DE102008055477B4

DE102008055477B4 - Faserverbund-Halbprodukt mit integrierten Elementen, Herstellungsverfahren dafür und Verfahren zum Formen eines faserverstärkten Verbundbauteiles

Info

Publication number: DE102008055477B4
Application number: DE102008055477.4A
Authority: DE
Inventors: Jacob Johannes Nies
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: LM Wind Power AS
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2028-12-05
Also published as: DK200801655A; CN101451490B; DE102008055477A1; US8337163B2; CN101451490A; US20090148655A1

Abstract

Vorfabriziertes Halbprodukt zum Einsatz bei der Herstellung eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage, umfassend mindestens eine Einlage und eine Fasermatte, wobei die mindestens eine Einlage an eine Oberfläche der Fasermatte magnetisch oder durch Leimen, Nähen, Anbinden, Heften, Klammern, Festklemmen oder Nieten derart angebracht ist, dass die relative Position der mindestens einen Einlage bezüglich der Fasermatte während der Herstellung des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage im Wesentlichen fixiert bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein vorfabriziertes Halbprodukt zum Einsatz bei der Herstellung eines faserverstärkten Verbundbauteils einer Windkraftanlage, ein Verfahren zum Bilden eines vorfabrizierten Halbprodukts und ein Verfahren zum Formen eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Aus DE 60 2004 008 070 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Turbinenflügels bekannt. DE 10 2005 013 154 A1 offenbart ein Befestigungselement zur Fixierung in einem formbaren Material.
Es werden hier ein Halbprodukt zum Einsatz bei der Herstellung faserverstärkter Verbundteile und damit in Beziehung stehende Herstellungsverfahren offenbart. Weiter wird hierin die Verwendung des Halbproduktes zum Bilden faserverstärkter Verbundteile offenbart.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird gemäß Anspruch 1 ein vorfabriziertes Halbprodukt zum Einsatz bei der Herstellung eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage, gemäß Anspruch 10 ein Verfahren zum Bilden eines vorfabrizierten Halbproduktes zum Einsatz bei der Herstellung eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage und gemäß Anspruch 16 ein Verfahren zum Formen eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage bereitgestellt.
Ein vorfabriziertes Halbprodukt zum Einsatz bei der Herstellung eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage wird bereitgestellt. Gemäß einem ersten Aspekt schließt das Halbprodukt mindestens eine Einlage und mindestens eine Fasermatte ein, wobei die mindestens eine Einlage an der mindestens einen Fasermatte derart angebracht ist, dass die relative Position der mindestens einen Einlage mit Bezug auf die mindestens eine Fasermatte während der Herstellung des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage im Wesentlichen fixiert bleibt.
In einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Vorfabrizieren eines Halbproduktes bereitgestellt, das bei der Herstellung eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage benutzt werden kann. Das Verfahren schließt eine Stufe des Bereitstellens einer ersten Fasermatte und eine Stufe des Anbringens mindestens einer Einlage an der ersten Fasermatte derart ein, dass die relative Position der Einlage in Bezug auf die mindestens eine Fasermatte während der Herstellung der faserverstärkten Verbundteile der Windkraftanlage im Wesentlichen fixiert bleibt.
In einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Formen eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage bereitgestellt, wobei das Verfahren eine Stufe des Anordnens mindestens eines vorfabrizierten Halbproduktes einschließt, das mindestens eine Fasermatte und mindestens eine Einlage, die an der mindestens einen Fasermatte angebracht ist, in einer Form, eine Stufe des Anordnens mindestens einer weiteren Fasermatte in der Form derart, dass die mindestens eine weitere Fasermatte in Kontakt mit dem mindestens einen vorfabrizierten Halbprodukt steht, eine Stufe der Faserimprägnierung derart, dass das mindestens eine vorfabrizierte Halbprodukt und die mindestens eine weitere Fasermatte harzimprägniert werden und eine Stufe des Härtens des Harzes einschließt.
Weitere Aspekte, Vorteile und Merkmale werden aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung deutlich.
Figurenliste
Eine vollständige und zur Ausführung ermöglichende Offenbarung von Ausführungsformen, einschließlich der besten Art davon, findet sich in der folgenden Beschreibung, einschließlich der Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, in denen:

1 eine Seitenansicht einer Windkraftanlage zeigt,
2 eine schematische Ansicht eines Rotorflügels zeigt,
3 beispielhafte Ausführungsformen zeigt, die in Halbprodukten benutzt werden,
4 ein Halbprodukt gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt,
5 ein Halbprodukt noch einer anderen Ausführungsform zeigt,
6 ein Halbprodukt gemäß noch einer anderen Ausführungsform zeigt,
7 ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Bilden eines Halbproduktes einer Windkraftanlage gemäß einer Ausführungsform zeigt,
8 ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Bilden eines Halbproduktes gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt,
9 ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Bilden eines Halbproduktes gemäß noch einer anderen Ausführungsform zeigt,
10 ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Bilden eines Halbproduktes gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt,
11 ein Halbprodukt gemäß noch einer anderen Ausführungsform zeigt,
12 ein Halbprodukt gemäß noch einer anderen Ausführungsform zeigt,
13 einen Halter zeigt, der bei einem Verfahren zum Bilden eines Halbproduktes gemäß einer Ausführungsform und einem Verfahren zum Bilden eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage gemäß einer anderen Ausführungsform benutzt werden kann,
14 einen Halter zeigt, der bei einem Verfahren zum Bilden eines Halbproduktes gemäß noch einer anderen Ausführungsform und einem Verfahren zum Bilden eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage gemäß noch einer anderen Ausführungsform benutzt werden kann,
15 ein Halbprodukt noch einer anderen Ausführungsform zeigt, das an dem Halter von 13 befestigt ist,
16 ein Halbprodukt gemäß noch einer anderen Ausführungsform zeigt, das an einem Reifen befestigt ist,
17 ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Bilden eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage gemäß einer Ausführungsform zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun detailliert auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt sind. Jedes Beispiel wird anhand einer Erläuterung der Erfindung gegeben und soll nicht als Einschränkung verstanden werden. So können, z.B., Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, auf oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen benutzt werden, um noch eine andere Ausführungsform zu ergeben. Es ist beabsichtigt, dass solche Modifikationen und Variationen hierin eingeschlossen sind.
1 ist eine schematische Seitenansicht einer Windkraftanlage 80. Die Windkraftanlage 80 schließt einen Turm 83 ein, an dessen oberem Ende eine Rumpf 84 montiert ist. Die Gondel enthält typischerweise einen Antriebsstrang, mit dem ein elektrischer Hauptgenerator, ein Wendemotor, eine mechanische Bremse und ein Regler (die alle nicht gezeigt sind) verbunden sind. Eine Nabe 82, die Rotorflügel 90 trägt, ist an ein seitliches Ende des Rumpfes 84 montiert. Die Rotorflügel 90 können durch Pitch-Antriebe eingestellt werden, die typischerweise innerhalb der Nabe 82 angeordnet sind.
2 ist eine schematische Ansicht eines Rotorflügels 90 zum Einsatz in der Windkraftanlage 80. Der Rotorflügel 90 schließt einen Rotorflügel-Körper 91 mit seiner Flügel- spitze 92 und einer Flügelwurzel oder einem -Flanschabschnitt 93 ein. Die Flügelwurzel 93 ist typischerweise an der Nabe 82 der Windkraftanlage montiert. Die Flügelspitze 92 ist an dem gegenüber liegenden Ende des Rotorflügels 90 angeordnet. Während normalen Betriebes der Windkraftanlage 80 sind die Rotorflügel 90 derart eingestellt, dass die Vorderkante 94 und die Hinterkante 95 in einer Projektion zur Rotationsebene der Nabe 82 zur Bewegungsrichtung des Rotorflügels 90 bzw. entgegengesetzt dazu zeigen.
