DE102011003378A1

DE102011003378A1 - Fertigungseinrichtung und Fertigungsverfahren für ein Bauteil einer Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102011003378A1
Application number: DE102011003378A
Authority: DE
Inventors: Dr. Arbter Rene; Urs Bendel
Original assignee: Repower Systems SE
Current assignee: Senvion GmbH
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (10) zur Fertigung eines Bauteils (3, 4, 5) für ein Rotorblatt (2) einer Windenergieanlage (1), das aus wenigstens einem Fasermaterial (52) und wenigstens einem Matrixmaterial gefertigt ist oder wird, umfassend eine Fertigungsform (31) zur Aufnahme von Fasermaterial (52) und wenigstens einer Fließhilfe (51), eine Saugvorrichtung (21, 22) zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Fertigungsform (31), eine Zuführvorrichtung (11, 12) zum Zuführen von fließfähigem Matrixmaterial in einem vorgebbaren Matrixmaterialvolumenstrom (53) zur Fertigungsform (31), wobei das Matrixmaterial mittels des Unterdrucks und der Fließhilfe (51) in der Fertigungsform (31) verteilt wird, und eine Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung (41) für die Zuführvorrichtung (11, 12), wobei der Matrixmaterialvolumenstrom (53) mittels der Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung (41) gesteuert oder geregelt ist oder wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fertigung eines Bauteils für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Fertigen eines Bauteils für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage. Die Erfindung betrifft außerdem ein Bauteil für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, ein Rotorblatt einer Windenergieanlage und eine Windenergieanlage.
Bekannt sind Rotorblätter für Windenergieanlagen aus mehreren Einzelteilen, die einzeln in Faserverbundbauweise gefertigt und zu einem Rotorblatt verklebt werden. Die Einzelteile weisen zum Teil erhebliche Ausmaße auf und sind gewöhnlich flächig, d. h. die Dicke ist wesentlich kleiner als die Länge und die Breite.
Für die Herstellung großer Einzelteile in Faserverbundbauweise hat sich im Stand der Technik die sogenannte Vakuuminfusionstechnologie bewährt. Dabei wird zunächst trockenes Faserhalbzeug in einer Form ausgelegt, die die endgültige Oberflächenform des Einzelteils vorgibt. Die Form mit dem Faserhalbzeug wird abgedichtet und evakuiert. Sodann wird die Form mit einem Vorrat an Harz verbunden, das aufgrund des in der Form herrschenden Unterdrucks in die Form gesaugt wird und das Faserhalbzeug durchtränkt. Nach Aushärten des Harzes kann dann das Einzelteil aus der Form entnommen und weiterverarbeitet werden.
Entscheidend für die Qualität des Faser-Matrix-Verbundes ist dabei, dass die Fasern des Faserhalbzeugs gleichmäßig und möglichst vollständig von Harz benetzt werden, um eine maximal belastbare Grenzschicht zwischen der Harzmatrix und der darin eingebetteten stabilisierenden Fasern zu erreichen. Von entscheidender Bedeutung ist dabei die Verteilung des Harzes über die Fläche der Form bzw. des Einzelteils.
Im Stand der Technik ist bekannt, sogenannte Verteilermedien oder Fließhilfen zu verwenden, um die Verteilung des Harzes zu beeinflussen. Dabei handelt es sich üblicherweise um relativ offenes, saugstarkes Material, beispielsweise Vlies, das das Harz gut verteilt, dessen Fasern jedoch nicht wesentlich zur Festigkeit des endgültigen Verbundbauteils beitragen.
Durch Wahl des Verteilermediums, durch Variation von dessen Größe, Zuschnitt und Dicke sowie durch geschickte Positionierung von Harzzufluss- und Luftabsaugstutzen kann dabei das Fließverhalten des Harzes in der Form vorbestimmt werden. Dem sind jedoch Grenzen gesetzt, insbesondere wenn aufgrund technischer Vorgaben die Hauptfließrichtung des Harzes quer zu der Hauptausrichtung der Fasern ist oder viele übereinanderliegende Faserlagen durchtränkt werden müssen.
