WO2012072243A1 - Verfahren zur herstellung einer kantenschutzbeschichtung für rotorblätter einer windenergieanlage und entsprechende kantenschutzbeschichtung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer kantenschutzbeschichtung für rotorblätter einer windenergieanlage und entsprechende kantenschutzbeschichtung Download PDF

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rotor blade
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protection coating
edge
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Peter Heinze
Ernst-Jürgen WOLF
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Bergolin Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an edge protection coating for a rotor blade of a wind energy plant, an edge protection coating for such a rotor blade, which is characterized by particular mechanical properties, and a rotor blade coated with such an edge protection coating.
  • CONFIRMATION COPY A particularly disadvantageous aspect is that even the slightest damage to the glued-on plastic film due to regenerative erosion leads to infiltration of the glued-on film with subsequent partial or complete detachment of the film. In this way, even small local damage continues quickly over a large area of the film. Since a local repair of the film is not possible, in such a case, the only way is to replace the film as a whole, which is associated with a lot of effort and requires a temporary shutdown of the system.
  • the present invention has the object of further developing known methods for applying the edge protection for a rotor blade, in particular while avoiding the disadvantages described above.
  • the process is intended in particular to prevent the great expense which the coating of the film with an adhesive and the subsequent bubble and wrinkle-free application to the front edge of a rotor blade require.
  • the object underlying the present invention is achieved by a process for the production of an edge protection coating for a rotor blade, wherein a polyol component and a polyisocyanate component to a reactive mixture having a viscosity at 23 ° C of about 2000 to 50,000 mPas, in particular from about 15,000 to 20,000 mPas, the reactive mixture is applied to a part of the rotor blade, in particular on the leading edge of the rotor blade, and then cured.
  • the viscosity of the reactive mixture is of great importance. It's surprising It has been shown that, when the viscosity is selected in the abovementioned range, a uniform layer thickness with a smooth surface is obtained by simply applying the reactive mixture to the leading edge of the rotor blade in the form described above without further aids.
  • the reactive mixture has a viscosity at 23 "C of about 20,000 mPas.
  • the locations of the rotor blade that are not to be coated with the edge protection coating are masked prior to application of the reactive mixture.
  • the rotor blade is preferably the rotor blade of a wind energy plant.
  • the reactive mixture is applied smoothly. Furthermore, it is further preferably provided that the reactive mixture is applied homogeneously and in a uniform layer thickness.
  • the process according to the invention can be carried out particularly advantageously if the reactive mixture is mixed substantially free of air.
  • substantially air-free is to be understood as meaning that the mixture contains virtually no air bubbles.
  • the two liquid components in the form of the polyol component and the polyisocyanate component by means of a two-component mixing system or two-chamber cartridge in the correct Volume ratio metered volume and homogeneously mixed air-free by means of a static mixer.
  • the essentially air-free mixing of the components substantially improves the adhesion of the coating to the rotor blade. Moreover, the air-free mixing favorably influences the rheology of the mixture so that the reactive mixture can be applied to the leading edge of the rotor blade in a uniform layer thickness and with a smooth surface.
  • the polyol component of the reactive mixture of one or more polyols having a mean equivalent weight of about 50 to 500 g / mol, in particular 150 to 250 g / mol. Particularly preferred is an equivalent weight of about 210 g / mol. It has proven particularly advantageous to use a solvent-free polyol mixture of polyols with ester and ether groups.
  • the polyisocyanate component of the reactive mixture consists of an aliphatic polyisocyanate and / or a mixture of a plurality of aliphatic polyisocyanates and / or a prepolymer.
  • prepolymer means substances which constitute a reactive intermediate between polyisocyanates and polyurethane polymers. They are prepared by the reaction of a polyol component with an excess of a polyisocyanate component.
  • polyisocyanate component a solvent-free, aliphatic polyisocyanate based on hexamethylene diisocyanate is used as the polyisocyanate component.
  • the choice of the above-described polyol component and polyisocyanate component achieves edge protection coatings which exhibit particularly preferred properties both in terms of their adhesion to the rotor blade and in terms of the resistance of the coating.
  • the reactive mixture preferably comprises further constituents, in particular in the form of one or more pigments, one or more fillers, one or more defoamers and / or one or more accelerators.
  • the addition of one or more of these components makes the process particularly advantageous.
