DE60203804T3

DE60203804T3 - Windturbinenblatt

Info

Publication number: DE60203804T3
Application number: DE60203804.9T
Authority: DE
Inventors: Ole Gunneskov; Nicholas Barlow; Mark Hancock; Tomas Vronsky
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2022-07-20
Also published as: ES2574779T3; DK3219981T3; CA2454038C; EP3219981B1; EP1520983A1; AU2002354986B2; ES2240828T3; EP3219981A1; DK1746284T3; EP1417409B1; DK1746284T4; WO2003008800A1; ES2240828T5; EP1417409B2; US20070183888A1; CN1975152B; CN1975152A; DK1417409T4; EP1417409A1; EP1520983B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Blatt für Windturbinen, wobei in diesem Blatt die Umfangsschicht des Querschnitts des Blatts
Hintergrund der Erfindung
Windturbinenblätter werden heutzutage hergestellt, die einen tragenden mittleren Innenbalken aufweisen, der für gewöhnlich einem hohlen, quadratischen Querschnitt aufweist und aus einem Glasfaser- und Harzverbundstoff besteht, der durch zwei Schalen umgeben ist, die die obere und die untere Außenfläche des Blatts bilden und dessen aerodynamische Eigenschaften bestimmen.
Die Schalen können aus einer einzelnen Schicht bestehen oder mindestens längs eines Teils des Umfangs aus einer Sandwichkonstruktion bestehen, die zwei parallele Schichten aus Glasfasern und Harz aufweisen, die einen Raum dazwischen aufweisen, der mit z. B. einem Polyurethanschaum gefüllt ist. Diese Verwendung eines Holzmaterials, um die Innenseite einer Einzelschichtschale zu verstärken oder den Raum einer Sandwichkonstruktion zu füllen, ist wohlbekannt.
Es wird erkannt, daß die Kräfte und das Drehmoment mit der zunehmenden Länge der Blätter stark zunehmen und daß ebenso die Festigkeit und Steifigkeit des inneren Balken für die bekannten Blätter stark erhöht werden muß, da die Schalen nur wenig zu den gesamten Lasttrageeigenschaften des Blatts beitragen.
Damit die Schale einen wesentlichen Teil der Kräfte des inneren Balkens trägt, benötigen die oben erläuterten Strukturen, die mit Holzmaterial verstärkt sind, für größere Abmessungen der Blätter eine Dicke der Holzschicht, die das Gewicht des Blatts merklich erhöhen würde, was folglich erhöhte Belastungen des Blatts verursacht.
US 5,375,324 offenbart ein ziehstranggepreßtes Verbundstoffblatt für einen Darrieus-Rotor mit Vertikalachse. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Blatts offenbart. Das Blatt besteht aus einer Verbundstoffstruktur mit einem gleichmäßigen Querschnitt mit Verstärkungsfasern, von denen sich mindestens einige parallel zur einer Längsmittelachse und durchgehend von Ende zu Ende verlaufen. Das Verbundstoffblatt wird gerade ziehstranggepreßt, und bei der Installation wird das Blatt elastisch in eine gekrümmte Form gebogen.
US 4,643,647 offenbart ein hohles Propfan-Flügelblatt, das mit Nuten versehen ist, die sich zwischen seinem Fuß- und Spitzenabschnitten erstrecken. Die Nuten enthalten Filamente, die in ein Harzmatrixmaterial eingeschlossen sind und an den Fuß- und Spitzenabschnitten verankert sind. Die Filamente sind so angeordnet, daß sie eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um jeden Flügelabschnitt des Blatts im Fall eines strukturellen Ausfalls desselben zu binden.
