DE102017113757A1

DE102017113757A1 - Pultrudiertes Profil mit Abreißgewebe

Info

Publication number: DE102017113757A1
Application number: DE102017113757.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Lipka; Hendrik Klein
Original assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Current assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2018-12-27

Abstract

Pultrudiertes Profil für ein Strukturbauteil eines Windenergieanlagenrotorblatts mit
• einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, das eine Oberfläche, eine Längsrichtung und einen Querschnitt mit einem Umfang aufweist, und
• einem Abreißgewebe, das an der Oberfläche angeordnet ist und einen in der Längsrichtung verlaufenden ersten Randabschnitt und einen in der Längsrichtung verlaufenden zweiten Randabschnitt aufweist, wobei
• sich das Abreißgewebe über den gesamten Umfang erstreckt und der erste Randabschnitt und der zweite Randabschnitt einander überlappend angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein pultrudiertes Profil, das insbesondere für ein Strukturbauteil eines Windenergieanlagenrotorblatts verwendet werden kann. Das pultrudierte Profil kann auch für andere Anwendungsbereiche eingesetzt werden, zum Beispiel im Brückenbau. Strukturbauteile von Windenergieanlagenrotorblättern, beispielsweise Holme, Gurte, Stege oder Halbschalen werden seit langem überwiegend aus faserverstärkten Kunststoffmaterialien gefertigt. Hierzu können die Verstärkungsfasern beispielsweise in Form von Matten, Geweben oder Gelegen verarbeitet werden, die mit einem flüssigen Kunststoffmaterial durchtränkt werden. Dies kann z.B. im Handlaminierverfahren oder in einem Vakuuminfusionsverfahren geschehen. Ebenfalls bekannt ist die Verwendung vorimprägnierter Halbzeuge, sogenannter Prepregs, deren Verstärkungsfasern bereits vor dem Einlegen in eine Form mit dem flüssigen Kunststoffmaterial durchtränkt sind. Allen bislang genannten Verfahren ist gemeinsam, dass das flüssige Kunststoffmaterial in einer Herstellungsform für das Strukturbauteil aushärtet.
Seit einiger Zeit werden auch pultrudierte Profile für solche Strukturbauteile verwendet. Diese werden in einem sogenannten Pultrusionsverfahren aus Verstärkungsfasern und einem flüssigen Kunststoffmaterial hergestellt und erst nach dem Aushärten des in den Profilen enthaltenen Kunststoffmaterials in weiteren Herstellungsschritten zu dem Strukturbauteil verarbeitet. In diesen weiteren Herstellungsschritten werden zumeist mehrere pultrudierte Profile miteinander verbunden, aber auch mit weiteren Materialien kombiniert. Beispielsweise können mehrere pultrudierte Profile gemeinsam mit weiteren Verstärkungsfasern in eine Herstellungsform eingelegt und in ein Kunststoffmaterial eingebettet werden, zum Beispiel in einem Vakuuminfusionsverfahren.
Pultrudierte Profile zeichnen sich durch eine gestreckte Anordnung der Verstärkungsfasern, einen hohen und präzise vorgebbaren Faservolumengehalt, exakt vorgebbare Querschnitte und eine theoretisch unbegrenzte Länge aus. Diese Eigenschaften können aus pultrudierten Profilen hergestellten Strukturbauteilen zugutekommen und diesen insbesondere eine besonders hohe Festigkeit bei geringem Gewicht verleihen.
Allerdings bringt die Verarbeitung der pultrudierten Profile zusätzliche Schwierigkeiten mit sich, die darin begründet sind, dass die relativ großformatigen, undurchlässigen, pultrudierten Profile miteinander verbunden werden müssen. Gegebenenfalls müssen sie auch mit weiteren, an eines der pultrudierten Profile angrenzenden Elementen des Strukturbauteils oder an das Strukturbauteil angrenzenden Elementen des Windenergieanlagenrotorblatts sicher/anforderungsgerecht verbunden werden. Häufig geschieht dies in einem Vakuuminfusionsverfahren, in dem es darauf ankommt, alle zwischen den einzelnen Profilen bzw. Elementen vorhandenen Hohlräume vollständig mit dem infundierten flüssigen Kunststoffmaterial auszufüllen.
Die Herstellung und Verwendung pultrudierter Profile für ein Strukturbauteil eines Windenergieanlagenrotorblatts wird anhand der 1 bis 5 erläutert, die den Stand der Technik in schematischen, nicht maßstabsgerechten Querschnittsdarstellungen zeigen.
1 ist eine Explosionsdarstellung eines pultrudierten Profils 10 im Querschnitt. Die schraffierte Fläche zeigt den Querschnitt eines faserverstärkten Kunststoffmaterials 12 bzw. von mit einem flüssigen Kunststoffmaterial durchtränkten Verstärkungsfasern. Der Querschnitt weist zwei einander gegenüberliegende Flachseiten 14 mit einer Breite b und zwei einander gegenüberliegende Stirnseiten 16 mit einer Höhe h auf. In Längsrichtung des pultrudierten Profils 10 verlaufende Kanten sind zwischen jeweils einer der Flachseiten 14 und einer der Stirnseiten 16 angeordnet und weisen jeweils einen Übergangsbereich 18 mit einem Krümmungsradius R auf.
