WO2014095856A2 - Variable formvorrichtung zur herstellung einer halbschale für ein rotorblatt für eine windenergieanlage - Google Patents

Variable formvorrichtung zur herstellung einer halbschale für ein rotorblatt für eine windenergieanlage Download PDF

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WO2014095856A2
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main mold
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Stefan Lamm
Marcus DREWES
Helge SAEGER
Simon KÖSTER
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Carbon Rotec Gmbh & Co. Kg
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • Variable shaping device for producing a half-shell for a
  • the present invention relates to a mold apparatus for producing a half-shell for a rotor blade for a wind turbine, a method for producing a half-shell for a rotor blade for a wind turbine and a main mold for the molding apparatus.
  • Rotor blades are used in a variety of systems, such as in helicopters, blowers, wind turbines and the like. Especially on rotor blades for wind turbines high demands are made because they are for the yield of wind turbines of crucial importance and therefore represent one of the key components of wind turbines. In order to withstand the mechanical stresses occurring during their operation and at the same time have as little weight, rotor blades are usually composed of two half-shells, which are each composed of a fiber composite material, in particular glass fiber reinforced plastic (GRP) or carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • Straps extending in the longitudinal direction of the rotor blade are respectively arranged on the inner sides of the half-shells and absorb forces acting on the rotor blade during operation, and one or more webs extending in the longitudinal direction of the rotor blade are arranged between the straps of the two opposing rotor blade half shells whose end faces each face one of the two straps and are firmly connected thereto.
  • the dimensions of the rotor blades depend on the size of the wind turbine and whether it is a low-wind or high-wind turbine.
  • the blades of wind turbines are usually about 3 to 5 meters shorter than corresponding blades for the same size low-energy wind turbines.
  • a vacuum infusion process is used, for example, in which first dry fiber material, such as a glass fiber or carbon fiber reinforcing material, which is used as a clutch, fabric or mat, in one of the desired
  • first dry fiber material such as a glass fiber or carbon fiber reinforcing material, which is used as a clutch, fabric or mat
  • the outer surface of the rotor blade half shell to be produced is inserted in a complementary form coated with release agent. Then the mold with the inserted fiber material is sealed by film and a vacuum is applied before the liquid resin forming the matrix of the fiber composite material is sucked into the fiber material by the applied vacuum. Once the fibers are completely saturated with the resin, the resin feed is stopped and the resin is cured, if necessary after heating to an appropriate temperature.
  • the dimensions and the surface shape of the rotor blade half shell are determined by the shape, with each shape, only one contour of a rotor blade half shell having a predetermined surface shape and predetermined dimensions can be manufactured.
  • the object of the present invention is therefore to provide a molding apparatus for producing a half-shell for a rotor blade for a wind turbine, which can be adapted easily and quickly to the desired surface shape and dimensions of the rotor blade half shell to be produced and which therefore makes it possible to form rotor blade half shells with different surface shapes and dimensions simple, fast and inexpensive, but to produce high quality.
  • a shaping device for producing a half-shell for a rotor blade for a wind turbine which comprises a main form and at least one insert, the main form having at least one recess and at least one recess at least partially delimiting the main portion, wherein the at least one insert is at least partially complementary to one of the at least one recess of the main form and the at least one insert and the Main shape are designed so that the Formhauge, when the at least one insert is inserted into one of the at least one recess of the main mold, a shaping surface for a half-shell for a rotor blade of a wind turbine.
  • the molding apparatus By adapting the molding apparatus with respect to the desired surface shape and the desired dimensions of the rotor blade half shell to be produced by inserting an insert into a complementary recess of the main mold, the composite molding apparatus is vacuum-tight, without a seal between the main form and the depositor needed. For this reason, there is no need for gluing or other connection of the main form with the insert, whereby the molding device can be tailored quickly and easily tailor made to the desired surface shape and the desired dimensions of the rotor blade half shell to be produced without long set-up times.
  • the surface shape of the insert to the recess, it is possible for both components to merge seamlessly with one another.
  • Another advantage of the molding apparatus according to the invention is that it is very flexible due to the insert, which can be tailored to the surface shape and dimensions of the rotor blade half shell to be produced, in view of the surface shape and dimensions of the rotor blade half shell to be produced.
  • the at least one insert has a shaping surface section which is at least complementary to a portion of the surface shape of the rotor blade half shell to be produced, and a plug-in portion which is complementary to the surface shape of one of the at least one recess, so that the insert can be inserted via its insertion portion into one of the at least one recess of the main mold.
  • the at least one recess and the at least one insert in such a way that the at least one Depositors fit exactly into one of the at least one recess can be used.
  • this is understood to mean that the at least one insert is designed such that, when it is inserted into one of the at least one recess of the main mold, at least the shaping surface area of the insert merges seamlessly into the shaping surface area of the main mold.
  • the at least one recess of the main mold and the at least one insert are designed so that the at least one insert in so one of the at least one recess can be inserted, that the at least one insert is received in the recess in two space dimensions positively and / or non-positively.
  • These two space dimensions are preferably the longitudinal direction and the width direction of the main shape, so that it is preferred that the at least one recess and the at least one insert are configured such that the at least one insert can be inserted into one of the at least one recess is that the at least one insert in the recess in the longitudinal direction and the width direction of the main form is received positively and / or non-positively.
  • the insert is easily removable in the height direction of the molding device, which is why it is particularly preferred that the at least one recess and the at least one insert are configured so that the at least one insert, if this in one of at least one Depression of the main mold is, in the height direction of the molding apparatus with a force plus the weight of the insert of less than 1, 000 N, preferably less than 100 N and more preferably less than 50 N from the main form can be removed.