US 4,474,536 offenbart ein hohles Windturbinenblatt und dergleichen, das aneinanderstoßende Blattabschnitte mit nasenbildenden Streifen und zusammenlaufenden Wänden aufweist, die mit den Enden der nasenbildenden Streifen verbunden sind, und ein Verfahren zu deren Herstellung, das die Bearbeitung der gegenüberliegenden Stirnwände der aneinanderstoßenden Blattabschnitte, um eine präzise Ausrichtung derselben bereitzustellen, die eine bündige Verbindung bereitstellt, wenn die Abschnitte aneinandergestoßen werden, eine Klebeverbindung der Blattabschnitte in einer aneinanderstoßenden Beziehung und Aushärtenlassen der Klebung, Schneiden von verbundenen Spleißaufnahmeschlitzen in die nasenbildenden Streifen, und Einsetzen klebend verbindender Spleißeinsätze in die Schlitze, die die Schlitze an ihrem Ort befestigen, aufweist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Windturbinenblatt mit den Eigenschaften lamellierter Erzeugnisse bereitzustellen, d. h. einer hohen Festigkeit im Vergleich zur Materialmenge und niedrigen Herstellungskosten verglichen mit massiven Produkten, wobei jedoch die Festigkeit verglichen mit den Herstellungskosten des Blattes verglichen mit Blättern des Stands der Technik stark erhöht ist.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe kann durch ein Blatt gemäß Anspruch 1 gelöst werden.
Unter dem Ausdruck „ein wesentlicher Längsteil” wird ein Teil verstanden, der sich über mindestens ein Drittel der Gesamtlänge des Blatts von der Spitze zur Nabe erstreckt, vorzugsweise über mindestens die Hälfte der Gesamtlänge des Blatts. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen 60–85% der Gesamtlänge, wie etwa 70%, eine solche Schicht auf.
Dadurch können die optimalen Materialeigenschaften erhalten werden, indem unterschiedliche Arten von Streifen kombiniert werden, wie ziehstranggepreßte Faserverbundstoffstreifen, die unterschiedliche Fasern, wie Kohlenstoff-Fasern, Glasfasern und/oder Naturfasern aufweisen, Holzstreifen, Verbundstoffstreifen, die als Hohlrohre augebildet sind, usw. Jeder Typ der Streifen ist sehr viel einfacher und folglich kostengünstiger herzustellen, als ein ganzes Blatt zu bilden, und die Streifen können durch geeignete Verfahren verbunden werden, wie durch die Injektion von Harz oder durch eine Vakuumaufguß von Harz.
Erfindungsgemäß kann ein Windturbinenblatt erhalten werden, das die Kräfte und das Drehmoment auf den inneren Balken reduziert. Außerdem versieht die Festigkeit gegen Zug- und Kompressionskräfte in einer Schicht nahe des Außenumfangs der Schale das Blatt mit einer verbesserten strukturellen Leistungsfähigkeit bezüglich einer Biegeform senkrecht zur Kante.
Mindestens einige der vorgefertigten Streifen bestehen aus ziehstranggepreßtem Faserverbundmaterial, wie Kohlenstoff-Harz.
Dadurch wird eine Konstruktion mit einer ausgezeichneten Steifigkeit erhalten, die jedoch nicht für eine Knickung anfällig ist. Folglich kann die innere Struktur des Blatts aus einer leichteren Konstruktion bestehen, indem z. B. der für gewöhnlich verwendete innere Balken mit einem quadratischen Querschnitt durch zwei leichtere Stege an der Vorderkante bzw. der Hinterkante ersetzt wird.
Die Umfangsschicht kann in einer bevorzugten Ausführungsform durch Injektion von Harz oder durch einen Vakuumaufguß von Harz aufgebaut werden. Die Verwendung eines Harzaufgusses führt zu einem schnellen, gesunden und sicheren Herstellungsverfahren, wobei keine oder nur sehr wenige Hohlräume im Harz hinterlassen werden. Eine Begrenzung der Anzahl der Hohlräume vermindert die anschließende Fertigbearbeitung. Es wird eine sehr kleine Menge der Fasern im Blatt tatsächlich eingegossen. Das Harz ist eher hauptsächlich ein Leim als eine Matrix. Dies führt zu einer Struktur, die toleranter für irgendwelche möglichen Hohlräume ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Blatt über einen wesentlichen Längsteil eine Schicht längs des Außenumfangs seines Querschnitts auf, wobei die Schicht mindestens teilweise durch Streifen eines Holzmaterials und Streifen eines Faserverbundmaterials in einer abwechselnden Aufeinanderfolge längs des Außenumfangs gebildet wird.