Darüber hinaus sind die erzielbaren Ergebnisse, insbesondere bezüglich der Benetzung der Fasern mit Harz, nicht besonders gut reproduzierbar. Vielmehr sind erhebliches handwerkliches Geschick und langjährige Erfahrung erforderlich, um überhaupt qualitativ gute Ergebnisse zu erzielen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Fertigung eines Bauteil für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage sowie ein entsprechendes Verfahren anzugeben, wobei die Fertigung von Bauteilen mit verbesserter Reproduzierbarkeit und gleichbleibend hoher Qualität ermöglicht sein soll. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Bauteil anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zur Fertigung eines Bauteils für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, das aus wenigstens einem Fasermaterial und wenigstens einem Matrixmaterial gefertigt ist oder wird, umfassend eine Fertigungsform zur Aufnahme von Fasermaterial und wenigstens einer Fließhilfe, eine Saugvorrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Fertigungsform, eine Zuführvorrichtung zum Zuführen von fließfähigem Matrixmaterial in einem vorgebbaren Matrixmaterialvolumenstrom zur Fertigungsform, wobei das Matrixmaterial mittels des Unterdrucks und der Fließhilfe in der Fertigungsform verteilt wird, und eine Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung für die Zuführvorrichtung, wobei der Matrixmaterialvolumenstrom mittels der Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung gesteuert oder geregelt ist oder wird. Hierdurch wird eine Fertigungseinrichtung mit einer Fertigungsform zur Aufnahme wenigstens eines Fasermaterials und wenigstens einer Fließhilfe, einer Saugvorrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Fertigungsform, einer steuer- oder regelbaren Zuführvorrichtung zum Zuführen eines vorgebbaren Matrixmaterialvolumenstroms zur Fertigungsform und einer Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung zur Steuerung oder Regelung der Zufuhrvorrichtung bereitgestellt.
Im Rahmen der Erfindung bezeichnet der Begriff Fasermaterial insbesondere Glasfasern, Kohlefasern oder Kunststofffasern in Form von Halbzeugen, Gelegen, Geweben oder Endlosfasern bzw. Rovings.
Unter Matrixmaterial wird im Rahmen der Erfindung insbesondere Harz, Kunstharz oder Gießharz, insbesondere mit einem dazugehörigen Härter, verstanden.
Ferner wird die Bezeichnung Volumenstrom insbesondere für eine messbare Größe mit den Dimensionen Volumen pro Zeiteinheit verwendet.
Wenn im Rahmen der Erfindung von einem Unterdruck in der Fertigungsform die Rede ist, so meint dies insbesondere, dass zumindest in dem Teil der Form, in der das Fasermaterial und die Fließhilfe angeordnet sind, ein Vakuum oder ein niedrigerer Luftdruck als der Umgebungsluftdruck vorliegt, erzeugt wird oder erzeugbar ist.
Durch die Erfindung wird ermöglicht, die Fließgeschwindigkeit des Matrixmaterials in der Fertigungsform während des Infusionsprozesses prozessoptimiert zu steuern oder zu regeln. Gegenüber der bekannten Fertigung ist dadurch insbesondere ermöglicht, die Zufuhr an Matrixmaterial laufend anzupassen, so dass eine bevorzugte Fließgeschwindigkeit des Matrixmaterials in der Fertigungsform, insbesondere in der Fließhilfe, und/oder ein konstantes Fortschreiten der Fließfront des Matrixmaterials ermöglicht ist. Auch ist durch die Erfindung eine laufende Anpassung aufgrund sich ändernder Produktionsbedingungen, beispielsweise aufgrund von Variationen in der Viskosität des Matrixmaterials, ermöglicht.
Eine bevorzugte Fertigungsform ist einteilig ausgebildet oder weist mehrere, unbeweglich miteinander verbundene oder lösbar verbindbare Formelemente, insbesondere Teilformen, auf. Des Weiteren ist die Fertigungsform vorzugsweise an wenigstens einer Seite offen ausgebildet, wobei die offene Seite der Fertigungsform, insbesondere mittels einer Vakuumfolie, abdichtbar ist oder abgedichtet ist oder wird, um Unterdruck in der Fertigungsform zu ermöglichen. Derartige Fertigungsformen sind einfach zu konstruieren, stabil und insbesondere für große Bauteile wesentlich besser geeignet als beispielsweise mehrteilige und/oder geschlossene bzw. schließbare Fertigungsformen.
