DE102010055874B3

DE102010055874B3 - Verfahren zur Herstellung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102010055874B3
Application number: DE102010055874A
Authority: DE
Inventors: Sönke Siegfriedsen
Original assignee: Aerodyn Engineering GmbH
Current assignee: Aerodyn Engineering GmbH
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-04-05
Anticipated expiration: 2030-12-25
Also published as: WO2012083932A2; WO2012083932A3

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Rotorblatts (10) für eine Windenergieanlage, mit den Schritten: Herstellen von zwei ein Rotorblatt bildenden Rotorblatthalbschalen (20, 30) in einer aus zwei Werkzeughalbschalen bestehenden ersten Werkzeugform in an sich bekannter Weise, Herstellen wenigstens eines Hinterkantengurts (40) in wenigstens einer zweiten Werkzeugform, und Verbinden der Rotorblatthalbschalen (20, 30) untereinander und mit dem wenigstens einen vorgefertigten Hinterkantenelement (40).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage und ein mittels des Verfahrens hergestelltes Rotorblatt.
Die Herstellung von Rotorblättern für Windenergieanlagen ist ein sehr arbeitsaufwändiges Verfahren mit hohen Anforderungen an das die einzelnen Arbeitsschritte größtenteils manuell ausführende Personal.
Derartige Verfahren sind beispielsweise aus der DE 198 33 869 C1 , DE 10 2008 045 601 A1 , DE 10 2008 045 578 A1 , DE 30 14 347 A1 und der EP 2 295 235 A1 bekannt.
Üblicherweise werden die Rotorblätter aus zwei Halbschalen zusammengesetzt, die aus mit Epoxidharz getränkten Glas- und Kohlefasermatten gefertigt sind, sodass bei relativ geringem Gewicht eine hohe Festigkeit der Rotorblätter erreicht werden kann.
Hierzu wird eine aus zwei beheizbaren Halbschalen bestehende Werkzeugform mit einem Trennmittel bestrichen und anschließend mit Glasfasermatten und in Bereichen, die einer zusätzlichen Verstärkung bedürfen, mit weiteren Glasfaser- oder Kohlefasergewebe oder -gelege oder einem anderen geeigneten Material in Sandwichbauweise, also einem Aufbau mit zwei ein Kernmaterial umgebenen Deckschichten, ausgelegt.
Insbesondere im Bereich der zu bildenden Blatthinterkante müssen zusätzlich aus Endlosfasern bestehende Gurte, sogenannte Hinterkantengurte, eingelegt werden, die je nach Position im Blatt abgestuft angeordnet werden. Die Hinterkantengurte sind notwendig, um das Dehnungsniveau des Rotorblattes einhalten zu können, dass den bei der Verwendung auftretenden wechselnden Eigengewichtsmomenten des Rotorblatts und aus dem Drehmoment resultierenden Schwenklasten standhalten soll. Die Gurte haben üblicherweise eine Breite von 10 bis 20 cm und müssen in überlappenden Lagen eingebracht werden, wobei sich die Überlappungsbereiche über die Länge des Blattes verändern.
Diese Handarbeit erfordert viel Erfahrung und stellt eine erhebliche Fehlerquelle bei der Fertigung des Rotorblatts dar. Insbesondere ist diese Vorgehensweise beim Schließen und Verkleben des Blattprofils aufgrund teilweise ungleichmäßiger Verteilung des Klebers, der Bildung von Luftblasen und der daraus resultierenden unterschiedlichen Steifigkeit und Wellenbildung der Hinterkantengurte speziell bei engen Radien problematisch. Einerseits besteht die Gefahr, dass die Hinterkantengurte in beiden Blatthälften zu dick ausgebildet werden, sodass das Blattprofil nicht geschlossen werden kann. Andererseits besteht die Möglichkeit, dass die Hinterkantengurte zu dünn ausgebildet werden, sodass es im weiteren Verlauf zu Fehlverklebungen der Blatthälften kommen kann.
Nach dem Einlegen von ein Gemisch eines Harz/Härtersystems führenden Schläuchen in die Halbschalen, wird eine die Halbschale luftdicht verschließende Folie aufgelegt, sodass in einem weiteren Schritt ein Vakuum angelegt und das Harzgemisch in die Glasfaser- und gegebenenfalls Kohlefasergewebe bzw. -gelege eingesogen und die Matten so durchtränkt werden können. Anschließend werden die Rotorblatthälften bei etwa 70°C gehärtet und die beiden Blatthälften miteinander verklebt, zum Entfernen des Trennmittels geschliffen, zum Ausgleich von Unebenheiten gespachtelt, mit Mitteln zum Schutz vor Feuchtigkeit und Licht beschichtet und lackiert.
