DE102015220672A1 - Multilayer composite component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil (10), gekennzeichnet durch folgenden Schichtenaufbau a) eine Schicht (11), die zumindest teilweise aus Polyethylen besteht, b) eine Schicht (12), die zumindest teilweise aus einem Elastomer besteht, c) wenigstens eine Schicht (13), die zumindest teilweise aus einem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff besteht, oder die zumindest teilweise aus einem Klebstoff besteht, wobei die Schicht (12) unmittelbar zwischen der Schicht (11) und der Schicht (13) angeordnet ist, wobei die Schichten (11) und (12) in einem ersten Arbeitsgang zu einem Laminatverbund gefügt wurden und die Schicht (13) in einem zweiten Arbeitsgang an den die Schichten (11) und (12) umfassenden Laminatverbund gefügt wurden.The invention relates to a composite component (10), characterized by the following layer structure a) a layer (11) which consists at least partially of polyethylene, b) a layer (12) which consists at least partially of an elastomer, c) at least one layer (11) 13) which at least partially consists of a plastic reinforced with fibers (14) or at least partly consists of an adhesive, the layer (12) being arranged directly between the layer (11) and the layer (13) Layers (11) and (12) were joined in a first operation to a laminate composite and the layer (13) were joined in a second operation to the laminates comprising the layers (11) and (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundbauteil, ein Windrad für eine Windenergieanlage und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils.The present invention relates to a composite component, a wind turbine for a wind turbine and a method for producing a composite component.

Rotorblätter für Windenergieanlagen sind seit langem bekannt und beispielsweise beschrieben in der DE 10 2004 007 487 A1 und DE 10 319 246 A1 . Sie sind in ihrem Betrieb durch Winddruck, Erosion, Temperaturschwankungen, UV-Einstrahlung sowie durch Niederschläge hohen Belastungen ausgesetzt. Insbesondere an Standorten mit tropischem Klima, die sich durch stark wechselnde Witterungseinflüsse und eine hohe Luftfeuchtigkeit auszeichnen, wie beispielsweise Brasilien oder Taiwan, aber auch in Deutschland neigen Rotorblätter zu Erosion. Rotor blades for wind turbines have long been known and described for example in the DE 10 2004 007 487 A1 and DE 10 319 246 A1 , They are exposed in their operation by wind pressure, erosion, temperature fluctuations, UV radiation and precipitation high loads. Especially in locations with tropical climates, which are characterized by strongly changing weather conditions and high humidity, such as Brazil or Taiwan, but also in Germany rotor blades tend to erosion.

Bei Blattspitzengeschwindigkeiten bis zu 300 km/h wirken Sandkörner, Salzpartikel, Insekten oder andere Schwebeteile in der Luft abrasiv. Besonders im vorderen Kantenbereich wird die Oberfläche von Rotorblättern hierdurch stark belastet und an diesen Stellen kommt es zu einem Abtrag der Rotoroberfläche und damit zu einem Verlust an Aerodynamik und Stabilität. Um die Blattspitzenerosion und den damit verbundenen Wartungs- und Reparaturaufwand zu verringern, kann die maximale Drehzahl der Anlage limitiert werden, was allerdings zu einer geringeren Leistung führt. Es ist daher sinnvoll, die Erosionsbeständigkeit von Rotorblättern zu verbessern.At blade tip speeds of up to 300 km / h, grains of sand, salt particles, insects or other suspended particles are abrasive in the air. Particularly in the front edge region, the surface of rotor blades is thereby heavily loaded and at these points there is a removal of the rotor surface and thus to a loss of aerodynamics and stability. In order to reduce blade tip erosion and the associated maintenance and repair costs, the maximum speed of the system can be limited, but this leads to a lower performance. It therefore makes sense to improve the erosion resistance of rotor blades.

Gleichzeitig sollen die Rotorblätter jedoch möglichst leicht sein, um die auf eine eventuell vorhandene Rotorblattnabe sowie die zugehörigen Lager und den Turm der Windenergieanlage einwirkenden Biegelasten gering zu halten. At the same time, however, the rotor blades should be as light as possible in order to keep the bending loads acting on any rotor blade hub and the associated bearings and tower of the wind energy plant low.

Üblicherweise werden Rotorblätter und Rotorblattelemente in einem Formungsverfahren hergestellt, bei dem Fasermaterialien und/oder Kernwerkstoffe, insbesondere Balsaholz, in eine Rotorblattelementform eingelegt und mit einem aushärtenden Harz zum Bilden eines belastbaren Verbundmaterials beaufschlagt werden. Als Harz werden bei der Herstellung von Rotorblättern bzw. Rotorblattelementen häufig Epoxidharze eingesetzt. Diese sind gut geeignet für den Aufbau der Basis eines Rotorblattes oder Rotorblattelementes aus Fasermaterial und Harz. Usually, rotor blades and rotor blade elements are produced in a molding process in which fiber materials and / or core materials, in particular balsa wood, are inserted into a rotor blade element mold and subjected to a hardening resin for forming a loadable composite material. Epoxy resins are often used as the resin in the manufacture of rotor blades or rotor blade elements. These are well suited for the construction of the base of a rotor blade or rotor blade element made of fiber material and resin.

Zum Schutz der Rotorblätter bzw. der Rotorblattelemente gegen Witterungseinflüsse und insbesondere gegen Erosion ist versucht worden, eine Oberflächenschicht mit einem Gelcoat-Verfahren einzusetzen, wie in der DE 10 344 379 A1 beschrieben. Nachteilig dabei ist, dass bei einem solchen Verfahren eine Mindestverarbeitungszeit eingehalten werden muss, bis die Gelcoat-Mischung soweit ausreagiert ist, dass sie mit Fasermaterial belegt werden kann. Dies führt zu einer unerwünschten Verlangsamung des Herstellungsverfahrens eines Rotorblattes oder Rotorblattelementes. Darüber hinaus ist es nicht möglich, beim Gelcoat-Verfahren die Herstellung eines Rotorblattelementes bzw. Rotorblattes beliebig zu unterbrechen, um eine Verbindung zwischen Gelcoat-Oberflächenschicht und Infusionsharz zu ermöglichen. To protect the rotor blades or the rotor blade elements against the effects of weathering and in particular against erosion, it has been attempted to use a surface layer with a gelcoat method, as in US Pat DE 10 344 379 A1 described. The disadvantage here is that in such a process, a minimum processing time must be maintained until the gelcoat mixture has reacted to such an extent that it can be coated with fiber material. This leads to an undesirable slowing down of the manufacturing process of a rotor blade or rotor blade element. In addition, it is not possible to interrupt the production of a rotor blade element or rotor blade as desired in the gelcoat process, in order to enable a connection between gelcoat surface layer and infusion resin.

