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Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage, eine Windkraftanlage mit einem solchen Rotorblatt, ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblatts sowie eine Verwendung eines Aluminiumflachprodukts.
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Rotorblätter für Windkraftanlagen werden derzeit typischerweise hergestellt, indem aus Glasfaser- oder Karbonfaserverbundstrukturen und Kunstharz zwei Halbschalen hergestellt und zusammengefügt werden. Anschließend erfolgt normalerweise eine Oberflächenvergütung mit speziell entwickelten Lacksystemaufbauten, die eine Beständigkeit gegen äußere Einflüsse, insbesondere gegen Regenerosion, Insekten- und Vogelschlag, Vereisung, Blitzeinschlag etc., gewährleisten sollen.
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Trotz aller Entwicklungen auf diesem Gebiet, sind regelmäßig Instandsetzungsmaßnahmen an den Rotorblättern notwendig, um Beschädigungen zu reparieren, die vornehmlich durch Regenerosion und Insektenschlag insbesondere an der Vorderkante eines Rotorblatts entstehen. Diese Reparaturmaßnahmen sind technisch und zeitlich sehr aufwendig, so dass diese entsprechende Kosten nach sich ziehen und hierdurch die Leistungseffizienz der Windkraftanlage signifikant negativ beeinflusst wird.
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Zwar wurde festgestellt, dass sich mit speziellen elastischen Lackaufbauten eine bessere Beständigkeit gegen Insektenschlag erreichen lässt. Diese Lackaufbauten zeigten jedoch eine recht schlechte Beständigkeit gegenüber Regenerosion, so dass auf diese Weise keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt werden konnten.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Rotorblatt, ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Windkraftanlage zur Verfügung zu stellen, mit denen ein wartungsärmerer Betrieb einer Windkraftanlage ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird bei einem Rotorblatt für eine Windkraftanlage erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Rotorblatt im Bereich der Rotorblatt-Vorderkante einen Kantenschutz in Form einer Aluminiumlage aufweist. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch eine Windkraftanlage mit einem solchen Rotorblatt.
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Es wurde festgestellt, dass durch das Vorsehen eines solchen Kantenschutzes in Form einer Aluminiumlage die Beständigkeit sowohl gegenüber Insektenschlag als auch gegenüber Regenerosion signifikant erhöht werden kann, so dass ein wartungsärmerer Betrieb einer mit dem Rotorblatt ausgerüsteten Windkraftanlage ermöglicht wird. Insbesondere können auf diese Weise zeit- und kostenintensive Instandsetzungsmaßnahmen erheblich reduziert werden.
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Unter der Rotorblatt-Vorderkante wird die Kante des Rotorblatts verstanden, die bei einer bestimmungsgemäßen Ausrichtung des Rotorblatts und bei bestimmungsgemäßer Rotation des Rotorblatts um die Nabe einer Windkraftanlage in Drehrichtung ausgerichtet ist. Der Bereich um die Rotorblatt-Vorderkante wird daher am stärksten durch Insektenschlag und Regenerosion beansprucht. Durch das Vorsehen eines Kantenschutzes in diesem Bereich kann damit der im Betrieb am stärksten beanspruchte Bereich des Rotorblatts geschützt werden.
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Weist das Rotorblatt einen Winkelbereich an bestimmungsgemäßen Ausrichtungen auf, beispielsweise für eine Windkraftanlage, die mit Rotorblatt-Verstelleinrichtungen ausgestattet ist, mit denen sich die einzelnen Rotorblätter über einen bestimmten Bereich um ihre jeweilige Längsachse verschwenken lassen, so ist der Kantenschutz vorzugsweise so angeordnet, dass er bei jeder zulässigen Ausrichtung des Rotorblatts den Bereich Rotorblatt-Vorderkante schützt. Die Anordnung des Kantenschutzes kann aber auch auf eine bestimmte Ausrichtung der Rotorblätter zur Drehrichtung optimiert werden, beispielsweise auf eine Normalstellung der Rotorblätter.