An den beiden Flachseiten 14 ist jeweils ein Streifen eines Abreißgewebes 20 angeordnet. Aus fertigungstechnischen Gründen weisen die beiden Streifen eine Breite a auf, die kleiner ist als die Breite b der Flachseiten 14, so dass zwischen den Rändern der Streifen und den angrenzenden Stirnseiten 16 in Breitenrichtung des pultrudierten Profils 10 jeweils ein Abstand s verbleibt.
Nach dem Ziehen des faserverstärkten Kunststoffmaterials 12 und des Abreißgewebes 20 durch ein Formwerkzeug einer Pultrusionsvorrichtung hindurch und nach dem Aushärten des flüssigen Kunststoffmaterials liegt das pultrudierte Profil 10 in der in der 2 im Querschnitt gezeigten Form vor. Man erkennt, dass die Streifen des Abreißgewebes 20 an den beiden Flachseiten 14 des pultrudierten Profils 10 an der Oberfläche des faserverstärkten Kunststoffmaterials angeordnet und gemeinsam mit den Verstärkungsfasern in das Kunststoffmaterial eingebettet sind. Das pultrudierte Profil 10 mit dem eingebetteten Abreißgewebe 20 stellt ein fertiges Halbzeug dar, das vor der weiteren Verarbeitung in der in 2 veranschaulichten Form gelagert werden kann.
In der Regel erst unmittelbar vor der weiteren Verarbeitung wird das Abreißgewebe 20 entfernt, wobei unterhalb des Abreißgewebes 20 eine „aktivierte“ Oberfläche entsteht, die insbesondere für eine nachfolgende Verklebung günstige Eigenschaften aufweist. Nach dem Entfernen des Abreißgewebes 20 weist das pultrudierte Profil 10 den in der 3 gezeigten Querschnitt auf, in dem an den beiden Flachseiten 14 Vertiefungen 22 ausgebildet sind. Diese Vertiefungen 22 werden zu beiden Seiten begrenzt von Stegen 24, deren Breite im Wesentlichen dem Abstand s entspricht und die trotz ihrer geringen Höhe von in der Regel z. B. weniger als 0,1 mm Schwierigkeiten bei der weiteren Verarbeitung der pultrudierten Profile 10 verursachen.
4 veranschaulicht diese Schwierigkeiten am Beispiel der Herstellung eines Gurtes für ein Windenergieanlagenrotorblatt in einer Herstellungsform 26. Beispielhaft dargestellt sind neun der pultrudierten Profile 10 aus 3, die nach dem Entfernen des Abreißgewebes 20 in die Herstellungsform 26 eingelegt worden sind. Wegen der Krümmung der Herstellungsform 26 grenzen die pultrudierten Profile 10 unter unterschiedlichen Winkeln aneinander an. Die in 5 dargestellte Ausschnittsvergrößerung des in der 4 mit Y gekennzeichneten Bereichs zeigt, dass beispielsweise an der mit 28 bezeichneten Stelle zwei der Stege 24 derart aneinandergrenzen, dass ein Einströmen eines flüssigen Kunststoffmaterials in die Herstellungsform 26, insbesondere in einem Vakuuminfusionsverfahren, behindert wird. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Ansätze bekannt geworden.
Aus der Druckschrift WO 2014/079456 A1 sind pultrudierte Profile bekannt geworden, deren Materialstärke in seitlichen Randbereichen in Richtung zu den Stirnseiten des Profils hin abnimmt. An den Flachseiten angeordnete Abreißgewebe erstrecken sich bis in diese Randbereiche hinein, so dass nach dem Entfernen der Abreißgewebe stehenbleibende Stege in Bereichen mit geringerer Materialstärke angeordnet sind und nicht über die Flachseiten überstehen. Bei übereinandergestapelten Profilen sollen die Stege den Harzfluss darum nicht beeinträchtigen.
Aus der Druckschrift DE 10 2015 007 289 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattgurts aus pultrudierten Profilen bekannt geworden. Nach dem Entfernen von Abreißgeweben von den Flachseiten der Profile verbleiben seitliche Stege, die in einem Nachbearbeitungsschritt entfernt werden sollen. Dazu werden die seitlichen Stege entweder abgeschliffen oder -gefräst, oder es werden an beiden Seiten des Profils Streifen abgetrennt, die jeweils zwei der Stege aufweisen. Durch die Nachbearbeitung soll das Profil in beiden Fällen einen rechteckigen Querschnitt mit für die weitere Verarbeitung günstigen Oberflächeneigenschaften erhalten. Die Nachbearbeitung ist jedoch aufwendig und ein Teil des Fasermaterials geht verloren.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, pultrudierte Profile aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial zur Verfügung zu stellen, die einfach und kostengünstig hergestellt und zu einem Strukturbauteil eines Windenergieanlagenrotorblatts weiterverarbeitet werden können, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dieser pultrudierten Profile.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das pultrudierte Profil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den sich anschließenden Unteransprüchen angegeben.
Das pultrudierte Profil ist insbesondere für ein Strukturbauteil eines Windenergieanlagenrotorblatts vorgesehen und hat:

• ein faserverstärktes Kunststoffmaterial, das eine Oberfläche, eine Längsrichtung und einen Querschnitt mit einem Umfang aufweist, und
• ein Abreißgewebe, das an der Oberfläche angeordnet ist und einen in der Längsrichtung verlaufenden ersten Randabschnitt und einen in der Längsrichtung verlaufenden zweiten Randabschnitt aufweist, wobei
• sich das Abreißgewebe über den gesamten Umfang erstreckt und der erste Randabschnitt und der zweite Randabschnitt einander überlappend angeordnet sind.

Das Strukturbauteil kann beispielsweise ein Gurt, ein Steg, ein Holm, eine Halbschale oder ein Teil einer Halbschale eines Windenergieanlagenrotorblatts sein.
Das faserverstärkte Kunststoffmaterial weist Verstärkungsfasern auf, beispielsweise Glas-, Kohlenstoff- oder Aramidfasern, die in ein Kunststoffmaterial eingebettet sind. Das Kunststoffmaterial kann beispielsweise ein Polyester- oder Epoxidharz aufweisen.
Das pultrudierte Profil kann eine sehr große Länge von beispielsweise 10 m oder mehr, 50 m oder mehr oder 100 m oder mehr aufweisen. Es kann als Endlosmaterial mit praktisch unbegrenzter Länge hergestellt und beispielsweise auf einer Rolle gelagert werden. Der Querschnitt des faserverstärkten Kunststoffmaterials weist sehr viel geringere Abmessungen auf als die Länge des pultrudierten Profils. Die Verstärkungsfasern sind in der Längsrichtung ausgerichtet.
Das Abreißgewebe kann beispielsweise ein Gewebe aus Polyesterfasern sein. Es können jedoch auch andere Fasermaterialien und/oder Textilmaterialien mit einer anderen Faserstruktur als ein Gewebe eingesetzt werden. Der Begriff „Abreißgewebe“ schließt sämtliche, nach der Pultrusion durch Abreißen von der Oberfläche des faserverstärkten Kunststoffmaterials zu entfernende, flächige Materialien ein.
Das Abreißgewebe kann unterschiedliche Formen aufweisen, insbesondere ein in der Längsrichtung angeordnetes, streifenförmiges Element oder mehrere solcher Elemente. Stets weist es einen in der Längsrichtung verlaufenden ersten Randabschnitt und einen in der Längsrichtung verlaufenden zweiten Randabschnitt auf. Die beiden Randabschnitte können zu demselben Element oder zu unterschiedlichen Elementen des Abreißgewebes gehören.
Bei der Erfindung erstreckt sich das Abreißgewebe über den gesamten Umfang und der erste Randabschnitt und der zweite Randabschnitt sind einander überlappend angeordnet.
Diese besondere Anordnung des Abreißgewebes bringt zahlreiche Vorteile mit sich. So wird durch Entfernen des Abreißgewebes die gesamte Oberfläche des faserverstärkten Kunststoffmaterials aktiviert, sodass für die weitere Verarbeitung des pultrudierten Profils überall optimale Oberflächeneigenschaften gegeben sind.
Ein weiterer Vorteil ist, dass entlang des gesamten Umfangs des Querschnitts des faserverstärkten Kunststoffmaterials keinerlei Stufen ausgebildet sind, die an eine „nicht aktivierte“ Oberfläche angrenzen. Zwar können beim Entfernen des Abreißgewebes ebenfalls geringfügige Vertiefungen und Stufen entstehen, insbesondere dort, wo sich die beiden Randabschnitte überlappen, diese grenzen jedoch zu beiden Seiten an Oberflächenbereiche an, die ebenfalls von dem Abreißgewebe abgedeckt waren. Beim Entfernen des Abreißgewebes entsteht daher auch angrenzend an diese Vertiefungen eine durch eine gewisse Rauigkeit gekennzeichnete Oberflächenstruktur, die die einleitend anhand der 5 erläuterte Sperrwirkung verhindert.
In einer Ausgestaltung ist das Abreißgewebe genau ein Gewebestreifen, der den ersten Randabschnitt und den zweiten Randabschnitt sowie einen zwischen dem ersten Randabschnitt und dem zweiten Randabschnitt angeordneten mittleren Abschnitt aufweist. In diesem Fall genügt ein einziger Gewebestreifen, um den gesamten Umfang des faserverstärkten Kunststoffmaterials zu bedecken. Dabei kann sich der mittlere Abschnitt über einen Großteil dieses Umfangs erstrecken, während sich der Bereich des Umfangs, in dem die beiden Randabschnitte einander überlappend angeordnet sind, über einen relativ kleinen Anteil des Umfangs erstreckt. Beim Entfernen des Abreißgewebes entsteht nur eine einzige Vertiefung, die sich zudem nur über einen geringen Anteil des Umfangs erstreckt. Etwaige, sich aus der Vertiefung ergebende Beeinträchtigungen, etwa eine unvermeidliche, geringfügige strukturelle Schwächung, sind daher auf ein Mindestmaß reduziert.
In einer Ausgestaltung besteht das Abreißgewebe aus mindestens zwei Gewebestreifen, die jeweils zwei Randabschnitte und einen dazwischen angeordneten mittleren Abschnitt aufweisen, wobei einer der Gewebestreifen den ersten Randabschnitt und ein anderer der Gewebestreifen den zweiten Randabschnitt aufweist und die übrigen Randabschnitte einander paarweise überlappend angeordnet sind. Es werden also mehrere Gewebestreifen über den Umfang verteilt angeordnet, die überall dort, wo sie aneinandergrenzen, einander überlappende Randabschnitte aufweisen. Somit gelingt die vollständige Bedeckung des Umfangs mit Hilfe mehrerer Gewebestreifen, die unter Umständen bei der Herstellung des pultrudierten Profils einfacher in der gewünschten Weise angeordnet und durch eine Durchgangsöffnung eines Formwerkzeugs hindurchgeführt bzw. -gezogen werden können.
