DE102012101880B4

DE102012101880B4 - Verfahren zur Reparatur eines Windkraftanlagenflügels

Info

Publication number: DE102012101880B4
Application number: DE102012101880.4A
Authority: DE
Inventors: Stephen Michael Deak; Scott Gabell Riddell
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Renovables Espana SL Es
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: US20110209347A1; US8091229B2; DE102012101880A1; DK178484B1; CN102705155B; CN102705155A; DK201270098A

Abstract

Verfahren zur Reparatur von Defekten (38) unter der Oberfläche in einem Laminat (42) eines Schalenelementes (20) eines Windkraftanlagenflügels (16) mit den Schritten:
Detektieren der Stelle und der Begrenzung (40) eines Defektes (38) unter der Oberfläche in dem Laminat (42);
Bohren eines Füllloches (44) von einer Außenoberfläche des Laminats (42) in den Defekt nahe an einer Begrenzung (40) des Defektes;
Bohren eines Entlüftungsloches (46) von der Außenoberfläche des Laminats (42) in den Defekt nahe an einer gegenüberliegenden Begrenzung (40) von dem Füllloch (44);
Einspritzen eines fließfähigen Klebematerials (48) in das Füllloch (44) bis das Klebematerial (48) aus dem Entlüftungsloch (46) fließt; und
Verstärken einer Reparaturzone des Laminats (42), die das Klebematerial (48) enthält, mit wenigstens einem mechanischen Befestigungselement (52), das durch das Laminat (42) hindurch entweder innerhalb der Begrenzung des Defektes oder außerhalb der Begrenzung des Defektes festgelegt ist, wobei das wenigstens eine mechanische Befestigungselement (52) dazu verwendet wird, eine Klemmbelastung auf das Laminat (42) in der Reparaturzone während der Härtung des Klebematerials (48) zu erzeugen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Windkraftanlagen, und insbesondere ein Verfahren zur Reparatur von Windkraftanlagenflügeln. Hintergrund der Erfindung
Hintergrund der Erfindung
Windkraftanlagenflügel sind die Hauptelemente von Windkraftanlagen für die Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie. Die Windkraftanlagenflügel bestehen aus einem SaugseitenSchalenelement und einem Druckseiten-Schalenelement, die an Verklebungslinien entlang den Hinter- und Vorderkanten des Flügels miteinander verklebt sind. Die Verklebungslinien werden im Wesentlichen durch Aufbringen einer geeigneten Klebepaste oder eines Verbundstoffes entlang der Klebelinie mit einer minimal ausgelegten Klebebreite zwischen den Schalenelementen erzeugt.
Unvermeidliche Defekte treten in den Flügeln aufgrund des ursprünglichen Herstellungsprozesses oder als eine Folge von Betriebsbedingungen auf, denen der Flügel ausgesetzt war. Beispielsweise kann eine Fehlstelle in dem ursprünglichen Klebematerial (zum Beispiel von einer Luftblase oder wegen fehlender vollständiger Füllung) schließlich eine Ablösung der Flügelmaterialien auslösen. Ein Aufprallschaden von Eis, Hagel, Blitz, Vögeln und so weiter führt oft zu einer Delamination der Flügelmaterialien. Wärmezyklen (zum Beispiel zwischen Winter- und Sommertemperaturen) können ebenfalls zu einem Flügelschaden führen. Das Eindringen von Wasser durch einen Riss in der äußeren Gelbeschichtung kann ebenfalls zu einer Delamination führen. Die Delamination kann zwischen den Schalenelementen vorliegen (zum Beispiel in dem Klebematerial) oder innerhalb des Laminats (in den Schalenelementschichten).
