DE102011077609A1

DE102011077609A1 - Fertigung einer Rotorblattschale

Info

Publication number: DE102011077609A1
Application number: DE102011077609A
Authority: DE
Inventors: Urs Bendel
Original assignee: Repower Systems SE
Current assignee: Senvion GmbH
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2031-06-17
Also published as: DE102011077609B4; EP2721289A1; WO2012171617A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen einer Rotorblattschale (3, 3') für ein Rotorblatt (2) einer Windenergieanlage (1), wobei in die Rotorblattschale (3, 3') ein Flächenversteifungselement (6, 6', 7) zur Erhöhung der Flächensteifigkeit der Rotorblattschale (3, 3') integriert wird, mit den folgenden Verfahrensschritten: – Vorsehen von Fasermaterial (12) für die Rotorblattschale (3, 3') in einer Fertigungsform (10), wobei durch die Fertigungsform (10) die Form einer Außenseite der Rotorblattschale (3, 3') vorgegeben ist oder wird, – Einbringen eines Trägerkörpers (18) und/oder von Fasermaterial (22) für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) in die Fertigungsform (10), wobei ein Stützkörper (16, 16', 24) zur Positionierung des Trägerkörpers (18) und/oder des Fasermaterials (22) für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) in der Fertigungsform (10) vorgesehen ist, – Einbringen von fließfähigem Matrixmaterial in die Fertigungsform (10), so dass das Fasermaterial (12) für die Rotorblattschale (3, 3') und der Trägerkörper für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) mit Matrixmaterial benetzt werden und/oder so dass das Fasermaterial (12) für die Rotorblattschale (3, 3') und das Fasermaterial (22) für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) mit Matrixmaterial benetzt werden, und – Aushärten des Matrixmaterials, wobei das Fasermaterial (12) für die Rotorblattschale (3, 3') und der Trägerkörper (18) für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) wenigstens teilweise in eine gemeinsame Trägermatrix aus ausgehärtetem Matrixmaterial eingebettet sind und/oder wobei nach Aushärten des Matrixmaterials das Fasermaterial (12) für die Rotorblattschale (3, 3') und das Fasermaterial (22) für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) wenigstens teilweise in eine gemeinsame Trägermatrix aus ausgehärtetem Matrixmaterial eingebettet sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine Rotorblattschale (3, 3') für ein Rotorblatt (2) einer Windenergieanlage (1), ein Rotorblatt (2) für eine Windenergieanlage (1) und eine Windenergieanlage (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen einer Rotorblattschale für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, wobei in die Rotorblattschale ein zusätzliches Flächenversteifungselement zur Erhöhung der Flächensteifigkeit der Rotorblattschale integriert wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Rotorblattschale für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage sowie eine Windenergieanlage.
Bekannt sind Rotorblätter für Windenergieanlagen aus mehreren Einzelteilen, die einzeln in Faserverbundbauweise gefertigt und zu einem Rotorblatt gefügt 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.
Typische Rotorblätter bestehen aus wenigstens zwei Rotorblattschalen, die die äußere Form und somit die wesentlichen aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblattes vorgeben. Die Rotorblattschalen sind üblicherweise im Bereich der größten Profildicke des Rotorblattes durch sogenannte Gurte verstärkt und im Bereich der Gurte durch Hauptstege miteinander verbunden. Die Gurte und die Hauptstege bilden dabei die wesentliche tragende Struktur des Rotorblattes, während die Rotorblattschalen ansonsten relativ leicht und dünn ausgebildet sind. Zwischen der tragenden Struktur aus Gurten und Hauptstegen und der Hinterkante des Rotorblattes ergeben sich große Flächen, wo die Rotorblattschalen relativ leicht und dünn ausgebildet sind.
Im Stand der Technik werden zur Erhöhung der Beul- und Flächensteifigkeit in diesem Bereich der Rotorblattschalen zusätzliche Versteifungen, sogenannte Stringer, verwendet, die beispielsweise in Form von Leisten oder Profilträgern in die Rotorblattschalen eingeklebt werden. Die Stringer haben teilweise erhebliche Ausmaße und erfordern entsprechend aufwändige Montagevorrichtungen.