  • the lightfastness of the edge protection coating produced by the process according to the invention can be improved by the use of pigments.
  • at least one metal oxide is used.
  • the use of fillers can improve the processing properties of the reactive mixture as well as the mechanical properties of the edge protection coating produced by the process according to the invention.
  • the filler used is a mixture of cristobalite flour and aluminum silicate having a pore size of 3 to 4 angstroms.
  • the use of defoamers simplifies the air-free mixing of the reactive mixture.
  • the defoamer used is preferably a solvent-free silicone defoamer.
  • the curing rate of the reactive mixture can be controlled.
  • the accelerator used is an accelerator based on organic tin compounds.
  • the reactive mixture used in the process according to the invention is essentially solvent-free.
  • essentially substantially solvent-free is to be understood as meaning that the content of the reactive mixture of volatile organic solvents is less than about 1 percent by weight.
  • the process according to the invention can be carried out without the reactive mixture containing a solvent.
  • the process according to the invention can be carried out without special safety measures with regard to the protection of persons and the environment.
  • an edge protection coating is achieved, which is a layer thickness of about 50 to 5000 ⁇ , in particular about 50 to 750 ⁇ .
  • a particularly preferred layer thickness is about 500 pm.
  • the inventive method makes it possible to achieve this layer thickness, in particular due to the Theological properties of the reactive mixture used, without further assistance.
  • the application of the reactive mixture takes place on the rotor blade so that the reactive mixture in the casting process the leading edge of the rotor blade is applied.
  • the reactive mixture is applied to the rotor blade in such a way that the reactive mixture is applied to the front edge of the rotor blade by means of a transfer film.
  • the reactive mixture is applied to the rotor blade in such a way that the reactive mixture is applied by spraying.
  • this is done by applying the reactive mixture to a transfer film and distributing the reactive mixture on this transfer film, for example with the aid of a doctor blade.
  • the layer thickness of the reactive mixture may be for example 500 ⁇ .
  • the present invention also relates to an edge protection coating for a rotor blade produced by the method described above and to a rotor blade having the described edge protection coating.
  • an edge protection coating for a rotor blade which is characterized in that the edge protection coating is a polyurethane material having an E modulus about 100 MPa to 5000 MPa, preferably about 1500 MPa to 2500 MPa and an elongation at break of greater than about 2%, especially about 4% to about 6%.
  • the polyurethane material has an modulus of elasticity of about 2000 MPa and an elongation at break of about 5%.
  • the elongation at break of the polyurethane material is preferably determined on the basis of DIN 53504. This also applies to the determination of the modulus of elasticity of the polyurethane material.
  • the modulus of elasticity of the edge protection coating must be sufficiently high.
  • the edge protection coating must also have a sufficient elongation at break, so that there is no breakage of the coating in the event of deformation occurring, for example, as a result of the bending of the rotor blades.
  • the edge protection coating of the present invention has ideal properties to form a long term durable coating.
  • the polyol component of the edge protection coating consists of one or more polyols having an average equivalent weight of about 50 to 500 g / mol, in particular 150 to 250 g / mol. Particularly preferred is an equivalent weight of about 210 g / mol.
  • the polyisocyanate component of the edge protection coating consists of an aliphatic polyisocyanate and / or a mixture of several aliphatic polyisocyanates and / or a prepolymer.
  • the edge protection coating is produced from a reactive mixture which comprises, in addition to the polyol components and the polyisocyanate component, further constituents, in particular in the form of at least one pigment, at least one filler, at least one defoamer and / or at least one accelerator.
  • the addition of one or more of these components results in an advantageous edge protection coating.
  • the lightfastness of the edge protection coating according to the invention can be improved by the use of pigments.
  • the pigments are metal oxides.
  • the mechanical properties of the edge protection coating according to the invention can be improved.
  • the filler used is a mixture of cristobalite flour and aluminum silicate having a pore size of 3 to 4 angstroms.
  • the use of one or more defoamers simplifies the air-free mixing of the reactive mixture. This leads to edge protection coatings with improved mechanical properties.
  • the defoamer used is preferably a solvent-free silicone defoamer.
  • the curing rate of the reactive mixture can be controlled, which allows control of the mechanical properties of the edge protection coating.
  • Accelerator used an accelerator based on organic tin compounds.
