WO2019144981A1

WO2019144981A1 - Windenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungssystem

Info

Publication number: WO2019144981A1
Application number: PCT/DE2018/100064
Authority: WO
Inventors: Jörg Spitzner
Original assignee: ADIOS PATENT GmbH
Current assignee: ADIOS PATENT GmbH
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2020-07-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Windenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem mit einem Heizungssystem an den Vorderkanten der Rotorblätter einer Windenergieanlage, aufweisend wenigstens eine auf dem Rotorblatt aufgebrachte oder integrierte Heizzone, die zyklisch und/oder kontinuierlich angesteuert werden kann, wobei die Heizzone wenigstens ein elektrisches Heizelement umfasst und mit einer Erosionsschicht zum Schutz vor Erosion versehen ist, wobei das oder die elektrischen Heizelemente als ein auf einer Trägerfolie aufgebrachter graphithaltiger Heizlack ausgestaltet ist/sind und auf dem Rotorblatt als erste Schicht mit der Trägerfolie aufgeklebt ist/sind und das oder die elektrischen Heizelemente mit aus Kupferlegierungen bestehenden Flachbändern zur Stromversorgung der elektrischen Heizelemente kontaktiert sind, und eine auf dem Heizelement aufgebrachte Isolationsfolie aufgebracht ist, eine Erosionsschicht auf der Isolationsfolie in Form eines Erosionsschutzlackes vorgesehen ist und eine Steuerungsanordnung in oder an der Windenergieanlage vorgesehen ist, wobei die Heizelemente auf den Rotorblättern Blitzschutzsystem-frei ausgebildet sind.

Description

Windenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungssystem

Die Erfindung betrifft ein Windenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanord- nungssystem mit einem Heizungssystem an den Vorderkanten der Rotorblätter einer

Wndenergieanlage, aufweisend wenigstens eine auf dem Rotorblatt aufgebrachte oder integrierte Heizzone, die zyklisch und/oder kontinuierlich angesteuert werden kann, wobei die Heizzone wenigstens ein elektrisches Heizelement umfasst und mit einer Erosionsschicht zum Schutz vor Erosion versehen ist, wobei das oder die elektrischen Heizelemente als ein auf einer Trägerfolie aufgebrachter graphithaltiger Heizlack ausgestaltet ist/sind und auf dem Rotorblatt als erste Schicht mit der Trägerfolie aufgeklebt ist/sind und das oder die elektrischen

Heizelemente mit aus Kupferlegierungen bestehenden Flachbändern zur Stromversorgung der elektrischen Heizelemente kontaktiert sind.

Allgemein ist das sehr viel beachtete Problem bekannt, dass die Rotorblätter von bestehenden Wndenergieanlagen bei entsprechenden Wetterlagen, insbesondere wenn die

Wndenergieanlagen an höhergelegenen Standorten aufgebaut sind, anfangen zu vereisen. Dieses teilweise auch ungleichmäßige Vereisen der Rotorblätter kann zu einer Anlagenunwucht und damit verbundenen Schwingungen sowie auch zum Eisabwurf in die Umgebung führen.

Bei der Eis-bedingten Abschaltung einer Vielzahl von Wndenergieanlagen entstehen

Stromengpässe und durchaus sehr hohe Ertragsausfälle durch die Vereisung der Rotorblätter. Zudem melden oftmals fehlerhafte Eissensoren zu Unrecht eine Vereisung einer

Wndenergieanlage.

Wndenergieanlagen in stark vereisungsgefährdeten Gebieten haben oftmals sogar bis zu 70 Tage Stillstand während eines Wnters, so zum Beispiel an Standorten in Österreich.

Exemplarisch sei hier für eine 1 ,3 MW-Anlage ein Ausfall von ca. 15 Tagen genannt, der sich auf 8.000 EUR beziffern lässt. Noch extremer verhält es sich mit 3 MW-Anlagen, bei denen sich der Ertragsverlust auf 30.000 EUR bei 15 Tagen Eisstillstandzeit beziffern lässt. Auch Anlagen in nicht unmittelbar vereisungsgefährdeten Gebieten müssen häufig wegen Eisbildung abgeschaltet werden, so dass insgesamt eine sehr große Nachfrage nach

Enteisungsvorrichtungen gegeben ist.

Eis bildet sich immer nur während des Betriebes an der Vorderkante des Rotorblattes, so dass eine Heizung auch nur dort zu montieren ist, wobei dies bereits durch Stand der Technik seitens der Anmelderin ausgeführt wurde.

Es ist nur eine geringe elektrische Heizleistung notwendig, da nur eine geringe Fläche beheizt werden muss und das Heizen nur an der Oberfläche, wo das Eis entsteht, und nicht im Inneren des Blattes erfolgen muss. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Anordnungen bekannt, um Rotorblätter von Windenergieanlagen zu enteisen bzw. eisfrei zu halten.

