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Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen - Dokument DE202006018958U1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE202006018958U1 10.05.2007
Titel Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen
Anmelder Dresdner Lackfabrik FEIDAL GmbH & Co. KG, 01099 Dresden, DE
Vertreter Creutz, D., Dipl.-Chem. Faching. f. Schutzrechtw., Pat.-Anw., 01662 Meißen
DE-Aktenzeichen 202006018958
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 10.05.2007
Registration date 05.04.2007
Application date from patent application 15.12.2006
IPC-Hauptklasse E04F 13/02(2006.01)A, F, I, 20061215, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen (Windkrafttürme), bestehend aus mehreren Schichten.

Windkrafttürme werden, unabhängig vom Werkstoff, mit organischen oder metallischen Schutzschichten langzeitig vor äußeren Einflüssen geschützt.

Der verwendete Werkstoff, zum Beispiel Stahl oder Beton, verlangt jeweils geeignete Schutzsysteme. Innerhalb der für die jeweilige Werkstoffart bestehenden Möglichkeiten gibt es unterschiedliche Schutzsysteme mit unterschiedlich langer Haltbarkeit.

Die Auswahl des Schutzsystems muss die zu erwartende Beanspruchung am Aufstellungsort des Windkraftturmes berücksichtigen, was sich in der Auswahl der einzelnen Komponenten der Beschichtung und der Schichtdicke des Schutzsystems ausdrückt.

Beschichtungssysteme für Beton-Windkrafttürme bestehen aus mehreren Schutzschichten mit unterschiedlichen Funktionen. Haftfestigkeit auf dem Beton, die Erzielung einer hoher Sperrwirkung gegenüber atmosphärischer Einwirkung und die Sicherung eines Langzeitwetterschutzes mit hoher UV-Beständigkeit und langzeitig guten dekorativen Eigenschaften, wie Glanzhaltung und Farbtonbeständigkeit, sind wesentliche Funktionen der einzelnen Schichten.

Das Schutzsystem muss mechanisch sehr widerstandsfähig sein, um den Turm langzeitig vor Erosion zu schützen. Bei langzeitig betriebenen Windkrafttürmen kann auf der Wetterseite zusätzlich biologische Korrosion auftreten.

Beton-Windkrafttürme können aus einzelnen Betonsegmenten bestehen, die vor Ort montiert oder als ein Bauwerk vor Ort gegossen werden. In Abhängigkeit von der Technologie, der Betonzusammensetzung, des Flussmittels und der Betontemperatur während des Aushärteprozesses entstehen an der Betonoberfläche stets Lunker und Löcher. Die dabei entstehenden Hohlräume müssen aus mehreren Gründen, wie Ansammlung von Regenwasser und/oder Kondenswasser mit nachfolgender Erosion durch Wärme-/Frosteinwirkung, mechanischer Oberflächenbelastbarkeit, und aus dekorativen Gründen geschlossen werden.

Für den Schutz von Betonoberflächen ist es erforderlich, dass die aufzutragende Erstbeschichtung die Betonoberfläche sehr gut benetzt, möglichst eine Tiefenwirkung in die Betonschicht/-Oberflächentopographie hat, um eine hohe Haftfestigkeit auf der Betonoberfläche zu erreichen. Diese Beschichtung muss alkalibeständig sein und muss bei einem Restwassergehalt im frisch ausgeschalten Beton von max. 6 Gew% aushärten und eine fehlerfreie Beschichtung mit einer Haftung größer 1,5 N/mm2 ergeben.

Üblicherweise werden Schutzsysteme verwendet, bei denen durch sehr aufwendige Spachtelarbeitsgänge mineralischer Spachtel und/oder 2K-Epoxidharz-Spachtel in mehreren Arbeitsgängen aufgetragen wird. Durch nachfolgendes Schleifen der Epoxidharz- Spachtelschicht wird eine geschlossene Betonoberfläche hergestellt. Der 2K-Epoxidharz-Spachtel enthält reizende und/oder allergene Inhaltsstoffe, so dass die Ausführung der Spachtelarbeiten besondere Schutzmaßnahmen erfordert. Diese Schutzmaßnahmen führen zu deutlicher Arbeitserschwernis und reduziert die Produktivität. Trotz angelegter Körperschutzmittel treten Erkrankungen in Form von Allergien auf.

