DE102010002131A1 - Verfahren zum Herstellen von Windenergieanlagen-Rotorblättern und Windenergieanlagen-Rotorblatt - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Windenergieanlagen-Rotorblättern und Windenergieanlagen-Rotorblatt Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines Windenergieanlagen-Rotorblattes. Um eine wirtschaftlichere Fertigung mit hoher Qualität zu ermöglichen sind folgende Schritte vorgesehen: Vorsehen mindestens einer Form, Platzieren eines Geleges mit mindestens einem Kern in der Form, wobei der Kern eine Oberseite mit ersten Kanalabschnitten und eine Unterseite mit zweiten Kanalabschnitten sowie Verbindungsabschnitte zwischen den ersten und zweiten Kanalabschnitten aufweist, Zuführen von Harz, insbesondere durch die ersten und/oder zweiten Kanalabschnitte, bis das Gelege ausreichend durchtränkt ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Windenergieanlagen-Rotorblättern und ein Windenergieanlagen-Rotorblatt.
  • Da Rotorblätter von Windenergieanlagen, die oft als Faserverbundbauteile ausgeführt werden, regelmäßig über Jahre der Witterung und auch extremen Wetterbedingungen ausgesetzt sind, müssen sie diesen auch widerstehen können. Das ist einerseits eine Sache der Auslegung der Rotorblätter. Anderseits müssen die Rotorblätter dann auch tatsächlich über entsprechende Materialeigenschaften verfügen. Das ergibt sich bereits daraus, dass gerade die Faserverbundbauweise es erlaubt, belastbare und dauerhafte Komponenten herzustellen. So werden Rotorblätter für Windenergieanlagen typischerweise in einem Vakuum-Infusionsverfahren hergestellt. Hierbei werden Glasfaser-Matten sowie Hartschaum oder Balsaholz als Kern in einer Form für das Rotorblatt ausgelegt und mittels einer Pumpe und einem Schlauchsystem im Vakuum mit Harz getränkt. Somit weist das Rotorblatt anschließend ein Kernelement und glasfaserverstärktes Epoxidharz auf beiden Seiten des Kerns in einer Sandwichbauweise auf.
  • Das Harz wird dabei typischerweise in einem Vakuum-Infusionsverfahren bzw. Injektionsverfahren infundiert bzw. injiziert. Hierbei kann eine Folie vorgesehen werden, um ein Vakuum unterhalb der Folie zu erzeugen. Das Vakuum ist insbesondere vorteilhaft, weil es zu einer verbesserten Ausbreitung des Harzes führt. Üblicherweise wird eine Fließhilfe zwischen dem Kern und den anderen Schichten des Geleges platziert. Die Fließhilfe dient dazu, dass sich das Harz schnell ausbreiten kann, sodass das Material des Rotorblattes gleichmäßig durchtränkt wird.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Fertigung von Faserverbundbauteilen und insbesondere Rotorblättern für Windenergieanlagen vorzusehen, welches eine wirtschaftlichere Fertigung mit gleichmäßig hoher Qualität ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein Windenergieanlagen-Rotorblatt nach Anspruch 3 gelöst.
  • Somit wird ein Verfahren zur Fertigung eines Windenergieanlagen-Rotorblattes oder eines Faserverbundbauteiles vorgesehen. Hierbei wird mindestens eine Form vorgesehen und ein Gelege mit mindestens einem Kern wird in der mindestens einen Form platziert. Der Kern weist eine Oberseite mit ersten Kanalabschnitten und eine Unterseite mit zweiten Kanalabschnitten sowie Verbindungsabschnitte zwischen den ersten und zweiten Kanalabschnitten auf. Harz kann insbesondere durch die ersten und/oder zweiten Kanalabschnitte zugeführt werden, bis das Gelege ausreichend durchtränkt ist.