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Es wurde festgestellt, dass sich eine Aluminiumlage besonders gut als Kantenschutz eignet. Aluminium weist eine ausreichende Härte auf, um eine gute Beständigkeit gegenüber Insektenschlag zu bewirken. Zudem weist eine Aluminiumlage eine geringere Anfälligkeit gegenüber Regenerosion auf als viele Lackschichtaufbauten. Darüber hinaus hat Aluminium eine relativ geringe Dichte und erhöht daher das Gewicht des Rotorblatts nicht oder nur geringfügig.
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Entsprechend wird die zuvor genannte Aufgabe erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch die Verwendung eines Aluminiumflachprodukts, insbesondere eines Aluminiumblechs oder einer Aluminiumfolie, als Kantenschutz für ein Rotorblatt einer Windkraftanlage.
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Die Bezeichnung Aluminiumfolie wird grundsätzlich bei einer Materialdicke von weniger als 0,200 mm verwendet. Ab einer Materialdicke von 0,200 mm wird die Bezeichnung Aluminiumblech verwendet.
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Die Aluminiumlage kann durch ein oder mehrere Aluminiumflachprodukte gebildet werden. Beispielsweise können mehrere Aluminiumflachprodukte, beispielsweise mehrere Aluminiumbleche oder -folien überlappend, auf Stoß oder auch mit einem gewissen Abstand voneinander angeordnet werden, um die Aluminiumlage zu bilden.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin bei einem Verfahren zur Herstellung eines Rotorblatts für eine Windkraftanlage, bei dem unter Verwendung einer jeweiligen Halbschalenform zwei Rotorblatt-Halbschalen hergestellt werden und bei dem die hergestellten Rotorblatt-Halbschalen derart miteinander verbunden werden, dass sie eine die Außengeometrie des Rotorblatts definierenden Außenlage des Rotorblatts bilden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei der Herstellung mindestens einer, vorzugsweise beider Rotorblatt-Halbschalen ein Aluminiumflachprodukt, insbesondere ein Aluminiumblech oder eine Aluminiumfolie, derart in der jeweiligen Halbschalenform angeordnet wird, dass das Aluminiumflachprodukt eine Aluminiumlage als Kantenschutz im Bereich der Rotorblatt-Vorderkante des herzustellenden Rotorblatts bildet. Das Verfahren ist insbesondere zur Herstellung des zuvor beschriebenen Rotorblatts geeignet, insbesondere für die zuvor beschriebene Windkraftanlage.
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Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren kann der Bereich der Rotorblatt-Vorderkante mit einem Kantenschutz versehen werden, ohne dass das bei der Herstellung von Rotorblättern häufig angewandte Halbschalenverfahren signifikant abgeändert werden muss. Insbesondere kann das bewährte Herstellungsverfahren im Wesentlichen unverändert bleiben, wobei in die Halbschalenform für die Herstellung einer Rotorblatt-Halbschale ein entsprechendes Aluminiumflachprodukt gelegt wird.
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Bei dem Verfahren werden unter Verwendung einer jeweiligen Halbschalenform zwei Rotorblatt-Halbschalen hergestellt. Vorzugsweise werden zwei verschieden geformte Halbschalenformen verwendet, um eine aerodynamisch vorteilhafte Außenkontur des Rotorblatts zu erhalten.
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Die Herstellung einer Rotorblatt-Halbschale mit einer entsprechenden Halbschalenform kann insbesondere derart erfolgen, dass in die Halbschalenform mehrere Materiallagen übereinandergelegt werden, zum Beispiel Glasfaser- oder Karbonfaserlagen, die dann mittels eines Harzes miteinander verbunden werden. Beispielsweise kann nach dem Anordnen der Materiallagen in der Halbschalenform ein Harz eingeleitet und ein Unterdruck in der Halbschalenform erzeugt werden, so dass sich das Harz in den Materiallagen verteilt. Durch den Einfluss von Wärme und ggf. Druck werden die einzelnen Materiallagen beim Aushärten des Harzes fest miteinander verbunden (gebacken).