Die Flügeldefekte müssen typischerweise vor Ort repariert werden, um einen effizienten Betrieb der Windkraftanlage bezüglich ihrer Auslegungslebensdauer und Nennleistung sicherzustellen. Die herkömmlichen Reparaturverfahren für unter der Oberfläche befindliche Defekte in dem Flügellaminat erfordern ein Abschleifen des betroffenen Flügelbereichs und die anschließende Wiederaufbringung der Laminatmaterialien. Ein Defekt wird durch Abschleifen/Sandstrahlen der Laminatschichten bis zum Freilegen des Defektes beseitigt. Die Laminatlagen werden dann wieder aufgebracht und glatt gestrahlt. Typischerweise wird dem Reparaturbereich eine „Oberzugslaminat“-Lage für zusätzliche Festigkeit hinzugefügt. Diese zusätzliche Laminatlage erstreckt sich jedoch über die ebene Oberflache des umgebenden Flügelbereichs und unterbricht somit den Luftstrom über dem Flügel und verschlechtert das aerodynamische Verhalten. Zusätzlich erfordert das Schleif/Oberzugslaminat-Reparaturverfahren eine extensive Oberflächenvorbereitung und Fachkenntnis, um die Reparaturmaterialien aufzubringen, gefolgt von dem Sandstrahlen, Oberlaminieren und Streichen, was alles ziemlich mühsam und zeitaufwendig (zum Beispiel ein Prozess von zwei bis drei Tagen) ist.
US 5 023 987 A beschreibt ein Verfahren zur Reparatur von Defekten auf der Oberfläche einer Flugzeugaußenhaut, bei dem der Bereich um den Defekt herum ausgefräst wird, ein Füllstück nach Art eines Blindstopfens aus einem Verbundmaterial, das dem Material der Flugzeugaußenhaut entspricht, in den ausgefrästen Bereich eingesetzt und mittels mechanischer Befestigungsmittel, beispielsweise Nieten, an den Umgebungsrand des ausgefrästen Bereiches der Flugzeugaußenhaut befestigt wird. Zusätzlich kann ein Klebefilm zwischen dem Füllstück und der umgebenden Flugzeugaußenhaut vorgesehen sein.
US 6 770 349 B2 beschreibt ein Reparaturverfahren für eine beschädigte Sandwichstruktur, die einen Schaumstoffkern zwischen zwei Oberflächenplatten aufweist, bei dem ein Abschnitt der inneren Oberflächenplatte und ein Abschnitt des Kerns, die dem beschädigten Abschnitt einer äußeren Oberflächenplatte entsprechen, entfernt werden, eine Trägerplatte mit radialen Armen an der Innenfläche der äußeren Oberflächenplatte mit Nieten befestigt wird, eine kreisförmige Abdeckung auf der Trägerplatte aufgesetzt und mit Nieten an dieser befestigt wird und ein Hohlraum, der durch Entfernen des Abschnittes des Kerns erzeugt wird, mit einem Füllmaterial aufgefüllt wird.
FR 2 950 079 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur lokalen Wärmebehandlung einer Oberfläche eines Teils mit einer Umhüllung, die mit einer Heizeinrichtung ausgestattet ist, einer Injektionseinrichtung zur Injektion eines Fluids, insbesondere eines Schutzgases, auf das erwärmte Teil und mit einer Dichtungseinrichtung, die an dem Rand der Umhüllung angeordnet ist, um den Wärmebehandlungsbereich abzudichten.
WO 2011/029439 A1 beschreibt ein Verfahren zur Zustandsüberwachung von Rotorblättern für Windkraftanlagen, um Fehler oder Defekte, wie Risse und Delaminationen, zu lokalisieren, bei dem ein an einem Rotorblatt angebrachtes Sensor- und Aktornetzwerk oder eine Netzwerkanordnung von Ultraschallwandlern global am Rotorblatt auftretende Rotorblatteigenschwingungen und lokale geführte elastische Wellen permanent zeit- und ortsaufgelöst detektiert und überwacht.