Eine alternative Methode zur Flächenversteifung ist bekannt für Rotorblattschalen in Schichtbauweise oder Sandwichbauweise. Derartige Rotorblattschalen umfassen üblicherweise zwei Laminatschichten aus Faserverbundwerkstoffen, zwischen denen eine formgebende Füllschicht, der sogenannte Sandwichkern, angeordnet ist. Eine Versteifung der Rotorblattschale wird durch lokale Verdickungen des Sandwichkerns realisiert, wobei jedoch sprunghafte Änderungen der Dicke vermieden und entsprechend viel Material eingesetzt werden muss.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Fertigung einer flächenversteiften Rotorblattschale zu vereinfachen sowie eine entsprechende Rotorblattschale anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Fertigen einer Rotorblattschale für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, wobei in die Rotorblattschale ein Flächenversteifungselement zur Erhöhung der Flächensteifigkeit der Rotorblattschale integriert wird, mit den folgenden Verfahrensschritten:

– Vorsehen von Fasermaterial für die Rotorblattschale in einer Fertigungsform, wobei durch die Fertigungsform die Form einer Außenseite der Rotorblattschale vorgegeben ist oder wird,
– Einbringen eines Trägerkörpers und/oder von Fasermaterial für das Flächenversteifungselement in die Fertigungsform, wobei ein Stützkörper zur Positionierung des Trägerkörpers und/oder des Fasermaterials für das Flächenversteifungselement in der Fertigungsform vorgesehen ist,
– Einbringen von fließfähigem Matrixmaterial in die Fertigungsform, so dass das Fasermaterial für die Rotorblattschale und der Trägerkörper für das Flächenversteifungselement mit Matrixmaterial benetzt werden und/oder so dass das Fasermaterial für die Rotorblattschale und das Fasermaterial für das Flächenversteifungselement mit Matrixmaterial benetzt werden, und
– Aushärten des Matrixmaterials, wobei das Fasermaterial für die Rotorblattschale und der Trägerkörper für das Flächenversteifungselement wenigstens teilweise in eine gemeinsame Trägermatrix aus ausgehärtetem Matrixmaterial eingebettet sind und/oder wobei nach Aushärten des Matrixmaterials das Fasermaterial für die Rotorblattschale und das Fasermaterial für das Flächenversteifungselement wenigstens teilweise in eine gemeinsame Trägermatrix aus ausgehärtetem Matrixmaterial eingebettet sind.

Gemäß der Erfindung wird das Flächenversteifungselement direkt beim Fertigen der Rotorblattschale integriert. Gegenüber einem nachträglichen Anbringen oder Einkleben eines Flächenversteifungselements entfällt dadurch ein kompletter Arbeitsschritt, wodurch insbesondere die Prozesszeit verkürzt und eine Setzvorrichtung zum Halten, Positionieren und Anpressen eines vorgefertigten Flächenversteifungselements eingespart werden.
Gemäß der Erfindung umfasst das Flächenversteifungselement einen Trägerkörper und/oder Fasermaterial, das mit Matrixmaterial benetzt wird und nach Aushärten des Matrixmaterials einen steifen Faserverbund bildet. Der Trägerkörper umfasst dabei beispielsweise Holz und/oder einen Faserverbundwerkstoff. Die Erfindung umfasst ausdrücklich auch Ausführungsformen, bei denen ein vorgefertigter Trägerkörper und Fasermaterial für das Flächenversteifungselement zusammen verwendet werden.
Die Erfindung sieht somit insbesondere vor, dass das Flächenversteifungselement selbst eine gewisse Steifigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit, aufweist. Dadurch wird insbesondere ein Einbeulen der Rotorblattschale verhindert und somit die Flächensteifigkeit, die im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Beulsteifigkeit ist, der Rotorblattschale insgesamt erhöht, indem auf die Rotorblattschale einwirkende Kräfte von dem Flächenversteifungselement aufgenommen und über eine große Fläche der Rotorblattschale verteilt werden.