In einer Ausgestaltung weist der Querschnitt zwei einander gegenüberliegende Flachseiten mit einer Breite und zwei einander gegenüberliegende Stirnseiten mit einer Höhe auf. Der Querschnitt des pultrudierten Profils bzw. des faserverstärkten Kunststoffmaterials kann im Wesentlichen rechteckig sein. Je nach vorgesehenem Einsatzzweck können die Querschnittsabmessungen in einem relativ großen Bereich liegen. Typische Höhen der Stirnseiten liegen im Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 20 mm, typische Breiten der Flachseiten im Bereich von etwa 20 mm bis etwa 400 mm. Es sind jedoch auch kleinere und größere Abmessungen möglich. Ebenfalls möglich sind Abweichungen von einem rechteckigen Querschnitt, insbesondere eine konkave oder konvexe Ausbildung einer oder beider Flachseiten und/oder einer oder beider Stirnseiten.
In einer Ausgestaltung weist der Querschnitt an den zwischen jeweils einer der Flachseiten und einer der Stirnseiten verlaufenden Kanten jeweils einen Übergangsbereich mit einem Krümmungsradius auf. Der Krümmungsradius kann für die weitere Verarbeitung der pultrudierten Profile von Vorteil sein. Davon unabhängig kann er die ordnungsgemäße Anordnung des Abreißgewebes während der Herstellung der pultrudierten Profile vereinfachen.
In einer Ausgestaltung ist jeder der Randabschnitte in einem Abstand von jedem der Übergangsbereiche angeordnet. Dadurch wird einerseits ein ordnungsgemäßes Zuführen des Abreißgewebes bei der Herstellung der pultrudierten Profile vereinfacht. Andererseits werden die möglichen Beeinträchtigungen durch sich im Bereich der Randabschnitte nach dem Entfernen des Abreißgewebes ausbildende Vertiefungen minimiert.
In einer Ausgestaltung ist keiner der Randabschnitte an einer der Stirnseiten angeordnet. Somit liegen an den Stirnseiten stets mittlere Abschnitte des Abreißgewebes an. Auch durch diese Maßnahme kann das ordnungsgemäße Zuführen des Abreißgewebes bei der Herstellung der pultrudierten Profile vereinfacht werden. Zudem weisen die pultrudierten Profile nach dem Entfernen des Abreißgewebes stets über ihre gesamte Höhe eine einheitliche Breite auf, was die weitere Verarbeitung vereinfachen kann.
In einer Ausgestaltung sind alle an einer der Flachseiten befindlichen Randabschnitte in einem Abstand von einer Mitte dieser Flachseite angeordnet. Dadurch wird der mittlere Bereich des pultrudierten Profils strukturell nicht durch eine Vertiefung geschwächt.
In einer Ausgestaltung weisen alle an einer der Flachseiten befindlichen Randabschnitte einen Abstand in Richtung der Breite von allen, an der anderen Flachseite angeordneten Randabschnitten auf. Dadurch wird vermieden, dass es in Richtung der Breite des pultrudierten Profils an einer bestimmten Position zu einer Schwächung durch zwei einander nach dem Entfernen des Abreißgewebes gegenüberliegende Vertiefungen kommt.
In einer Ausgestaltung überlappen die Randabschnitte einander auf einer Breite im Bereich von 2 mm bis 20 mm. Eine Überlappungsbreite in diesem Bereich hat sich insgesamt als besonders vorteilhaft herausgestellt. Ist der Überlappungsbereich zu gering, kann es beim Zuführen des Abreißgewebes bei der Herstellung der pultrudierten Profile aufgrund von Toleranzen bei der Anordnung der Randabschnitte zu Fehlern kommen. Wird die Breite des Überlappungsbereichs hingegen zu groß gewählt, können sich Nachteile hinsichtlich der Festigkeit und der weiteren Verarbeitung der pultrudierten Profile nach dem Entfernen des Abreißgewebes ergeben.
In einer Ausgestaltung besteht das Abreißgewebe aus genau zwei, genau drei oder genau vier Gewebestreifen. Bei der Verwendung von genau zwei Gewebestreifen kann jeder Gewebestreifen eine relativ große Breite aufweisen, die sich über etwas mehr als den halben Umfang des Querschnitts erstreckt. Die Verwendung eines oder zweier zusätzlicher Gewebestreifen kann unter Umständen das Zuführen des Abreißgewebes bei der Herstellung der pultrudierten Profile vereinfachen. Insbesondere kann ein zusätzlicher Gewebestreifen über seine gesamte Breite oder können zwei zusätzliche Gewebestreifen jeweils über ihre gesamte Breite an jeweils einer der Flachseiten angeordnet werden. In diesem Fall können die übrigen Gewebestreifen an den Stirnseiten angeordnet werden und sich in Umfangsrichtung nur so weit auf die beiden Flachseiten erstrecken, wie es zur Herstellung der Überlappungsbereiche erforderlich ist.
Die oben genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch das Pultrusionsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Das Pultrusionsverfahren dient zur Herstellung eines pultrudierten Profils mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 11 und weist die folgenden Schritte auf:

• Einführen von Verstärkungsfasern in ein Formwerkzeug,
• Einführen eines Abreißgewebes, das einen ersten Randabschnitt und einen zweiten Randabschnitt aufweist, in das Formwerkzeug,
• Durchtränken der Verstärkungsfasern mit einem flüssigen Kunststoffmaterial,
• Ziehen der durchtränkten Verstärkungsfasern mit dem Abreißgewebe durch eine Durchgangsöffnung des Formwerkzeugs hindurch, wobei
• beim Einführen des Abreißgewebes in das Formwerkzeug der erste Randabschnitt und der zweite Randabschnitt einander überlappend angeordnet werden und das Abreißgewebe einen Umfang eines von den Verstärkungsfasern gebildeten Querschnitts vollständig umschließt.

Zur Erläuterung der Begriffe und Merkmale des Pultrusionsverfahrens wird zunächst auf die vorstehenden Erläuterungen der pultrudierten Profile verwiesen, die entsprechend gelten. Wie bei bekannten Pultrusionsverfahren auch werden bei der Erfindung die mit einem flüssigen Kunststoffmaterial durchtränkten Verstärkungsfasern gemeinsam mit dem Abreißgewebe durch eine Durchgangsöffnung eines Formwerkzeugs hindurchgezogen. Die Besonderheit des Verfahrens besteht darin, dass beim Einführen des Abreißgewebes in das Formwerkzeug der erste Randabschnitt und der zweite Randabschnitt einander überlappend angeordnet werden und das Abreißgewebe einen Umfang eines von den Verstärkungsfasern gebildeten Querschnitts vollständig umschließt. Dadurch wird erreicht, dass das pultrudierte Profil nach dem Verlassen des Formwerkzeugs die besondere, im Anspruch 1 beschriebene Anordnung des Abreißgewebes aufweist. Die diesbezüglich erläuterten Vorteile gelten daher für das Pultrusionsverfahren ebenfalls entsprechend.
Es versteht sich, dass die Schritte des Pultrusionsverfahrens so ausgestaltet und/oder um weitere Schritte ergänzt werden können, dass die Ausführung des Pultrusionsverfahrens dem pultrudierten Profil die vorstehend erläuterten Merkmale verleiht. Beispielsweise können beim Zuführen des Abreißgewebes mehrere Gewebestreifen derart zugeführt werden, dass die jeweiligen Randabschnitte einander überlappend angeordnet werden, wie im Zusammenhang mit dem pultrudierten Profil im Einzelnen erläutert.
Die oben genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch die Pultrusionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Sie dient zur Herstellung eines pultrudierten Profils mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 11 und/oder zur Ausführung des Pultrusionsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und weist die folgenden Merkmale auf:

• ein Formwerkzeug, das eine Durchgangsöffnung aufweist,
• eine Einführeinrichtung zum Einführen von Verstärkungsfasern in das Formwerkzeug,
• eine Einführeinrichtung zum Einführen eines Abreißgewebes, das mindestens einen ersten Randabschnitt und mindestens einen zweiten Randabschnitt aufweist, in das Formwerkzeug,
• eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines flüssigen Kunststoffmaterials, derart, dass die Verstärkungsfasern mit dem flüssigen Kunststoffmaterial durchtränkt werden,
• eine Zieheinrichtung zum Ziehen der durchtränkten Verstärkungsfasern mit dem Abreißgewebe durch die Durchgangsöffnung des Formwerkzeugs hindurch, wobei
• die Einführeinrichtung zum Einführen des Abreißgewebes Führungsmittel aufweist, die dazu ausgebildet sind, das Abreißgewebe derart in das Formwerkzeug zu führen, dass der erste Randabschnitt und der zweite Randabschnitt einander überlappend angeordnet werden und derart, dass das Abreißgewebe einen Umfang eines von den Verstärkungsfasern gebildeten Querschnitts vollständig umschließt.

Zu den Merkmalen und Vorteilen der Pultrusionsvorrichtung wird auf die vorstehenden Erläuterungen der pultrudierten Profile und des Pultrusionsverfahrens verwiesen, die entsprechend gelten.
Die Einführeinrichtung zum Einführen von Verstärkungsfasern in das Formwerkzeug kann die Verstärkungsfasern insbesondere von einer oder mehreren Rollen zuführen. Die Einführeinrichtung zum Einführen eines Abreißgewebes kann das Abreißgewebe ebenfalls von einer oder mehreren Rollen zuführen. Die Zuführeinrichtung zum Zuführen eines flüssigen Kunststoffmaterials kann z.B. eine Wanne aufweisen, in der das flüssige Kunststoffmaterial angeordnet ist und durch das die Verstärkungsfasern hindurchgezogen werden.
In einer Ausgestaltung weisen die Führungsmittel für jeden der Randabschnitte einen Anschlag auf, an dem der betreffende Randabschnitt entlanggeführt wird. Dadurch wird erreicht, dass die Randabschnitte des Abreißgewebes in der gewünschten Anordnung in das Formwerkzeug gelangen.
Es versteht sich, dass die Merkmale der Pultrusionsvorrichtung so ausgestaltet werden können, dass ein mit der Pultrusionsvorrichtung hergestelltes pultrudiertes Profil eines oder mehrere der vorstehend erläuterten Merkmale erhält. Beispielsweise kann die Einführeinrichtung zum Einführen des Abreißgewebes mehrere Führungsmittel aufweisen, die jeweils einen der erläuterten Gewebestreifen in der vorgesehenen Art und Weise führen, beispielsweise unter Verwendung von zwei Anschlägen für jeden Gewebestreifen, und so weiter.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein pultrudiertes Profil in einer Explosionsdarstellung,
2 ein pultrudiertes Profil mit zwei Streifen eines Abreißgewebes,
3 das pultrudierte Profil aus 2 nach dem Entfernen des Abreißgewebes,
4 eine Anordnung mehrerer pultrudierter Profile in einer Herstellungsform für ein Strukturbauteil,
5 eine Ausschnittsvergrößerung aus 4,
6 ein pultrudiertes Profil mit zwei Gewebestreifen in einer Explosionsdarstellung,
7 das pultrudierte Profil aus 6 mit eingebettetem Abreißgewebe,
8 das pultrudierte Profil aus 7 nach dem Entfernen des Abreißgewebes,
9 eine Anordnung von drei pultrudierten Profilen gemäß 8,
10 ein pultrudiertes Profil mit einem einzigen Gewebestreifen eines Abreißgewebes in einer Explosionsdarstellung,
11 ein pultrudiertes Profil mit vier Gewebestreifen eines Abreißgewebes in einer Explosionsdarstellung,
12 Elemente einer Pultrusionsvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
13 eine schematische Darstellung zur Verwendung der Pultrusionsvorrichtung aus 12 in einem Pultrusionsverfahren.

