DE102010026018A1 - Rotorblatt für Windenergieanlagen in Wickeltechnik und unter Infusionsverfahren sowie Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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Abstract
Rotorblatt für Windenergieanlagen aus Faserverbundkunststoff, entsprechend des Einsatzes oder Auslegung mit gleichbleibenden oder veränderlichen komplexen Profil über die Länge des Bauteils gesehen, in Wickeltechnik und unter Infusionsverfahren hinsichtlich Aufbau sowie dessen Herstellungsverfahren.
Description
- Stand der Technik
- Versucht man Hohlprofile im allgemeinen, im speziellen Rotorprofile für Windenergieanlagen aus Faserverbundkunststoff herzustellen, stößt man mit konventionellen Verfahren auf typische, durch das Herstellungsverfahren bedingte Schwierigkeiten bzw. Unzulänglichkeiten.
- Bei dem Aufbau eines Profils aus mehreren Teilen sind geeignete Klebeflächen/Nahtstellen zur Verbindung der Einzelteile vorzuhalten, deren Geometrie herzustellen und an den angrenzenden Teilschalen zu reproduzieren sind. Die Bearbeitung der Klebeflächen/Nahtstellen geschieht mechanisch und ist bislang in wenigen Bereichen automatisiert.
- Ferner stellt eine segmentierte Fertigung mit anschließender Verklebung eine Abkehr von den Prinzipien zur Konstruktion von FVK dar. In der Klebenaht sind keine gerichteten Fasern zu Kraftleitung vorhanden und eine Spannungssenkung im diesem Querschnitt ist entweder über die Erhöhung der Querschnittsfläche möglich (Platz/Gewicht/...) oder eine zu gering dimensionierte Klebstelle muss mit zusätzlich aufgebrachten Laminatschichten verstärkt werden, was jedoch einen ausreichenden Arbeitsraum voraussetzt.
- Ein einteiliges (nahtloses) Fertigungskonzept für Rotorblattprofile mit durchgehenden kraftleitenden Fasern ist hinsichtlich dieser fertigungsbedingten Nachteile überlegen.
- Vorteile der jeweiligen Prozesse:
- Wickeln als kontinuierlicher Prozess besitzt hinsichtlich der Verarbeitung langer Faserstränge eine hohe Produktivität. Das Wickeln von Faserhalbzeugen (bis zu 500 mm Halbzeugbreite) bietet neben einer hohen Produktivität bei niedrigen Drehzahlen und damit nicht zwangsweise rotationssymmetrischen Körpern weitere Optionen zur Einstellung von gewünschten Faserorientierungen.
- Die Faserbenetzung mit dem Matrizenwerkstoff über ein Infusionsverfahren bietet die Vorteile eines gleichmäßigen Faservolumengehaltes, hoher Automatisierbarkeit und aufgrund der durch die Membran von außen aufgebrachten Kräfte auch die Möglichkeit Profile mit konvexen/konkaven Bereichen herzustellen. Die allgemeinen Vorteile von Infusionsprozessen, beispielsweise hinsichtlich Zugänglichkeit sind auch hier in die Erwägungen einzubeziehen.
Schema 1 – Verfahren zur Herstellung i. S Anspruch 1 1 Vorbereitung Wickeldorn ( 2 )Bemerkung Bezugnahme auf Anspruch 1.1 Membrane ( 3a ) und/oder Folie(n) (3b ) auf Wickeldorn (2 ) positionieren1.2 Positionieren der Fließ- und/oder Absaugkanäle ( 3 ) sowie sonstiger Funktionstextilien (3c ) und/oder Funktionsträger (4 )8, 2 Wickelprozess 2.1 Einspannen des Wickeldorns ( 2 )2.2 Wickelprozess (Einzelfilamente Rovings/Halbzeuge ( 1 ) unterschiedlicher Verarbeitungsarten)Diese Prozessschritte können aufgrund von Auslegungsvorgaben beliebig und mehrmals aufeinander folgend zur Preformfertigung durchlaufen werden. 2.3 Einbringen part. Verstärkungen ( 4a ) (4b )2.4 Fixieren der Funktionstextilien ( 3c )/Faserlagen (1 )/Funktionsträger (4 ) (4a )(4b ) untereinander aufgrund von Fixierstoffen (3d )2.5 Preformpaket ( 5a ) einschließlich Folie(n) (3b ) /Membran(e) (3a ) von dem Wickeldorn/Lehre (2 ) entfernen3 Zusammenführen von Preformpaket ( 5a ) und Form (6 )3.1 Ausrichten des Preformpakets ( 5a )3.2 Schließen des Druckaufbaus 4 Infusionsprozess 4.1 Druck/Vakuumbauaufbau 4.2 Infusion/Überwachung/Steuerung 5 Aushärtungsphase 6 Entschalung/optionales Entfernen der Hilfsfunktionsträger ( 3 )7 Nachbearbeitung incl. Anbringung weiterer Bauteile ( 7 ) - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Halbzeuge
- 2
- Wickeldorn
- 3
- Hilfsfunktionsträger
- 3a
- Membran(e)
- 3b
- Folienschlauch/schläuche
- 3c
- Funktionstextilien
- 3d
- Fixierstoffe
- 4
- Funktionsträger
- 4a
- lokale Verstärkung aus FVK oder Fasern
- 4b