Der Trägerkörper und/oder das Fasermaterial für das Flächenversteifungselement werden gemäß der Erfindung in der Fertigungsform mittels eines zusätzlichen Stützkörpers in Position gehalten.
Der Stützkörper ist dabei kein Bestandteil der Fertigungsform.
Unter Fasermaterial werden im Rahmen der Erfindung insbesondere Glasfasern, Kohlefasern oder Kunststofffasern in Form von Halbzeugen, Gelegen, Geweben oder Endlosfasern oder Rowings verstanden. Neben Fasermaterial kann auch weiteres Material für die Rotorblattschale, beispielsweise ein oder mehrere vorgefertigte Gurte oder Füllmaterialien wir Kork oder Hartschaum für einen Sandwichkern, verwendet werden. Entsprechendes gilt für das Flächenversteifungselement.
Unter Matrixmaterial wird im Rahmen der Erfindung insbesondere Harz, Kunstharz oder Gießharz, insbesondere mit einem zugehörigen Härter, verstanden. Das Matrixmaterial wird erfindungsgemäß in fließfähigem Zustand, worunter insbesondere der Zustand vor dem vollständigen Aushärten bezeichnet wird, verwendet und in die Fertigungsform eingebracht. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, das in der Fertigungsform ausgelegte Fasermaterial mit Matrixmaterial zu durchtränken oder mit Matrixmaterial getränktes Fasermaterial, sogenannte Prepregs, in der Fertigungsform auszulegen.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Trägerkörper und/oder das Fasermaterial für das Flächenversteifungselement an einer der Außenseite abgewandten Innenseite der Rotorblattschale angeordnet wird.
Insbesondere wird in einer offenen Fertigungsform zunächst alles Fasermaterial und sonstiges Material für die Rotorblattschale eingebracht oder ausgelegt, so als ob die Rotorblattschale ohne zusätzliches Flächenversteifungselement gefertigt werden soll. Anschließend wird das Material für das Flächenversteifungselement in die Fertigungsform eingebracht und mittels des Stützkörpers geformt und/oder positioniert. Dadurch wird eine besonders einfache Fertigung ermöglicht, weil das Auslegen der Materialien für die Rotorblattschale und für das Flächenversteifungselement unabhängig voneinander erfolgt. Außerdem wird ermöglicht, bei bestehenden Rotorblattdesigns nachträglich zusätzliche Flächenversteifungselemente vorzusehen, ohne das Design des Laminats der Rotorblattschale verändern oder anpassen zu müssen.
Der Trägerkörper und/oder das Fasermaterial für das Flächenversteifungselement werden vorzugsweise in der hinteren Hälfte, insbesondere im hinteren Viertel, eines durch die Rotorblattschale vorgegebenen Rotorblattprofils angeordnet. Dies ist insbesondere vorteilhaft für Profile mit geringer Dickenrücklage, bei denen die tragende Struktur aus Gurten und Hauptstegen relativ weit vorne angeordnet ist und sich entsprechend große, relativ labile Flächen der Rotorblattschalen zwischen der tragenden Struktur und der Hinterkante ergeben.
Ein Rotorblatt und entsprechend die Rotorblattschalen weisen im Rahmen dieser Erfindung eine Längserstreckung von der Blattwurzel, d. h. dem nabennahen Bereich des Rotorblattes, zur Blattspitze, d. h. dem nabenfernen Bereich des Rotorblattes, auf. Quer zu dieser Längserstreckung weist das Rotorblatt wenigstens abschnittsweise ein durch die Rotorblattschalen bestimmtes aerodynamisches Profil auf, das gegebenenfalls entlang der Längserstreckung des Rotorblattes variiert. Das Profil wird bestimmungsgemäß von vorne nach hinten umströmt, d. h. die Profilnase ist vorne und die Profilhinterkante ist hinten. Die Profilsehne ist die gedachte gerade Linie zwischen Profilnase und Profilhinterkante, die Länge der Profilsehne ist die Profiltiefe. Positionen und Bereiche entlang des Profils werden angegeben als Punkte bzw. Abschnitte der Profilsehne in Einheiten der Profiltiefe beginnend von der Profilnase. Die Position der größten Dicke des Profils wird als Dickenrücklage bezeichnet.