Des Weiteren ist versucht worden, Oberflächenfolien auf das Rotorblatt oder das Rotorblattelement aufzukleben oder anderweitig nachträglich am Rotorblatt oder Rotorblattelement gegebenenfalls lösbar zu befestigen. Beispielsweise werden Polyurethan-Folien auf Rotorblätter aufgeklebt. Eine weitere Möglichkeit aus dem Stand der Technik ist gemäß DE 10 2009 002 501 A1 die Herstellung eines vernetzten Verbundes aus Oberflächenfolie und Infusionsharz. Auch dieses Verfahren ist insbesondere mit Polyurethan-Folien möglich. Polyurethan verfügt über eine hohe Abriebbeständigkeit. Es ist jedoch wünschenswert, die Abriebfestigkeit von Rotorblättern bzw. Rotorblattelementen noch weiter zu verbessern. Furthermore, attempts have been made to stick surface films on the rotor blade or the rotor blade element or otherwise subsequently attach to the rotor blade or rotor blade element releasably. For example, polyurethane films are glued to rotor blades. Another possibility from the prior art is according to DE 10 2009 002 501 A1 the production of a networked composite of surface foil and infusion resin. This method is also possible in particular with polyurethane films. Polyurethane has a high abrasion resistance. However, it is desirable to further improve the abrasion resistance of rotor blades.

In der DE 10 2013 217 128 A1 wird ein Rotorblattelement für eine Windenergieanlage beschrieben, die eine Oberflächenfolie aus Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMW-PE) aufweist. UHMW-PE zeichnet sich durch sehr gute Verschleiß- und Abriebfestigkeiten auch bei abrasiven Medien aus. Seine Abriebfestigkeit ist sechsfach höher als die von Polyurethan. Daneben verfügt UHMW-PE über exzellente chemische Beständigkeit sowie einen niedrigen Reibungskoeffizienten, eine hervorragende Dimensionsstabilität und eine hohe Schlagfestigkeit auch bei niedrigen Temperaturen. Allerdings lässt sich UHMW-PE nur sehr schlecht mit herkömmlichen Klebstoffen verkleben und haftet insbesondere nicht an Harzen, wie beispielsweise Epoxidharzen. In dem in der der DE 10 2013 217 128 A1 beschriebenen Verfahren wird die Polyethylenfolie daher mittels zwei Anbindungsschichten aus Gummi mit einer darunterliegenden Basis aus einem mit härtbarem Harz getränktem Fasermaterial verbunden. Bei dem beschriebenen Verfahren sind insgesamt drei Härte- bzw. Vulkanisierungsschritte notwendig, um ein Rotorblattelement zu beschichten.In the DE 10 2013 217 128 A1 a rotor blade element for a wind energy plant is described, which has a surface film of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMW-PE). UHMW-PE is characterized by very good wear and abrasion resistance even with abrasive media. Its abrasion resistance is six times higher than that of polyurethane. In addition, UHMW-PE has excellent chemical resistance as well as a low coefficient of friction, excellent dimensional stability and high impact resistance even at low temperatures. However, UHMW-PE is very difficult to bond with conventional adhesives and in particular does not adhere to resins, such as epoxy resins. In the one in the DE 10 2013 217 128 A1 Thus, the polyethylene film is thus bonded by means of two bonding layers of rubber to an underlying base of a hardenable resin impregnated fiber material. In the described method, a total of three hardening or vulcanization steps are necessary in order to coat a rotor blade element.

Das in der WO 2010/118860 beschriebene Kunststoff-Verbundbauteil besteht aus einem wärmehärtenden Kunstharz als Außenschicht, einer Elastomeren-Schicht und einer Metall- und/oder Kunststoff-Trägerschicht. Die Schichten werden in einem einzigen Arbeitsgang unter Wärmebehandlung oder unter Bestrahlung mit UV-Licht zusammengefügt. Neben anderen Anwendungsgebieten wird in der WO 2010/118860 auch die Verwendung des Kunststoff-Verbundbauteils in Rotorblättern von Hubschraubern oder Windrädern beschrieben.That in the WO 2010/118860 described plastic composite component consists of a thermosetting synthetic resin as the outer layer, an elastomeric layer and a metal and / or plastic carrier layer. The layers are combined in a single operation under heat treatment or under irradiation with UV light. Among other fields of application is in the WO 2010/118860 also describes the use of the plastic composite component in rotor blades of helicopters or wind turbines.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Bauteil, insbesondere ein Rotorblatt, zur Verfügung zu stellen, das sich durch eine sehr hohe Verschleiß- und Abriebfestigkeit auszeichnet und gleichzeitig bei der Herstellung wenig Zeit und geringe Temperaturen benötigt. Object of the present invention was to provide a component, in particular a rotor blade, which is characterized by a very high wear and abrasion resistance and at the same time requires little time and low temperatures in the production.

Diese Aufgabe wird durch ein Verbundbauteil (10) gelöst, das durch folgenden Schichtenaufbau gekennzeichnet ist

  • a) eine Schicht (11), die zumindest teilweise aus Polyethylen besteht,
  • b) eine Schicht (12), die zumindest teilweise aus einem Elastomer besteht,
  • c) wenigstens eine Schicht (13), die zumindest teilweise aus einem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff besteht, oder die zumindest teilweise aus einem Klebstoff besteht,
wobei die Schicht (12) unmittelbar zwischen der Schicht a) und der Schicht c) angeordnet ist,
wobei die Schichten (11) und (12) in einem ersten Arbeitsgang zu einem Laminatverbund gefügt wurden und die Schicht (13) in einem zweiten Arbeitsgang an den die Schichten (11) und (12) umfassenden Laminatverbund gefügt wurden.This object is achieved by a composite component ( 10 ), which is characterized by the following layer structure
  • a) a layer ( 11 ), which consists at least partly of polyethylene,
  • b) a layer ( 12 ), which consists at least partially of an elastomer,
  • c) at least one layer ( 13 ), which is at least partially made of one by means of fibers ( 14 ) reinforced plastic, or at least partially consists of an adhesive,
where the layer ( 12 ) is arranged directly between the layer a) and the layer c),
where the layers ( 11 ) and ( 12 ) were joined in a first operation to a laminate composite and the layer ( 13 ) in a second operation to which the layers ( 11 ) and ( 12 ) laminate composite have been added.

Vorteilhaft bei der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Erfindung ist, dass der die Schichten (11) und (12) umfassende Laminatverbund bereits vollständig ausgehärtet ist und nicht noch weiter durch Wärmeeinwirkung ausgehärtet werden muss. Somit kann bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die zum Zusammenfügen benötigte Temperatur niedriger gehalten werden, als dies der Fall wäre, wenn die Elastomerschicht ebenfalls ausgehärtet werden müsste. Hierdurch wird eine Vereinfachung und Beschleunigung des Zusammenfügens erreicht. Im Vergleich zu einem Schichtaufbau, bei dem die Elastomerschicht ausgehärtet wird und gleiche Temperaturen angewendet werden, wird die Haftung der einzelnen Schichten erhöht.An advantage of the embodiment of the invention is that the layers ( 11 ) and ( 12 ) comprehensive laminate composite is already fully cured and does not have to be further cured by exposure to heat. Thus, in the embodiment according to the invention, the temperature required for assembly can be kept lower than would be the case if the elastomer layer also had to be cured. As a result, a simplification and acceleration of the assembly is achieved. Compared to a layer construction in which the elastomer layer is cured and the same temperatures are applied, the adhesion of the individual layers is increased.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Polyethylen um ein High Molecular Polyethylen (HMW-PE), ein Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE) oder Polytetrafluorethylen (PTFE), vorzugsweise um ein Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE).In a preferred embodiment of the present invention, the polyethylene is a High Molecular Polyethylene (HMW-PE), an Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE) or Polytetrafluoroethylene (PTFE), preferably an Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW). PE).