  • the at least one recess defining side walls of the main shape slightly, seen in the direction of the opening of the recess, provided outwardly inclined. Good results are obtained in this embodiment, in particular, when the side walls, relative to the horizontal, have an inclination of 2 to 5 °.
  • the at least a recess is at least substantially parallelepiped-shaped, wherein preferably the at least substantially parallelepiped depression in the longitudinal and width direction of the main shape is surrounded by the main portion of the main shape and in the height direction on one side of the main portion of the main form is walled and on the opposite Page is at least partially open.
  • the at least one recess is preferably a cuboidal trough open only on one side.
  • the side of the main shape which is at least partially open, is the side with the shaping surface of the main shape.
  • the at least one depression is not cuboid-shaped, it is preferred that the at least one depression, with the exception of an at least partially open side over which the insert is inserted into and removed from the depression, is completely surrounded by the main portion of the main shape ,
  • the present invention is not particularly limited in terms of the dimensions of the at least one depression. Good results are achieved, for example, if the at least one depression extends over 1 to 25%, preferably 1 to 15% and particularly preferably 2 to 10% of the total length of the main form.
  • the farthest point of the at least one recess from the rotor blade flange side end of the molding apparatus is in a range of 60 to 99%, preferably 70 to 99%, and more preferably between 80 and 95% of the longitudinal extent of the main portion of the main form extending from the rotor blade flange side end to the rotor blade side end.
  • the present invention is not particularly limited in the number of wells in the main form.
  • the main form of the molding device according to the invention for example, ten, nine, eight, seven, six, five, four, three, two or have exactly one recess. It is preferred that the main form of the molding device according to the invention has exactly one recess, because so only one insert is required for each desired Rotorblattraumschalengeometrie.
  • the forming device has at least two different inserts, wherein the individual inserts with respect to the surface shape and / or dimensions of their differ from each other in shaping surface section.
  • the surface shape and / or the dimensions of the rotor blade half shell to be produced can be adjusted depending on the insert used in the main form.
  • the main shape and more particularly the shaping surface of the main shape including the recess have a length between 40 and 85 m, a maximum width of 1 to 10 m and a maximum height of 0.5 to 5 m, wherein the at least one recess may have, for example, a length between 1 and 5 m.
  • the main form and the at least one insert are composed of the same material. This is particularly preferred for the main form and the at least one insert to have the same coefficient of thermal expansion so that in the composite forming apparatus the surface shape of the forming surface portion of the insert relative to the surface shape of the forming surface portion of the main form
  • Temperature changes such as heating to cure the fiber composite, not changed.
  • a further subject of the present invention is a method for producing a half-shell for a rotor blade for a wind energy plant, which comprises the following steps: a) providing a previously described shaping device, wherein the at least one insert is inserted into the at least one recess, b) introducing the material for the half-shell of a rotor blade to be produced into the molding device,
  • the method is carried out as a vacuum infusion method, namely such that in the process step b) first a scrim of glass fibers and / or carbon fibers is placed on the forming surface of the molding apparatus before the scrim then a resin, preferably epoxy resin, is supplied and finally the Scrim is impregnated under vacuum with the matrix. Finally, the matrix is cured, if necessary by heat treatment.
  • a vacuum infusion method namely such that in the process step b) first a scrim of glass fibers and / or carbon fibers is placed on the forming surface of the molding apparatus before the scrim then a resin, preferably epoxy resin, is supplied and finally the Scrim is impregnated under vacuum with the matrix. Finally, the matrix is cured, if necessary by heat treatment.
  • Another object of the present invention is a main form for a molding apparatus for producing a half-shell for a rotor blade for a wind turbine, wherein the main form at least one recess and an adjacent, the at least one depression defining the main section up.
  • FIG. 2 shows an insert of a molding device according to the invention according to a
  • FIG. 3 shows a molding device according to the invention with a main mold and an insert inserted therein according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a molding apparatus according to the invention with a main mold and an insert inserted therein according to a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 the rotor blade tip side portion of a main mold 10 of a forming apparatus according to the invention without insert according to an embodiment of the present invention is shown.
  • the main mold 10 comprises a main portion 12 and a recess 14, wherein the main portion 12 completely surrounds the recess 14 on its two longitudinal sides, on its two broad sides and on its underside.
  • the recess 14 has the shape of a one-sided, namely at the top, open cuboidal trough.
  • FIG. 2 shows an insert 18 which has a shaping surface section 20 which is complementary to a section of the surface shape of the rotor blade half shell to be produced, and a plug-in section 22 which is complementary to the surface of the recess 14 of FIG Main form 10 is configured so that the insert 18 via its plug-in portion 22 can be inserted into the recess 14 of the main form 10 shown in FIG.
  • FIG. 3 shows a composite forming device 24 according to a first embodiment of the present invention, which consists of a main form 10 as shown in FIG. 1 and an insert 18 as shown in FIG. 2, the insert 18 is inserted into the recess 14 of the main mold 10.
  • the forming surface portion 20 of the insert 18 and the forming surface portion 16 of the main portion 12 of the main mold 10 form the entire shaping surface of the molding device 24, said molding surface is complementary to the surface shape of the rotor blade half shell to be produced.
  • a composite forming apparatus 24 which consists of a main mold 10 as shown in FIG. 1 and an insert 18 ', the insert 18' into the recess 14 of the main mold 10 is used.
