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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1 und auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch
14. Zum Formen und Verbinden von Teilen werden im Allgemeinen flüssige oder
viskose und aushärtbare
Polymerverbindungen, d.h. mehr oder weniger flüssige Verbindungen, verwendet.
Polyester und Epoxidharz sind Beispiele solcher Verbindungen, die
beispielsweise im Zusammenhang mit der Herstellung von faserverstärkten Verbundprodukten
verwendet werden. Wenn eine Form oder eine Verbindungsstelle mit
Formmaterial oder einer Klebervergussmasse aufgefüllt werden
soll, ist es oftmals wünschenswert,
anschließend
sicherzustellen, dass der gesamte Formen- oder Kleberverbindungshohlraum
mit dem Formmaterial oder der Klebervergussmasse gefüllt wurde,
da dies von elementarer Bedeutung für die Festigkeit, das Gewicht,
die Massenverteilung, etc. des fertigen Produkts ist.
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Stand der
Technik
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Ein
bekanntes Verfahren zum Prüfen
geformter oder verbundener Teile besteht darin, auf verschiedene
Stellen der einschlägigen
Bereiche zu klopfen und auf die Veränderungen im Klangmuster zu
horchen. Das Verfahren wird für
gewöhnlich
manuell ausgeführt,
es gibt aber auch Geräte,
um auf ein Material zu klopfen und die Antwort abzuhorchen. Ein
dickes, massives Teil klingt anders als dasselbe Teil, das beispielsweise
mit Lufteinschlüssen
versehen ist. Das Verfahren ist im Zusammenhang mit dicken Verbundmaterialien
unzuverlässig,
und die Feststellung der Ergebnisse ist darüber hinaus subjektiv und schwierig
zu begründen.
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Ein
anderes Verfahrensprinzip bezieht sich auf Ultraschall und hat sich
als tatsächlicher
Standard auf dem Gebiet der Materialprüfung von Verbundmaterialien
etabliert. Ein Ultraschallkopf wird oben auf das Teil gesetzt und
sendet Schallwellen aus, die während
ihrer Ausbreitung durch das Material Reflexionen zurückwerfen.
Der Ultraschallkopf muss mit dem Bauteil in Berührung sein. Dies wird für gewöhnlich dadurch
sichergestellt, dass Wasser oder Gel auf die Oberfläche des
Bauteils aufgetragen wird. Reflexionen treten auf, wenn die Schallwelle
durch eine Grenzschicht zwischen zwei unterschiedlichen Materialien,
z.B. von Polyester zu Luft (Porosität), Polyester zu Glasfaser,
etc., tritt. Diese Reflexionen werden entweder von demselben Ultraschallkopf,
der die Schallwellen aussendet, oder von einem anderen Ultraschallkopf
aufgezeichnet, der auf der entgegengesetzten Seite des Bauteils
angeordnet ist. Durch die Aufzeichnung der Sendezeit und der anschließenden Aufzeichnung
einer Schallwelle ist es möglich,
zu berechnen, aus welcher Tiefe die bestimmte Reflexion stammt,
wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls durch das Bauteil
berechnet wird.
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Tritt
eine Reflexion an jeder Grenzschicht auf, basiert das Ergebnis auf
mehreren Reflexionen, was es schwierig macht, das Ergebnis zu interpretieren.
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In
der Praxis bedeutet das, dass Fachleute zur Interpretation der aufgezeichneten
Ergebnisse herangezogen werden müssen.
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Noch
ein anderes Verfahren beruht auf Röntgenstrahlung. Indem ein Bauteil
mit Röntgenstrahlen
bestrahlt wird, können
die Unterschiede in der Dichte festgestellt werden, und somit kann
ein bestimmter Luft enthaltender Bereich in einem massiven Bauteil
bestimmt werden. Die Bilder aus einer Radiographie sind im Hinblick
auf große,
feststehende Fehler unmittelbar erkennbar leicht zu interpretieren.
Auf diesem Verfahren lasten jedoch das Verstrahlungsrisiko und die
Vorsichtsmaßnahmen,
die im Zusammengang damit notwendig sind.
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Die
US 5.209.881 offenbart ein
System zur Fließbandherstellung
glasfaserverstärkter
Kunststoffplatten, wobei das System einen Härteofen umfasst, in dem sich
ein oder mehrere Infrarotsensor/en zum Messen der Erstarrungstemperatur
des Harzes befindet/befinden, um die Produktionsparameter zu steuern.
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Die
WO 00/29836 offenbart ein System und ein Verfahren zur Herstellung
von Körperpflegeartikeln, wobei
die Artikel mittels Heißklebers
oder durch Ultraschallschweißen
verbunden werden. In beiden vorstehenden Verfahren überschreitet
die Temperatur der Verbindung diejenige des umgebenden Materials,
und diese Wärme
kann durch Infrarotsensoren oder eine Infrarotkamera erfasst werden.