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Bei dem beschriebenen Verfahren wird ein Aluminiumflachprodukt derart in der Halbschalenform angeordnet, dass das Aluminiumflachprodukt eine Aluminiumlage als Kantschutz im Bereich der Rotorblatt-Vorderkante des herzustellenden Rotorblatts bildet. Zu diesem Zweck wird das Aluminiumflachprodukt insbesondere vor den weiteren Materiallagen, insbesondere vor Glasfaser- oder Karbonfaserlagen, in der Halbschalenform angeordnet, so dass die Aluminiumlage an der Außenseite der hergestellten Rotorblatt-Halbschale bzw. des hergestellten Rotorblatts angeordnet ist.
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Die hergestellten Rotorblatt-Halbschalen werden derart miteinander verbunden, dass sie eine die Außengeometrie des Rotorblatts definierende Außenlage des Rotorblatts bilden. Zu diesem Zweck werden die Rotorblatt-Halbschalen vorzugsweise an ihren Seitenkanten miteinander verklebt.
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Die Rotorblatt-Halbschalen können so aufgebaut sein, dass eine der beiden Kanten, an denen die beiden Rotorblatt-Halbschalen miteinander verbunden sind die Rotorblatt-Vorderkante bildet. Erforderlich ist dies jedoch nicht.
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Neben den beiden Rotorblatt-Halbschalen kann das Rotorblatt noch weitere Elemente aufweisen, insbesondere zwischen den beiden Rotorblatt-Halbschalen angeordnete Stützstrukturen wie Gurte oder Stege oder auch Beschwerungsstrukturen, um eine gewünschte Gewichtsverteilung im Rotorblatt zu erreichen.
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Neben der guten Integrierbarkeit des Verfahrens in bestehende Prozesse erlaubt das Verfahren auch eine Einbettung der Aluminiumlage in die übrige Außenlage des Rotorblatts, so dass sich ein Verbundwerkstoff mit gleichmäßiger Oberfläche ergibt. Entsprechend weist das zuvor beschriebene Rotorblatt vorzugsweise eine die Außengeometrie des Rotorblatts definierende Außenlage auf, in die die Aluminiumlage eingebettet ist.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen beschrieben, die jeweils unabhängig voneinander für das Rotorblatt, die Windkraftanlage, das Verfahren zur Herstellung eines Rotorblatts und die Verwendung des Aluminiumflachprodukts gelten. Weiterhin können die Ausführungsformen auch untereinander kombiniert werden.
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Bei einer Ausführungsform ist die Außenlage des Rotorblatts aus einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, insbesondere einem Glasfaser-Kunststoff-Verbundwerkstoff oder einem Karbonfaser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, gebildet. Bei einer entsprechenden Ausführungsform des Verfahrens wird auf das in der Halbschalenform angeordnete Aluminiumflachprodukt eine Faserlage, insbesondere aus Glasfasern und/oder Karbonfasern angeordnet. Durch die Verwendung von Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen können stabile und verwindungssteife Rotorblätter mit vergleichsweise geringem Gewicht hergestellt werden. Weiterhin lässt sich das Vorsehen einer Aluminiumlage als Kantenschutz gut in die typische Herstellungsweise derartiger Rotorblätter integrieren, indem ein Aluminiumflachprodukt zusammen mit der oder den Faserschichten und einem Harz zu einem Verbundwerkstoff laminiert wird. Auf diese Weise wird die Aluminiumlage fest in die Faser-Kunststoff-Verbundwerkstofflage eingebettet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Aluminiumlage auf der nach außen gerichteten Seite eine Eloxalschicht auf, vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von 5 - 25 µm. Bei einer entsprechenden Ausführungsform der Verwendung bzw. des Verfahrens weist das Aluminiumflachprodukt auf einer Seite eine Eloxalschicht auf, vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von 5 - 25 µm. Durch das Vorsehen einer solchen Eloxalschicht kann die Beständigkeit gegenüber Regenerosion erheblich erhöht werden. Eine besonders gute Beständigkeit gegenüber Regenerosion wurde insbesondere bei einer Schichtdicke ab 5 µm beobachtet. Bei einer Schichtdicke der Eloxalschicht von 25 µm ist die Beständigkeit gegenüber Regenerosion so hoch, dass eine weitere Erhöhung der Schichtdicke nur zu erhöhten Kosten bei der Herstellung ohne nennenswerte Vorteile führen würde. Die Eloxalschicht ist insbesondere auf der Außenseite des Aluminiumflachprodukts angeordnet. Unter der Außenseite des Aluminiumflachprodukts wird die Seite verstanden, die bei der daraus hergestellten Aluminiumlage des Rotorblatts nach außen gerichtet ist.
