DE102012204858A1

DE102012204858A1 - Fertigung eines Faserverbundbauteils für ein Rotorblatt

Info

Publication number: DE102012204858A1
Application number: DE102012204858A
Authority: DE
Inventors: Christian Flach
Original assignee: Repower Systems SE
Current assignee: Senvion GmbH
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-02
Also published as: WO2013143641A1; US20140369849A1; CA2868654C; EP2831409A1; CA2868654A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Faserverbundbauteil (3, 4, 5) für ein Rotorblatt (2) einer Windenergieanlage (1) mit einer definiert vorgegeben geformten ersten Oberfläche (12, 14) an einer ersten Seite (11, 13) des Faserverbundbauteils (3, 4, 5).
Das erfindungsgemäße Faserverbundbauteil (3, 4, 5) wird dadurch weitergebildet, dass das Faserverbundbauteil (3, 4, 5) eine definierte zweite vorgegeben geformte Oberfläche (14, 12) zur Verbindung mit einem weiteren Bauteil (3, 4, 5) für das Rotorblatt (2) an wenigstens einem Teilbereich einer der ersten Seite (11, 13) abgewandten zweiten Seite (13, 11) des Faserverbundbauteils (3, 4, 5) aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Fertigungseinrichtung zur Fertigung eines Faserverbundbauteils (3, 4, 5) für ein Rotorblatt (2) einer Windenergieanlage (1) unter Anwendung eines Vakuuminfusionsverfahrens und ein Verfahren zum Fertigen eines Faserverbundbauteils (3, 4, 5) für ein Rotorblatt (2) einer Windenergieanlage (1) unter Anwendung eines Vakuuminfusionsverfahrens.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Rotorblatt (2) für eine Windenergieanlage (1) und ein Verfahren zum Fertigen eines Rotorblatts (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Faserverbundbauteil für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage mit einer definiert vorgegeben geformten ersten Oberfläche an einer ersten Seite des Faserverbundbauteils.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Fertigungseinrichtung zur Fertigung eines Faserverbundbauteils für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage unter Anwendung eines Vakuuminfusionsverfahrens umfassend eine offene Fertigungsform mit einer Formfläche zur Formung einer ersten Oberfläche an einer ersten Seite des Faserverbundbauteils.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Fertigen eines Faserverbundbauteils für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage unter Anwendung eines Vakuuminfusionsverfahrens in einer offenen Fertigungsform, wobei mittels einer Formfläche der Fertigungsform eine erste Oberfläche an einer ersten Seite des Faserverbundbauteils geformt ist oder wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage sowie ein Verfahren zum Fertigen eines Rotorblatts für eine Windenergieanlage.
Bekannt sind Rotorblätter für Windenergieanlagen aus mehreren Einzelteilen, die einzeln in Faserverbundbauweise gefertigt und zu einem Rotorblatt verbunden, beispielsweise 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.
Typische Rotorblätter bestehen aus wenigstens zwei Rotorblattschalen, die die äußere Form und somit die wesentlichen aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblatts vorgeben. Die Rotorblattschalen sind üblicherweise im Bereich der größten Profildicke des Rotorblatts durch so genannte Gurte verstärkt und im Bereich der Gurte durch Hauptstege miteinander verbunden. Die Gurte und die Hauptstege bilden dabei die wesentliche tragende Struktur des Rotorblatts.
Für die Herstellung großer Einzelteile in Faserverbundbauweise hat sich im Stand der Technik die so genannte Vakuuminfusionstechnologie bewährt. Dabei wird zunächst trockenes Faserhalbzeug in einer offenen Form ausgelegt, die die endgültige Oberfläche auf einer Seite des Einzelteils vorgibt. Die Form mit dem Faserhalbzeug wird mittels Folie 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.
Mittels der Form ist bei diesem Verfahren eine qualitativ hochwertige, sehr gut reproduzierbare Oberfläche an einer Seite des Bauteils realisierbar bzw. definiert vorgebbar, während sich auf der anderen Seite des Bauteils unter der Vakuumfolie eine zufällige und kaum beeinflussbare Oberflächenstruktur ausbildet. Auch die Dicke des Bauteils ist bei diesem Verfahren nur relativ ungenau kontrollierbar.