Dadurch kann die ausgezeichnete Steifigkeit von Faserverbundmaterialien und der hohe Festigkeit gegen Knickung von Holzmaterialien kombiniert werden, um eine Schale mit geeigneten Eigenschaften in einer wirtschaftlichen Weise zu erzielen.
Mindestens einige Streifen sind aus einem Holzmaterial, wobei vorzugsweise Sperrholz als das Holzmaterial verwendet wird, und Naturfaser-Ziehstrangpreßteile, vorzugsweise Kohlenstoff-Faser-Ziehstrangpreßteile, als das Faserverbundmaterial.
Die Vorteile, die durch diese Ausführungsform erhalten werden, sind, daß die Materialien kompatibel sind und beide niedrige thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Beide Materialtypen funktionieren bei einem ähnlich niedrigen Bereich von Dehnungen, was verglichen mit dem Gewicht der Blätter zur Möglichkeit von steiferen Blättern führt. Außerdem können natürliche Fasern für eine Knickung anfällig sein, und obwohl Holz sperrig ist, ist Holz nicht für eine Knickung anfällig, so daß auch aus diesem Grund die beiden Materialtypen sehr komplementär sind.
Die Streifen können im allgemeinen aus Holz, Schichtholz, Ziehstrangpreßteilen aus irgendeiner synthetischen oder natürlichen Faser mit irgendeinem wärmeaushärtenden, thermoplastischen, synthetischen oder natürlich abgeleiteten Harz, Schaumstoff, leichten Kernmaterialien in jeder Proportion bestehen. Mindestens einige der vorgefertigten Streifen bestehen vorzugsweise aus einem Faserverbundmaterial. Die Fasern des Fasermaterials können aus jeder bekannten Faser, die geeignete Eigenschaften aufweist, um den Holzverbundstoff zu verstärken, wie Kohlenstoff-Fasern, Glasfasern, Kevlar-Fasern, natürlichen Fasern, z. B. aus Hanf oder Flachs, Kokosfasern usw. oder jeder Kombination daraus bestehen.
Zum Beispiel weist Kohlenstoff eine höhere Dehnung bis zum Ausfall als Holz auf. Kohlenstoff dient als ein Versteifungsadditiv, jedoch versagt Holz zuerst. Dies ist bei der Abschnittprüfung ausgenutzt worden, um die Festigkeit von Kohlenstoff und Holz getrennt zu prüfen. Die Zugabe von Kohlenstoff und folglich die Möglichkeit, dünnere Häute zu verwenden, kann die Hautknickgrenzwerte reduzieren.
Kohlenstoff-Fasern sind verhältnismäßig kostspielig, jedoch ist Holz billig und kann den Bereich des Blatts abdecken, was sehr niedrige Kosten nach sich zieht. Holz erzeugt jedoch selbst dicke uneffiziente Häute in hoch belasteten Blättern. Kohlenstoff-Fasern, kombiniert mit Holz, können dünnere Häute erzeugen, die strukturell effizient und zufriedenstellend sind. Außerdem ist Holz sehr defekttolerant. Der Anteil des gesamten Querschnittsbereichs der Schale, der aus Faserverbundmaterial besteht, liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 3% bis 30%. In dem Teil des Blatts, das den höchsten Anteil des Fasermaterials aufweist, liegt er bevorzugter im Bereich von 6% bis 20%.
Desgleichen liegt der gesamte Querschnittsbereichs der Schale, der aus Fasern besteht, vorzugsweise im Bereich von 2% bis 20%, und bevorzugter im Bereich von 4% bis 15%.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden mindestens einige der Streifen durch Hohlrohre gebildet, die aus einem Faserverbundmaterial bestehen. Dadurch wird Material und Gewicht eingespart, während vorteilhafte strukturelle Eigenschaften erhalten werden können.