  • the insert 18 ' has a shaping surface section 20', on which there is a difference from the shaping surface section 20 of the insert 18 shown in FIGS. 2 and 3, in such a way that the rotor blade tip forming surface section in the forming surface section 20 'of Einlegers 18 'ends.
  • the rotor blade tip forming surface portion in the forming surface portion 16 of the main portion 12 of the main mold 10 is inoperative in this molding apparatus 24, so that the rotor blade half shell made with this molding apparatus 24 is shorter than that manufactured with the molding apparatus 24 shown in FIG. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Eine Formvorrichtung zur Herstellung einer Halbschale für ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage umfasst eine Hauptform sowie wenigstens einen Einleger, wobei die Hauptform wenigstens eine Vertiefung sowie einen die wenigstens eine Vertiefung zumindest abschnittsweise begrenzenden Hauptabschnitt aufweist, wobei der wenigstens eine Einleger zumindest abschnittsweise komplementär zu einer der wenigstens einen Vertiefung der Hauptform ist und der wenigstens eine Einleger und die Hauptform so ausgestaltet sind, dass die Formvorrichtung, wenn der wenigstens eine Einleger in eine der wenigstens einen Vertiefung der Hauptform eingesetzt ist, eine formgebende Oberfläche für eine Halbschale für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage aufweist.

Description

Variable Formvorrichtung zur Herstellung einer Halbschale für ein
Rotorblatt für eine Windenergieanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Form Vorrichtung zur Herstellung einer Halbschale für ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage, ein Verfahren zum Herstellen einer Halbschale für ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage sowie eine Hauptform für die Formvorrichtung.
Rotorblätter werden in einer Vielzahl von Anlagen eingesetzt, wie beispielsweise in Hubschraubern, Gebläsen, Windenergieanlagen und dergleichen. Insbesondere an Rotorblätter für Windenergieanlagen werden hohe Ansprüche gestellt, weil diese für den Ertrag der Windenergieanlagen von entscheidender Bedeutung sind und daher eine der Schlüsselkomponenten von Windenergieanlagen darstellen. Um den bei deren Betrieb auftretenden mechanischen Belastungen standhalten zu können und gleichzeitig möglichst wenig Gewicht aufzuweisen, werden Rotorblätter üblicherweise aus zwei Halbschalen zusammengesetzt, welche jeweils aus einem Faserverbundwerkstoff, wie insbesondere glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK), zusammengesetzt sind. An den Innenseiten der Halbschalen sind jeweils sich in Längsrichtung des Rotorblatts erstreckende Gurte angeordnet, welche auf das Rotorblatt bei dessen Betrieb einwirkende Kräfte aufnehmen, und zwischen den Gurten der beiden gegenüberliegenden Rotorblatthalbschalen ist ein oder sind mehrere sich in Längsrich- tung des Rotorblatts erstreckende Stege angeordnet, deren Stirnflächen jeweils einem der beiden Gurte zugewandt sowie damit fest verbunden sind. Dabei hängen die Ausmaße der Rotorblätter von der Größe der Windenergieanlage ab und davon, ob es sich um eine Schwachwind- oder Starkwindenergieanlage handelt. In Großwindenergieanlagen beispielsweise werden üblicherweise Rotorblätter mit einer Länge zwischen 50 und 85 Metern sowie mit einer maximalen Breite von ca. 5 Metern eingesetzt, wobei die Rotorblätter von Starkwindanlagen üblicherweise etwa 3 bis 5 Meter kürzer sind als entsprechende Rotorblätter für gleich große Schwachwindenergieanlagen.
Zur Herstellung von Rotorblatthalbschalen aus Faserverbundwerkstoff, wie GFK oder CFK, wird beispielsweise ein Vakuuminfusionsverfahren eingesetzt, bei dem zunächst trockenes Fasermaterial, wie beispielsweise ein Glasfaser- oder Carbon- faserverstärkungsmaterial, welches als Gelege, Gewebe oder Matte konfektioniert eingesetzt wird, in eine zu der gewünschten Außenfläche der herzustellenden Rotorblatthalbschale komplementäre und mit Trennmittel beschichtete Form ein- gelegt wird. Dann wird die Form mit dem eingelegten Fasermaterial durch Folie abgedichtet und ein Vakuum angelegt, bevor das die Matrix des Faserverbundwerkstoffs ausbildende flüssige Harz durch das angelegte Vakuum in das Fasermaterial gesaugt wird. Sobald die Fasern vollständig mit dem Harz getränkt sind, wird die Harzzufuhr beendet und wird das Harz, falls erforderlich nach Erwärmen auf eine entsprechende Temperatur, ausgehärtet. Da die Ausmaße und die Oberflächenform der Rotorblatthalbschale durch die Form bestimmt werden, kann mit jeder Form nur eine Kontur einer Rotorblatthalbschale mit vorbestimmter Oberflächenform und mit vorbestimmten Ausmaßen hergestellt werden. Um nicht für jede Art von Rotorblatthalbschale eine eigene Form anfertigen zu müssen, ist es bereits vorgeschlagen worden, die Form nicht einstückig, sondern beispielsweise zweistückig auszubilden und die einzelnen Formteile durch Ver- schrauben miteinander zu verbinden. Wenn beispielsweise eine Rotorblatthalbschale mit dem gleichen Flanschbereich, aber einer kürzeren Blattspitze oder mit einer Blattspitze mit einer geänderten Geometrie als der Form entsprechend