Dies stellt einen wesentlichen Mangel des derzeitigen technischen Standes dar, da damit hohe Arbeitsaufwendungen, Kosten und hohe gesundheitliche Belastungen des Verarbeiters verbunden sind.

Nachfolgend werden derzeit weitere organische Schutzschichten zur Erzielung einer hoher Sperrwirkung gegenüber atmosphärischer Einwirkung aufgebracht.

Nach Applikation eines Tiefgrundes und nachfolgend der Grundbeschichtung erfolgt die zweimalige Spachtelung mit dem 2K-Epoxidharz-Spachtel. Nach dem zweiten Spachtelgang wird zur Erzielung einer hohen Finish-Qualität der Deckbeschichtung die Spachtelschicht geschliffen. Auch hierbei tritt durch den feinen EP-Spachtel-Staub wieder eine erhebliche Arbeitserschwernis durch Tragen von Körperschutzmitteln zur Vermeidung einer gesundheitlichen Belastung auf.

Die abschließende Applikation der Deckbeschichtung sichert den erforderlichen Langzeitwetterschutz mit hoher UV-Beständigkeit und langzeitig guten dekorativen Eigenschaften, wie Glanzhaltung und Farbtonbeständigkeit.

Insgesamt sind nach derzeitigem Stand der Technik 5 bis 7 Arbeitsgänge zur Fertigung der Gesamtbeschichtung auf der Betonoberfläche notwendig. Mit dieser Gesamtbeschichtung, deren einzelne Schichten aus 1K- und/oder 2K-Materialien bestehen, wird derzeit ein Langzeitschutz angestrebt.

In der Vielzahl der aufzutragenden Schichten und der damit verbundenen Arbeitsgänge besteht ein erheblicher Nachteil durch hohen Aufwand.

Die dafür genutzten Beschichtungsstoffe stellen hochwertige wasserverdünnbare Beschichtungsstoffe mit einem Volumenfestkörpergewicht um ca. 50%, dar. Der Anteil an organischen Lösemitteln liegt zwischen 2 Gew% und 5 Gew%.

Aus diesen Zusammensetzungen der Beschichtungsstoffe resultiert als Mangel die Notwendigkeit, mehrere Schichten, zur Zeit mehrere organische Beschichtungen, aufzubringen.

Ein weiterer Mangel der derzeitigen Schutzsysteme ist, dass die Trockenzeiten der einzelnen Schichten und die erforderlichen Zwischentrockenzeiten sehr lange Fertigungszeiten erfordern. Die Fertigung der zu beschichtenden Betonsegmente unter den Bedingungen eines zweischichtigen Produktionsregimes führen zu einer Gesamtzeit für die Fertigstellung der Gesamtbeschichtung (komplettes Schutzsystem) von ca. 25 Stunden.

Ein weiterer Mangel ist, dass das derzeitige Schutzsystem für Beton-Windkrafttürme mechanisch nicht so widerstandsfähig ist, dass Schäden bis zum Betonuntergrund, verursacht während Transport und Montage, nicht verhindert werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Beschichtungssystem für Betonoberflächen von Windkrafttürmen zu entwickeln, bei dem die Beschichtung gleichzeitig mehrere Funktionen der bisher erforderlichen Einzelschichten übernimmt, der Fertigungsaufwand durch Ausschalten der Trocknungszeiten der Einzelschichten reduziert und gleichzeitig die mechanische Festigkeit und Widerstandsfähigkeit erheblich erhöht wird.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht, indem als Grundbeschichtung ein lösemittelfreier 2-Komponenten-Epoxidharz-Beschichtungsstoff mit darin einzuarbeitenden Glasvlies oder Glasgewebe eingesetzt wird, auf die im nicht ausgehärteten, klebrigen Zustand ein wasserverdünnbarer 2-Komponenten-Polyurethan-Beschichtungsstoff als Deckschicht appliziert wird.

