiedlicher Form alternierend angeordnet, so dass ein Modul mit breiter oberer Oberfläche an ein Modul mit schmaler oberer Oberfläche stößt. In diesem Fall sind mindestens zwei verschiedene Formen von Modulen zum Bilden des kreisförmigen Rings erforderlich.

[0023] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Aussparung an einer oder an jeder der Seitenflächen des Moduls angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist die Hülse zwischen angrenzenden Modulen angeordnet. In diesem Fall kann das Modul hergestellt werden, ohne die Hülse darin vorab platzieren zu müssen, wodurch die Hülse weniger thermischer Belastung ausgesetzt wird und so auch Energiekosten verringert werden können. Die Hülse wird danach während der Zusammenfügung der Module eingefügt. Hülsen können nur an einer Seite eines Moduls angeordnet sein, was vorteilhaft ist, wenn die andere Seite dieses Moduls an ein Modul ohne eine Aussparung an dieser Seitenfläche stößt.

[0024] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Radius der Aussparung größer als die Hälfte der Höhe des Moduls. Durch Anwenden einer solchen Aussparung kann eine Hülse so zwischen angrenzende Module angeordnet sein, dass die Seitenflächen dieser Module einander nicht kontaktieren, da der Durchmesser der Hülse größer als die Dicke (Entfernung zwischen oberer und unterer Oberfläche) der Module ist. Diese Ausführungsform erlaubt die Verwendung von Hülsen mit größerem Durchmesser ohne Notwendigkeit, die Dicke der Module entsprechend zu erhöhen, wodurch Material und Kosten gespart werden. Wieder sind die Hülsen nicht auf kreisförmigen Querschnitt beschränkt. Da im Allgemeinen die Seitenflächen eines solchen Moduls nicht eben sind, wird eine imaginäre Ebene, welche das obere und untere Ende der Seitenfläche verbindet, verwendet, um den Winkel zwischen der Seitenfläche und einer Tangente an die obere Oberfläche an der Kante mit der Seitenfläche zu bestimmen.

[0025] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Aussparung zwischen den Seitenflächen und den oberen und unteren Oberflächen des Moduls angeordnet. Demgemäß ist die Hülse vollständig innerhalb des Moduls untergebracht, was besonders starke Verankerung der Hülse vorsieht. Ein nachfolgender Verfahrensschritt zum Einführen der Hülse nach Härten des Moduls kann daher weggelassen werden. Es können mehr als eine Aussparung/Hülse innerhalb eines Moduls vorgesehen werden.

[0026] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Modul mindestens zwei Teile aufweist. Es wird bevorzugt, dass die Aufteilung so durchgeführt wird, dass die Einfügung und korrekte Positionierung der Hülsen in dem Modul vereinfacht wird. Die einzelnen Teile werden durch den Härtungsprozess zusammengefügt. Es wird besonders bevorzugt, dass das Modul 2, 3 oder 4 Bestandteile aufweist.

[0027] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Modul horizontal in Längsrichtung in einen oberen Teil und einen unteren Teil aufgeteilt, und die Aussparungen befinden sich an den entsprechenden Kontaktflächen des oberen und des unteren Teils. Die Trennungsebene zwischen oberem und unterem Teil erstreckt sich durch die Aussparungen. Dies erlaubt vereinfachtes Platzieren von Hülsen in die eine oder mehreren Aussparungen in dem unteren Teil des Moduls vor Platzieren seines oberen Teils. Wieder kann unnötiges Erhitzen der Hülsen durch zuerst Härten der Teile des Moduls und danach Platzieren der Hülsen vermieden werden.