her- gestellt werden soll, wird der vordere, die Blattspitze ausbildende Teil der Form abgeschraubt und durch ein entsprechend kürzeres Formteil ausgetauscht. Zwar wird auf diese Weise eine gewisse Variabilität der Formen im Hinblick auf die Oberflächenform und Ausmaße der damit herstellbaren Rotorblatthalbschalen erreicht. Allerdings ist es schwierig, wenn nicht gar unmöglich, den Verbindungsbereich der einzelnen Formteile so abzudichten, dass bei der Vakuuminfusion nicht flüssiges Harz in den Verbindungsbereich fließt oder durch die Verbindungsstelle eindringende Luft das Infusionsergebnis sehr nachteilig beeinflusst. Dies führt zu Qualitätseinbußen der hergestellten Rotorblatthalbschalen und zu Pro- zessunsicherheiten. Insbesondere können im Verbindungsbereich Abdruckkanten auf der Rotorblatthalbschale entstehen. Abgesehen davon ist das An- und Abschrauben der einzelnen Formteile aufwendig. Zudem besteht die Gefahr einer nicht vakuumdichten Verbindung der beiden Formteile während der verschiedenen Prozessphasen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Formvorrichtung zur Herstellung einer Halbschale für ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage bereitzustellen, welche einfach und schnell an die gewünschte Oberflächenform und Ausmaße der herzustellenden Rotorblatthalbschale angepasst werden kann und wel- che es daher ermöglicht, Rotorblatthalbschalen mit verschiedenen Oberflächenformen und Ausmaßen einfach, schnell und kostengünstig, aber qualitativ hochwertig herzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Formvorrichtung zur Her- Stellung einer Halbschale für ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage, welche eine Hauptform sowie wenigstens einen Einleger umfasst, wobei die Hauptform wenigstens eine Vertiefung sowie einen die wenigstens eine Vertiefung zumindest abschnittsweise begrenzenden Hauptabschnitt aufweist, wobei der wenigstens eine Einleger zumindest abschnittsweise komplementär zu einer der wenigstens einen Vertiefung der Hauptform ist und der wenigstens eine Einleger und die Hauptform so ausgestaltet sind, dass die Formvorhchtung, wenn der wenigstens eine Einleger in eine der wenigstens einen Vertiefung der Hauptform eingesetzt ist, eine formgebende Oberfläche für eine Halbschale für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage aufweist.
Indem die Anpassung der Formvorrichtung im Hinblick auf die gewünschte Oberflächenform und die gewünschten Ausmaße der herzustellenden Rotorblatthalb- schale durch Einlegen eines Einlegers in eine dazu komplementäre Vertiefung bzw. Aussparung der Hauptform erfolgt, ist die zusammengesetzte Formvorrich- tung vakuumdicht, ohne dass es einer Abdichtung zwischen der Hauptform und dem Einleger bedarf. Aus diesem Grund bedarf es auch keiner Verklebung oder andersartiger Verbindung der Hauptform mit dem Einleger, wodurch die Formvorrichtung ohne lange Rüstzeiten einfach und schnell maßgeschneidert auf die gewünschte Oberflächenform und die gewünschten Ausmaße der herzustellenden Rotorblatthalbschale zusammengesetzt werden kann. Zudem wird es durch eine Anpassung der Oberflächenform des Einlegers an die der Vertiefung ermöglicht, dass beide Bauteile nahtlos ineinander übergehen. Es wird so bei der Herstellung der Rotorblatthalbschale mit dieser Formvorrichtung allenfalls in dem minimalen Spalt zwischen Einleger und Form eine nach außen gerichtete, kleine Abdruck- kante erhalten, welche jedoch wegen Ihrer Ausrichtung nach außen keine Faserumlenkung bewirkt und sich im Rahmen der Finisharbeiten einfach wegschleifen lässt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Formvorrichtung ist es, dass diese aufgrund des Einlegers, der auf die Oberflächenform und Ausmaße der herzustellenden Rotorblatthalbschale maßgeschneidert werden kann, im Hinblick auf die Oberflächenform und Ausmaße der herzustellenden Rotorblatthalbschale sehr flexibel ist.
Um seine Funktion ausüben zu können, weist der wenigstens eine Einleger einen formgebenden Oberflächenabschnitt, welcher zumindest zu einem Abschnitt der Oberflächenform der herzustellenden Rotorblatthalbschale komplementär ist, sowie einen Einsteckabschnitt auf, welcher komplementär zu der Oberflächenform einer der wenigstens einen Vertiefung ausgestaltet ist, so dass der Einleger über seinen Einsteckabschnitt in eine der wenigstens einen Vertiefung der Hauptform eingesetzt werden kann.
Um die vorstehend beschriebenen Vorteile in besonders hohem Ausmaß zu erreichen und insbesondere eine Rotorblatthalbschale mit einer qualitativ hochwertigen Außenfläche ohne Abdruckkanten herzustellen zu können, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, die wenigstens eine Vertiefung und den wenigstens einen Einleger so auszugestalten, dass der wenigstens eine Einleger passgenau in eine der wenigstens einen Vertiefung einsetzbar ist. Darunter wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass der wenigstens eine Einleger so ausgestaltet ist, dass, wenn dieser in eine der wenigstens einen Vertiefung der Hauptform eingesetzt ist, zumindest der formgebende Oberflä- chenbereich des Einlegers nahtlos in den formgebenden Oberflächenbereich der Hauptform übergeht.