Mindestens einige der Streifen der Faserverbundmaterials sind Ziehstrangpreßteile, d. h. Streifen, die durch Ziehstrangpressen einer Mischung aus Fasern und einem Matrixmaterial hergestellt werden, das nach dem Ziehstrangpressen ausgehärtet wird, wie ein verarbeitbares Harz, z. B. Vinylester. Dadurch wird ein Streifen mit geraden Fasern und einem niedrigen Hohlraumanteil erhalten. Außerdem kann ein niedriger Harzgehalt erhalten werden, was zu eine geringen Schrumpfung und schnellen Aushärtung führt.
Es ist folglich vorteilhaft, daß die Ziehstrangpreßteile eine Ziehstrangpreßrichtung aufweisen, die im wesentlichen mit einer Längsrichtung des Blatts ausgerichtet ist, wobei in dieser Richtung die Eigenschaften der Fasern benötigt werden. Jedoch sind Ziehstrangpreßteil-Endverbindungen Spannungserhöher, so daß diesen bei der Konstruktionselementprüfung eine besondere Aufmerksamkeit gegeben wird.
Das Faserverbundmaterial weist vorteilhafterweise einen Faservolumenbruchteil von 50% bis 90% auf, vorzugsweise von 60% bis 80%. Insbesondere kann das Faserverbundmaterial einen Kohlenstoff-Faservolumenbruchteil von 50% bis 90%, vorzugsweise von 60% bis 80% aufweisen.
Mindestens einige der vorgefertigten Streifen bestehen aus einem Holzmaterial, da Holzmaterialien niedrige Kosten und ein geringes Gewicht aufweisen, und die Materialeigenschaften des Holzmaterials können vervollständigt werden, um die erforderlichen Blattmaterialeigenschaften zu bilden, indem es mit Streifen anderer Materialarten, wie Faserverbundmaterialien kombiniert wird. Das Holzmaterial kann aus Streifen aus Holz bestehen, die falls notwendig in die Längsrichtung des Blatts miteinander verleimt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform setzt aufgrund der homogenen Materialeigenschaften Sperrholz, insbesondere unidirektionales Sperrholz als Holzmaterial ein. Ein anderer Typ Holzmaterial, der eingesetzt werden kann, besteht aus Holzfasern, die in einem ausgehärteten Harz gehalten werden. Das Holz sieht dieselben Normalspannungen, daher ist es möglich, neue Verbindungsmuster und Leime zu verwenden, wobei bestehende Gestaltungszulässigkeiten verwendet werden, und man immer noch der Struktur des Holzmaterials sicher ist.
Die Schicht wird mindestens teilweise durch Streifen eines Holzmaterials und Streifen eines Faserverbundmaterials in einer Aufeinanderfolge längs des Außenumfangs gebildet. Die Aufeinanderfolge kann vorzugsweise eine abwechselnde Aufeinanderfolge von Streifen eines Holzmaterials und Streifen eines Faserverbundmaterials sein. Die abwechselnde Aufeinanderfolge erstreckt sich vorzugsweise nur über einen Teil des kompletten Umfangs des Blatts.
Es ist vorteilhaft, daß die erläuterte Schicht ein Teil einer Sandwichkonstruktion ist, wie vorhergehend erläutert, d. h. in einer Außenschale und einer Innenschale eingeschlossen ist, die aus einem Faserverbundmaterial, wie einem Glasfasergewebe besteht, das durch ein ausgehärtetes Kunstharz gehalten wird.
Arten der Proben:

Minibalken – 1-Balken, 2,5 m lang mal 150 mm mal 150 mm (25 mm dicke Flansche) mit Halbumfangshäuten. Enthält Ziehstrangpreßteilenden, Fehler, Holzverbindungen.
6 m × 1,2 m-Flügeltyp A, dazu bestimmt, bei direkter Überlastung zu versagen, wobei Häute, Vorder- und Hinterkanten-Verbindungen geprüft werden. Typ-B-Probe mit verhältnismäßig dünnen Häuten für Knickuntersuchungen.
31 m Blatt – Ein Blatt, das in der A131-Form mit denselben Fußbefestigungen wie AL40 (72×M30-Befestigungen) aufgebaut ist, mit Häuten, die mit einer ähnlichen Verteilung von Holz und Kohlenstoff wie AL40 aufgebaut ist, Doppelstegen und ähnlicher Vorderkantenverbindung.