Des Weiteren umfasst die Zuführvorrichtung bevorzugterweise einen Matrixmaterialvorrat und eine Förder- oder Drosselvorrichtung, wobei der Matrixmaterialvolumenstrom zwischen dem Matrixmaterialvorrat und der Fertigungsform vorgesehen ist und mittels der Förder- oder Drosselvorrichtung vorgebbar ist oder vorgegeben ist oder wird. Dabei ist im Rahmen der Erfindung sowohl Fördern als auch Drosseln des Matrixmaterialvolumenstroms mittels der Förder- oder Drosselvorrichtung denkbar.
In diesem Zusammenhang meint Fördern, dass der Matrixmaterialvolumenstrom, d. h. das pro Zeiteinheit fließende oder strömende Volumen an Matrixmaterial, im Vergleich zu einem Fließen des Matrixmaterialvolumenstroms ohne Einfluss der Fördervorrichtung vergrößert wird. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass Matrixmaterial zur Fertigungsform gedrückt oder gepumpt wird.
Drosseln meint hingegen, dass der Matrixmaterialvolumenstrom zur Fertigungsform, beispielsweise durch Verringern des Querschnitts einer Zuführ- oder Förderleitung, verringert wird.
Eine besonders vorteilhafte Förder- oder Drosselvorrichtung ist dabei durch eine Schlauchpumpe gegeben. Der Vorteil hierbei liegt darin, dass eine Schlauchpumpe sowohl zum Drosseln als auch zum Fördern einsetzbar ist und somit ein breiterer Steuerungs- oder Regelungsbereich für den Matrixmaterialvolumenstrom zur Verfügung steht.
Bevorzugterweise ist die Saugvorrichtung, insbesondere mittels der Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung, steuerbar oder regelbar ausgebildet, wobei der Unterdruck in der Fertigungsform, vorteilhafterweise mittels der Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung, gesteuert oder geregelt ist oder wird. Hierdurch wird die Flexibilität der Steuerung bzw. Regelung des Infusionsprozesses, d. h. des Zuführens und Verteilens des Matrixmaterials in der Fertigungsform, weiter erhöht.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist wenigstens ein Temperatursensor zum Erfassen eines Temperaturwertes des Matrixmaterials oder eines Temperaturwertes einer Oberfläche der Fertigungsform oder eines Temperaturwertes der äußeren Umgebung der Fertigungsform vorgesehen, wobei der Temperatursensor mit der Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung verbunden ist, um dieser den erfassten Temperaturwert zur Verfügung zu stellen, so dass der Matrixmaterialvolumenstrom und/oder der Unterdruck in Abhängigkeit des Temperaturwertes steuerbar oder regelbar ist oder gesteuert oder geregelt ist oder wird.
Die Temperatur hat einen großen Einfluss auf die Viskosität des Matrixmaterials, was wiederum das Fließverhalten des Matrixmaterials zur Fertigungsform und in der Fertigungsform maßgeblich beeinflusst. Die Verwendung entsprechender Temperaturwerte bei der Steuerung oder Regelung des Matrixmaterialvolumenstroms und/oder des Unterdrucks ermöglicht somit eine verbesserte Kontrolle über den Infusionsprozess.
Ferner bevorzugt ist ein Volumenstromsensor zum Erfassen eines Volumenstromwertes für den Matrixmaterialvolumenstrom vorgesehen, wobei der Volumenstromsensor mit der Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung verbunden ist, um dieser den erfassten Wert zur Verfügung zu stellen, so dass der Matrixmaterialvolumenstrom und/oder der Unterdruck in Abhängigkeit des Volumenstromwertes steuerbar oder regelbar ist oder gesteuert oder geregelt ist oder wird. Ein bevorzugter Volumenstromsensor ist ein berührungsloser Durchflussmengenmesser. Dadurch wird insbesondere erreicht, dass der Matrixmaterialvolumenstrom direkt erfasst wird und somit besonders exakt steuer- oder regelbar ist.