Der nächstkommende Stand der Technik dürfte der bekannte Stand der Technik aus der Druckschrift EP 2 826 993 A1 sowie insbesondere aus der Druckschrift DE 10 2015 113 763 A1 sein:

Aus der Druckschrift EP 2 826 993 A1 ist ein Wndenergieanlagenrotorblattenteisungs- verfahren mit einem an einem Rotorblatt angeordneten Wndenergieanlagenrotorblattent- eisungssystem bekannt, bei dem modulare elektrische Heizelemente offenbart sind, die zyklisch, wiederkehrend, diskontinuierlich und/oder kontinuierlich angesteuert werden, wobei mindestens ein modulares Heizelement mit einem Temperaturfühler und/oder elektrischem Wderstandsmesser versehen ist, wobei ein kontinuierliches Messen von Umweltmesswerten erfolgt und das Windenergieanlagenrotorblattenteisungssystem bei Erreichen von

vorgegebenen Umweltmesswerten aktiviert wird. Ferner ist aus dieser Druckschrift ein

Wndenergieanlagenrotorblattheizsystem an einem Rotorblatt einer Wndenergieanlage bekannt, das mindestens zwei Heizzonen mit modularen Heizelementen umfasst, wobei die modularen Heizelemente zyklisch und/oder kontinuierlich ansteuerbar sind, ein

Ansteuerungssystem zur Aktivierung einzelner Heizzonen, Hauptheizelementen und/oder Hilfsheizelementen, Umwelt-, Umgebungs-, Regen-, Temperatur- und/oder

Luftfeuchtigkeitssensoren zur Erfassung von Regelgrößen, wobei die Sensoren durch das Ansteuerungssystem ausgewertet werden.

Weiter offenbart die Druckschrift DE 10 2015 113 763 A1 einen Wndenergieanlagenrotorblatt- eisfreihalte- und -enteisungsanordnungsaufbau an der Vorderkante eines Rotorblattes einer Wndenergieanlage, aufweisend wenigstens eine auf dem Rotorblatt aufgebrachte oder integrierte Heizzone, die zyklisch und/oder kontinuierlich angesteuert werden kann, wobei die Heizzone wenigstens ein elektrisches Heizelement umfasst und von einem Blitzschutzsystem unmittelbar abgedeckt und mit einer Erosionsschicht zum Schutz vor Erosion versehen ist, wobei das elektrische Heizelement, das ein auf einer Trägerfolie aufgebrachter graphithaltiger Heizlack ist, auf dem Rotorblatt als erste Schicht aufgeklebt ist, auf dem elektrischen

Heizsystem eine Isolationsfolie oder ein Isolierlack aufgebracht ist, auf der Isolationsfolie oder dem Isolierlack das Blitzschutzsystem, wobei dieses eine Kupferfolie ist, unmittelbar aufgebracht ist und auf dem Blitzschutzsystem die Erosionsschicht aufgebracht ist, wobei die Erosionsschicht ein Erosionsschutzlack oder eine Erosionsschutzfolie ist.

Zum allgemeinen Stand der Technik und zu Detailausführungen wird insbesondere auf die zuvor genannten zwei Druckschriften der Anmelderin verwiesen. Das Haupt-Problem im Stand der Technik ist im Wesentlichen, dass es keine, die zuvor genannten Systeme der Anmelderin mal ausgenommen, Anti- and De-Ice Systeme zum

Nachrüsten gibt und die implementierten Systeme einfach nicht zuverlässig funktionieren.

Selbst die zuvor genannten zwei Systeme sind in der Anbringung an ein Rotorblatt nur äußerst aufwendig applizierbar.

Es fehlt also tatsächlich an einer wirklich einfachen Lösung des Problems der Eisfreihaltung und damit einem entsprechenden System, dass das Problem der Eisbildung und Vereisung von Rotorblättern von Windenergieanlagen tatsächlich weiter optimiert angeht und auch effektiv löst, wobei insbesondere Herstellungskosten gering sein sollen und ein einfacher Aufbau am

Rotorblatt als retrofit-Lösung (nachträgliche Anbringung bei bestehenden Anlagen) möglich sein muss. Hierbei ist also ein wesentlicher Aspekt die Aufbringbarkeit eines derartigen

Enteisungssystems für Rotorblätter einer Windenergieanlage, da diese Aufbringung an vorhandenen bzw. in Betrieb stehenden Anlagen vorgenommen werden muss und es hierbei im Stand der Technik mit den bekannten Anordnungen und Verfahren nicht möglich ist, effizient und nahezu bei jeder angemessenen Witterung derartige Enteisungsanordnungen in

Feldmontage zu montieren.