Um ein Verrutschen des Einlegers in der Vertiefung der Hauptform zu vermeiden, ist es gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin- dung vorgesehen, dass die wenigstens eine Vertiefung der Hauptform und der wenigstens eine Einleger so ausgestaltet sind, dass der wenigstens eine Einleger so in eine der wenigstens einen Vertiefung einsetzbar ist, dass der wenigstens eine Einleger in der Vertiefung in zwei Raumdimensionen formschlüssig und/oder kraftschlüssig aufgenommen ist.
Bei diesen beiden Raumdimensionen handelt es sich bevorzugt um die Längsrichtung und die Breitenrichtung der Hauptform, so dass es bevorzugt ist, dass die wenigstens eine Vertiefung und der wenigstens eine Einleger so ausgestaltet sind, dass der wenigstens eine Einleger so in eine der wenigstens einen Vertiefung einsetzbar ist, dass der wenigstens eine Einleger in der Vertiefung in der Längs- richtung und der Breitenrichtung der Hauptform formschlüssig und/oder kraftschlüssig aufgenommen ist.
Um den Einleger trotz einer guten Verrutschfestigkeit in der Vertiefung der Haupt- form einfach aus der Hauptform entnehmen zu können, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, die wenigstens eine Vertiefung und den wenigstens einen Einleger so auszugestalten, dass der wenigstens eine Einleger, wenn dieser in eine der wenigstens einen Vertiefung der Hauptform eingesetzt ist, in einer Raumdimension mit einer Kraft zuzüglich der Gewichtskraft des Einlegers von weniger als 1 .000 N, bevorzugt weniger als 100 N und besonders bevorzugt weniger als 50 N aus der Hauptform entnehmbar ist.
Dabei ist es bevorzugt, dass der Einleger in der Höhenrichtung der Formvorrichtung einfach entnehmbar ist, weswegen es besonders bevorzugt ist, dass die wenigstens eine Vertiefung und der wenigstens eine Einleger so ausgestaltet sind, dass der wenigstens eine Einleger, wenn dieser in eine der wenigstens einen Vertiefung der Hauptform eingesetzt ist, in der Höhenrichtung der Formvorrichtung mit einer Kraft zuzüglich der Gewichtskraft des Einlegers von weniger als 1 .000 N, bevorzugt weniger als 100 N und besonders bevorzugt weniger als 50 N aus der Hauptform entnehmbar ist.
Um eine gute Entformbarkeit des Einlegers aus der Hauptform zu gewährleisten, kann es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens auch vorgesehen sein, die die wenigstens eine Vertiefung begrenzenden Seitenwände der Hauptform leicht, in Richtung der Öffnung der Vertiefung gesehen, nach außen geneigt vorzusehen. Gute Ergebnisse werden bei dieser Ausführungsform insbesondere erhalten, wenn die Seitenwände, bezogen auf die Horizontale, eine Neigung von 2 bis 5° aufweisen. Um einerseits ein einfaches, passgenaues und verrutschfestes Einsetzen des Einlegers in die Vertiefung der Hauptform zu ermöglichen und andererseits eine einfache Entnahme des Einlegers aus der Vertiefung der Hauptform zu gewährleisten, ist es gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegen- den Erfindung vorgesehen, dass die wenigstens eine Vertiefung zumindest im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet ist, wobei vorzugsweise die zumindest im Wesentlichen quaderförmige Vertiefung in der Längs- und Breitenrichtung der Hauptform von dem Hauptabschnitt der Hauptform umwandet ist und in der Höhenrichtung auf einer Seite von dem Hauptabschnitt der Hauptform umwandet ist und auf der gegenüberliegenden Seite zumindest abschnittsweise offen ist. Mithin ist die wenigstens eine Vertiefung vorzugsweise eine nur einseitig offene quaderförmige Wanne.
Dabei ist es bevorzugt, dass die Seite der Hauptform, welche zumindest ab- schnittsweise offen ist, die Seite mit der formgebende Oberfläche der Hauptform ist.
Auch wenn die wenigstens eine Vertiefung nicht quaderförmig ausgestaltet ist, ist es bevorzugt, dass die wenigstens eine Vertiefung mit Ausnahme einer zumindest abschnittsweise offenen Seite, über welche der Einleger in die Vertiefung eingesetzt und aus dieser entnommen wird, vollflächig von dem Hauptabschnitt der Hauptform umwandet ist.
Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung bezüglich der Ausmaße der wenigs- tens eine Vertiefung nicht besonders limitiert. Gute Ergebnisse werden beispielsweise erreicht, wenn sich die wenigstens eine Vertiefung über 1 bis 25 %, bevorzugt 1 bis 15 % und besonders bevorzugt 2 bis 10 % der Gesamtlänge der Hauptform erstreckt. Da eine Variabilität der Formvorrichtung hinsichtlich der Oberflächenform und Ausmaße der herzustellenden Rotorblatthalbschale insbesondere im Rotorspitzenbereich erforderlich und wünschenswert ist und nicht so sehr im Rotorflanschbereich, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass sich der, in Längsrichtung der Hauptform gesehen, zu dem rotorblattflanschseiti- gen Ende der Formvorrichtung nächstgelegene Punkt der wenigstens einen Vertiefung in einem Bereich zwischen 40 und 95 %, bevorzugt zwischen 50 und 93 % und besonders bevorzugt zwischen 75 und 90 % der von dem rotorblattflanschsei- tigen Ende zu dem rotorblattflugelseitigen Ende erstreckenden Längsausdehnung des Hauptabschnitts der Hauptform befindet.