Diese Lösung beinhaltet ein in der Schichtanzahl deutlich reduziertes Gesamtsystem. Das System besteht danach lediglich aus einer speziellen Grundbeschichtung dem Glasvlies oder Glasgewebe und einer wasserverdünnbaren 2-Komponenten-Deckbeschichtung. Für ein solches Beschichtungssystem ist nur noch ein Fertigungsaufwand von 3 Stunden bis 5 Stunden notwendig.

Auf die kurzzeitig vorher ausgeschalte, warme Betonoberfläche wird der lösemittelfreie, alkalibeständige 2-Komponenten-Epoxidharz-Beschichtungsstoff aufgebracht.

Diese Beschichtung hat eine lange Offenzeit und ermöglicht dadurch die Einarbeitung des Glasvlies oder Glasgewebes.

Für die Erfindung ist es wesentlich, dass auf die im nicht ausgehärteten, sich im klebrigen Zustand befindliche Oberfläche ein herkömmlicher, wasserverdünnbarer 2-Komponenten-Polyurethan-Beschichtungsstoff appliziert wird, der die Deckbeschichtung darstellt.

Eine besonders vorteilhafte Mischung des eingesetzten lösemittelfreien 2-Komponenten-Epoxidharz-Grundbeschichtungsstoffes besteht darin, dass das lösemittelfreie, flüssige Epoxidharz (EP-Harz) mit einem geeigneten Härter im Mischungsverhältnis 2:1 bis 7:1 eingesetzt wird.

Solche erfindungsgemäß verwendeten EP-Harze können ein niedrigmolekulares, lösemittelfreies Bisphenol A-Harz und/oder Bisphenol F-Harz und/oder Bisphenol A/F-Harz sein. Diese EP-Harze haben dabei eine EP-Äquivalent-Masse von kleiner 700. Die EP-Harze enthalten dazu aliphatische oder aromatische Reaktivverdünner.

Als Härter kommen insbesondere modifizierte cycloaliphatische Polyamine in Frage, deren Amin-Äquivalent (g/Äqu.) im Bereich von 28 bis 115 liegt.

Der lösemittelfreie 2-Komponenten-Epoxidharz-Beschichtungsstoff wird in besonders vorteilhafter Ausgestaltung unpigmentiert oder mit Füllstoffen und Pigmenten im Anteil von 2 Gew.% bis 60 Gew.% versetzt. Wenn erforderlich, werden auch zusätzlich Farbstoffe zugesetzt.

Als in die Grundbeschichtung einzuarbeitendes Glasvlies oder Glasgewebe kommt bevorzugt ein Glasvlies oder Glasgewebe mit einem charakterisierenden Gewicht von 20 g/qm bis 250 g/qm zur Anwendung.

Besonders günstig lässt sich zudem ein solches Glasvlies oder Glasgewebe in die Grundbeschichtung einarbeiten, wenn dieses mit einer Polymerdispersion präpariert wurde.

Mit dem erfindungsgemäßen Sandwich-System ergeben sich wesentliche Vorteile, indem die Einzelschichten des Sandwich-Systems eigenständig parallel nebeneinander härten und trocknen. Daraus ergibt sich hierfür ein erheblich geringerer Zeitaufwand (Trockenzeiten, Überarbeitungszeiten) gegenüber dem Stand der Technik.

Mithin entfällt das arbeitsaufwendige Spachteln mit dem 2K-Epoxidharz-Spachtel. Damit wird gleichzeitig die starke gesundheitliche Belastung der Verarbeiter vermieden.

Das Sandwich-System überbrückt Lunker/Löcher mechanisch widerstandsfähig bis zu einer Größe von ca. 2 cm.

Damit sieht die Oberfläche des Sandwich-Systems gegenüber den derzeit möglichen Beschichtungssystemen optisch deutlich glatter aus und ist zudem dekorativer.

Das Sandwich-System entwickelt nach Abschluss der chemischen Vernetzungsreaktion eine große Oberflächenhärte bei guter Elastizität.