Es wurde insbesondere erkannt, dass bei im Stand der Technik befindlichen

Enteisungsanordnungen für Rotorblätter einer Windenergieanlage derzeit kein, die zuvor genannten im Stand der Technik bekannten Systeme der Anmelderin mal ausgenommen, durables Gesamtsystem bekannt ist, da die im Stand der Technik bekannten

Enteisungsanordnungen allesamt nach kurzer Zeit aufgrund von Leitungsversagen und Ausfall der Heizelemente die Funktion einstellen, wobei dies bereits nach wenigen Tagen bis Wochen der Fall sein kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Windenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem aufzuzeigen, das noch einfacher zu montieren und somit fehlerunanfälliger bei der Montage ist, eine nahezu dauerhafte und effizient zu betreibende Eisfreiheit ermöglicht, wobei insbesondere die Montage im Feld, also unmittelbar an der Windenergieanlage erfolgen soll. Durch einen einfacheren Aufbau am Rotorblatt soll Zeit eingespart werden, um so die Installationskosten deutlich zu reduzieren. Mithin soll der Eisansatz vermieden bzw. beseitigt werden und zudem eine lokale Reparaturfähigkeit möglich sein. Die Beständigkeit und Haltbarkeit einer derartigen

Enteisungsanordnung ist hierbei weiter von entscheidender Bedeutung. Das System muss einfacher werden, da die derzeitigen komplexen Aufbauten bekannter Enteisungssysteme zu schwer im Feld zu montieren sind, da auf entsprechende Überlappungen beim Blitzschutz und entsprechende Isolierung beim Blitzschutz geachtet werden muss, was bei einigen Installationen nicht gewährleistet werden kann, da die Installationsarbeiten auch bei widrigen Bedingungen durchgeführt werden müssen.

Gelöst werden diese Aufgaben mit einem Windenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und - enteisungsanordnungssystem gemäß Hauptanspruch.

Das Windenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem ist ausgebildet mit:

- einem Heizungssystem an den Vorderkanten der Rotorblätter einer Windenergieanlage, wobei diese wenigstens eine auf dem Rotorblatt aufgebrachte oder integrierte Heizzone, die zyklisch und/oder kontinuierlich angesteuert werden kann, aufweisen und

wobei die Heizzone wenigstens ein elektrisches Heizelement umfasst und mit einer

Erosionsschicht zum Schutz vor Erosion versehen ist,

wobei

- das oder die elektrischen Heizelemente als ein auf einer Trägerfolie aufgebrachter graphithaltiger Heizlack ausgestaltet ist/sind und auf dem Rotorblatt als erste Schicht mit der Trägerfolie aufgeklebt ist/sind und das oder die elektrischen Heizelemente mit aus Kupferlegierungen bestehenden Flachbändern zur Stromversorgung der

elektrischen Heizelemente kontaktiert sind,

und

- eine auf dem Heizelement aufgebrachte Isolationsfolie aufgebracht ist,

- eine Erosionsschicht auf der Isolationsfolie in Form eines Erosionsschutzlackes

vorgesehen ist

und

- eine Steuerungsanordnung in oder an der Windenergieanlage vorgesehen ist,

wobei

die Heizelemente auf den Rotorblättern Blitzschutzsystem-frei ausgebildet sind.

Durch den Verzicht auf das Blitzschutzsystem unmittelbar auf den Heizelementen ist es möglich, das System einfacher auf dem Rotorblatt zu applizieren. Es bedarf nur den folgenden Schritten am Rotorblatt:

- Vorbereiten der Rotorblattoberfläche;

- Aufkleben der Heizelemente;

- Aufbringen einer Isolationsfolie;

- Aufträgen des Erosionsschutzlackes.

Der sehr komplexe Schritt des genauen Positionierens und Verklebens des im Stand der Technik bekannten Blitzschutzes auf den Heizelementen wird so wie im Stand der Technik immer wieder vorgeschlagen, bewusst weggelassen, wobei dies die erste Grundausführung der Erfindung darstellt. Der Blitzschutz würde sodann durch das Anlagenblitzschutzsystem oder ein zusätzliches, jedoch nicht unmittelbar auf den Heizelementen, vorgesehenes Blitzschutzsystem übernommen werden, wobei hierzu diesseits in einer ersten Weiterbildung vorgeschlagen wird, den Heizungs- Blitzschutz in der Steuerungsanordnung zu realisieren, wobei hierzu der Blitzschutz über eine Trennung in Leistungsseite und Steuerungsseite ausgebildet ist. Diesbezüglich kann in einer besonders bevorzugten Ausbildungsvariante zur Vermeidung von Elektromagnetischen

Verträglichkeits-Problemen (EMV-Probleme) eine Trennung des Leistungsteils und des

Steuerungsteils insbesondere durch eine Schottung erfolgen. Die voneinander räumlich getrennten Bereiche für den Steuerungs-Messkreis und den Lastkreis gewährleisten die elektromagnetische Verträglichkeit EMV für den Steuerungskreis, wobei insbesondere in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante entsprechend höchstklassige

Blitzschutzkomponenten in Form von Surge Protection Devices verwendet werden.