  • the edge protection coating according to the invention advantageously has a layer thickness of about 50 to 5000 ⁇ , in particular about 50 to 750 m on.
  • a particularly preferred layer thickness is about 500 ⁇ . It has been shown that with these layer thicknesses a good resistance is achieved, in particular against regenerative erosion.
  • the present invention also relates to an edge protection coating for a rotor blade produced by the method described above and to a rotor blade having the described edge protection coating.
  • edge protection coatings according to the invention for rotor blades have clear advantages over the adhesive plastic films previously used in the prior art. They are much more resistant to rain erosion and thus allow a much longer duration, without a repair is necessary.
  • local damage in the edge protection coating according to the invention can be repaired at the damaged site without great effort, without a complete replacement of the coating as a whole is necessary.
  • the mixing ratio of the two components is:
  • the two liquid components are metered by volume using a two-component mixing unit or two-chamber cartridge in the correct mixing ratio and homogeneously mixed air-free by means of a static mixer.
  • the homogeneous and air-free liquid mixture obtained in this way is then applied smoothly, evenly, with a layer thickness of about 500 ⁇ m, to the leading edge of the rotor blade in the casting process.
  • the reactive mixture thus applied is cured by the chemical reaction of the parent component and hardener component.
  • the mixture applied homogeneously, smoothly and with a uniform layer thickness of approx. 500 ⁇ m on the leading edge of rotor blades, provides, after hardening, the finished edge protection with an elastic modulus of 2100 MPa and an elongation at break of 5%. represents.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kantenschutzbeschichtung für ein Rotorblatt, eine Kantenschutzbeschichtung für ein Rotorblatt, die sich durch besondere mechanische Eigenschaften auszeichnet sowie ein mit einer solchen Kantenschutzbeschichtung beschichtetes Rotorblatt.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Kantenschutzbeschichtung für Rotorblätter einer Windenergieanlage und entsprechende Kantenschutzbeschichtung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kantenschutzbeschichtung für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, eine Kantenschutzbeschichtung für ein derartiges Rotorblatt, die sich durch besondere mechanische Eigenschaften auszeichnet sowie ein mit einer solchen Kantenschutzbeschichtung beschichtetes Rotorblatt.
Die Vorderkanten von Rotorblättern von Windenergieanlagen werden durch Regenerosion stark beansprucht. Die Beanspruchung steigt, je weiter man sich der Blattspitze nähert, weil an der Blattspitze die höchste Umfanggeschwindigkeit vorliegt. Daher nehmen die Schäden durch Regenerosion in Richtung der Blattspitze zu.
Bisher werden die Vorderkanten von Rotorblättern durch eine elastische Folie vor Beschädigung, wie beispielsweise durch Regenerosion, geschützt. Dazu wird eine elastische Kunststofffolie, die mit einem Klebstoff beschichtet ist auf die Vorderkante des Rotorblattes aufgebracht. Das möglichst luftblasenfreie sowie entsprechend faltenfreie Aufkleben auf die Vorderkante des Rotorblattes ist dabei mit erheblichem Aufwand verbunden. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass sich gezeigt hat, dass Kunststofffolien das Rotorblatt nur bis zu Umfangsgeschwindigkeiten von etwa 300 km/h schützen können. Da beispielsweise in modernen Windenergieanlagen solche Umfangsgeschwindigkeiten überschritten werden, kommt es im Laufe der Zeit zu einer deutlichen Abnutzung der aufgeklebten Folie auf den Vorderkanten des Rotorblattes, so dass die Gefahr einer Beschädigung des Rotorblattes besteht.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Besonders nachteilig wirkt sich dabei aus, dass bereits kleinste Beschädigungen der aufgeklebten Kunststofffolie durch Regenerosion zu einer Unterwanderung der aufgeklebten Folie mit anschließender teilweiser oder vollständiger Ablösung der Folie führen. Auf diese Art und Weise setzen sich auch kleine lokale Beschädigungen schnell über einen großen Bereich der Folie fort. Da ein lokales Reparieren der Folie nicht möglich ist, besteht in einem solchen Fall die einzige Möglichkeit darin, die Folie als Ganzes zu ersetzen, was mit einem hohen Aufwand verbunden ist und ein zeitweises Stilllegen der Anlage erfordert.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, bekannte Verfahren zum Aufbringen des Kantenschutzes für ein Rotorblatt weiterzuentwickeln, insbesondere unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile. Durch das Verfahren soll insbesondere der hohe Aufwand verhindert werden, den die Beschichtung der Folie mit einem Klebstoff und das anschließende blasen- und faltenfreie Aufbringen auf die Vorderkante eines Rotorblattes erfordert.
Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Kantenschutz- beschichtungen für Rotorblätter weiterzuentwickeln, insbesondere im Hinblick auf eine hinreichend Widerstandsfähigkeit bei Umlaufgeschwindigkeiten von über 300 km/h und bei der lokal auftretende Schäden nicht nur durch vollständiges Ersetzen der gesamten Beschichtung repariert werden können. Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zu der Herstellung einer Kantenschutzbeschichtung für ein Rotorblatt, bei dem eine Polyolkomponente und eine Polyisocyanatkomponente zu einer reaktiven Mischung mit einer Viskosität bei 23 °C von etwa 2000 bis 50000 mPas, insbesondere von etwa 15000 bis 20000 mPas, gemischt werden, die reaktive Mischung auf eine Teil des Rotorblattes, insbesondere auf die Vorderkante des Rotorblattes, aufgetragen und anschließend ausgehärtet wird.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens fällt der Viskosität der reaktiven Mischung eine wichtige Bedeutung zu. Es hat sich überraschend gezeigt, dass bei Wahl der Viskosität im oben angegebenen Bereich durch einfaches Aufbringen der reaktiven Mischung auf die Vorderkante des Rotorblattes in der oben beschriebenen Form ohne weitere Hilfsmittel eine gleichmäßige Schichtdicke mit glatter Oberfläche erzielt wird.
Besonders bevorzugt weist die reaktive Mischung einer Viskosität bei 23 "C von etwa 20000 mPas auf.
Vorzugsweise werden die Stellen des Rotorblattes, die nicht mit der Kantenschutzbeschichtung beschichtet werden sollen, vor dem Aufbringen der reaktiven Mischung abgeklebt.
Bei dem Rotorblatt handelt es sich vorzugsweise um das Rotorblatt einer Windenergieanlage.
Es hat sich gezeigt, dass durch das oben beschriebene Verfahren eine sehr widerstandsfähige Kantenschutzbeschichtung in einfacher Weise auf die Vorderkante eines Rotorblattes aufgebracht werden kann. Überraschenderweise weist die so aufgebrachte Beschichtung hervorragende Haftung auf dem Rotorblatt auf, ohne dass eine aufwändige Vorbehandlung des Rotorblattes notwendig wäre.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die reaktive Mischung glatt aufgetragen wird. Ferner ist weiterhin vorzugsweise vorgesehen, dass die reaktive Mischung homogen und in gleichmäßiger Schichtdicke aufgetragen wird.
Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen, wenn die reaktive Mischung im Wesentlichen luftfrei gemischt wird. Unter "im Wesentlichen luftfrei" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass die Mischung praktisch keine Luftblasen enthält.
Vorzugsweise werden die beiden flüssigen Komponenten in Form der Polyolkomponente und der Polyisocyanatkomponente mittels einer Zwei- Komponenten-Mischanlage oder Zweikammerkartusche im richtigen Mischungsverhältnis volumenmäßig dosiert und mittels eines statischen Mischers luftfrei homogen vermischt.
Durch das im Wesentlichen luftfreie Mischen der Komponenten wird die Anhaftung der Beschichtung auf dem Rotorblatt wesentlich verbessert. Darüber hinaus wird durch das luftfreie Mischen die Rheologie der Mischung in günstiger Weise beeinflusst, so dass das Aufbringen der reaktiven Mischung auf die Vorderkante des Rotorblattes in gleichmäßiger Schichtdicke und mit glatter Oberfläche gelingt.
Schließlich sorgt die Abwesenheit von Luftbläschen in der Beschichtung dafür, dass keine Schwachstellen für das Einsetzen von Regenerosion an der ausgehärteten Beschichtung vorliegen. In einer bevorzugten Ausführung enthält die Polyolkomponente der reaktiven Mischung aus ein oder mehreren Polyolen eines mittleren Äquivalentgewichts von etwa 50 bis 500 g/mol, insbesondere 150 bis 250 g/mol. Besonders bevorzugt ist ein Äquivalentgewicht von etwa 210 g/mol. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, ein lösemittelfreies Polyolgemisch aus Polyolen mit Ester- und Ethergruppen einzusetzen.