Konstruktionselement-Prüfung

Element	Test	Prüfung
Minibalken	3-Punkt-Biegung statisch	Festigkeit der Häute, Verbindungen in Holz und Ziehstrangpreßteil-Enden
6 m Flügel ‚A' dicke Häute	4-Punkt-Biegung statisch	Vorderkantenverbindung, Stege und Verbindungen in der Haut.
6 m Flügel ‚B' dünne Häute	4-Punkt-Biegung statisch	Knicktheorie mit gekrümmten Häuten
31 m Blatt	Freiträgerbiegung statisch senkrecht zur Kante	Steifigkeit, Frequenz, Dämpfung, (Last bis 1,35 max. Dehnung wie AL40, Verteilung wie A131).
	Freiträgerbiegung statisch senkrecht zur Platte	Wie senkrecht zur Kante oben, jedoch 1,5 max. Dehnung wie AL40, Verteilung wie A131. Bolzenringbiegung (dehnungsgemessen)
	Freiträgerbiegungsermüdung senkrecht zur Platte	Beschleunigter Ermüdungsbereich. Angestrebt 1 Millionen Zyklen, um A140-Lebendauerdehnungsdurchlauf zu simulieren.
	Statisch senkrecht zur Platte bis zum Ausfall	Ausfallart und Grenzen
	Fußbefestigung statisches Herausziehen und Ermüdung	Bestätigung der Fußbefestigungsfestigkeitsgrenzwerte

40 m Blatt-Test

Freiträgerbiegung statisch senkrecht zur Kante	Steifigkeit, Frequenz, Dämpfung, Prüflast zum 1,35-Extrem.
Freiträgerbiegung statisch senkrecht zur Platte	Wie senkrecht zur Kante über Prüflast bis zum 1,35-Extrem. Bolzenring-Biegung (dehnungsgemessen)
Freiträgerbiegung Ermüdung senkrecht zur	Ermüdungsbereich. Angestrebt 5 Millionen
Platte	Zyklen äquivalent zur Lebensdauer mit 1,35 Belastungsfaktor.
Freiträgerbiegungsermüdung senkrecht zur	Ermüdungsbereich. Angestrebt 5 Millionen
Kante	Zyklen äquivalent zur Lebensdauer mit 1,35 Belastungsfaktor.
Statisch senkrecht zur Platte bis zum Ausfall	Ausfallart und Grenzen

Abschnittsprüfung

Material	Test	Prüfung
Kohlenstoff-Ziehstrangpreßteil	Zug/Kompression statischer & Ermüdungs-CRAG-Test	Kohlenstoff-Grenzwerte sehr hoch
Holz	Zug/Kompression statisch & Ermüdung AL-Typ-Probe	Holzverbindungen funktionieren ebenso gut oder besser als frühere Verbindungstypen
Kohlenstoff mit Holz	Statischer Kompressions-Standard-Holztest	Kohlenstoff wirkt wie vorhergesagt mit Holz in der niedrigsten Festigkeitsdruckbeanspruchung

Die Erfindung kann ein Blitzschutzsystem enthalten, das zwei möglicherwiese austauschbare Blitzrezeptoren vorzugsweise nahe der Spitze aufweist. Einer der Blitzrezeptoren ist auf der Windseite angeordnet, und der andere Blitzrezeptor ist auf der Leeseite angeordnet. Beide sind mit einer Breite des Aluminiumgeflechts oder eines ähnlichen Materials verbunden, das sich über den faserverstärkten Bereich unter der Oberflächenschicht der Gelschicht des Blatts erstreckt, und werden zum Fuß des Blattes heruntergeführt, wo es geerdet ist.
Es kann optional ein Absorptionsmedium für Hochfrequenz, z. B. eines Radarsignals, mit den Rest der Struktur eingegossen werden. Es ist außerdem möglich, optische Fasern in das Blatt einzubetten, entweder zusätzlich zu den Verstärkungsfasern oder als Ersatz für die Verstärkungsfasern. Optische Fasern können verwendet werden, um Belastungen an und in der Oberfläche des Blatts während des Betriebs der Windturbine zu messen.