Aus dem gleichen Grund ist es bevorzugt, dass sich der, in Längsrichtung der Hauptform gesehen, von dem rotorblattflanschseitigen Ende der Formvorrichtung am weitesten entfernte Punkt der wenigstens einen Vertiefung in einem Bereich zwischen 60 und 99 %, bevorzugt zwischen 70 und 99 % und besonders bevorzugt zwischen 80 und 95 % der von dem rotorblattflanschseitigen Ende zu dem rotorblattflugelseitigen Ende erstreckenden Längsausdehnung des Hauptabschnitts der Hauptform befindet. Prinzipiell ist die vorliegende Erfindung bezüglich der Anzahl der Vertiefungen in der Hauptform nicht besonders limitiert. So kann die Hauptform der erfindungsgemäßen Formvorrichtung beispielsweise zehn, neun, acht, sieben, sechs, fünf, vier, drei, zwei oder genau eine Vertiefung aufweisen. Dabei ist es bevorzugt, dass die Hauptform der erfindungsgemäßen Formvorrichtung genau eine Vertiefung auf- weist, weil so für jede gewünschte Rotorblatthalbschalengeometrie nur ein Einleger erforderlich ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Formvorrichtung wenigstens zwei verschiedene Einleger auf, wobei sich die einzelnen Einleger bezüglich der Oberflächenform und/oder Ausmaße ihres formgebenden Oberflächenabschnitts voneinander unterscheiden. So können in Abhängigkeit von dem in die Hauptform eingesetzten Einleger die Oberflächenform und/oder die Ausmaße der herzustellenden Rotorblatthalbschale eingestellt werden.
Die exakten Abmessungen der Hauptform hängen von denen der längsten damit herzustellenden Rotorblatthalbschale ab. Um diesbezüglich möglichst flexibel zu sein, ist es bevorzugt, dass die Hauptform und genauer die formgebende Oberfläche der Hauptform einschließlich der Vertiefung eine Länge zwischen 40 und 85 m, eine maximale Breite von 1 bis 10 m sowie eine maximale Höhe von 0,5 bis 5 m aufweist, wobei die wenigstens eine Vertiefung beispielsweise eine Länge zwischen 1 und 5 m aufweisen kann.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass die Hauptform und der wenigstens eine Einleger aus demselben Material zusammengesetzt sind. Dies ist insbesondere deshalb bevorzugt, damit die Hauptform und der wenigstens eine Einleger den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, so dass sich in der zusammengesetzten Formvorrichtung die Oberflächenform des formgebenden Oberflächenabschnitts des Einlegers relativ zu der Oberflächenform des formgebenden Oberflächenabschnitts der Hauptform bei
Temperaturänderungen, wie beispielsweise Erwärmen zum Aushärten des Faser- verbundwerkstoffs, nicht verändert.
Gute Ergebnisse werden diesbezüglich insbesondere erhalten, wenn die Haupt- form und der wenigstens eine Einleger aus einem Faserverbundwerkstoff, wie insbesondere GFK oder CFK, mit einer Epoxidmatrix zusammengesetzt sind.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbschale für ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage, welches die nachfolgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen einer zuvor beschriebenen Formvorrichtung, wobei der wenigstens eine Einleger in die wenigstens eine Vertiefung eingesetzt ist, b) Einbringen des Materials für die herzustellende Halbschale eines Rotorblattes in die Formvorrichtung,
c) Formen der Halbschale und
d) Entnehmen der Halbschale aus der Formvorrichtung.
Vorzugsweise wird das Verfahren als Vakuuminfusionsverfahren durchgeführt, nämlich so, dass in dem Verfahrensschritt b) zunächst ein Gelege aus Glasfasern und/oder Carbonfasern auf die formgebende Oberfläche der Formvorrichtung platziert wird, bevor anschließend dem Gelege ein Harz, vorzugsweise Epoxidharz, zugeführt wird und schließlich das Gelege unter Vakuum mit der Matrix imprägniert wird. Abschließend wird die Matrix ausgehärtet, und zwar, falls erforderlich, durch Wärmebehandlung.
Um eine gute Entformbarkeit des Einlegers aus der Hauptform zu gewährleisten, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, die Außenflächen des Einlegers vor dessen Einlegen in die Vertiefung der Hauptform mit einem Trennmittel zu beschichten.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Hauptform für eine Formvorrichtung zur Herstellung einer Halbschale für ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage, wobei die Hauptform wenigstens eine Vertiefung sowie einen angrenzenden, die wenigstens eine Vertiefung begrenzenden Hauptabschnitt auf- weist.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung beispielhaft anhand von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Hauptform einer erfindungsgemäßen Formvorrichtung ohne Einleger gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 einen Einleger einer erfindungsgemäßen Formvorrichtung gemäß eines
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Formvorrichtung mit einer Hauptform und einem darin eingesetzten Einleger gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Formvorrichtung mit einer Hauptform und einem darin eingesetzten Einleger gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In der Fig. 1 ist der rotorblattspitzenseitige Abschnitt einer Hauptform 10 einer erfindungsgemäßen Formvorrichtung ohne Einleger gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Hauptform 10 umfasst einen Hauptabschnitt 12 und eine Vertiefung 14, wobei der Hauptabschnitt 12 die Vertiefung 14 an ihren beiden Längsseiten, an ihren beiden Breitseiten und an ihrer Unterseite vollständig umwandet. Mithin weist die Vertiefung 14 die Form einer einseitig, nämlich an der Oberseite, offenen quaderförmigen Wanne auf. Auf der Oberseite des Hauptabschnitts 12 der Hauptform 10 ist ein formgebender Oberflächenabschnitt 16 ausgebildet, welcher zu einem Abschnitt der Oberflächenform der herzustellenden Rotorblatthalbschale komplementär ist.