Insbesondere das Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE) zeichnet sich durch sehr gute Verschleiß- und Abriebfestigkeiten auch bei abrasiven Medien aus. In eigenen Untersuchungen hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung einer Schicht (11), die zumindest teilweise aus UHMW-PE besteht, im erfindungsgemäßen Verbundbauteil die Verschleiß- und Abriebfestigkeit des Verbundbauteils, insbesondere von Rotorblättern, signifikant verbessert werden kann.In particular, the Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE) is characterized by very good wear and abrasion resistance even with abrasive media. Our own investigations have shown that by using a layer ( 11 ), which consists at least partially of UHMW-PE, in the composite component according to the invention, the wear and abrasion resistance of the composite component, in particular of rotor blades, can be significantly improved.

Unter einem High Molecular Polyethylen (HMW-PE) wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein hochmolekulares Polyethylen mit einer mittleren Molmasse von 500 bis 1000 kg/mol verstanden. Unter einem Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE) wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein ultrahochmolekulares Polyethylen mit einer mittleren Molmasse von über 1000 kg/mol verstanden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn das eingesetzte UHMW-PE eine mittlere Molmasse zwischen 1000 kg/mol bis 10000 kg/mol aufweist, besonders bevorzugt eine mittlere Molmasse zwischen 1000 kg/mol und 5000 kg/mol, insbesondere bevorzugt zwischen 3000 kg/mol und 5000 kg/mol. Die Bestimmung der mittleren Molmasse erfolgt rechnerisch mittels Margolies-Gleichung. Bei dem eingesetzten Polyethylen kann es sich um ein lineares oder ein vernetztes Polyethylen handeln.In the context of the present invention, a high molecular weight polyethylene (HMW-PE) is understood as meaning a high molecular weight polyethylene having an average molecular weight of 500 to 1000 kg / mol. Under an Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE) is understood in the context of the present invention, an ultra-high molecular weight polyethylene having an average molecular weight of about 1000 kg / mol. In the context of the present invention, it is preferred if the UHMW-PE used has an average molar mass between 1000 kg / mol to 10000 kg / mol, more preferably an average molar mass between 1000 kg / mol and 5000 kg / mol, particularly preferably between 3000 kg / mol and 5000 kg / mol. The determination of the average molecular weight is done mathematically by means of the Margolies equation. The polyethylene used may be a linear or a cross-linked polyethylene.

Das eingesetzte ultrahochmolekulare Polyethylen hat vorzugsweise eine Dichte von 0,93 bis 0,94 g/cm3.The ultra-high molecular weight polyethylene used preferably has a density of 0.93 to 0.94 g / cm 3 .

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung enthält die Schicht (11) zusätzlich einen UV-Stabilisator, der das Polyethylen gegen Alterung durch ultraviolettes Licht schützt. Als UV-Stabilisatoren sind organische und anorganische UV-Absorber bevorzugt, insbesondre ausgewählt aus der Liste umfassend Benzophenone, Benzotriazole, Oxalanilide, Phenyltriazine, Ruß, Titandioxid, Eisenoxidpigmente und Zinkoxid oder 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-Derivate wie Bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)sebacat („Hindered amine light stabilizer (HALS)“).In a preferred embodiment of the present invention, the layer ( 11 ) additionally a UV stabilizer which protects the polyethylene against aging by ultraviolet light. Preferred UV stabilizers are organic and inorganic UV absorbers, in particular selected from the list comprising benzophenones, benzotriazoles, oxalanilides, phenyltriazines, carbon black, titanium dioxide, iron oxide pigments and zinc oxide or 2,2,6,6-tetramethylpiperidine derivatives, such as bis (2 , 2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate ("Hindered amine light stabilizer (HALS)").

Durch die Anwesenheit eines UV-Stabilisators kann die Langzeitbeständigkeit gegenüber UV-Licht erhöht werden.The presence of a UV stabilizer can increase the long-term resistance to UV light.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Schicht (11), die zumindest teilweise aus Polyethylen besteht, überwiegend aus Polyethylen besteht, insbesondere zu mehr als 50 Gew.-%, bevorzugt zu mehr als 80 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mehr als 95 Gew.-% aus Polyethylen besteht, insbesondere aus Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE), bezogen auf das Gesamtgewicht der Schicht.It is particularly preferred if the layer ( 11 ), which consists at least partially of polyethylene, consists predominantly of polyethylene, in particular more than 50 wt .-%, preferably more than 80 wt .-%, particularly preferably more than 95 wt .-% consists of polyethylene, in particular from Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE), based on the total weight of the layer.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Elastomer ein Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Ethylen-Acrylat-Kautschuk (EAM), Fluorkarbon-Kautschuk (FKM), Acrylat-Kautschuk (ACM) oder Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) ist, vorzugsweise ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) ist.In addition, it is preferred that the elastomer comprises an ethylene-propylene rubber (EPM), ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), ethylene-acrylate rubber (EAM), fluorocarbon rubber (FKM), acrylate rubber (EP-A). ACM) or acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), preferably an ethylene-propylene-diene rubber (EPDM).

In eigenen Untersuchungen hat es sich gezeigt, dass diese Elastomere eine besonders gute Bindung zwischen der Schicht (11), die zumindest teilweise aus Polyethylen besteht, und der Schicht (13) bewirken. Dabei hat sich überraschenderweise gezeigt, dass Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) besonders gute Hafteigenschaften aufweist, wenn es sich bei dem Polyethylen der Schicht (11) um Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE) und bei der Schicht (13) um eine zumindest teilweise aus einem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff handelt. Our own investigations have shown that these elastomers provide a particularly good bond between the layer ( 11 ), which consists at least partially of polyethylene, and the layer ( 13 ) cause. It has surprisingly been found that ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) has particularly good adhesion properties when it comes to the polyethylene of the layer ( 11 ) to Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE) and to the layer ( 13 ) at least partially made of one by means of fibers ( 14 ) reinforced plastic acts.

Überraschenderweise hat sich auch gezeigt, dass sich die Kombination aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) in der Schicht (12) und Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE) in der Schicht (11) durch besonders gute Erosionseigenschaften auszeichnet. Die weiche EPDM-Schicht (12) wirkt stoßabsorbierend und die äußere UHMW-PE-Schicht (11) ist sehr erosionsbeständig. Diese Kombination aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) in der Schicht (12) und Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE) in der Schicht (11) weist bei ausgezeichneter Haftung an zumindest teilweise mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoffen Verschleiß- und Abriebfestigkeiten auf, die mit anderen Kombinationen aus Elastomeren und Polyethylenen bisher nicht erreicht werden konnten. Es hat sich gezeigt, dass die Kombination aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) in der Schicht (12) und Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE) in der Schicht (11) einen synergistischen Effekt aufweist, da sich die kombinierte positive Wirkung der einzelnen Schichten potenziert.Surprisingly, it has also been found that the combination of ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) in the layer ( 12 ) and Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE) in the layer ( 11 ) characterized by particularly good erosion properties. The soft EPDM layer ( 12 ) is impact-absorbing and the outer UHMW-PE layer ( 11 ) is very erosion resistant. This combination of ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) in the layer ( 12 ) and Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE) in the layer ( 11 ) exhibits excellent adhesion at least partially by means of fibers ( 14 ) Reinforced plastics wear and abrasion resistance, which could not be achieved with other combinations of elastomers and polyethylenes. It has been found that the combination of ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) in the layer ( 12 ) and Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE) in the layer ( 11 ) has a synergistic effect, since the combined positive effect of the individual layers is potentiated.