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Zur Herstellung einer Eloxalschicht kann das Aluminiumflachprodukt, beispielsweise in Bandform, einer elektrochemischen Behandlung in einer sauren Lösung unterzogen werden. Anschließend wird die behandelte Oberfläche des Aluminiumflachprodukts vorzugsweise mit heißem Wasser, zum Beispiel im Wassertemperaturbereich 90 - 100 °C, beaufschlagt, insbesondere besprüht, wodurch eine sehr harte und wasserbeständige Oberfläche des Aluminiumflachprodukts erreicht wird.
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Bei einer Ausführungsform weist die Aluminiumlage eine Dicke im Bereich von 0,1 - 3 mm, vorzugsweise 0,2 - 1 mm, auf. Bei einer entsprechenden Ausführungsform der Verwendung bzw. des Verfahrens weist das Aluminiumflachprodukt eine Dicke im Bereich von 0,1- 3 mm, vorzugsweise 0,2 - 1 mm, auf. Diese Dickenbereiche haben sich als besonders geeignet für die Aluminiumlage als Kantenschutz herausgestellt. Unterhalb einer Dicke von 0,2 mm oder sogar 0,1 mm nimmt die Beständigkeit gegenüber Insektenschlag und Regenerosion ab. Weiterhin ist die vorzugsweise vorgesehene Eloxierung des Aluminiumflachprodukts bei derart dünnen Schichtdicken schwieriger durchzuführen. Bei einer Dicke von mehr als 1 mm oder sogar mehr als 3 mm werden die Aluminiumflachprodukte sehr steif, so dass deren Verarbeitung schwieriger wird, insbesondere das formgenaue Einlegen der Aluminiumflachprodukte in eine Halbschalenform zur Herstellung einer Rotorblatt-Halbschale.
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Bei einer weiteren Ausführungsform besteht die Aluminiumlage aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 5xxx, insbesondere 5005, oder vom Typ 1xxx, insbesondere 1050 oder 1200. Bei einer entsprechenden Ausführungsform der Verwendung bzw. des Verfahrens besteht das Aluminiumflachprodukt aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 5xxx, insbesondere 5005, oder vom Typ 1xxx, insbesondere 1050 oder 1200. Die Typenbezeichnung bezieht sich auf DIN EN 573-3/4. Legierungen vom Typ 5xxx enthalten erhöhte Mg-Gehalte, die sich positiv auf eine gleichmäßigere und möglichst fehlerfreie Eloxierung auswirken. Besonders gute Eloxalschichten konnten mit Legierungen vom Typ 5005 erreicht werden. Legierungen vom Typ 1xxx weisen von sich aus bereits eine gute Korrosionsbeständigkeit auf uns sind daher sehr beständig gegenüber Regenerosion. Dies gilt insbesondere für Legierungen vom Typ 1050 oder 1200.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Aluminiumflachprodukt den harten (H18), den halbharten (H14/H24) oder den weichgeglühten Zustand (H111), jeweils nach DIN EN 515, aufweisen. Bei den weichen und halbharten Zuständen kann das Aluminiumflachprodukt besser an die Form des herzustellenden Rotorblatts angepasst werden. Insbesondere lässt sich ein Aluminiumflachprodukt im weichgeglühten oder halbharten/halbweichgeglühten Zustand einfacher formgenau in eine Halbschalenform zur Herstellung einer Rotorblatt-Halbschale einlegen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Aluminiumflachprodukt auf einer Seite mit einem Haftlack versehen, insbesondere mit einem Haftlack für ein Kunstharz. Auf diese Weise wird ein besserer Zusammenhalt der durch das Aluminiumflachprodukt gebildeten Aluminiumlage und des übrigen Rotorblatts, insbesondere einer die Schichten des Rotorblatts zusammenhaltenden Harzmatrix, erreicht Der Haftlack ist insbesondere auf der Innenseite des Aluminiumflachprodukts angeordnet. Unter der Innenseite des Aluminiumflachprodukts wird die Seite verstanden, die bei der daraus hergestellten Aluminiumlage des Rotorblatts nach innen gerichtet ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Aluminiumlage über mindestens 20% der Länge des Rotorblatts, vorzugsweise über mindestens 50% der Länge des Rotorblatts, insbesondere im Wesentlichen über die gesamte Länge des Rotorblatts. Auf diese Weise wird die Beständigkeit des Rotorblatts gegenüber Insektenschlag und Regenerosion über einen größeren Abschnitt in Richtung der Länge des Rotorblatts erreicht.