[0028] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich die Breite der oberen Oberfläche des unteren Teils von der Breite der unteren Oberfläche des oberen Teils des Moduls. Wegen dieser verschiedenen Breiten werden die Seitenflächen, welche die Kontaktflächen von angrenzenden Modulen sind, vergrößert. Eine Zickzackform, insbesondere eine Sägezahnform der Seitenflächen des zusammengefügten Moduls kann 5/17 österreichisches Patentamt AT510 694 B1 2012-06-15 angewendet werden. Dies führt sowohl zu verbesserter Anhaftung zwischen angrenzenden Modulen, als auch verbesserter Festigkeit des endgültigen Wurzelendes. Die Breite der oberen Oberfläche des unteren Teils kann entweder größer oder kleiner sein als die Breite der unteren Oberfläche des oberen Teils. Die Winkel zwischen den Seitenflächen von oberen oder unteren Teilen und der Tangente an die obere Oberfläche können sich in dieser Ausführungsform von den jeweiligen Winkeln in dem Fall unterscheiden, wo die Breiten gleich sind. Daher wird eine imaginäre Ebene, welche das obere und untere Ende der Seitenfläche des zusammengefügten Moduls verbindet, verwendet, um den Winkel zwischen der Seitenfläche und einer Tangente an die obere Oberfläche an der Kante mit der Seitenfläche zu bestimmen.

[0029] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Modul parallel zur einen Endoberfläche in einen vorderen Teil und einen hinteren Teil geteilt. Diese Ausführungsform erlaubt Platzieren des hinteren Teils zuerst, um einen Anschlagteil für den vorderen Teil in Längsrichtung des Moduls zu bilden und dadurch die Anordnung des vorderen Teils zu vereinfachen. Die Ausführungsform ist weder auf eine Aussparung im hinteren Teil beschränkt, noch auf einen hinteren Teil, welcher in Richtung auf sein Ende gegenüber dem vorderen Teil abgeschrägt ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Modul 3 Teile auf, also einen hinteren Teil und einen oberen und einen unteren vorderen Teil. Nach Platzieren des hinteren Teils, welcher einen Anschlagteil für den unteren vorderen Teil darstellt, können die Hülsen in die Aussparung des unteren vorderen Teils eingefügt werden und schließlich kann der obere vordere Teil positioniert werden.

[0030] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Modul ein Gemisch aus Fasern enthält, welche willkürlich in verschiedenen Richtungen angeordnet sind, und ein wärmehärtbares Harzmaterial. Diese Fasern und das Harz können z.B. durch das Produkt HexMC® bereitgestellt werden, welches exklusiv durch Hexcel Corporation bereitgestellt wird, welcher ein formbarer Schichtwerkstoff (sheet-moulding compound) ist, welcher spezifisch für Formpressen von komplexen Formen entworfen wurde. Die Epoxymatrix und der hohe Faservolumengehalt dieses Produkts sind zum Einformen der Hülsen besonders geeignet. Durch Platzieren der Hülsen zwischen mehrere Schichten dieses Bogenmaterials kann zeitaufwändiges Schneiden von Prepreg oder Trockenfaserlagen in zahlreiche kleine Stücke vermieden werden. Die Struktur wird dann für Pressformung mit bis zu z.B. 200 Bar angewendet und stellt daher eine qualitativ hochwertige Stahl-Laminat-Grenzfläche dar, während nach Stand der Technik der Druck im Wesentlichen auf 1 Bar beschränkt ist. Eine beispielhafte Temperaturbandbreite für das Formgebungsverfahren ist etwa zwischen 30 und 250°C. Jedoch soll angemerkt werden, dass willkürlich ausgerichtete Fasern auch mit jeden anderen geeigneten Fasern wie unidirektionalen oder multiachsialen Fasern gemischt sein können.

[0031] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Harzmaterial mindestens teilweise gehärtet ist. Die Hülsen können in oder zwischen die Module platziert werden ohne die Notwendigkeit von vollständig gehärteten Modulen. Wegen dem Vorhärten des Materials, welches in den Modulen enthalten ist, kann die exotherme Reaktion während der Härtung des Wurzelabschnitts, welcher die Module enthält, verringert werden. Es gibt weniger reaktives Material in der Form verglichen mit dem Stand der Technik, was verringerte Härtungszeit und höheren Formdurchsatz ergibt.