Da es aufgrund einer fehlerhaften Ausbildung der Hinterkantengurte zu einer fehlerhaften Verklebung der Blatthälften kommen kann (s. o.), ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereit zustellen, mit dem die Blatthalbschalen ohne Schwachstellen optimal miteinander verbunden werden können, wobei insbesondere die Herstellung der Hinterkantengurte vereinfacht und die Fehlerträchtigkeit beseitigt werden soll.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Grundgedanke der Erfindung ist es, ein eigenständiges Profil für den Bereich der Blatthinterkante in einer eigenen zweiten Werkzeugform passgenau vorzufertigen und anschließend mit den beiden Blattprofilhalbschalen zu verkleben. Hierfür besteht die zweite Werkzeugform bevorzugt aus einer V-förmigen nach oben offenen Form, in die mit Harz getränktes Faserverstärkungsmaterial, z. B. Glasfaser- oder Kohlefasergewebe oder -gelege oder besonders vorteilhaft Rovings, eingelegt werden, sodass die zweite Werkzeugform verfüllt und das Hinterkantengurtprofil anschließend unter den üblichen Bedingungen, wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Zeitdauer etc. ausgehärtet werden kann. Das Verfahren zum Herstellen des Hinterkantengurtprofils ist damit dem Verfahren zur Herstellung der Rotorblatthalbschalen in Bezug auf die Verwendung der Materialien sehr ähnlich ausgebildet, sodass es außer einer zusätzlichen Werkzeugform im Wesentlichen keiner weiteren Maßnahmen bedarf.
Die Erfindung wird anhand eines besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels und anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein Rotorblatt nach dem Stand der Technik;
2 eine schematische Draufsicht auf das Rotorblatt aus 1;
3 eine geschnittene Detailansicht der Hinterkante in einem ersten Abschnitt eines Rotorblatts gemäß dem Stand der Technik;
4 eine geschnittene Detailansicht der Hinterkante des Rotorblatts aus 3 in einem zweiten Abschnitt;
5 eine geschnittene Detailansicht der Hinterkante in einem ersten Abschnitt eines erfindungsgemäß hergestellten Rotorblatts; und
6 eine geschnittene Detailansicht der Hinterkante in einem zweiten Abschnitt eines erfindungsgemäß hergestellten Rotorblatts.
1 zeigt einen Querschnitt durch ein Rotorblatt nach dem Stand der Technik. Das Rotorblatt 10 ist aus zwei Halbschalen 20, 30 zusammengesetzt, wobei bei Verwendung des Rotorblatts 10 besonders stark beanspruchte Bereiche besonders ausgestaltet sind. So weist das Rotorblatt 10 zwischen den Halbschalen 20, 30 vertikal verlaufende Stege 60 zur Aufnahme von Querkräften auf, die wie die Halbschalen 20, 30 üblicherweise auch aus einer Sandwichkonstruktion bestehen. Die Halbschalen 20, 30 und die Stege 60 können beispielsweise aus einem Sandwich mit Epoxidharz-Glasfaser-Laminat und PVC-Schaumstoff aufgebaut sein.
Weiter sind die Halbschalen 20, 30 im Bereich der Stege 60 mit in der Längsrichtung des Blattes 10 verlaufenden Gurten 50 verstärkt, damit das Blatt 10 zur Aufnahme von Biegemomenten biegesteif ausgebildet werden kann.
Insbesondere befinden sich der Nasenverklebung der Halbschalen 20, 30 gegenüberliegend im Bereich der Hinter- oder Endkante des Rotorblatts an die jeweilige Position im Rotorblatt 10 angepasste Hinterkantengurte 40, die aus in Längsrichtung des Blatts 10 ausgerichtetem UD-Material (UD: Uni-Direktional) bestehen.
Die Position und Anordnung der Hinterkantengurte 40 im Blatt 10 ist in einer Draufsicht in 2 und im Detail in 3 und 4 im Querschnitt an verschiedenen Orten entlang des Rotorblatts 10 dargestellt. Insbesondere wird aus 2 deutlich, dass der Verlauf der Hinterkantengurte 40 entlang der äußeren Blattkontur hohe Anforderungen an das ausführende Personal bei der Anpassung der Hinterkantengurte 40 an die jeweilige Position im Rotorblatt 10 stellt.
Nicht nur dass die äußere Form der Hinterkantengurte im Sandwichaufbau der oberen Halbschale 20 und unteren Halbschale 30 variiert, sondern es variiert auch die relative Position der Hinterkantengurte 40 der oberen Halbschale 20 in Bezug auf die Hinterkantengurte 40 der unteren Halbschale 30, sowie deren Höhe und Breite quer zur Blattachse. Schließlich variiert auch die Menge des zwischen die Hinterkantengurte 40 der oberen Halbschale 20 und die Hinterkantengurte 40 der unteren Halbschale 30 eingebrachten Klebers 70.