Bei einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass das fließfähige Matrixmaterial unter Verwendung eines Vakuuminfusionsverfahrens in die Fertigungsform eingebracht wird. Hierbei wird die Fertigungsform luftdicht abgedichtet, beispielsweise indem die in die Fertigungsform ausgelegten oder eingebrachten Materialien mit einer Vakuumfolie abgedeckt und die Vakuumfolie gegenüber der Fertigungsform luftdicht abgedichtet wird. Anschließend wird die abgedichtete Fertigungsform evakuiert, insbesondere wird die Luft in der abgedichteten Fertigungsform abgesaugt, wodurch ein Unterdruck in der Fertigungsform erzeugt wird. Als letzter Schritt wird die Fertigungsform mit einem Vorrat an fließfähigem Matrixmaterial oder Harz verbunden, so dass das Matrixmaterial unter dem Einfluss des Unterdrucks in der Form verteilt wird und das in der Form befindliche Fasermaterial durchtränkt.
Der Stützkörper ist vorteilhafterweise im Wesentlichen keilförmig mit einer ersten Seite, einer zweiten Seite und einer Oberseite ausgebildet, wobei bei bestimmungsgemäßem Einsatz des Stützkörpers in der Fertigungsform die erste Seite der Rotorblattschale und die zweite Seite dem Flächenversteifungselement zugewandt ist. Dadurch wird insbesondere ermöglicht, dass der Stützkörper stabil auf der ersten Seite steht und das Flächenversteifungselement oder das Material für das Flächenversteifungselement mit der zweiten Seite abstützt.
Dieser Vorteil wird auch erreicht, wenn der Stützkörper im Wesentlichen doppelkeilförmig ausgebildet ist mit einer Oberseite und einer der Rotorblattschale zugewandten ersten Seite, wobei eine Aussparung an der ersten Seite für das Flächenversteifungselement vorgesehen ist und eine zweite, dem Flächenversteifungselement zugewandte Seite eine Innenseite der Aussparung ist.
Ein Winkel im Bereich der Kante zwischen der ersten Seite und der Oberseite des Stützkörpers ist vorzugsweise ein spitzer Winkel, insbesondere ein Winkel von weniger als 45°.
Dadurch ergibt sich ein gleichmäßiger Übergang zwischen dem Fasermaterial für die Rotorblattschale und der Oberseite des Stützkörpers. Gerade bei Verwendung eines Vakuuminfusionsverfahrens wird so ermöglicht, dass die Vakuumfolie glatt auf dem Fasermaterial für die Rotorblattschale und dem Stützkörper aufliegt. Dadurch wird verhindert, dass bei Evakuierung der Fertigungsform das Fasermaterial für die Rotorblattschale oder das Material für das Flächenversteifungselement unter Einwirkung des Unterdruckes verrutschen oder Falten bilden.
Besonders vorteilhaft ist der Stützkörper, insbesondere die erste Seite des Stützkörpers, wenigstens abschnittsweise formkomplementär zu einer der Außenseite abgewandten Innenseite der Rotorblattschale ausgebildet. Des Weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Stützkörper, insbesondere die zweite Seite des Stützkörpers, wenigstens abschnittsweise formkomplementär zu dem Flächenversteifungselement ausgebildet ist.
Dadurch werden Zwischenräume vermieden, die beim Einleiten von Matrixmaterial in die Fertigungsform zu unerwünschten Verdickungen, Materialansammlungen und dergleichen führen können.
Der Stützkörper wird vorzugsweise von der fertigen Rotorblattschale entfernt, wobei der Stützkörper insbesondere wiederverwendbar ist. Auf diese Weise wird unnötiges Gewicht an der Rotorblattschale vermieden. Gleichzeitig verringert sich der Aufwand an eingesetztem Material durch Wiederverwendung des Stützkörpers.