Eine „Bohr/Füll“-Technik wurde bereits zur Reparatur von Flügeldefekten in neu hergestellten Flügeln (bevor die Flügel vor Ort eingesetzt werden) genutzt. Dieses Verfahren beinhaltet das Bohren eines Loches in die defekte Fehlstelle und die anschließende Füllung der Fehlstelle mit einem Klebematerial. Dieses Verfahren wurde wegen der Wahrscheinlichkeit einer Verschmutzung des Defektes mit Schmutz und Oxiden, die zu unstimmigen Reparaturergebnissen führen, für Reparaturen vor Ort als nicht geeignet betrachtet. Zusätzlich ist die Strukturfestigkeit der Reparatur nicht optimal.
Demzufolge würde die Industrie von einem verbesserten Reparaturverfahren für Windkraftanlagenflügel profitieren, das weniger zeitaufwendig ist, speziell für Reparaturen vor Ort geeignet ist und zu konsistenten und strukturell einwandfreien Reparaturen führt.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der nachstehenden Beschreibung dargestellt oder können aus der Beschreibung ersichtlich sein oder durch die praktische Ausführung der Erfindung erkannt werden.
Gemäß Aspekten der Erfindung wird ein Verfahren zur Reparatur von Defekten unter der Oberfläche im Laminat des Schalenelementes eines Windkraftanlagenflügels bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Erkennung der Stelle und der Begrenzung des Defektes unter der Oberfläche beispielsweise unter Anwendung irgendeiner geeigneten Art einer zerstörungsfreien Inspektionstechnik von außen. Eines oder mehrere Fülllöcher werden dann von einer Außenoberfläche des Laminats in den Defekt und nahe an einer Begrenzung des Defektes gebohrt.
Ein oder mehrere Entlüftungslöcher werden ebenfalls von der Außenoberflache des Laminats in den Defekt und nahe an einer gegenüberliegenden Begrenzung von dem Füllloch gebohrt. Ein fließfähiges Klebematerial wird dann in das Füllloch eingespritzt, bis das Klebematerial aus dem Entlüftungsloch fließt. Die Reparaturzone wird mit wenigstens einem mechanischen Befestigungselement wie zum Beispiel einer Schraube, Niete oder dergleichen verstärkt, die durch das Laminat hindurch entweder innerhalb der Begrenzung des Defektes oder außerhalb der Begrenzung des Defektes definiert ist. Das wenigstens eine mechanische Befestigungselement wird dazu verwendet, eine Klemmbelastung auf das Laminat in der Reparaturzone wahrend der Härtung des Klebematerials zu erzeugen.
In einer speziellen Ausführungsform wird die Reparaturzone mit mehreren mechanischen Befestigungselementen verstärkt. Beispielsweise können die Befestigungselemente in Abstand um den Umfang des Defektes herum angeordnet sein. Ebenso kann eine beliebige Anzahl von Befestigungselementen innerhalb der Begrenzung des Defektes verwendet werden. Praktisch jedes Muster und jede Stelle der Befestigungselemente wird für die Erzeugung der Klemmbelastung auf dem Laminat in und um den Defekt während der Härtung des Klebematerials in Betracht gezogen.
Es wird in Betracht gezogen, dass die mechanischen Befestigungselemente nicht aus dem Laminat entfernt werden und als eine permanente Komponente der Reparatur verbleiben. Diesbezüglich werden die mechanischen Befestigungselemente in einer gewünschten Ausführungsform in der Außenoberflache des Laminats so versenkt, dass sie keine nachteiligen Luftströmungsbedingungen über der Oberflache des Flügels oder einen anderweitig nachteiligen Einfluss auf das aerodynamische Verhalten des Flügels erzeugen.
Das einzigartige Reparaturverfahren kann vor Ort durchgeführt werden, wobei der Windkraftanlagenflügel auf seiner entsprechenden Nabe und dem Turm verbleibt.