Viele Teile der Windkraftanlage 80, wie die Rotorflügel 90, das Gehäuse des Rumpfes 84 und die Nabenhaube, d.h. die Umhüllung der Nabe 82, können aus Faserverbund-Material oder faserverstärktem Verbundwerkstoff, wie verstärktem Glas, Kohlenstoff, synthetischen Fasern oder einer Kombination davon, hergestellt sein.
Faserverstärkte Verbundteile der Windkraftanlage 80 werden typischerweise in einer Form durch Laminieren von Fasermatten und zusätzlichen funktionellen Teilen produziert. Die Vorbereitungsarbeit, z.B. in der Form, ist häufig arbeitsreich und zeitaufwendig, um die erforderliche hohe Produktqualität sicherzustellen. Dies begrenzt das Produktionsvermögen der Form, die ein Schlüsselfaktor bei der Herstellung verstärkter Verbundteile der Windkraftanlage ist, wie Rotorflügel, um die Marktanforderungen zu erfüllen. Im Folgenden wird beschrieben, wie die Anzahl und Qualität der in einer Form hergestellten Teile durch Einsetzen vorfabrizierter Halbprodukte in der Form verbessert werden kann.
Im Kontext dieser Anmeldung bezieht sich der Begriff „Halbprodukt“ auf einen separat hergestellten Teil, eine solche Einheit oder Komponente, die vorgesehen ist, zusammen mit anderen Einheiten oder Teilen, in ein Endprodukt eingebaut zu werden. Im Besonderen bezieht sich der Begriff „Halbprodukt“ auf ein vorfabriziertes oder vorher hergestelltes Halbprodukt, das mindestens eine Fasermatte und mindestens eine Einlage einschließt, die an der mindestens einen Fasermatte angebracht ist. Im Kontext dieser Anmeldung sollte der Begriff „Fasermatte“ dahingehend verstanden werden, dass er ein Gewebestück oder eine Matte von Fasern beschreibt, die zum Herstellen eines Faserverbund-Materials oder eines faserverstärkten Verbundwerkstoffes geeignet ist. Die Fasermatte kann, z.B., als Schnittmatte (chopped strand mat (CSM)) gebildet werden. Es sollte weiter klar sein, dass der Begriff „Fasermatte“ sich auch auf einen Stapel von mindestens zwei Fasermatten beziehen kann. Beispielhafte Fasern, die in Fasermatten eingesetzt werden können, umfassen Kohlenstofffasern (z.B. TORAYCA® T800, TORAYCA® T700 und TORAYCA® T600 von Toray Industries, Inc.; MAGNAMITE® IM7 und MAGNAMITE® AS4 von Hexcel Corporation; und BESFIGHT® STS und BESFIGHT® HTS von Toho Tenax, Inc.), Glasfasern (z.B. Quarz, E-Glas, S-2-Glas, R-Glas von Lieferanten, wie PPG, AGY, St. Gobain, Owens-Corning oder Johns Manville), Polyesterfasern, Polyamidfasern (wie Nylon™-Polyamid, erhältlich von E.I. DuPont, Wilmington, DE, USA), aromatische Polyamidfasern (wie aromatisches KEVLAR™-Polyamid, erhältlich von E.I. DuPont, Wilmington, DE, USA oder aromatisches P84™-Polyamid, erhältlich von Lenzing Aktiengesellschaft, Österreich), Polyimidfasern (wie KAPTON™-Polyimid, erhältlich von E.I. DuPont, Wilmington, DE, USA), gerecktes Kettenpolyethylen (wie SPECTRA™-Polyethylen von Honeywell International Inc., Morristown, NJ, USA oder DYNEEMA™-Polyethylen von Toyobo Co., Ltd., oder DSM, Bor-Fasern und Ähnliche. Die Festigkeit der Fasern kann unter Anwendung von im Stande der Technik bekannten Techniken, weiter erhöht werden wie, darauf jedoch nicht beschränkt, Bilden einer Vielzahl von Schichten durch Orientierung der Fasern in einer Richtung und ähnliche Verfahren. Die Fasern können in irgendeiner konventionellen Form verfügbar gemacht werden, wie geflochten, unidirektional, gewebtes Gewebe, gestricktes Gewebe, Ringelgewebe, Filzmatte, gewickelt und Ähnliches. Es sollte weiter klar sein, dass die Fasermatten mit einem Harz vorimprägniert sein können. Üblicherweise wird der faserverstärkte Verbundwerkstoff gebildet durch Imprägnieren von Fasermatten mit Harz oder Kunststoff und Härten. Typischerweise umfasst das Harz mindestens ein härtbares Monomer. Die Monomeren können mindestens eine Isocyanateinheit, Estereinheit, Ethyleneinheit, cyclische Ethereinheit oder Epoxideinheit, Oxetaneinheit oder Ähnliche oder Kombinationen davon aufweisen. Geeignet härtbare Monomere umfassen ungesättigte Polyester, wie POLYLITE®-Polyesterharz, erhältlich von Reichhold, SYNELITE®-Polyesterharz, erhältlich von DSM, AROPOL™-Polyesterharz, erhältlich von Ashland, Vinylester, wie DION®-, NORPOL®- und HYDREX®-Harze, erhältlich von Reichhold, DERAKANE®-, DERAKANE MOMENTUM®- und HETRON®-Harze, erhältlich von Ashland, ATLAC E-NOVA®-Harz, erhältlich von DSM, Acrylate, Diacrylate, Dimethacrylate, multifunktionellen Acrylate und multifunktionellen Methacrylate, wie Polyesteracrylate, Epoxyacrylate und Urethanacrylate und Ähnliche, erhältlich von solchen Firmen wie Cytec Surface Specialities, Sartomer, Rahn und BASF. Das härtbare Monomer ist typischerweise in einem Bereich von etwa 90 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Faserverbundwerkstoffes und bevorzugter in einem Bereich von etwa 80 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Faserverbundwerkstoffes, vorhanden.
Geeignete Harze, die mindestens eine zyklische Ethereinheit umfassen, umfassen aliphatische Epoxyharze, cycloaliphatische Epoxyharze, wie ERL-4221, CYRACURE™-UVR-6110, CYRA-CURE™-UVR-6107 und CYRACURE™-UVR-6105 von Dow Chemical Company und UVACURE® 1500 von Cytec Surface Specialities; Bisphenol-A-Epoxyharze, Bisphenol-F-Epoxyharze, Phenol-Novolak-Epoxyharze, Kresol-Novolak-Epoxyharze, Biphenyl-Epoxyharze, multifunktionelle Epoxyharze (d.h. Epoxyharze mit zwei oder mehr Epoxygruppen), Naphthalinepoxyharze (z.B. EPICLON® EXA 4700 von Dainippon Ink and Chemicals), Divinylbenzoldioxid, 2-Glycidylphenylglycidylether, Dicyclopentadien-artige Epoxyharze (z.B. EPICLON® HP-7200 von Dainippon Ink and Chemicals), Epoxyharze vom multiaromatischen Harztyp oder Ähnliche oder Kombinationen davon. All diese Klassen von Epoxyharzen sind im Stande der Technik bekannt und weit erhältlich und herstellbar nach bekannten Verfahren. Andere veranschaulichende Beispiele spezieller geeigneter Epoxyharze und Härtungsprozesse sind, z.B., in US-PSn 4,882,201; 4,920,164; 5,015,675; 5,290,883; 6,333,064; 6,518,362; 6,632,892; 6,800,373; der veröffentlichten US-Patentanmeldung 2004/0166241 und WO 03/072628 A1 beschrieben. Multifunktionelle Oxetanharze können auch eingesetzt werden.
