DE10214779C1 - Verfahren zum Herstellen einer Rotornaben/-wellen-Einheit einer Windenergieanlage aus einem Faserverbundwerkstoff - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer Rotornaben/-wellen-Einheit einer Windenergieanlage aus einem FaserverbundwerkstoffInfo
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Abstract
Verfahren zum Herstellen einer Rotornaben/Rotorwellen-Einheit einer Windenergieanlage aus einem Faserverbundwerkstoff unter Verwendung eines VARTM-Verfahrens (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding), mit folgenden Verfahrensschritten: Erstellen eines aus wenigstens einem Wellen-Kernelement (10), mehreren Zwischen-Kernelementen (14) und n Nabenflansch-Kernelementen (12) bestehenden Kerns, Erstellen eines Vorformlings (16) durch Aufbringen ungetränkter Fasergelege auf den Kern, Auflegen einer Vakuumfolie auf den Vorformling (16), Abdichten der Vakuumfolie gegenüber dem Kern, Aufbringen eines Vakuums auf den zwischen dem Kern und der Vakuumfolie eingeschlossenen Vorformling (16), Einbringen eines Harzes über Injektions-Anschlüsse (22) in den Vorformling (16), Aushärtung des Harzes und Entfernen der Kernelemente (10, 12, 14) und der Vakuumfolie.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer einstückigen Rotorna
ben/Wellen-Einheit einer Windenergieanlage aus einem Faserverbundwerkstoff unter
Verwendung eines VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding)-Verfahrens.
Die einstückige Ausbildung einer Rotornaben/-wellen-Einheit aus einem Faserver
bundwerkstoff ist Gegenstand der deutschen Patentanmeldung 101 53 683.6.
Die Fertigung einer solchen Einheit ist schwierig, da geringe Toleranzen einzuhalten
sind und da bei der relativ große Materialstärke des Bauteils die vollständige Durch
dringung des Fasergeleges mit Harz sichergestellt sein muss.
Aus der DE 198 53 709 C1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem
Faserverbundwerkstoff unter Verwendung des VARTM-Verfahrens bekannt, bei dem
ein Vorformling durch Aufbringen ungetränkter Fasergelege auf eine Form erstellt wird,
eine Vakuumfolie auf den Vorformling aufgelegt wird, diese gegenüber der Form abge
dichtet wird, ein Vakuum auf den zwischen der Form und der Vakuumfolie eingeschlos
senen Vorformling aufgebracht wird, ein Harz über Injektionsanschlüsse in den Vor
formling eingebracht wird, das Harz ausgehärtet wird und die Form und die Vakkumfo
lie entfernt werden.
Aus der EP 1 236 564 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem
Faserverbundwerkstoff unter Verwendung eines VARTM-Verfahrens bekannt, bei dem
ein mit Fasern belegter Kern in eine Form eingebracht wird.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer
einstückigen Rotornaben/-wellen-Einheit aus einem Faserverbundwerkstoff zu schaffen
bei dem eine große Genauigkeit und eine vollständige und gleichmäßige Durchdringung
der Fasergelege mit Harz sichergestellt sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmale des Anspruchs 1. Die
Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens an.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung des Kerns mit seinen verschie
denen Elementen,
Fig. 2 den Kern in zusammengefügter Form,
Fig. 3 den Kern mit dem aufgebrachten Vorformling,
Fig. 4 den Kern mit dem Vorformling in einer Schnittdarstellung,
Fig. 5 eine Detaildarstellung der Schnittzeichnung und
Fig. 6 das fertige Bauteil ohne Kernelement und Platten.
Eine einstückige Rotornaben/-wellen-Einheit aus einem Faserverbundwerkstoff, wie sie
Gegenstand der Anmeldung 101 53 683.6 ist, wird in folgender Weise hergestellt:
Zunächst wird ein Kern hergestellt, der aus einem Wellen-Kernelement 10, mehreren Zwischen-Kernelementen und n (vorzugsweise drei) der Anzahl der anzuschließenden Rotorblätter entsprechenden Anzahl von Nabenflansch-Kernelementen 12 besteht. Die Nabenflansch-Kernelemente 12 sind mit der Form des Wellen-Kernelements 10 ent sprechenden Aussparungen versehen (alternativ, kann das ansonsten zylindrische oder konische Wellen-Kernelement 10 mit einer der Anzahl der Nabenflansch-Kernelemente 12 entsprechenden Abflachungen versehen sein, auf die die Nabenflansch-Kernelemen te 12 befestigt werden). Die Zwischen-Kernelemente 14 belegen den Raum zwischen dem Wellen-Kernelement 10 und den Nabenflansch-Kernelementen 12 und sorgen für eine Abrundung dieser Bereiche, so dass der Kern genau der Innenkontur der zu erstel lenden Rotornaben/-Wellen-Einheit entspricht. Der Kern kann einstückig, vorzugsweise aus einem PU-Schaum, ausgebildet sein.