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Bei einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Aluminiumlage über mindestens 25%, vorzugsweise über mindestens 50% des Umfangs des Rotorblatts. Auf diese Weise wird die Beständigkeit des Rotorblatts gegenüber Insektenschlag und Regenerosion über einen größeren Abschnitt in Richtung des Umfangs des Rotorblatts erreicht. Vorzugsweise wird insbesondere der Bereich des Rotorblatt-Umfangs von der Aluminiumlage geschützt, der bei bestimmungsgemäßer Drehung des Rotorblatts in Drehrichtung weist. Bei einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Aluminiumlage entsprechend über mindestens einen solchen Bereich des Umfangs des Rotorblatts um die Rotorblatt-Vorderkante, dass die Projektion des Bereichs auf eine fiktive Tangentenebene durch die Rotorblatt-Vorderkante mindestens 75%, vorzugsweise 95% der Projektion des Umfangs des Rotorblatts auf die fiktive Tangentenebene überdeckt. Auf diese Weise erstreckt sich die Aluminiumlage über einen Großteil des bei der Rotation exponierten Bereichs, der besonders durch Insektenschlag und Regenerosion belastet wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein mit der Aluminiumlage elektrisch verbundener Blitzableiteranschluss vorgesehen, über den die Aluminiumlage elektrisch mit einem Blitzableitersystem einer Windkraftanlage verbindbar ist. Der Blitzableiteranschluss ist insbesondere im Nabenanschlussbereich des Rotorblatts vorgesehen. Bei einer entsprechenden Ausführungsform der Windkraftanlage ist die Aluminiumlage elektrisch mit einem Blitzableitersystem der Windkraftanlage verbunden. Bei konventionellen Rotorblättern werden zum Blitzschutz spezielle Blitzfangpunkte vorgesehen, insbesondere in dem vom Nabenanschluss entfernten Bereich der Rotorblätter. Es wurde erkannt, dass die als Kantenschutz vorgesehene Aluminiumlage ebenfalls auf vorteilhafte Weise als Blitzschutz verwendet werden kann. Insbesondere kann in diesem Fall auf gesonderte Blitzfangpunkte verzichtet werden. Der Blitzleiteranschluss kann beispielsweise in Form eines mit der Aluminiumlage verbundenen, ggf. innerhalb des Rotorblatts verlaufenden Leiters ausgebildet werden, der im Bereich der Nabe an das übrigen Blitzableitersystem der Windkraftanlage angeschlossen werden kann.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des Rotorblatts sind Beschaltungsmittel vorgesehen, die dazu eingerichtet sind, die Aluminiumlage mit einer elektrischen Spannung zu beaufschlagen. Bei einer entsprechenden Ausführungsform weist die Windkraftanlage eine Rotorblatt-Enteisungseinrichtung auf mit Beschaltungsmitteln zum Beaufschlagen der Aluminiumlage des Rotorblatts mit elektrischer Spannung. Auf diese Weise kann die Aluminiumlage zur Enteisung der Rotorblätter verwendet werden. Durch die Beaufschlagung der Aluminiumlage mit elektrischer Spannung fließt ein elektrischer Strom durch die Aluminiumlage, der aufgrund des elektrischen Widerstands der Aluminiumlage zur Wärmeentwicklung führt, so dass Eis abgeschmolzen bzw. dessen Entstehung verhindert werden kann.