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein Verteilungssensor zum Erfassen eines Wertes für die Verteilung des Matrixmaterials in der Fertigungsform, insbesondere zum Erfassen eines Wertes für das Fortschreiten mit der Zeit oder einer Position einer Fließfront des Matrixmaterials, insbesondere in der Fließhilfe, und/oder zur Ermittlung einer, vorzugsweise zeitlichen, Änderung des Wertes vorgesehen, wobei der Verteilungssensor mit der Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung verbunden ist, um dieser den erfassten Wert zur Verfügung zu stellen, so dass der Matrixmaterialvolumenstrom und/oder der Unterdruck in Abhängigkeit des Wertes und/oder der Änderung des Wertes steuerbar oder regelbar ist oder gesteuert oder geregelt ist oder wird. Dadurch wird ein Wert erfasst, der insbesondere ein Maß für den Fortschritt und die Geschwindigkeit des Infusionsprozesses ist und somit eine besonders bevorzugte Steuerung bzw. Regelung des Infusionsprozesses ermöglicht.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Fertigen eines Bauteils für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, das aus wenigstens einem Fasermaterial und wenigstens einem Matrixmaterial gefertigt ist oder wird, insbesondere unter Verwendung einer vorausgehend beschriebenen Einrichtung zur Fertigung eines Bauteils, mit den folgenden Verfahrensschritten:

– Vorsehen von Fasermaterial in einer Fertigungsform für das Bauteil,
– Einbringen wenigstens einer Fließhilfe in die Fertigungsform,
– Erzeugen eines Unterdrucks in der Fertigungsform,
– Zuführen von fließfähigem Matrixmaterial zur Fertigungsform in einem vorgebbaren Matrixmaterialvolumenstrom, wobei das Matrixmaterial mittels des Unterdrucks und der Fließhilfe in der Fertigungsform verteilt wird, wobei der Matrixmaterialvolumenstrom gesteuert oder geregelt wird.

Nach Aushärten des Matrixmaterials wird das Bauteil bereitgestellt.
Gemäß dem Verfahren wird ein Bauteil für ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage aus wenigstens einem Fasermaterial und wenigstens einem ausgehärteten Matrixmaterial hergestellt, wobei das Matrixmaterial bei der Fertigung des Bauteils in einem fließfähigen Zustand vorliegt und das Fasermaterial in einer Fertigungsform mit dem Matrixmaterial durchtränkt wird, indem das Matrixmaterial der Fertigungsform in einem steuer- oder regelbaren Matrixmaterialvolumenstrom zugeführt und mittels eines Unterdrucks und wenigstens einer Fließhilfe in der Fertigungsform verteilt wird, wobei die Verteilung des Matrixmaterials in der Fertigungsform durch Steuerung oder Regelung des Matrixmaterialvolumenstroms gesteuert oder geregelt wird.
Das Bauteil ist durch einen besonders belastbaren Faser-Matrix-Verbund gekennzeichnet. Diese Eigenschaft resultiert aus einer besonders widerstandsfähigen und belastbaren Grenzschicht zwischen dem Fasermaterial und dem Matrixmaterial, die dadurch zustande kommt, dass die Fasern des Fasermaterials bei der Fertigung des Bauteils besonders umfassend mit dem Matrixmaterial benetzt werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Unterdruck ist vorteilhafterweise steuer- oder regelbar ausgebildet ist bzw. bei der Fertigung des Bauteils gesteuert oder geregelt ist oder wird.
Ferner wird bei der Fertigung des Bauteils bevorzugt ein Temperaturwert des Matrixmaterials und/oder ein Temperaturwert einer Oberfläche der Fertigungsform und/oder ein Temperaturwert der äußeren Umgebung der Fertigungsform erfasst, wobei der Matrixmaterialvolumenstrom und/oder der Unterdruck in Abhängigkeit des Temperaturwertes oder der Temperaturwerte gesteuert oder geregelt ist oder wird.
Ebenso vorteilhaft wird bei der Fertigung des Bauteils ein Volumenstromwert für den Matrixmaterialvolumenstrom erfasst, wobei der Matrixmaterialvolumenstrom und/oder der Unterdruck in Abhängigkeit des Volumenstromwertes gesteuert oder geregelt ist oder wird.
Außerdem wird bei der Fertigung des Bauteils vorteilhafterweise ein Wert für die Verteilung des Matrixmaterials in der Fertigungsform, insbesondere für das Fortschreiten mit der Zeit oder eine Position einer Fließfront des Matrixmaterials, insbesondere in der Fließhilfe, erfasst und/oder eine, insbesondere zeitliche, Änderung des Wertes ermittelt, wobei der Matrixmaterialvolumenstrom und/oder der Unterdruck in Abhängigkeit des Wertes und/oder der Änderung des Wertes gesteuert oder geregelt ist oder wird.
Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn die Fließhilfe, insbesondere vor dem Aushärten des Matrixmaterials vom aushärtenden Bauteil, entfernt wird. In der Regel trägt die Fließhilfe nicht wesentlich zur Verstärkung des Faser-Matrix-Verbundes des Bauteils bei, bindet aber eine gewisse Menge an Matrixmaterial. Durch Entfernen der Fließhilfe und des darin aufgesogenen Matrixmaterials wird somit die Steifigkeit des Bauteils nicht wesentlich beeinträchtigt, während jedoch eine deutliche Gewichtsreduktion ermöglicht ist.
Besonders vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Einrichtung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Bauteil für ein Rotorblatt für eine oder einer Windenergieanlage, erhältlich durch Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Bauteil ist durch einen besonders belastbaren Faser-Matrix-Verbund gekennzeichnet. Diese Eigenschaft resultiert aus einer besonders widerstandsfähigen und belastbaren Grenzschicht zwischen dem Fasermaterial und dem Matrixmaterial, die dadurch zustande kommt, dass die erfindungsgemäße Einrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren die prozessoptimierte Verteilung des Matrixmaterials in der Fertigungsform und somit eine besonders umfassende Benetzung der Fasern des Fasermaterials mit dem Matrixmaterial ermöglichen.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage mit einem erfindungsgemäßen Bauteil sowie durch eine Windenergieanlage mit einem erfindungsgemäßen Rotorblatt.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
1 schematisch eine Windenergieanlage,
2 schematisch einen Querschnitt durch ein Rotorblatt einer Windenergieanlage und
3 schematisch eine beispielhafte erfindungsgemäße Fertigungsvorrichtung für ein Bauteil für ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage.
In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
1 zeigt eine typische Windenergieanlage 1 mit drei Rotorblättern 2. Der Querschnitt eines der Rotorblätter 2 entlang der Linie A-A ist in 2 gezeigt.
Die tragende Struktur des beispielhaften Rotorblatts 2 umfasst zwei Gurte 4, die hauptsächlich entlang der Längsausdehnung des Rotorblatts 2 belastet werden. Daher sind die Gurte 4 beispielsweise unter Verwendung von mehreren Lagen starken uni-direktionalen Fasergeleges gefertigt.
Zwischen den beiden Gurten 4 sind zwei Stege 5 eingeklebt, so dass eine stabile Kastenstruktur entsteht. Die Stege 5 werden in unterschiedlichen Richtungen belastet und sind daher beispielsweise unter Verwendung von Fasergeweben, insbesondere Halbzeugen mit kreuzweise verwobenen Fasern, gefertigt.
Die aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblattes 2 werden durch die Rotorblattschalen 3 bestimmt, die mit der tragenden Struktur aus Gurten 4 und Stegen 5 verbunden, z. B. verklebt, sind. Typischerweise sind wenigstens zwei Rotorblattschalen 3, die Oberschale auf der Saugseite und die Unterschale auf der Druckseite des Rotorblattes 2, vorgesehen. Die Rotorblattschalen werden beispielsweise unter Verwendung von multi-direktionalen Fasergelegen gefertigt.
Die genannten Fasermaterialien dienen ausschließlich als Beispiele und sollen verdeutlichen, dass abhängig von den gewünschten Eigenschaften der Bauteile 3, 4, 5 ein breites Spektrum an verschiedenen Fasermaterialien Verwendung findet. Selbstredend ist auch die Verwendung verschiedener Fasermaterialien in einem Bauteil möglich.
Die Erfindung ist außerdem nicht auf die genannten Bauteile 3, 4, 5 beschränkt. Beispielsweise ist denkbar, dass Rotorblattschalen 3, Gurte 4 oder Stege 5 in Segmente aufgeteilt sind, so dass die einzelnen Bauteile geringere Abmessungen aufweisen. Auch kann das Rotorblatt zusätzlich Bauteile, beispielsweise weitere Verstrebungen, umfassen, die ebenfalls erfindungsgemäß ausgebildet sind.
In 3 ist schematisch eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Fertigungseinrichtung für die einzelnen Bauteile gezeigt. Die Fertigungseinrichtung umfasst eine Fertigungsform 31, die individuell für ein bestimmtes Bauteil ausgebildet ist.
In der Fertigungsform wird zunächst das Fasermaterial 52, beispielsweise in Form vorgefertigter Gelege- oder Gewebematten, sowie wenigstens eine Fließhilfe 51 eingebracht. Das Fasermaterial 52 wird in der Fertigungsform 31 ausgerichtet und geschichtet. Maßgeblich sind hier die Anforderungen an das Bauteil.