Für eine Rotorblattschale bedeutet dies beispielsweise, dass die aerodynamisch maßgebliche Außenseite eine Oberfläche mit hervorragender Güte aufweist, während die Innenseite, an der beispielsweise die Hauptstege eingeklebt werden, relativ rau und uneben ist. Um diese unregelmäßigen Strukturen an der Klebeverbindung auszugleichen, wird beispielsweise großzügig Klebstoff auf die Innenseite der Rotorblattschale aufgebracht und ein Hauptsteg mit einem gewissen Kraftaufwand in den Klebstoff gedrückt. Der Klebstoff gleicht dabei Unebenheiten zwischen den zu verbindenden Bauteilen aus, so dass nach dem Aushärten eine flächige Verbindung zwischen den Bauteilen besteht.
Aufgrund der komplexen, in der Regel gewölbten Form der zu verbindenden Bauteile sind bei dem Zusammendrücken Querkräfte, die unter Umständen ein Verrutschen der zu verklebenden Teile zur Folge haben, unausweichlich. Entsprechend müssen gewisse Fertigungsungenauigkeiten in Kauf genommen werden, die die Qualität, Stabilität und Lebensdauer der hergestellten Rotorblätter sowie die Reproduzierbarkeit dieser Parameter bei mehreren gleichartigen Rotorblättern negativ beeinflusst.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Qualität, Steifigkeit und/oder Lebensdauer eines einzelnen Rotorblatts sowie die Reproduzierbarkeit dieser Eigenschaften bei einer Vielzahl gleichartiger Rotorblätter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Faserverbundbauteil für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage mit einer definiert vorgegeben geformten ersten Oberfläche an einer ersten Seite des Faserverbundbauteils, das dadurch weitergebildet wird, dass das Faserverbundbauteil eine zweite definiert vorgegeben geformte Oberfläche zur Verbindung mit einem weiteren Bauteil für das Rotorblatt an wenigstens einem Teilbereich einer der ersten Seite abgewandte zweiten Seite des Faserverbundbauteils aufweist.
Die zweite definiert vorgegeben geformte Oberfläche wird beispielsweise dadurch bereitgestellt, dass ein mittels des beschriebenen Vakuuminfusionsverfahrens gefertigtes Faserverbundbauteil an der zweiten Seite nachbehandelt wird.
Durch die Erfindung wird erreicht, dass die Passform zweier miteinander zu verbindenden Bauteile für ein Rotorblatt verbessert wird. Insbesondere ermöglicht die Erfindung, dass die zweite Oberfläche des Faserverbundbauteils formkomplementär oder abschnittsweise formkomplementär zu dem weiteren Bauteil ausgebildet ist. Bei Verbinden der beiden Bauteile, beispielsweise durch Verkleben an besagter Oberfläche, wird dadurch die Ausrichtung der Bauteile zueinander vereinfacht und die Genauigkeit der Anordnung der beiden Bauteile in dem fertigen Rotorblatt erhöht.
Bei der Erfindung ist es zudem nicht mehr notwendig, dass das Faserverbundbauteil und das weitere Bauteil zum Verkleben aneinandergedrückt werden müssen. Dadurch wird ein unbeabsichtigtes Verrutschen der Bauteile relativ zueinander verhindert.
Vorzugsweise ist an oder auf der zweiten Oberfläche des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils eine Markierung für eine Sollposition des weiteren Bauteils an oder auf der zweiten Oberfläche angeordnet. Hierdurch wird beim Verbinden der beiden Bauteile eine exakte Ausrichtung der beiden Bauteile zueinander gewährleistet. Gleichzeitig wird eine Kontrolle der relativen Anordnung der Bauteile zueinander nach dem Verbinden ermöglicht, so dass etwaige Produktionsfehler erkannt und gegebenenfalls korrigiert werden können. Insbesondere wird verhindert, dass fehlerhaft verbundene Bauteile für ein Rotorblatt verwendet werden, so dass insgesamt die Qualität der fertigen Rotorblätter verbessert wird.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Markierung als Anschlag ausgebildet, wobei insbesondere das weitere Bauteil in der Sollposition formschlüssig zu dem Anschlag ausrichtbar oder ausgerichtet ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass das weitere Bauteil in der Sollposition vor dem endgültigen Verbinden mit dem erfindungsgemäßen Faserverbundbauteil nicht verrutschen kann.