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Vorzugsweise kann die Windkraftanlage einen Vereisungssensor oder Temperatursensor aufweisen sowie eine Steuereinrichtung, die abhängig von dem Signal des Vereisungssensors oder Temperatursensors die Beaufschlagung der Aluminiumlage mit elektrischer Spannung steuert.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.
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In der Zeichnung zeigen
- 1 Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage sowie erfindungsgemäßer Rotorblätter,
- 2 die Windkraftanlage und eines der Rotorblätter aus 1 in Aufsicht,
- 3 das Rotorblatt aus 2 im Querschnitt sowie ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verwendung,
- 4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Verwendung und
- 5 ein für die Herstellung des Rotorblatts aus 2 bzw. für das Verfahren aus 4 verwendetes Aluminiumflachprodukt im Querschnitt.
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1 zeigt Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage sowie erfindungsgemäßer Rotorblätter. Die Windkraftanlage 2 umfasst einen Turm 4 mit einem darauf montierten Maschinenhaus 6, in dem ein Generator untergebracht ist, dessen Rotor über ein Getriebe oder getriebelos mit einer Nabe 8 verbunden ist. An der Nabe 8 sind drei Rotorblätter 10a-c befestigt Der Pfeil 12 zeigt die Drehrichtung der Nabe 8 und der Rotorblätter 10a-c im bestimmungsgemäßen Betrieb an.
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2 zeigt die Windkraftanlage 2 und das Rotorblatt 10b aus 1 in Aufsicht. 3 zeigt das Rotorblatt 10b im Querschnitt entsprechend der in 2 mit „III“ bezeichneten Schnittebene.
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Das Rotorblatt 10b ist aus zwei Rotorblatt-Halbschalen 20a-b gefertigt, die an ihren beiden Kanten 22a-b miteinander verklebt sind. Die Rotorblatt-Halbschalen 20a-b weisen eine äußere Glasfaser- oder Karbonfaser-Kunststoff-Verbundwerkstofflage 24 auf sowie eine innenliegende formstabilisierende Lage 26, die zum Beispiel aus Balsaholz gebildet sein kann.
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Das aus den beiden Rotorblatt-Halbschalen 20a-b zusammengesetzte Rotorblatt 10b weist weiterhin noch Stützstrukturen wie Holmgurte 28 und Stege 30 auf, die zum Beispiel aus einem Kunststoffschaum bestehen können. Darüber hinaus kann das Rotorblatt 10b noch weitere Strukturen aufweisen, zum Beispiel zur Stabilisierung oder zur Auswuchtung des Rotorblatts 10b, die in 3 der Übersicht halber nicht dargestellt sind.
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Die Kante 22b ist im dargestellten Ausführungsbeispiel bei Rotation des Rotorblatts 10b in der in 1 eingezeichneten bestimmungsgemäßen Rotationsrichtung 12 in Rotationsrichtung ausgerichtet und stellt daher vorliegend die Rotorblatt-Vorderkante 22b dar. Bei anderen Beispielen können die Kante 22b und die Rotorblatt-Vorderkante 22b aber auch auseinanderfallen.
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Der Bereich um die Rotorblatt-Vorderkante 22b ist bei der Rotation des Rotorblatts 10b den größten Belastungen durch Insektenschlag und Regenerosion ausgesetzt. Um die Beständigkeit des Rotorblatts 10b gegenüber Insektenschlag und Regenerosion zu verbessern weist das Rotorblatt 10b im Bereich 34 um die Rotorblatt-Vorderkante 22b eine Aluminiumlage 36 als Kantenschutz auf. Die Aluminiumlage 36 ist in die Faser-Kunststoff-Verbundwerkstofflage 24 eingebettet und fest mit dieser verbunden. Die Aluminiumlage 36 besteht aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 5005, 1050 oder 1200 und weist eine Dicke von 0,5 mm auf. Die Aluminiumlage 36 ist auf der nach außen gerichtete Seite mit einer 10 µm dicken Eloxalschicht versehen und weist dadurch eine sehr hohe Härte und Beständigkeit gegen Regenkorrosion auf.
