DE102008022699A1

DE102008022699A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Heizen von Rotorblättern

Info

Publication number: DE102008022699A1
Application number: DE102008022699A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Zimmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-07
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2009-11-12

Abstract

Eine Vorrichtung zum zeitweiligen Heizen von Anlagenbauteilen, insbesondere Rotorblättern für Windkraftanlagen, enthaltend Heizmittel und eine um das Anlagenbauteil anlegbare Umhüllung, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung nicht oder nur in Teilbereichen an der Oberfläche des Anlagenbauteils anliegt, so dass sich ein Zwischenraum zwischen der Umhüllung und der Oberfläche des Anlagenbauteils bildet und die Heizmittel Mittel zur Erzeugung eines Heißluftstroms durch den Zwischenraum umfassen. Die Heizung kann zum Aushärten von Reparaturharz an Rotorblättern für Windkraftanlagen oder zur Thermoanalyse von Rotorblättern verwendet werden. Ebenso kann die Heizung an allen anderen Faserverbundbauteilen eingesetzt werden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zeitweiligen Heizen von Anlagenbauteilen, insbesondere Rotorblättern für Windkraftanlagen, enthaltend Heizmittel und eine um das Anlagenbauteil anlegbare Umhüllung.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum zeitweiligen Heizen von Anlagenbauteilen, insbesondere Rotorblättern für Windkraftanlagen, sowie die Verwendung der Vorrichtung.
Bei der Herstellung, Wartung und Reparatur von Rotorblättern an Windkraftanlagen werden Kunstharze oder andere Mehrkomponentenwerkstoffe verwendet. Die Harze werden entweder in mobiler Anwendung direkt an der Windkraftanlage aufgetragen, oder am abgenommenen Rotorblatt. Nach dem Auftragen der Harze müssen diese An- und Aushärten. Der Härtungsprozess dauert einige Stunden. Zur Erreichung eines guten Härtungs-Ergebnisses ist es erforderlich, dass die Temperatur des Werkstoffes in einem Bereich von 20° bis maximal 70°C liegt.
Stand der Technik
Es ist bekannt für die Reparaturarbeiten elektrisch aufheizbare Wärmematten zu verwenden. Die Wärmematten arbeiten ähnlich wie Heizdecken. Ein Widerstandsdraht ist in ein wärmeleitendes Trägermaterial eingebettet. Durch Anlegen von Strom wird die Matte auf eine gewünschte Temperatur gebracht. Die Regelung der Temperatur erfolgt über einen Temperatursensor. Es ist ferner bekannt die Matten mit einer wärmeisolierenden Hülle zu umgeben.
Nachteilig bei den bekannten Heizmatten ist es, dass sie gleichmäßig auf der Reparaturstelle aufliegen müssen um eine gleichmäßige Erwärmung zu erreichen. Dies ist in der Praxis aufwändig. Durch das Anlegen der Heizmatte besteht ferner die Gefahr, dass die frische Reparaturstelle wieder beschädigt wird. Das Reparaturlaminat kann sich beispielsweise verschieben. Da die thermische Regelung bei dem bekannten Verfahren nur über einen Sensor erfolgt, ist die Verteilung der erforderlichen Mindesttemperatur im Bereich der Reparaturstelle nicht sichergestellt. Bereiche mit zu niedriger Temperatur werden nicht erfasst. Bei einer anderen Regelung besteht Überhitzungsgefahr. Umgekehrt besteht auch Überhitzungsgefahr, wenn der Temperatursensor in einem Bereich großer Wärmeabfuhr, also an einer kalten Stelle, angeordnet ist.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung ein kostengünstiges Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der Rotorblätter für die weitere Verwendung schnell, gleichmäßig und ohne besonderen Energieaufwand aufgeheizt werden können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass

(a) die Umhüllung nicht oder nur in Teilbereichen an der Oberfläche des Anlagenbauteils anliegt, so dass sich ein Zwischenraum zwischen der Umhüllung und der Oberfläche des Anlagenbauteils bildet, und
(b) die Heizmittel Mittel zur Erzeugung eines Heißluftstroms durch den Zwischenraum umfassen.