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Die
US 5.374.122 offenbart ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Porosität eines
nichtmetallischen Körpers,
wobei eine Seite des Körpers
mittels eines Laserstrahls erwärmt
und der Temperaturanstieg auf der anderen Seite des Körpers mittels
eines Infrarotsensors gemessen wird, um die Porosität des Körpers zu
bestimmen.
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Die
US 5.399.016 offenbart eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen und Überwachen der Dicke eines geformten
erwärmten
Abschnitts, wobei die Wärme
des Abschnitts mittels einer Infrarotkamera abgetastet wird.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues und effizientes Verfahren
zum Prüfen
der Qualität
von Windturbinenblättern
bereitzustellen, welche mittels eines flüssigen oder viskosen und aushärtbaren
Polymermaterials geformt oder verbunden sind.
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Erfindungsgemäß ist das
Windturbinenblatt dadurch gekennzeichnet, dass es Wärme oder
Kälte ausgesetzt
wird, dass die Temperaturschwankungen über einen Bereich der Oberfläche des
Windturbinenblatts hinweg gemessen werden, und dass die Teile des
Bereichs bestimmt werden, wo nicht genügend Polymer vorhanden ist,
wobei deren Temperatur sich von derjenigen der Teile des Bereichs
unterscheidet, die Polymer enthalten. Mittels eines solchen Verfahrens
kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise bestimmt werden,
ob den bestimmten Bereichen des Turbinenblatts Polymermaterial so
zugeführt
wurde, dass die gewollte Festigkeit des Blatts erhalten wird. Das
Windturbinenblatt kann auf verschiedene Arten Wärme oder Kälte ausgesetzt werden. Nachdem
es eine erste Temperatur erreicht hat, kann das Windturbinenblatt
in einen Bereich mit einer anderen Temperatur überführt werden, und die Teile eines
Bereich, wo nicht genügend
Polymer vorhanden ist, können
basierend auf den Temperaturmessungen, des Wärmedurchlasses, der Wärmekapazität und somit
der Veränderung
bei der Temperatur in diesen Teilen bestimmt werden, die sich von
denjenigen in Teilen des Bereichs unterscheiden, die Polymer enthalten.
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Erfindungsgemäß ist das
Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Blattummantelung durch
Vakuuminfusion hergestellt wird, bei welcher ein flüssiges aushärtbares
Polymermaterial in das Fasermaterial eingespritzt wird.
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Nach
einer Ausführungsform
kann das unzureichende Vorhandensein von in die Blattummantelung eingespritzter
Polymerverbindung dadurch bestimmt werden, dass die Temperatur bestimmt
wird. Probleme mit Lufteinschlüssen werden
in durch Vakuuminfusion hergestellten Blattummantelungen festgestellt,
die von der Verteilung der Polymerverbindung bei Unterdruck in dem
vergleichsweise dünnen
Bauteil herrühren.
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Die
Dicke der Blatts kann mindestens 5 mm, vorzugsweise mindestens 10
mm betragen.
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Erfindungsgemäß kann die
Blattummantelung aus zwei Blattummantelungshälften bestehen, die entlang
ihrer Ränder
mittels Klebeverbindungen aus einer flüssigen oder viskosen und aushärtbaren
Polymerverbindung verbunden werden, um ein Windturbinenblatt zu
bilden, wobei Teile eines Bereichs mit ungenügend vorhandener Polymerverbindung
in den Klebeverbindungen durch Messen der Temperatur bestimmt werden. Die
Klebeverbindungen in den Windturbinenblättern können sehr lang sein, und ein
richtiges Auffüllen
der Verbindungsstellen in der Längsrichtung
des gesamten Blatts kann sich somit als schwierig erweisen. Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
wird eine besonders einfache und zuverlässige Qualitätsprüfung solcher
Klebeverbindungen erhalten.