Irgendeines dieser Harze sollte mit Bezug auf eine spezielle Faserverstärkung zum Produzieren eines faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage 80 mit den erwünschten mechanischen und Umwelt-Eigenschaften ausgewählt werden. Das Harz wird üblicherweise nach dem Mischen eines Härters/Katalysators in das Harz unter Vakuum entgast, um aus dem flüssigen Harz alle eingeschlossene Luft zu eliminieren oder zu entfernen. Das Harz sollte dazu typischerweise durch eine Vakuum-Druck-Zyklusumgebung von Wärme und Zeit ohne Bildung von Gasblasen oder Hohlräumen in der Lage sein. Füllstoffe, die weiter in Faserverbundwerkstoffen vorhanden sein können, können organische oder anorganische Füllstoffe, verstärkende Füllstoffe, streckende Füllstoffe, Nanoteilchen oder Ähnliche oder Mischungen davon umfassen. In besonderen Ausführungsformen umfasst der Füllstoff im Allgemeinen einen verstärkenden Füllstoff, wie eine Faser hoher Festigkeit, darauf jedoch nicht beschränkt. Die Füllstoffe können UV-durchlässige Füllstoffe sein, wie Glas, Siliciumdioxid, abgerauchtes Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Nanoteilchen und Ähnliche, darauf jedoch nicht beschränkt. Alternativ können die Füllstoffe für UV opake Füllstoffe sein, wie Kohlenstofffasern, Kohlenstoffruß, Siliciumcarbid, Bornitrid, Zirkoniumoxid, Titandioxid, Kalk, Calciumsulfat, Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Silicate, wie Talk, Glimmer oder Kaolin, Siliciumdioxide, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid oder organische Füllstoffe, wie Polymerpulver, Polymerfasern oder Ähnliche, darauf jedoch nicht beschränkt. Im vorliegenden Kontext bedeutet UV-opak, dass das Material UV-Strahlung entweder blockiert oder absorbiert oder beides. Der Fachmann wird erkennen, dass in Abhängigkeit von solchen Faktoren, wie physischer Form oder Syntheseverfahren, gewisse Füllstoffe entweder UV-opak oder UVtransparent sein können. Mischungen von mehr als einem Füllstoff können auch benutzt werden. Der Füllstoff kann in der Zusammensetzung in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 90 Gew.-% und typischer in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Faserverbundwerkstoffes, vorhanden sein. Bevorzugter kann der Füllstoff in einem Bereich von etwa 30 bis etwa 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Faserverbundwerkstoffes, vorhanden sein.
Im Kontext dieser Anmeldung bezieht sich der Begriff „Einlage“ auf eine funktionelle Unterstruktur oder Einrichtung, die in dem faserverstärkten Verbundteil der Windkraftanlage erforderlich ist. Der Begriff „funktionelle Einrichtung“ schließt stromtragende Mittel, aerodynamische Mittel, Befestigungsmittel oder eine Kombination davon ein, ist darauf jedoch nicht beschränkt.
Hinsichtlich 3 werden verschiedene Ausführungsformen betreffend vorfabrizierte Halbprodukte 10 zum Einsatz bei der Herstellung eines faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage 80 beschrieben. 3 zeigt ein beispielhaftes Halbprodukt 10, das aus einer Fasermatte 200 und vier Einlagen 100 bis 103 besteht, die an der Fasermatte 200 angebracht sind. In diesem besonderen Falle sind die Einlagen 100 bis 103 karottenförmige Teile zum Befestigen des fertigen faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage 80 an anderen Teilen der Windkraftanlage 80 oder sie schließen solche Teile zumindest ein. Wenn das faserverstärkte Verbundteil einer Windkraftanlage 80 aus Untereinheiten hergestellt werden kann, die auch faserverstärkte Verbundteile sind, dann können die Befestigungseinrichtungen auch dazu benutzt werden, die Untereinheiten aneinander zu befestigen. So können, z.B., für segmentierte Rotorflügel 90 karottenförmige Teile für innere Schaufelverbindungen benutzt werden. Andere Beispiele sind strukturelle Elemente, z.B. in dem Rotorflügel 90 selbst, wie Scherstege und Versteifungsstege, und nicht-strukturelle Elemente, wie Verschlussdeckel.
Die Einlagen 100 bis 103 sind an der Fasermatte 200 derart angebracht, dass die relative Position der Einlagen 100 bis 103 mit Bezug auf die Fasermatte 200 während der Herstellung des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage 80 im Wesentlichen fixiert bleibt. Die gezeigten vier Einlagen 100 bis 103 sind dabei an einer Oberfläche 220 der Fasermatte 200 derart angebracht, dass die relative Position der Einlagen 100 bis 103 mit Bezug auf die Oberfläche 220 der Fasermatte 200 während der Herstellung des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage 80 im Wesentlichen fixiert bleibt.
In anderen Worten, das Halbprodukt 10 schließt vier Einlagen 100 bis 103 ein, die derart an der Fasermatte 200 angebracht sind, dass die relative Position der Einlagen zueinander auf der Oberfläche 220 der Fasermatte 200 während der Herstellung des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage 80 im Wesentlichen fixiert bleibt. Zum endgültigen Laminieren des faserverstärkten Verbundteiles wird das Halbprodukt 10 typischerweise in eine dreidimensionale Form gelegt, die möglichst eine zumindest teilweise gekrümmte Oberfläche aufweist. Die räumliche Anordnung der Einlagen 100 bis 103 kann durch Anordnen des Halbproduktes 10 in der Form geändert werden. Dies ändert jedoch ihre relative Position zueinander auf der Oberfläche 220 der Fasermatte 200 nicht wesentlich. Weiter wird das Halbprodukt 10 typischerweise derart in der Form angeordnet, dass alle Einlagen 100 bis 103 im Wesentlichen in ihren vorgesehenen Positionen in der Form angeordnet sind. Der Hauptvorteil des Einsatzes eines solchen Halbproduktes 10 liegt in der Tatsache, dass die Vorbereitungsarbeit in der Form signifikant verkürzt werden kann. Dadurch kann der Ausstoß der bei der gleichen oder sogar besseren Produktqualität erhöht werden. Dies gilt auch für ein Halbprodukt 10, das nur eine Einlage 100 aufweist, die an einer geeignet geformten Fasermatte 200 angebracht ist, insbesondere, wenn das Anbringen der Einlage 100 an der Fasermatte 200 innerhalb der Form schwierig oder arbeitsreich ist aufgrund entweder der Form oder Krümmung der Form oder der Einlage 100 selbst.
Wie weiter aus 3 ersichtlich, können die Einlagen 100 bis 103 in mehreren verschiedenen Weisen an der Fasermatte 200 angebracht werden. Die am meisten links liegende Einlage 100 der 3 wird, z.B., an der Fasermatte 200 durch Leimen angebracht. Die Bodenseite der Einlage 100 klebt mit der Fasermatte 200 zusammen. Aufgrund der gewählten Perspektive ist der Leimbereich jedoch durch die Einlage 100 maskiert. In gewissen Aspekten wird das gleiche Harz wie für den endgültigen Laminierungsprozess in der Form zum Leimen der Einlage 100 an die Fasermatte 200 benutzt. Dies stellt ein besonders stabiles endgültiges faserverstärktes Verbundteil sicher. Das Benutzen eines Leimes zum Anbringen der Einlage hat den Vorteil, dass die Struktur der Fasermatte nicht beschädigt wird, was auch vorteilhaft ist für die Stabilität des fertigen faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage 80.