Die 1 bis 5 zeigen den Stand der Technik. Die 1 bis 11 zeigen schematische, nicht maßstabsgerechte Querschnittsdarstellungen.
Das pultrudierte Profil 10 aus 6 weist ein faserverstärktes Kunststoffmaterial 12 mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt, zwei einander gegenüberliegenden Flachseiten 14, zwei einander gegenüberliegenden Stirnseiten 16 sowie vier Übergangsbereichen 18 auf, die jeweils zwischen einer Flachseite 14 und einer Stirnseite 16 angeordnet sind und einen Krümmungsradius R aufweisen. Flachseiten 14, Stirnseiten 16 und Übergangsbereiche 18 bilden gemeinsam den Umfang des faserverstärkten Kunststoffmaterials 12. Eine Längsrichtung des faserverstärkten Kunststoffmaterials 12 entspricht einer Längsrichtung des pultrudierten Profils 10 und verläuft senkrecht zur Zeichenebene.
Das Abreißgewebe 20 umfasst genau zwei Gewebestreifen 30, die in Längsrichtung des pultrudierten Profils 10 angeordnet sind und gemeinsam den Umfang des faserverstärkten Kunststoffmaterials 12 vollständig umschließen. Jeder der Gewebestreifen 30 weist einen ersten Randabschnitt 32 und einen zweiten Randabschnitt 34 auf.
An der in der 6 oben angeordneten Flachseite 14 sind ein erster Randabschnitt 32 eines Gewebestreifens 30 und ein zweiter Randabschnitt 34 des anderen Gewebestreifens 30 einander überlappend angeordnet. An der in der 6 unten dargestellten Flachseite 14 sind ebenfalls ein erster Randabschnitt 32 des einen Gewebesteifens und ein zweiter Randabschnitt 34 des anderen Gewebestreifens einander überlappend angeordnet. Die Breite des Überlappungsbereichs liegt zum Beispiel im Bereich von 2 mm bis 20 mm.
Nach dem Durchlaufen einer Pultrusionsvorrichtung sind die beiden Gewebestreifen 30 in das Kunststoffmaterial eingebettet, sodass sich die Anordnung der 7 ergibt. Man erkennt dort ebenfalls die überlappende Anordnung der beiden ersten und zweiten Randabschnitte 32, 34. Eine Mitte der beiden Flachseiten 14 ist durch die strichpunktierte Linie 36 markiert. Sämtliche Randabschnitte 32, 34 sind in einem Abstand von dieser Mitte 36 angeordnet. Darüber hinaus sind die beiden Randabschnitte 32, 34 an der einen Flachseite 14 in einem in Breitenrichtung des pultrudierten Profils 10 gemessenen Abstand d von den Randabschnitten 32, 34 an der anderen Flachseite 14 des pultrudierten Profils 10 angeordnet.
8 zeigt das pultrudierte Profil 10 aus 7 nach dem Entfernen des Abreißgewebes 20. Man erkennt, dass dort, wo zuvor die einander überlappenden Randabschnitte 32, 34 der beiden Gewebestreifen 30 angeordnet waren, nunmehr Vertiefungen 22 in den jeweiligen Flachseiten 14 angeordnet sind.
9 zeigt drei entsprechend 8 ausgebildete pultrudierte Profile 10 in einer aufeinander gestapelten Anordnung, die beispielhaft ein Strukturbauteil eines Windenergieanlagenrotorblatts veranschaulicht. Man erkennt, dass die Vertiefungen 22 den Fluss eines flüssigen Kunststoffmaterials zwischen den pultrudierten Profilen 10 hindurch nicht behindern und dass zudem die strukturelle Schwächung der pultrudierten Profile 10 durch die Vertiefungen 22 wegen der gewählten Anordnung der Vertiefungen 22 in dem Abstand d voneinander und in einem Abstand von der Mitte 36 sehr gering ist.