Erfindungsgemäß ist die Schicht (12) unmittelbar zwischen der Schicht (11) und der Schicht (13) angeordnet und es liegen keine weiteren (Elastomer-)Schichten zwischen der Schicht (11) und der Schicht (13). Durch diesen Aufbau lässt sich – neben weiteren Vorteilen – die Anzahl der Grenzschichten minimieren und es wird eine verbesserte Haftung der Schichten erhalten. Im Querschnitt lassen sich erfindungsgemäße Verbundbauteile mit nur einer Schicht (12) von anderen Verbundbauteilen unterscheiden, die mehrere (Elastomer-)Schichten enthalten. Ebenfalls lassen sich erfindungsgemäße Verbundbauteile von nicht erfindungsgemäßen Bauteilen unterscheiden, bei denen nicht zuerst ein Laminatverbund aus den Schichten (11) und (12) und in einem weiteren zweiten Arbeitsgang die Schicht (13) in einem an den die Schichten (11) und (12) umfassenden Laminatverbund gefügt wurden. Dies ist insbesondere durch Betrachtung der Grenzschichten möglich, insbesondere der Grenzschicht zwischen den Schichten (12) und (13).According to the invention, the layer ( 12 ) immediately between the layer ( 11 ) and the layer ( 13 ) and there are no further (elastomer) layers between the layer ( 11 ) and the layer ( 13 ). As a result of this construction, among other advantages, the number of boundary layers can be minimized and improved adhesion of the layers is obtained. In cross-section, composite components according to the invention with only one layer ( 12 ) differ from other composite components containing multiple (elastomer) layers. Likewise, composite components according to the invention can be distinguished from components which are not according to the invention and in which a laminate composite of the layers (FIG. 11 ) and ( 12 ) and in another second operation, the layer ( 13 ) in one of the layers ( 11 ) and ( 12 ) laminate composite have been added. This is possible in particular by viewing the boundary layers, in particular the boundary layer between the layers ( 12 ) and ( 13 ).

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Schicht (12), die zumindest teilweise aus einem Elastomer besteht, überwiegend aus Elastomer besteht, insbesondere zu mehr als 50 Gew.-%, bevorzugt zu mehr als 80 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mehr als 95 Gew.-% aus Elastomer besteht, insbesondere aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), bezogen auf das Gesamtgewicht der Schicht.It is particularly preferred if the layer ( 12 ), which consists at least partially of an elastomer, consisting predominantly of elastomer, in particular more than 50 wt .-%, preferably more than 80 wt .-%, more preferably more than 95 wt .-% consists of elastomer, in particular of ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), based on the total weight of the layer.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung enthält die Schicht (12) zusätzlich zumindest ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acrylaten, Methacrylaten, Epoxidharzen, Phenolharzen, Novolaken, Hexamethylentetramin, Hexamethoxymethylmelamin und Guanidine. Diese Additive sind besonders bevorzugt, wenn das Elastomer der Schicht (12) ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) ist. Diese Additive sind dazu geeignet, die Festigkeit der Schicht (12) zu verbessern und/oder die Haftung der Schicht (12) an die anderen Schichten zu verbessern.In a preferred embodiment of the present invention, the layer ( 12 ) additionally at least one additive selected from the group consisting of acrylates, methacrylates, epoxy resins, phenolic resins, novolacs, hexamethylenetetramine, hexamethoxymethylmelamine and guanidines. These additives are particularly preferred when the elastomer of the layer ( 12 ) is an ethylene-propylene-diene rubber (EPDM). These additives are suitable for improving the strength of the layer ( 12 ) and / or the adhesion of the layer ( 12 ) to improve the other layers.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff um einen Faserverstärkten Kunststoff (FVK), einen mittels UHMW-PE-Fasern (z.B. Dyneema-Fasern) verstärkten Kunststoff, einen Carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) oder einen Glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK), vorzugsweise um einen Glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK).According to a preferred embodiment of the present invention, by means of fibers ( 14 ) Reinforced plastic to a fiber reinforced plastic (FRP), reinforced by UHMW-PE fibers (eg Dyneema fibers) plastic, a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or a glass fiber reinforced plastic (GRP), preferably a glass fiber reinforced plastic (GRP).

Faserverstärkte Kunststoffe und insbesondere Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) zeichnen sich durch hohe mechanische und thermische Stabilität bei einem geringen spezifischen Gewicht aus und sind daher für den Aufbau der Basis eines Rotorblattes oder Rotorblattelementes sehr gut geeignet. Fiber-reinforced plastics and especially glass fiber reinforced plastics (GRP) are characterized by high mechanical and thermal stability at a low specific weight and are therefore very well suited for the construction of the base of a rotor blade or rotor blade element.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Verbundbauteil, bei dem es sich bei dem Fasern (14) verstärkten Kunststoff um ein Kunststoffharzsystem mit einer Epoxidharzmatrix, Polyurethanharzmatrix, (Meth)acrylat-Matrix oder (Meth)acrylamid-Matrix handelt, insbesondere bevorzugt um ein Kunststoffharzsystem mit einer Epoxidharzmatrix.According to the invention, a composite component is preferred in which the fibers ( 14 ) reinforced plastic is a plastic resin system with an epoxy resin matrix, polyurethane resin matrix, (meth) acrylate matrix or (meth) acrylamide matrix, particularly preferably a plastic resin system with an epoxy resin matrix.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Verbundbauteil, bei dem es sich bei dem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff um ein Kunststoffharzsystem mit einer Epoxidharzmatrix handelt und die Schicht (13) zusätzlich zumindest ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acrylaten, Methacrylaten, Phenolharzen und Novolaken enthält. According to the invention, preference is given to a composite component in which, by means of fibers ( 14 ) reinforced plastic is a plastic resin system with an epoxy resin matrix and the layer ( 13 ) additionally contains at least one additive selected from the group consisting of acrylates, methacrylates, phenolic resins and novolaks.

Ebenfalls bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil, bei dem es sich bei dem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff um ein Kunststoffharzsystem mit einer Epoxidharzmatrix handelt, die vor dem Aushärten als Mehrkomponentensystem vorliegt und zumindest eine Komponente, die einen Amin-Härter umfasst, zusätzlich zumindest ein Additiv enthält ausgewählt aus der Liste bestehend aus Hexamethylentetramin, Hexamethoxymethylmelamin und Guanidine.Likewise preferred is a composite component according to the invention, in which by means of fibers ( 14 ) reinforced plastic to a plastic resin system with an epoxy resin matrix, which is present before curing as a multicomponent system and at least one component comprising an amine hardener, in addition at least one Additive contains selected from the list consisting of hexamethylenetetramine, hexamethoxymethylmelamine and guanidines.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Schicht (11) und/oder Schicht (12) unabhängig voneinander eine Dicke von 100 bis 5.000 µm aufweist, vorzugsweise eine Dicke von 300 bis 900 µm aufweist, besonders bevorzugt eine Dicke von 400 bis 600 µm aufweist.Moreover, it is preferred that the layer ( 11 ) and / or layer ( 12 ) independently of one another has a thickness of 100 to 5,000 μm, preferably has a thickness of 300 to 900 μm, particularly preferably has a thickness of 400 to 600 μm.