Die vorliegende Erfindung beseitigt nun die oben genannten Nachteile des vorstehend beschriebenen Aufbaus dadurch, dass nur ein Hinterkantengurtelement in einer zweiten Werkzeugform vorgefertigt wird und anschließend mit den Halbschalen 20, 30 des Rotorblatts 10 die aus dem Stand der Technik bekannten Hinterkantengurte ersetzend verklebt wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die zweite Werkzeugform eine der Innenkontur der zusammengefügten Rotorblatthalbschalen 20, 30 im Bereich der Hinterkante des Rotorblatts 10 entsprechende, d. h. ausfüllende Form aufweist. Hierzu ist die zweite Werkzeugform im Wesentlichen V-förmig und nach oben offen ausgebildet. Für die Ausbildung eines Hinterkantengurts 40 nach der Erfindung (siehe 5 und 6) können bevorzugt mit Harz getränkte Rovings beispielsweise vom einen Ende der zweiten Werkzeugform in Längsrichtung bis zum anderen Ende der Werkzeugform gezogen und in die zweite Werkzeugform gegebenenfalls abgestuft eingelegt werden. Die Rovings passen sich ohne weiteres der Innenkontur der zweiten Werkzeugform an, sodass eine Vielzahl von mit Harz getränkten Rovings übereinander in die zweite Werkzeugform eingelegt werden und die zweite Werkzeugform verfüllen können.
Nach Aushärtung der Rovings kann der Hinterkantengurt 40 nach der Erfindung in einem Stück aus der zweiten Werkzeugform gelöst und herausgenommen werden, wobei die Außenkontur des derart hergestellten Hinterkantengurts 40 sich in jeder Position in Längsrichtung des Rotorblatts 10 in die Geometrie der Halbschalen 10, 20 einfügt, ohne dass es einer besonderen Erfahrung im Herstellungsprozess oder weiterer Anpassungen des so gefertigten Hinterkantenelements bedarf.
Der einteilig ausgebildete Hinterkantengurt 40 wird mit dem Laminat der Halbschalen 20, 30 mit einer etwa 2–3 mm gleichmäßig dicken Kleberschicht verklebt, sodass die Möglichkeit einer fehlerhaften Verklebung reduziert ist. Wie die 5 und die 6 im Unterschied zu 3 und 4 zeigen, erfolgt eine gleichmäßig dicke Verklebung zu beiden Seiten des Hinterkantegurts 40 nach der Erfindung, während nach dem Stand der Technik die beiden Hinterkantengurtelemente 40 mit einer unterschiedlich mächtigen Kleberschicht miteinander verbunden sind. Insbesondere werden durch eine gleichmäßig dicke Verklebung Unterschiede in der Aushärtung aufgrund unterschiedlichen Kleberauftrags, unterschiedlicher Aushärtungszeit etc. vermieden.
Eine besonders einfache Positionierung des separat gefertigten, einteilig ausgebildeten Hinterkantengurts 40 kann bevorzugt dadurch erfolgen, dass in den Halbschalen 20, 30 als Anschläge ausgebildete Strukturen vorgesehen sind, an die der Hinterkantengurt 40 angelegt werden kann.
Schließlich bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Rotorblatt 10, das mit dem Verfahren nach der Erfindung hergestellt wurde.
Insbesondere weist das Rotorblatt 10 ein aus zwei Halbschalen 20, 30 gebildetes Rotorblattprofil auf, bei dem die beiden Halbschalen 20, 30 im Bereich der Hinterkante des Rotorblatts 10 mit einem separat gefertigten Hinterkantengurt 40 verklebt sind. Insbesondere ist der Hinterkantengurt 40 nach einer bevorzugten Ausgestaltung aus Rovings vorgefertigt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Rotorblatts (10) für eine Windenergieanlage, mit den Schritten: – Herstellen von zwei ein Rotorblatt bildenden Rotorblatthalbschalen (20, 30) in einer aus zwei Werkzeughalbschalen bestehenden ersten Werkzeugform in an sich bekannter Weise, – Herstellen wenigstens eines Hinterkantengurts (40) in wenigstens einer zweiten Werkzeugform, und – Verbinden der Rotorblatthalbschalen (20, 30) untereinander und mit dem wenigstens einen vorgefertigten Hinterkantengurt (40).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Werkzeugform eine der Innenkontur der zusammengefügten Rotorblatthalbschalen (20, 30) im Bereich der Hinterkante des Rotorblatts (10) entsprechende Form aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterkantengurt (40) durch Einlegen mit Harz getränkter Rovings in die zweite Werkzeugform und Aushärten lassen der Rovings gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterkantengurt (40) an einem in wenigstens einer Rotorblatthalbschale (20, 30) angeordneten Anschlag angeordnet wird.
Rotorblatt (10) mit einem aus zwei Halbschalen (20, 30) gebildeten Rotorblattprofil, wobei beide Halbschalen (20, 30) im Bereich der Hinterkante des Rotorblatts (10) mit einem separat gefertigten Hinterkantengurt (40) verklebt sind.
Rotorblatt (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterkantengurt (40) aus Rovings gefertigt ist.
Rotorblatt (10) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Halbschale (20, 30) einen dem Hinterkantengurt (40) benachbart angeordneten Anschlag aufweist.