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Erfindungsgemäß kann das
Windturbinenblatt eine oder mehrere Strebe/n umfassen, welche mittels Klebeverbindungen
aus einer flüssigen
oder viskosen und aushärtbaren
Polymerverbindung an den Innenflächen
der beiden Blattummantelungshälften
befestigt ist/sind und diese miteinander verbindet/verbinden, wobei Teile
eines Bereichs mit ungenügend
vorhandenem Polymer in den Klebeverbindungen durch Messen der Temperatur
bestimmt werden. Bislang erwies es sich als schwierig oder kompliziert,
solche Klebeverbindungen zu prüfen,
weil sie sich im geschlossenen Blatt befinden und somit nicht leicht
zugänglich
sind.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Polymerverbindung eine exotherm aushärtende Verbindung,
wobei, während
der Bereich, der durch die exotherm aushärtende Polymerverbindung während und/oder
nach dem Aushärtungsprozess,
während
dem die Verbindung Wärme erzeugt,
erwärmt
wird, die Teile eines Bereichs mit ungenügend vorhandenem Polymer und
somit einer unzureichende Erwärmung
durch Messen der Temperatur bestimmt werden. Dieses Verfahren ist
insofern besonders einfach, als ein Aussetzen zu Wärme oder
Kälte nicht
erforderlich ist. Während
der Messung hat das Windturbinenblatt an diesen Teilen eines Bereichs
eine andere Oberflächentemperatur,
die vom Fehlen exothermer Wärmeentstehung
und der langsamen Erwärmung
des Bereichs herrührt,
die dadurch verursacht werden, dass nicht genügend Polymerverbindung darin
vorhanden ist.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
wird das Windturbinenblatt aus einer ersten Umgebung mit einer ersten
Temperatur, z.B. Außenbereich,
in eine andere Umgebung mit einer anderen, höheren Temperatur, z.B. Innenbereich,
oder umgekehrt, gebracht, wobei die Teile eines Bereichs mit ungenügend vorhandenem Polymer
durch Messen der Temperatur bestimmt werden, wobei die Temperaturveränderung
in diesen Teilen eines Bereichs aufgrund einer niedrigeren Wärmekapazität und reduzierten
Wärmedurchlasses
schneller ist. Diese Ausführungsform
ist besonders einfach und kann in jedem Stadium nach der Herstellung
des Blatts, z.B. kurz nach Lieferung an den Kunden, durchgeführt werden.
Das Verfahren kann auch dann eingesetzt werden, wenn das Windturbinenblatt
schon eine Weile in Betrieb war, oder wahlweise nach einem Blattausfall,
um festzustellen, ob der Ausfall durch eine mangelhafte Produktion
verursacht wurde.
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Nach
einer Ausführungsform
ist das Polymer ein exotherm aushärtendes Polymer, z.B. Polyester
oder Epoxidharz.
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Nach
einer Ausführungsform
werden die Temperaturschwankungen über den Bereich hinweg mittels eines
Temperatursensors erfasst, der über
den Bereich hinweg bewegt wird. Indem diese Ausführungsform verwendet wird,
kann ein und derselbe Temperatursensor zum Erfassen des ganzen Bereichs
verwendet werden, wodurch eine Kalibrierung des Temperatursensors
bezüglich
anderer Temperatursensoren vermieden wird.
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Nach
einer optionalen Ausführungsform
werden die Temperaturschwankungen über den Bereich hinweg mittels
einer Gruppierung nahe voneinander beabstandeter Temperatursensoren
erfasst, die angrenzend an den Bereich angeordnet sind. Im Ergebnis
kann eine sehr schnelle Erfassung des Temperaturprofils erfolgen.
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Der/die
Temperatursensor/en kann/können
aus Infrarotsensoren bestehen. Es ist nicht erforderlich, dass solche
Sensoren mit der Fläche
in Berührung
stehen, deren Temperatur gemessen werden soll.
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Nach
einer Ausführungsform
des Verfahrens wird eine Infrarotkamera verwendet, um die Temperaturschwankungen über den
Bereich hinweg zu erfassen. Von der Infrarotkamera aufgenommene
Bilder zeigen klar das Temperaturprofil über den photographierten Bereich.
Dieses Verfahren ist besonders schnell und einfach auszuführen. Das
Temperaturprofil kann somit mittels eines einzigen oder mehrerer
Bilder über
die Fläche des
gesamten Blatts hinweg erfasst werden, wodurch keine große Anzahl
Sensoren bzw. beweglicher Sensoren, die sich über die Fläche des Blatts bewegen, benötigt wird.
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Die
Erfindung bezieht sich darüber
hinaus auf eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens, wobei die
Vorrichtung ein Halteteil mit einer Kontaktfläche umfasst, das so angebracht
ist, dass die Kontaktfläche
die Außenfläche des
Windturbinenblatts abstützen
kann, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie noch Temperaturmessvorrichtungen
umfasst, um die Temperatur über
die Außenfläche des
Windturbinenblatts hinweg zu erfassen.