- Bauteil metallischer/nichtmetallischer NFVK
- 4c
- Einlagen
- 5
- Preform
- 5a
- Preformpaket
- 6
- Form
- 7
- zusätzliche Gestaltelemente
- 8
- Gelcoat
Claims (10)
- Rotorblatt für Windenergieanlagen aus Faserverbundkunststoff, entsprechend des Einsatzes oder Auslegung mit gleichbleibenden oder veränderlichen komplexen Profil über die Länge des Bauteils gesehen hinsichtlich Aufbau sowie dessen Herstellungsverfahren, gekennzeichnet dadurch, dass in einen Wickelprozess, in dem Einzelfasern als auch aus Fasermaterial bestehende Halbzeuge (
1 ) (allg. benannt als Flächentextilien einfachen oder komplexeren Aufbaus) auf Basis von Glas und/oder Kohlenstoff und/oder Kunstfasern, über einen teilbar festen oder veränderlichen, jedoch anhand der später zu erreichenden Geometrie konfektionierten Wickeldorn/lehre (2 ), unter möglicher wechselnder Einbringung sowohl produktionsartbedingter Hilfsfunktionsträger (3 ), d. h. (Membrane allgemein (3a ) /konfektionierter(e) Schlauchfolie(n) (3b ) zu Beginn der Wickelung/Funktionstextilien (3c ) sowie zur Verbesserung des Handlings notwendige Fixierungsstoffe (3d ) mit dem Ziel der weiteren Fixierung der Wickellagerungen untereinander), als auch weiterer Funktionsträger (4 ), (bspw. lokale Verstärkungen aus Faserverbundstoffen oder deren Ausgangsmaterialien (4a ) und/oder Bauteile metallischer/nichtmetallischer Nichtfaserverbundstoffe (4b ) und/oder geeigneter Einlagen (4c ) zur Erzielung stärkerer Laminatverbunddicken ein Preform (5 ) (1 –2 ), gem. Auslegung an den späteren Einsatzfall mit ebener oder gegebenenfalls geometrisch komplexer aufgebauter Innenfläche (3 –4 ) nach Durchlaufen des späteren Infusionsprozesses, entsteht, wonach dieser in einer mehrteiligen, vorbereiteten Fertigungsform (6 ) (5 ) positioniert und in Verbindung mit einem Infusionsprozess somit nahtlos gefertigt und die Entfernung der Fertigungsfunktionsträger sowie Anbringung zusätzlicher Gestaltelemente (7 ) (6 ) zur Option gestellt wird. - Rotorblatt nach Anspruch 1, wobei die Membran(e) (
3a ) oder Folienschläuche (3b ) zur Gewährleistung des Infusionsprozesses auf dem Wickeldorn/lehre (2 ) lösbar befestigt und dadurch bereits bei der Fertigung des Preforms (5 ) zu einem Preformpaket (5a ) integriert wird (2 ). - Rotorblatt nach Anspruch 1, wobei im Wickelprozess zum Aufbau des Preforms (
5 ) mit Fasersträngen und/oder Halbzeugen (1 ), genauer Vliese, Gelege, Gewebe etc., unter Beachtung der Faservorzugsrichtungen in diesen Halbzeugen als Wickelungen verarbeitet werden. - Rotorblatt nach Anspruch 1, wobei im Rahmen der Formvorbereitung ein Gelcoat (
8 ) zur Oberflächenverbesserung des Rotorblatts in die mehrteilige Form (6 ) aufgebracht werden kann. - Rotorblatt nach Anspruch 1, wobei die lokale Verstärkungen aus Faserverbundstoffen (
4a ) hinsichtlich unterschiedlicher Art der Geometrie oder Verbindung zur Gestaltfixierung eingeschlossen sind und/oder geeigneter Einlagen (4c ) zur Erzielung stärkerer Laminatverbunddicken aus Materialien geringer Dichte jedoch mit geschlossener Oberfläche zu präferieren sind. - Rotorblatt nach Anspruch 1, wobei das Grundprofil auf der Innenseite durch die erreichte Preformkonfektion beliebig anordbare lokale Kontourverläufe besitzt (
3 –4 ). - Gewickeltes Profil/Rotorblatt nach Anspruch 1, wobei an dem durch den Wickel- und Infusionsprozeß erstellten Profil ein oder mehrere profilverändernde Gestaltelemente (
7 ) zur Verbesserung der Festigkeit und/oder der aerodynamischen Eigenschaften mit gängigen Methoden dauerhaft verbunden werden, wobei nach Anspruch 1 gefertigte Preformpakete (5a ) ebenfalls als weitere Gestaltelemente gelten und ein Schichtaufbau realisiert werden kann (6 ). - Rotorblatt nach Anspruch 1, wobei während des Infusionsprozesses der Harztransport durch den Preform durch einen gesondert eingebrachten Fließkanal (
3 ) zur Leitung des Harzes und/oder formseitig angebrachter Angusspunkte erfolgen kann (5 ). - Rotorblatt nach Anspruch 1, wobei dieses unter Anwendung von Über- oder Unterdruckverfahren sowie Mischformen der Infusionsprozesse gefertigt werden kann.
- Verfahren zur Herstellung eines Rotorblatts nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte (Schema 1):
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