Ein besonders geeigneter Stützkörper umfasst Silikon oder ist insbesondere aus Silikon ausgebildet.
Derartige Stützkörper sind insbesondere im Wesentlichen formstabil und weisen dennoch eine weiche, anpassungsfähige Oberfläche auf. Außerdem ist Silikon einfach zu verarbeiten, beispielsweise durch Gießen oder Spritzen. Insbesondere ist ermöglicht, dass der Stützkörper für eine erste Verwendung direkt in der Fertigungsform unter Verwendung von Spritzsilikon geformt wird, aushärtet und für weitere baugleiche Rotorblattschalen wiederverwendet wird.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Stützkörper für das Flächenversteifungselement vorgesehen sind, wobei insbesondere die zwei Stützkörper an gegenüberliegenden Seiten des Flächenversteifungselements angeordnet sind.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Flächenversteifungselement als Steg ausgebildet ist, wobei der Steg an einer der Rotorblattschale abgewandten Seite mit einer weiteren Rotorblattschale verbindbar ausgebildet ist. Hierdurch wird nicht nur die Flächensteifigkeit der Rotorblattschale erhöht, sondern auch das Profil des gesamten Rotorblattes stabilisiert. Besonders vorteilhaft ist der Steg im hinteren Bereich des Profils, beispielsweise bei mehr als 75% der Profiltiefe, angeordnet. Andererseits sind die Rotorblattschalen typischerweise im Bereich der Profilhinterkante miteinander verbunden, so dass der Steg vorzugsweise bei weniger als 95% der Rotorblatttiefe angeordnet ist.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Rotorblattschale für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, erhältlich durch ein erfindungsgemäßes Verfahren.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage mit einer erfindungsgemäßen Rotorblattschale und durch eine Windenergieanlage mit einem erfindungsgemäßen Rotorblatt.
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
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,
3 schematisch die erfindungsgemäße Fertigung einer Rotorblattschale mit integriertem Steg und
4 schematisch die erfindungsgemäße Fertigung einer Rotorblattschale mit einem integrierten Stringer.
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 Rotorblattes 2 umfasst zwei Gurte 4, 4', zwischen denen zwei Stege 5, 5' eingeklebt sind. Auf diese Weise entsteht eine stabile Kastenstruktur, die das tragende Rückgrat des Rotorblattes 2 bildet.
Die aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblattes 2 werden durch die Rotorblattschalen 3, 3' bestimmt, die mit der tragenden Struktur aus Gurten 4, 4' und Stegen 5, 5' verbunden, z. B. verklebt, sind. Typischerweise sind wenigstens zwei Rotorblattschalen 3, 3', die Oberschale 3' auf der Saugseite und die Unterschale 3 auf der Druckseite des Rotorblattes 2, vorgesehen.
Zur Stabilisierung der großen Flächen der Rotorblattschalen 3, 3' hinter der tragenden Struktur 4, 4', 5, 5' des Rotorblattes 2 sind Längsverstrebungen 6, 6', so genannte Stringer, vorgesehen. Diese Längsverstrebungen verteilen auf die Rotorblattschalen 3, 3' einwirkende Kräfte und verhindern so wirksam ein Einbeulen der Rotorblattschalen 3, 3'.
Zusätzlich ist im hinteren Bereich des Rotorblattprofils zwischen den Rotorblattschalen 3, 3' ein Steg 7 vorgesehen, der das Rotorblattprofil im Bereich der aerodynamisch besonders wichtigen Profilhinterkante stabilisiert.
In 3 ist schematisch gezeigt, wie eine erfindungsgemäße Rotorblattschale 3, 3' mit einem integrierten, als Steg 7 ausgebildeten Flächenversteifungselement gefertigt wird. Gezeigt ist ein Ausschnitt einer Fertigungsform 10 im hinteren Bereich der Rotorblattschale 3, 3' bzw. des durch die Rotorblattschale 3, 3' vorgegebenen Rotorblattprofils. Die Darstellung ist eine Schnittdarstellung in einer Ebene quer zur Längserstreckung der zu fertigenden Rotorblattschale 3, 3'.
