Die Erfindung betrifft Verkleidungen für Windkraftanlagen und Verfahren zu deren Herstellung auf Basis von Polyurethan.

Windkraftanlagen sind der Witterung frei ausgeliefert und enthalten Bauteile, wie z.B. Generatoren, die unbedingt vor äußeren klimatischen Einwirkungen geschützt werden müssen. Dies erfolgt durch Verkleidungen (Gehäuse, Abdeckungen), die in Abhängigkeit von ihrem Einsatz als Gondeln oder Spinner bezeichnet werden. Energie aus Windkraft gewinnt immer mehr an Bedeutung, so dass Bauteile für Windkraftanlagen, insbesondere auch die Verkleidungen, intensiv untersucht und weiterentwickelt werden. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Entwicklung kostengünstiger Herstellungsverfahren mit erhöhter Bauteilqualität.

Die bisher bekannten Verkleidungen für Windkraftanlagen bestehen aus faserverstärkten Kunststoffen auf der Basis von Harzen, hauptsächlich ungesättigten Polyesterharzen (UP-Harzen), als Matrixmaterial.

Bei der Herstellung der Verkleidungen werden zuerst Faserverbundwerkstoffe hergestellt, die aus- härten müssen. Dieser Aushärteprozess ist sehr zeitaufwendig und nachteilig für eine schnelle Gesamtfertigung. Die Verkleidungen für Windkraftanlagen aus den vorgenannten Harzen werden üblicherweise durch Handlaminieren, Handlaminieren mit Unterstützung durch Prepregtechnologie oder durch das vakuumunterstützte Infusionsverfahren hergestellt (Broschüre„Well Bonded" der Fa. Fassmer GmbH, www.fassmer.de). Beim Handlaminieren wird zunächst eine Form präpariert, indem ein Trennmittel und ein Gelcoat auf die Formoberfläche aufgetragen werden. Anschließend werden nacheinander Glasgelege mit unidirektionaler oder biaxialer Orientierung in die Form gelegt. Danach wird das Harz auf das Glasgelege aufgetragen und manuell durch Rollen in das Glasgelege eingedrückt. Dieser Schritt wird entsprechend so oft wiederholt, bis die konstruktiv bedingte Sollwandstärke erreicht wird. Dieses Verfahren hat zwar den Vorteil, geringer Maschineninvestitionen und einfacher Fehlererkennung und Korrekturmöglichkeit, jedoch führt die sehr lohnintensive Fertigung zu hohen Herstellkosten und die langen Fertigungszeiten zu vielen Fehlern bzw., um diese zu vermeiden, zu einem erhöhten Qualitätssicherungsaufwand. Weiterhin sind die Arbeiter bei diesem Verfahren den im Harz befindlichen Lösemitteldämpfen, insbesondere Styrol bei UP Harzen, ausgesetzt, was zu weiteren kostenintensiven Arbeitsplatzmaßnahmen führt.

Das Handlaminierverfahren mit Unterstützung durch Prepregtechnologie erfolgt ähnlich wie das einfache Handlaminierverfahren. Hierbei werden jedoch die sogenannten Prepregs (mit Harz getränkte vorgefertigte Glasmatten) außerhalb der Form hergestellt und dann in der Form positioniert. Die gegenüber dem einfachen Handlaminieren durchgeführte Teilautomatisierung zur Fertigung „

- 2 - der Prepregs führt zwar zu einer verbesserten Qualitätskonstanz bei der Fertigung, jedoch erfordert der Schutz der Arbeiter vor den in den flüssigen Harzmischungen enthaltenen leichtflüchtigen Verbindungen einen erheblichen Aufwand (Arbeitsplatzsicherheit etc.; http://www.umweltlexikon- online.de/φ/archiv/RUBwerkstoffmaterialsubstanz/Styrol.php) .