  • Somit kann ein Verfahren zum Herstellen von Windenergieanlagen-Rotorblättern vorgesehen werden, bei dem keine Fließhilfen benötigt werden.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt das Zuführen von Harz in einem Vakuum-Injektionsverfahren.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Windenergieanlagen-Rotorblatt oder ein Faserverbundbauteil mit mindestens einem Kern, der eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist. In der ersten Seite ist mindestens ein erster Kanalabschnitt und in der zweiten Seite ist mindestens ein zweiter Kanalabschnitt vorgesehen. Ferner sind Verbindungsabschnitte an den Übergangsbereichen der ersten und zweiten Kanalabschnitte vorgesehen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wechseln sich der erste und zweite Kanalabschnitt entlang der Länge des Kerns ab.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die ersten und zweiten Kanalabschnitte in den Kern hinein gefräst.
  • Die Erfindung betrifft den Gedanken, in dem Kern bzw. dem Kernmaterial eines Windenergieanlagen-Rotorblattes oder eines Faserverbundbauteils mindestens einen Kanal auszubilden. Hierbei wird ein Kanal zumindest teilweise auf der Oberseite und mindestens ein Kanal zumindest teilweise auf der Unterseite ausgebildet, wobei ein Verbindungsabschnitt zwischen den Kanalabschnitten auf der Oberseite und dem Kanal auf der Unterseite vorgesehen wird. Dies kann beispielsweise durch eine Durchgangsbohrung im Bereich einer Überschneidung der Kanäle der Ober- und Unterseite erfolgen. Dies kann aber z. B. auch über die Einstellung der Kanaltiefe erfolgen. Wenn diese etwas größer als die Hälfte der Materialdicke eingestellt wird, werden sich im Überlappungsbereich der Kanäle von Oberseite und Unterseite automatisch Durchbrüche, also Verbindungen zwischen beiden Kanälen ergeben. Das Harz kann nun dem Kanal bzw. den Kanälen zugeführt werden. Durch die Verbindung an den Überschneidungen der Kanäle an der Ober- und Unterseite kann das Harz sich über die gesamte Länge des Kanals und damit entlang des gesamten Kernmaterials bzw. des gesamten Geleges gleichmäßig ausbreiten.
  • Ein Anguss, also ein Anschluss für die Zuführung des Harzes, kann sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite vorgesehen werden, um das Harz zuzuführen. Dabei können die Angüsse z. B. an den äußeren Enden der Kanäle vorgesehen werden.
  • Wenn mehrere Kerne mit Kanälen in dem Faserverbundbauteil vorhanden sind, dann kann an den Stoßstellen zwischen den Kernen eine Querfräsung vorgesehen werden, um eine Verbindung der Kanäle untereinander vorzusehen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die Kanäle durch Fräsen in den Kernen ausgebildet. So lassen sich die Kanäle mit bekannten und sicher beherrschten und bewährten Arbeitsverfahren herstellen. Dabei können die Kanäle bereits bei der Herstellung der Kerne erzeugt werden, sodass die Kerne als fertig ausgebildete Halbzeuge in die Form eingelegt werden können.
  • Außerdem kann bei der Verwendung von entgastem Harz ein Rotorblatt mit einer hohen Festigkeit dadurch verwirklicht werden, dass das Harz frei von Gasbläschen wie z. B. Lufteinschlüssen ist.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische, perspektivische Darstellung eines Kernelementes eines Windenergieanlagen-Rotorblattes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 2 zeigt eine vereinfachte Draufsicht auf ein solches Kernelement, und
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kernes eines Faserverbundbauteils wie z. B. eines Windenergieanlagen-Rotorblattes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Darstellung. Der Kern 100 weist eine Oberseite (erste Seite) 101 und eine Unterseite (zweite Seite) 102 auf. In der Oberseite 101 sind mehrere erste Kanalabschnitte 110 und auf der Unterseite 102 sind mehrere zweite Kanalabschnitte 120 ausgebildet, z. B. hineingefräst. An den Überlappungs- bzw. Überschneidungsbereichen zwischen den ersten und zweiten Kanalabschnitten 110, 120 können Verbindungsabschnitte 130 beispielsweise in Form von Durchgangsbohrungen 130 vorgesehen werden. Somit wird ein durchgängiger Kanal bestehend aus ersten Kanalabschnitten, zweiten Kanalabschnitten und Verbindungsabschnitten 110, 120, 130 vorgesehen. Werden die Kanalabschnitte 110, 120 etwas tiefer als die Hälfte der Materialdicke ausgeführt, ergibt sich eine Verbindung im Überschneidungsbereich dieser Kanalabschnitte 110, 120 automatisch.