Das Faserverbundbauteil ist bevorzugterweise eine Rotorblattschale oder ein Gurt, wobei das weitere Bauteil insbesondere ein Steg oder ein Hauptsteg ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch eine Fertigungseinrichtung zur Fertigung eines Faserverbundbauteils für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage unter Anwendung eines Vakuuminfusionsverfahrens umfassend eine offene Fertigungsform mit einer Formfläche zur Formung einer ersten Oberfläche an einer ersten Seite des Faserverbundbauteils, wobei die Fertigungseinrichtung dadurch weitergebildet wird, dass die Fertigungseinrichtung eine Formeinlage mit einer Formfläche zur Formung einer zweiten Oberfläche zur Verbindung des Faserverbundbauteils mit einem weiteren Bauteil für das Rotorblatt umfasst, wobei die Formeinlage an oder in der Fertigungsform derart anordnenbar, anzuordnen oder angeordnet ist, dass die Formfläche der Formeinlage der Formfläche der Fertigungsform zugewandt ist.
Die erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung ermöglicht die Fertigung eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils unter Anwendung eines Vakuuminfusionsverfahrens. Die offene Fertigungsform wird dabei wenigstens teilweise durch die Formeinlage abgedeckt, so dass zwischen der Fertigungsform und der Formeinlage ein Hohlraum für das zu fertigende Faserverbundbauteil ausgebildet wird. Die Formeinlage deckt dabei vorzugsweise nur einen Teilbereich der gesamten Fertigungsform ab, so dass die Formeinlage in ihren Ausmaßen kleiner als die Fertigungsform ist. Dadurch wird eine leicht zu handhabende Formeinlage von relativ geringem Gewicht bereitgestellt, die trotzdem ausreichend stabil zur Ausbildung eines definierten und reproduzierbaren Hohlraums für das Faserverbundbauteil ist.
Dieser Hohlraum wird beim Fertigen des Faserverbundbauteils vorzugsweise vollständig mit Harz ausgefüllt, so dass an einer Seite des Faserverbundbauteils durch die Formfläche der Fertigungsform und an der gegenüberliegenden Seite des Faserverbundbauteils durch die Formfläche der Formeinlage jeweils eine definiert vorgegebene und reproduzierbare Oberfläche geformt wird.
Vorzugsweise weist die Formfläche der Formeinlage eine Markierungsform, beispielsweise eine Erhebung oder eine Vertiefung, zum Formen einer Markierung für eine Sollposition des weiteren Bauteils an oder auf der zweiten Oberfläche des Faserverbundbauteils auf. Auf diese Weise wird beim Fertigen des Faserverbundbauteils unter Anwendung eines Vakuuminfusionsverfahrens ohne weiteren Aufwand an exakt vorgegebener und reproduzierbarer Stelle eine Markierung an oder auf der zweiten Oberfläche des Faserverbundbauteils bereitgestellt.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Formeinlage wenigstens abschnittsweise durchsichtig ausgebildet ist. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Verteilung von Harz in der Fertigungsform während des Vakuuminfusionsverfahrens beobachtet und kontrolliert werden kann.
Vorzugsweise umfasst ein Material der Formeinlage Polyethylen. Derartige Materialien sind im Umgang mit Epoxidharzen meist selbsttrennend, so dass nach Aushärten des fertigen Faserverbundbauteils ein einfaches Entformen gewährleistet ist. Vorteilhafterweise umfasst daher insbesondere die Formfläche der Formeinlage ein Material mit Polyethylen oder besteht aus einem solchen Material. Formeinlagen oder Bestandteile für Formeinlagen aus Polyethylen lassen sich zudem einfach und kostengünstig, beispielsweise in einem Tiefziehverfahren, herstellen.
Eine besonders bevorzugte Fertigungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Positioniervorrichtung zur reproduzierbaren Positionierung der Formeinlage an oder in der Fertigungsform umfasst ist. Hierdurch wird eine besonders genaue und reproduzierbare Ausrichtung der Formeinlage relativ zur Fertigungsform gewährleistet, wodurch auch Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Hohlraums zwischen Fertigungsform und Formeinlage und somit der Gestalt des herzustellenden Faserverbundbauteils zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche weiter verbessert wird.
Des Weiteren ist vorzugsweise eine Dichtvorrichtung für einen gemeinsamen Berührungsbereich der Fertigungsform und der Formeinlage umfasst. Ein Berührungsbereich ist beispielsweise eine Fläche oder eine Linie, auf oder entlang derer sich die Fertigungsform und die Formeinlage berühren. Durch eine Dichtvorrichtung wird dabei der Berührungsbereich abgedichtet, so dass die Fertigungsform unter Einbeziehung der Formeinlage sehr schnell und einfach für das Vakuuminfusionsverfahren abgedichtet werden kann.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Fertigen eines Faserverbundbauteils für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage unter Anwendung eines Vakuuminfusionsverfahrens in einer offenen Fertigungsform, wobei mittels einer Formfläche der Fertigungsform eine erste Oberfläche an einer ersten Seite des Faserverbundbauteils geformt ist oder wird, wobei das Verfahren dadurch weitergebildet wird, dass bei der Fertigung des Faserverbundbauteils eine Formeinlage auf oder in der Fertigungsform angeordnet wird, wobei mittels einer der Formfläche der Fertigungsform zugewandten Formfläche der Formeinlage eine zweite Oberfläche zur Verbindung des Faserverbundbauteils mit einem weiteren Bauteil für das Rotorblatt an wenigstens einem Teilbereich einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite des Faserverbundbauteils geformt ist oder wird.