Im Gegensatz zu bekannten Heizmatten liegt die Umhüllung nicht auf der Oberfläche auf. Dadurch besteht keine Gefahr, dass die frischen Reparaturstellen beschädigt werden. Der Heizluftstrom verteilt sich ferner gleichmäßig in dem Zwischenraum, so dass eine gleichmäßige Heizung des Anlagenbauteils erfolgt. Auch hier ist nur ein Sensor erforderlich. Eine Überhitzung oder zu geringe Temperatur ist jedoch aufgrund der gleichmäßigen Heizung ausgeschlossen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Umhüllung thermisch isolierend ausgebildet. Neben der Minimierung des Energiebedarfs erhöht sich auch die Gleichmäßigkeit der Erwärmung. Das sich ausbildende thermische Gleichgewicht führt zu einer Temperatur in dem Anlagenbauteil, welches mit dem Sensor an anderer Stelle gemessen werden kann.
Vorzugsweise ist die Umhüllung auf der Außenseite aus wetterfestem Material gefertigt. Die Umhüllung kann ferner ganz oder teilweise aus reißfestem Material gefertigt sein. Insbesondere kann die Umhüllung Schichten aus Polyurethan und/oder Polyesterharz umfassen. Insbesondere Umhüllungen mit geringem Gewicht sind zu bevorzugen, weil diese im mobilen Einsatz oder beim Einsatz an bereits installierten Windkraftanlagen leicht anbringbar sind. Eine Umhüllung mit diesen Eigenschaften eignet sich besonders gut für den vielfachen Außeneinsatz.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Umhüllung zum Anbringen an dem Anlagenbauteil in Längsrichtung eine verschließbare Öffnung, Schlitz oder Verbindungsstelle auf. Die Umhüllung für Rotorblätter hat dann etwa die Form eines Schlafsacks. Dieser Sack wird um das Rotorblatt gelegt, verschlossen und mit einem Heißluftstrom durchströmt.
Ein Sensor zur Erfassung der Temperatur kann in dem Zwischenraum und/oder des Anlagenbauteils vorgesehen sein. Es können ferner Steuerungs- und/oder Regelungsmittel zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur des Heißluftstroms nach Maßgabe der Temperatur in dem Zwischenraum und/oder des Anlagenbauteils vorgesehen sein. Dann kann die Menge und Temperatur der Heißluft jeweils an die veränderlichen Bedingungen angepasst werden. Ein Sensor kann aber auch im Warmluftgebläse integriert sein.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum zeitweiligen Heizen von Anlagenbauteilen, insbesondere Rotorblättern für Windkraftanlagen, erfolgt das Heizen nach den Schritten:

(a) Umhüllen des Anlagenbauteils mit einer Umhüllung, wobei sich ein Zwischenraum zwischen der Umhüllung und der Oberfläche des Anlagenbauteils bildet, und
(b) Durchströmen des Zwischenraums mit einem Heißluftstrom.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können auf verschiedene Weise eingesetzt werden.
Bei einer ersten Alternative wird die Struktur des aufgeheizten Anlagenbauteils, insbesondere Veränderungen wie Risse, Fehlstellen oder dergleichen, mit einer Wärmekamera erfasst und analysiert. Da die Erfindung die besonders gleichmäßige Erwärmung ermöglicht, sind Wärmesenken oder Wärmestaus ein Indiz für Schäden, die von außen möglicherweise nicht erkennbar sind. Der besondere Vorteil dieses Messverfahrens besteht darin, dass die Untersuchung zerstörungsfrei erfolgt.
In einer zweiten Alternative erfolgt die Verwendung einer oben beschriebenen Vorrichtung zum Anhärten oder Aushärten von Harzverbindungen bei der Herstellung oder Reparatur von Rotorblättern für Windkraftanlagen oder anderen Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht nur an Rotorblättern für Windkraftanlagen verwirklicht werden kann, sondern mit jeder Art von Anlagenbauteilen, die zeitweilig gleichmäßig geheizt werden sollen.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ausführungsbeispiele sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Querschnitt durch ein Rotorblatt einer Windkraftanlage.
2 zeigt das Rotorblatt aus 1 mit Umhüllung.
3 zeigt eine Umhüllung für Rotorblätter.
4 ist ein Längsschnitt durch ein Rotorblatt mit Umhüllung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiel I: An- und Aushärten von Reparaturharz
In 1 ist ein allgemein mit 10 bezeichnetes Rotorblatt im Querschnitt dargestellt. Das langgestreckte Rotorblatt 10 hat eine gekrümmte Oberseite 12 (Saugseite) und Unterseite 14 (Druckseite). Die Krümmungen der Ober- und Unterseite führen zu einem veränderlichen Querschnitt. In einem hohlen Innenraum 18 sind Stege 16 und 17 zur Verstärkung vorgesehen.
Ein Rotorblatt 10 an einer Windkraftanlage ist erheblichen Temperaturschwankungen und Kräften ausgesetzt. Diese bewirken Ermüdungserscheinungen und/oder Beschädigungen der Oberfläche. Zur Reparatur dieser Schäden, beispielsweise an Stellen 22 und 24, wird beispielsweise ein Harzmaterial aufgetragen. Dies kann direkt an der Windkraftanlage erfolgen.
Zum Anhärten und Aushärten des Harzmaterials wird das Rotorblatt 10 nun mit einer wärmeisolierenden Hülle 26 umhüllt. Dies ist in 2 dargestellt. Die Hülle 26 besteht aus mehreren Schichten. Eine wasserdichte, Außenhaut 28 besteht aus einem gegen UV-Strahlung beständigem, reißfestem, leichten Gewebe, wie es von Regenbekleidung bekannt ist.
Unterhalb der Außenhaut 28 ist ein Isoliermaterial 30 vorgesehen. Das Isoliermaterial ist feuchtigkeitsbeständig, leicht und ist thermisch gut isolierend. Ein Beispiel für ein derartiges Isoliermaterial sind Hohlfasern, wie sie von alpinen Schlafsäcken bekannt sind.
Die Innenhaut der Umhüllung besteht aus einer am Reparaturmaterial schlecht haftenden Folie 32 wie beispielsweise aus Silikon, Neopren oder teflonbeschichtetem Gewebe, dadurch haftet die Umhüllung 26 nicht auf den Reparaturstellen, wenn diese zufällig in Kontakt kommen. Je nach Anforderung kann die Innenhaut aber auch aus anderem Gewebe bestehen.
Statt einer Folie 32 kann in einem alternativen Ausführungsbeispiel die Innenhaut auch durch eine Polyethylen-Folie (PE) oder ein vergleichbares Material geschützt werden. Diese kann als Einweg-Lösung ausgestaltet sein, die ein leichtes, schnelles Auswechseln ermöglicht. Der Verschluss wird dann beispielsweise mit Klebebändern verwirklicht. Alle Komponenten der Umhüllung 26 und der nachstehend beschriebenen Befestigungsmittel sind bis wenigstens 85°C temperaturstabil.
Die Umhüllung 26 umschließt das Rotorblattsegment, das zu reparieren ist, vollständig, wie dies in 2 dargestellt ist. In einem Ausführungsbeispiel ist die Umhüllung einteilig ausgebildet. An Nahtstellen erfolgt die Verbindung entlang des Rotorblattsegments. Die Umhüllung weist hierfür einen Klettverschluss mit Klettbändern 34 und 36 auf. Dieses ist in 3 dargestellt. Statt eines Klettverschlusses kann auch eine andere Lösung eingesetzt werden, die die gleiche Aufgabe erfüllt, wie z. B. ein Reissverschluss oder ein Magnetverschluss.
Zur Befestigung der Umhüllung 26 am Rotorblatt 10 ist im oberen Bereich des Rotorblatts 10 eine Aufhängung vorgesehen. Dies ist in 4 dargestellt. Die Aufhängung umfasst einen Spanngurt 44. In einem alternativen Ausführungsbeispiel umfasst die Aufhängung ein aufblasbares Luftkissen, wie es aus der Medizintechnik zur Blutdruckmessung bekannt ist 44 mit Ösen 42 oberhalb der Reparaturstelle. An der Umhüllung 26 sind Haken 46 befestigt. Die Umhüllung 10 wird an dem Spanngurt 44 oder dem Luftkissen befestigt, indem die Haken 46 in die Ösen 42 eingehakt werden. Eine Lasche 40 an dem Spanngurt 44 überdeckt die Haken 46 und Ösen 42 in eingehängtem Zustand derart, dass Regenwasser nicht zwischen Hülle und Rotorblatt gelangen kann. Die Verbindung erfolgt zugluftdicht mit Haken 46 und Ösen 42 aus Kunststoff zum Schutz des Rotorblatts. Haken 46 und Ösen 42 können auch aus rostfreiem Edelstahl bestehen, durch zusätzliche Mittel wird die Oberfläche des Bauteils gegen Beschädigung geschützt. Zusätzlich ist ein Dichtsaum vorgesehen.
Im Bereich oberhalb der Reparaturstelle, d. h. im Bereich des Spanngurts 44, ist die Umhüllung fest am Rotorblatt 10 angedrückt, indem ein weiterer Spanngurt vorgesehen ist (nicht dargestellt). Alternativ kann die Umhüllung 26 auch ein Zugband aufweisen. Zur kontrollierten Entlüftung ist hier eine einstellbare Entlüftung vorgesehen.
Der untere Bereich 46 der Umhüllung 26 kann vollständig zugdicht geschlossen werden. Auch hierfür ist ein Zugband 45 vorgesehen. Je nach Lage der Reparaturstelle ist dies der Fall, wenn die Rotorblattspitze im Bereich der Umhüllung liegt.
In dem Bereich zwischen den Zugbändern sind außerhalb der Reparaturstellen vier Abstandshalter 52 angeordnet (2). Die Abstandshalter 52 verlaufen in Längsrichtung des Rotorblatts und bewirken einen gleichmäßig breiten Zwischenraum 48. In einem alternativen Ausführungsbeispiel verlaufen die Abstandshalter in Querrichtung.
Ein Heißlufterzeuger in einem witterungsbeständigen Gehäuse mit einer Leistung im Bereich von 1 bis 3 kW wird mit seinem Ausgang in eine Durchführung der Umhüllung eingefügt. Dieser erzeugt einen Heißluftstrom 35, der durch ein Luftverteilungssystem gleichmäßig in den Zwischenraum 48 (2) zwischen der Oberfläche des Rotorblatts 10 und der Umhüllung 26 geleitet wird. Bei kleineren Bauteilflächen wird auf ein Luftverteilungssystem verzichtet.
Zum Heizen des Rotorblatts 10 bzw. des umhüllten Reparaturbereichs wird nun der Heißluftstrom durch den Zwischenraum 48 geleitet. Ein Temperatursensor 50 liefert ein Regelsignal, mit dem die Menge und die Temperatur des Heißluftstroms auf eine gewünschte Rotorblatt-Temperatur geregelt wird. Zum An- und Aushärten von Reparaturharz liegt diese beispielsweise zwischen 20 und 70°C.
Ausführungsbeispiel II: Thermografie
Ein nach Ausführungsbeispiel I geheiztes Rotorblatt ohne Reparatur kann mit einer Thermokamera beobachtet werden. Hierzu wird das Rotorblatt geheizt, die Umhüllung abgenommen und das Rotorblatt unmittelbar im Anschluss daran thermografiert. Durch die gleichmäßige Erwärmung sind Wärmesenken und Wärmestaus Indizien für äußerlich möglicherweise nicht sichtbare Schäden, wie Delamination. Ebenso wird das Abkühlverhalten zur Analyse beobachtet. Die Analyse erfolgt zerstörungsfrei.