[0032] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Module zum Bauen eines Wurzelendes zum Montieren von Windblättern an die Nabe einer Windturbine verwendet werden. In einem beispielhaften Herstellungsverfahren wird eine äußere Laminathaut der Wurzel auf eine Formoberfläche positioniert, auf welche die geformten Module und Stahlhülsen genau positioniert und in der Wurzelform fixiert werden. Oben auf die Module wird eine innere Laminathaut der Wurzel positioniert. Diese Anordnung wird in Vakuum gehärtet, um die Materialgrenzflächen zu konsolidieren. Schließlich ist der aus der Form genommene, geschnittene und geschliffene Wurzelabschnitt fertig, um in einer Windturbine verwendet zu werden. Die Anzahl an Modulen, welche zusammengefügt werden, kann innerhalb einer großen Bandbreite z.B. von 50 bis 300 variieren. Geeignete Mate- 6/17 österreichisches Patentamt AT510 694 B1 2012-06-15 rialien für die äußere Laminathaut der Wurzel und innere Laminathaut der Wurzel sind trockene Fasern oder Prepreg-Materialien. Das Harz, welches verwendet wird, um die Module, als auch äußere und innere Laminathaut zusammen zu fügen, kann Epoxy, Phenol-, Vinylester, Polyester oder jedes andere Harz umfassen, welches zum Herstellen von Windblättern geeignet ist.

[0033] Wegen dieser Art Bausteinsystem ist die Wurzel-Lay-Up-Zeit signifikant auf unter z.B. 50% reduziert, verglichen mit den Wurzelherstellungsverfahren nach Stand der Technik. Ferner ist die Handarbeit für Wurzel-Lay-Up reduziert, was einen höheren Formdurchsatz ergibt. Es ist eine wichtige Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik, dass die Herstellung der Module durch ein Verfahren durchgeführt werden kann, welches hohe Präzision und daher enge Toleranzen von geformten Geometrien erlaubt. Dies ergibt verbesserte Grenzflächen zwischen Hülsen und Modulen, als auch zwischen Modulen, und gleiche produzierte Qualität von endgültigen Wurzelabschnitten.

[0034] Im Folgenden wird die Erfindung detaillierter durch bevorzugte Beispiel-Ausführungsformen, veranschaulicht in den Zeichnungen, erläutert, auf welche sie jedoch nicht begrenzt ist. Im Detail ist: [0035] Fig. 1 [0036] Fig. 2 [0037] Fig. 3 [0038] Fig. 4 [0039] Fig. 5 [0040] Fig. 6 [0041] Fig. 7 [0042] Fig. 8 [0043] Fig. 9 [0044] Fig. 10 [0045] Fig. 11 [0046] Fig. 12 [0047] Fig. 13 eine schematische Querschnittansicht eines Moduls; eine schematische Ansicht von zwei aneinander grenzenden Modulen; eine schematische Ansicht von zwei getrennten Modulen, welche imstande sind, mit teilweise ebenen Seitenflächen zusammengefügt zu werden; eine schematische Ansicht von zwei getrennten Modulen, welche imstande sind, mit vollständig nicht-ebenen Seitenflächen zusammengefügt zu werden; eine schematische Ansicht von Modulen, welche zusammengefügt sind, um eine vollständige kreisförmige Ringstruktur zu bilden; eine schematische Ansicht von zwei aneinander grenzenden Modulen mit verschiedenen Winkeln zwischen ihren oberen Oberflächen und ihren aneinander grenzenden Seitenflächen; zeigt ein Modul mit Aussparungen und einem Anschlagteil; zeigt eine Hülse; ist eine schematische Ansicht von einem Modul mit einer verschieden geformten Aussparung; zeigt eine Anordnung von Modulen und Hülsen; zeigt obere und untere Teile eines Moduls; zeigt ein Modul mit verschiedenen Breiten von oberen und unteren Oberflächen von unteren und oberen Teilen; zeigt eine weitere Ausführungsform eines Moduls mit verschiedenen Breiten von oberen und unteren Oberflächen von unteren und oberen Teilen; [0048] Fig. 14 zeigt ein Modul, getrennt in vorderen und hinteren Teil; [0049] Fig. 15 zeigt eine Explosionsansicht eines Abschnitts einer Wurzelstruktur; [0050] Fig. 16 zeigt einen vollständigen Wurzelabschnitt.

