WO2020144054A1

WO2020144054A1 - Rotorblatt mit wenigstens einem gurt mit einer mehrzahl an pultrudaten und ein verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: WO2020144054A1
Application number: PCT/EP2019/086597
Authority: WO
Inventors: Urs Bendel
Original assignee: Senvion Gmbh
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-07-16
Also published as: DE102019000052A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt (1) mit wenigstens einem Gurt (2) mit einer Mehrzahl an vorgefertigten länglichen Elementen, die entlang einer Tiefe (T) nebeneinander angeordnet sind und sich entlang einer Längsrichtung (L) erstrecken, wobei Längsausdehnungen der länglichen Elemente in der Längsrichtung (L) in einem Tipabschnitt (4) und/oder Wurzelabschnitt des Rotorblattes (1) unterschiedlich ausgebildet sind.

Description

Rotorblatt mit wenigstens einem Gurt mit einer Mehrzahl an Pultrudaten und ein

Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt mit wenigstens einem Gurt mit einer Mehrzahl an länglichen Elementen, die entlang einer Tiefe nebeneinander angeordnet sind und sich entlang einer Längsrichtung erstrecken.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattes, indem längliche Elemente entlang einer Tiefe nebeneinandergelegt werden und die nebeneinanderliegenden Elemente zu einem Gurt laminiert werden.

Rotorblätter mit Gurten sind im Stand der Technik natürlich hinlänglich bekannt.

Grundsätzlich können Gurte in separaten Herstellungsformen hergestellt werden. Dazu werden einzelne Lagen aus Gewebe oder Gelege übereinandergelegt und in einem Infusionsverfahren mit einem Epoxidharz oder Ähnlichem miteinander verklebt. Der fertige Gurt kann dann in eine Rotorblattschale einlaminiert werden. Die Gurte können im Tipbereich seitlich angeschrägt werden, so dass der Gurt bei gleichbleibender Dicke weiter in den immer schmaler werdenden Tipabschnitt hineinreichen kann.

Modernere Gurte werden nicht mehr aus einzelnen, zusammenhängenden Gelege- und Gewebelagen hergestellt, sondern aus Pultrudaten. Die als Rollenware zur Verfügung gestellten Pultrudate weisen eine gleichbleibende Tiefe und eine, bis auf die tip- und wurzelseitigen Enden, die in der Regel angeschäftet werden, gleichbleibende Dicke auf. Sie werden nebeneinander zur Ausbildung einer Lage und übereinander zur Ausbildung eines Lagenstapels angeordnet und in einem Infusionsverfahren laminiert. Die Pultrudate weisen in Längsrichtung durchlaufende Fasern auf, dabei kann es sich um Glasfasern, aber auch Kohlenstofffasern oder andere Fasern handeln. Problematisch bei den Pultrudaten ist es, dass ein Abschrägen der Pultrudate entlang ihrer Längsseiten eine Besäumung der seitlichen Ränder des Gurtes erforderlich macht.

Daher ist es im Stand der Technik üblicherweise vorgesehen, die Gurte nicht abzuschrägen, sondern am tipseitigen Ende senkrecht zur Längsrichtung abzuschneiden, mit dem Nachteil, dass die Gurte nicht bis in die äußerste Spitze des Tipabschnitts hinein verlaufen.

Das führt auch dazu, dass die Gurte zur Ausbildung einer hinreichenden Zugstabilität sehr materialaufwendig hergestellt werden müssen. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein eingangs genanntes Rotorblatt dahingehend weiterzuentwickeln, dass Gurte mit geringerem Materialaufwand herstellbar sind, die dennoch weit in den Tipabschnitt hineinragen.

Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattes zur Verfügung zu stellen, das einen Gurt aufweist, der weniger Material benötigt und weit in den Tipabschnitt hineinragt.