Dieses Verfahren ist insbesondere zur Ausführung mittels der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Fertigungseinrichtung geeignet.
Vorteilhafterweise ist oder wird an oder auf der zweiten Oberfläche des Faserverbundbauteils eine Markierung für eine Sollposition des weiteren Bauteils an oder auf der zweiten Oberfläche ausgebildet. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass anschließend an das Einleiten von Harz in die Fertigungsform, was vorzugsweise unter Anwendung des Vakuuminfusionsverfahrens erfolgt, eine Markierung an oder auf der zweiten Oberfläche des Faserverbundbauteils angebracht wird. Beispielsweise wird die Markierung vor dem endgültigen Aushärten in das Harz gedrückt oder geprägt oder eine Markierung auf das wenigstens teilweise ausgehärtete Harz aufgebracht, beispielsweise geklebt oder gemalt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist oder wird die Markierung mittels der Formfläche der Formeinlage, insbesondere mittels einer Markierungsform der Formfläche, geformt. Hierdurch wird ein separater Verfahrensschritt für das Anbringen der Markierung eingespart und es werden Fehler beim Positionieren der Markierung vermieden.
Vorzugsweise wird die offene Fertigungsform für das Vakuuminfusionsverfahren unter Verwendung der Formeinlage abgedichtet. Die Bereiche der offenen Fertigungsform, die nicht mittels der Formeinlage abgedeckt werden, werden dabei beispielsweise mittels einer Vakuumfolie abgedichtet. Alternativ wird die gesamte Fertigungsform inklusive der Formeinlage mittels einer Vakuumfolie überdeckt und abgedichtet oder die Formeinlage erst nach Abdichten der gesamten Fertigungsform mittels einer Vakuumfolie auf- oder eingelegt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage mit einem erfindungsgemäßen Faserverbundbauteil.
Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Verfahren zum Fertigen eines derartigen Rotorblatts, wobei das Faserverbundbauteil an der zweiten Oberfläche mit einem weiteren Bauteil für das Rotorblatt verbunden wird.
Wenn das Faserverbundbauteil, insbesondere an oder auf der zweiten Oberfläche, eine Markierung für eine Sollposition des weiteren Bauteils aufweist, wird vorzugsweise eine Ausrichtung des Faserverbundbauteils und des weiteren Bauteils zueinander nach dem Verbinden anhand der Markierung überprüft. Vorteilhaft ist außerdem, wenn das Faserverbundbauteil und das weitere Bauteil vor dem Verbinden mittels der Markierung zueinander ausgerichtet werden.
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 das Zusammenfügen zweier Rotorblattschalen und zweier Hauptstege zu einem Rotorblatt aus dem Stand der Technik;
3 schematisch das Zusammenfügen zweier erfindungsgemäßer Rotorblattschalen und zweier Hauptstege zu einem erfindungsgemäßen Rotorblatt;
4 schematisch eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung in perspektivischer Darstellung;
5 die Fertigungseinrichtung aus 4 in einer schematischen Schnittdarstellung und
6 schematisch das Zusammenfügen zweier Rotorblattschalen und zweier Hauptstege zu einem erfindungsgemäßen Rotorblatt in einer weiteren Ausführungsform.
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
1 zeigt schematisch eine typische Windenergieanlage 1 mit drei Rotorblättern 2. Ein Rotorblatt 2 besteht beispielsweise aus mehreren in Faserverbundbauweise gefertigten Bauteilen, die miteinander verklebt werden.
2 zeigt schematisch, wie ein Rotorblatt 2 aus dem Stand der Technik aus zwei Rotorblattschalen 3 und zwei Hauptstegen 4 zusammengefügt wird. Gezeigt ist dabei eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A am fertigen Rotorblatt in 1.