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Nach
einer Ausführungsform
ist das Halteteil ein Formteil mit einem Formenhohlraum zur Herstellung einer
Blattummantelungshälfte,
wobei die Kontaktfläche
durch die Oberfläche
des Formenhohlraums bereitgestellt wird. Diese Vorrichtung eignet
sich besonders zur Prüfung
der Qualität
unmittelbar nach der Herstellung des Windturbinenblatts, und eignet
sich besonders zur Verwendung im Zusammenhang mit exotherm aushärtenden
Polymeren, bei denen die während
des Aushärtungsprozesses
entstehende Wärme
dazu verwendet wird, das unzureichende Vorhandensein von Polymer
zu erfassen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
können
die Temperaturmessvorrichtungen eine Bahn umfassen, die mit einem
in der Längsrichtung
der Bahn verfahrbaren Temperatursensor versehen ist, wobei die Bahn derart
an der Vorrichtung angebracht ist, dass sie eine Position einnehmen
kann, bei welcher der Temperatursensor die Temperaturschwankungen über die
Außenoberfläche des
Windturbinenblatts hinweg erfassen kann.
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Erfindungsgemäß kann der
Temperatursensor eine Infrarotkamera sein.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
können
die Temperaturmessvorrichtungen eine Bahn umfassen, die mit mehreren
Temperatursensoren versehen ist, die in der Längsrichtung der Bahn angebracht
sind, wobei die Bahn derart an der Vorrichtung angebracht ist, dass
sie eine Position einnehmen kann, bei welcher die Temperatursensoren
die Temperaturschwankungen über
die Außenoberfläche des
Windturbinenblatts hinweg erfassen können.
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Erfindungsgemäß kann der
Temperatursensor aus einer oder mehreren Infrarotkamera/s bestehen.
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Nach
einer Ausführungsform
der Vorrichtung kann das Halteteil auf einem Gestell mit Rädern angebracht
sein, so dass die Vorrichtung zum Transportieren und Lagern des
Windturbinenblatts verwendet werden kann. Diese Ausführungsform
ist besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit dem vorstehenden Verfahren, bei
dem das Windturbinenblatt aus einer ersten Umgebung mit einer ersten
Temperatur, z.B. Außenbereich, zu
einer anderen Umgebung mit einer anderen, höheren Temperatur, z.B. Innenbereich,
oder umgekehrt, gebracht wird, wobei das Blatt mittels der Vorrichtung
aus der ersten Umgebung zu der anderen Umgebung gebracht wird.
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Nach
noch einer anderen Ausführungsform
kann die Vorrichtung nach der Erfindung ein zusätzliches Formteil mit einem
Formenhohlraum zur Herstellung einer weiteren Blattummantelungshälfte umfassen,
wobei die Bahn derart an der Vorrichtung angebracht ist, dass sie
eine Position einnehmen kann, bei welcher der/die Temperatursensor/en
die Temperaturschwankungen über
die Oberfläche
des Formenhohlraums des zusätzlichen
Formteils hinweg erfassen kann/können.
Die beiden Blattummantelungshälften,
welche in einzelnen Formteilen hergestellt werden, werden typischerweise
dadurch verbunden, dass die beiden Formteile zusammengefügt werden.
Nach dem Verbinden erzeugt die Wärmeentstehung
eine Erwärmung
der Oberfläche
des Formenhohlraums des zusätzlichen
Formteils aufgrund des Aushärtens
des exotherm aushärtenden
Polymerklebers. Unmittelbar nach dem Verbinden wird das zusätzliche
Formteil entfernt, und die Oberfläche des Formenhohlraums des
zusätzlichen
Formteils kann leichter zugänglich
sein als die Oberfläche
des Windturbinenblatts.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Ausführungsformen
der Erfindung näher
beschrieben, in denen die Erfindung zur Qualitätsprüfung von Klebeverbindungen
in Windturbinenblättern
eingesetzt wird, wie in den Zeichnungen dargestellt ist:
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1 ist
eine schematische Schnittansicht eines Windturbinenblatts, dessen
Ausrüstung
in einer Position gezeigt ist, bei der die Temperatur der Außenoberfläche des
Windturbinenblatts abgelesen werden kann,
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2 ist
ein Bild zweier gut ausgeführter
Klebeverbindungen, wobei das Bild von einer Infrarotkamera aufgenommen
wurde,
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3 ist
ein Bild, das von einer Infrarotkamera aufgenommen wurde und zwei
mangelhafte Klebeverbindungen zeigt,
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4 ist
eine schematische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung,
und
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5 ist
eine schematische Ansicht eines Abschnitts der Vorrichtung nach
der Erfindung während
des Gebrauchs der Vorrichtung.
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Die besten
Arten und Weisen zum Ausführen
der Erfindung
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Windturbinenblätter werden
typischerweise mittels zweier Blattummantelungshälften aus faserverstärktem Polymer
hergestellt. Wenn sie ausgeformt sind, werden die beiden Hälften entlang
ihrer Ränder
und über
eine oder mehrere Streben verbunden, welche zuvor auf die Innenfläche einer
der Blattummantelungshälften
geklebt wurden. Die andere Blattummantelungshälfte wird dann oben auf den
Streben angeordnet und an diese und entlang deren Ränder geklebt.