Es hat sich in eigenen Untersuchungen gezeigt, dass bei diesen Schichtdicken ein sehr gutes Verhältnis zwischen Verschleiß- und Abriebfestigkeiten und dem Gewicht des Verbundbauteiles vorliegt. Bei einer zu dicken Schicht (11) nimmt das Gewicht des Verbundbauteils zu, ohne dass die Verschleiß- und Abriebfestigkeit wesentlich verbessert werden. Bei einer zu dünnen Schicht (11) nimmt die Verschleiß- und Abriebfestigkeit allerdings ab.It has been shown in our own investigations that at these layer thicknesses there is a very good relationship between wear and abrasion resistance and the weight of the composite component. If the layer is too thick ( 11 ) increases the weight of the composite component, without the wear resistance and abrasion resistance are significantly improved. If the layer is too thin ( 11 However, the wear and abrasion resistance decreases.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der die Schichten (11) und (12) umfassende Laminatverbund auf der Oberfläche, die mit der Schicht (13) im zweiten Arbeitsgang gefügt wird, Einkerbungen aufweist. Durch die Einkerbungen wird die Fläche der Oberfläche erhöht und die Haftung der Schicht (13) an dem Laminatverbund nach dem Fügen im zweiten Arbeitsgang wird erhöht.In one embodiment of the present invention, it is preferred that the layers ( 11 ) and ( 12 ) comprehensive laminate composite on the surface, with the layer ( 13 ) is added in the second operation, having notches. The notches increase the area of the surface and the adhesion of the layer ( 13 ) on the laminate composite after joining in the second operation is increased.

Nach dem Zusammenfügen der Schichten (11) und (12) in dem ersten Arbeitsgang zu einem Laminatverbund ist das Elastomer vollständig vernetzt bzw. vulkanisiert und die für das Vernetzen bzw. Vulkanisieren verwendeten Vernetzer sind vollständig abreagiert, sofern die Vernetzungsreaktion chemisch induziert verlaufen ist. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn der die Schichten (11) und (12) umfassende Laminatverbund weniger als 0,5 pph (parts per hundred/ Anteile des Vernetzers pro Hundert Teile Elastomer) Vernetzer enthält, vorzugsweise weniger als 0,2 pph Vernetzer, ganz besonders bevorzugt keine Vernetzer enthält.After joining the layers ( 11 ) and ( 12 ) in the first operation to form a laminate composite, the elastomer is completely crosslinked or vulcanized and the crosslinkers used for the crosslinking or vulcanization are completely reacted if the crosslinking reaction has proceeded chemically induced. For the purposes of the present invention, it is preferable if the layers ( 11 ) and ( 12 ) comprehensive laminate composite less than 0.5 pph (parts per hundred / parts of the crosslinker per hundred parts elastomer) contains crosslinker, preferably less than 0.2 pph crosslinker, most preferably contains no crosslinker.

In eigenen Untersuchungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Zusammenfügen der Schicht (13) an den die Schichten (11) und (12) umfassende Laminatverbund unter Aushärtung der Schicht (13) erfolgt. In der Praxis wird der zumindest teilweise aus einem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff nach dem Zusammenfügen mit dem die Schichten (11) und (12) umfassende Laminatverbund ausgehärtet, beispielweise indem kurz vor dem Zusammenfügen ein Härter hinzugegeben wird oder indem der Kunststoff mit Licht bestrahlt wird, sofern es sich um einen lichthärtenden Kunststoff handelt. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Kunststoffmatrix des mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoffes kurz vor dem Zusammenfügen durch Vermischen eines Zweikomponentengemisches hergestellt.In our own investigations, it has proved to be advantageous if the joining of the layer ( 13 ) to which the layers ( 11 ) and ( 12 ) comprehensive laminate composite with curing of the layer ( 13 ) he follows. In practice, it is at least partially made of one by means of fibers ( 14 ) reinforced plastic after joining with the layers ( 11 ) and ( 12 ) cured composite, for example, by adding a hardener just before joining or by the plastic is irradiated with light, if it is a light-curing plastic. In a preferred embodiment of the present invention, the plastic matrix of the by means of fibers ( 14 ) reinforced plastic just before assembly by mixing a two-component mixture produced.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das Zusammenfügen der Schicht (13) an den die Schichten (11) und (12) umfassende Laminatverbund unter Wärmeeinwirkung, vorzugweise bei Temperaturen von 70 bis 120 °C, besonders bevorzugt bei Temperaturen von 80 bis 115 °C und ganz besonders bevorzugt bei Temperaturen von 105°C bis 115°C.According to a preferred embodiment of the present invention, the joining of the layer takes place ( 13 ) to which the layers ( 11 ) and ( 12 ) comprehensive laminate composite under the action of heat, preferably at temperatures of 70 to 120 ° C, more preferably at temperatures of 80 to 115 ° C and most preferably at temperatures of 105 ° C to 115 ° C.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Verbundbauteil so ausgestaltet, dass die Schicht (13) zumindest teilweise aus einem Klebstoff besteht und dieser Klebstoff ein Epoxidharz-Klebstoff ist oder diesen umfasst. Dabei ist besonders bevorzugt, dass die klebstoffenthaltende Schicht (13) den Laminatverbund mit einer zumindest teilweise aus einem mittels Fasern verstärkten Kunststoff bestehenden Schicht (15) verbindet.According to a preferred embodiment of the present invention, the composite component is designed such that the layer ( 13 ) is at least partially made of an adhesive and this adhesive is or includes an epoxy adhesive. It is particularly preferred that the adhesive-containing layer ( 13 ) the laminate composite with a layer consisting at least partially of a fiber reinforced plastic ( 15 ) connects.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Epoxidharz-Klebstoff vor dem Aushärten thixotrop eingestellt. Hierdurch kann der Epoxidharz-Klebstoff vor der Härtung auch Spalten mit mehreren Millimetern Dicke ausfüllen.In a preferred embodiment of the present invention, the epoxy adhesive is set to thixotropic before curing. As a result, the epoxy resin adhesive can also fill gaps of several millimeters thickness before curing.

Besonders bevorzugt ist es, dass es sich bei der Schicht (15) um einen Faserverstärkten Kunststoff (FVK), einen mittels UHMW-PE-Fasern (z.B. Dyneema-Fasern) verstärkten Kunststoff, einen Carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) oder einen Glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) handelt, vorzugsweise um einen Glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) handelt.It is particularly preferred that the layer ( 15 ) is a fiber-reinforced plastic (FRP), a UHMW-PE fibers (eg Dyneema fibers) reinforced plastic, a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or a glass fiber reinforced plastic (GRP) is, preferably a glass fiber reinforced plastic (GRP) is.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass es sich bei der Schicht (15) um ein Kunststoffharzsystem mit einer Epoxidharzmatrix, Polyurethanharzmatrix, (Meth)acrylat-Matrix oder (Meth)acrylamid-Matrix handelt, insbesondere bevorzugt um ein Kunststoffharzsystem mit einer Epoxidharzmatrix handelt.Moreover, it is preferred that the layer ( 15 ) is a plastic resin system with an epoxy resin matrix, polyurethane resin matrix, (meth) acrylate matrix or (meth) acrylamide matrix, particularly preferably is a plastic resin system with an epoxy resin matrix.