Beim Harzinjektions verfahren [auch als„Resin Transfer Molding" (RTM) oder„Vakuumunterstütztes Resin Transfer Molding" (VA RTM)] werden die Formen präpariert, indem ein Trennmittel und eventuell ein Gelcoat aufgetragen werden. Anschließend werden die trockenen Fasermatten nach einem genauen Fertigungsplan in die Form gelegt. Mit einer vakuumfesten Folie wird dann die gesamte Form hermetisch geschlossen. Aus der so präparierten Form wird die Luft aus Fasermatten und Distanzmaterialien entzogen, bevor an verschiedenen Stellen das Harz in die Form (Raum zwischen Folie und Form) injiziert wird. Dieses Verfahren hat - wie auch die beiden vorher genannten - den Nachteil, dass die notwendige Aushärtezeit bis zur Entformung des Bauteils sehr lang ist und die Produktivität der Anlagen dadurch sehr stark eingeschränkt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Verkleidungen für Windkraftanlagen zur Verfügung zu stellen, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweisen und zudem kostengünstig in kurzer Zeit hergestellt werden können.

Diese Aufgabe konnte überraschenderweise dadurch gelöst werden, dass die Verkleidungen mit Polyurethan als Kunststoff anstelle der oben genannten Harze hergestellt werden.

Gegenstand der Erfindung sind Verkleidungen für Windkraftanlagen, die folgenden Schichtaufbau aufweisen: a) eine Trennmittelschicht

b) gegebenenfalls eine Gelcoatschicht

c) gegebenenfalls eine Kunststoffschicht ohne Faserverstärkung

d) eine faserverstärkte Kunststoffschicht

e) gegebenenfalls eine Kunststoffschicht ohne Faserverstärkung und die dadurch gekennzeichnet sind, dass als Kunststoff Polyurethan eingesetzt wird.

Für die Trennmittelschicht werden bevorzugt silikon- oder wachshaltige Trennmittel eingesetzt. Diese sind aus der Literatur bekannt.

Die Gelcoatschicht besteht vorzugsweise aus Polyurethan.

Als Fasern können vorzugsweise Faserrovings oder Fasergewirke auf der Basis von Polymer-, Mineral-, Kohlenstoff-, Glas- bzw. Aramidfasern sowie deren Mischungen, besonders bevorzugt Glasfaserrovings eingesetzt werden. Als Kunststoff wird Polyurethan eingesetzt. Das Polyurethan wird aus einem Reaktivgemisch erzeugt, welches eine Polyolkomponente und eine Isocyanatkomponente enthält. Derartige Polyol- und Isocyanatkomponenten sind allgemein bekannt.

Besonders bevorzugt werden Polyurethane eingesetzt, welche erhältlich sind durch die Umsetzung von

a) organischen Di- und/oder Polyisocyanaten, bevorzugt MDI, die einen NCO-Gehalt von vorzugsweise > 30 Gew. % aufweisen;

b) mindestens einem Polyetherpolyol mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 90 - 10000, bevorzugt 200 - 1000, besonders bevorzugt 300 - 800 g/mol und mit einer mittleren Funktionalität von 2,4 - 8;

c) gegebenenfalls weiteren von b) verschiedenen Polyetherpolyolen mit einem

zahlenmittleren Molekulargewicht von 60 - 10000, bevorzugt 100 - 800, besonders bevorzugt 200 - 600 g/mol und mit einer mittleren Funktionalität von 1,8 - 3,4;

d) gegebenenfalls in Gegenwart von Amin- und/oder Metallkatalysatoren und

e) gegebenenfalls Zusatzstoffen.

Die Mischung aus diesen Komponenten a) bis e) wird bevorzugt im Sprühverfahren zur Erzeugung der entsprechenden Polyurethanschicht eingesetzt.

Die Mischung aus den Komponenten a) bis e) kann vorzugsweise auch im RTM-Verfahren eingesetzt und vergossen werden. Als Zusatzstoffe können z.B Baylith® L-Pulver verwendet werden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Verfahren zur Herstellung der Verkleidungen für Windkraftanlagen. Hierbei wird die zur Herstellung der Verkleidung bereitgestellte Form auf der Innenseite, die die Außenseite der Verkleidung abbildet, mit einer Trennmittelschicht und gegebenenfalls anschließend mit einem Gelcoat versehen. Die Verarbeitung der Komponenten zur Herstellung der Polyurethanreaktivmischung erfolgt mit dafür ausgelegten, marktüblichen Niederdruck- oder Hochdruckgießmaschinen. Je nach verwendeter Rezeptur bestehen die Anlagen aus zwei bis vier Behältern, in dem die Komponenten oder Rohstoffe flüssig vorgelegt werden. Mittels Pumpen werden die einzelnen Komponenten nach festgelegtem Mischungsverhältnis zu einem dynamischen Mischkopf gefördert und dort vermischt. Beim Austritt aus dem Mischkopf gewährleistet die düsenartig konstruierte Austrittsöffnung ein Versprühen des reaktiven Gemisches.