  • Der Kanal verläuft somit teilweise an der Oberseite 101 und teilweise an der Unterseite 102. Insbesondere verläuft der Kanal abwechselnd auf der Ober- und Unterseite 101, 102, kann aber durch die Verbindungen 130 durchgehend ausgebildet sein. In diesen Kanal kann z. B. ein Harz wie beispielsweise ein glasfaserverstärktes Epoxidharz in einem Vakuum-Infusionsverfahren eingeführt werden, welches sich dann von dem Kanal aus weiter ausbreitet, bis das Kernelement komplett mit einer vorbestimmten Dicke des Harzes bedeckt ist.
  • Zur Fertigung eines erfindungsgemäßen Faserverbundteils und insbesondere eines Windenergieanlagen-Rotorblattes können der Kern bzw. das Kernelement 100 sowie z. B. Glasfaser-Matten in einer Form, z. B. einer Halbschale, platziert werden. Anschließend kann das Harz dem Kanal 110, 120 in einem Vakuum-Infusionsverfahren zugeführt werden, wobei das Harz zunächst den Kanal ausfüllt und sich dann gleichmäßig in dem Gelege auf und unter dem Kernelement 100 verteilt. Dabei ist die Harzmenge so bemessen, dass es zu einer ausreichenden Durchtränkung des Geleges kommt.
  • Somit kann der Kanal mit den ersten und zweiten Kanalabschnitten 110, 120 zum Transport des Epoxidharzes verwendet werden. Das Epoxidharz kann über einen Anguss an den Enden der Kanäle 110, 120 sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite zugeführt werden, um sich durch den erfindungsgemäßen Kanal schnell und gleichmäßig in der Form auszubreiten und das Gelege zu durchtränken.
  • Das Epoxidharz kann optional direkt über einen Anguss sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite oder indirekt über die Kanäle erfolgen.
  • Wenn mehrere Kerne in einem Rotorblatt vorgesehen werden, dann können Querfräsungen bzw. Querkanäle an den Stoßstellen vorgesehen werden, um eine Verbindung zwischen den Kanälen in den einzelnen Kernen zu schaffen und so eine Ausbreitung des Harzes über das ganze Faserverbundbauteil bzw. die gesamt Form zu begünstigen.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Kerns bzw. Kernelements 100 für ein Faserverbundbauteil, wie z. B. ein Windenergieanlagen-Rotorblatt, bei welchem Harz 500 beispielsweise in einem Vakuum-Injektionsverfahren zugeführt wird. Wie in 2 zu sehen, hat das Harz 500 sich bereits teilweise ausgebreitet. Dabei ist in 2 zu sehen, dass das Harz sich entlang des Kanals 110, 120, 130 ausbreitet. Die in dieser Figur dargestellte Ausbreitungsfront des Harzes, kurz als Harzfront 510 bezeichnet, lässt eine gleichmäßige Harzausbreitung und damit eine ebenso gleichmäßige Durchtränkung des Geleges erkennen.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils oder eines Windenergieanlagen-Rotorblattes wird die Zeit zur Herstellung eines Windenergieanlagen-Rotorblattes reduziert. Ferner sind keine Fließhilfen mehr erforderlich.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Windenergieanlagen-Rotorblatts kann eine Herstellung eines Rotorblattes in einem Stück vereinfacht werden.