Es ist ziemlich einfach, die Streben auf die erste Blattummantelungshälfte zu
kleben, während
sich eine richtige Befestigung der Streben in der anderen Blattummantelungshälfte und
entlang des Rands unter anderem dadurch als schwieriger erweisen
kann, dass die nunmehr geschlossene Struktur eine Prüfung ihres
Inneren, insbesondere an der Blattspitze, behindert. Bei einem Blatt von
ca. 29 Metern kann ein Erwachsener von der Blattwurzel aus nur etwa
10 m in das Blatt kriechen, bevor der Raum zu eng wird.
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1 ist
eine schematische Schnittansicht durch solch ein Windturbinenblatt,
bei dem zwei in der Querschnittsansicht U-förmige Streben 3, 4 auf
die untere Blattummantelungshälfte 2 geklebt
sind, und auch ein Verstärkungselement 5 am
Vorderende des Blatts auf die untere Blattummantelungshälfte 2 geklebt
ist. Dann wird Kleber auf die oberen horizontalen Flansche der beiden
Streben 3, 4, auf einen vorspringenden Abschnitt
des auf die unteren Blatthälfte 2 geklebten
Verstärkungselements 5 und
auf einen Bereich der Innenoberfläche der unteren Blattummantelungshälfte 2 aufgetragen,
der an das Hinterende des fertigen Blatts angrenzt. Die Klebeverbindungen 6 zwischen
den oberen horizontalen Flanschen der Streben 3, 4 und
der Innenfläche
der oberen Blattummantelungshälfte 1 umfassen
einen Klebstoff, der zwischen der oberen Fläche der Flansche und der inneren
Fläche
der Blattummantelungshälfte 1 vorgesehen
ist, und eine Klebefüllung 7 zwischen
den Enden der Flansche und der inneren Fläche der Blattummantelungshälfte 1.
Die Blattummantelungshälften 1, 2 werden
in separaten Formen hergestellt, und die Blattummantelungshälften 1, 2 werden
verbunden, indem die obere Blattummantelungshälfte 1 auf das Formgehäuse der
unteren Blattummantelungshälfte 2 abgesenkt
wird. Dabei ist zu einem Zeitpunkt der Aushärtungsprozess des Klebstoffs
so weit fortgeschritten, dass das Formteil der oberen Blattummantelungshälfte 1 entfernt
werden kann. In diesem Stadium hat die Reaktionswärme des
Klebstoffs die Streben 3, 4 und die obere Blattummantelungshälfte 1 dermaßen erwärmt, dass
diese Wärme
ausreicht, um einen Temperatursensor die Temperatur der Außenfläche des
Blatts messen zu lassen, um eine unvollständige Klebefüllung zu
erfassen. Falls es Bereiche gibt, denen es an Klebstoff mangelt,
werden die entsprechenden Bereiche der Außenfläche des Blatts nicht im selben
Maße wie
die Klebeverbindungsbereiche erwärmt,
die mit ausreichend Klebstoff versehen sind. Diese Art von Qualitätsprüfung verlängert die
Produktionszeit nicht, da sie in einem Stadium durchgeführt werden
kann, bei dem das Blatt in manchen Fällen im unteren Formteil angeordnet
werden und typischerweise ca. drei bis vier Stunden aushärten muss,
bevor es aus der Form entnommen werden kann. Das obere Formteil
kann zum Beispiel nach einer Stunde Aushärtzeit entnommen werden, so
dass die Oberflächentemperatur
der oberen Blattummantelungshälfte 1 gemessen
werden kann.
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Infrarottemperatursensors 9,
der angrenzend an die Außenoberfläche der
oberen Blattummantelungshälfte 1 angeordnet
ist. In der gezeigten Position kann der Infrarottemperatursensor 9 die
Erwärmung
der Oberfläche
der oberen Blattummantelungshälfte
messen, wobei die Erwärmung
vom Klebstoff zwischen dem oberen horizontalen Flansch einer Strebe 3 und
der oberen Blattummantelungshälfte 1 hervorgerufen
wird.
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Der
Temperatursensor 9 ist in Form eines Infrarotsensors dargestellt,
der die Infrarotwärmestrahlung erfasst,
die von der Außenoberfläche der Blattummantelungshälfte 1 abgegeben
wird. Nach einer besonderen Ausführungsform
kann der Temperatursensor aber auch aus einer Infrarotkamera bestehen,
was insofern vorteilhaft ist, als vergleichsweise große Bereiche
und wahlweise mehrere Klebeverbindungen gleichzeitig erfasst werden
können. 1 stellt
solch eine Infrarotkamera 11 dar, deren Objektiv auf die
Außenoberfläche der
oberen Blattummantelungshälfte 1 gerichtet
ist.