Das Reparaturverfahren kann an jeder Stelle des Flügels angewendet werden, ist aber insbesondere für die Reparatur von Defekten entlang der Hinterkante des Windkraftanlagenflügels geeignet. In diesem Bereich ist das Laminat durch die Kombination des Druckseitenschalenelementes, des Hinterkanten-Klebelienienmaterials und das Saugseitenschalenelement definiert, und die mechanischen Befestigungselemente haben eine Lange und Ausgestaltung dergestalt, dass sie sich vollständig durch das Laminat hindurch erstrecken.
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verständlich. Die beigefügten Zeichnungen, welche in dieser Patentschrift enthalten sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
Figurenliste
Eine vollständige und grundlegende Beschreibung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsart, die an den Fachmann gerichtet ist, wird nachstehend in dem Rest der Patentschrift unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:

1 perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Windkraftanlage ist;
2 einer perspektivische Ansicht eines Windkraftanlagenflügels ist;
3 eine Ansicht eines Abschnittes einer Hinterkante eines Windkraftanlagenflügels mit entfernten Laminatlagen ist, um einen Defekt unter der Oberfläche aufzudecken;
4 eine perspektivische Querschnittsansicht der Hinterkante eines Windkraftanlagenflügels mit einem Füllloch und einem darin definierten Entlüftungsloch gemäß Aspekten des Reparaturverfahrens der Erfindung ist;
5 eine Ansicht eines Hinterkantenabschnittes von 4 mit darin definierten Löchern für die Aufnahme von mechanischen Befestigungselementen ist;
6 eine Querschnittsansicht einer Hinterkante ist, die insbesondere die Aufnahme der mechanischen Befestigungselemente in der und um die Reparaturzone herum darstellt; und
7 eine Querschnittsansicht eines Reparaturbereichs ist, in welchem ein Zugang zu der gegenüberliegenden Seite nicht ohne Weiteres möglich ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es wird nun im Detail Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung genommen, wovon ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen dargestellt sind. Jedes Beispiel wird zur Erläuterung der Erfindung und nicht als Einschränkung der Erfindung angegeben. Tatsächlich wird es für den Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Varianten in der vorliegenden Erfindung ohne Abweichung von dem Schutzumfang oder Erfindungsgedanken der Erfindung vorgenommen werden können. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte oder beschriebene Merkmale mit einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung zu ergeben. Somit soll die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Varianten beinhalten, soweit sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.
1 stellt eine Windkraftanlage 10 herkömmlichen Aufbaus dar. Die Windkraftanlage 10 enthält einen Turm 12 mit einer darauf montierten Gondel 14. Mehrere Windkraftanlagenflügel 16 sind auf einer Rotornabe 18 befestigt, welche wiederum mit einem Hauptflansch verbunden ist, der eine Hauptrotorwelle trägt. Die Stromerzeugungs- und Steuerkomponenten der Windkraftanlage sind in der Gondel 14 untergebracht. Die Ansicht von 1 wird nur für Darstellungszwecke gegeben, um die vorliegende Erfindung in einem exemplarischen Anwendungsfeld zu platzieren. Es dürfte erkennbar sein, dass die Erfindung auf keinerlei spezielle Art einer Windkraftanlageausgestaltung beschränkt ist.