Bei dieser Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass die Schicht (13) eine Dicke von 1 bis 5.000 µm aufweist, vorzugsweise eine Dicke von 5 bis 4.000 µm aufweist, besonders bevorzugt eine Dicke von 10 bis 3.000 µm aufweist.In this embodiment, it is preferred that the layer ( 13 ) has a thickness of 1 to 5,000 microns, preferably has a thickness of 5 to 4,000 microns, more preferably has a thickness of 10 to 3000 microns.

In dieser Ausgestaltung hat es sich als vorteilhaft erwiesen und ist daher bevorzugt, wenn das Zusammenfügen der Schicht (13) an den die Schichten (11) und (12) umfassenden Laminatverbund unter Aushärtung der klebstoffenthaltenden Schicht (13) erfolgt und die aus mittels Fasern verstärkten Kunststoff bestehende Schicht (15) vollständig ausgehärtet ist. Bei dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Bauteile, wie beispielsweise Rotorblätter von Windrädern, die erodiert sind und/oder Beschädigungen aufweisen, durch Aufkleben des die Schichten (11) und (12) umfassenden Laminatverbundes zu reparieren und durch hervorragende Verschleiß- und Abriebfestigkeiten von insbesondere Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE) einer zukünftigen Erosion und/oder Beschädigung vorzubeugen.In this embodiment, it has proved to be advantageous and is therefore preferred when the joining of the layer ( 13 ) to which the layers ( 11 ) and ( 12 ) laminate composite with curing of the adhesive-containing layer ( 13 ) and the layer of fiber reinforced plastic ( 15 ) is completely cured. In this embodiment of the present invention, it is possible components such as rotor blades of wind turbines, which are eroded and / or Damage by gluing the layers ( 11 ) and ( 12 ) and to prevent future erosion and / or damage through the excellent wear and abrasion resistance of, in particular, Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE).

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Windrad, umfassend ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass es sich um ein Windrad einer Windenergieanlage handelt und das erfindungsgemäße Verbundbauteil an zumindest einem Rotorblattelement, insbesondere an zumindest einer Rotorblattkante, vorzugsweise einer Rotorblattvorderkante, angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist es, dass das erfindungsgemäße Verbundbauteil an allen Rotorblattkanten, vorzugsweise an allen Rotorblattvorderkanten, einer Windenergieanlage angeordnet ist.Another aspect of the present invention relates to a windmill comprising a composite component according to the invention. It is particularly preferred that it is a wind turbine of a wind energy plant and the composite component according to the invention is arranged on at least one rotor blade element, in particular on at least one rotor blade edge, preferably a rotor blade leading edge. It is particularly preferred that the composite component according to the invention is arranged on all rotor blade edges, preferably on all rotor blade leading edges, of a wind energy plant.

Das erfindungsgemäße Verbundbauteil kann allerdings auch in anderen Bereichen angewendet werden, in denen eine Erosion der Oberflächen vermieden werden soll. Dies sind erfindungsgemäß beispielsweise:

  • • Flügel, Tragflächen, Rotorblätter von Flugzeugen oder Hubschraubern,
  • • Turbinenschaufeln von Triebwerken,
  • • Karosseriebauteile von Fahrzeugen,
  • • Rumpf- oder Kielbereich von Wasserfahrzeugen oder
  • • Nutzflächen von Sportgeräten.
However, the composite component according to the invention can also be used in other areas in which erosion of the surfaces should be avoided. These are for example according to the invention:
  • • wings, wings, rotor blades of airplanes or helicopters,
  • Turbine blades of engines,
  • • bodywork components of vehicles,
  • • Hull or keel area of watercraft or
  • • Usable areas of sports equipment.

Ein weiterer Aspekt im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteiles, umfassend die folgenden Schritte:

  • – Herstellen oder Bereitstellen eines die Schichten (11) und (12) enthaltenden Laminatverbundes,
  • – Zusammenfügen des hergestellten oder bereitgestellten Laminatverbundes mit der Schicht (13).
Another aspect in connection with the present invention relates to a method for producing a composite component according to the invention, comprising the following steps:
  • - making or providing the layers ( 11 ) and ( 12 ) containing laminate composite,
  • Joining the produced or provided laminate composite with the layer ( 13 ).

Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Elastomer der Schicht (12) ein Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk(EPDM), Ethylen-Acrylat-Kautschuk (EAM), Fluorkarbon-Kautschuk (FKM), Acrylat-Kautschuk (ACM) oder Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) ist, vorzugsweise ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM).Preferred according to the invention is a process in which the elastomer of the layer ( 12 ) an ethylene-propylene rubber (EPM), ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), ethylene-acrylate rubber (EAM), fluorocarbon rubber (FKM), acrylate rubber (ACM) or acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), preferably an ethylene-propylene-diene rubber (EPDM).

Ebenfalls bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Polyethylen der Schicht (11) ein High Molecular Polyethylen (HMW-PE), ein Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE) oder Polytetrafluorethylen (PTFE) ist, vorzugsweise ein Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE).Also preferred is a process in which the polyethylene of the layer ( 11 ) is a High Molecular Polyethylene (HMW-PE), an Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE) or Polytetrafluoroethylene (PTFE), preferably an Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE).

Ganz besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Elastomer der Schicht (12) ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und das Polyethylen der Schicht (11) Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE) ist.Very particularly preferred is a process in which the elastomer of the layer ( 12 ) an ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) and the polyethylene of the layer ( 11 ) Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE).

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei sich bei dem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff der Schicht (13) um einen Faserverstärkten Kunststoff (FVK), einen mittels UHMW-PE-Fasern (z.B. Dyneema-Fasern) verstärkten Kunststoff, einen Carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) oder einen Glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK), vorzugsweise um einen Glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK).According to a preferred embodiment of the method according to the invention, in which by means of fibers ( 14 ) reinforced plastic of the layer ( 13 ) to a fiber reinforced plastic (FRP), reinforced by UHMW-PE fibers (eg Dyneema fibers) plastic, a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or a glass fiber reinforced plastic (GRP), preferably a glass fiber reinforced plastic (GRP).

Ganz besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Elastomer der Schicht (12) ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und das Polyethylen der Schicht (11) ein Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE) ist und der mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff der Schicht (13) ein Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) ist.Very particularly preferred is a process in which the elastomer of the layer ( 12 ) an ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) and the polyethylene of the layer ( 11 ) is an Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE) and by means of fibers ( 14 ) reinforced plastic of the layer ( 13 ) is a glass fiber reinforced plastic (GRP).

Ganz besonders bevorzugt ist ein Verfahren, das die folgenden Schritte umfasst:

  • – Herstellen oder Bereitstellen eines die Schichten (11) und (12) enthaltenden Laminatverbundes,
  • – Zusammenfügen des hergestellten oder bereitgestellten Laminatverbundes mit einer nicht ausgehärteten Schicht (13) und
  • – Aushärten der Schicht (13).
Very particularly preferred is a process comprising the following steps:
  • - making or providing the layers ( 11 ) and ( 12 ) containing laminate composite,
  • - assembling the produced or provided laminate composite with a non-hardened layer ( 13 ) and
  • - curing the layer ( 13 ).