In weiteren Aspekten werden die Einlagen mechanisch an der Fasermatte 200 angebracht. Die einlagen können entweder stabil - wie im Falle des Verleimens - oder lose an der Fasermatte 200 angebracht werden. Der Begriff „lose angebracht“ ist dahingehend zu verstehen, dass er beschreibt, dass die relative Position der Einlage mit Bezug auf die Fasermatte im Wesentlichen fixiert bleibt, aber geringfügige Bewegungen oder Reorientierungen der Einlage gestattet, um eine feine Einstellung der Einlage in der Form vor dem endgültigen Laminieren zu erleichtern. In 3 sind nur einige nicht einschränkende Beispiele des mechanischen Befestigens der Einlagen gezeigt. Der Fachmann wird erkennen, dass eine Einlage an der Fasermatte 200 durch irgendwelche geeigneten Befestigungseinrichtungen angebracht werden kann, die sicherstellen, dass die relative Position der Einlage mit Bezug auf die Fasermatte 200 bis zum endgültigen Laminierungsprozess des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage 80 im Wesentlichen fixiert bleibt. So ist, z.B., die zweitlinke Einlage 101 an der Fasermatte 200 mittels eines Bandes 400 angebracht. In dem gezeigten Beispiel ist das Band durch zwei Nieten 410 an der Fasermatte befestigt. Das Band kann auch durch Leimen, Nähen, Heften oder Ähnliches an der Fasermatte 200 fixiert werden. In einer weiteren Ausführungsform wird die Einlage 101 durch Grundklammern an der Fasermatte 200 befestigt, die, statt des gezeigten Bandes 400, durch die Fasermatte geschraubt sind.
Die Einlagen 102 und 103 von 3 sind durch Nähen unter Benutzung eines Fadens 300 an der Fasermatte 200 angebracht. Das Nähmuster 320 kann von der Form der Einlagen abhängen und bestimmt, wie stabil eine Einlage an der Fasermatte 200 angebracht ist. Zusätzlich oder alternativ kann Anbinden anstelle des Nähens benutzt werden. Weiter schließt jede der Einlagen 102 und 103 von 3 Hilfsmittel zum Befestigen der Einlagen an der Fasermatte 200 ein. Im Falle der Einlage 102 besteht das Hilfsmittel aus rillenartigen Depressionen und Ausnehmungen 110, die Leitspuren für den Faden 300 bilden. Im Falle der Einlage 103 ist die Hilfseinrichtung eine ringförmige Ausdehnung oder Fixierösen 120 zum Plazieren des Nähmusters 320. Zusätzlich oder alternativ können Klammern oder Clips benutzt werden, um die ringförmigen Hilfsmittel an der mindestens einen Fasermatte 200 zu befestigen.
Typischerweise wird die mechanische Befestigung der Einlagen an der Fasermatte 200 derart ausgeführt, dass die Struktur der Fasermatte 200 nicht beträchtlich beschädigt wird. Dies ist wieder vorteilhaft für die Stabilität des fertigen faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage 80 und kann leicht erzielt werden, z.B., durch Nähen oder Anbinden. Mechanische Kräfte zum Anbringen der Einlagen an der Fasermatte 200, ohne beträchtliches Beschädigen der Struktur der Fasermatte 200, können auch magnetisch erzeugt werden. So können, z.B., Permanentmagnete benutzt werden, um die Fasermatte 200 zwischen der Einlage 100 und den (nicht gezeigten) Permanentmagneten zu fixieren, wenn die Einlage 100 ein magnetisierbares Material umfasst.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das Halbprodukt 100 ein oder mehrere Befestigungsmittel zum Befestigen des später geformten fertigen faserverstärkten Verbundteiles an einem anderen Teil der Windkraftanlage 80 ein. Die vier karottenartigen Teile 100 bis 103 in 3 sind nur als ein Beispiel von Befestigungsmitteln ausgewählt. Typischerweise ist das Befestigungsmittel ein mechanisches. Die Einlagen des Halbproduktes 100 können Befestigungsmittel sein oder solche zumindest einschließen, wie einen karottenförmigen Teil, eine Buchse, einen Gewindestab, einen Bolzen, einen Flansch oder Ähnliche. Auch diese sind wiederum nur Beispiele für Befestigungsmittel und sind nicht als eine Beschränkung anzusehen. In Abhängigkeit von der Aufgabe wird der Fachmann in der Lage sein, eine geeignete Anzahl und Anordnung geeigneter Befestigungsmittel auszuwählen.
Ist das faserverstärkte Verbundteil eine Rotorschaufel 90, dann kann das Befestigungsmittel z.B. zum Montieren des Rotorflügels an der Nabe 82 benutzt werden. Dies wird detaillierter weiter unten erläutert. In noch einem anderen Aspekt kann das Befestigungsmittel zum Befestigen anderer Teile an dem später geformten fertigen faserverstärkten Verbundteil benutzt werden. Die Befestigungsmittel können, z.B., ein Gelenk für Klappen oder Befestigungspunkte für ein Gatter oder eine Schwelle sein, wie eine Wurzelverschlussplatte des Rotorflügels 90. Ähnliche Strukturen können in anderen faserverstärkten Teilen der Windkraftanlage 80 gefunden werden, wie in der Nabenhaube und im Rumpf 84. In noch einem anderen Beispiel sind die Befestigungsmittel für temporären Gebrauch vorgesehen, z.B. als Hilfsmittel während des Transportes, des Zusammenbaus, der Reparatur oder der Instandhaltung der Windkraftanlage 80 oder von Teilen davon. Dies ist besonders vorteilhaft, weil die Windkraftanlage 80 oder ihre Teile typischerweise eine Größe von bis zu mehreren zehn Metern haben und sie daher ein großes Gewicht aufweisen. Die erforderlichen stabilen Hilfsbefestigungsmittel zum Anheben, Einstellen und temporären Fixieren der faserverstärkten Teile der Windkraftanlage 80 können auf diese Weise bereitgestellt werden.
In 3 können die Einlagen weiter mindestens ein (nicht gezeigtes) Befestigungsmittel einschließen, wie einen Clip, eine Klammer, einen Haken, ein Band oder Ähnliches, um die Einlagen 100 an der Fasermatte 200 anzubringen. Jede der Einlagen 102 und 103 schließt sowohl einen karottenähnlichen Teil als Befestigungsmittel als auch entsprechende Hilfsmittel 110 und 120 ein, um die Befestigung der Einlagen an der Fasermatte 200 zu unterstützen.
In anderen Worten können die Einlagen ein funktionelles Mittel sein, wie ein Befestigungsmittel, es kann jedoch auch eine Unterbaueinheit von, z.B., mehreren funktionellen und/oder mehreren Befestigungsmitteln und/oder Hilfsmitteln zum Befestigen der Einlage an der Fasermatte sein.
Unter Bezugnahme auf 4 werden noch weitere Aspekte beschrieben. Die gezeigten vier Einlagen 100 in 4 sind als karottenförmige Teile gezeichnet, doch ist auch dies nur beispielhaft. Entweder wenige, mehrere oder sogar eine große Anzahl identischer oder unterschiedlicher funktioneller Mittel kann als Einlagen 100 benutzt werden oder Teil davon sein.
Wie in 4 gezeigt, sind die Einlagen 100 des Halbproduktes 10 zwischen zwei Fasermatten 200 und 201 angeordnet. Die Einlagen 100 sind an der Fasermatte 200 und/oder der Fasermatte 201 befestigt. Dabei kann irgendeines der oben erwähnten Verfahren zum Befestigen von Einlagen an Fasermatten benutzt werden, insbesondere Leimen, Nähen, Anbinden, Heften, Klammern, Festspannen, Nieten oder Ähnliches kann benutzt werden. Typischerweise erleichtert das Anordnen der Einlagen 100 zwischen den beiden Fasermatten 200 und 201 ihre Befestigung. Im Falle des Nähens der Einlagen 100 kann man dies einfach zwischen den beiden Fasermatten 200 und 201 tun. In noch einem anderen Aspekt werden die Einlagen 100 zwischen zwei Fasermatten 200 und 201 durch Vorlaminieren der Fasermatten befestigt. Für diesen Zweck werden die Einlagen 100 zuerst zwischen den beiden Fasermatten 200 und 201 angeordnet. Danach werden die Fasermatten harzimprägniert. Weiter kann das Vorlaminieren zusätzlich zu einem oder anderem oben erwähnten Verfahren zum Anbringen der Einlagen an den Fasermatten benutzt werden. In einer Alternative werden die Einlagen 100 zwischen den beiden Fasermatten 200 und 201 durch partielles Laminieren der Fasermatten befestigt, d.h. die Fasermatten 200 und 201 werden nur in Regionen laminiert, die dicht zu einer entsprechenden Einlage 100 liegen.