Zunächst wird ein Kern hergestellt, der aus einem Wellen-Kernelement 10, mehreren Zwischen-Kernelementen und n (vorzugsweise drei) der Anzahl der anzuschließenden Rotorblätter entsprechenden Anzahl von Nabenflansch-Kernelementen 12 besteht. Die Nabenflansch-Kernelemente 12 sind mit der Form des Wellen-Kernelements 10 ent sprechenden Aussparungen versehen (alternativ, kann das ansonsten zylindrische oder konische Wellen-Kernelement 10 mit einer der Anzahl der Nabenflansch-Kernelemente 12 entsprechenden Abflachungen versehen sein, auf die die Nabenflansch-Kernelemen te 12 befestigt werden). Die Zwischen-Kernelemente 14 belegen den Raum zwischen dem Wellen-Kernelement 10 und den Nabenflansch-Kernelementen 12 und sorgen für eine Abrundung dieser Bereiche, so dass der Kern genau der Innenkontur der zu erstel lenden Rotornaben/-Wellen-Einheit entspricht. Der Kern kann einstückig, vorzugsweise aus einem PU-Schaum, ausgebildet sein.
Auf dem Kern wird durch Auflegen von ungetränkten Fasergelegen ein Vorformling 16
der Naben/Wellen-Einheit geformt, wobei sich die Faserorientierung der einzelnen La
gen nach der örtlichen Belastung im späteren Betrieb bestimmt. Auf die Nabenflansch-
Kernelemente 12 werden mit in den Vorformling 16 führenden Harz-Injektionsan
schlüssen 22 versehene Platten 20 aufgesetzt. Auf diesen Vorformling 16 wird eine den
Vorformling 16 und die nach außen weisenden Nabenflansch-Kernelemente 12 ein
schließlich der Platten 20 abdichtende (nicht gezeigte) Vakuumfolie aufgelegt.
Über an beiden Enden des Wellen-Kernelements 10 vorgesehene Vakuum-Anschlüsse
18, die jeweils mit einem umlaufenden Vakuum-Kanal versehen sind, wird über länge
re Zeit ein Vakuum auf den zwischen dem Kern und der Vakuumfolie eingeschlossenen
Vorformling 16 aufgebracht, durch das Luft und Feuchtigkeit aus dem Vorformling 16
abgeführt werden. Sodann wird ein Harz über die Injektions-Anschlüsse 22 in den innen
von dem Kern und außen durch die Vakuumfolie begrenzten Vorformling 16 einge
bracht, das Harz wird durch Aufbringen von Wärme ausgehärtet. Durch das Einbringen
von Harz und dessen Aushärtung wird der Vorformling 16 zu dem herzustellenden Bau
teil 28 umgewandelt. Anschließend werden Kernelemente und Vakuumfolie entfernt.
Um zu Verhindern, dass das Harz während des Aushärtens durch Schwerkraft in dem
Vorformling 16 absinkt, wird der Vorformling 16 während des Aushärtens mit dem von
ihm umschlossenen Kern um die Achse des Wellen-Kernelements rotiert. Die Schwer
kraft sorgt dann für eine gleichmäßige Verteilung des Harzes.
Die auf das Nabenflansch-Kernelement 12 aufzusetzende Platte 20 kann für den Blatt
anschluss dienende Inserts 24 aus einem festen Material tragen und damit positionieren,
die bei dem Injektions- und Aushärtungsvorgang fest in dem Bauteil integriert werden.
In diesem Fall ist die Platte 20 mit zwei ringförmigen Injektionskanälen 22 versehen,
von denen der eine auf einem kleineren, der andere auf einen größeren Durchmesser als
dem des Inserts 24 angeordnet ist.
Die Welle ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit wenigstens einem weite
ren ringförmigen Injektions-Anschluss 26 versehen, um eine bessere Durchdringung des
Wellenteils mit Harz sicherzustellen.