2 ist eine detailliertere Ansicht eines Windkraftanlagenflügels 16. Der Flügel 16 enthält ein oberes Schalenelement und ein unteres Schalenelement 22. Das obere Schalenelement 20 kann als die Saugseitenoberfläche des Flügels 16 ausgestaltet sein, während das untere Schalenelement 20 als die Druckseitenoberfläche des Flügels ausgestaltet sein kann. Der Flügel 16 enthält eine Vorderkante 24 und eine Hinterkante 26 sowie einen Fußabschnitt 28 und einen Spitzenabschnitt 30. Wie im Fachgebiet allgemein bekannt, sind das obere Schalenelement 20 und das untere Schalenelement 22 an einer Vorderkanten-Klebelinie 32 und an einer Hinterkanten-Klebelinie 34 miteinander verbunden. Bei der Erzeugung dieser Klebelinien 32, 34 wird eine Klebepaste 36 in fließfähiger viskoser Form zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen der Schalenelemente 20, 22 entlang der Länge der Klebelinien 32, 34 aufgebracht. Die Klebepaste 36 wird typischerweise in einer ausreichenden Menge und einem Muster so aufgebracht, dass sie eine geplante Breite der Klebelinien 32, 34 ergibt, die einen minimalen geklebten Oberflächenbereich zwischen den Komponenten sicherstellt. Es dürfte erkennbar sein, dass der Begriff „Klebepaste“ hierin in einem allgemeinen Sinne verwendet wird, um so jede Art von Kleber- oder Verbindungsmaterial zu beinhalten, das in einem anfangs fließfähigen Zustand aufgebracht wird, wie zum Beispiel jede geeignete Art von Epoxidverbundkleber oder ein anderes Material.
2 stellt mehrere Defekte 38 unter der Oberfläche dar, die in dem Laminatmaterial von jedem der Schalenelemente 20, 22 entlang der Hinterkanten-Klebelinie 34 ausgebildet sind. Die Darstellung der Defekte 38 in diesem Bereich des Flügels wird nur für veranschaulichende Zwecke dargestellt. Es dürfte erkennbar sein, dass das vorliegende Verfahren für die Reparatur von Defekten 38 unter der Oberfläche in einem Windkraftanlagenflügel für Defekte 38 genutzt werden kann, die sich an einer beliebigen Stelle in den Laminatmaterialien des Flügels befinden.
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes der Hinterkante 26, die einen der Defekte 38 enthalt. Die Lagen 42 des oberen Schalenelementes 20 wurden in der Darstellung entfernt, um den eine Begrenzung 40 aufweisenden Defekt 38 unter der Oberfläche darzustellen. Der Defekt 38 kann eine Fehlstelle in der Klebepaste 36 sein, welche sich vollständig durch das Laminat hindurch zu dem gegenüberliegenden Schalenelement 22 erstrecken kann. In weiteren Fällen kann der Defekt 38 eine Delamination oder Fehlstelle in den Lagen 42 sein, die sich nicht bis zu der Klebepaste 36 erstreckt, wie es durch den Defekt 38 in dem Schalenelement 20 von 6 dargestellt ist. In noch weiteren Fallen kann der Defekt 38 eine Fehlstelle oder eine Delamination in dem Schalenelement sein, der sich in die Klebepaste 36 erstreckt, wie es durch den Defekt 38 in dem Schalenelement 22 von 7 dargestellt ist. Es dürfte erkennbar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Reparatur irgendeiner speziellen Art von Defekt in den Flügelmaterialien beschränkt ist.
Die Defekte 38 unter der Oberfläche können mittels jeder geeigneten Technik detektiert werden. Beispielsweise kann der Defekt unter der Oberfläche durch eine Untersuchung auf Oberflächendefekte, wie zum Beispiel Risse, Welligkeit, durch irgendein zerstörungsfreies Bewertungsprüfverfahren detektiert werden. Der Umfang oder die Begrenzung 40 des Defektes 38 kann beispielsweise durch Klopftest, Ultraschallinspektion oder irgendein anderes zerstörungsfreies Bewertungsverfahren ermittelt werden.