Durch diesen Lagenaufbau ist es nunmehr noch viel einfacher möglich, einen einfach zu montierenden, nämlich sowohl für neue Rotorblätter als auch für die nachträgliche Anbringung eines derartigen Aufbaus an vorhandene Rotorblätter, Windenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem zu verwenden, der eine Eisfreihaltung bzw. Enteisung tatsächlich auch dauerhaft über mehrere Jahrzehnte ermöglicht, da dessen Beständigkeit gegenüber den Bewegungen des Rotorblattes an dessen Oberfläche noch besser gewährleistet ist, da der Lagenaufbau nunmehr durch Verzicht des Blitzschutzsystems unmittelbar auf den Heizelementen einfacher zu montieren ist und zudem durabler ausgebildet ist, da weniger bewegte Massen durch Verzicht der„schweren“ Kupfer-Blitzschutzfolien beim Verdrehen des Rotorblattes vorgesehen sind, die die Lebensdauer des Gesamtaufbaus beeinträchtigen.

Hierdurch wird die Montage kostengünstiger und der Gesamtaufbau durabler.

Als weiterer Vorteil hat sich weiter gezeigt, dass dieser Lagenaufbau deutlich dünner und somit aus aerodynamischer Sicht noch irrelevanter für die Gesamtbetrachtung der

Windenergieanlage wird. Es handelt sich also nicht um ein die Anlagenleistung reduzierenden Zusatzaufbau.

Nur durch diesen Aufbau der Enteisungsanordnung ist ein noch langjährigerer Betrieb möglich. Der entscheidende Vorteil des offenbarten Windenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -ent- eisungsanordnungssystems liegt in der Durabilität des Aufbaus, der erstmalig

Temperaturschwankungen als auch den auftretenden Kräften, insbesondere Torsions- und Zugkräften, die auf der Rotorblattoberfläche anliegen, tatsächlich langjährig widersteht und zudem kostengünstiger als alle anderen bekannten Systeme im Stand der Technik sind.

Insbesondere kann auf diese Art und Weise auch Kupfer, welches im Stand der Technik großflächig auf die Heizelemente aufgebracht wurde, eingespart werden. Ferner hat sich gezeigt, dass es durch den Verzicht des Blitzschutzsystems unmittelbar auf den Heizelementen nicht mehr zu ungleichmäßigen Materialausdehnungen zwischen Blitzschutz und Heizelementen über die Länge entlang der Rotorblattvorderkante kommt, so dass es nicht zu Materialtrennungen oder Brüchen im Material, nämlich im Heizlack oder in den

Kontaktierungen, kommt.

An dieser Stelle soll angemerkt werden, dass das hier beschriebene System sowohl einsetzbar ist für die Herstellung eines neuen Rotorblattes in der Fabrik als auch für den Retro-Fit Fall, nämlich die nachträgliche Montage an bereits in Betrieb stehenden Rotorblättern.

In einer alternativen oder auch zusätzlich ergänzenden weiterführenden Variante kann der Heizungs-Blitzschutz durch neben den Heizelementen wenigstens in Teilabschnitten und parallel angeordneten Flachband-Kupferleitern und aber auch insbesondere Kupfermesh ausgebildet werden. Hierbei wird ein einfacher Kupferleiter bzw. ein Kupfermesh, beispielsweise aus der Luftfahrt bekannt, wenigstens im Bereich der Blattspitze (tip), bevorzugt über einen größeren Teilbereich und besonders über den gesamten Bereich, neben den Heizelementen als Heizungs-Blitzschutz vorgesehen.

Bei der Anbringung eines neben den Heizelementen angeordneten Blitzschutzes für die Heizung muss besonders bevorzugt dieser Blitzschutz, beispielswiese das Kupfermesh oder ein Kupferflachband, an das Anlagenblitzschutzsystem angeschlossen werden, wobei hierbei bevorzugt ein Potentialausgleich zum internen Blitzschutzsystem der Windenergieanlage notwendig ist. Alternativ besteht die Möglichkeit das Blitzschutzsystem eigens über eine Blitzschutzleitung zu erden.

Diesbezüglich kann in einer weiteren diesbezüglichen Ausführungsvariante der neben den Heizelementen angeordnete Blitzschutz auch von der Erosionsschicht abgedeckt sein.