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem die nicht ausgehärtete Schicht (13) ein Epoxidharz ist, vorzugsweise ein Zweikomponentenepoxidharz ist, das vor dem Zusammenfügen mit dem hergestellten oder bereitgestellten Laminatverbund angemischt wird.Preference is given to a process according to the invention in which the uncured layer ( 13 ) is an epoxy resin, preferably a two-part epoxy resin, which is compounded with the prepared or provided laminate composite prior to assembly.

Ein weiterer Aspekt im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren und/oder Ausbessern eines Rotorblattelementes, vorzugsweise eines Rotorblattelementes einer Windenergieanlage mit einem erfindungsgemäßen Verbundbauteil, umfassend die folgenden Schritte:

  • – Vorbereiten des beschädigten Rotorblattelementes,
  • – Herstellen oder Bereitstellen eines die Schichten (11) und (12) enthaltenden Laminatverbundes,
  • – Auftragen einer nicht ausgehärteten Schicht (13) auf das vorbereitete Rotorblattelement und/oder auf den hergestellten oder bereitgestellten die Schichten (11) und (12) enthaltenden Laminatverbund,
  • – Zusammenfügen des hergestellten oder bereitgestellten Laminatverbundes mit dem Rotorblattelement, wobei sich die nicht ausgehärtete Schicht (13) zwischen dem Rotorblattelement und der Schicht (12) des Laminatverbundes befindet und
  • – Aushärten der Schicht (13).
Another aspect in connection with the present invention relates to a method for repairing and / or repairing a rotor blade element, preferably a rotor blade element of a wind energy plant with a composite component according to the invention, comprising the following steps:
  • Preparing the damaged rotor blade element,
  • - making or providing the layers ( 11 ) and ( 12 ) containing laminate composite,
  • Application of an uncured layer ( 13 ) on the prepared rotor blade element and / or on the prepared or provided layers ( 11 ) and ( 12 ) containing laminate composite,
  • - Assembling the produced or provided laminate composite with the Rotor blade element, wherein the uncured layer ( 13 ) between the rotor blade element and the layer ( 12 ) of the laminate composite is and
  • - curing the layer ( 13 ).

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem das Vorbereiten des beschädigten Rotorblattelementes zumindest einen der nachfolgenden Schritte umfasst:

  • – Säubern der Oberfläche mittels Bürsten, Schleifen und/oder Strahlen und/oder
  • – Entfernen von Staub-, Fett- und/oder Ölrückständen.
A method according to the invention is preferred in which the preparation of the damaged rotor blade element comprises at least one of the following steps:
  • - Cleaning the surface by brushing, grinding and / or blasting and / or
  • - Removal of dust, grease and / or oil residues.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise mehrere der vorstehend als bevorzugt bezeichneten Aspekte gleichzeitig verwirklicht; insbesondere bevorzugt sind die sich aus den beigefügten Ansprüchen ergebenden Kombinationen solcher Aspekte und der entsprechenden Merkmale.In the context of the present invention, preferably several of the aspects described above as being preferred are realized simultaneously; Especially preferred are the combinations of such aspects and the corresponding features resulting from the appended claims.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage mit Rotorblattelement gemäß der Erfindung; 1 shows a schematic representation of a wind turbine with rotor blade element according to the invention;

2 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Rotorblattelementes gemäß der Erfindung; 2 shows schematically an embodiment of a rotor blade element according to the invention;

3 zeigt in schematischer Darstellung einen Ausschnitt des Rotorblattelementes aus 2; 3 shows a schematic representation of a section of the rotor blade element 2 ;

4 zeigt in schematischer Darstellung einen alternativen Ausschnitt des Rotorblattelementes. 4 shows a schematic representation of an alternative section of the rotor blade element.

1 zeigt eine Windenergieanlage 1000 mit einem Turm 1200 und einer Gondel 1300. An der Gondel 1300 ist ein Rotor 1400 mit drei Rotorblättern 1100 und einem Spinner 1500 angeordnet. Der Rotor 1400 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 1300 an. Die Rotorblätter 1100 der Windenergieanlage 1000 verfügen über eine Basis (Schicht 13) aus einem zumindest teilweise aus einem mittels Fasern verstärkten Kunststoff und sind stellenweise mit einer Oberflächenfolie (Schicht 11) aus Polyethylen beschichtet, wobei sich zwischen der Oberflächenfolie und der Basis eine Elastomerschicht (Schicht 12) befindet. Dieser Aufbau wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. 1 shows a wind turbine 1000 with a tower 1200 and a gondola 1300 , At the gondola 1300 is a rotor 1400 with three rotor blades 1100 and a spinner 1500 arranged. The rotor 1400 is set in operation by the wind in a rotary motion and thereby drives a generator in the nacelle 1300 at. The rotor blades 1100 the wind turbine 1000 have a base (layer 13 ) made of at least partially made of a fiber reinforced plastic and are in places with a surface film (layer 11 ) made of polyethylene, wherein between the surface film and the base an elastomer layer (layer 12 ) is located. This structure will be explained in more detail with reference to the following figures.

2 zeigt eine Rotorblattelement 1110 des Rotorblattes 1100, nämlich die Rotorblattnase. Die Rotorblattnase 1110 verfügt über eine Oberflächenfolie 11. Diese besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMW-PE). Die Oberflächenfolie 11 (Schicht 11) ist über eine Anbindungsschicht 12 (Schicht 12) mit der Basis des Rotorblattelementes 13 (Schicht 13) verbunden. Die Basis 13 (Schicht 13) des Rotorblattelementes besteht dabei zumindest teilweise aus einem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff. Im Ausführungsbeispiel ist das Fasermaterial glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) und das härtbare Harz ein Epoxidharz. Die Anbindungsschicht 12 (Schicht 12) besteht zumindest teilweise aus einem Elastomer. Durch die Anbindung der Oberflächenfolie 11 (Schicht 11) an die Basis 13 (Schicht 13) mittels einer elastischen Anbindungsschicht ist zum einen das Fügen von UHMW-PE auf Epoxidharz möglich. Zum anderen hat die Anbindungsschicht dämpfende Eigenschaften, was insbesondere bei Belastungen der Oberflächenfolie und der Rotorbasis vorteilhaft ist. Die Oberflächenfolie 11 (Schicht 11) aus UHMW-PE ist besonders widerstandsfähig gegen abrasive Belastungen wie sie beim Betrieb von Windenergieanlagen insbesondere an den Rotorkanten auftritt. 2 shows a rotor blade element 1110 of the rotor blade 1100 namely, the rotor blade nose. The rotor blade nose 1110 has a surface film 11 , This consists in this embodiment of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMW-PE). The surface foil 11 (Layer 11 ) is via a connection layer 12 (Layer 12 ) with the base of the rotor blade element 13 (Layer 13 ) connected. The base 13 (Layer 13 ) of the rotor blade element consists at least partially of a means of fibers ( 14 ) reinforced plastic. In the exemplary embodiment, the fiber material is glass fiber reinforced plastic (GRP) and the curable resin is an epoxy resin. The connection layer 12 (Layer 12 ) consists at least partially of an elastomer. By the connection of the surface foil 11 (Layer 11 ) to the base 13 (Layer 13 ) by means of an elastic bonding layer, on the one hand the joining of UHMW-PE on epoxy resin is possible. On the other hand, the bonding layer has damping properties, which is advantageous in particular when the surface film and the rotor base are stressed. The surface foil 11 (Layer 11 ) made of UHMW-PE is particularly resistant to abrasive loads such as those that occur when operating wind turbines, in particular at the rotor edges.