5 zeigt eine Ausführungsform, die in Beziehung steht zu einer Einlage 500, die ein aerodynamisches Mittel umfasst. In diesem besonderen Falle schließt das Halbprodukt 50 eine Einlage 500 ein, die beim Herstellen von Rotorflügeln 90 zum Bilden der Hinterkanten 95 benutzt werden kann. Typischerweise bilden die Hinterkanten 95 einen Teil des Profils des Rotorflügels 90 und sie können aus einem Metall, wie Aluminium, hergestellt sein. Sie können weiter derart geformt sein, dass das durch die Flügel 90 des rotierenden Rotors erzeugte Geräusch vermindert ist. Wie sich aus 5 ergibt, schließt die Einlage 500 eine rückwärtige Kante mit einer Verlängerung 510 mit Ausnehmungen 520 ein, die zum Befestigen der Einlage 500 zwischen den Fasermatten 200 und 201, z.B. durch Nähen der Fasermatten 200 und 201, unter Benutzung einfacher Nähmuster 320 benutzt werden kann. Der Fachmann wird erkennen, dass ähnliche Halbprodukte für die Vorderkante 94 und für Strömungsbeeinflussungsmittel benutzt werden können, wie eine Windbremse, Klappen und anpassbare kleine Flügel des Rotorflügels 90, Luftrohre, Pumpen und Ventile oder Ähnliches.
Die in 6 gezeigte Ausführungsform bezieht sich ebenfalls auf ein Halbprodukt 60, das bei der Herstellung von Rotorflügeln 90 benutzt werden kann. In diesem Falle bildet die Einlage 600 die Spitze 92 des Rotorflügels 90. Weiter erfüllt sie zwei Funktionen: eine aerodynamische und eine leitende als Teil eines Blitzschutzsystems des Rotorflügels 90.
Als solche ist die Einlage 600 aus Metall oder einem anderen leitenden und robusten Material, wie verstärktem Kohlenfaserverbundwerkstoff, hergestellt. Wie in dem vorhergehenden Beispiel eines Halbproduktes 50 für eine rückwärtige Kante, schließt die Einlage 600 einen Verlängerungsteil mit Ausnehmungen 620 ein, der benutzt werden kann, die Einlage 600 zwischen den Fasermatten 200 und 201 durch miteinander Vernähen der Fasermatten 200 und 201 unter Anwendung eines einfachen Nähmusters 320 zu befestigen. Zusätzlich schließt die Einlage 600 einen Absatz 602, um den Kontakt oder das Benetzen des Spitzenteiles 92 der Einlage 600 mit Harz während der Harzimprägnierung und/oder dem Härten zu vermeiden, und einen Draht oder nach unten weisenden Leiter 603 zum Transport hoher elektrischer Ladungen ein, um, wenn ein Blitz der Rotorflügel 90 trifft, über die Flügelwurzel 93, den Rumpf 84 und den Turm 83 eine Erdung herbeizuführen. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Spitze eine Vielzahl von Gestalten haben kann, wie kleine Flügel, Finger, Klappen und Ähnliches.
In einer anderen Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf 7 erklärt ist, wird ein Verfahren zum Bilden vorfabrizierter Halbprodukte zum Einsatz bei der Herstellung eines faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage 80 bereitgestellt. Das Verfahren zum Formen des vorfabrizierten Halbproduktes (z.B. 10, 50 oder 60) schließt eine Stufe 1000 des Bereitstellens einer ersten Fasermatte 200 und eine Stufe 1100 zum Anbringen mindestens einer Einlage 100 an der ersten Fasermatte derart ein, dass die relative Position der Einlage 100 mit Bezug zu der ersten Fasermatte 200 während der Herstellung des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage 80 im Wesentlichen fixiert bleibt. In Stufe 1000 kann die erste Fasermatte 200 bereits in der erforderlichen Gestalt in der Form bereitgestellt werden. In einer Alternative folgt der Stufe 1100 des Anbringens mindestens einer Einlage 100 an der ersten Fasermatte 200 eine Stufe des Schneidens und Formens.
Die Stufe 1100 des Anbringens mindestens einer Einlage 100 an der ersten Fasermatte 200 kann ausgeführt werden durch Leimen, Nähen, Anbinden, Heften, Klammern, Festspannen, Nieten oder eine Kombination davon.
Wie in 8 gezeigt, wird vor oder parallel zu Stufe 1100 eine Stufe 1050 des Anordnens mindestens einer Einlage 100 auf der ersten Fasermatte 200 typischerweise ausgeführt. Wie durch den Pfeil in 8 angezeigt, können die Stufen 1100 und 1050 wiederholt werden, wenn, z.B., weitere Einlagen erforderlich sind. Die Anzahl, Art und Anordnung benutzter Einlagen des Halbproduktes hängt von der Funktion des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage 80 ab.
Die erforderlichen funktionellen Mittel der faserverstärkten Verbundteile sind an der ersten Fasermatte 200 in einem Vorfabrikationsverfahren angebracht, um die Halbprodukte zu formen, um das abschließende Laminat-Auslegeverfahren in der Form zu vereinfachen, sodass die gefertigte Stückzahl pro Form erhöht wird. Die Qualität der Laminat-Anordnung kann ebenso erhöht werden. Es wird mehr Arbeit als Vorbereitung ausgeführt, sodass weniger Arbeit in oder auf der Form erforderlich ist, was den Formdurchsatz erhöht. Dies wird die Produktionsmenge erhöhen und die Gesamtproduktionskosten vermindern. Typischerweise wird die erste Fasermatte 200 in dem Vorfabrikationsverfahren getrimmt, um zusammen mit der mindestens einen weiteren Matte in die Endform zu passen. Weiter wird die mindestens eine Einlage 100 typischerweise in einer solchen Weise an der ersten Fasermatte 200 angebracht, dass die mindestens eine Einlage 100 in der vorgesehenen Position in der Form durch Anordnen des vorfabrizierten Halbproduktes in der Form im Wesentlichen angeordnet ist.
In einigen Aspekten kann ein automatisiertes oder halb automatisiertes Verfahren zum Formen des vorfabrizierten Halbproduktes eingerichtet werden. Einige Halbprodukte können, z.B., anfänglich als endlose Längen hergestellt werden, von denen die erwünschten Abschnittslängen geschnitten werden. Solche Schnitte müssen nicht notwendigerweise scharf durch alle Schichten gehen, sondern können abgestuft sein, wie, z.B., in 4 gezeigt. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Enden der Fasermatten 200 und 201 in der Form geschlossen werden sollen.
In anderen Worten kann das Verfahren des Formens des Halbproduktes 10 eine Stufe des Schneides in Teile und/oder des Zurechtschneidens der ersten Fasermatte 200, an der die mindestens eine Einlage 100 angebracht ist, derart einschließen, dass die Halbprodukte getrimmt sind, um zusammen mit mindestens einer weiteren Fasermatte zum Bilden des faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage 80 in der Form zusammenzupassen.
