DE102007056930B4

DE102007056930B4 - Vorform-Holmgurt für ein Windkraftanlagenrotorblatt

Info

Publication number: DE102007056930B4
Application number: DE102007056930.2A
Authority: DE
Inventors: Jamie T. Livingston; Howard D. Driver; Thomas B. Jenkins; Amir Riahi; Sjef van Breugel; Jan Willem Bakhuis; Andrew J. Billen
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: LM WIND POWER A/S, DK
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2027-11-24
Also published as: US20080181781A1; CN101230845A; DE102007056930A1; US7976282B2; CN101230845B

Abstract

Holmgurt (110), aufweisend:mehrere Vorformkomponenten (300), die eingerichtet sind, um in einer Ende-an-Ende-Anordnung aufeinanderfolgend entlang einer Länge eines Rotorblatts (100) aneinander befestigt zu werden, um einen Holmgurt (110) zu bilden;wobei:die mehreren Vorformkomponenten (300) jeweils eine gepfeilte Form aufweisen;die mehreren Vorformkomponenten (300) jeweils ein erstes Ende (310) und ein zweites Ende (320) aufweisen; unddie mehreren Vorformkomponenten (300) durch Vereinen des ersten Endes (310) einer ersten Vorformkomponente (300) mit dem zweiten Ende (320) einer nächsten Vorformkomponente (300) verbunden werden, die entlang der Länge des Rotorblatts (100) im Wesentlichen ausgerichtet sind;ein Winkel des ersten Endes (310) zu einem Winkel des zweiten Endes (320) ergänzend ist, wobei das Vereinen des ersten Endes (310) der ersten Vorformkomponente (300) mit dem zweiten Ende (320) der nächsten Vorformkomponente (300) eine Schrägstoßverbindung (520) aufweist; undferner wenigstens einen Stift (530) aufweisend, wobei der wenigstens eine Stift (530) sich durch die erste Vorformkomponente (300) und die nächste Vorformkomponente (300), die die Schrägstoßverbindung (520) bilden, hindurch erstreckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen Verbundwerkstoffkomponenten und betrifft insbesondere Holmgurte mit Vorform-Verbundwerkstoffkomponenten und Verfahren zum Herstellen von Holmgurten mit Vorform-Verbundwerkstoffkomponenten.
Windkraft und die Nutzung von Windkraftanlagen hat zunehmende Aufmerksamkeit gefunden, da die Suche nach weiteren Energiequellen anhält. Windkraft kann als eine der saubersten, umweltfreundlichsten Energiequellen betrachtet werden, die derzeit zur Verfügung stehen. Im Unterschied zu herkömmlichen fossilen Brennstoffquellen ist Windkraft vollständig erneuerbar und erzeugt keine giftigen oder umweltschädlichen Nebenprodukte. Mit dem zunehmenden Bestreben mehr Energie aus Windkraft zu erzeugen, haben technologische Fortschritte auf dem Fachgebiet größere Abmessungen von Windkraftanlagen und neue Konstruktionen von Windkraftanlagenkomponenten ermöglicht. Jedoch müssen, wenn die physikalischen Größen und die Verfügbarkeit von Windkraftanlagen zunehmen, auch die Herstellungskosten und die Betriebskosten von Windkraftanlagen im Gleichgewicht bleiben, um zu ermöglichen, dass die Windkraft weiter zu anderen Energiequellen von den Kosten her wettbewerbsfähig bleibt.
Eine moderne Windkraftanlage umfasst typischerweise einen Turm, einen Generator, ein Getriebe, eine Gondel und ein oder mehrere Rotorblätter. Die Rotorblätter erfassen kinetische Energie des Windes unter Anwendung im Fachgebiet bekannter Flügelprinzipien. Die Rotorblätter übertragen die kinetische Energie in die Form einer Rotationsenergie, um so eine Welle anzutreiben, welche die Rotorblätter mit einem Getriebe, oder, wenn kein Getriebe verwendet ist, direkt mit dem Generator verbindet. Der Generator wandelt dann die mechanische Energie in elektrische Energie um, die in ein Versorgungsnetz eingespeist werden kann.