Die Rotorblattschalen 3 sowie die Hauptstege 4 werden einzeln in Faserverbundbauweise unter Verwendung eines Vakuuminfusionsverfahrens hergestellt. Bei diesem Verfahren wird Fasermaterial in einer offenen Fertigungsform ausgelegt, die Fertigungsform mittels einer Vakuumfolie abgedichtet, die zwischen der Fertigungsform und der Vakuumfolie befindliche Luft evakuiert und sodann Harz in die evakuierte Fertigungsform geleitet, so dass das Fasermaterial zwischen der Fertigungsform und der Vakuumfolie mit Harz getränkt wird. Nach Aushärten des Harzes weist das derart gefertigte Bauteil an der der Fertigungsform zugewandten Seite eine definierte Oberfläche auf, die durch die Oberfläche der Fertigungsform vorgegeben ist. Bei den in 2 gezeigten Rotorblattschalen 3 ist dies die Außenseite 11 bzw. die Oberfläche 12 der Außenseite 11.
Auf der entgegengesetzten Seite, d.h. der Seite, die bei der Fertigung mit der Vakuumfolie abgedeckt ist, ist die endgültige Oberfläche hingegen nicht kontrollierbar. Beispielsweise bildet die flexible Vakuumfolie beim Evakuieren der Fertigungsform Falten, die später voll Harz laufen. Neben der Oberflächenbeschaffenheit des Bauteils an dieser Seite ist somit auch die Dicke des Bauteils im Fertigungsprozess nur innerhalb relativ grober Ungenauigkeiten vorgebbar. Bei den in 2 gezeigten Rotorblattschalen 3 ist dies die Innenseite 13 bzw. die Oberfläche der Innenseite 12.
Zur Stabilisierung des Rotorblatts 2 ist in die Rotorblattschalen 3 jeweils ein Gurt 5 eingearbeitet, wobei zwischen den Gurten 5 bzw. zwischen die Rotorblattschalen 3 im Bereich der Gurte 5 zwei Hauptstege 4 eingeklebt werden. Die Hauptstege 4 weisen an ihren Kanten abgewinkelte Stegfüße auf, um eine großflächige Klebeverbindung mit den Rotorblattschalen 3 zu ermöglichen.
Auf eine Rotorblattschale 3 wird Klebstoff 6 aufgetragen, in den die Hauptstege 4 mit ihren Stegfüßen hineingedrückt werden, so dass der Klebstoff 6 verteilt und Unebenheiten der Oberfläche an der Innenseite 13 der Rotorblattschale 3 mittels des Klebstoffs 6 ausgeglichen werden. Nach Aushärten des Klebstoffs 6 entsteht so eine flächige Verbindung zwischen der ersten Rotorblattschale 3 und den beiden Hauptstegen 4.
Als nächsten Schritt, der in 2 dargestellt ist, wird die zweite Rotorblattschale 3 ebenfalls mit Klebstoff 6 versehen und auf die erste Rotorblattschale 3 mit den eingeklebten Hauptstegen 4 aufgesetzt.
Auch hier wird eine gewisse Druckkraft F in Richtung des dargestellten Pfeils aufgewandt, um die Hauptstege 4 in den Klebstoff 6 zu drücken und eine flächige und belastbare Verbindung zwischen den Hauptstegen 4 und der oberen Rotorblattschale 3 zu erhalten. Aufgrund der gewölbten Form der Rotorblattschale 3 wirken durch die ausgeübte Druckkraft F Querkräfte auf die oberen Enden der Hauptstege 4, die zu einer Ausweichbewegung F‘ der Hauptstege 4 relativ zur oberen Rotorblattschale 3 in Richtung der dargestellten Pfeile führen.
Durch die Ausweichbewegung F‘ kann eine unzulässig große Abweichung der Sollposition der Hauptstege 4 relativ zu den Rotorblattschalen 3 und/oder den Gurten 5 verursacht und dadurch die Stabilität des gesamten Rotorblatts beeinträchtigt werden. Diese Gefahr wird durch die Erfindung gemindert.
In 3 ist schematisch das Zusammensetzen eines erfindungsgemäßen Rotorblatts 2 mit gemäß der Erfindung ausgebildeten Rotorblattschalen 3 dargestellt.
Eine erfindungsgemäße Rotorblattschale 3 für das erfindungsgemäße Rotorblatt 2 weist an der Außenseite 11 eine definiert vorgegeben geformte Oberfläche 12 für die gewünschten aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblatts 2 auf. Die erfindungsgemäße Rotorblattschale 3 weist darüber hinaus auch an der Innenseite 13 eine definiert vorgegeben geformte Oberfläche 14 auf, an der die Hauptstege 4 eingeklebt werden. Dabei ist die definiert vorgegeben geformte Oberfläche 14 insbesondere formkomplementär zu den Stegfüßen der Hauptstege 4 ausgebildet, so dass die Hauptstege 4 passgenau zwischen die beiden erfindungsgemäßen Rotorblattschalen 3 einfügbar sind.
