DE102018119498A1 - Windenergieanlagen-Rotorblatt - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Windenergieanlagen-Rotorblatt (200) mit einer zumindest teilweise Glaskugel- oder Keramikkugel-beschichteten Oberfläche (210) vorgesehen. Damit ist ein Teil der Oberfläche (210) des Rotorblattes (200) durch kleine bzw. kleinste Glaskugeln oder Keramikkugeln (221) bedeckt. Eine derartige Oberfläche wird auch als beaded surface bezeichnet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Windenergieanlagen-Rotorblatt, ein Verfahren zum Herstellen einer Oberfläche eines Windenergieanlagen-Rotorblattes und ein Verfahren zum Herstellen eines Windenergieanlagen-Rotorblattes.
  • EP 1 141 543 B1 zeigt ein Rotorblatt einer Windenergieanlage mit einer feuchtigkeitsabweisenden Schicht. Diese Schicht weist eine Mikrostruktur mit einer sehr großen Unebenheit auf, so dass Wassertropfen keinen Halt an der Rotorblattoberfläche finden. Die Oberflächenstruktur besteht aus Erhebungen und Vertiefungen mit einem Abstand zwischen 2 µm bis 250 µm und einer Höhe zwischen 2 µm bis 250 µm. Die Oberfläche ist ähnlich einer Haifischhaut ausgeformt. Das Vorsehen einer derartigen Haifischhaut-ähnlichen Oberfläche dient der Reduzierung von Schall.
  • Ferner werden Schutzfolien auf den Rotorblättern angebracht, um die Rotorblätter vor Umwelteinflüssen zu schützen.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Windenergieanlagen-Rotorblatt vorzusehen, welches einen verbesserten Schutz des Rotorblattes ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Windenergieanlagen-Rotorblatt nach Anspruch 1 gelöst.
  • Somit wird ein Windenergieanlagen-Rotorblatt mit einer zumindest teilweise Glaskugel- oder Keramikkugel-beschichteten Oberfläche vorgesehen. Damit ist ein Teil der Oberfläche des Rotorblattes durch kleine bzw. kleinste Kugeln (Glas- oder Keramikkugeln) bedeckt. Eine derartige Oberfläche wird auch als beaded surface bezeichnet.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Oberfläche eine Mehrzahl von (Glas)Kugeln oder (Keramik)Kugeln auf, wobei eine Seite der Glaskugeln oder Keramikkugeln in einer Matrix angeordnet sind.
  • Die Kugeln können aus Glas oder Keramik hergestellt sein. Die Glaskugeln können als Vollglaskugeln ausgestaltet sein und können einen Durchmesser zwischen 20 bis 800 µm aufweisen. Eine untere Hälfte der Kugeln ist in der Matrix eingebettet, während die andere Hälfte hervorsteht. Damit kann eine Oberflächenvergrößerung um ca. 178% erreicht werden. Die mit den Glaskugeln beschichtete Oberfläche stellt somit eine funktionalisierte Oberfläche dar.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Glaskugeln oder Keramikkugeln auf einem Trägerfilm platziert sein, wobei ein gegenüberliegendes Ende des Trägerfilms ein Tragband aufweist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann auf der freiliegenden Seite der Kugeln eine Beschichtung mit Polymerdispersion oder Silanen erfolgen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die derart vorgesehene Schicht in eine Infusionsform bei der Herstellung des Rotorblattes eingelegt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Hartmatrix als Grundfläche dienen, wobei der Trägerfilm anschließend entfernt werden kann, so dass die vorher untere Hälfte der Kugeln (d. h. diejenige Hälfte, die dem Tragband zugewandt war) als nunmehr freie Enden ausgestaltet sind.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Glaskugel-beschichtete Oberfläche als ein Oberflächenfilm ausgestaltet sein, wobei die Glaskugeln auf einem Substrat vorgesehen sein können, welches ein Tragband aufweist. Nach Entfernung des Tragbandes kann der Film dann beispielsweise auf einer Grundfläche bzw. einer Harzmatrix platziert sein und auf der Oberfläche des Rotorblattes platziert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine superlipophile Beschichtung auf den freien Enden der Kugeln vorgesehen sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Wachsschicht, beispielsweise Hydrocarbon oder fluorierte Wachse, auf die freien Seiten der Kugeln aufgetragen werden, wobei die Wachsschicht dann als wasserabweisende Schicht verwendet werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können die freiliegenden Seiten der Kugeln mit einem Metall bedampft werden, so dass eine metallisierte Oberfläche erhalten wird.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung,
    • 2A zeigen verschiedene Verfahrensschritte bei der Herstellung einer bis 2E Kugel-beschichteten Oberfläche gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    • 3A zeigen schematisch verschiedene Verfahrensschritte bei der bis 3F Herstellung einer Kugel-beschichteten Oberfläche gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
    • 4A zeigen eine schematische Darstellung weiterer Verfahrensschritte und 4B zur Herstellung der Kugel-beschichteten Oberfläche gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
    • 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrensschrittes zur Herstellung einer Kugel-beschichteten Oberfläche gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    • 6A zeigen jeweils einen Verfahrensschritt zur Herstellung einer und 6B Kugel-beschichteten Oberfläche gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
    • 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Mehrzahl von Kugeln.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung. Die Windenergieanlage 100 weist einen Turm 102 sowie eine Gondel 104 und einen aerodynamischen Rotor 106 auf. Der aerodynamische Rotor 106weist einen Spinner 110 sowie beispielsweise drei Rotorblätter 200 auf. Der aerodynamische Rotor 106 ist direkt oder indirekt mit einem elektrischen Generator gekoppelt und treibt einen elektrischen Rotor des elektrischen Generators an, um elektrische Energie zu erzeugen.