In der Fertigungsform 10 ist Laminatmaterial 12 für die Rotorblattschale 3, 3' ausgelegt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Fasermaterial und Füllmaterial für ein mehrschichtiges Sandwichlaminat umfassend eine äußere Laminatschicht, einen Sandwichkern, beispielsweise aus Kork, und eine innere Laminatschicht. Ein C-förmiger, vorgefertigter Profilkörper 18 ist auf dem Material 12 für das Sandwichlaminat angeordnet und erstreckt sich im Wesentlichen in Längsrichtung der zu fertigenden Rotorblattschale 3, 3'.
Der vorgefertigte Profilkörper 18 wird mittels zweier Stützkörper 16, 16' positioniert und gestützt. Alternativ dazu kann auch Fasermaterial, beispielsweise in Form vernähter Fasergelege aus Glasfasern, verwendet werden, die mittels der Stützkörper in Form gebracht und gehalten werden.
Dabei sind die Stützkörper 16, 16' an ihrer dem Profilkörper 18 zugewandten Seite 162, 162' jeweils formkomplementär zum Profilkörper 18 ausgebildet. Auch sind die Unterseiten 161, 161' der Stützkörper 16, 16' jeweils formkomplementär zu der Rotorblattschale 3, 3' ausgebildet. Hierdurch ergeben sich kontrollierbare Hohlräume zwischen den Stützkörpern 16, 16' und dem Laminatmaterial 12 und zwischen den Stützkörpern 16, 16' und dem Profilkörper 18, die anschließend mit Harz ausgefüllt werden. Insbesondere wird durch die Form der Stützkörper 16, 16' an der zweiten Seite 162, 162' genau vorgegeben, in wieweit der Profilkörper 18 seitlich von Harz benetzt und entsprechend in die spätere Trägermatrix aus ausgehärtetem Harz eingebettet wird.
Die Oberseiten 163, 163' der Stützkörper 16, 16' bilden zusammen mit dem Profilkörper 18 eine gleichmäßige einhüllende Fläche, die sich im Wesentlichen stufenlos und nahtlos an die Oberfläche des Laminatmaterials 12 für die Rotorblattschale 3, 3' anschließt. Die Fertigungsform 10 mit den Laminatmaterialien 12, den Profilträgern 18 sowie den Stützkörpern 16, 16' ist mit einer Vakuumfolie 14 abgedeckt. Die Vakuumfolie 14 ist mittels einer Abdichtung 15 an der Fertigungsform 10 befestigt, so dass der Innenraum der Fertigungsform 10 evakuierbar ist, um fließfähiges Harz oder Matrixmaterial in einem Vakuuminfusionsverfahren zuzuführen.
Hierzu sind nicht gezeigte Absaugstutzen und Harzzuflüsse vorgesehen, die geeignet über die Fläche der Fertigungsform 10 und/oder der Vakuumfolie 14 verteilt sind. Vorteilhaft ist beispielsweise ein Absaugstutzen in der Vakuumfolie 14 im Bereich des Profilkörpers 18, weil hierdurch das Fließen des Harzes quer zur Fläche der Rotorblattschale 3, 3' unterstützt wird. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn statt des Trägerkörpers 18 Fasermaterial für den Steg 7 verwendet wird.
Absaugstutzen sind vorzugsweise mit einer Harzsperre, beispielsweise in Form einer semipermeablen Membran, ausgestattet. Dadurch wird verhindert, dass das Harz wieder aus der Fertigungsform herausgesaugt wird.
Die Stützkörper 16, 16' sind als Silikongusskörper ausgebildet. Damit sind sie ausreichend formstabil, um auch bei Unterdruck in der Fertigungsform 10 den Profilkörper 18 zu stützen und haben gleichzeitig eine flexible, anpassungsfähige Oberfläche, um kleine Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Laminatmaterials 12 und/oder des Profilkörpers 18 auszugleichen.