Vorzugsweise besteht die Polyisocyanatkomponente der reaktiven Mischung aus einem aliphatischen Polyisocyanat und/oder einer Mischung aus mehreren aliphatischen Polyisocyanaten und/oder einem Prepolymer.
Unter Prepolymer sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Substanzen zu verstehen, die eine reaktive Zwischenstufe zwischen Polyisocyanaten und Polyurethanpolymeren darstellen. Sie werden hergestellt durch die Reaktion einer Polyolkomponente mit einem Überschuss einer Polyisocyanatkomponente.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn als Polyisocyanatkomponente ein lösemittelfreies, aliphatisches Polyisocyanat auf Basis von Hexamethylendiisocyanat eingesetzt wird. Durch die Wahl der oben beschriebenen Polyolkomponente und Poylisocyanatkomponente werden Kantenschutzbeschichtungen erzielt, die sowohl hinsichtlich ihrer Haftung auf dem Rotorblatt als auch im Bezug auf die Widerstandsfähigkeit der Beschichtung besonders bevorzugte Eigenschaften zeigen.
Vorzugsweise umfasst die reaktive Mischung neben der Polyolkomponenten und der Polyisocyanatkomponente noch weitere Bestandteile, insbesondere in Form eines oder mehrerer Pigmente, eines oder mehrerer Füllstoffe, eines oder mehrerer Entschäumer und/oder eines oder mehrere Beschleuniger.
Durch den Zusatz von einem oder mehreren dieser Komponenten kann das Verfahren besonders vorteilhaft ausgestaltet werden. Durch die Verwendung von Pigmenten kann insbesondere die Lichtechtheit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kantenschutzbeschichtung verbessert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kommt wenigstens ein Metalloxid zum Einsatz. Durch die Verwendung von Füllstoffen können die Verarbeitungseigenschaften der reaktiven Mischung sowie die mechanischen Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kantenschutzbeschichtung verbessert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Füllstoff eine Mischung aus Cristobalitmehl und Aluminiumsilikat mit einer Porengröße von 3 bis 4 Ängström eingesetzt.
Durch den Einsatz von Entschäumern wird das luftfreie Mischen der reaktiven Mischung vereinfacht. Vorzugsweise wird als Entschäumer ein lösemittelfreier Silikon- Entschäumer eingesetzt.
Durch den Einsatz eines Beschleunigers kann die Aushärtungsgeschwindigkeit der reaktiven Mischung gesteuert werden. Insbesondere wird als Beschleuniger ein Beschleuniger auf der Basis von organischen Zinnverbindungen eingesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte reaktive Mischung im Wesentlichen lösemittelfrei.
Unter im Wesentlichen lösemittelfrei ist im Sinne der vorliegenden Erfindung vorzugsweise zu verstehen, dass der Gehalt der reaktiven Mischung an flüchtigen organischen Lösungsmitteln kleiner als etwa 1 Gewichtsprozent ist.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, ohne dass die reaktive Mischung ein Lösemittel enthält. Durch den Verzicht auf das Lösemittel kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne besondere Sicherheitsmaßnahmen in Bezug auf den Schutz von Personen und Umwelt durchgeführt werden.
Durch Verarbeiten einer im Wesentlichen Lösemittelfreien reaktiven Mischung werden darüber hinaus besonders vorteilhafte Eigenschaften der Kantenschutzbeschichtung erzielt.
Es hat sich gezeigt, dass bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren typischerweise erreichten Schichtdicken von etwa 250 bis 750 μητι ein Verdampfen von Lösungsmitteln aus der ausgehärteten Kantenschutzbeschichtung sehr langsam erfolgt, und dass noch restliche vorhandene Lösungsmittel die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung negativ beeinflussen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise eine Kantenschutzbeschichtung erzielt, die eine Schichtdicke von etwa 50 bis 5000 μΓΠ, insbesondere etwa 50 bis 750 μητι, beträgt. Eine besonders bevorzugte Schichtdicke ist etwa 500 pm. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, diese Schichtdicke, bedingt insbesondere durch die Theologischen Eigenschaften der eingesetzten reaktiven Mischung, ohne weitere Hilfsmaßnahmen zu erzielen.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aufbringen der reaktiven Mischung auf das Rotorblatt so, dass die reaktive Mischung im Gießverfahren auf die Vorderkante des Rotorblattes aufgetragen wird.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aufbringen der reaktiven Mischung auf das Rotorblatt so, dass die reaktive Mischung mittels einer Transferfolie auf die Vorderkante des Rotorblattes aufgetragen wird.