3 zeigt einen Ausschnitt des Rotorblattelementes 1110. An dieser Stelle des Rotorblattelementes 1110 verfügt das Rotorblattelement 1110 über folgenden Schichtaufbau: Eine erste Schicht (11), die zumindest teilweise aus Polyethylen besteht, eine Schicht (12), die zumindest teilweise aus einem Elastomer besteht, und wenigstens eine Schicht (13) als Basis, die zumindest teilweise aus einem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff besteht. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Fasermaterial glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) und das härtbare Harz ein Epoxidharz, das Polyethylen ist ein Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMW-PE) und das Elastomer ist ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM). 3 shows a section of the rotor blade element 1110 , At this point of the rotor blade element 1110 has the rotor blade element 1110 about the following layer structure: a first layer ( 11 ), which consists at least partially of polyethylene, a layer ( 12 ), which consists at least partially of an elastomer, and at least one layer ( 13 ) based at least in part on a fiber 14 ) Reinforced plastic. In this embodiment, the fiber material is glass fiber reinforced plastic (GRP) and the curable resin is an epoxy resin, the polyethylene is an ultra-high molecular weight polyethylene (UHMW-PE), and the elastomer is an ethylene-propylene-diene rubber (EPDM).

4 zeigt einen alternativen Ausschnitt des Rotorblattelementes 1110. An dieser Stelle des Rotorblattelementes 1110 verfügt das Rotorblattelement 1110 über folgenden Schichtaufbau: Eine erste Schicht (11), die zumindest teilweise aus Polyethylen besteht, eine Schicht (12), die zumindest teilweise aus einem Elastomer besteht, wenigstens eine Schicht (13), die zumindest teilweise aus einem Klebstoff besteht und eine Schicht (15), die zumindest teilweise aus einem mittels Fasern verstärkten Kunststoff besteht. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Fasermaterial glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) und das härtbare Harz ein Epoxidharz, das Polyethylen ist ein Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMW-PE), das Elastomer ist ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und der Klebstoff ist ein Epoxidharz-Klebstoff. 4 shows an alternative section of the rotor blade element 1110 , At this point of the rotor blade element 1110 has the rotor blade element 1110 about the following layer structure: a first layer ( 11 ), which consists at least partially of polyethylene, a layer ( 12 ), which consists at least partially of an elastomer, at least one layer ( 13 ), which consists at least partially of an adhesive and a layer ( 15 ), which consists at least partially of a fiber reinforced plastic. In this embodiment, the fiber material is glass fiber reinforced plastic (GRP) and the curable resin is an epoxy resin, the polyethylene is ultra high molecular weight polyethylene (UHMW-PE), the elastomer is an ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) and the adhesive is an epoxy adhesive.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

Verbundbauteil (10), gekennzeichnet durch folgenden Schichtenaufbau a) eine Schicht (11), die zumindest teilweise aus Polyethylen besteht, b) eine Schicht (12), die zumindest teilweise aus einem Elastomer besteht, c) wenigstens eine Schicht (13), die zumindest teilweise aus einem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff besteht, oder die zumindest teilweise aus einem Klebstoff besteht, wobei die Schicht (12) unmittelbar zwischen der Schicht (11) und der Schicht (13) angeordnet ist, wobei die Schichten (11) und (12) in einem ersten Arbeitsgang zu einem Laminatverbund gefügt wurden und die Schicht (13) in einem zweiten Arbeitsgang an den die Schichten (11) und (12) umfassenden Laminatverbund gefügt wurden.Composite component ( 10 ), characterized by the following layer structure a) a layer ( 11 ) which consists at least partly of polyethylene, b) a layer ( 12 ) which consists at least partly of an elastomer, c) at least one layer ( 13 ), which is at least partially made of one by means of fibers ( 14 Reinforced plastic, or at least partially consists of an adhesive, wherein the layer ( 12 ) immediately between the layer ( 11 ) and the layer ( 13 ), the layers ( 11 ) and ( 12 ) were joined in a first operation to a laminate composite and the layer ( 13 ) in a second operation to which the layers ( 11 ) and ( 12 ) laminate composite have been added. Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyethylen ein High Molecular Polyethylen (HMW-PE), ein Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE) oder Polytetrafluorethylen (PTFE) ist, vorzugsweise ein Ultra High Molecular Polyethylen (UHMW-PE) ist.Composite component according to claim 1, characterized in that the polyethylene is a High Molecular Polyethylene (HMW-PE), an Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE) or polytetrafluoroethylene (PTFE), preferably an Ultra High Molecular Polyethylene (UHMW-PE) , Verbundbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer ein Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk(EPDM), Ethylen-Acrylat-Kautschuk (EAM), Fluorkarbon-Kautschuk (FKM), Acrylat-Kautschuk (ACM) oder Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) ist, vorzugsweise ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk(EPDM) ist.Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that the elastomer is an ethylene-propylene rubber (EPM), ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), ethylene-acrylate rubber (EAM), fluorocarbon rubber (FKM), Acrylate rubber (ACM) or acrylonitrile butadiene rubber (NBR), preferably an ethylene-propylene-diene rubber (EPDM). Verbundbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff um einen Faserverstärkten Kunststoff (FVK), einen mittels UHMW-PE-Fasern verstärkten Kunststoff, einen Carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) oder einen Glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) handelt, vorzugsweise um einen Glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) handelt. Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that, by means of fibers ( 14 ) reinforced plastic to a fiber reinforced plastic (FRP), a UHMW-PE fiber reinforced plastic, a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or a glass fiber reinforced plastic (GRP) is, preferably a glass fiber reinforced plastic (GRP) is. Verbundbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff um ein Kunststoffharzsystem auf Epoxid-Basis, Polyurethan-Basis, (Meth)acrylat-Matrix oder (Meth)acrylamid-Matrix handelt. Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that, by means of fibers ( 14 ) reinforced plastic is an epoxy resin-based resin system, polyurethane-based, (meth) acrylate matrix or (meth) acrylamide matrix. Verbundbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfügen der Schicht (13) mit dem die Schichten (11) und (12) umfassenden Laminatverbund unter Aushärtung der Schicht (13) erfolgt.Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that the joining of the layer ( 13 ) with which the layers ( 11 ) and ( 12 ) laminate composite with curing of the layer ( 13 ) he follows. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (13) ein Epoxidharz-Klebstoff ist oder diesen umfasst. Verbundbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Verbundbauteil um ein Rotorblatt handelt, vorzugsweise um ein Rotorblatt eines Windrades.Composite component according to one of claims 1 to 6, characterized in that the layer ( 13 ) is or includes an epoxy adhesive. Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that it is the composite component is a rotor blade, preferably a rotor blade of a wind turbine. Windrad umfassend ein Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Windmill comprising a composite component according to one of claims 1 to 8. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteiles nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die folgenden Schritte: – Herstellen oder Bereitstellen eines die Schichten (11) und (12) enthaltenden Laminatverbundes, – Zusammenfügen des hergestellten oder bereitgestellten Laminatverbundes mit der Schicht (13).Process for producing a composite component according to one of Claims 1 to 8, comprising the following steps: - producing or providing the layers ( 11 ) and ( 12 laminate composite, - joining the prepared or provided laminate composite with the layer ( 13 ).
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