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Wie in 1 dargestellt erstreckt sich die Aluminiumlage 36 im Wesentlichen über die gesamte Länge des Rotorblatts 10b. In Umfangsrichtung erstreckt sich die Aluminiumlage über einen solchen Bereich um die Rotorblatt-Vorderkante 22b, dass die Projektion des Bereichs auf eine fiktive Tangentenebene 40 durch die Rotorblatt-Vorderkante 22b die gesamte Projektion des Umfangs des Rotorblatts 10b auf die fiktive Tangentenebene 40 überdeckt. Mit anderen Worten überdeckt die Aluminiumlage 36 den gesamten Bereich des Rotorblatts 10b, der bei dessen Rotation in Rotationsrichtung 12 weist.
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In den 1 und 2 ist die Außengeometrie der Rotorblätter 10a-c vereinfacht dargestellt. Grundsätzlich kann sich der Querschnitt eines Rotorblatts entlang seiner Länge, d.h. vom Nabenanschlussbereich bis zum entgegengesetzten Ende, nicht nur in seiner Größe und Formgebung, sondern auch in seiner Ausrichtung verändern. Unabhängig vom veränderlichen Querschnitt eines Rotorblatts entlang seiner Länge wird unter dem Bereich um die Rotorblatt-Vorderkante vorliegend grundsätzlich der Bereich verstanden, der bei Rotation des Rotorblatts entsprechend seiner bestimmungsgemäßen Rotationsrichtung in Rotationsrichtung ausgerichtet ist.
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An der Verbindung der Rotorblätter 10a-c zur Nabe 8 können Rotorblatt-Verstelleinrichtungen vorgesehen sein, mit denen sich die Ausrichtung der einzelnen Rotorblätter 10a-c aus einer Normaleinstellung heraus über um ihre jeweilige Längsachse verschwenken lassen. In diesem Fall erstreckt sich die Aluminiumlage 36 vorzugsweise derart über den Umfang der Rotorblätter 10a-c, dass die in Drehrichtung ausgerichtete Seite der Rotorblätter 10a-c bei jeder zulässigen Ausrichtung von der Aluminiumlage 36 überdeckt wird.
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Durch das Vorsehen der Aluminiumlage 36 als Kantenschutz wird erreicht, dass die Rotorblätter 10b eine bessere Beständigkeit gegenüber Insektenschlag und Regenerosion aufweisen, so dass Wartungs- und Instandsetzungsintervalle verlängert werden können, wodurch sich geringere Ausfallzeiten der Windkraftanlage 2 und geringere Instandhaltungskosten ergeben.
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Neben der verbesserten Beständigkeit kann die Aluminiumlage 36 in vorteilhafter Weise auch für den Blitzschutz der Windkraftanlage 2 eingesetzt werden. Zu diesem Zweck ist die Aluminiumlage 36 vorzugsweise mit einem zum Beispiel innerhalb des Rotorblatts 10b verlaufenden Blitzableiterkabel 50 elektrisch verbunden. Das Blitzableiterkabel 50 ist mit einem Blitzableitersystem 52 der Windkraftanlage 2 in der Nabe 8 verbunden, so dass ein in das Rotorblatt 10b einschlagender Blitz über die Aluminiumlage 36, das Blitzableiterkabel 50 und das Blitzableitersystem 52 der Windkraftanlage 2 in die Erde abgeleitet werden kann.
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Weiterhin kann die Windkraftanlage 2 eine Enteisungseinrichtung zur Enteisung der Rotorblätter 10a-c aufweisen. In diesem Fall sind vorzugsweise Beschaltungsmittel 56 vorgesehen, um die Aluminiumlage 36 mit einer Spannung zu beaufschlagen, so dass der dann durch die Aluminiumlage 36 fließende Strom zu einer Erwärmung und dadurch zu einer Enteisung des Rotorblatts 10b führt.