Durch diese räumliche Trennung des Blitzschutzes, was normalerweise so nicht üblich ist, wird jedoch ein Kurzschluss oder ein Beschädigen der Heizelemente effektiv verhindert, so dass beim Anbau des Systems als Retrofit-Enteisungslösung nicht so genau gearbeitet werden muss, wie es beispielsweise im Labor der Fall wäre. Die Durabilität und die Standzeit werden um ein Vielfaches erhöht, was wiederum die Kosten für Wartung oder Reparaturen deutlich minimiert.

Die, in einer Ausführungsvariante auch quasi doppelseitig klebend ausgebildete, Isolationsfolie bildet die Isolationsschicht der Heizfolie und schützt diese vor Zerstörung sowohl durch äußere Einflüsse als auch durch Verdrehung oder Dehnung des Rotorblattes. Sie bildet die Trennung der stromleitenden bzw. stromführenden Ebene zur Umwelt. Und ist in einer entsprechenden besonders bevorzugten Ausführungsform selbstverständlich auch auf den entsprechenden vorgesehenen Kupferflachbändern, die den Strom zu den Heizzonen leiten, vorgesehen. Die eine oder auch mehreren Heizzonen können insbesondere durch mehrere einzelne miteinander verbundene Heizelemente realisiert werden, wobei es diesbezüglich vorteilhaft ist, dass die Aufbringung der einzelnen beispielsweise 50 cm langen Heizelemente abschnittsweise erfolgt und die einzelnen abschnittsweisen Heizelemente miteinander über Kupferflachbänder stirnseitig verbunden werden.

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Beheizung über die zu beheizende Fläche sind die einzelnen abschnittsweisen Heizelemente wenigstens einer Heizzone flächenmäßig gleich groß ausgebildet, damit auf diese Weise ein ausreichender und gleichmäßiger Widerstand realisiert wird.

Die Flachbänder sind in einer besonders bevorzugten Ausführungsform mit einem elektrisch leitfähigen Kleber mit den Heizelementen verklebt, so dass der über die Flachbänder zu den Heizelementen geleitete Strom auch über einen jahrelangen Einsatzzeitraum fließen kann. Es hat sich insbesondere gezeigt, dass alternative Fügeverfahren nicht den Dauereinsatz in der Realität überstehen, so dass es zu Unterbrechungen in der Stromversorgung zu den

Heizelementen kommt. Insbesondere werden in einer bevorzugten Ausführungsform die Flachbänder mit einem elektrisch leitfähigen Kleber, besonders bevorzugt mit einem auf Silikon- Basis bestehenden Kleber mit metallischen Partikeln aus entweder Kupfer und / oder Silber mit den Heizelementen verklebt.

Ebenfalls in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind die Flachbänder aus Kupferberyllium bzw. einem mit Beryllium dotiertem Kupfer (Berylliumkupfer) gefertigt.

Überraschenderweise zeigt sich gerade dieses harte und spröde Leichtmetall als

Legierungszusatz in Kupfer als besonders geeignet für diesen Einsatz in dem

Windenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Isolationsfolie doppelseitig klebend ausgebildet ist, da hierdurch eine einfache Handhabung gegeben ist, um das Windenergieanlagenrotorblatt eisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem herzustellen.

Alternativ kann neben einer doppelseitig klebenden Isolationsfolie auch eine einseitig klebende Isolationsfolie verwendet werden, wobei insbesondere die Isolationsfolie auf der

Rotorblattoberflächen zugewandten Seite mit einem entsprechenden Kleber versehen ist und so im vorbereiteten Verbund mit der Trägerfolie mit dem darauf angeordneten Heizlack vorgefertigt oder prozessiert/verarbeitet werden kann.

Der graphithaltige Heizlack auf der Trägerfolie kann insbesondere als Graphit oder aber auch als Kohlenstoff-Nanomaterialien in Verbindung mit Graphit vorliegen. Ferner hat sich gezeigt, dass ein graphithaltiger Heizlack leicht zu verarbeiten ist, insbesondere auf die Trägerfolie über ein Rakelverfahren aufgetragen werden kann. Die Schichtdicke des Heizlackes auf der Trägerfolie liegt im Bereich von 20 pm bis 160 pm. Besonders bevorzugt liegt die Schichtdicke des Heizlackes im Bereich von 20 pm bis 90 pm. Besonders bevorzugt beträgt die Schichtdicke des Heizlackes auf der Trägerfolie etwa 20 pm bis 70 pm, noch bevorzugter bei 50 pm bis 70 pm bzw. bei 60 pm, da bei dieser Schichtdicke der für die Windenergieanlagenenteisung notwendige Heizwiderstand realisiert wird.