Die Aufgabe wird in ihrem ersten Aspekt durch ein eingangs genanntes Rotorblatt mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Rotorblatt umfasst wenigstens einen Gurt, und der wenigstens eine Gurt umfasst eine Mehrzahl an länglichen Elementen, von denen mindestens zwei Elemente in Profiltiefenrichtung nebeneinander angeordnet sind und sich jeweils in einer Längsrichtung erstrecken. Die vorgefertigten länglichen Elemente sind vorzugsweise entlang ihrer Längsseiten direkt nebeneinander angeordnet, und sie können sich berühren oder nur einen geringen Spalt zueinander aufweisen, so dass in den Spalt ein flüssiges Harz einfließen kann und die länglichen Elemente miteinander verkleben kann. Erfindungsgemäß ist die Längsausdehnung der länglichen Elemente in Längsrichtung in einem Tipabschnitt des Rotorblattes unterschiedlich weit zum Tip ausgebildet. Die länglichen Elemente erstrecken sich im Tipabschnitt somit unterschiedlich weit in Richtung des Tips.

Die nebeneinander angeordneten länglichen Elemente bilden vorzugsweise eine Lage des wenigstens einen Gurtes aus. Es sind vorzugsweise mehrere Lagen übereinander angeordnet; „nebeneinander“ bedeutet hier vorzugsweise exakt entlang der Profiltiefe des Rotorblattes und „übereinander“ vorzugsweise exakt entlang der Dicke des Rotorblattes.

Vorteilhafterweise kann der Gurt durch die unterschiedliche Längsausdehnung seiner verschiedenen länglichen Elemente weiter in den Tipabschnitt hineingelegt werden, als es nach dem Stand der Technik bei einem Gurt, der über seine gesamte Längsausdehnung eine konstante Tiefe und Breite aufweist, möglich wäre.

Vorzugsweise sind die länglichen Elemente als Pultrudate ausgebildet. Es kann sich grundsätzlich auch um RodPacks handeln. Ein Rodpack ist ein unidirektionales Faserprofilbündel. Eine Vielzahl von faserverstärkten Profilen ist dabei auf einer T rägerschicht, die ein Stoff, eine Folie oder ein anderes Material sein kann, positionsfest angeordnet, vorzugsweise aufgeklebt. Die einzelnen Profile sind vorzugsweise baugleich, sie weisen günstigerweise einen über ihre gesamte Längsausdehnung gleichen rechteckigen Querschnitt auf, und sie sind parallel nebeneinander auf der Trägerschicht aufgebracht. Die einzelnen Profile sind im Prinzip ähnlich einem Pultrudat aufgebaut, haben aber einen kleineren Querschnitt. Entlang ihrer Längsrichtung verläuft eine Vielzahl an Fasern wie Kohlenstofffasern, Glasfasern oder andere Fasern. Das Rodpack ist auch in Längsrichtung aufroll- oder -wickelbar.

Der Aufbau eines Pultrudates ist weiter unten beschrieben. Erfindungsgemäß werden vorzugsweise kohlenstofffaserhaltige Pultrudate verwendet. Es ist jedoch auch denkbar, dass das erfindungsgemäße Rotorblatt mit glasfaserhaltigen Pultrudaten oder einer Mischung aus beiden aufgebaut ist. Die Pultrudate selbst weisen bei ihrer Fierstellung über ihre gesamte Längsausdehnung eine gleichbleibende Tiefe und eine gleichbleibende Dicke auf. Durch die Wahl unterschiedlicher Längen der einzelnen Pultrudate in ihrer Anordnung in einem Rotorblattgurt ist es jedoch möglich, den Gurt insgesamt mit einer über seine Längsausdehnung variablen Tiefe und Dicke auszubilden.

Besonders bevorzugt ist bei einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Pultrudaten ein mittleres Pultrudat im Tipabschnitt des Rotorblattes länger ausgebildet als benachbarte Pultrudate, die näher an einer Rotorblattvorderkante und/oder näher an einer Rotorblatthinterkante angeordnet sind. Dadurch kann der Gurt mit den Pultrudaten länger ausgeführt werden, ohne dass sich die Verläufe des Gurtes und der Vorderkante kreuzen.