  • Die Rotorblätter 200 weisen zumindest abschnittsweise einen Oberflächenabschnitt 210 auf, welcher andere Eigenschaften aufweist als der Rest der Oberfläche des Rotorblattes. Der Oberflächenabschnitt 210 kann sich im Innenblattbereich (wie in 1 gezeigt) oder im Außenblattbereich befinden.
  • Insbesondere weist der Oberflächenabschnitt 210 eine Kugel-beschichtete Oberfläche auf. Die Kugel-beschichtete Oberfläche weist eine Mehrzahl von Glaskugeln oder Keramikkugeln auf, welche jeweils mit einer Seite oder einem Ende in einer Matrix angeordnet sind, so dass das zweite Ende bzw. die zweiten Seiten der Glaskugeln oder der Keramikkugeln freiliegen. Die Glaskugeln können als Vollglaskugeln mit einem Durchmesser zwischen 20 und 800 µm ausgestaltet sein. Durch die Ausgestaltung der Kugeln kann es zu einer Oberflächenvergrößerung von 178% kommen. Die Kugel-beschichteten Oberflächen werden auch als beaded surface bezeichnet.
  • 2A bis 2E zeigen verschiedene Verfahrensschritte bei der Herstellung einer Kugel-beschichteten Oberfläche gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Mehrzahl von Glaskugeln oder Keramikkugeln in eine Grundfläche in Form einer Harzmatrix eingebettet. Hierbei wird eine Transferfolie 220 hergestellt. Auf einem Trägerfilm 222 wird eine Mehrzahl von Kugeln oder Perlen 221 platziert. Auf einer gegenüberliegenden Seite des Trägerfilms 222 kann ein Tragband (liner) 223 vorgesehen sein. Die Feineinstellung der freiliegenden Höhe der Kugeln kann optional durch kalandrieren erfolgen Auf den freien Enden bzw. den freien Enden der Kugeln 221 kann eine Beschichtung mit Polymerdispersion oder Silanen 224 erfolgen. Anschließend kann die Transferfolie 220 in eine Infusionsform 300 platziert werden. Die Infusionsform 300 kann dann eine Harzmatrix als Grundfläche darstellen. Durch Trennung des Trägerfilms 222 von den Kugeln 221 ist der Transferprozess beendet. Die Schicht 224 befindet sich dann zwischen den Glaskugeln oder den Keramikkugeln 221 und der Infusionsform 300.
  • 3A bis 3F zeigen schematisch verschiedene Verfahrensschritte bei der Herstellung einer Kugel-beschichteten Oberfläche gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Oberflächenfilm hergestellt, in dem ein elastisches Substrat mit Glaskugeln oder Keramikkugeln beschichtet wird. Anschließend erfolgt ein Aufbringen des Substrats auf die Harzmatrix der Grundfläche. Eine Mehrzahl von Glaskugeln oder Keramikkugeln 221 wird auf einer Trägerschicht 222, beispielsweise eine PU Beschichtung, platziert. Auf der Rückseite der Trägerschicht 222 kann ein Tragband 223 (liner) vorgesehen sein. Nach der Feineinstellung der freiliegenden Höhe, kann eine offene Kugelbeschichtung als Oberflächenfilm erreicht werden. Nachdem das Tragband 223 abgezogen wird, kann die Schicht beispielsweise mittels eines Klebstoffes 225 auf einer Grundfläche 300 platziert werden. Dies kann beispielsweise auch durch Laminieren erfolgen. Damit wird eine Grundform mit einer Kugel-beschichteten Oberfläche erhalten.
  • 4A und 4B zeigen eine schematische Darstellung weiterer Verfahrensschritte zur Herstellung der Kugel-beschichteten Oberfläche gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel kann eine dauerhaft nass-glatte Oberfläche erreicht werden, indem eine superlipophile Beschichtung 226 auf die freien Enden der Kugeln 221 aufgebracht wird. Anschließend kann ein Lipid 226 auf der (super)lipophilen Beschichtung aufgebracht werden. Hierbei sind Kugeln 221 hart ausgestaltet, während das Lipid flüssig ausgestaltet sein kann. Insbesondere kann das Lipid als nicht gefrierfähig ausgestaltet sein. Alternativ kann eine Beschichtung 226 mit Polytetrafluorethylen PTFE in einem Sinterverfahren erfolgen, um ähnliche geringe Anhaftungseigenschaften zu erreichen.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrensschrittes zur Herstellung einer Kugel-beschichteten Oberfläche gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel kann eine Wachsschicht 228, beispielsweise Hydrocarbon oder fluorierte Wachse, in die Zwischenräume der Perlen bzw. Kugeln 221 aufgebracht werden. Die Perlen bzw. Kugeln sind dabei hart, während der Wachs 228 wasserabweisend ausgestaltet ist. Hierbei kann auf die Schicht 226 verzichtet werden.