Die Trägerfolie, auf die der Heizlack aufgebracht ist, als auch insbesondere die Isolationsfolie können in einer bevorzugten Ausführungsform aus Polyethylenterephthalat [PET] bestehen. Ferner sind noch die Materialien Polyethylen [PE] oder Polyurethan [PU] zur Ausbildung der Folien geeignet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trägerfolie flexibel ausgebildet, so dass sie Dehnungen entlang der Fläche bidirektional zulässt.

Die Trägerfolie wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vor dem Aufbringen des Heizlackes elektrochemisch oder mittels einer Plasmaaktivierung behandelt, so dass das Aufbringen des graphithaltigen Heizlackes auf die Trägerfolie mit einer besonders starken Haftung möglich ist.

Die als Lack ausgebildete Erosionsschicht ist insbesondere ein zwei-Komponentiger Lack, der im Bereich von wenigstens 300 pm bis 600 pm Schichtdicke aufgebracht ist. Eine Schichtdicke von 300 pm hat sich diesbezüglich als besonders vorteilhaft in Bezug auf Materialverbrauch, Auftragemöglichkeit und Durabilität herausgestellt.

Als Lacksystem kann zudem ein hochbeständiger Kantenschutzlack auf PUR-Systembasis zum Einsatz kommen.

Bevorzugt ist auch die Form einer Erosionsschutzfolie, die ebenfalls mit Schichtdicken im Bereich von 200 pm bis 600 pm, insbesondere 300 pm vorliegt und aufgebracht bzw.

aufgeklebt wird.

Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die zu verwendenden Kleber Acrylatkleber sein können, die zu diesem Anbindungszweck Verwendung finden. Acrylatklebstoffe sind synthetisch gewonnene Klebstoffe, deren Eigenschaften sich vor allem durch ihre hohe Alterungs- und Temperaturbeständigkeit sowie ferner durch deren Unempfindlichkeiten gegen UV-Strahlung und Oxidation auszeichnen. Es können sowohl säurehaltige als auch wasserbasierte

Acrylatkleber verwendet werden, da in Kombination mit einem möglichen sauerstofffreien Kupfer wenig Komplikationen auch unter besonderen Witterungsbedingungen (Feuchtigkeit, Temperatur) zu erwarten sind.

Zur Kontaktierung der Heizelemente untereinander und/oder zur Kontaktierung mit einem Energieversorgungsanschluss am oder im Rotorblatt können insbesondere flache Kupferbänder vorgesehen werden. Diese flachen Kupferbänder lassen sich zwischen der Trägerfolie oder neben der Trägerfolie und der Isolationsfolie / dem Isolationslack sehr gut anordnen und im Zuge des Vorbereitungsprozesses bzw. des Aufbringungsprozesses sehr leicht vorbereiten bzw. aufbringen. Diesbezüglich sind die Folien, nämlich die Trägerfolie für den Heizlack und die Isolationsfolie entsprechend größer ausgebildet, so dass die Kupferflachbänder zur Leitung des Stromes mit auf den Folien positioniert und untergebracht werden können. Ein

Vorkonfektionieren dieser Kupferflachbänder zur Stromleitung bei gleichzeitiger Positionierung auf den entsprechenden Folien ist ebenfalls besonders bevorzugt umzusetzen.

Da auch zur Stromversorgung entsprechende Leitungen vorgesehen werden müssen, die die Heizzonen mit Strom versorgen, werden erfindungsgemäß zudem Kupferflachbänder in den Lagenaufbau mit eingebunden.

Diese Kupferbänder werden in einer besonderen Ausführungsform bis zu Kontaktpunkten an der Rotorblattoberfläche geführt, wo sie durch das Rotorblatt über diese Kontaktpunkte, die in die Rotorblattoberfläche eingelassen sind und bündig mit der eigentlichen Rotorblattoberfläche abschließen, mittels Kupferkontakten ins Innere geführt. Auf der Innenseite des Rotorblattes sind von diesen Kontaktpunkten normale Kabel zu der Stromversorgung innerhalb der Nabe vorgesehen. Insbesondere kann zur Durchführung der elektrischen Leitungen / Flachbänder für die Heizelemente und/oder für das Blitzschutzsystem Durchführungen in unbelasteten

Bereichen des Rotorblattes vorgesehen werden, wobei diese Durchführungen als Kupferbolzen oder Kupferpin ausgebildet sind und wenigstens im Blattinneren als Rundleiter fortgeführt sind.