Die Größe, Form und das Gewicht der Rotorblätter sind Faktoren, die zum Energiewirkungsgrad von Windkraftanlagen beitragen. Jedoch üben Größe und Form entgegengesetzte Effekte auf den Wirkungsgrad aus - eine Zunahme in der Rotorblattgröße erhöht die Energieproduktion einer Windkraftanlage, während eine Gewichtsabnahme ebenfalls den Wirkungsgrad einer Windkraftanlage fördert. Ferner muss, wenn die Rotorblattgrößen zunehmen, der strukturellen Intaktheit der Rotorblätter zusätzliche Aufmerksamkeit gewidmet werden. Derzeit sind große kommerzielle Windkraftanlagen in der Lage, zwischen ein und eineinhalb Megawatt bis fünf Megawatt Energie zu erzeugen. Einige von den größeren Windkraftanlagen haben Rotorblattanordnungen mit mehr als 90 Meter Durchmesser. Zusätzlich spornen Fortschritte in der Rotorblattform die Herstellung eines vorwärts gepfeilten Rotorblattes mit einer insgesamt gekrümmten Kontur von der Basis zur Spitze des Blattes an, was eine verbesserte Aerodynamik schafft. Demzufolge tragen Bemühungen, die Rotorblattabmessungen zu vergrößern, das Rotorblattgewicht zu verringern und die Rotorblattfestigkeit zu steigern, wobei gleichzeitig auch die Rotorblattaerodynamik verbessert wird, zu einem kontinuierlichen Wachstum der Windkraftanlagentechnologie und dem Einsatz von Windenergie als eine alternative Energiequelle bei.
Der Aufbau eines modernen Rotorblattes beinhaltet eine Haut oder Schale, Holmgurte und eine oder mehrere Scherungsversteifungen bzw. Scherungsrippen. Die Haut, welche typischerweise aus Lagen eines Faserverbundwerkstoffes und einem leichtgewichtigen Kernmaterial hergestellt wird, bildet die äußere aerodynamische Flügelform des Rotorblattes. Die Holmgurte stellen eine erhöhte Rotorblattfestigkeit bereit, indem sie ein oder mehrere entlang des Verlaufs des Rotorblattes auf beiden Innenseiten des Rotorblattes verlaufende strukturelle Elemente vereinen. Scherungsrippen sind wie ein Querträger oder I-Träger, der im Wesentlichen senkrecht zu den oberen und unteren Holmgurten verläuft und sich quer über den Innenabschnitt des Rotorblattes zwischen den Außenhäuten erstreckt. Die Holmgurte wurden bisher typischerweise aus glasfaserverstärkten Verbundwerkstoffen aufgebaut, obwohl es anfängt, dass einige größere Blätter aus kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen aufgebaute Holmgurte enthalten.
Für gepfeilte Rotorblätter müssen die Holmgurte so aufgebaut sein, dass sie eine allgemeine Kontur besitzen, die der Krümmung des Rotorblattes folgt. Jedoch besteht ein Problem bei dem derzeitigen Stand der Technik darin, dass die aus Verbundstoffen aus Fasermaterialien hergestellten Holmgurte um die Innenseitenkurve, wenn sie in einer Pfeilform ausgebildet ist, falten oder sich ausbeulen.
Bei größeren Rotorblättern bestehen unabhängig von ihrer Form Probleme in der Erzeugung von Holmgurten, die fest genug sind, ohne den Rotorblättern zusätzliches Gewicht hinzuzufügen. Ferner ist, je größer das Rotorblatt ist, der Holmgurt umso größer, und demzufolge wird der Transport der Holmgurte vom Ort der Herstellung zur Stelle des Zusammenbaus mit zunehmender Größe schwierig.
Es besteht daher der Wunsch, einen gepfeilten Holmgurt zu formen, welcher die Festigkeit und strukturelle Intaktkeit von Fasermaterial ohne Erzeugung von Falten oder Ausbeulungen in den Fasern beibehält. Es besteht ein weiterer Wunsch, Holmgurte unabhängig von der Form in einer Weise zu bauen, die einen leichteren und preiswerteren Transport im Hinblick auf die Größe eines zusammengebauten Holmgurtes begünstigt.
DE 44 23 115 A1 beschreibt einen Propellerflügel aus einem Kunststoffmaterial mit einem Montage- und Biegeträger, der an den beiden gegenüberliegenden Innenflächen des aus zwei miteinander verbundenen Halbschalen bestehenden Propellerflügels fixiert ist, und mit Versteifungsgurten, die als vorgefertigte Elemente in den Halbschalen des Propellerflügels fixiert und mit dem Montage- und Biegeträger verbunden sind. Zur Herstellung des Propellerflügels werden die Versteifungsgurte jeweils innen an einer Halbschale in der Längsrichtung angeordnet und angeklebt, und dann wird der Montage- und Biegeträger eingelegt und mit den Versteifungsgurten und der Halbschale verklebt. Der Montage- und Biegeträger und die Versteifungsgurte können in dem Verbindungsbereich einander überlappen.