Gemäß 4 wird, sobald die Stelle und Begrenzung 40 des Defektes 38 ermittelt wurde, ein Füllloch 44 in den Defekt 39 von einer Außenoberfläche des Laminats aus gebohrt, wie es durch den Pfeil in 4 dargestellt ist. Das Loch 44 wird in unmittelbarer Nähe zu der Begrenzung 40 des Defektes im Gegensatz zu einer zentraleren Stelle gebohrt. Des Weiteren wird gemäß 4 ein Entlüftungsloch 46 von der Außenoberfläche des Schalenelementes 20 aus in den Defekt 38 unmittelbar an der gegenüberliegenden Begrenzung in Bezug auf das Füllloch 44 definiert. Dieses Muster des Bohrloches 44 und des Entlüftungsloches 46 trägt zur Sicherstellung bei, dass das fließfähige Klebematerial 48, das in den Defekt 38 durch das Füllloch 44 eingespritzt wird, vollständig (oder nahezu vollständig) die gesamte Fehlstelle des Defektes 38 füllt. Während das Klebematerial 44 in den Defekt 38 fließt, wird Luft durch das Entlüftungsloch 46 nach außen gedrückt. Indem das Entlüftungsloch 46 im Wesentlichen entgegengesetzt zu dem Füllloch 44 unmittelbar an der gegenüberliegenden Begrenzung 40 angeordnet wird, wird eine vollständigere Füllung der Fehlstelle mit dem Klebematerial 48 erreicht.
Es dürfte leicht erkennbar sein, dass jede Anzahl und jedes Muster von Fülllöchern 44 und Entlüftungslöchern 46 durch die Außenoberfläche des Schalenelementes 20 hindurch definiert werden können, um so eine vollständige Füllung der defekten Fehlstelle abhängig von der Gesamtform, dem Ort und anderen Eigenschaften des Defektes 38 zu erreichen. Die Erfindung ist auf keinerlei spezielle Anzahl von Mustern oder Fülllöchern und Entlüftungslöchern beschränkt.
Das fließfähige Klebematerial 48 wird durch das Füllloch 44 eingespritzt, bis das Material aus dem Entlüftungsloch 46 strömt, was wiederum ein Hinweis auf eine vollständige Füllung des Defektes 38 ist. Die Löcher 44 und 46 können mit dem Klebematerial so gefüllt werden, dass das Material 48, wenn es ausgehartet ist, eine bündige Oberfläche mit dem umgebenden Laminatmaterial mit geringer oder keiner Endbearbeitung ausbildet.
Gemäß 5 wird die Reparaturzone mit einer beliebigen Anzahl und Ausgestaltung von mechanischen Befestigungselementen 52 verstärkt, die eine Klemmlastkraft auf das Laminatmaterial in der und um die Reparaturzone herum erzeugt, wenn das Klebematerial 48 aushärtet. Mehrere Befestigungselementlöcher 50 werden durch das Laminat hindurch für die Aufnahme der mechanischen Befestigungselemente 52 (6) definiert. Diese Löcher 50 können in Abstand um den Umfang der Defektbegrenzung 40 herum sowie innerhalb der Begrenzung 40 angeordnet sein. Die Anzahl und das Muster der Löcher 50 und der mechanischen Befestigungselemente 52 variieren abhängig von der Größe, der Stelle und anderen Eigenschaften des Defektes 38. In der in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsform sind drei Löcher 50 in Abstand um die Begrenzung 40 herum und ein zusätzliches Loch 50 durch den Defekt 38 für den Zweck der Erzeugung einer Klemmlast auf die Reparaturzone um den und in dem Defekt 38 definiert. Gemäß 6 enthalten die Löcher 50 in einer erwünschten Ausführungsform Senkbohrungen 60, die in den Schalenelementen 20 und 22 für die Aufnahme entsprechend geformter Köpfe der mechanischen Befestigungselemente 52 definiert sind.
Die Befestigungselemente 52 können eine beliebige Art herkömmlicher Befestigungselemente sein, wie zum Beispiel eine Niete 58, eine Schraube 54 mit zugehöriger Mutter 56. Die Befestigungselemente 52 liegen in den Senkbohrungen 60 und sind im Wesentlichen mit der umgebenden Oberfläche der Schalenelemente 20, 22 bündig, um somit das aerodynamische Verhalten des Flügels nicht nachteilig zu beeinflussen.