Vorzugsweise sind die Pultrudate senkrecht zur Längsrichtung abgelängt, es ist durch die senkrechte Ablängung nicht erforderlich, die längsseitigen Ränder der Pultrudate in irgendeiner Weise zu besäumen, wie es bei einer schrägen Ablängung erforderlich wäre.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die länglichen Elemente in mehreren Lagen übereinandergelegt, und entlang der Tiefe des Gurtes sind die Lagen unterschiedlich tief. Ein Gurt weist entlang der Tiefe üblicherweise zwei bis drei oder eine höhere Anzahl an Pultrudaten auf. Die Anzahl hängt neben der Größe des Rotorblattes auch davon ab, ob glasfaser- oder kohlenstofffaserhaltige Pultrudate verwendet werden. Entlang der Dicke besteht der Gurt aus üblicherweise vier oder fünf oder auch einer höheren oder geringeren Anzahl an Pultrudaten. Somit bildet der Gurt etwa vier bis fünf Lagen aus. Da die Lagen entlang der Tiefe unterschiedlich breit sein können, kann sich die Gurtdicke im Querschnitt in Profiltiefenrichtung verändern Die Pultrudate können in Stapel übereinander angeordnet sein oder in einem Verband angeordnet sein. Bei einer Stapelanordnung können die Stapel von der Rotorblattvorderkante zur Rotorblatthinterkante hin beliebig variieren, z. B. stetig kleiner oder zuerst größer und dann kleiner werden.

Die Aufgabe wird in ihrem zweiten Aspekt durch ein eingangs genanntes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 erfüllt.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung jedes der obengenannten Rotorblätter. Umgekehrt eignet sich jedes der obengenannten Rotorblätter zur Herstellung durch eines der nachfolgend genannten Verfahren.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden längliche Elemente entlang der Gurtbreite nebeneinandergelegt. Die länglichen Elemente werden vorzugsweise in Längsrichtung ausgerichtet und parallel zueinander nebeneinandergelegt. Erfindungsgemäß werden die nebeneinanderliegenden Elemente zu einem Gurt laminiert, wobei sich im Tipabschnitt die nebeneinanderliegenden Elemente entlang einer Längsrichtung dabei unterschiedlich weit zum Tip erstrecken.

Günstigerweise werden die länglichen Elemente vorab zu einem Gurt laminiert und der Gurt danach in eine Rotorblattteilschale eingebracht. Besonders bevorzugt werden Pultrudate als längliche Elemente verwendet.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in zwei Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung einer Draufsicht und Durchsicht eines Rotorblattes gemäß dem Stand der Technik,

Fig.2 schematische Darstellung einer Draufsicht und Durchsicht eines erfindungsgemäßen Rotorblattes.

In Fig. 1 ist schematisch der Umriss eines herkömmlichen Rotorblattes 1 dargestellt mit einem in das Rotorblatt eingebrachten Gurt 2. Der Gurt 2 weist über seine gesamte Längsausdehnung in Längsrichtung L eine gleichbleibende Tiefe T auf. Er ist von einem Wurzelabschnitt 3 in einen Tipabschnitt 4 geführt. Im Tipabschnitt 4 ist der Gurt 2 senkrecht zur Längsrichtung L abgelängt. Der Gurt 2 ist entweder in einem separaten Herstellungsverfahren hergestellt und dann in eine Rotorblattteilschale, insbesondere eine Rotorblatthalbschale, eingelegt und anschließend in die Rotorblatthalbschale einlaminiert. In einer anderen Variante wird der Gurt 2 zusammen mit der Rotorblatthalbschale hergestellt und laminiert, indem einzelne Faser- und Gewebelagen der Rotorblatthalbschale übereinandergeschichtet werden und gleichzeitig einzelne Lagen des Gurtes 2 übereinandergeschichtet werden und dann alle in einem gemeinsamen Laminiervorgang zusammenlaminiert wird.