10 zeigt ein anderes pultrudiertes Profil 10, dessen Abreißgewebe 20 aus genau einem Gewebestreifen 30 besteht. Dieser erstreckt sich über den gesamten Umfang des faserverstärkten Kunststoffmaterials 12 herum und weist einen ersten Randabschnitt 32 und einen zweiten Randabschnitt 34 auf, die einander überlappend angeordnet sind. Der sich ergebende Überlappungsbereich weist eine Breite z auf, die ebenfalls im Bereich von 2 mm bis 20 mm groß sein kann. Das pultrudierte Profil 10 aus 10 zeichnet sich dadurch aus, dass es nach dem Entfernen des Abreißgewebes 20 lediglich eine einzige Vertiefung 22 aufweist, die im Bereich der beiden anderen überlappenden Randabschnitte 32, 34 entsteht.
11 zeigt ein weiteres pultrudiertes Profil 10, dessen Abreißgewebe 20 vier Gewebestreifen 38 bis 44 aufweist. Ein erster Gewebestreifen 38 ist an einer in der 11 oben gezeigten Flachseite 14 angeordnet. Ein zweiter Gewebestreifen 40 ist an der in der 11 unten dargestellten Flachseite 14 angeordnet. Die beiden Gewebestreifen 38, 40 weisen unterschiedliche Breiten auf und erstrecken sich jeweils nur über einen Teil der Breite b des Querschnitts des faserverstärkten Kunststoffmaterials 12. Der dritte Gewebestreifen 42 und der vierte Gewebestreifen 44 sind spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet und erstrecken sich jeweils über eine Stirnseite 16 des Querschnitts des faserverstärkten Kunststoffmaterials 12, über die beiden angrenzenden Übergangsbereiche 18 und über Teile der daran jeweils angrenzenden Flachseiten 14.
Jeder der Gewebestreifen 38 bis 44 weist einen ersten Randabschnitt 32 und einen zweiten Randabschnitt 34 auf. Jeweils einer der ersten Randabschnitte 32 und einer der zweiten Randabschnitte 34 sind einander überlappend angeordnet, sodass insgesamt vier Überlappungsbereiche, jeweils mit einer Breite z, entstehen.
12 zeigt Elemente einer Pultrusionsvorrichtung, nämlich ein Formwerkzeug 46, das eine Durchgangsöffnung 48 aufweist, und Teile einer Einführeinrichtung 50 zum Einführen eines Abreißgewebes 20. Diese Einführeinrichtung 50 weist als Führungsmittel für das Abreißgewebe zwei Leitbleche 52 (die nicht notwendigerweise aus Metall bestehen) auf. Jedes der Leitbleche 52 hat einen ersten Anschlag 54 und einen zweiten Anschlag 56 und dient zur Führung eines Gewebestreifens 30 eines Abreißgewebes 20. Jeder Gewebestreifen wird so geführt, dass seine Randabschnitte 32, 34 an den Anschlägen 54 bzw. 56 entlanggeführt werden. Dadurch gelangen die Gewebestreifen in der erläuterten, speziellen Anordnung in die Durchgangsöffnung 48 des Formwerkzeugs 46.
13 zeigt die Anordnung aus 12 im Einsatz. Verstärkungsfasern 58 werden in Form zahlreicher, zuvor mit einem flüssigen Kunststoffmaterial durchtränkter Rovings in das Formwerkzeug 46 der Pultrusionsvorrichtung eingeführt, und zwar durch eine von den Innenseiten der beiden Leitbleche 52 gebildete Öffnung hindurch und von dort in die Durchgangsöffnung 48 des Formwerkzeugs 46 hinein.
Gleichzeitig werden zwei Gewebestreifen 30 eines Abreißgewebes 20 wie zuvor beschrieben an den Außenseiten der Leitbleche 52 und deren Anschlägen 54, 56 entlang der Durchgangsöffnung 48 des Formwerkzeugs 46 zugeführt. Die durchtränkten Verstärkungsfasern 58 werden gemeinsam mit den beiden Gewebestreifen 30 durch die Durchgangsöffnung 48 des Formwerkzeugs 46 hindurchgezogen, und zwar in der durch den Pfeil 60 veranschaulichten Richtung. Dabei härtet das Kunststoffmaterial zumindest teilweise aus und es entsteht das pultrudierte Profil 10 mit dem in der beschriebenen Weise eingebetteten Abreißgewebe 20.
Bezugszeichenliste