In einer weiteren alternativen, besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aufbringen der reaktiven Mischung auf das Rotorblatt so, dass die reaktive Mischung im Spritzverfahren aufgetragen wird.
Vorteilhafterweise erfolgt dies durch Aufbringen der reaktiven Mischung auf eine Transferfolie und Verteilen der reaktiven Mischung auf dieser Transferfolie beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Rakels. Die Schichtdicke der reaktiven Mischung kann beispielsweise 500 μιτι betragen. Nach einer Gelierzeit von ca. einer Stunde wird die reaktive Mischung mit zusätzlicher, frischer reaktiver Mischung auf die Vorderkante des Rotorblatts geklebt und nach Aushärtung der Verklebung die Transferfolie entfernt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Kantenschutzbeschichtung für ein Rotorblatt, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist sowie ein Rotorblatt, das die beschriebene Kantenschutzbeschichtung aufweist.
Darüber hinaus wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch eine Kantenschutzbeschichtung für ein Rotorblatt, die dadurch charakterisiert ist, dass die Kantenschutzbeschichtung ein Polyurethanmaterial mit einem E-Modul etwa 100 MPa bis 5000 MPa, vorzugsweise etwa 1500 MPa bis 2500 MPa und einer Bruchdehnung von größer etwa 2 %, insbesondere etwa 4 % bis etwa 6 % umfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Polyurethanmaterial einen E- Modul von etwa 2000 MPa und eine Bruchdehnung von etwa 5% auf. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird die Bruchdehnung des Polyurethanmaterials vorzugsweise in Anlehnung an DIN 53504 bestimmt. Dies gilt auch für die Bestimmung des E-Moduls des Polyurethanmaterials. Beim Auftreffen eines Wassertropfens auf die Vorderkante von Rotorblättern tritt eine kurzzeitige Verformung mit anschließender Entspannung der Oberfläche ein. Es entsteht somit Walkarbeit. Um diese Walkarbeit gering zu halten, muss der E-Modul der Kantenschutzbeschichtung hinreichend hoch sein. Auf der anderen Seite muss die Kantenschutzbeschichtung auch eine ausreichende Bruchdehnung aufweisen, damit es bei einer beispielsweise durch das Durchbiegen der Rotorblätter auftretenden Verformung nicht zu einem Bruch der Beschichtung kommt. Es hat sich gezeigt, dass sich bei dem nach dem Stand der Technik verwendeten aufgeklebten Kunststofffolien zwar die Bruchdehnung hinreichend groß ist, um eine Verformung des Rotorblattes ohne Platzen der Folie zu ermöglichen, die Folien jedoch in Bezug auf ihre Widerstandfähigkeit gegenüber Erosion nicht hinreichend sind.
Durch die Kombination der Eigenschaften in Bezug auf die Bruchdehnung und den E-Modul weist die erfindungsgemäße Kantenschutzbeschichtung ideale Eigenschaften auf, um eine über lange Zeiträume widerstandsfähige Beschichtung zu bilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Polyolkomponente der Kantenschutzbeschichtung aus ein oder mehreren Polyolen eines mittleren Äquivalentgewichts von etwa 50 bis 500 g/mol, insbesondere 150 bis 250 g/mol. Besonders bevorzugt ist ein Äquivalentgewicht von etwa 210 g/mol.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, ein lösemittelfreies Polyolgemisch aus Polyolen mit Ester- und Ethergruppen einzusetzen.