Durch die besondere Ausgestaltung der Stützkörper 16, 16' wird sichergestellt, dass der Profilkörper 18 bei dem Infusionsprozess nicht verrutscht, dass Fasermaterial 12 für die Rotorblattschale 3, 3' keine Falten wirft und keine ungewollten Hohlräume entstehen.
Nach der Harzinfusion und dem Aushärten des Harzes werden die Vakuumfolie 14 sowie die Stützkörper 16, 16' entfernt und die fertige Rotorblattschale 3, 3' mit integriertem Steg 7 der Form entnommen oder entformt. Die Rotorblattschale 3, 3' steht jetzt für die weitere Rotorblattfertigung zur Verfügung.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in 4 gezeigt. Auch hier ist ein Ausschnitt einer Fertigungsform 10 für eine Rotorblattschale 3, 3' gezeigt, in der Laminatmaterial 12 für die Rotorblattschale 3, 3' angeordnet ist. In diesem Fall besteht das Laminatmaterial 12 aus mit Harz vorgetränkten Fasermatten, sogenannten Prepregs, die in der Fertigungsform 10 ausgelegt werden und dort verbleiben, bis das Harz ausgehärtet ist.
In die Rotorblattschale 3, 3' wird eine Versteifungsrippe oder Stringer 6, 6' integriert. Hierfür ist ein Formkörper 20 vorgesehen, der mit einer oder mehreren Lagen Prepreg-Fasern 22 abgedeckt ist.
Der Formkörper ist beispielsweise aus Hartschaum oder PVC-Schaum ausgebildet und trägt daher kaum zur Flächenversteifung der Rotorblattschale 3, 3' bei. Alternativ kann jedoch ein Formkörper 20 mit gewisser Eigensteifigkeit verwendet werden, wodurch die versteifende Wirkung des Stringers 6, 6' für die Rotorblattschale 3, 3' noch erhöht wird.
Die wesentliche Funktion des Formkörpers 20 im vorliegenden Beispiel besteht darin, die Form des endgültigen Stringers 6, 6', die wesentlich für die versteifende Wirkung ist, vorzugeben. Die dargestellte dreieckige Form ist dabei ausdrücklich beispielhaft zu verstehen. Insbesondere sind auch erfindungsgemäße Ausführungsformen ohne Formkörper 20 denkbar, wobei die Formgebung beispielsweise ausschließlich durch einen oder mehrere Stützkörper 16, 16', 24 erfolgt.
Das in 4 gezeigte Beispiel umfasst einen Stützkörper 24 mit einer Aussparung, der an der Unterseite 241 formkomplementär zur Rotorblattschale 3, 3 und an einer Innenseite 242 der Aussparung formkomplementär zum Stringer 6, 6' ausgebildet ist. Der Stützkörper 24, deckt das Fasermaterial 22 für den Stringer ab und gewährleistet so, dass die äußere Form des Stringers 6, 6' bis zum Aushärten der Prepregs vorgegeben wird.