Vorzugsweise wird auf die Gelcoatschicht - soweit vorhanden - zunächst eine dünne Beschichtung aus einer Polyurethanreaktivmischung zur Bildung einer bevorzugt kompakt aushärtenden Polyurethanschicht aufgetragen. _Λ

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Der Mischkopf beinhaltet eine Vorrichtung, mit der Fasern in die zu versprühende, reaktive Mischung aus den Komponenten dosiert werden können. Die Fasern werden meist als Roving von einer Haltevorrichtung abgerollt, durch einen Schlauch zu einer Schneidvorrichtung gefördert, dort gehäckselt und anschließend mittels eines angeschlossenen Luftstromes in die reaktive Mischung dosiert. Die Faserlänge kann individuell eingestellt werden. Faserlängen von 4 mm bis 15 mm sind bevorzugt.

Auf diese erste optionale Polyurethanschicht bzw. auf die optionale Gelcoatschicht bzw. auf die Trennmittelschicht wird die faserverstärkte Polyurethanschicht erzeugt. Dabei wird eine reaktive Mischung aus den Polyurethankomponenten zusammen mit den Fasern aufgetragen (bevorzugt gesprüht). Diese Schicht kann eine Dicke von wenigen zehntel Millimetern bis zu einer beliebigen gewünschten Stärke aufweisen. Durch die Zugabe eines Schäummittels lassen sich auch geschäumte Schichten herstellen, die eine Gewicht ersparende Konstruktion ermöglichen.

Vorzugsweise kann nach Erreichen der Sollwandstärke der faserverstärkten Polyurethanschicht der Faserzustrom abgestellt und eine weitere, vorzugsweise kompakt aushärtende Polyurethanschicht erzeugt werden. Diese kann eventuell überstehende Fasern aus der vorher applizierten faserverstärkten schicht abdecken.

Aufgrund der hohen Reaktivität des Polyurethans findet der Aushärteprozess sehr rasch (im Sekundenmaßstab) statt, so dass kurze Zeit später die hergestellte Verkleidung entformt und die Form für das nächste Bauteil präpariert werden kann.

Eine energieintensive, thermische Nachbehandlung der Verkleidungen ist nicht notwendig.

Durch Einsatz von modernen Steuersystemen, Robotern und Maschinen ist der gesamte Prozess nahezu vollständig automatisierbar und daher für die kostengünstige Herstellung besonders bei großen Stückzahlen geeignet.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung von faserverstärktem Polyurethan als Kunststoff zur Herstellung der Verkleidung (z.B. Gondeln, Spinner und Windfahnen) von Windkraftanlagen ergeben sich viele Vorteile:

A) Schnelle Herstellung der Formteile

B) Schnelles Aushärteverhalten

C) Individuelle Einstellung des Faseranteils

D) Individuell einstellbare physikalische Eigenschaften durch Rezepturmodifikation der Reaktivmischung

E) Herstellung von geschäumten Faserverbundverkleidungen, gegebenenfalls mit

Sandwichstruktur, so dass Gewicht eingespart werden kann F) Keine energieintensive, thermische Nachbehandlung der Verkleidung notwendig

G) Nahezu vollständige Automatisierbarkeit

H) Lösemittelfreiheit des Kunststoffsystems.

Die Zykluszeiten für die Herstellung der Verkleidungen sind sehr kurz, die Produktivität ist damit sehr hoch und die Stückkosten bei hoher Stückzahl sind niedrig. Dies ist bei den derzeitig eingesetzten Verfahren und den eingesetzten Kunststoffen nicht möglich.