Ebenfalls ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform, wenn die gesamte Heizzone eines Rotorblattes aus wenigstens drei Heizzonen besteht, und die einzelnen Heizzonen aus mehreren Heizelementen, beispielsweise mit einer Länge von etwa 50 cm, ausgebildet sind und diese Heizelemente vorgefertigt sind. Hierdurch können diese an Ort und Stelle auf die

Vorderkante eines Rotorblattes aufgeklebt werden. Diese Elemente sind bevorzugt ein vorgefertigter Verbund aus rotorblattseitig klebender Trägerfolie mit dem auf der rotorblattfernen Seite aufgebrachten Heizlack und dem darauf angeordneten Isolationslack bzw. Isolationsfolie, mit den zwischen der Trägerfolie und der Isolationsfolie befindlichen Kupferflachbändern. Auf einfachste Weise werden die vorgefertigten einzelnen Heizelemente nacheinander auf die Vorderkante des Rotorblattes aufgeklebt und nach dem Aufkleben mit einer abschließenden Erosionsschicht abgedeckt.

Besonders bevorzugt werden die Folien mit entsprechenden Überlappungen versehen.

Zusätzlich werden die Randbereiche in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung mit einer Überragung des eigentlichen Bereiches ausgebildet. Das entsprechend erfindungsgemäße Aufbringverfahren für ein

Windenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem auf einem Rotorblatt einer Wndenergieanlage mit dem entsprechenden Aufbau weist die Schritte auf:

I. Vorbereiten der Rotorblattoberfläche;

II. Aufkleben des/der elektrischen Heizelemente(s) durch Aufkleben der Trägerfolie, die mit dem graphithaltigen Heizlack versehen ist, wobei die Trägerfolie auf die vorbereitete Rotorblattoberfläche aufgeklebt wird, und diese elektrischen Heizelemente mit Flachbändern und / oder diese Flachbänder mit Zuleitungen und/oder Zuleitungspunkten in oder auf der Rotorblattoberfläche kontaktiert werden;

III. Aufkleben der Isolationsfolie oder Aufbringen des Isolierlackes auf dem graphithaltigen

Heizlack, wobei die Isolationsfolie oder Isolierlack den graphithaltigen Heizlack

wenigstens vollständig überdeckt;

IV. Aufbringen der Erosionsschicht auf der Kupferfolie durch Aufkleben der Erosionsschutzfolie oder Aufbringen des Erosionsschutzlackes, wobei die Erosionsschutzfolie oder der

Erosionsschutzlack die Kupferfolie wenigstens vollständig überdeckt.

Durch dieses vorbeschriebene Verfahren können sowohl neue als auch im Bestand befindliche Rotorblätter auf einfachste Weise umgerüstet werden. Das Vorbereiten der Rotorblattoberfläche ist selbstverständlich individuell zu sehen, so dass ein älteres Rotorblatt in der Regel insbesondere die Rotorblattvorderkanten repariert bzw. instand gesetzt werden müssen, so dass eine neue oder neuwertig vergleichbare Oberfläche entsteht, wohingegen neuere

Rotorblätter vielleicht nur gecleant bzw. gesäubert werden müssen, so dass eine für die Klebung der Trägerfolie notwendige Oberfläche vorhanden ist und auch letztendlich der Erosionsschutzlack oder die Erosionsschutzfolie, die selbstverständlich leicht über die

Randbereiche hinausgeht, gut auf dieser Oberfläche haften kann.

Insbesondere werden in einer bevorzugten Ausgestaltung die Schichten, die nacheinander aufgebracht werden, über den Randbereich der vorherigen Schicht hinaus aufgetragen.

Hierdurch ist ein zusätzlicher Schutz der Kantenbereiche möglich, wobei diese Ausgestaltung besonders bevorzugt ist, da enorme Kräfte durch den Wnd an der kritischen Vorderkante des Rotorblattes vorliegen. Die Überlappung der Schichten erzeugt zudem auch noch eine gute aerodynamische Ausbildung der Oberfläche.

Zur optimalen Vorbereitung der Aufbringungsarbeiten und zur Effizienzsteigerung können die Schritte II. und III. bei Verwendung von Isolationsfolie zusammen ausgeführt werden, wobei hierzu vor dem gemeinsamen Aufbringen der Trägerfolie mit dem graphithaltigen Heizlack und der Isolationsfolie in einem Schritt die Trägerfolie mit dem graphithaltigen Heizlack auf die Isolationsfolie geklebt wird. Hierdurch wird ein großes Einsparungspotenzial realisiert, was die Zeit zum Aufbringen bei Montage im Feld als auch bei Neuanlagen in der Werkshalle betrifft. Ferner können vorzusehende Kontaktierungen, wie Kupferbänder, diese nämlich zur

Stromleitung in die einzelnen Felder sowie zur Stromverbindung der einzelnen Felder untereinander, neben dem graphithaltigen Heizlack auf der Trägerfolie und/oder der

Isolationsfolie oder unter dem Isolationslack aufgebracht werden. Hierbei ist beispielsweise und auch bevorzugt eine entsprechende Ausgestaltung realisierbar, bei der die Trägerfolie mit dem darauf aufgebrachten Heizlack deutlich von der Isolationsfolie in dessen Flächenausdehnung überragt wird, so dass die anzuordnenden Flachkupferkabel neben der Trägerfolie auf der Rotorblattoberfläche liegen und quasi von der Isolationsfolie auf der Rotorblattoberfläche gehalten werden. Durch die deutliche Überlappung kann die untere Trägerfolie mit dem Heizelement klein gehalten werden entsprechend der tatsächlichen Heizfläche. Die

stromführenden Leitungen werden dann mit Hilfe der Isolationsfolie aufgebracht und fixiert, da die Isolationsfolie deutlich breiter ausgebildet ist und so die stromführenden Leitungen, wie die Kupferflachbänder überdeckt.