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, 3': Rotorblattschale
4, 4': Rotorblattgurt
5, 5': Hauptsteg
6, 6': Stringer
7: Steg
10: Fertigungsform
12: Laminatmaterial für Rotorblattschale
14: Vakuumfolie
15: Abdichtung
16, 16': Stützkörper
18: Profilkörper
20: Formkörper
22: Fasermaterial für Stringer
24: Stützkörper

Claims

Verfahren zum Fertigen einer Rotorblattschale (3, 3') für ein Rotorblatt (2) einer Windenergieanlage (1), wobei in die Rotorblattschale (3, 3') ein Flächenversteifungselement (6, 6', 7) zur Erhöhung der Flächensteifigkeit der Rotorblattschale (3, 3') integriert wird, mit den folgenden Verfahrensschritten: – Vorsehen von Fasermaterial (12) für die Rotorblattschale (3, 3') in einer Fertigungsform (10), wobei durch die Fertigungsform (10) die Form einer Außenseite der Rotorblattschale (3, 3') vorgegeben ist oder wird, – Einbringen eines Trägerkörpers (18) und/oder von Fasermaterial (22) für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) in die Fertigungsform (10), wobei ein Stützkörper (16, 16', 24) zur Positionierung des Trägerkörpers (18) und/oder des Fasermaterials (22) für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) in der Fertigungsform (10) vorgesehen ist, – Einbringen von fließfähigem Matrixmaterial in die Fertigungsform (10), so dass das Fasermaterial (12) für die Rotorblattschale (3, 3') und der Trägerkörper für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) mit Matrixmaterial benetzt werden und/oder so dass das Fasermaterial (12) für die Rotorblattschale (3, 3') und das Fasermaterial (22) für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) mit Matrixmaterial benetzt werden, und – Aushärten des Matrixmaterials, wobei das Fasermaterial (12) für die Rotorblattschale (3, 3') und der Trägerkörper (18) für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) wenigstens teilweise in eine gemeinsame Trägermatrix aus ausgehärtetem Matrixmaterial eingebettet sind und/oder wobei nach Aushärten des Matrixmaterials das Fasermaterial (12) für die Rotorblattschale (3, 3') und das Fasermaterial (22) für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) wenigstens teilweise in eine gemeinsame Trägermatrix aus ausgehärtetem Matrixmaterial eingebettet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (18) und/oder das Fasermaterial (22) für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) an einer der Außenseite abgewandten Innenseite der Rotorblattschale (3, 3') angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (18) und/oder das Fasermaterial (22) für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) in der hinteren Hälfte, insbesondere im hinteren Viertel, eines durch die Rotorblattschale (3, 3') vorgegebenen Rotorblattprofils angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das fließfähige Matrixmaterial unter Verwendung eines Vakuuminfusionsverfahrens in die Fertigungsform (10) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (16, 16', 24) im Wesentlichen keilförmig mit einer ersten Seite (161, 161' 241), einer zweiten Seite (162, 162', 242) und einer Oberseite (163, 163', 243) ausgebildet ist, wobei bei bestimmungsgemäßem Einsatz des Stützkörpers (16, 16', 24) in der Fertigungsform (10) die erste Seite (161, 161', 241) der Rotorblattschale (3, 3') und die zweite Seite (162, 162', 242) dem Flächenversteifungselement (6, 6', 7) zugewandt sind.
Verfahren nach einem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel im Bereich der Kante zwischen der ersten Seite (161, 161', 241) und der Oberseite (163, 163', 243) des Stützkörpers (16, 16', 24) ein spitzer Winkel, insbesondere ein Winkel von weniger als 45°, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch kennzeichnet, dass der Stützkörper (16, 16', 24), insbesondere die erste Seite (161, 161', 241) des Stützkörpers (16, 16', 24), wenigstens abschnittsweise formkomplementär zu einer der Außenseite abgewandten Innenseite der Rotorblattschale (3, 3') ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (16, 16', 24), insbesondere die zweite Seite (162, 162', 242) des Stützkörpers (16, 16', 24), wenigstens abschnittsweise formkomplementär zu dem Flächenversteifungselement (6, 6', 7) ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (16, 16', 24) von der fertigen Rotorblattschale (3, 3') entfernt wird, wobei der Stützkörper (16, 16', 24) insbesondere wiederverwendbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (16, 16', 24) Silikon umfasst, insbesondere aus Silikon ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Stützkörper (16, 16', 24) für das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenversteifungselement (6, 6', 7) als Steg (7) ausgebildet ist, wobei der Steg (7) an einer der Rotorblattschale (3, 3') abgewandten Seite mit einer weiteren Rotorblattschale (3', 3) verbindbar ausgebildet ist.
Rotorblattschale (3, 3') für ein Rotorblatt (2) einer Windenergieanlage (1), erhältlich durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Rotorblatt (2) für eine Windenergieanlage (1) mit einer Rotorblattschale (3, 3') nach Anspruch 13.
Windenergieanlage (1) mit einem Rotorblatt (2) nach Anspruch 14.