Durch die Erfindung ist auch ohne große Druckkräfte eine flächige und belastbare Klebeverbindung zwischen den jeweiligen Oberflächen 14 der beiden Rotorblattschalen 3 und den Stegfüßen der beiden Hauptstege 4 ermöglicht.
Hierdurch ergibt sich der weitere Vorteil, dass die Rotorblattschalen 3 und die Hauptstege 4 des Rotorblatts 2 in einem einzigen Verfahrensschritt miteinander verklebt werden können. Dadurch werden die Produktionsdauer und somit auch die Produktionskosten eines erfindungsgemäßen Rotorblatts 2 reduziert.
An der Oberfläche 14 weist eine bevorzugte erfindungsgemäße Rotorblattschale 3 Markierungen 17 auf, die die relative Positionierung von Hauptstegen 4 und Rotorblattschalen 3 zueinander während des Verklebens erleichtern und eine Kontrolle der relativen Position am fertigen Rotorblatt 2 ermöglichen.
In dem in 3 gezeigten Beispiel sind die Markierungen 17 als Anschläge für die Stegfüße der Hauptstege 4 ausgebildet, so dass ein Verrutschen der Stegfüße von vornherein ausgeschlossen ist.
4 zeigt schematisch eine Einrichtung zur Fertigung einer erfindungsgemäßen Rotorblattschale 3. Die Einrichtung umfasst eine Fertigungsform 20 mit einer ersten Formfläche 22 zum Formen der äußeren Oberfläche 12 der Rotorblattschale 3.
Die Einrichtung umfasst ferner eine Formeinlage 30 mit einer zweiten Formfläche 32 für eine Oberfläche 14 an der Innenseite der Rotorblattschale 3. Die Formeinlage 30 wird dabei auf die Ränder 24 der Fertigungsform 20 derart aufgelegt, dass sich zwischen der Fertigungsform 20 und der Formeinlage 30 ein Hohlraum 50 ausbildet, wie in der Schnittdarstellung in 5 dargestellt ist. Der Hohlraum 50 wird begrenzt durch die Formfläche 22 der Fertigungsform 20 sowie die Formfläche 32 der Formeinlage 30.
Zum Fertigen einer Rotorblattschale 3 werden zunächst Fasermaterial und sonstige Bestandteile für die Rotorblattschale 3, beispielsweise ein Gurt 5 oder Material für einen Sandwichkern, auf der Formfläche 22 der Fertigungsform 20 ausgelegt. Sodann wird die Formeinlage 30 auf die Fertigungsform 20 bzw. auf den Rand 24 der Fertigungsform 20 aufgelegt.
Die korrekte Positionierung der Formeinlage 30 auf dem Rand 24 der Fertigungsform 20 wird beispielsweise durch geeignete Positioniervorrichtungen 42 gewährleistet. Hierbei handelt es sich beispielsweise um an den Rändern 24 der Fertigungsform 20 angebrachte Stifte und formkomplementäre Löcher für die Stifte an der Formeinlage 30.
Die Formeinlage 30 ist wenigstens abschnittsweise durchsichtig ausgebildet, so dass das Verteilen des Harzes in dem Hohlraum 50 zwischen der Formeinlage 30 und der Fertigungsform 20 beobachtbar ist. Dadurch können insbesondere Lufteinschlüsse bereits während der Harzinfusion erkannt und korrigiert werden.
Die Formeinlage 30 ist, beispielsweise in einem Strangpressverfahren, unter Verwendung eines Werkstoffs oder Materials mit Polyethylen hergestellt. Dadurch ist die Formeinlage 30 einfach und kostengünstig herstellbar und, insbesondere weil die Formeinlage 30 wesentlich kleiner ist als die Fertigungsform 20, auch ausreichend stabil.
In dem in 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Formeinlage 30 bzw. die Formfläche 32 der Formeinlage 30 zwei Markierungsformen 34 in Form von Rillen auf.
Als nächstes wird die Fertigungsform 20 mittels einer Vakuumfolie abgedichtet.
Dabei kann beispielsweise auch die Formeinlage 30 für die Abdichtung verwendet werden, wenn zwischen der Formeinlage 30 und der Fertigungsform 20 eine Dichtung 40 vorgesehen ist. Hierfür weist die in den 4 und 5 beispielhaft gezeigt Fertigungsform 20 an den Rändern 24 Kanäle für eine Dichtung 40, beispielsweise eine Schlauchdichtung aus Gummi, auf.