Die hier beschriebenen Beispiele von Gurten 2 bestehen aus Pultrudaten 1 1 , 12, 21 , 22, 23.

Bei einem Pultrudat handelt es sich um ein biegsames Element, das eine Mehrzahl entlang seiner Tiefe nebeneinander angeordneter Endlosfasern aufweist, die miteinander in einer Harzmatrix zu dem Pultrudat verklebt sind. Pultrudate 1 1 , 12, 21 , 22, 23 sind im Prinzip Endlosbänder, die auf eine Rolle aufgewickelt werden und, wenn die Rolle einen vorgesehenen Durchmesser erreicht hat, natürlich abgeschnitten werden. Die Pultrudate werden als Rollenware zur Verfügung gestellt. Bei den Endlosfasern des Pultrudates kann es sich um jede Art von Fasern, z. B. Glasfasern handeln, allerdings sind auch Kohlenstofffasern denkbar, und Kohlenstofffasern werden in jüngerer Zeit häufig verwendet. Auch die kohlenstofffaserhaltigen Pultrudate werden als Rollenware zur Verfügung gestellt. Pultrudate können größenordnungsmäßig eine Tiefe von 100 - 300 mm und eine Dicke von 1 - 6 mm aufweisen, und sie sind als Endlosband aufgewickelt. Gemäß dem Stand der Technik können Gurte 2 aus neben- und übereinander angeordneten Pultrudaten 1 1 , 12 gleicher Länge hergestellt sein. Der in Fig. 1 dargestellte Gurt 2 ist ein Hauptgurt, der entweder in die druckseitige oder in die saugseitige Halbschale innenseitig eingelegt ist und in den Rotorblattaufbau einlaminiert ist.

Der Gurt 2 weist mehrere nebeneinander, das heißt entlang der Profiltiefe, angeordnete Pultrudate auf. Üblicherweise weisen Glasfasergurte eine Breite von ca. 8 - 100 cm und Kohlenfasergurte eine Breite von ca. 50 cm auf, so dass je nach verwendeter Faser drei bis vier oder zwei bis drei Pultrudate 1 1 , 12 entlang der Tiefe T nebeneinander in Längsrichtung verlaufend angeordnet sind. Darüber hinaus weist der Gurt mehrere entlang der Dicke übereinander angeordnete Pultrudatlagen auf, üblicherweise sind bis zu 20 Lagen übereinander angeordneter Pultrudate vorgesehen. Die Pultrudate 1 1 , 12 weisen gemäß Fig. 1 alle eine identische Länge auf, der in Fig. 1 dargestellten Gurt 2 ist ein Gurt 2 mit einer über seine gesamte Längsausdehnung gleichbleibenden Tiefe T und einer über seine Längsausdehnung veränderlichen Dicke D, wobei die in einer Lage benachbarten Pultrudate alle an der identischen Stelle enden. Die beiden Pultrudate 1 1 , 12 sind am tip- und wurzelseitigen Ende geschäftet, um so Spannungsspitzen zu reduzieren. Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Weiterbildung des Rotorblattes 1. Darin besteht der Gurt 2 des Rotorblattes 1 aus entlang der Tiefe T nebeneinander angeordneten Pultrudaten 21 , 22, 23, bei Glasfaserpultrudaten sind hier vorzugsweise drei bis vier Pultrudate entlang der Dicke nebeneinander angeordnet, bei Kohlenstofffaserpultrudaten können zwei bis drei Pultrudate 21 , 22, 23 nebeneinander angeordnet sein. Die Anzahlen können aber natürlich nach oben und unten grundsätzlich beliebig verändert werden. Die Erfindung eignet sich für Pultrudate mit beliebigen Fasern und beliebiger Anzahl von Pultrudaten nebeneinander.