Die gezeigte Anordnung der Fließhilfe 51 oberhalb des Fasermaterials 52 ist dabei beispielhaft. Auch ist es möglich, dass die Fließhilfe 51 nur einen Teil der Oberfläche des Bauteils bedeckt oder mehrere einzelne Fließhilfen 51 verwendet werden. Außerdem können weitere Materialien, beispielsweise Trennschichten oder Abreißgewebe, vorgesehen sein.
Fließhilfe 51 und Fasermaterial 52 in der Fertigungsform 31 werden mit einer Vakuumfolie 24 abgedeckt und mittels Dichtungen 23, beispielsweise Vakuumklebeband, an der Fertigungsform 31 abgedichtet.
Die Luft im so entstehenden Innenraum wird mittels einer Vakuumpumpe 21 evakuiert, wodurch das Fasermaterial, die Fließhilfe und eventuell vorhandene weitere Materialien zusammengedrückt und komprimiert werden. Dabei wird auch die Luft aus kleinen Hohlräumen innerhalb und zwischen den Materialien in der Fertigungsform abgesaugt.
Zwischen der Vakuumpumpe 21 und der Fertigungsform 31 ist eine Harzfalle 22 vorgesehen, die verhindert, dass Harz aus der Fertigungsform 31 zur Vakuumpumpe 21 gelangt. Alternativ zu einer Harzfalle 22 sind andere Maßnahmen denkbar, beispielsweise eine luftdurchlässige und harzsperrende Membran.
Die Fertigungsform 31 ist ferner mit einem Harzvorrat 11 verbunden. Aufgrund des Unterdrucks in der Fertigungsform wird nun Harz aus dem Harzvorrat 11 in die Fertigungsform 31 gesaugt.
In der Verbindungsleitung zwischen dem Harzvorrat 11 und der Fertigungsform 31 ist eine Schlauchpumpe 12 vorgesehen, wobei der tatsächlich fließende Harzvolumenstrom 53 mittels der Schlauchpumpe 12 gesteuert bzw. geregelt wird. Hierzu dient eine Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung 41, an die mehrere Sensoren angeschlossen sind.
Hierbei handelt es sich unter anderem um einen Temperatursensor 42 zur Messung der Harztemperatur im Harzvorrat 11, einen Temperatursensor 42' zur Messung der Temperatur der Fertigungsform 31, sowie einen Temperatursensor 42'' zur Messung der Umgebungstemperatur. Ferner ist ein Durchflussmengenmesser 43 vorgesehen, der berührungslos den Harzvolumenstrom 53, d. h. die pro Zeiteinheit fließende Menge an Harz, erfasst. Außerdem ist ein Ultraschallsensor 44 vorgesehen, der oberhalb der Fertigungsform angeordnet ist und das zweidimensionale Fortschreiten der Harzfließfront in der Fertigungsform erfasst.
In der beispielhaft gezeigten Fertigungseinrichtung 10 ist darüber hinaus die Vakuumpumpe 21 steuer- bzw. regelbar ausgebildet und an die Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung 41 angeschlossen. Dadurch ist ermöglicht, die Fließgeschwindigkeit des Harzes in der Fertigungsform 31 sowohl durch kontrollierten Harzzufluss als auch durch Steuerung bzw. Regelung des auf das Harz wirkenden Sogs in der Fertigungsform 31 zu steuern bzw. zu regulieren.