Es wirkt damit armierend und ist mechanisch deutlich widerstandsfähiger als eine gemäß dem Stand der Technik übliche Beschichtung von Beton-Windkrafttürmen.

Das Sandwich-System hat gegenüber den bisher üblichen Beschichtungssystemen ein deutlich verbessertes Schutzverhalten gegenüber Witterungseinflüssen infolge seines die Betonoberfläche geschlossen umhüllenden Charakters.

In Kombination mit der hohen Haftfestigkeit auf der Betonoberfläche resultiert ein verbesserter Langzeitwetterschutz.

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.

Beispiel 1:

Die Oberfläche der Betonsegmente ist vor der Beschichtung sorgfältig zu reinigen. Staub und Verunreinigungen sind zu entfernen. Der Restwassergehalt soll unter 6 Gew-% liegen.

Die Grundbeschichtung erfolgt mit einem lösemittelfreien 2K-EP-Beschichtungsstoff. Diese 2K-EP-Grundierung basiert auf einem reaktivverdünnten Bisphenol A-Harz mit einer EP-Äquivalent-Masse kleiner 700 und einem modifizierten cycloaliphatischen Polyamin mit einem Amin-Äquivalent von 85 g/Äqu., pigmentiert mit einem Gemisch bestehend aus:

Titandioxid 10 Gew%, Schwerspat 30 Gew%, Talkum 10 Gew%, Omyacarb 50 Gew%,

dabei mit einem Gesamtpigmentgehalt in Mischung von 45 Gew%, thixotropiert mit Bentone 38. Das Mischungsverhältnis der Harz:Härter-Komponente beträgt 5:1.

Dieser lösemittelfreie 2K-EP-Grundbeschichtungsstoff wird mit einer Nassschichtdicke von 175 &mgr;m bis 200 &mgr;m aufgetragen. In diese Schicht wird unmittelbar nach erfolgter Aplikation

ein Glasvlies, spezifisches Gewicht 35 g/m2, eingelegt und die 2K-EP-Grundierung mit einem Spachtel durchgedrückt. Nach 1 Stunde kann bereits ein wasserverdünnbarer 2K-Polyurethanlack appliziert werden. Der 2K-Polyurethan-Wasserlack basiert auf einem hydroxyfunktionellen Acrylharz, das mit einem Härtergemisch bestehend aus aliphatischen Polyisocyanaten (Isophorondiisocynat und Hexamethylen-1,6-diisocyanat) gemischt wird. Der 2K-PUR-Wasserlack ist pigmentiert und enthält in Mischung ein Pigmentgemisch bestehend aus Titandioxid 18 Gew%, Schwerspat 10 Gew% und Talkum 7 Gew% und zusätzlich Verdicker auf Polyurethanbasis. Der 2K-Polyurethan-Wasserlack wird 2 mal, dabei in kurzem Zwischenzeitabstand von 20 Minuten, jeweils mit einer Nassschichtdicke von 100 &mgr;m bis 150 &mgr;m appliziert. Die Applikation des gesamten Sandwichsystems ist innerhalb von 3 Stunden möglich. Die als Deckbeschichtung applizierte Polyurethanbeschichtung ist je nach Applikationsbedingungen wie Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Objekttemperatur 1 Stunde bis 2 Stunden nach Auftrag getrocknet. Die Sandwich-Beschichtung in der Gesamtheit zeigt ein gutes, störungsfreies, dekorativ ansprechendes Oberflächenbild und ergibt eine feste Haftung auf dem Betonuntergrund.

Beispiel 2:

Die Oberfläche der Betonsegmente ist vor der Beschichtung sorgfältig zu reinigen. Staub und Verunreinigungen sind zu entfernen. Der Restwassergehalt soll unter 6 Gew-% liegen.

Die Grundbeschichtung erfolgt mit einem lösemittelfreien unpigmentierten 2K-EP-Beschichtungsstoff. Diese 2K-EP-Grundierung basiert auf einem reaktivverdünnten Bisphenol A-Harz mit einer EP-Äquivalent-Masse kleiner 700 und einem modifizierten cycloaliphatischen Polyamin mit einem Amin-Äquivalent von 85 g/Äqu., thixotropiert mit Bentone 38/Crayvallac SF. Das Mischungsverhältnis der Harz:Härter-Komponente beträgt 10: 1.