Alternativ kann eine Widerstandsmessung der Kohlenstoff-Fasern verwendet werden, um die Belastungen an oder innerhalb der Oberfläche des Blatts zu messen. Auch können die Kohlenstoff- Fasern, die zur Messung solcher Belastungen verwendet werden, eine oder mehrere der Verstärkungsfasern sein oder können Kohlenstoff-Fasern zusätzlich zu den Verstärkungsfasern sein und zur Messung dieser Belastungen bestimmt sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in den beigefügten Zeichnungen gezeigt, von denen
1 ein Querschnitt eines Blatts ist, das eine Schicht aufweist, die aus Streifen aus Sperrholz in abwechselnder Aufeinanderfolge mit Streifen eines Faser-Ziehstrangpreßteils besteht,
2a ein Querschnitt eines Blatts ist, das ähnlich zu dem Blatt der 1 ist, das eine andere Verteilung längs des Umfangs der Teile mit Ziehstrangpreßstreifen aufweist,
2b eine Draufsicht eines Blatts zeigt, das ähnlich zu dem Blatt ist, das im Querschnitt in 2a gezeigt wird, das folglich eine ähnliche Verteilung längs des Umfangs der Teile mit Ziehstrangpreßstreifen aufweist,
2c eine Photographie der Oberfläche des Blatts der 2a ist, wobei die Außenschale aus Verbundmaterial entfernt ist, und
3 das Vakuumharzaufguß-Verfahren veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Das Blatt, das im Querschnitt in 1 gezeigt wird, weist eine Schicht auf, die aus 40 × 40-Millimeter-Streifen aus Birkensperrholz 1 in abwechselnder Aufeinanderfolge mit 6 × 40-Millimeter-Streifen eines Kohlenstoff-Faser-Ziehstrangpreßteils 2 besteht. Die Schicht 1, 2 erstreckt sich längs des Mittelteils des Blatts zwischen zwei C-Balken 3, 4 aus einem Verbundstoff aus Glasfasergewebe und Kunstharz, die als LE (Vorderkante) Steg 3 und die TE (Hinterkante) Steg 4 bezeichnet werden und dem mittleren Innenbalken ersetzen, der vorhergehend erläutert wurde. Die Schicht 1, 2 ist zwischen einer inneren Schicht 5 und einer Außenschicht 6 von Glasepoxid-Häuten angeordnet, die die Scherspannung aufnehmen und die Quersteifigkeit des Blatts unterstützen. Der Raum, der zwischen der oberen und unteren Schale, die so durch das Birkensperrholz 1 und das Kohlenstoff-Faser-Ziehstrangpreßteil 2 gebildet werden, und dem LE-Steg 3 und dem TE-Steg 4 definiert ist, ist mit einem Balsaholzkern 7 gefüllt.
Das in den 2a, 2b und 2c gezeigte Blatt ist ähnlich zu dem, was in 1 gezeigt wird, mit der Ausnahme, daß die Verstärkung aus Kohlenstoff-Faser-Ziehstrangpreßteilen 2 nahe den Kontaktbereichen zwischen der oberen und der unteren Schale und dem LE-Steg 3 und dem TE-Steg 4 angeordnet ist, wo die Spannungskonzentration am höchsten ist. In der gezeigten Ausführungsform wird anstelle eine einfachen Stegs ein Doppelsteg verwendet. Dies dient dazu, einen ausreichenden Knickgrenzwert an den Häuten während der Kompression zu ergeben. Außerdem reduziert der vordere Steg die Scherbelastung der Vorderkantenverbindung, was einen kleineren Vorderkantenverbindungsbereich zuläßt. Dies ist während der Herstellung des Blatts vorteilhaft.