Ferner können die Kontaktierungen, wie Kupferflachbänder, ebenfalls mit entsprechenden Klebern, wenigstens einseitig, versehen werden, so dass diese wenigstens einseitig klebend auf den entsprechenden Oberflächen aufgebracht werden können.

Claims

A N S P R Ü C H E

1. Windenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem mit:

- einem Heizungssystem an den Vorderkanten der Rotorblätter einer Wndenergieanlage, aufweisend wenigstens eine auf dem Rotorblatt aufgebrachte oder integrierte Heizzone, die zyklisch und/oder kontinuierlich angesteuert werden kann,

Erosionsschicht zum Schutz vor Erosion versehen ist,

wobei

- das oder die elektrischen Heizelemente als ein auf einer Trägerfolie aufgebrachter graphithaltiger Heizlack ausgestaltet ist/sind und auf dem Rotorblatt als erste Schicht mit der Trägerfolie aufgeklebt ist/sind und das oder die elektrischen Heizelemente mit aus Kupferlegierungen bestehenden Flachbändern zur Stromversorgung der elektrischen Heizelemente kontaktiert sind,

und

- eine auf dem Heizelement aufgebrachte Isolationsfolie aufgebracht ist,

- eine Erosionsschicht auf der Isolationsfolie in Form eines Erosionsschutzlackes vorgesehen ist

und

- eine Steuerungsanordnung in oder an der Wndenergieanlage vorgesehen ist, wobei

2. Wndenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem nach

Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Heizungs-Blitzschutz für das System in der Steuerungsanordnung und/oder neben den Heizelementen auf den Rotorblättern vorgesehen ist.

3. Wndenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem nach

Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Heizungs-Blitzschutz in der Steuerungsanordnung über eine Trennung in

Leistungsseite und Steuerungsseite ausgebildet ist.

4. Windenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Heizungs-Blitzschutz durch neben den Heizelementen wenigstens in Teilabschnitten und parallel angeordnete Flachband-Kupferleiter und/oder Kupfermesh ausgebildet ist.

5. Wndenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Flachbänder mit

- einem elektrisch leitfähigen Kleber

oder

- einem auf Silikon-Basis bestehenden Kleber mit metallischen Partikeln Kupfer und/ oder Silber

mit den Heizelementen verklebt sind

und/oder

die Flachbänder aus Kupferberyllium bestehen.

6. Wndenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der graphithaltige Heizlack auf der Trägerfolie Graphit oder Kohlenstoff-Nanomaterialien und Graphit aufweist

und / oder

die Schichtdicke des Heizlackes auf der Trägerfolie im Bereich von 20 pm bis 160 pm oder im Bereich von 20 pm bis 90 pm liegt oder im Bereich von 20 pm bis 70 pm liegt oder im Bereich von 50 pm bis 70 pm liegt oder 60 pm beträgt.

7. Wndenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Trägerfolie, auf die der Heizlack aufgebracht ist, und/oder die Isolationsfolie aus Polyethylenterephthalat [PET], Polyethylen [PE] oder Polyurethan [PU] besteht und/oder flexibel ausgebildet ist.

8. Windenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die als Lack ausgebildete Erosionsschicht ein zwei-Komponentiger Lack ist.

9. Wndenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

zur Durchführung der elektrischen Leitungen / Flachbänder für die Heizelemente und/oder für das Blitzschutzsystem Durchführungen in unbelasteten Bereichen des Rotorblattes vorgesehen sind, wobei diese Durchführungen als Kupferbolzen oder Kupferpin ausgebildet sind und wenigstens im Blattinneren als Rundleiter fortgeführt sind.

10. Wndenergieanlagenrotorblatteisfreihalte- und -enteisungsanordnungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

zur Kontaktierung der Heizelemente untereinander und/oder zur Kontaktierung mit einem

Energieversorgungsanschluss am oder im Rotorblatt flache Kupferbänder vorgesehen sind und diese zwischen der Trägerfolie und der Isolationsfolie / dem Isolationslack oder unter der der Isolationsfolie / dem Isolationslack angeordnet sind.