Nach dem Abdichten der Fertigungsform 20 wird in einem Vakuuminfusionsverfahren das Fasermaterial und sonstige in der Fertigungsform 20 befindliche Materialien für die Rotorblattschale 3 mit Harz getränkt.
Bei der Infusion des Harzes wird der Hohlraum 50 zwischen der Formeinlage 30 und der Fertigungsform 20 vollständig mit Harz ausgegossen, so dass mittels der Formfläche 32 der Formeinlage eine Oberfläche 14 der Rotorblattschale 3 definiert vorgegeben bzw. geformt wird. Dabei werden auch die Rillen der Markierungsformen 34 mit Harz gefüllt, so dass nach Aushärten des Harzes Markierungen 17 für die Sollposition der Hauptstege 4 auf der Rotorblattschale 3 bereitgestellt werden.
In einem alternativen Fertigungsverfahren wird das Material für die Rotorblattschale 3 in der Fertigungsform 20 ausgelegt, die gesamte Fertigungsform 20 mittels einer Vakuumfolie abgedichtet, die Fertigungsform unter der Vakuumfolie evakuiert und das Material für die Rotorblattschale 3 in einem Vakuuminfusionsverfahren mit Harz getränkt. Anschließend wird, vor Aushärten des Harzes, die Formeinlage 30 auf die Fertigungsform aufgelegt und angedrückt, so dass das noch flüssige Harz unter der Vakuumfolie mittels der Formfläche 32 der Formeinlage 30 modelliert bzw. geformt wird. Auch hierdurch ergibt sich eine definiert vorgegeben geformte Oberfläche 14 an der Innenseite 13 der Rotorblattschale 3.
6 zeigt schematisch das Zusammenfügen von zwei erfindungsgemäßen Rotorblattschalen 3 und zwei Hauptstegen 4 zu einem erfindungsgemäßen Rotorblatt 2 in einer weiteren Ausführungsform, die gegenüber der Ausführungsform aus 3 variiert ist. In dieser Ausführungsform haben die Hauptstege 4 an ihren Enden beispielsweise eine Y-Form, die in die Markierungen 17 passen bzw. auf die Markierung 17 passen.
Vorzugsweise sind die Markierungen 17 formkomplementär zu den Enden der Hauptstege 4 bzw. die Hauptstege 4 sind wenigstens teilweise an deren Enden formkomplementär zu den Markierungen 17. Insbesondere durch diese Maßnahme ist ein sehr genaues Positionieren der Hauptstege 4 beim Zusammenfügen der erfindungsgemäßen Rotorblattschalen 3 möglich.
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: Hauptsteg
5: Gurt
6: Klebstoff
11: Außenseite
12: vorgegeben geformte Oberfläche
13: Innenseite
14: vorgegeben geformte Oberfläche
17: Markierung
20: Fertigungsform
22: Formfläche
24: Rand
30: Formeinlage
32: Formfläche
34: Markierungsform
40: Dichtung
42: Positioniervorrichtung
44: Vakuumfolie
50: Hohlraum
F: Druckkraft
F‘: Ausweichbewegung

Claims

Faserverbundbauteil (3, 4, 5) für ein Rotorblatt (2) einer Windenergieanlage (1) mit einer definiert vorgegeben geformten ersten Oberfläche (12, 14) an einer ersten Seite (11, 13) des Faserverbundbauteils (3, 4, 5), dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbundbauteil (3, 4, 5) eine zweite definiert vorgegeben geformte Oberfläche (14, 12) zur Verbindung mit einem weiteren Bauteil (3, 4, 5) für das Rotorblatt (2) an wenigstens einem Teilbereich einer der ersten Seite (11, 13) abgewandten zweiten Seite (13, 11) des Faserverbundbauteils (3, 4, 5) aufweist.
Faserverbundbauteil (3, 4, 5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an oder auf der zweiten Oberfläche (14, 12) eine Markierung (17) für eine Sollposition des weiteren Bauteils (3, 4, 5) an oder auf der zweiten Oberfläche (14, 12) angeordnet ist.
Faserverbundbauteil (3, 4, 5) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (17) als Anschlag ausgebildet ist, wobei insbesondere das weitere Bauteil (3, 4, 5) in der Sollposition formschlüssig zu dem Anschlag ausrichtbar oder ausgerichtet ist.