[0051] Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines Moduls 1 mit zwei Seitenflächen 2 und 3, einer oberen Oberfläche 4 und einer unteren Oberfläche 5 und einer Endoberfläche 6. Die Seitenflächen 2 und 3 sind von gleicher Höhe und die oberen und unteren Oberflächen 4 und 5 sind von verschiedenen Breiten und können Bögen sein, ohne hierauf begrenzt zu sein. Das Modul 1 weist eine Aussparung 7 auf. Das Modul 1 kann an ein angrenzendes Modul 8 durch Seitenflächen 3 und 9, gezeigt in Fig. 2, gekoppelt sein. Die Seitenflächen der Module können eben, größtenteils eben oder vollständig uneben sein. Eine Ausführungsform von größtenteils ebenen 7/17 österreichisches Patentamt AT510 694 B1 2012-06-15

Seitenflächen von Modulen wird insbesondere in Figur 3 gezeigt. Sowohl die Seitenfläche 3 von Modul 1, als auch die Seitenfläche 9 von Modul 8 enthalten Aussparungen, welche jedoch, da sie sich nicht über die vollständige Seitenfläche erstrecken, Bestimmung eines Winkels a, bzw. ß zu den Tangenten 10, bzw. 11 an ihren oberen Oberflächen 4, 15 erlauben. Die Tangenten 10, bzw. 11 sind an den Schnittpunkten A, bzw. B der oberen Oberflächen mit den jeweiligen Seitenflächen 3, 9 der Module platziert. Wie deutlich gesehen werden kann ist die Summe der Winkel α und ß 180°.

[0052] Aussparungen, welche sich über die Seitenflächen eines Moduls hinaus erstrecken, verursachen Seitenflächen, welche nicht vollständig eben sind, wie in Fig. 4 gezeigt. Um den Winkel zwischen den Seitenflächen und den Tangenten an den oberen Oberflächen der Module zu bestimmen, kann eine imaginäre Ebene 12, 13 an den Seitenflächen 3, 9 insbesondere zwischen den Punkten A und C und zwischen den Punkten B und D wie in Fig. 4 gezeigt gezogen werden. Als Folge der geometrischen Beziehungen insbesondere wegen der verschiedenen Durchmesser von unteren 5 und oberen Oberflächen 4 der Module 1,8 und den vollständig nichtebenen Seitenflächen 3, 9 erhöht sich der Winkel α und ß zwischen der imaginären Ebene 12, 13 und der jeweiligen Tangente an der oberen Oberfläche 4, 15 von jedem Modul 1, 8 über 90° hinaus. Daher kann die Summe der Winkel α und ß der beiden Module, verbindbar durch eine Hülse mit einem größeren Durchmesser als die Höhe der Module, mehr als 180° sein.

[0053] Zum Bauen von mindestens einem Abschnitt einer kreisförmigen Ringstruktur oder einer vollständigen kreisförmigen Ringstruktur wie in Fig. 5 gezeigt werden die Module mittels ihrer Seitenflächen gekoppelt. Obwohl Fig. 5 eine Zusammenfügung von Modulen mit jeweils zwei Aussparungen 7 zeigt, ist die Erfindung nicht auf eine Zusammenfügung von Modulen mit der gleichen Anzahl an Hülsen begrenzt. Insbesondere kann ein Modul an ein angrenzendes Modul mit keiner oder einer anderen geeigneten Anzahl an Hülsen gekoppelt sein.

[0054] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Winkel α und ß nicht-gleich sein, wie in Fig. 6 gezeigt, was Seitenflächen mit erhöhter Größe erlaubt, wie gesehen werden kann. Sowohl die Seitenflächen 2 und 3 von Modul 1, als auch die Seitenflächen 9 und 14 von Modul 8 sind bezogen auf die Darstellung in Fig. 3 verschieden geneigt. Dennoch wird der Winkel α zwischen der Tangente 10 an der oberen Oberfläche 4 von Modul 1 und seiner Seitenfläche 3 bestimmt und der Winkel ß wird zwischen der Tangente 11 an der oberen Oberfläche 15 von Modul 8 und seiner Seitenfläche 9 bestimmt. Die Module 1 und 8 haben eine verschiedene Form, um durch Koppeln der Seitenflächen 3, 9 der Module 1,8 eine Ringstruktur zu bilden.

[0055] Die mindestens eine geradlinige Aussparung in einem Modul 1 erstreckt sich von seiner Endoberfläche 6 in Richtung des anderen Endes von Modul 1. Für vereinfachte Positionierung der Hülse 17 in Längsrichtung von Modul 1 kann ein Anschlagteil 16 vorgesehen werden, wie in Fig. 7 gezeigt. Obwohl das veranschaulichte Modul 1 einen abgeschrägten Endabschnitt zeigt, ist die Erfindung nicht auf Module dieser Form beschränkt. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann die Aussparung auch durch die gesamte Länge des Moduls führen.