Die Technologie ist darin vorteilhaft, daß die Hinzufügung der Faser-Ziehstrangpreßteile zu einer Holzkonstruktion die Steifigkeit der Konstruktion unterstützt. Die Kohlenstoff-Faser-Ziehstrangpreßteile werden nicht über die ganze Blattlänge verwendet, sondern nur in den mittleren 70%, wo es durch die Belastungen erforderlich ist. Der Blatthautquerschnitt kann bis zu 10% der Flächen des Kohlenstoff-Faser-Ziehstrangpreßteils in den stärker belasteten Bereichen betragen, die über den gesamten Holzverbundstoff in der gezeigten Ausführungsform verteilt sind. Die Häute betragen typischerweise 60% der Dicke der Blatthäute, die nur aus Holz bestehen, was das Gewicht reduziert und die strukturelle Leistungsfähigkeit in der kritischen Biegeform senkrecht zur Kante verbessert. Die äußeren und inneren Glasepoxid-Häute werden mit Glasfasern hergestellt, die plus und minus 45 Grad zur Längsrichtung des Blatts orientiert sind.
Ziehstrangpreßteile haben den Vorteil, gerade Fasern und einen niedrigen Hohlraumanteil im Kohlenstoff-Faserverbundstoff selbst sicherzustellen. Außerdem haben Ziehstrangpreßteile den Vorteil, das Blattaufgußverfahren zu beschleunigen, da die feinen Kohlenstoff-Fasern andernfalls beträchtlich mehr Zeit benötigen würden, um gefüllt zu werden. Das Ziehstrangpreßteil weist einen hohen Faservolumenbruchteil von etwa 70% auf, mit einem mittelfesten, jedoch sehr verarbeitungsfähigen Harz, wie zum Beispiel Vinylester. Wenn das Blatt hergestellt wird, wird das Harz vorzugsweise mit einer „Schälschicht” an den zwei Längsseiten versehen, die entfernt wird, um eine saubere texturierte Oberfläche herzustellen, die eine gute Bindung sicherstellt.
Das Herstellungsverfahren einer Schale eines Blatts, das in 3 gezeigt wird, weist die Schritte des Aufbringens einer (nicht gezeigten) Gelschicht auf eine Form 8, der ein Transfermedium 9, wie ein Transfergeflecht folgt, und einem 45-Grad-Glasfasergewebe 10 und (nicht gezeigtes) Epoxid auf die Form, um die Glasepoxid-Außenhaut herzustellen. Danach werden die Holz- und Ziehstrangpreßstreifen 1, 2 angeordnet, und dann wird ein Metallgeflecht 11, wie ein Aluminiumgeflecht für den Blitzschutz aufgebracht. Die Schale wird dann in einen Behälter gewickelt, im gezeigten Verfahren einen Vakuumsack 12, der durch äußere Einrichtungen 13 evakuiert wird. Dann wird ein Harz aus einem Harzreservoir 14 durch Harzkanäle 15 injiziert, die zwischen benachbarten Streifen ausgebildet sind, aus denen sich das Harz durch die gesamte Konstruktion durch das Vakuum angetrieben ausbreitet. Ein allgemeines Harz, das für den Aufguß verwendet wird, ist Prime 20 vor SP Systems. Nach der Aushärtung des Harzes wird eine Glasepoxid-Innenhaut 16 auf den Holz- und Ziehstrangpreßstreifen 1, 2 hergestellt.

Claims

Blatt für eine Windturbine, wobei mindestens ein Drittel der Gesamtlänge, gemessen von der Spitze zur Nabe, des Blatts eine Schicht (1, 2) längs eines Außenumfangs des Querschnitts des Blatts aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (1, 2) mindestens teilweise durch eine Anzahl vorgefertigter ziehstranggepresster Streifen (2) eines Faserverbundmaterials und Streifen eines Holzmaterials gebildet wird, die in einer Aufeinanderfolge längs des Außenumfangs angeordnet sind.
Blatt nach Anspruch 1, wobei die Streifen der Außenschicht (1, 2) mittels eines Harzaufgusses verbunden sind.
Blatt nach Anspruch 2, wobei die Streifen der Außenschicht (1, 2) mittels eines Vakuumaufgusses eines Harzes verbunden sind.
Blatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens einige der vorgefertigten ziehstranggepressten Streifen (2) durch Hohlrohre gebildet werden, die aus einem Faserverbundmaterial ausgebildet sind.