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2 zeigt
ein von einer Infrarotkamera aufgenommenes Bild, worin die beiden
Klebeverbindungen 6 klar sichtbar sind und sich im Wesentlichen
durchgehend als Lichtstreifen, d.h. erwärmte Bereiche, erstrecken. Es
ist auch offensichtlich, dass in dem photographierten Bereich eine
wirksame Anhaftung erzielt wurde.
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3 zeigt
ein Bild, das dem in 2 gezeigten entspricht, wobei
die Klebeverbindungen 6 aber insofern unvollständig sind,
als in den durch F angezeigten Bereichen eine ungenügende Klebstoffmenge
auf der unteren Fläche
der oberen Blattummantelungshälfte 1 vorgesehen
wurde, was zu einer mangelhaften Verbindung in diesen Bereichen
führt.
In der oberen Hälfte
von 3 sind vier benachbarte Streben auf der Innenfläche der
oberen Blattummantelungshälfte 1 angeordnet,
weshalb eine einzige breite Klebeverbindung 13 vorgesehen
ist.
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Die
Klebeverbindung hat eine Nenndicke von 4 mm, kann aber aufgrund
von Toleranzen zwischen 1 mm und 10 mm variieren. Erfolgreiche Tests
wurden mit dem auf Polyester basierenden Klebstoff FI 184 der Firma
Reichold durchgeführt.
Andere Arten von Klebstoff, z.B. auf Epoxid- oder Polyurethanbasis,
können ebenfalls
verwendet werden.
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Tests
haben gezeigt, dass in der Praxis ein 5 mm dicker, glasfaserverstärkter Polyesterkörper für Infrarotstrahlen
undurchlässig
ist. Folglich wird der Wärmeanstieg,
der auf der Fläche
des Körpers
gemessen wird, die der Klebeverbindung entgegengesetzt ist, durch
einen Wärmedurchlass
durch den Körper
hervorgerufen. Aufgrund der Wärmekapazität und der
Dicke des Körpers
ist die Erwärmung
der entgegengesetzten Fläche
des Körpers
in Bezug auf die exotherme Reaktion im Klebstoff verzögert.
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Zum
Ausführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann eine Infrarotkamera des Typs Flir Therma CAM PM 695 der Firma
Ashtead Technology verwendet werden. Diese Kamera hat bei 30°C eine Mindestauflösung von
0,08°, was
für die
Herstellung von Windturbinenblättern
insofern ausreicht, als Tests gezeigt haben, dass der Temperaturunterschied
zwischen einer richtigen Klebeverbindungsfüllung und einer unvollständigen Klebeverbindungsfüllung typischerweise
1–2°C beträgt.
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Die
Dicke der Blattummantelung liegt typischerweise zwischen 5 und 100
mm. Solch eine Ummantelungsdicke bietet eine vergleichsweise hohe
Wärmekapazität, welche
zusammen mit den Wärmedurchlasseigenschaften
des Verbundmaterials zu einem vergleichsweise langandauernden Wärmeanstieg
führt,
weshalb eine Qualitätskontrolle
selbst noch mehrere Stunden später
durchgeführt
werden kann. Tests mit einem Blatt von 29 m haben gezeigt, dass
sogar schon nach zwei Stunden eine voll ausreichende Qualitätskontrolle
durchgeführt
werden kann. Die Qualitätskontrolle
kann somit zu einer Zeit durchgeführt werden, die andere Produktionsstufen
nicht stört.
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Falls
die Kamera 11 weiter vom Blatt weg angeordnet ist als in 1 gezeigt
ist, wären
die Klebeverbindung 10 am vorderen Rand des Blatts und
die Klebeverbindung 8 am hinteren Rand des Blatts auf demselben
Bild wie die Klebeverbindungen 6 sichtbar gewesen.
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In
der gezeigten Ausführungsform
wird das erfindungsgemäße Verfahren
dazu verwendet, Klebeverbindungen zu prüfen. Das Verfahren nach der
Erfindung kann aber auch dazu eingesetzt werden, Blattummantelungen
als solche zu prüfen,
um festzustellen, ob diese mit Harz (exotherm aushärtendem
Polymer) ausgefüllt
wurden. Wie vorstehend erwähnt,
werden die Blattummantelungen typischerweise durch Vakuuminfusion hergestellt,
bei welcher Fasermatten in den Hohlräumen der Formteile angeordnet
werden, woraufhin ein Vakuumbeutel oben auf den Fasermatten angeordnet
wird. Indem ein Vakuum im Hohlraum zwischen der Innenfläche des
Formteils und dem Vakuumbeutel erzeugt wird (typischerweise 80–90%), wird
Harz eingesaugt und füllt
den Hohlraum, der das Fasermaterial enthält. Um eine optimale Harzverteilung
zu erhalten, werden oftmals sogenannte Verteilerschichten und -kanäle zwischen
dem Vakuumbeutel und dem Fasermaterial verwendet. In diesem Zusammenhang
ist die Positionierung der Harzeinlässe und der Vakuumkanäle wichtig.