[0056] Ein Beispiel für eine Hülse 17, um in eine Aussparung 7 des Moduls 1 eingefügt zu werden, wird in Fig. 8 gezeigt. In dieser Darstellung hat die Hülse 17 eine im Wesentlichen zylindrische äußere Oberfläche. Demgemäß hat eine Aussparung, welche zum Aufnehmen solch einer Hülse geeignet ist, einen kreisförmigen Querschnitt oder in dem Fall, dass der Durchmesser der Hülse 17 größer ist als die Höhe von Modul 1, einen Teil eines Kreises im Querschnitt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Formen von Aussparungen begrenzt, so dass auch Hülsen mit einem rechteckigen Querschnitt und entsprechend geformte Aussparungen in den Modulen innerhalb des Umfangs dieser Erfindung sind. Fig. 9 zeigt ein Modul 1 mit einer rechteckigen Aussparung 7.

[0057] Eine Zusammenfügung von Modulen 1 mit Aussparungen 7 an beiden Seitenflächen 2, 3 zum Aufnehmen von Hülsen 17 zwischen den Modulen wird in Fig. 10 gezeigt. Der Durchmesser der Hülse 17 ist in dieser Darstellung größer als die Entfernung zwischen oberer Oberfläche 4 und unterer Oberfläche 5 von Modul 1. 8/17

Claims (12)