DE 203 20 714 U1 beschreibt ein Rotorblatt für Windenergieanlagen mit einer relativ dünnen Schale, die auf ihrer Innenseite Holmgurte und Scherstege trägt, wobei jeder Holmgurt zwei in Längsrichtung des Rotorblattes verlaufende Abschnitte aus einem glas- bzw. carbonfaserverstärkten Kunststoff aufweist. Die Holmabschnitte sind an einer Verbindungsstelle in etwa in der Längsmitte des Rotorblattes miteinander derart verbunden, dass eine Schräge zwischen den Holmgurtabschnitten definiert ist. Die Gurte werden vorzugsweise an Ort und Stelle durch Verlegung vorgetränkter Faserbahnen und Aushärtung hergestellt, können aber auch ausgehärtet vorgefertigt sein und an Ort und Stelle in die Schale eingeklebt werden.
DE 10 2005 059 298 A1 beschreibt einen Windturbinenflügel mit einer Außenhaut und einer inneren Stützstruktur, die eingerichtet ist, um Scher-, Biege- und Druckbelastungen des Flügels im Betrieb zu tragen. Es sind unterschiedliche Konfigurationen und Anordnungen von Holmgurten und Scherstegen für die innere Stützstruktur offenbart.
DE 699 11 507 T2 beschreibt eine Flügelstruktur aus Faserverbundstoff, die mehrere integral geformte Mehrholmkonstruktionen jeweils mit einem vorderen Holm, einem hinteren Holm und einer Vielzahl von Zwischenholmen aufweist, wobei die mehreren Mehrholmkonstruktionen in Spannweitenrichtung hintereinander angeordnet und über mechanische Verbindungsmittel miteinander verbunden sind.
US 2006/0083907 A1 beschreibt Verbindungen zwischen Verbundstoffelementen, die unterschiedliche, nicht miteinander verträgliche Materialeigenschaften aufweisen, wobei in einem sog. Micro-Grading-Verfahren Fasern erster Art mit Fasern zweiter Art in wenigstens einer Schicht in einer Übergangszone miteinander vermischt werden, so dass einzelne Faserschichten eines Verbundstoffelementes in Faserschichten des anderen Verbundstoffelementes hinein ragen und mit diesen vernetzt werden.
US 2005/0186081 A1 beschreibt einen Holmgurt für ein Rotorblatt einer Windkraftanlage, der aus einem integralen, einstückigen 3D-gewebten Material konstanter Dicke gebildet ist, das sich in Längsrichtung des Rotorblattes von der Wurzel zu der Spitze hin zunehmend verjüngt, um das Gewicht des Holms in der Nähe der Rotorblattspitze zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung stellt somit einen Holmgurt für ein Windkraftanlagenrotorblatt bereit. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Holmgurt mehrere Vorformkomponenten enthalten, die eingerichtet sind, um in einer Ende-an-Ende-Anordnung aufeinanderfolgend entlang einer Länge eines Rotorblatts aneinander befestigt zu werden, um einen Holmgurt zu bilden. Die mehreren Vorformkomponenten weisen jeweils eine gepfeilte Form mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende auf. Die mehreren Vorformkomponenten können durch Vereinen des ersten Endes einer ersten Vorformkomponente mit dem zweiten Ende einer nächsten Vorformkomponente verbunden werden, die entlang der Länge des Rotorblatts im Wesentlichen ausgerichtet sind. Ein Winkel des ersten Endes ist zu einem Winkel des zweiten Endes ergänzend, und das Vereinen des ersten Endes der ersten Vorformkomponente mit dem zweiten Ende der nächsten Vorformkomponente weist eine Schrägstoßverbindung auf. Der Holmgurt weist ferner wenigstens einen Stift auf, der sich durch die erste Vorformkomponente und die nächste Vorformkomponente, die die Schrägstoßverbindung bilden, hindurch erstreckt.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Erzeugen eines Holmgurtes bereitzustellen. Der Holmgurt kann erzeugt werden, indem mehrere Vorformkomponenten ausgerichtet werden. Die mehreren Vorformkomponenten haben eine Pfeilform und weisen ferner ein erstes und ein zweites Ende auf. Die mehreren Vorformkomponenten können dann zur Bildung des Holmgurtes verwendet werden, wobei das erste Ende einer ersten Vorformkomponente zu einem zweiten Ende einer nächsten Vorformkomponente ausgerichtet wird und wobei die mehreren Vorformkomponenten eingerichtet sind, um in einer Ende-an-Ende-Anordnung aufeinanderfolgend entlang einer Länge eines Rotorblatts aneinander befestigt zu werden. Die mehreren ausgerichteten Vorformkomponenten, die entlang der Länge des Rotorblatts im Wesentlichen ausgerichtet sind, werden miteinander verbunden. Es wird eine Verbindungszwischenlage eingefügt, wobei sich die Verbindungszwischenlage zwischen dem ersten Ende der ersten Vorformkomponente und dem zweiten Ende der nächsten Vorformkomponente befindet und wobei die Verbindungszwischenlage ein Polymermaterial ist.
Noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Windkraftanlagenrotorblatt bereitstellen. Das Windkraftanlagenrotorblatt kann eine erste Schale und eine zweite Schale, einen ersten Gurtholm, einen zweiten Gurtholm und wenigstens eine Scherungsrippe enthalten. Die ersten und zweiten Holmgurte können aus mehreren Vorformkomponenten mit einer gepfeilten Form und aus Fasermaterial aufgebaut sein. Die mehreren Vorformkomponenten können jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen. Die mehreren Vorformkomponenten können miteinander verbunden werden, um die Holmgurte durch Ausbilden eines Schrägstoßes zwischen dem ersten Ende einer ersten Vorformkomponente und dem zweiten Ende einer zweiten Vorformkomponente zu bilden. Der erste Holmgurt kann mit der ersten Schale zu einem Stück zusammengefasst sein und der zweite Holmgurt kann mit der zweiten Schale zu einem Stück zusammengefasst sein. Die Scherungsrippe kann mit der ersten Schale und der zweiten Schale zu einem Stück zusammengefasst sein und kann im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Holmgurt und dem zweiten Holmgurt ausgerichtet sein. Die erste Schale kann mit der zweiten Schale zur Erzeugung des Windkraftanlagenrotorblattes verbunden werden. Das Windkraftanlagenrotorblatt kann eine gepfeilte Form haben, und die mehreren den Holmgurt ausbildenden Vorformkomponenten können ebenfalls eine gepfeilte Form haben, welche der des Windkraftanlagenrotorblattes folgt.
Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für einen Fachmann auf diesem Gebiet bei Betrachtung der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den mehreren Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines gepfeilten Rotorblattes mit einem entfernten Querschnitt, um die Schalen, die Holmgurte und die Scherungsrippe zu betrachten.
2 ist eine Querschnittsexplosionsansicht des Rotorblattes von 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Vorformkomponente, die der Holmgurt von 1 aufweist.
4 ist eine perspektivische Seitenansicht einer einzelnen Vorformkomponente, die der Holmgurt von 1 aufweist.
5 ist eine perspektivische Explosionsansicht von mehreren Vorformkomponenten von 3 im Zusammenbau.
6 ist eine perspektivische Ansicht von mehreren Vorformkomponenten von 3 im Zusammenbau.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines während des Zusammenbaus in 5 und 6 verwendeten Formwerkzeuges.
8 ist eine Querschnittsansicht eines zusammengebauten Holmgurtes und Rotorblattes von 1.

In den Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente durchgängig durch die verschiedenen Ansichten bezeichnen, ist 1 eine exemplarische Darstellung eines Rotorblattes 100 mit einem entfernten Querschnitt, um ein Paar der darin integrierten Holmgurte 110 und einer Scherungsrippe 120 darzustellen. Das Rotorblatt 100 kann beispielsweise in einer Windkraftanlage verwendet werden. Das Rotorblatt 100 kann eine Pfeilform haben, welche ihr eine gekrümmte Kontur verleiht, die von dem distalen Ende zu dem proximalen Ende des Rotorblattes 100 verläuft. Wenigstens zwei Holmgurte 110 können in dem Rotorblatt 100 integriert sein, welche im Wesentlichen von dessen distalen Ende zu dem proximalen Ende verlaufen und im Wesentlichen dieselbe Pfeilform wie das Rotorblatt 100 haben. Wenigstens eine Scherungsrippe 120 kann ebenfalls im Wesentlichen von dem distalen Ende zu dem proximalen Ende des Rotorblattes 100 verlaufen, kann im Wesentlichen dieselbe Pfeilform haben und kann mit den Innenoberflächen jedes Holmgurtes 110 in einer angenäherten senkrechten Ausrichtung verbunden sein. Es sollte angemerkt werden, dass dieselbe allgemeine Konfiguration, einschließlich der Holmgurte 110 und einer oder mehrerer Scherungsrippen 120, auch auf ein Rotorblatt 100 ohne eine Pfeilform zutrifft.