Die mechanischen Befestigungselemente 52 werden eingebaut und erzeugen, wie vorstehend diskutiert, die Klemmlast während der Aushärtung des Klebematerials 48. Obwohl es verschiedene Fälle geben kann, in welchen die mechanischen Befestigungselemente 52 anschließend aus dem Flügel entfernt werden und die Löcher 50 mit einem Klebematerial gefüllt und endbearbeitet werden, werden die mechanischen Befestigungselemente 52 erwünschtermaßen nicht aus dem Laminat entfernt und bleiben als eine permanente Komponente der Reparatur enthalten. Die Befestigungselemente 42 stellen einen zusätzlichen Grad an permanenter Festigkeit und Integrität für die Reparaturzone bereit.
In der in den Figuren dargestellten Ausführungsform liegen die Defekte 38 nahe an der Hinterkante 26, und somit haben die mechanischen Befestigungselemente 52 eine Lange und Ausgestaltung, dass sie sich vollständig durch die gegenüberliegenden Schalenelemente 20, 22 erstrecken. In anderen Ausführungsformen, in welchen sich die Defekte 38 unter der Oberfläche in den Schalenelementmaterialien an anderen Sehnenstellen befinden, beispielsweise an einer Mittensehnenstelle, können andere Arten von mechanischen Befestigungselementen verwendet werden, wie zum Beispiel eine Wandankerschraube, ein Federspreizbolzen oder eine ähnliche Vorrichtung, bei denen es nicht erforderlich ist, einen Zugang zu dem gegenüberliegenden Ende des Befestigungselementes zu haben, um mit dem Befestigungselement 52 in Eingriff zu stehen und es anzuziehen. Diese Ausgestaltung ist beispielsweise in 7 dargestellt, in welcher die mechanischen Befestigungselemente Federspreizbolzen 62 sind, die dafür genutzt werden eine Klemmkraft innerhalb der und um die Begrenzung 40 des Defektes 38 herum unter der Oberfläche bereitzustellen.
Obwohl der vorliegende Erfindungsgegenstand detailliert in Bezug auf seine spezifischen exemplarischen Ausführungsformen und Verfahren beschrieben worden ist, dürfte es erkennbar sein, dass der Fachmann mit dem Verständnis des Vorstehenden, leicht Änderungen an, Varianten von und Äquivalente solcher Ausführungsformen produzieren kann. Demzufolge ist der Schutzumfang der vorliegenden Offenlegung nur als Beispiel statt als Einschränkung gedacht, und die Offenlegung des Erfindungsgegenstandes schließt nicht die Einbeziehung solcher Modifikationen, Varianten und/oder Hinzufügungen an dem vorliegenden Erfindungsgegenstand aus, die für den Durchschnittsfachmann ohne Weiteres ersichtlich sind.
Ein Verfahren zur Reparatur von Defekten 38 unter der Oberfläche im Laminat 42 des Schalenelementes 20, 22 eines Windkraftanlagenflügels 16 beinhaltet die Detektion der Stelle und der Begrenzung 40 des Defektes unter der Oberfläche und das Bohren eines Füllloches 44 von einer Außenoberfläche des Laminats 42 in den Defekt nahe an einer Begrenzung 40 des Defektes. Ein Entlüftungsloch 46 wird von der Außenoberfläche des Laminats in den Defekt nahe an einer gegenüberliegenden Begrenzung 40 von dem Füllloch gebohrt. Ein fließfähiges Klebematerial 48 wird dann in das Füllloch eingespritzt, bis das Klebematerial aus dem Entlüftungsloch fließt. Die Reparaturzone wird mit wenigstens einem mechanischen Befestigungselement 52 verstärkt, das durch das Laminat hindurch entweder innerhalb der Begrenzung des Defektes oder außerhalb der Begrenzung des Defektes definiert ist.