Es ist jedoch oft schwierig, eine vollständige Verteilung des Harzmaterials
auf dem gesamten Formenhohlraum sicherzustellen, und es treten sogenannte
trockene Stellen auf, d.h. Fasermaterial enthaltende Bereiche, die
unzureichend mit Harz imprägniert
sind. Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich insofern besonders
zum Prüfen
der Harzbefüllung,
als solche trockenen Stellen als dunkle oder helle Bereiche auf
den Bildern erfassbar sind, die von einer Infrarotkamera aufgenommen
werden. Die Kontrolle kann beispielsweise nach Abschluss des Füllprozesses
vorgenommen werden, wobei die Bilder von der Innenseite des Blatts
aus, vor oder nach dem Entfernen des Vakuumbeutels gemacht werden.
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Trockene
Stellen angrenzend an die Außenfläche der
Blattummantelung könnend
dadurch geprüft werden,
dass die Außenfläche der
Blattummantelung nach der Entnahme aus der Form photographiert wird. Optional
kann das obere Formteil angehoben werden, damit die obere Blattummantelungshälfte photographiert
werden kann, wonach das obere Formteil wieder geschlossen und die
Form dann um 180° gedreht
wird, so dass derselbe Vorgang im Hinblick auf die untere Blattummantelungshälfte durchgeführt werden
kann.
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Die
Klebeverbindungen 6 zwischen den Streben 3, 4 und
der unteren Blattummantelungshälfte 2 und die
Verbindungen zwischen dem Verstärkungselement 5 und
der unteren Blattummantelungshälfte 2 können auch
von der Innenseite der unteren Blattummantelungshälfte her
photographiert werden, bevor die obere Blattummantelungshälfte 1 darauf
angeordnet wird.
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Erfindungsgemäß kann die
Klebeverbindung geprüft
werden, indem die Temperatur der Innenfläche des Formteils gemessen
wird, das bei der Herstellung der Blattummantelung verwendet werden
soll. Die Oberfläche
des Formteils wird somit während
oder nach dem Aushärtungsprozess
des Klebstoffs erwärmt,
da sie während
des Aushärtungsprozesses
an die Außenfläche der
Blattummantelung anstößt. Die
Güte der
Klebeverbindung kann somit geprüft
werden, nachdem das Blatt bzw. die Blattummantelung aus dem Formteil
entnommen wurde, was in Bezug auf die Produktion vorteilhaft ist.
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4 ist
eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von
Windturbinenblättern,
wobei die beiden Blattummantelungshälften 1, 2 jeweils
durch Vakuuminfusion in einer separaten Form 16, 17 hergestellt
werden. In der dargestellten Ausführungsform sind die beiden
Formteile 16, 17 mittels einer Anlenkung 18 derart
miteinander verbunden, dass, wenn das Formteil 16 um die Anlenkung 18 gedreht
wird, die obere Blattummantelungshälfte 1 oben auf der
unteren Blattummantelungshälfte 2 angeordnet
werden kann, um sich mit dieser zu verbinden. Die gezeigte Vorrichtung
umfasst Temperaturmessvorrichtungen in Form zweier Bahnen 14,
welche über
Ausleger 19 entweder auf der Außenfläche der oberen Blattummantelungshälfte 1 oder
auf der Innenfläche 15 des
Formenhohlraums des Formteils 16 angeordnet werden können. Ein
Infrarottemperatursensor 9 erstreckt sich von jeder der
Bahnen 14, wobei der Sensor in der Längsrichtung der Bahn verfahrbar
ist, um Temperaturschwankungen entlang der Außenfläche der Blattummantelungshälfte 1 oder
der Oberfläche
des Formenhohlraums 15 zu erfassen. Es wurde nicht dargestellt,
wie die Temperaturmessvorrichtungen an der Außenfläche der Blattummantelungshälfte 1 bzw.
der Oberfläche
des Formenhohlraums 15 angebracht sind, dies kann aber
mittels eines Hebelarmsystems geschehen, welches wahlweise ferngesteuert ist.