In Fig. 1 ist ein Hauptgurt dargestellt mit einer ersten Lage an Pultrudaten 21 , 22, 23. Dabei sind drei nebeneinander angeordnete Pultrudate 21 , 22, 23 vorgesehen, wobei ein rotorblattvorderkantenseitiges Pultrudat 21 die größte Ausdehnung in Längsrichtung L aufweist, ein mittleres Pultrudat 22 eine mittlere Ausdehnung in Längsrichtung L aufweist und ein rotorblatthinterkantenseitiges Pultrudat 23 die kürzeste Ausdehnung in Längsrichtung L aufweist. In dem Tipabschnitt 4 des Rotorblattes 1 sind die Pultrudate 21 , 22, 23 von einer Rotorblattvorderkante 6 zu einer Rotorblatthinterkante 7 von Pultrudat 21 , 22, 23 zu Pultrudat 21 , 22, 23 gestuft kürzer werdend angeordnet. In dem Wurzelabschnitt 3 des Rotorblattes 1 sind die Pultrudate 21 , 22, 23 von der Rotorblattvorderkante 6 zur Rotorblatthinterkante 7 hin auch kürzer werdend ausgebildet, wobei das rotorblattvorderkantenseitige Pultrudat 21 und das mittlere Pultrudat 22 eine gleiche Länge aufweisen.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Pultrudate 21 , 22, 23 in einem Gurt 2 für ein Rotorblatt 1 beschränkt sich nicht auf die dargestellten Beispiele, sondern umfasst beliebige Anordnungen, die sich dadurch auszeichnen, dass in mindestens einer Lage im Gurt 2 die nebeneinander angeordneten Pultrudate 21 , 22, 23 einer Lage nicht alle an der in Längsrichtung L identischen wurzelseitigen Stelle beginnen und/oder an der tipseitigen Stelle enden. Die jeweilige Anordnung der Pultrudate wird durch die Form des Grundrisses des Rotorblattes 1 bestimmt.

Jedes der drei dargestellten Pultrudate 21 , 22, 23 ist an seinem tipseitigen Ende wie auch an seinem wurzelseitigen Ende gerade, das heißt senkrecht zur Längsrichtung L abgelängt. Daher müssen die Pultrudate 21 , 22, 23 nicht an ihren seitlichen Rändern in irgendeiner Form besäumt werden, wie es sich bei schrägen Schnitten entlang von Pultrudaten notwendigerweise ergeben würde.

Da die Pultrudate 21 , 22, 23 eine Tiefe aufweisen, die deutlich unter der Tiefe des Gurtes 2 liegt, ist es möglich, durch die in Längsrichtung gestufte Ausbildung der einzelnen Pultrudate 21 , 22, 23 einen Gurt 2 herzustellen, der sich in den Tipabschnitt 4 hinein deutlich weiter in Richtung des Tips erstreckt als die Gurte gemäß dem Stand der Technik, die eine gleichbleibende Tiefe T über ihre Längsrichtung L ausbilden. Die Tiefe T des erfindungsgemäßen Gurtes 2 nimmt im Tipabschnitt 4 stufenförmig in Richtung des Tips ab, die Tiefe T kann auch im Wurzelabschnitt 3 stufenförmig in Richtung der Rotorblattwurzel abnehmen.

Die Pultrudate 21 , 22, 23 können an ihrer tipseitigen Stirnseite oder an ihrer rotorblattwurzelseitigen Stirnseite gerade abgeschnitten sein und mit Balsaholz, das zur Rotorblattaußenwandung hin schräg auslaufend ausgebildet wird, abgeschlossen werden Eine zusätzliche Besäumung des Pultrudates 21 , 22, 23 ist nicht notwendig. Ebenso können die seitlichen Längsseiten der Pultrudate 21 , 22, 23 mit Balsaholz stetig abfallend an die Rotorblattschale angepasst werden.