Blatt nach Anspruch 4, wobei die ziehstranggepressten Streifen (2) eine Ziehstrangpressrichtung aufweisen, die im Wesentlichen mit einer Längsrichtung des Blatts ausgerichtet sind.
Blatt nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei das Faserverbundmaterial einen Faservolumenbruchteil von 50 Prozent bis 90 Prozent aufweist.
Blatt nach Anspruch 6, wobei das Faserverbundmaterial einen Faservolumenbruchteil von 60 Prozent bis 80 Prozent aufweist.
Blatt nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Faserverbundmaterial einen Kohlenstoff-Faservolumenbruchteil von 50 Prozent bis 90 Prozent aufweist.
Blatt nach Anspruch 8, wobei das Faserverbundmaterial einen Faservolumenbruchteil von 60 Prozent bis 80 Prozent aufweist.
Blatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht (1, 2) mindestens teilweise aus einer Anzahl von Streifen gebildet ist, die aus einem Holzmaterial bestehen, die in einer Aufeinanderfolge längs des Außenumfangs angeordnet sind.
Blatt nach Anspruch 10, wobei das Holzmaterial Sperrholz ist.
Blatt nach Anspruch 10, wobei das Holzmaterial aus Holzfasern besteht, die in einem ausgehärteten Harz gehalten werden.
Blatt nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Schicht (1, 2) mindestens teilweise durch Streifen eines Holzmaterials und Streifen eines Faserverbundmaterials in einer Aufeinanderfolge längs des Außenumfangs gebildet wird.
Blatt nach Anspruch 13, wobei die Aufeinanderfolge eine abwechselnde Aufeinanderfolge von Streifen eines Holzmaterials und Streifen eines Faserverbundmaterials ist.
Blatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht in einer Außenschale und einer Innenschale eingeschlossen ist, die aus einem Faserverbundmaterial bestehen.
Blatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Belastungsmessfasern in entweder einer oder beiden der Außenschale und der Innenschale eingeschlossen sind.
Blatt nach Anspruch 16, wobei die Belastungsmessfasern optische Fasern sind, die zusätzlich zu, alternativ als Ersatz für, die Verstärkungsfasern vorhanden sind.
Blatt nach Anspruch 16, wobei die Belastungsmessfasern Kohlenstoff-Fasern sind, die zusätzlich zu, alternativ als Ersatz für, die Verstärkungsfasern vorhanden sind.
Blatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Blitzschutzeinrichtungen, die Blitzrezeptoren aufweisen, in entweder einer oder beiden Schalen enthalten sind.
Blatt nach Anspruch 19, wobei die Blitzrezeptoren mit einer Breite eines Metallgeflechts (11) oder eines ähnlichen Materials verbunden sind, das sich über den faserverstärkten Bereich der Schalen erstreckt.
Blatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Hochfrequenzabsorptionsmedium in entweder einer oder beiden der Schalen enthalten ist.
Verfahren zur Herstellung einer Schale für ein Blatt nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Schale ein Schichtmaterial aufweist, das längs eines Außenumfangs des Querschnitts der Schale angeordnet ist, wobei die Schicht vorgefertigte Streifen aufweist, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Aufbringen eines Oberflächenmaterials, vorzugsweise einer Gelschicht, auf eine Form (8) für das Blatt, – optionales Aufbringen eines Metallgeflechts (11), eines Glasfasergeflechts und irgendeines Transfermediums (9), – Zusammensetzen mindestens zweier einzelner Materialien (1, 2), um die vorgefertigten Streifen zu bilden, – Auswählen mindestens eines der mindestens zwei einzelnen Materialien (1, 2) aus Faserverbundmaterialien, – Anordnen der mindestens zwei einzelnen Materialien (1, 2) auf den anderen aufgebrachten Materialien (10), – Einsetzen der so aufgebrachten einzelnen Materialien und anderen Materialien in einen Behälter (12), – Evakuieren des Behälters (12), Aufgießen eines aushärtenden Harzes und Aushärtenlassen des Harzes, und – Herausnehmen der so gefertigten Schale aus der Form.