Claims

Vorrichtung zum zeitweiligen Heizen von Anlagenbauteilen, insbesondere Rotorblättern für Windkraftanlagen, enthaltend Heizmittel und eine um das Anlagenbauteil anlegbare Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die Umhüllung nicht oder nur in Teilbereichen an der Oberfläche des Anlagenbauteils anliegt, so dass sich ein Zwischenraum zwischen der Umhüllung und der Oberfläche des Anlagenbauteils bildet, und (b) die Heizmittel Mittel zur Erzeugung eines Heißluftstroms durch den Zwischenraum umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung thermisch isolierend ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung auf der Außenseite aus wetterfestem Material gefertigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung ganz oder teilweise aus reißfestem Material gefertigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung Schichten aus Polyurethan und/oder Polyesterharz umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung zum Anbringen an dem Anlagenbauteil in Längsrichtung eine verschließbare Öffnung, Schlitz oder Verbindungsstelle aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Erfassung der Temperatur in dem Zwischenraum und/oder des Anlagenbauteils vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Steuerungs- und/oder Regelungsmittel zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur des Heißluftstroms nach Maßgabe der Temperatur in dem Zwischenraum und/oder des Anlagenbauteils.
Verfahren zum zeitweiligen Heizen von Anlagenbauteilen, insbesondere Rotorblättern für Windkraftanlagen, gekennzeichnet, durch die Schritte (a) Umhüllen des Anlagenbauteils mit einer Umhüllung, wobei sich ein Zwischenraum zwischen der Umhüllung und der Oberfläche des Anlagenbauteils bildet, und (b) Durchströmen des Zwischenraums mit einem Heißluftstrom.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur des aufgeheizten Anlagenbauteils, insbesondere Veränderungen wie Risse, Fehlstellen oder dergleichen, mit einer Wärmekamera erfasst und analysiert wird.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Anhärten oder Aushärten von Harzverbindungen bei der Herstellung oder Reparatur von Rotorblättern für Windkraftanlagen.