  • Das Windenergieanlagen-Rotorblatt gemäß der Erfindung kann beispielsweise in einem Sandwich-Verfahren hergestellt werden. Hierzu wird beispielsweise ein Sandwich-Material wie beispielsweise PVC-Schaum, Balsaholz etc. als ein Kern des Rotorblattes vorgesehen. In diesem Kern kann wie oben beschrieben ein Kanal gefräst werden. Durch diesen Kanal kann ein Transport von Harz ermöglicht bzw. beschleunigt werden. Durch das Vorsehen von Verbindungsstellen bzw. Abschliffen zwischen den Ausfräsungen an der Ober- und Unterseite kann sich das Harz bzw. die Matrix in dem gesamten Kanal ausbreiten. Die Zuführung des Harzes kann direkt über einen Anguss auf der Ober- oder Unterseite oder indirekt über Kanäle im Bauteil bzw. im Kern erfolgen. Wenn der Kern aus mehreren Stücken besteht, dann können an den Stoßstellen dieser Stücke ebenfalls Querfräsungen vorgesehen werden, um zu gewährleisten, dass die Verbindung des Kanals gegeben ist.
  • Innerhalb des Kanals kann das Harz sich schneller ausbreiten als außerhalb. Somit kann die Fließhilfe bei der Verwendung des Harzkanals weggelassen werden. Der Harzkanal wird vorzugsweise in Längsrichtung des Kernelementes vorgesehen, so dass das Harz sich schnell durch den Harzkanal entlang der Längsrichtung ausbreiten kann und dann über den Kanal hinaus weiter ausbreiten kann. Dies kann zu einer gleichmäßigeren Ausbreitung des Harzes führen, da die Ausbreitung innerhalb des Harzkanals schneller ist als außerhalb.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung. Die Windenergieanlage 1 weist einen Turm 10 mit einer Gondel 20 an dem oberen Ende des Turms 10 auf. An der Gondel 20 sind beispielsweise drei Rotorblätter 30 angeordnet. Die Rotorblätter 30 weisen eine Rotorblattspitze 32 und eine Rotorblattwurzel 31 auf. Die Rotorblätter 30 werden an der Rotorblattwurzel 31 beispielsweise an der Rotornabe 21 befestigt. Der Pitchwinkel der Rotorblätter 30 ist vorzugsweise steuerbar entsprechend der aktuellen Windgeschwindigkeit.
  • Die Windenergieanlagen-Rotorblätter 30 von 3 können gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hergestellt werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Fertigung eines Rotorblattes, insbesondere eines Windenergieanlagen-Rotorblattes, mit den Schritten: Vorsehen mindestens einer Form, Platzieren eines Geleges mit mindestens einem Kern (100) in der mindestens einen Form, wobei der Kern eine Oberseite (101) mit ersten Kanalabschnitten (110) und eine Unterseite (102) mit zweiten Kanalabschnitten (120) sowie Verbindungsabschnitte (130) zwischen den ersten und zweiten Kanalabschnitten (110, 120) aufweist, Zuführen von Harz, insbesondere durch die ersten und/oder zweiten Kanalabschnitte (110, 120), bis das Gelege ausreichend durchtränkt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zuführen des Harzes in einem Vakuum-Injektionsverfahren erfolgt.
  3. Windenergieanlagen-Rotorblatt, mit mindestens einem Kern (100), welcher eine erste Seite (101) und eine zweite Seite (102) aufweist, wobei mindestens ein erster Kanalabschnitt (110) in der ersten Seite (101) und mindestens ein zweiter Kanalabschnitt (120) in der zweiten Seite (102) vorgesehen ist, wobei Verbindungsabschnitte (130) an den Überschneidungsbereichen der ersten und zweiten Kanalabschnitte (110, 120) vorgesehen sind.
  4. Rotorblatt nach Anspruch 3, wobei erste und zweite Kanalabschnitte (110, 120) sich entlang der Länge des Kernes (100) abwechseln.
  5. Rotorblatt nach Anspruch 3 oder 4, wobei die ersten und zweiten Kanalabschnitte (110, 120) in den Kern (100) hineingefräst sind.
  6. Windenergieanlage, mit mindestens einem Windenergieanlagen-Rotorblatt nach einem der Ansprüche 3 bis 5.
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