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4 zeigt in schematischer Darstellung die Herstellung der Rotorblatt-Halbschale 20b entsprechend eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Rotorblatts 10b.
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Die Rotorblatt-Halbschale 20b wird unter Verwendung einer Halbschalenform 60 mit einer unteren Halbschalenformhälfte 60a und einer oberen Halbschalenformhälfte 60b hergestellt. Die Konturen der Halbschalenformhälften 60a-b entsprechen den Innen- und Außenkonturen der herzustellenden Rotorblatt-Halbschale 20b.
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Zur Herstellung der Rotorblatt-Halbschale 20b wird zunächst ein Aluminiumflachprodukt 62 in Form eines Aluminiumblechs oder einer Aluminiumfolie aus einer Legierung vom Typ 5005, 1050 oder 1200 mit einer Dicke von 0,5 mm im weichgeglühten Zustand bereitgestellt. 5 zeigt den Schichtaufbau des Aluminiumflachprodukts 62. Das Aluminiumflachprodukt 62 ist auf der Außenseite 64 mit einer 10 µm dicken Eloxalschicht 65 und auf der Innenseite 66 mit einer Haftlackschicht 67 für ein Harz versehen. Ein Aluminiumflachprodukt 62 mit einem solchen Aufbau hat sich als besonders geeignet herausgestellt, um für einen Kantenschutz eines Rotorblatts verwendet zu werden.
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Das Aluminiumflachprodukt 62 wird in dem Bereich der unteren Halbschalenformhälfte 60a angeordnet, der bei dem aus den Rotorblatt-Halbschalen 20a-b herzustellenden Rotorblatt 10b im Bereich der Rotorblatt-Vorderkante 22b angeordnet ist. Anschließend werden über dem Aluminiumflachprodukt 62 Faserlagen 68, zum Beispiel Glasfasergelege, und dann noch eine stabilisierende Lage 70 zum Beispiel aus Balsaholz in der unteren Halbschalenformhälfte 60a angeordnet.
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Anschließend wird die obere Halbschalenformhälfte 60a auf die untere Halbschalenformhälfte 60b aufgelegt und die Halbschalenform 60 dadurch geschlossen. Nach dem Schließen der Halbschalenform 60 wird in der Halbschalenform 60 ein Unterdruck erzeugt und ein Harz in die Halbschalenform 60 eingeleitet, das sich durch den Unterdruck in der Halbschalenform 60 verteilt und die verbleibenden Hohlräume ausfüllt. Durch Anwendung von Wärme härtet das in die Halbschalenform 60 eingeleitete Harz aus und verbindet dadurch die einzelnen Lagen 62, 68, 70 zu einem Laminat. Nach dem Öffnen der Halbschalenform 60 kann dieser dann die fertige Rotorblatt-Halbschale 20b entnommen werden.
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Die Rotorblatt-Halbschale 20a kann mit einer entsprechenden Halbschalenform in gleicher Weise hergestellt werden. Anschließend werden die weiterhin vorgesehenen Stützstrukturen wie Holmgurte 28 und Stege 30 zwischen den Rotorblatt-Halbschalen angeordnet und damit verbunden und die Rotorblatt-Halbschalen 20a-b werden entlang ihrer Kanten 22a-b miteinander verklebt, so dass sich das fertige Rotorblatt 10b ergibt.
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Bei der Herstellung der Rotorblatt-Halbschale 20a wird vorzugsweise ebenfalls ein Aluminiumflachprodukt im Bereich der Rotorblatt-Vorderkante 22b in die Faser-Verbundwerkstoffschicht eingebettet. Die in die beiden Rotorblatt-Halbschalen 20a-b eingebetteten Aluminiumflachprodukte ergeben dann beim fertigen Rotorblatt 10b die Aluminiumlage 36. Vorzugsweise stoßen die beiden Aluminiumflachprodukte an der Rotorblatt-Vorderkante 22b aufeinander oder weisen beim fertigen Rotorblatt 10b nur einen geringen Abstand zueinander auf, so dass sich im Bereich der Rotorblatt-Vorderkante 22b eine annähernd durchgehende Aluminiumlage 36 ergibt.