Die erfindungsgemäßen Bauteile 3, 4, 5 werden besonders bevorzugt durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Fertigungseinrichtung 10 bei der Herstellung eines Bauteils 3, 4, 5 für ein Rotorblatt 2 für eine Windenergieanlage 1 bereitgestellt.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Fertigungseinrichtung 10 wird auch deutlich anhand des folgenden beispielhaften Betriebsablaufs:
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils 3, 4, 5 für ein Rotorblatt 2 für eine Windenergieanlage 1 mit folgenden Verfahrensschritten:

– Vorsehen von Fasermaterial 52 in einer Fertigungsform 31 für das Bauteil 3, 4, 5,
– Einbringen wenigstens einer Fließhilfe 51 in die Fertigungsform 31,
– Erzeugen eines Unterdrucks in der Fertigungsform 31,
– Zuführen von Matrixmaterial zur Fertigungsform 31 in einem steuer- oder regelbaren Matrixmaterialvolumenstrom 53 und
– Verteilen des Matrixmaterials in der Fertigungsform 31 mittels des Unterdrucks und der Fließhilfe 51, wobei das Verteilen des Matrixmaterials in der Fertigungsform 31 durch Steuern oder Regeln des Matrixmaterialvolumenstroms 53 gesteuert oder geregelt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist oder wird der Unterdruck gesteuert oder geregelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Temperaturwert des Matrixmaterials, einer Oberfläche der Fertigungsform 31 und/oder einer Umgebungstemperatur erfasst und beim Steuern oder Regeln des Matrixmaterialvolumenstroms 53 und/oder des Unterdrucks verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Wert für den Matrixmaterialvolumenstrom 53 erfasst und beim Steuern oder Regeln des Matrixmaterialvolumenstroms 53 und/oder des Unterdrucks verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Wert für die Verteilung des Matrixmaterials 53 in der Fertigungsform 31, insbesondere für das Fortschreiten einer Fließfront des Matrixmaterials, insbesondere in der Fließhilfe 51, erfasst und beim Steuern oder Regeln des Matrixmaterialvolumenstroms 53 und/oder des Unterdrucks verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Fließhilfe 51, insbesondere vor dem Aushärten des Matrixmaterials, vom Bauteil 3, 4, 5 entfernt.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.
Bezugszeichenliste

1: Windenergieanlage
2: Rotorblatt
3: Rotorblattschale
4: Gurt
5: Steg
10: Fertigungseinrichtung
11: Harzvorrat
12: Schlauchpumpe
21: Vakuumpumpe
22: Harzfalle
23: Abdichtung
24: Vakuumfolie
31: Fertigungsform
41: Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung
42, 42', 42'': Temperatursensor
43: Durchflussmengenmesser
44: Ultraschallsensor
51: Fließhilfe
52: Fasermaterial
53: Matrixmaterialvolumenstrom

Claims

Einrichtung (10) zur Fertigung eines Bauteils (3, 4, 5) für ein Rotorblatt (2) einer Windenergieanlage (1) umfassend eine Fertigungsform (31) zur Aufnahme von Fasermaterial (52) und wenigstens einer Fließhilfe (51), eine Saugvorrichtung (21, 22) zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Fertigungsform (31), eine Zuführvorrichtung (11, 12) zum Zuführen von fließfähigem Matrixmaterial in einem vorgebbaren Matrixmaterialvolumenstrom (53) zur Fertigungsform (31), wobei das Matrixmaterial mittels des Unterdrucks und der Fließhilfe (51) in der Fertigungsform (31) verteilt wird, und eine Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung (41) für die Zuführvorrichtung (11, 12), wobei der Matrixmaterialvolumenstrom (53) mittels der Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung (41) gesteuert oder geregelt ist oder wird.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungsform (31) einteilig ausgebildet ist oder mehrere, unbeweglich miteinander verbundene oder lösbar verbindbare Formelemente aufweist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungsform (31) an wenigstens einer Seite offen ausgebildet ist, wobei die offene Seite der Fertigungsform (31), insbesondere mittels einer Vakuumfolie (24), abdichtbar ist oder abgedichtet ist oder wird, um Unterdruck in der Fertigungsform (31) zu ermöglichen.
Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung (11, 12) einen Matrixmaterialvorrat (11) und eine Förder- oder Drosselvorrichtung (12) umfasst, wobei der Matrixmaterialvolumenstrom (53) zwischen dem Matrixmaterialvorrat (11) und der Fertigungsform (31) vorgesehen ist und mittels der Förder- oder Drosselvorrichtung (12) vorgegeben ist oder wird.
Einrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Förder- oder Drosselvorrichtung (12) eine Schlauchpumpe ist.
Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugvorrichtung (21, 22), insbesondere mittels der Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung (41), steuerbar oder regelbar ausgebildet ist, wobei der Unterdruck in der Fertigungsform, insbesondere mittels der Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung (41), gesteuert oder geregelt ist oder wird.
Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Temperatursensor (42, 42', 42'') zum Erfassen eines Temperaturwertes des Matrixmaterials oder eines Temperaturwertes einer Oberfläche der Fertigungsform (31) oder eines Temperaturwertes der äußeren Umgebung der Fertigungsform (31) vorgesehen ist, wobei der Temperatursensor (42, 42', 42'') mit der Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung (41) verbunden ist, um dieser den erfassten Temperaturwert zur Verfügung zu stellen, wobei der Matrixmaterialvolumenstrom (53) und/oder der Unterdruck in Abhängigkeit des Temperaturwertes gesteuert oder geregelt ist oder wird.
Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenstromsensor (43) zum Erfassen eines Volumenstromwertes des Matrixmaterialvolumenstroms (53) vorgesehen ist, wobei der Volumenstromsensor (43) mit der Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung (41) verbunden ist, um dieser den erfassten Wert zur Verfügung zu stellen, wobei der Matrixmaterialvolumenstrom (53) und/oder der Unterdruck in Abhängigkeit des Volumenstromwertes gesteuert oder geregelt ist oder wird.
Einrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstromsensor (43) ein berührungsloser Durchflussmengenmesser ist.
Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verteilungssensor (44) zum Erfassen eines Wertes für die Verteilung des Matrixmaterials in der Fertigungsform (31), insbesondere zum Erfassen eines Wertes für das Fortschreiten mit der Zeit oder einer Position einer Fließfront des Matrixmaterials, insbesondere in der Fließhilfe (51), und/oder zur Ermittlung einer, insbesondere zeitlichen, Änderung des Wertes vorgesehen ist, wobei der Verteilungssensor (44) mit der Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung (41) verbunden ist, um dieser den erfassten Wert oder die ermittelte Änderung zur Verfügung zu stellen, wobei der Matrixmaterialvolumenstrom (53) und/oder der Unterdruck in Abhängigkeit des Wertes und/oder der Änderung des Wertes gesteuert oder geregelt ist oder wird.
Verfahren zum Fertigen eines Bauteils (3, 4, 5) für ein Rotorblatt (2) einer Windenergieanlage (1), insbesondere unter Verwendung einer Einrichtung (10) zur Fertigung eines Bauteils (3, 4, 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit den folgenden Verfahrensschritten: – Vorsehen von Fasermaterial (52) in einer Fertigungsform (31) für das Bauteil (3, 4, 5), – Einbringen wenigstens einer Fließhilfe (51) in die Fertigungsform (31), – Erzeugen eines Unterdrucks in der Fertigungsform (31), – Zuführen von fließfähigem Matrixmaterial zur Fertigungsform (31) in einem vorgebbaren Matrixmaterialvolumenstrom (53), wobei das Matrixmaterial mittels des Unterdrucks und der Fließhilfe (51) in der Fertigungsform (31) verteilt wird, wobei der Matrixmaterialvolumenstrom (53) gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck gesteuert oder geregelt ist oder wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturwert des Matrixmaterials und/oder ein Temperaturwert einer Oberfläche der Fertigungsform (31) und/oder ein Temperaturwert der äußeren Umgebung der Fertigungsform erfasst wird, wobei der Matrixmaterialvolumenstrom (53) und/oder der Unterdruck in Abhängigkeit des Temperaturwertes oder der Temperaturwerte gesteuert oder geregelt ist oder wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenstromwert für den Matrixmaterialvolumenstrom (53) erfasst wird, wobei der Matrixmaterialvolumenstrom (53) und/oder der Unterdruck in Abhängigkeit des Volumenstromwertes gesteuert oder geregelt ist oder wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert für die Verteilung des Matrixmaterials in der Fertigungsform (31), insbesondere für das Fortschreiten mit der Zeit oder eine Position einer Fließfront des Matrixmaterials, insbesondere in der Fließhilfe (51), erfasst und/oder eine, vorzugsweise zeitliche, Änderung des Wertes ermittelt wird, wobei der Matrixmaterialvolumenstrom (53) und/oder der Unterdruck in Abhängigkeit des Wertes und/oder der Änderung des Wertes gesteuert oder geregelt ist oder wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließhilfe (51), insbesondere vor dem Aushärten des Matrixmaterials vom aushärtenden Bauteil (3, 4, 5), entfernt wird.
Bauteil (3, 4, 5) für ein Rotorblatt (2) für eine Windenergieanlage (1), das erhältlich durch Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 16.
Rotorblatt (2) für eine Windenergieanlage (1) mit einem Bauteil (3, 4, 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
Windenergieanlage (1) mit einem Rotorblatt (2) nach Anspruch 18.