  • 6A und 6B zeigen jeweils einen Verfahrensschritt zur Herstellung einer Kugel-beschichteten Oberfläche gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel können die Kugeloberflächen mit einem Metall beschichtet werden. Hierbei kann ein Aluminiumdraht 410 mittels eines Verdampferschiffchens 430 in einem Vakuum verdampft werden, so dass die Oberfläche der Kugeln mit einem Metall, insbesondere Aluminiumdampf 420, bedampft wird und eine metallische Schicht 229 aufweist. Damit ist das Glas oder die Keramik 221 hart ausgestaltet, während die Oberfläche stromleitend ausgestaltet ist.
  • Eine derart metallisierte Schicht kann Teil eines Blitzschutzsystems des Rotorblattes darstellen.
  • Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Kugel-beschichteten Oberfläche kann ein Aufprall von Wassertropfen verbessert werden. Insbesondere können die auftreffenden Tropfen von den Glaskugeln zerstreut werden und über die Kanäle zwischen den Glaskugeln abgeführt werden. Damit können insbesondere die Einwirkungskräfte verringert werden und die eigentliche Oberfläche des Rotorblattes geschützt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1141543 B1 [0002]

Claims (11)

  1. Windenergieanlagen-Rotorblatt (200), mit einem zumindest teilweise Kugel-beschichteten Oberflächenabschnitt (210), wobei die Kugeln (221) des Kugel-beschichteten Oberflächenabschnitts (210) aus Glas oder Keramik hergestellt sind.
  2. Windenergieanlagen-Rotorblatt (200) nach Anspruch 1, wobei der Kugel-beschichtete Oberflächenabschnitt (210) eine Mehrzahl von Glaskugeln oder Keramikkugeln (221) aufweist, wobei eine Seite der Kugeln (221) in einer Matrix (300) angeordnet ist.
  3. Windenergieanlagen-Rotorblatt (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mehrzahl der Glaskugeln (221) als Vollglaskugeln mit einem Durchmesser zwischen 20 bis 800 µm ausgestaltet sind.
  4. Windenergieanlagen-Rotorblatt (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einer Schicht (226) auf der Mehrzahl der Kugeln (221), wobei die Schicht (226) eine Polymerdispersion oder Silanen aufweist.
  5. Windenergieanlagen-Rotorblatt (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Oberflächenabschnitt (210) einen Oberflächenfilm mit einer Mehrzahl von Kugeln (221) aufweist.
  6. Windenergieanlagen-Rotorblatt (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit einer lipophilen Beschichtung (227) auf der Mehrzahl der Glaskugeln (221).
  7. Windenergieanlagen-Rotorblatt (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit einer PTFE Beschichtung (227) auf der Mehrzahl der Kugeln (221).
  8. Windenergieanlagen-Rotorblatt (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einer Wachsschicht (228) auf der Mehrzahl der Glaskugeln (221).
  9. Verfahren zum Herstellen eines Windenergieanlagen-Rotorblattes (200), mit den Schritten: Aufbringen eines Oberflächenabschnitts (210) auf einer Oberfläche eines Rotorblattes (200), wobei der Oberflächenabschnitt eine Kugel-beschichtete Oberfläche mit einer Mehrzahl von Glaskugeln oder Keramikkugeln aufweist, welche einen Durchmesser zwischen 20 bis 800 µm aufweisen.
  10. Verfahren zum Herstellen eines Windenergieanlagen-Rotorblattes (200) nach Anspruch 9, mit den Schritten: Einbetten der Mehrzahl der Glaskugeln oder Keramikkugeln (221) in einer Harzmatrix (300), indem die Mehrzahl von Glaskugeln oder Keramikkugeln (221) auf einem Trägerfilm (222) platziert wird, Beschichten der freien Seiten der Glaskugeln oder Keramikkugeln (221) mit einer Polymerdispersion oder Silanen, Einlegen der Transferfolie in eine Infusionsform des Rotorblattes, wobei die mit der Polymerdispersion oder Silanen beschichtete Seite dem Infusionsharz entgegen gewand ist. Trennen des Trägerfilms im Anschluss an den Infusionsprozess (222).
  11. Verfahren zum Herstellen eines Windenergieanlagen-Rotorblattes (200) nach Anspruch 8, ferner mit den Schritten: Platzieren einer Oberflächenfolie auf dem Oberflächenabschnitt (210) und Aufbringen einer Mehrzahl von Kugeln (221) auf einem Substrat (222), Aufbringen eines Tragbands (223) auf einem anderen Ende des Substrats (222), Entfernen des Tragbands (223), Aufbringen der Folie auf eine Grundfläche (300), so dass zumindest der Oberflächenabschnitt (210) eine Kugel-beschichtete Oberfläche aufweist.
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