Vorzugsweise besteht die Polyisocyanatkomponente der Kantenschutzbeschichtung aus einem aliphatischen Polyisocyanat und/oder einer Mischung aus mehreren aliphatischen Polyisocyanaten und/oder einem Prepolymer.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn als Polyisocyanatkomponente ein lösemittelfreies, aliphatisches Polyisocyanat auf Basis von Hexamethylendiisocyanat eingesetzt wird.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die Kantenschutzbeschichtung aus einer reaktiven Mischung hergestellt ist, die neben der Polyolkomponenten und der Polyisocyanatkomponente noch weitere Bestandteile, insbesondere in Form wenigstens eines Pigments, wenigstens eines Füllstoffs, wenigstens eines Entschäumers und/oder wenigstens eines Beschleunigers umfasst.
Durch den Zusatz von einem oder mehreren von diesen Komponenten ergibt sich eine vorteilhafte Kantenschutzbeschichtung. Durch die Verwendung von Pigmenten kann insbesondere die Lichtechtheit der erfindungsgemäßen Kantenschutzbeschichtung verbessert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Pigmenten um Metalloxide. Durch die Verwendung von Füllstoffen können die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Kantenschutzbeschichtung verbessert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Füllstoff eine Mischung aus Cristobalitmehl und Aluminiumsilikat mit einer Porengröße von 3 bis 4 Ängström eingesetzt.
Durch den Einsatz von einem oder mehreren Entschäumern wird das luftfreie Mischen der reaktiven Mischung vereinfacht. Dies führt zu Kantenschutzbeschichtungen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften. Vorzugsweise wird als Entschäumer ein Lösemittelfreier Silikon- Entschäumer eingesetzt.
Durch den Einsatz von Beschleunigern kann die Aushärtungsgeschwindigkeit der reaktiven Mischung gesteuert werden, was eine Kontrolle der mechanischen Eigenschaften der Kantenschutzbeschichtung zulässt. Insbesondere wird als Beschleuniger ein Beschleuniger auf der Basis von organischen Zinnverbindungen eingesetzt.
Die erfindungsgemäße Kantenschutzbeschichtung weist vorteilhafterweise eine Schichtdicke von etwa 50 bis 5000 μιτι, insbesondere etwa 50 bis 750 m, auf. Eine besonders bevorzugte Schichtdicke ist etwa 500 μητι. Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Schichtdicken eine gute Widerstandsfähigkeit insbesondere gegen Regenerosion erzielt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Kantenschutzbeschichtung für ein Rotorblatt, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist sowie ein Rotorblatt, das die beschriebene Kantenschutzbeschichtung aufweist.
Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Kantenschutzbeschichtungen für Rotorblätter gegenüber den bisher im Stand der Technik verwendeten aufgeklebten Kunststofffolien deutliche Vorteile aufweisen. Sie sind wesentlich widerstandsfähiger gegenüber Regenerosion und ermöglichen so eine wesentlich längere Laufzeit, ohne dass eine Reparatur notwendig wird. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass lokal auftretende Schäden der erfindungsgemäßen Kantenschutzbeschichtung lokal begrenzt bleiben und nicht wie im Falle einer aufgeklebten Folien zu einer Unterwanderung und fortschreitenden Auflösung der Verklebung führen. Darüber hinaus können lokale Schäden bei der erfindungsgemäßen Kantenschutzbeschichtung ohne großen Aufwand an der geschädigten Stelle repariert werden, ohne dass ein vollständiger Ersatz der Beschichtung als Ganzes notwendig ist.
Die oben beschriebene Erfindung wird durch das folgende Ausführungsbeispiel noch deutlicher illustriert: Stammkomponente
43,000 GT lösemittelfreies Polyolgemisch aus Polyolen mit Ester- und
Ethergruppen
2,550 GT Metalloxid Pigment
49,000 GT Cristobalitmehl
5,000 GT Aluminiumsilikat mit einer Porengröße von 3-4
0,250 GT lösemittelfreier Silikon-Entschäumer
0.200 GT Beschleuniger auf der Basis von organischen Zinnverbindunqen 100,000 GT Stammkomponente
Härterkomponente
38,000 GT lösemittelfreies, aliphatisches Polyisocyanat auf Basis von
Hexamethylendiisocyanat
Das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten beträgt:
100 Gewichtsteile Stammkomponente und 38 Gewichtsteile Härterkomponente. Die Standfestigkeit dieser Mischung beträgt ca. 500 μιτι.