1. österreichisches Patentamt AT510 694 B1 2012-06-15 [0058] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere Aussparungen 7 zwischen den Seitenflächen 2 und 3 und den oberen und unteren Oberflächen 4 und 5 eines Moduls 1 wie insbesondere in Fig. 1 und 9 gezeigt angeordnet sein. [0059] Im Gegensatz zum Produzieren eines Moduls 1 in einem Stück kann das Modul gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mindestens zwei Teile aufweisen. Insbesondere kann das Modul horizontal in Längsrichtung in einen oberen Teil 18 und einen unteren Teil 19 geteilt sein, wie in Fig. 11 gezeigt. Es ist vorteilhaft, dass diese Aufspaltung in obere und untere Teile 18 und 19 vereinfachte Einfügung einer Hülse 17 erlaubt. Nach Platzieren einer Hülse 17 in die Aussparung des unteren Teils 19 kann der obere Teil 18 mit seiner untere Oberfläche 21 auf die obere Oberfläche 20 des unteren Teils 19 platziert werden, um das Modul zusammen zu fügen. [0060] Um die Bindungsfähigkeiten zwischen angrenzenden Modulen 1,8 zu erhöhen, während der Nutzen von getrennten oberen 18 und unteren 19 Teilen des Moduls beibehalten wird, unterscheidet sich die Breite der oberen Oberfläche 20 des unteren Teils 19 von der Breite der unteren Oberfläche 21 des oberen Teils 18 des Moduls 1. Diese besonderen Ausführungsformen werden in Fig. 12 und 13 gezeigt. Wie im Beispiel von Fig. 12 gesehen werden kann, unterscheidet sich der Winkel zwischen Seitenfläche 22 des oberen Teils 18 von Modul 1 und der Tangente 10 in diesem Fall von dem Winkel, wenn die Oberflächen 20 und 21 gleiche Breiten haben. Da die Seitenflächen von Modul 1 in Fig. 12 und 13 nicht mehr eben sind, kann der Winkel α zwischen der Tangente 10 von Modul 1 und einer imaginären Seitenebene 12 bestimmtwerden. [0061] Um die Positionierung der Module oder Hülsen weiter zu vereinfachen, kann das Modul parallel zu seiner Endoberfläche 6 in einen vorderen Teil 23 und einen hinteren Teil 24 geteilt sein. Wie in Fig. 14 veranschaulicht dient der hintere Teil 24 als Anschlagteil für sowohl den vorderen Teil 23, als auch Hülse 17. Gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung kann der vordere Teil 23 noch in einen oberen Teil 18 und einen unteren Teil 19 geteilt sein. Ferner kann auch der hintere Teil in einen oberen und einen unteren Teil geteilt sein (nicht gezeigt). Das Modul 1 wird daher in zwei oder mehr, selbst in mehr als vier Teile geteilt sein. [0062] Zum Bauen eines Wurzelabschnitts werden die Module 1 einschließlich einer oder mehrerer Hülsen 17 zwischen eine äußere Laminathaut 25 der Wurzel und eine innere Laminathaut 26 der Wurzel wie in Fig. 15 gezeigt platziert, bevor sie in Vakuum gehärtet werden. Der endgültige Wurzelabschnitt 27 wie in Fig. 16 gezeigt weist eine Anzahl an Modulen 1 auf, welche jeweils eine oder mehrere Hülsen 17 enthalten können und/oder eine Hülse 17 jeweils angeordnet zwischen angrenzenden Modulen 1 haben. Patentansprüche 1. Modul (1) zum Halten von mindestens einer Hülse (17), wobei das Modul (1) zwei Seitenflächen (2, 3), eine obere Oberfläche (4) und eine untere Oberfläche (5) und mindestens eine Endoberfläche (6) aufweist, wobei die obere Oberfläche (4) und untere Oberfläche (5) von verschiedener Breite bzw. Bögen in ihrem Querschnitt sind, und die Seitenflächen (2, 3) von gleicher Höhe sind, und wenn es an ein zweites Modul (8) mittels seiner Seitenflächen (3, 9) gekoppelt ist, welches zweite Modul (8) gegebenenfalls ebenfalls mindestens eine Hülse (17) halten kann, die Summe des Winkels (a) zwischen der gegebenenfalls imaginären ebenen Seitenfläche (12) des einen Moduls (1) und der Tangente (10) an seine obere Oberfläche (4) am Schnittpunkt (A) mit der Seitenfläche (3) und des Winkels (ß) zwischen der gegebenenfalls imaginären ebenen Seitenfläche (13) des anderen Moduls (8) und der Tangente (11) an seine obere Oberfläche (15) am Schnittpunkt (B) mit der Seitenfläche (9) mindestens 180 Grad ist und/oder eine Vielfalt an Modulen (1), gegebenenfalls wenn sie die Hülsen (17) halten, mindestens einen Abschnitt eines kreisförmigen Rings oder einen vollständigen kreisförmigen Ring bilden, wobei das Modul (1) weiters mindestens eine geradlinige Aussparung (7) aufweist, welche sich von der einen Endoberfläche (6) in Richtung des anderen Endes des Moduls (1) erstreckt, wobei besagte Aussparung 9/17 österreichisches Patentamt AT510 694B1 2012-06-15 (7) angepasst ist, um die Hülse (17) zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (7) Teil eines Kreises oder rechteckig ist.
2. 2. Modul (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Winkel (a, ß) nichtgleich sind.
3. 3. Modul (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aussparung (7) an einer oder an jeder der Seitenflächen (2, 3) des Moduls (1) angeordnet ist.
4. 4. Modul (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Aussparung (7) größer ist als die Hälfte der Höhe des Moduls (1).
5. 5. Modul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aussparung (7) zwischen den Seitenflächen (2, 3) und den oberen und unteren Oberflächen (4, 5) des Moduls (1) angeordnet ist.
6. 6. Modul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei Teile aufweist.
7. 7. Modul (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es horizontal in Längsrichtung in einen oberen Teil (18) und einen unteren Teil (19) geteilt ist, und dass sich die Aussparungen (7) an den entsprechenden Kontaktflächen (21, 20) des oberen Teils (18) und des unteren Teils (19) befinden.
8. 8. Modul (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite der oberen Oberfläche (20) des unteren Teils (19) von der Breite der unteren Oberfläche (21) des oberen Teils (18) unterscheidet.
9. 9. Modul (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es parallel zur einen Endoberfläche (6) in einen vorderen Teil (23) und einen hinteren Teil (24) geteilt ist.
10. 10. Modul (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gemisch aus Fasern, willkürlich ausgerichtet in verschiedene Richtungen, und ein wärmehärtbares Harzmaterial enthält.
11. 11. Modul (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Harzmaterial mindestens teilweise gehärtet ist.
12. 12. Verwendung der Module (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche zum Bauen eines Wurzelendes (27) zum Montieren von Windblättern an die Nabe einer Windturbine. Hierzu 7 Blatt Zeichnungen 10/17