In der Fig. 2 ist ein Einleger 18 dargestellt, welcher einen formgebenden Oberflächenabschnitt 20, welcher zu einem Abschnitt der Oberflächenform der herzustellenden Rotorblatthalbschale komplementär ist, sowie einen Einsteckabschnitt 22 aufweist, welcher komplementär zu der Oberfläche der Vertiefung 14 der in der Fig. 1 dargestellten Hauptform 10 ausgestaltet ist, so dass der Einleger 18 über seinen Einsteckabschnitt 22 in die Vertiefung 14 der in der Fig. 1 dargestellten Hauptform 10 eingesetzt werden kann.
In der Fig. 3 ist eine zusammengesetzte Formvorrichtung 24 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt, welche aus einer wie in der Fig. 1 dargestellt ausgestalteten Hauptform 10 und einem wie in der Fig. 2 dargestellt ausgestalteten Einleger 18 besteht, wobei der Einleger 18 in die Vertiefung 14 der Hauptform 10 eingesetzt ist. Dabei bilden der formgebender Oberflächenabschnitt 20 des Einlegers 18 sowie der formgebende Oberflächenabschnitt 16 des Hauptabschnitts 12 der Hauptform 10 die gesamte formgebende Oberfläche der Formvorrichtung 24 aus, wobei diese formgebende Oberfläche komplementär zu der Oberflächenform der herzustellenden Rotorblatthalbschale ist.
In der Fig. 4 ist eine zusammengesetzte Formvorrichtung 24 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt, welche aus einer wie in der Fig. 1 dargestellt ausgestalteten Hauptform 10 und einem Einleger 18' besteht, wobei der Einleger 18' in die Vertiefung 14 der Hauptform 10 eingesetzt ist. Dabei weist der Einleger 18' einen formgebenden Oberflächenabschnitt 20', auf welcher sich von dem formgebenden Oberflächenabschnitt 20 des in den Fig. 2 und 3 gezeigten Einlegers 18 unterscheidet, und zwar dergestalt, dass der rotorblattspit- zenbildende Oberflächenabschnitt in dem formgebenden Oberflächenabschnitt 20' des Einlegers 18' endet. Mithin ist der rotorblattspitzenbildende Oberflächenabschnitt in dem formgebenden Oberflächenabschnitt 16 des Hauptabschnitts 12 der Hauptform 10 bei dieser Formvorrichtung 24 funktionslos, so dass die mit dieser Formvorrichtung 24 hergestellte Rotorblatthalbschale kürzer ist als die mit der in der Fig. 3 gezeigten Formvorrichtung 24 hergestellte. Bezugszeichenliste
10 Hauptform
12 Hauptabschnitt der Hauptform
14 Vertiefung
16 fornngebender Oberflächenabschnitt des Hauptabschnitts
18, 18' Einleger
20, 20' fornngebender Oberflächenabschnitt des Einlegers
22 Einsteckabschnitt des Einlegers
24 Formvorrichtung

Claims

Patentansprüche
Formvorrichtung (24) zur Herstellung einer Halbschale für ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage, welche eine Hauptform (10) sowie wenigstens einen Einleger (18, 18') umfasst, wobei die Hauptform (10) wenigstens eine Vertiefung (14) sowie einen die wenigstens eine Vertiefung (14) zumindest abschnittsweise begrenzenden Hauptabschnitt (12) aufweist, wobei der wenigstens eine Einleger (18, 18') zumindest abschnittsweise komplementär zu einer der wenigstens einen Vertiefung (14) der Hauptform (10) ist und der wenigstens eine Einleger (18, 18') und die Hauptform (10) so ausgestaltet sind, dass die Formvorrichtung (24), wenn der wenigstens eine Einleger (18, 18') in eine der wenigstens einen Vertiefung (14) der Hauptform (10) eingesetzt ist, eine formgebende Oberfläche (16, 20, 20') für eine Halbschale für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage aufweist.
Formvorrichtung (24) nach Anspruch 1 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die wenigstens eine Vertiefung (14) und der wenigstens eine Einleger (18, 18') so ausgestaltet sind, dass der wenigstens eine Einleger (18, 18') passgenau in eine der wenigstens einen Vertiefung (14) einsetzbar ist.
Formvorrichtung (24) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die wenigstens eine Vertiefung (14) und der wenigstens eine Einleger (18,
18') so ausgestaltet sind, dass der wenigstens eine Einleger (18, 18') so in eine der wenigstens einen Vertiefung (14) einsetzbar ist, dass der wenigs- tens eine Einleger (18, 18') in der Vertiefung (14) in zwei Raumdinnensionen formschlüssig und/oder kraftschlüssig aufgenommen ist.
4. Formvorrichtung (24) nach Anspruch 3,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die wenigstens eine Vertiefung (14) und der wenigstens eine Einleger (18, 18') so ausgestaltet sind, dass der wenigstens eine Einleger (18, 18') so in eine der wenigstens einen Vertiefung (14) einsetzbar ist, dass der wenigstens eine Einleger (18, 18') in der Vertiefung (14) in der Längsrichtung und der Breitenrichtung der Hauptform (10) formschlüssig und/oder kraftschlüssig aufgenommen ist.