Faserverbundbauteil (3, 4, 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbundbauteil (3, 4, 5) eine Rotorblattschale (3) oder ein Gurt (5) ist, wobei das weitere Bauteil insbesondere ein Steg oder Hauptsteg (4) ist.
Fertigungseinrichtung zur Fertigung eines Faserverbundbauteils (3, 4, 5) für ein Rotorblatt (2) einer Windenergieanlage (1) unter Anwendung eines Vakuuminfusionsverfahrens umfassend eine offene Fertigungsform (20) mit einer Formfläche (22) zur Formung einer ersten Oberfläche (12, 14) an einer ersten Seite (11, 13) des Faserverbundbauteils, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungseinrichtung eine Formeinlage (30) mit einer Formfläche (32) zur Formung einer zweiten Oberfläche (14, 12) zur Verbindung des Faserverbundbauteils (3, 4, 5) mit einem weiteren Bauteil (3, 4, 5) für das Rotorblatt (2) umfasst, wobei die Formeinlage (30) an oder in der Fertigungsform (20) derart anzuordnen oder angeordnet ist, dass die Formfläche (32) der Formeinlage (30) der Formfläche (22) der Fertigungsform (20) zugewandt ist.
Fertigungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formfläche (32) der Formeinlage (30) eine Markierungsform (34) zum Formen einer Markierung (17) für eine Sollposition des weiteren Bauteils (3, 4, 5) an oder auf der zweiten Oberfläche (14, 12) des Faserverbundbauteils aufweist.
Fertigungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Formeinlage (30) wenigstens abschnittsweise durchsichtig ausgebildet ist.
Fertigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material der Formeinlage (30) Polyethylen umfasst.
Fertigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungseinrichtung eine Positioniervorrichtung (42) zur reproduzierbaren Positionierung der Formeinlage (30) an oder in der Fertigungsform (20) und/oder eine Dichtvorrichtung (40) für einen gemeinsamen Berührungsbereich der Fertigungsform (20) und der Formeinlage (30) umfasst.
Verfahren zum Fertigen eines Faserverbundbauteils (3, 4, 5) für ein Rotorblatt (2) einer Windenergieanlage (1) unter Anwendung eines Vakuuminfusionsverfahrens in einer offenen Fertigungsform (20), wobei mittels einer Formfläche (22) der Fertigungsform (20) eine erste Oberfläche (12, 14) an einer ersten Seite (11, 13) des Faserverbundbauteils (3, 4, 5) geformt ist oder wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fertigung des Faserverbundbauteils (3, 4, 5) eine Formeinlage (30) auf oder in der Fertigungsform (20) angeordnet wird, wobei mittels einer der Formfläche (22) der Fertigungsform (20) zugewandten Formfläche (32) der Formeinlage (30) eine zweite Oberfläche (14, 12) zur Verbindung des Faserverbundbauteils (3, 4, 5) mit einem weiteren Bauteil (3, 4, 5) für das Rotorblatt (2) an wenigstens einem Teilbereich einer der ersten Seite (11, 13) abgewandten zweiten Seite (13, 11) des Faserverbundbauteils (3, 4, 5) geformt ist oder wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an oder auf der zweiten Oberfläche (14, 12) des Faserverbundbauteils (3, 4, 5) eine Markierung (17) für eine Sollposition des weiteren Bauteils (3, 4, 5) an oder auf der zweiten Oberfläche (14, 12) ausgebildet ist oder wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (17) mittels der Formfläche (32) der Formeinlage (30), insbesondere mittels einer Markierungsform (34) der Formfläche (32), geformt ist oder wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die offene Fertigungsform (20) für das Vakuuminfusionsverfahren unter Verwendung der Formeinlage (30) abgedichtet ist oder wird.
Rotorblatt (2) für eine Windenergieanlage (1) mit einem Faserverbundbauteil (3, 4, 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Verfahren zum Fertigen eines Rotorblatts (2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbundbauteil (3, 4, 5) an der zweiten Oberfläche (14, 12) mit einem weiteren Bauteil (3, 4, 5) für das Rotorblatt (2) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbundbauteil (3, 4, 5) eine Markierung (17) aufweist, wobei eine Ausrichtung des Faserverbundbauteils (3, 4, 5) und des weiteren Bauteils (3, 4, 5) zueinander nach dem Verbinden anhand der Markierung (17) überprüft wird und/oder dass das Faserverbundbauteil (3, 4, 5) und das weitere Bauteil (3, 4, 5) vor dem Verbinden mittels der Markierung (17) zueinander ausgerichtet werden.