Die beiden flüssigen Komponenten werden mittels einer Zweikomponenten Mischanlage oder Zweikammerkartusche im richtigen Mischungsverhältnis volumenmäßig dosiert und mittels eines statischen Mischers luftfrei homogen vermischt. Die so erhaltene homogene und luftfreie flüssige Mischung wird dann im Gießverfahren glatt, gleichmäßig, mit einer Schichtdicke von ca. 500 μιη, auf die Vorderkante des Rotorblattes aufgetragen. Die so aufgetragene reaktive Mischung wird durch die chemische Reaktion von Stammkomponente und Härterkomponente ausgehärtet. Durch das Auftragen der Mischung im Gießverfahren, bei dem überschüssiges Material abläuft, wird sichergestellt, dass an allen Stellen der Vorderkante, die entsprechend abgeklebt sind, die gleiche Schichtdicke von ca. 500 pm erreicht wird. Die Mischung, homogen, glatt und in gleichmäßiger Schichtdicke von ca. 500 pm auf die Vorderkante von Rotorblättern aufgetragen, stellt, nach Aushärtung, den fertigen Kantenschutz mit einem E-Modul von 2100 MPa und einer Bruchdehnung von 5%. dar.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Kantenschutzbeschichtung für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, dadurch gekennzeichnet, dass eine Polyolkomponente und eine Polyisocyanatkomponente zu einer reaktiven Mischung mit einer Viskosität bei 23 °C von etwa 2000 bis 50000 mPas, insbesondere von etwa 15000 bis 20000 mPas, gemischt werden, die reaktive Mischung auf einen Teil des Rotorblattes, insbesondere auf die Vorderkante des Rotorblattes, aufgetragen und anschließend ausgehärtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Mischung glatt aufgetragen wird, sowie vorzugsweise homogen und in gleichmäßiger Schichtdicke.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolkomponente und Polyisocyanatkomponente luftfrei zu einer reaktiven Mischung gemischt werden.
4. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolkomponente ein oder mehrere Polyole mit einem mittleren Äquivalentgewichts von etwa 50 bis 500 g/mol, insbesondere etwa 150 bis 250 g/mol enthält und die Polyisocyanatkomponente aus einem aliphatischen Polyisocyanat und/oder einer Mischung aus mehreren aliphatischen Polyisocyanaten und/oder einem Prepolymer besteht.
5. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Mischung neben der
Polyolkomponente und der Polyisocyanatkomponente wenigstens ein Pigment, wenigstens einen Füllstoff, wenigstens einen Entschäumer und/oder wenigstens einen Beschleuniger enthält.
6. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Mischung lösemittelfrei ist.
7. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenschutzbeschichtung in einer
Schichtdicke von etwa 5 bis 5000 pm, insbesondere etwa 250 bis 750 pm, aufgetragen wird.
8. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Mischung im Gießverfahren auf die
Vorderkante des Rotorblattes aufgetragen wird.
9. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Mischung mittels einer Transferfolie auf die Vorderkante des Rotorblattes aufgetragen wird.
10. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Mischung im Spritzverfahren aufgetragen wird.
11. Kantenschutzbeschichtung für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, hergestellt nach einem Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Kantenschutzbeschichtung für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenschutzbeschichtung wenigstens ein Polyurethanmaterial mit einem E-Modul von etwa 100 MPa bis 5000 MPa, vorzugsweise etwa 1500 MPa bis 2500 MPa und einer Bruchdehnung von größer etwa 2 %, insbesondere etwa 4 % bis 6 % umfasst.
13. Kantenschutzbeschichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolkomponente des Polyurethanmaterials ein oder mehreren Polyole mit einem mittleren Äquivalentgewichts von etwa 50 bis 500 g/mol, insbesondere etwa 150 bis 250 g/mol enthält und die Polyisocyanatkomponente des Polyurethanmaterials aus einem aliphatischen Polyisocyanat und/oder einer Mischung aus mehreren aliphatischen Polyisocyanaten und/oder einem Prepolymer besteht.
14. Kantenschutzbeschichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus einer reaktiven Mischung hergestellt ist, die neben der Polyolkomponente und der Polyisocyanatkomponente wenigstens ein Pigment, wenigstens einen Füllstoff, wenigstens einen Entschäumer und/oder wenigstens einen Beschleuniger umfasst.
15. Kantenschutzbeschichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Schichtdicke von etwa 50 bis 5000 pm, insbesondere etwa 250 bis 750 pm aufweist.
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