Zu Beginn des Injektionsvorgangs werden nur die Injektions-Anschlüsse 22 in der die
Nabenflansche abdeckende Platte 20 geöffnet, das Harz dringt in den Vorformling 16 in
Richtung auf das Wellen-Kernelement 10 vor, bis es auch die Bereiche des Vorform
lings 16 erreicht hat, die den Zwischen-Kernelementen benachbart sind. Nachdem der
die Nabe bildende Teil der Einheit gesättigt ist, wird der wenigstens eine weitere Injek
tions-Anschluss 26, der an dem zu dem Nabenteil weisenden Ende des die Welle bil
denden Teils des Vorformung 16 angeordnet ist, geöffnet, woraufhin auch der die Welle
bildende Teil des Vorformling 16 mit Harz gesättigt wird.
Claims (6)
1. Verfahren zum Herstellen einer Rotornaben/Rotorwellen-Einheit einer Windenergiean
lage aus einem Faserverbundwerkstoff unter Verwendung eines VARTM-Verfahrens (Va
cuum Assisted Resin Transfer Molding),
gekennzeichnet durch
Erstellen eines aus wenigstens einem Wellen-Kernelement (10), mehreren Zwischen-Kern elementen (14) und einer der Anzahl der an die Einheit anzuschließenden Rotorblätter ent sprechenden Anzahl von Nabenflansch-Kernelementen (12) bestehenden Kerns,
Erstellen eines Vorformlings (16) durch Aufbringen ungetränkter Fasergelegen auf dem Kern,
Auflegen einer Vakuumfolie auf den Vorformling (16),
Abdichten der Vakuumfolie gegenüber den Kernelementen (10, 12, 14),
Aufbringen eines Vakuums auf den zwischen den Kernelementen (10, 12, 14) und der Vaku umfolie eingeschlossenen Vorformling (16),
Einbringen eines Harzes über Injektions-Anschlüsse (22) in den Vorformling (16),
Aushärten des Harzes unter Rotieren des Vorformlings (16) mit den von ihm umschlossenen Kernelementen (10, 12, 14) um die Achse des Wellen-Kernelements (10)
und
Entfernen der Kernelemente (10, 12, 14) und der Vakuumfolie.
Erstellen eines aus wenigstens einem Wellen-Kernelement (10), mehreren Zwischen-Kern elementen (14) und einer der Anzahl der an die Einheit anzuschließenden Rotorblätter ent sprechenden Anzahl von Nabenflansch-Kernelementen (12) bestehenden Kerns,
Erstellen eines Vorformlings (16) durch Aufbringen ungetränkter Fasergelegen auf dem Kern,
Auflegen einer Vakuumfolie auf den Vorformling (16),
Abdichten der Vakuumfolie gegenüber den Kernelementen (10, 12, 14),
Aufbringen eines Vakuums auf den zwischen den Kernelementen (10, 12, 14) und der Vaku umfolie eingeschlossenen Vorformling (16),
Einbringen eines Harzes über Injektions-Anschlüsse (22) in den Vorformling (16),
Aushärten des Harzes unter Rotieren des Vorformlings (16) mit den von ihm umschlossenen Kernelementen (10, 12, 14) um die Achse des Wellen-Kernelements (10)
und
Entfernen der Kernelemente (10, 12, 14) und der Vakuumfolie.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Wellen-Kernelement (10) an seinen beiden Enden mit jeweils mindestens einem Vakuum-
Anschluss (18) und einem umlaufenden Vakuum-Kanal versehen ist.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwen
dung von auf die Nabenflansch-Kernelemente (12) aufzusetzende Platten (20), die mit den in
den Vorformling (16) führenden Injektions-Anschlüssen (22) versehen sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (20) als Blattan
schluss dienende Inserts (24) aus einem festen Materialtragen und damit positioniert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektions-
Anschlüsse (22) in die Platten (20) eingebrachte Ringleitungen sind, deren Durchmesser klei
ner bzw. größer als der Durchmesser der Ringe, sind auf denen die Inserts (24) an
geordnet sind.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
die Welle bildende Abschnitt des Vorformlings (16) mit wenigstens einem weiteren ringför
migen Injektions-Anschluss (26) versehen ist.
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| DE10214779A DE10214779C1 (de) | 2002-04-03 | 2002-04-03 | Verfahren zum Herstellen einer Rotornaben/-wellen-Einheit einer Windenergieanlage aus einem Faserverbundwerkstoff |
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