10: pultrudiertes Profil
12: faserverstärktes Kunststoffmaterial
14: Flachseite
16: Stirnseite
18: Übergangsbereich
20: Abreißgewebe
22: Vertiefung
24: Steg
26: Herstellungsform
28: Stelle
30: Gewebestreifen
32: erster Randabschnitt
34: zweiter Randabschnitt
36: Mitte
38: erster Gewebestreifen
40: zweiter Gewebestreifen
42: dritter Gewebestreifen
44: vierter Gewebestreifen
46: Formwerkzeug
48: Durchgangsöffnung
50: Einführeinrichtung
52: Leitblech
54: erster Anschlag
56: zweiter Anschlag
58: Verstärkungsfasern
60: Pfeil
b: Breite
h: Höhe
R: Krümmungsradius
s: Abstand
d: Abstand
z: Breite Überlappungsbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/079456 A1 [0011]
DE 102015007289 A1 [0012]

Claims

Pultrudiertes Profil (10) insbesondere für ein Strukturbauteil eines Windenergieanlagenrotorblatts mit • einem faserverstärkten Kunststoffmaterial (12), das eine Oberfläche, eine Längsrichtung und einen Querschnitt mit einem Umfang aufweist, und • einem Abreißgewebe (20), das an der Oberfläche angeordnet ist und einen in der Längsrichtung verlaufenden ersten Randabschnitt (32) und einen in der Längsrichtung verlaufenden zweiten Randabschnitt (34) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass • sich das Abreißgewebe (20) über den gesamten Umfang erstreckt und der erste Randabschnitt (32) und der zweite Randabschnitt (34) einander überlappend angeordnet sind.
Pultrudiertes Profil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abreißgewebe (20) genau ein Gewebestreifen (30) ist, der den ersten Randabschnitt (32) und den zweiten Randabschnitt (34) sowie einen zwischen dem ersten Randabschnitt (32) und dem zweiten Randabschnitt (34) angeordneten mittleren Abschnitt aufweist.
Pultrudiertes Profil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abreißgewebe (20) aus mindestens zwei Gewebestreifen (30) besteht, die jeweils zwei Randabschnitte (32, 34) und einen dazwischen angeordneten mittleren Abschnitt aufweisen, wobei einer der Gewebestreifen (30) den ersten Randabschnitt (32) und ein anderer der Gewebestreifen (30) den zweiten Randabschnitt (34) aufweist und die übrigen Randabschnitte (32, 34) einander paarweise überlappend angeordnet sind.
Pultrudiertes Profil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt zwei einander gegenüberliegende Flachseiten (16) mit einer Breite (b) und zwei einander gegenüberliegende Stirnseiten (14) mit einer Höhe (h) aufweist.
Pultrudiertes Profil (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt an den zwischen jeweils einer der Flachseiten (14) und einer der Stirnseiten (16) verlaufenden Kanten jeweils einen Übergangsbereich (18) mit einem Krümmungsradius (R) aufweist.
Pultrudiertes Profil (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Randabschnitte (32, 34) in einem Abstand von jedem der Übergangsbereiche (18) angeordnet ist.
Pultrudiertes Profil (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass keiner der Randabschnitte (32, 34) an einer der Stirnseiten (16) angeordnet ist.
Pultrudiertes Profil (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle an einer der Flachseiten (14) angeordneten Randabschnitte (32, 34) in einem Abstand von einer Mitte (36) dieser Flachseite (14) angeordnet sind.
Pultrudiertes Profil (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle an einer der Flachseiten (14) angeordneten Randabschnitte (32, 34) einen Abstand (d) in Richtung der Breite von allen an der anderen Flachseite (14) angeordneten Randabschnitten (32, 34) aufweisen.
Pultrudiertes Profil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Randabschnitte (32, 34) einander auf einer Breite (z) im Bereich von 2 mm bis 20 mm überlappen.
Pultrudiertes Profil (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abreißgewebe (20) aus genau zwei, genau drei oder genau vier Gewebestreifen (30) besteht.
Pultrusionsverfahren zur Herstellung eines pultrudierten Profils (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Pultrusionsverfahren die folgenden Schritte aufweist: • Einführen von Verstärkungsfasern (58) in ein Formwerkzeug (46), • Einführen eines Abreißgewebes (20), das einen ersten Randabschnitt (32) und einen zweiten Randabschnitt (34) aufweist, in das Formwerkzeug (46), • Durchtränken der Verstärkungsfasern (58) mit einem flüssigen Kunststoffmaterial, • Ziehen der durchtränkten Verstärkungsfasern (58) mit dem Abreißgewebe (20) durch eine Durchgangsöffnung (48) des Formwerkzeugs (46) hindurch, dadurch gekennzeichnet, dass • beim Einführen des Abreißgewebes (20) in das Formwerkzeug (46) der erste Randabschnitt (32) und der zweite Randabschnitt (34) einander überlappend angeordnet werden und das Abreißgewebe (20) einen Umfang eines von den Verstärkungsfasern (58) gebildeten Querschnitts vollständig umschließt.
Pultrusionsvorrichtung zur Herstellung eines pultrudierten Profils (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Pultrusionsvorrichtung die folgenden Merkmale aufweist: • ein Formwerkzeug (46), das eine Durchgangsöffnung (48) aufweist, • eine Einführeinrichtung zum Einführen von Verstärkungsfasern (58) in das Formwerkzeug (46), • eine Einführeinrichtung (50) zum Einführen eines Abreißgewebes (20), das mindestens einen ersten Randabschnitt (32) und mindestens einen zweiten Randabschnitt (34) aufweist, in das Formwerkzeug (46), • eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines flüssigen Kunststoffmaterials, derart, dass die Verstärkungsfasern (58) mit dem flüssigen Kunststoffmaterial durchtränkt werden, • eine Zieheinrichtung zum Ziehen der durchtränkten Verstärkungsfasern (58) mit dem Abreißgewebe (20) durch die Durchgangsöffnung (48) des Formwerkzeugs (46) hindurch, dadurch gekennzeichnet, dass • die Einführeinrichtung (50) zum Einführen des Abreißgewebes (20) Führungsmittel aufweist, die dazu ausgebildet sind, das Abreißgewebe (20) derart in das Formwerkzeug (46) zu führen, dass der erste Randabschnitt (32) und der zweite Randabschnitt (34) einander überlappend angeordnet werden und derart, dass das Abreißgewebe (20) einen Umfang eines von den Verstärkungsfasern (58) gebildeten Querschnitts vollständig umschließt.
Pultrusionsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel für jeden der Randabschnitte (32, 34) einen Anschlag (54, 56) aufweisen, an dem der betreffende Randabschnitt (32, 34) entlanggeführt wird.