Der Gurt 2 gemäß Fig. 2 ist üblicherweise mehrlagig ausgebildet. Unter einer Lage wird hier eine Anordnung von auf gleicher Dicke D nebeneinander angeordneten Pultrudaten 21 , 22, 23 entlang der Tiefe T verstanden, während die einzelnen Lagen entlang der Dicke D des Pultrudates 21 , 22, 23 übereinander angeordnet werden. Jede der Lagen kann nebeneinander angeordnet mehrere Pultrudate 21 , 22, 23 aufweisen. Es kann vorgesehen sein, dass über dem rotorblattvorderkantenseitigen Pultrudat 21 gemäß Fig. 1 eine höhere Anzahl an Lagen angeordnet ist als an dem rotorblatthinterkantenseitigen Pultrudat 23 in Fig. 1. So ist es möglich, dass sich die Dicke D der Gurte 2 entlang ihres Querschnittes von der Rotorblattvorderkante 6 zur Rotorblatthinterkante 7 hin verändert. Diese Querschnittsveränderung kann sich über die Längsausdehnung des Gurtes 2 auch veränderlich darstellen, wenn beispielsweise die Pultrudate 21 , 22, 23 unterschiedlicher Lagen auch eine unterschiedliche Länge aufweisen.

Bezugszeichenliste

1 Rotorblatt

2 Gurt

3 Würze labschnitt

4 Tipabschnitt

6 Rotorblattvorderkante

7 Rotorblatthinterkante

1 1 Pultrudat

12 Pultrudat

21 Pultrudat

22 Pultrudat

23 Pultrudat

D Dicke

L Längsrichtung

T Tiefe

Claims

Patentansprüche

1 . Rotorblatt (1 ) mit wenigstens einem Gurt (2) mit einer Mehrzahl an vorgefertigten länglichen Elementen, die entlang einer Tiefe (T) nebeneinander angeordnet sind und sich entlang einer Längsrichtung (L) erstrecken,

dadurch gekennzeichnet, dass Längsausdehnungen der länglichen Elemente in der Längsrichtung (L) in einem Tipabschnitt (4) und/oder Wurzelabschnitt (3) des Rotorblattes (1 ) unterschiedlich ausgebildet sind.

2. Rotorblatt nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass die nebeneinander angeordneten länglichen Elemente eine Lage des wenigstens einen Gurtes (2) ausbilden.

3. Rotorblatt (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Elemente als Fasern enthaltende Pultrudate (21 , 22, 23) ausgebildet sind,

4. Rotorblatt (1 ) nach Anspruch 1 , 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Pultrudate (21 , 22, 23) eine über eine

Längsausdehnung gleichbleibende Tiefe (T) aufweist.

5. Rotorblatt (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten

Pultrudaten (21 , 22, 23) ein mittleres Pultrudat (22) im Tipabschnitt (4) des Rotorblattes (1 ) länger ausgebildet ist als benachbarte Pultrudate (21 , 23), die näher an einer

Rotorblattvorderkante (6) und/oder näher an einer Rotorblatthinterkante angeordnet sind.

6. Rotorblatt (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass die Pultrudate (21 , 22, 23) senkrecht zur Längsrichtung (L) abgelängt sind.

7. Rotorblatt (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente in mehreren Lagen entlang der Dicke (D) übereinander angeordnet sind und entlang der Tiefe (T) des Gurtes (2) in unterschiedlicher Anzahl übereinander angeordnet sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattes (1 ), indem

längliche Elemente entlang einer Tiefe (T) nebeneinander gelegt werden und die

nebeneinanderliegenden Elemente zu einem Gurt (2) laminiert werden, dadurch

gekennzeichnet, dass sie sich im Wurzelabschnitt (3) und/oder Tipabschnitt (4) entlang einer Längsrichtung (L) unterschiedlich weit zur Wurzel beziehungsweise zum Tip erstrecken.

9. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Elemente vorab zu einem Gurt (2) laminiert werden und der Gurt (2) danach in eine Rotorblattteilschale eingebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,

dadurch gekennzeichnet, dass Pultrudate (21 , 22, 23) als längliche Elemente verwendet werden.