Bezugszeichenliste

10: Windkraftanlage
12: Turm
14: Gondel
16: Flügel
18: Rotornabe
20: Schalenelement
22: Schalenelement
24: Vorderkante
26: Hinterkante
28: Fußabschnitt
30: Spitzenabschnitt
32: Vorderkanten-Klebelinie
34: Hinterkanten-Klebelinie
36: Klebepaste
38: Defekt
40: Begrenzung
42: Laminatlagen
44: Füllloch
46: Entlüftungsloch
48: Klebematerial
50: Befestigungselementloch
52: mechanisches Befestigungselement
54: Schraube
56: Mutter
58: Niete
60: Senkbohrung
62: Federspreizbolzen

Claims

Verfahren zur Reparatur von Defekten (38) unter der Oberfläche in einem Laminat (42) eines Schalenelementes (20) eines Windkraftanlagenflügels (16) mit den Schritten: Detektieren der Stelle und der Begrenzung (40) eines Defektes (38) unter der Oberfläche in dem Laminat (42); Bohren eines Füllloches (44) von einer Außenoberfläche des Laminats (42) in den Defekt nahe an einer Begrenzung (40) des Defektes; Bohren eines Entlüftungsloches (46) von der Außenoberfläche des Laminats (42) in den Defekt nahe an einer gegenüberliegenden Begrenzung (40) von dem Füllloch (44); Einspritzen eines fließfähigen Klebematerials (48) in das Füllloch (44) bis das Klebematerial (48) aus dem Entlüftungsloch (46) fließt; und Verstärken einer Reparaturzone des Laminats (42), die das Klebematerial (48) enthält, mit wenigstens einem mechanischen Befestigungselement (52), das durch das Laminat (42) hindurch entweder innerhalb der Begrenzung des Defektes oder außerhalb der Begrenzung des Defektes festgelegt ist, wobei das wenigstens eine mechanische Befestigungselement (52) dazu verwendet wird, eine Klemmbelastung auf das Laminat (42) in der Reparaturzone während der Härtung des Klebematerials (48) zu erzeugen.
Reparaturverfahren nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine mechanische Befestigungselement (52) ferner durch das Schalenelement (20) und ein weiteres Schalenelement (22) des Windkraftanlagenflügels (16) festgelegt ist.
Reparaturverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Reparaturzone mit mehreren mechanischen Befestigungselementen (52) verstärkt wird.
Reparaturverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Reparaturzone mit mehreren mechanischen Befestigungselementen (52) außerhalb der Begrenzung (40) des Defektes (38) und bei wenigstens einem mechanischen Befestigungselement (52) innerhalb der Begrenzung des Defektes verstärkt wird.
Reparaturverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das mechanische Befestigungselement (52) in der Außenoberfläche des Laminats (42) versenkt wird.
Reparaturverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das mechanische Befestigungselement (52) nicht aus dem Laminat (42) entfernt wird und darin als eine permanente Reparaturkomponente belassen wird.
Reparaturverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Stelle und die Begrenzung (40) des Defektes (38) mittels zerstörungsfreier Inspektionstechniken von außen detektiert werden.
Reparaturverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ferner den Schritt des Bohrens mehrerer von den Fülllöchern (44) und Entlüftungslöchern (46) aufweist, um eine vollständige Füllung des Defektes (38) unter der Oberfläche sicherzustellen.
Reparaturverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren vollständig vor Ort ausgeführt wird, wobei der Windkraftanlagenflügel (16) auf seiner entsprechenden Nabe (18) und dem Turm (12) bleibt.
Reparaturverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren für Defekte (38) entlang einer Hinterkante (34) des Windkraftanlagenflügels ausgeführt wird, das Schalenelement (20) ein Druckseitenschalenelement ist, ein weiteres Schalenelement ein Saugseitenschalenelement (22) ist und sich das mechanische Befestigungselement durch das Druckseitenschalenelement (20), das Klebelinienmaterial der Hinterkante (34) und das Saugseitenschalenelement (22) hindurch erstreckt.