Bezugnehmend auf 9 wird noch ein weiteres Verfahren zum Bilden des vorfabrizierten Halbproduktes zum Einsatz bei der Herstellung eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage 80 erklärt. Das in 9 beschriebene Verfahren ist ähnlich den in 7 und 8 gezeigten Verfahren. Die obigen Erläuterungen mit Bezug auf 7 und 8 gelten daher auch für 9. Das in 9 gezeigte Verfahren schließt jedoch eine Stufe 1070 des Anordnens einer zweiten Fasermatte 201 auf der mindestens einen Einlage 100 ein. In der ersten Stufe 1000 wird, in anderen Worten, die erste Fasermatte 200 bereitgestellt. Danach wird die mindestens eine Einlage 100 auf der ersten Fasermatte 200 in der Stufe 1050 angeordnet, auf die Stufe 1070 des Anordnens einer zweiten Fasermatte 201 auf der mindestens einen Einlage 100 folgt. Schließlich wird die mindestens eine Einlage 100 an mindestens der ersten Fasermatte 200 Stufe 1100 angebracht. in einer Typischerweise ist die mindestens eine Einlage 100 zwischen den Fasermatten 200 und 201 fixiert, z.B. durch Nähen, wie bereits unter Bezugnahme auf 4 erläutert wurde.
Mit Bezug auf die 10 bis 12 werden noch weitere Aspekte erläutert, um irgendwelche Unebenheit des oder unerwünschte Hohlräume in dem Halbprodukt 10 zu kompensieren, die durch die mindestens eine Einlage 100 verursacht ist/sind, wobei das Verfahren zum Formen des Halbproduktes weiter eine Stufe des Anordnens eines Füllstoffmaterials auf der ersten Fasermatte 200 (10 bis 12) oder auf der (nicht gezeigten) zweiten Fasermatte 201 einschließt. Gemäß dem in 10 angegebenen Fließdiagramm folgt auf eine Stufe 1000 des Bereitstellens der ersten Fasermatte 200 und eine Stufe 1050 des Anordnens mindestens einer Einlage 100 auf der ersten Fasermatte 200 eine Stufe 1060, bei der ein Füllstoffmaterial 210 auf der ersten Fasermatte 200 angeordnet wird. Darauf folgt eine Stufe 1070 des Anordnens einer zweiten Fasermatte 201 auf der mindestens einen Einlage 100 und die Stufe 1100 des Befestigens der mindestens einen Einlage 100 an mindestens der ersten Fasermatte 200 oder zweiten Fasermatte 201. Typischerweise wird die mindestens eine Einlage 100 zwischen den Fasermatten 200 und 201 fixiert, z.B. durch Nähen, das auch das Füllstoffmaterial 210 an den Fasermatten 200 und/oder 201 befestigen kann. In einem anderen Beispiel wird das Vorlaminieren benutzt, die mindestens eine Einlage 100, das Füllstoffmaterial 210 und die beiden Fasermatten 200 und 201 miteinander zu befestigen. Ein daraus resultierendes typisches Halbprodukt 10 ist in 11 und 12 gezeigt.
Typischerweise wird das Füllstoffmaterial 210 ebenfalls aus den gleichen Fasern wie die Fasermatten 200 und 201 hergestellt oder schließt zumindest Kohlenstofffasern oder Glasfasern oder synthetische fasern oder eine geeignete Mischung solcher Fasern ein. Dies ist vorteilhaft für das Formen eines besonders stabilen fertigen faserverstärkten Verbundteiles.
Um die Gestalt des Halbproduktes 10 weiter zu stabilisieren, kann das Verfahren zum Formen des Halbproduktes 10 weiter eine Stufe des Vorimprägnierens oder des Vorlaminierens einschließen. Wie in 11 gezeigt, können die Hohlräume zwischen den Einlagen 100 mit zusätzlichem Füllstoffmaterial 210 gefüllt werden, das geeignet geformt und angeordnet ist, um eine gute Packung mit den Einlagen 100 zu bilden und die äußere und innere Oberfläche des Halbproduktes 10 bereit zum Aufbringen kontinuierlicher Faser in der Form zu machen. Im Beispiel von 11 verjüngt sich das Füllstoffmaterial 210 in der gleichen Weise wie die Einlagen 100 und es ist angeordnet, eine glatte obere Oberfläche des Halbproduktes 10 bereitzustellen. Der Klarheit halber sind nur drei Teile Füllstoffmaterial 210 gezeigt. Die Kompensation der Unebenheit ist nur für die obere Seite des Halbproduktes 10 gezeigt. Eine ähnliche Kompensation kann auch für die Unterseite des Halbproduktes 10 bereitgestellt werden. Das Letztere gilt auch für 12, die ein ähnliches Halbprodukt wie in 11 zeigt. In diesem Falle bedeckt jedoch ein Füllstoffmaterial 220 mehrere Einlagen 100 und schafft eine glatte Oberfläche 222, die bereit ist zum Aufbringen kontinuierlicher Faser in der Form.
Mit Bezug auf die 13 und 14 werden noch weitere Aspekte erläutert. In den 13 und 14 ist ein Halter 70 als eine Draufsicht bzw. Seitenansicht abgebildet. Der Halter wird typischerweise benutzt, um die Einlagen in ihrer vorgesehenen Position in dem Vorfabrikationsverfahren zum Bilden der Halbprodukte anzuordnen und zu fixieren. Der Gebrauch eines Halters kann besonders vorteilhaft sein sowohl für automatisierte als auch halbautomatisierte Verfahren zum Formen des Halbproduktes 10. In diesem Falle wird der Hauptkörper 700 des Halters 70 als ein flacher Zylinder geformt. Der Halter 70 schließt eine Ausnehmung oder ein Loch 702 zum permanenten oder entfernbaren Befestigen von Einrichtungen ein, wie dem gezeigten Schaft 703. Der Schaft 703 kann das Abstützen, die definierte Bewegung und/oder Rotation des Halters 70 erleichtern. Weiter schließt der Halter 70 Ausnehmungen 701 ein, wie in 13 gezeigt, um die Einlagen zu befestigen. Typischerweise sind die Einlagen in die Ausnehmungen 701 gestopft. Der Halter 70 von 14 schließt Stäbe 711 ein, die auf der Oberfläche 720 des Halters 70 montiert sind. Die Einlagen werden typischerweise auf die Stäbe gesteckt. Die gezeigten Ausnehmungen 701 und Stäbe 711 ebenso wie Bolzen und Stifte sind nicht einschränkende Beispiele zum Befestigen der Einlagen an dem Halter 70. Der Halter 70 kann, z.B., zum Bilden eines Halbproduktes 10 für den Wurzelteil 93 des Rotorflügels 90 benutzt werden. Die winkelmäßige Trennung zwischen den verschiedenen Ausnehmungen 701 oder Stäben 711 zum Befestigen von Einlagen ist typischerweise konstant. Der Fachmann wird in der Lage sein, eine geeignete Anordnung von Ausnehmungen 701 und/oder Stäben 711 für verschiedene Halbprodukte 10 auszuwählen. Weiter ist es möglich, einen Halter 70 bereitzustellen, der für verschiedene Halbprodukte 10 geeignet ist. So kann, z.B., der Halter 70 mehrere Ringe von Ausnehmungen 701 aufweisen, in denen verschiedene Stäbe 711 fixiert werden können. In Abhängigkeit von der Größe des Wurzelteiles 93 des Rotorflügels 90 wird einer solcher Ringe ausgewählt. Der Halter 70 kann weiter für den Transport des Halbproduktes 10 zu der Form und als ein Werkzeug zum Formen des Rotorflügels 90 in der Form benutzt werden. Bei dem abschließenden Laminierungsverfahren des faserverstärkten Verbundteiles kann der Halter 70 zwei Aufgaben erfüllen. Erstens kann er die Feineinstellung der Einlagen, z.B. karottenförmige Teile, erleichtern und zweitens kann er eine mechanische Abstützung, insbesondere für schwerere Halbprodukte 10, bereitstellen.