Dieser lösemittelfreie 2K-EP-Grundbeschichtungsstoff wird mit einer Nassschichtdicke von 175 &mgr;m bis 200 &mgr;m aufgetragen. In diese Schicht wird unmittelbar nach erfolgter Aplikation

ein Glasvlies, spezifisches Gewicht 50 g/m2, eingelegt und die 2K-EP-Grundierung mit einem Spachtel durchgedrückt. Falls erforderlich, wird mit einer Rolle das Vlies angedrückt und dabei gleichzeitig nochmals die lösemittelfreie 2K-EP-Grundierung aufgebracht. Nach 1 Stunde kann bereits ein wasserverdünnbarer 2K-Polyurethanlack appliziert werden. Der 2K-Polyurethan-Wasserlack basiert auf einem hydroxyfunktionellen Acrylharz, das mit einem Härtergemisch bestehend aus aliphatischen Polyisocyanaten (Isophorondiisocynat und Hexamethylen-1,6-diisocyanat) gemischt wird. Der 2K-PUR-Wasserlackist pigmentiert und enthält in Mischung ein Pigmentgemisch bestehend aus Titandioxid 18 Gew%, Schwerspat 10 Gew% und Talkum 7 Gew% und zusätzlich Verdicker auf Polyurethanbasis. Der 2K-Polyurethan-Wasserlack wird 2 mal, dabei in kurzem Zwischenzeitabstand von 20 Minuten, jeweils mit einer Nassschichtdicke von 100 &mgr;m bis 150 &mgr;m appliziert.

Die Applikation des gesamten Sandwichsystems ist innerhalb von 3 Stunden möglich. Die als Deckbeschichtung applizierte Polyurethanbeschichtung ist je nach Applikationsbedingungen wie Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Objekttemperatur 1 Stunde bis 2 Stunden nach Auftrag getrocknet. Die Sandwich-Beschichtung in der Gesamtheit zeigt ein gutes, störungsfreies, dekorativ ansprechendes Oberflächenbild und ergibt eine feste Haftung auf dem Betonuntergrund.


Anspruch[de]
Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen, bestehend aus mehreren Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwich-Schutzsystem als Grundbeschichtung aus einem lösemittelfreien 2 Komponenten Epoxidharz Beschichtungsstoff mit darin einzuarbeitenden Glasvlies oder Glasgewebe besteht, auf die im nicht ausgehärteten, klebrigen Zustand ein wasserverdünnbarer 2 Komponenten-Polyurethan Beschichtungsstoff appliziert wird. Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als Grundbeschichtung eingesetzte lösemittelfreie 2 Komponenten Epoxidharz Beschichtungsstoff aus einem lösemittelfreien, flüssigen Epoxidharz (EP-Harz), mit einem geeigneten Härter im Mischungsverhältnis 2:1 bis 7:1, besteht. Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das EP-Harz ein niedrigmolekulares, lösemiteltelfreies Bisphenol A-Harz und/oder Bisphenol F-Harz und/oder Bisphenol A/F-Harz ist, mit einer EP-Äquivalent-Masse von kleiner 700, das aliphatische oder aromatische Reaktivverdünner enthält. Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Härter ein modifiziertes cycloaliphatisches Polyamin darstellt, mit einem Amin-Äquivalent (g/Äqu.) im Bereich von 28 bis 115. Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der lösemittelfreie 2 Komponenten Epoxidharz-Beschichtungsstoff unpigmentiert oder mit Füllstoffen und Pigmenten im Anteil von 2 Gew.% bis 60 Gew.% und bedarfsweise zusätzlich mit Farbstoffen versetzt ist. Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einzuarbeitende Glasvlies oder Glasgewebe ein charakterisierendes Gewicht von 20 g/qm bis 250 g/qm aufweist. Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das einzuarbeitende Glasvlies oder Glasgewebe mit einer Polymerdispersion imprägniert ist.






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