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5,
welche einen Schnitt entlang der Linie V-V von 1 zeigt,
ist eine schematische Ansicht eines Teils der in 4 gezeigten
Vorrichtung in Betrieb. Wie durch den Doppelpfeil P dargestellt
ist, kann der Infrarotsensor 9 in der Längsrichtung auf der Bahn 14 verfahren
werden. Die nichtschraffierten Bereiche F der Klebeverbindung 6 zwischen
der oberen Blattummantelungshälfte 1 und
dem oberen horizontalen Flansch einer Strebe 3 stellen
Teile der Klebeverbindung 6 dar, wo nicht genügend Klebstoff
vorhanden ist, oder worin ein Luftspalt zwischen dem Klebstoff und
der Innenfläche
der oberen Blattummantelungshälfte
besteht. Die Außenfläche der
Blattummantelungshälfte 1 wird
somit in diesen Bereichen erwärmt,
was vom Temperatursensor 9 erfasst wird. Anstelle von Infrarotsensoren
können
auch andere Sensorarten wie Thermoelemente zum Einsatz kommen. Die
Thermoelemente müssen
mit der erwärmten
Oberfläche
in Berührung
sein.
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Der
von der Firma Reichold hergestellte und auf Polyester beruhende
FI 184 wurde als exotherm aushärtender
Klebstoff verwendet. Die Klebeverbindung hat typischerweise eine
Nenndicke von 4 mm, kann aber zwischen 1 mm und 10 mm schwanken.
Solch eine Klebeverbindungsdicke stellt sicher, dass während des Aushärtungsprozesses
genügend
Wärme entsteht,
damit eine zufriedenstellende Messung der Temperaturschwankungen
auf der Außenfläche der
Blattummantelung aufgrund des Wärmedurchlasses
durch die Blattummantelung erfolgen kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich besonders im Zusammenhang mit Klebstoffmaterialen, die
auf kalthärtenden
Polyesterarten beruhen, wie Epoxidharz oder Polyurethan. Es können auch
andere Klebstoffarten verwendet werden, die auf exotherm aushärtendem
Polymer beruhen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt. Die
Temperaturmessvorrichtungen der Vorrichtung können beispielsweise in die
Formteile eingebettet oder hinten an den Mantelkörpern angebracht sein, die
den Formenhohlraum der Formteile bilden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, sondern
kann auch bei anderen Her stellungsverfahren eingesetzt werden, bei
denen ein aushärtendes
Polymermaterial verwendet wird, z.B. Spritzgießen.
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Wie
vorstehend beschrieben, wurde die Wärmeerzeugung genutzt, die durch
exothermes Aushärten des
Polymers hervorgerufen wird. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung
kann das unzureichende Vorhandensein von Polymer auch dadurch bestimmt
werden, dass das Windturbinenblatt einer externen Kälte- oder
Wärmequelle
ausgesetzt wird, z.B. indem eine Heizmatte auf der Oberfläche des
Blatts angeordnet wird.
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Eine
anschließende
Messung der Temperatur zeigt, dass die Temperatur an "trockenen Stellen" bzw. nicht ausgefüllten Klebeverbindungen
langsamer sinkt, wobei die Wärme
aus diesen Bereichen mit keiner hohen Geschwindigkeit ausgeleitet
wird.
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Bei
einem anderen Verfahren wird das Windturbinenblatt eine zeitlang
in einer Umgebung mit einer ersten Temperatur angeordnet, z.B. Außenbereich,
und danach in eine Umgebung mit einer anderen Temperatur, z.B. Innenbereich,
gebracht, wobei sich "trockene
Stellen" in der
Blattummantelung und/oder nicht ausgefüllte Bereiche der Klebeverbindungen
aufgrund des reduzierten Wärmedurchlasses
schneller erwärmen.
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Bei
diesen beiden Verfahren ist es natürlich nicht von Bedeutung,
ob das verwendete Polymer exotherm aushärtet oder nicht. Das Verfahren
kann zu jedem Zeitpunkt eingesetzt werden, d.h. auch eine lange Zeit
nach der Herstellung des Blatts.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Verfahren
und Vorrichtung zum Prüfen
der Qualität
eines Windturbinenblatts, welche eine Blattummantelung (1, 2)
aus faserverstärktem
Polymer und Bereiche umfasst, denen eine flüssige oder viskose, aushärtbare Polymerverbindung
(6, 7, 8, 10) zugeführt wurde.
Das Windturbinenblatt wird Wärme
oder Kälte
ausgesetzt, die Temperaturschwankungen werden über einen Bereich der Oberfläche des
Windturbinenblatts hinweg erfasst, und die Teile eines Bereichs
mit ungenügend
vorhandenem Polymer werden bestimmt, wobei deren Temperatur sich
von derjenigen der Teile eines Bereichs unterscheidet, die Polymer
enthalten.
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