15 zeigt ein Halbprodukt 10 für den Wurzelteil 93 der Schaufel 90, das auf dem Halter 70 montiert ist. Als Nächstes wird ein Verfahren zum Formen des Halbproduktes 10 zum Einsatz bei der Herstellung eines faserverstärkten Wurzel-Verbundteiles einer Windkraftanlage 80 unter Bezugnahme auf 15 erläutert. Typischerweise werden die Einlagen 100, z.B. karottenförmige Teile, in einer ersten Stufe auf dem Halter 70 montiert, z.B. durch Einstecken in Ausnehmungen. In den nächsten Stufen werden die erste und zweite Fasermatte 200 und 201 auf den Einlagen 100 angeordnet und daran und/oder aneinander befestigt, z.B. durch Nähen. Vorteilhafterweise kann eine automatisierte Nähmaschine zum Verbinden der Einlagen 100 und der Fasermatten 200 und 201 benutzt werden, während der Halter als eine rotierende Zuführung benutzt wird. Zusätzlich kann ein (nicht gezeigtes) Füllstoffmaterial in den Hohlräumen zwischen den Fasermatten 200 und 201 und den Einlagen 100 angeordnet werden. In einer Alternative werden vorimprägnierte Fasermatten 200 und 201 auf den Einlagen 100 angeordnet. Danach kann ein (nicht gezeigtes) Deckblatt für die spätere Vakuuminfusion in einer Form zusätzlich auf der Oberfläche der ersten Fasermatte 200, die den Einlagen 100 gegenüber liegt, angeordnet werden. In anderen Worten, das Halbprodukt 10 schließt ein Deckblatt für die Vakuuminfusion in einer Form ein. Dadurch kann die Arbeit in der Form verringert werden.
In einem Beispiel wird das Halbprodukt 10, das auf dem Halter montiert ist, zu der Form transportiert; in einem anderen Beispiel wird das Halbprodukt an dem Halter in der Form montiert. Während der erste Fall weniger Arbeit in der Form erfordert, benötigt der zweite Fall weniger Transportkapazität.
Das in 16 gezeigte Beispiel bezieht sich auch auf ein Halbprodukt 10 für den Wurzelteil 93 des Rotorflügels 90, bei dem die Einlagen, z.B. karottenförmige Teile, durch Druck an den Fasermatten 200 und 201 fixiert sind. Zur Herstellung des Halbproduktes 10 wird ein innerer Rand, ausgekleidet mit einem Kautschukreifen oder einem reifenartigen Körper 72, als eine Abstützung benutzt. In einer ersten Stufe wird der Reifen 72 mit einem Überdruck aufgeblasen. Die äußere Oberfläche des aufgeblasenen Reifens sollte an die innere Oberfläche des Halbproduktes 10 angepasst sein. Dann werden ein Deckblatt 73 für spätere Vakuumimprägnierung und eine erste vorimprägnierte Fasermatte 200 übereinander auf dem Reifen angeordnet. Danach werden die Einlagen 100 und (nicht gezeigtes) Füllstoffmaterial auf der ersten Fasermatte 200 angeordnet. Schließlich wird die zweite vorimprägnierte Fasermatte 201 aufgewickelt. Das Halbprodukt 10 kann nun zu einer Form transportiert werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass das ganze Verfahren durch einen Halter ähnlich dem unterstützt werden kann, der in den 13 und 14 gezeigt ist.
In noch einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Formen eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage 80 bereitgestellt und mit Bezug auf 17 erläutert. Demgemäß schließt das Verfahren zum Formen eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage 80 eine Stufe 2000 des Anordnens mindestens eines vorfabrizierten Halbproduktes 10 in einer Form und eine Stufe 2100 des Anordnens mindestens einer Fasermatte in der Form derart ein, dass die mindestens eine weitere Fasermatte in Kontakt mit einer Fasermatte des mindestens einen vorfabrizierten Halbproduktes 10 steht. Die Reihenfolge dieser beiden Stufen kann auch umgekehrt werden. In einer nachfolgenden Stufe 2200 werden das Halbprodukt 10 und die mindestens eine weitere Fasermatte harzimprägniert. Die Stufe 2200 kann durch Vakuuminfusion eines Harzes in die Form oder per Hand mit Hilfe eines Rollers oder einer Bürste im Falle eines von Hand ausgeführten Formens ausgeführt werden. Dem folgt eine Stufe 2300 des Härtens des Harzes zum Formen des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage 80. Verglichen mit dem Formverfahren ohne Einsatz der beschriebenen Halbprodukte ist die Herstellungsarbeit in der Form signifikant verkürzt. Der Durchsatz der Form wird somit erhöht. Dies ist besonders dann der Fall, wenn ein vorfabriziertes Halbprodukt 10, das an einem Halter montiert ist, wie ,z.B., in 14 gezeigt, in der Form in Stufe 2000 angeordnet wird.
In anderen Worten schließt das Verfahren zum Formen des faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage 80 die Stufe des Anordnens, z.B. Legens und Ausrichtens, des mindestens einen vorfabrizierten Halbproduktes 10 und der mindestens einen weiteren Fasermatte in der Form derart, dass sie sich in Kontakt befinden, und eine Stufe des endgültigen Laminierens des Halbproduktes 10 und der mindestens einen weiteren Fasermatte in der Form zum Bilden des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage 80 ein. Die Stufe des endgültigen Laminierens schließt die Stufe 2200 der Vakuuminfusion des Harzes in die Form, um das mindestens eine Halbprodukt 10 und die mindestens eine weitere Fasermatte mit dem Harz zu imprägnieren sowie die Stufe 2300 des Härtens des Harzes ein. Typischerweise erfolgt das Härten des Harzes thermisch, z.B. durch Anwenden von Wärme über eine genügend lange Zeit, um das chemische Vernetzen zu ermöglichen. Alternativ kann das Harz bei Raumtemperatur durch strahlungschemisches Härten, z.B. UV-Härten oder Zugeben geeigneter Härtungsmittel (Katalysatoren), gehärtet werden.
In noch einem anderen Aspekt kann das Verfahren zum Formen des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage 80 eine Stufe des Bereitstellens eines Halters, der mindestens eine Befestigungseinrichtung für mindestens eine Einlage 100 aufweist, und eine Stufe des Befestigens der mindestens einen Einlage an dem Halter einschließen.
Im Falle des Halbproduktes 10, das mit Bezug auf 16 beschrieben wurde, kann eine Stufe des Lösens des Halbproduktes vom Reifen 72 durch Anwenden eines Vakuums und/oder Entlüften und Entfernen des Reifens 72 vor der Stufe 2200 der Faserimprägnierung durch Vakuuminfusion von Harz in die Form bereitgestellt werden. Dies soll das permanente Zusammensetzen des Reifens und des faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage 80 vermeiden.
Weiter können verschiedene Halbprodukte in der Form in Stufe 2000 angeordnet werden. Zum Formen der Rotorflügel 90 kann, z.B., eine Auswahl aus der Gruppe, bestehend aus einem Wurzel-Halbprodukt 10, einem Hinterkanten-Halbprodukt 50, einem Vorderkanten-Halbprodukt, einem Spitzen-Halbprodukt 60, einem Bremsklappen-Halbprodukt, einem Halbprodukt mit Befestigungseinrichtung zum Transport des Rotorflügels 90 und ein Halbprodukt mit Fixierungspunkten für Wurzelverschlussplatten, z.B., in der Form miteinander laminiert werden. Der Einsatz mehrerer Halbprodukte vermindert die Herstellungsarbeit in der Form entsprechend. Demgemäß kann der Formdurchsatz erhöht werden.