5. Formvorrichtung (24) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die wenigstens eine Vertiefung (14) und der wenigstens eine Einleger (18, 18') so ausgestaltet sind, dass der wenigstens eine Einleger (18, 18'), wenn dieser in eine der wenigstens einen Vertiefung (14) der Hauptform (10) eingesetzt ist, in einer Raumdimension mit einer Kraft zuzüglich der Gewichtskraft des Einlegers von weniger als 1.000 N, bevorzugt weniger als 100 N und besonders bevorzugt weniger als 50 N entnehmbar ist.
6. Formvorrichtung (24) nach Anspruch 5,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die wenigstens eine Vertiefung (14) und der wenigstens eine Einleger (18, 18') so ausgestaltet sind, dass der wenigstens eine Einleger (18, 18'), wenn dieser in eine der wenigstens einen Vertiefung (14) der Hauptform (10) eingesetzt ist, in der Höhenrichtung der Formvorrichtung (24) mit einer Kraft zuzüglich der Gewichtskraft des Einlegers von weniger als 1.000 N, bevorzugt weniger als 100 N und besonders bevorzugt weniger als 50 N entnehmbar ist. Formvorrichtung (24) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die wenigstens eine Vertiefung (14) zumindest im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet ist, wobei vorzugsweise die zumindest im Wesentlichen quaderförmige Vertiefung (14) in der Längs- und Breitenrichtung der Hauptform (10) von dem Hauptabschnitt (12) der Hauptform (10) umwandet ist und in der Höhenrichtung auf einer Seite von dem Hauptabschnitt (12) der Hauptform (10) umwandet ist und auf der gegenüberliegenden Seite zumindest abschnittsweise offen ist.
Formvorrichtung (24) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
sich die wenigstens eine Vertiefung (14) über 1 bis 25 %, bevorzugt 1 bis 15 % und besonders bevorzugt 2 bis 10 % der Gesamtlänge der Hauptform (10) erstreckt.
Formvorrichtung (24) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Hauptform (10) ein rotorblattflanschseitiges Ende und ein rotorblattflü- gelseitiges Ende aufweist, wobei sich der, in Längsrichtung der Hauptform (10) gesehen, zu dem rotorblattflanschseitigen Ende der Formvorrichtung (24) nächstgelegene Punkt der wenigstens einen Vertiefung (14) in einem Bereich zwischen 40 und 95 %, bevorzugt zwischen 50 und 93 % und besonders bevorzugt zwischen 75 und 90 % der von dem rotorblattflanschseitigen Ende zu dem rotorblattflügelseitigen Ende erstreckenden Längsausdehnung des Hauptabschnitts (12) der Hauptform (10) befindet.
Formvorrichtung (24) nach Anspruch 9,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass sich der, in Längsrichtung der Hauptform (10) gesehen, von dem rotorblatt- flanschseitigen Ende der Formvorrichtung (24) am weitesten entfernte Punkt der wenigstens einen Vertiefung (14) in einem Bereich zwischen 60 und 99 %, bevorzugt zwischen 70 und 99 % und besonders bevorzugt zwischen 80 und 95 % der von dem rotorblattflanschseitigen Ende zu dem ro- torblattflügelseitigen Ende erstreckenden Längsausdehnung des Hauptabschnitts (12) der Hauptform (10) befindet.
11. Formvorrichtung (24) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
diese eine Hauptform (10) mit genau einer Vertiefung (14) aufweist.
12. Formvorrichtung (24) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
diese wenigstens zwei verschiedene Einleger (18, 18') aufweist, wobei sich die einzelnen Einleger (18, 18') bezüglich der Oberflächenform und/oder Ausmaße ihres formgebenden Oberflächenabschnitts (20, 20') voneinander unterscheiden.
13. Formvorrichtung (24) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die formgebende Oberfläche (16) der Hauptform (10) einschließlich der wenigstens einen Vertiefung (14) eine Länge zwischen 40 und 70 m, eine maximale Breite von 1 bis 10 m sowie eine maximale Höhe von 0,5 bis 5 m aufweist und die wenigstens eine Vertiefung (14) eine Länge zwischen 1 und 5 m aufweist.
14. Formvorrichtung (24) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Hauptform (10) und der wenigstens eine Einleger (18, 18') aus demselben Material zusammengesetzt sind.
Formvorrichtung (24) nach Anspruch 14,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Hauptform (10) und der wenigstens eine Einleger (18, 18') aus einem
Faserverbundwerkstoff, wie insbesondere GFK oder CFK, mit einer Epo- xidmatrix zusammengesetzt sind. 16. Verfahren zum Herstellen einer Halbschale für ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage, welches die nachfolgenden Schritte umfasst:
a) Bereitstellen einer Formvorrichtung (24) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der wenigstens eine Einleger (18, 18') in die wenigstens eine Vertiefung (14) eingesetzt ist,
b) Einbringen des Materials für die herzustellende Halbschale eines Rotorblattes in die Formvorrichtung (24),
c) Formen der Halbschale und
d) Entnehmen der Halbschale aus der Formvorrichtung (24). 17. Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
in dem Schritt b) zunächst ein Gelege aus Glasfasern und/oder Carbonfasern auf die formgebende Oberfläche (16, 20, 20') der Formvorrichtung (24) platziert wird, anschließend dem Gelege ein Harz, vorzugsweise Epoxid- harz, zugeführt wird und schließlich das Gelege unter Vakuum mit dem
Harz imprägniert wird.
18. Hauptform (10) für eine Formvorrichtung (24) zur Herstellung einer Halbschale für ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage, wobei die Hauptform (10) wenigstens eine Vertiefung (14) sowie einen angrenzenden, die wenigstens eine Vertiefung (14) begrenzenden Hauptabschnitt (12) aufweist.
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