Faserverstärkte Verbundteile von Windkraftanlagen, wie Rotorflügel 90, der Maschinenrahmen, Das Gehäuse des Rumpfes und der Turm 83 sind typischerweise groß und sie können aus Untereinheiten hergestellt werden oder diese zumindest einschließen, die ebenfalls faserverstärkte Verbundteile sind. Das Verfahren zum Formen des faserverstärkten Verbundteiles kann auch auf solche Untereinheiten angewendet werden. So schließen z.B. Rotorflügel typischerweise mindestens zwei Hüllen ein. In einer ersten Stufe werden die Hüllen der Rotorflügel in einer Form unter Anwendung des in 17 beschriebenen Verfahrens hergestellt. Danach werden die Hüllen miteinander unter Bildung eines Rotorflügels verleimt.
Bezugszeichenliste

10, 50, 60: Halbprodukt
70: Halter
72: Reifen / reifenartiger Körper
73: Deckblatt
80: Windkraftanlage
82: Nabe
83: Turm
84: Rumpf
90: Rotorflügel / Schaufel
91: Rotorflügel-Körper
93: Flügelwurzel / Wuzelteil
92: Flügelspitze
94: Vorderkante
95: Hinterkante
100 -103: Einlage
110: Hilfsmittel, rillenartige Vertiefung oder Ausnehmung
120: Hilfsmittel, Fixieröse
200: erste Fasermatte
201: Zweite Fasermatte
210: Füllstoffmaterial
220: Füllstoffmaterial
222: Oberfläche des Füllstoffmaterials
300: Faden
320: Nähmuster
400: Band
410: Niet
500, 600: Einlage
510: Verlängerung
520, 620, 701: Ausnehmung
602: Absatz
603: Draht oder nach unten verlaufender Leiter
700: Halter-Hauptkörper
702: Ausnehmung, Loch
703: Schaft
711: Stab
720: Oberfläche des Halter-Hauptkörpers

Claims

Vorfabriziertes Halbprodukt zum Einsatz bei der Herstellung eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage, umfassend mindestens eine Einlage und eine Fasermatte, wobei die mindestens eine Einlage an eine Oberfläche der Fasermatte magnetisch oder durch Leimen, Nähen, Anbinden, Heften, Klammern, Festklemmen oder Nieten derart angebracht ist, dass die relative Position der mindestens einen Einlage bezüglich der Fasermatte während der Herstellung des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage im Wesentlichen fixiert bleibt.
Halbprodukt nach Anspruch 1, worin mindestens zwei Einlagen an der Oberfläche der Fasermatte derart angebracht sind, dass die relative Position der mindestens zwei Einlagen zueinander auf der Fasermatte während der Herstellung des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage im Wesentlichen fixiert bleibt.
. Halbprodukt nach Anspruch 1, wobei ein Füllstoffmaterial auf der Fasermatte angeordnet ist.
. Halbprodukt nach Anspruch 1, worin die mindestens eine Einlage zwischen zwei Fasermatten angebracht ist.
. Halbprodukt nach Anspruch 4, worin die mindestens eine Einlage zwischen den zwei Fasermatten durch Vorlaminieren der Fasermatten und/oder partielles Vorlaminieren der Fasermatten in einer Region nahe der Einlage angebracht ist.
. Halbprodukt nach Anspruch 1, worin die mindestens eine Einlage mindestens eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen der mindestens einen Einlage an der Fasermatte umfasst, wobei die mindestens eine Befestigungsvorrichtung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Bügel, einer Klammer und einem Haken.
. Halbprodukt nach Anspruch 1, worin die mindestens eine Einlage mindestens eine Hilfseinrichtung zum Befestigen der mindestens einen Einlage an der Fasermatte umfasst, wobei die mindestens eine Hilfsvorrichtung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Fixierungsöse, einer Ausnehmung und einer rillenartigen Vertiefung.
. Halbprodukt nach Anspruch 1, worin die mindestens eine Einlage mindestens ein Befestigungsmittel zum Gebrauch während des Transportes, des Zusammenbaus, der Reparatur oder des Betriebes der Windkraftanlage oder von Teilen davon und/oder zum Befestigen des faserverstärkten Verbundteiles an einem anderen Teil der Windkraftanlage oder Teilen davon umfasst, wobei das mindestens eine Befestigungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe eines karottenförmigen Teiles, einer Buchse, eines Gewindestabes, eines Bolzens, eines Gelenkes, eines Fixierungspunktes und eines Flansches.
. Halbprodukt nach Anspruch 1, worin die mindestens eine Einlage eine aerodynamische Einrichtung umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Schaufelspitze, einer Vorderkante und einer Bremsklappe.
. Verfahren zum Bilden eines vorfabrizierten Halbproduktes zum Einsatz bei der Herstellung eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage (80), umfassend die Stufen: Bereitstellen einer ersten Fasermatte und Befestigen mindestens einer Einlage (100) an einer Oberfläche der ersten Fasermatte magnetisch oder durch Leimen, Nähen, Anbinden, Heften, Klammern, Festklemmen oder Nieten derart, dass die relative Position der mindestens einen Einlage (100) mit Bezug auf die erste Fasermatte (200) während der Herstellung des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage (80) im Wesentlichen fixiert bleibt.
. Verfahren nach Anspruch 10, weiter umfassend eine Stufe des: Anordnens der mindestens einen Einlage in einem Halter umfassend mindestens eine Befestigungseinrichtung für die mindestens eine Einlage.
. Verfahren nach Anspruch 10, weiter umfassend eine Stufe des: Anordnens mindestens einer zweiten Fasermatte auf der mindestens einen Einlage.
. Verfahren nach Anspruch 10, weiter umfassend eine Stufe des: Vorimprägnierens oder Vorlaminierens der ersten Fasermatte.
. Verfahren nach Anspruch 10, weiter umfassend eine Stufe des Anordnens eines Füllstoffmaterials auf der ersten Fasermatte.
. Verfahren nach Anspruch 10, weiter umfassend eine Stufe des Schneidens in Teile oder Formens der ersten Fasermatte, mit der befestigten mindestens einen Einlage, dass das Halbprodukt oder die Halbprodukte getrimmt sind, um mit mindestens einer weiteren Fasermatte zum Formen des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage in einer Form zusammenzupassen.
. Verfahren zum Formen eines faserverstärkten Verbundteiles einer Windkraftanlage, umfassend: eine Stufe des Anordnens mindestens eines vorfabrizierten Halbproduktes in einer Form, wobei das vorfabrizierte Halbprodukt mindestens eine Fasermatte und mindestens eine an der Oberfläche der mindestens einen Fasermatte magnetisch oder durch Leimen, Nähen, Anbinden, Heften, Klammern, Festklemmen oder Nieten derart angebrachte Einlage umfasst, dass die relative Position der mindestens einen Einlage (100) mit Bezug auf eine erste Fasermatte (200) während der Herstellung des faserverstärkten Verbundteiles der Windkraftanlage (80) im Wesentlichen fixiert bleibt, eine Stufe des Anordnens mindestens einer weiteren Fasermatte in der Form derart, dass die mindestens eine weitere Fasermatte in Kontakt mit dem mindestens einen vorfabrizierten Halbprodukt steht, eine Stufe der Faserimprägnierung derart, dass das mindestens eine vorfabrizierte Halbprodukt und die mindestens eine weitere Fasermatte harzimprägniert werden, und eine Stufe des Härtens des Harzes, um das faserverstärkte Verbundteil der Windkraftanlage (80) zu formen.
. Verfahren nach Anspruch 16, weiter umfassend eine Stufe: des Anordnens eines Halters, umfassend mindestens ein Befestigungsmittel für die mindestens eine Einlage.
. Verfahren nach Anspruch 16, worin das faserverstärkte Verbundteil eine Schaufel oder ein Gehäuse einer Windkraftanlage oder ein Teil davon ist.