2 ist eine exemplarische Darstellung eines Querschnittes des Rotorblattes 100 der vorliegenden Anmeldung. Das Rotorblatt 100 kann eine erste Schale 210 und eine zweite Schale 220 enthalten, wobei die erste Schale 210 die Oberseite des Rotorblattes 100 bilden kann und die zweite Schale 220 die Unterseite des Rotorblattes 100 bilden kann. Die erste Schale 210 und die zweite Schale 220 können eine erste und eine zweite Innenhaut 230, 240 und eine erste und eine zweite Außenhaut 250, 260 enthalten, und können jeweils beispielsweise aus trockenem Fasermaterial aufgebaut sein. Ferner können die erste und die zweite Schale 210, 220 ein Kernmaterial 270 enthalten, das zwischen der Innenhaut 230, 240 und der Außenhaut 250, 260 jeder Schale eingeschlossen ist. Das Kernmaterial 270 ist bevorzugt ein leichtes Material, wie zum Beispiel Balsaholz, Polystyrolschaum oder dergleichen, wie es im Fachgebiet bekannt ist. Der Holmgurt 110 kann zwischen der Innenhaut 230, 240 und der Außenhaut 250, 260 und angrenzend an das Kernmaterial 270 in jeder Schale angeordnet sein.
Die erste Schale 210 und die zweite Schale 220 können einzeln aufgebaut werden, indem einzeln zuerst die Innenhäute 230, 240, der Holmgurt 110 und die Außenhäute 250, 260 gemäß Darstellung in 2 ausgerichtet werden. Anschließend können alle Komponenten mit Harz beschichtet und mit einem Beutel umwickelt werden. Ein Unterdruck erzeugendes Vakuum kann an den Beutel angelegt werden, was es dem Harz ermöglicht, alle Komponenten zu imprägnieren. Zum Schluss können dann die Schalen mittels Wärme ausgehärtet werden. Nachdem jede Schale 210, 220 geformt und gehärtet ist, kann die Scherungsrippe 120 an dem Abschnitt der ersten Innenhaut 230, die an dem Holmgurt 110 befestigt ist, in einer angenähert rechteckigen Ausrichtung befestigt werden, was zu der ersten Schale 210 mit der an der ersten Innenhaut 230 befestigten und zu dem Gurtholm 110 ausgerichteten Scherrippe 120 führt. Die gehärtete zweite Schale 220 kann an der ersten Schale 210 befestigt werden, indem der Abschnitt der zweiten Innenhaut 240, der an dem Gurtholm 110 befestigt ist, an dem freien Ende der Scherrippe 120 befestigt wird, und indem die Seiten der zweiten Schale 220 mit den Seiten der ersten Schale 210 vereint werden. Ein Pastenkleber, wie zum Beispiel Epoxid, Ester, Methylmethacrylat oder dergleichen, wie im Fachgebiet bekannt, kann zum Befestigen der Scherungsrippe 120 an den Gurtholmen 110 und der ersten und zweiten Schale 210, 220 aneinander verwendet werden. Die Vereinigung der ersten und zweiten Schalen 210, 220, welche die Scherungsrippe 120 mit den Gurtholmen 110 enthalten, erzeugt die endgültige Rotorblattanordnung 100. Es dürfte erkennbar sein, dass die Scherungsrippe 120 zuerst auf der zweiten Schale 220 angebracht werden kann und die erste Schale 210 daran befestigt werden kann.
3 ist eine exemplarische Darstellung einer einzelnen Vorformkomponente 300, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammengefügt wird. Die Vorformkomponente 300 kann aus zusammenhängendem Fasermaterial, organischem oder anorganischem, aufgebaut und mit Harz, wie zum Beispiel Epoxid-Vinylester, Polyester oder dergleichen, imprägniert sein, wie es im Fachgebiet bekannt ist. Das Fasermaterial der Vorformkomponente 300 kann eine gewebte Konfiguration haben und kann beispielsweise aus Kohle-, Glas- oder Synthetikmaterial oder dergleichen, wie im Fachgebiet bekannt, aufgebaut sein. Die Vorformkomponente 300 kann eine kürzere Länge als die gewünschte Länge des Holmgurtes 110 aufweisen, und demzufolge können mehrere Vorformkomponenten 300 aneinander befestigt werden, um den gesamten Holmgurt 110 auszubilden. Jede Vorformkomponente 30 kann eine Pfeilkontur haben, so dass, wenn sie zusammengebaut werden, um den Holmgurt 110 auszubilden, sie die gewünschte Pfeilform oder Bananenform haben, welche der Form eines gepfeilten Rotorblattes 100 folgt. Es sollte auch angemerkt werden, dass die Vorformkomponente 300 im Wesentlichen gerade sein und dazu genutzt werden kann, einen im Wesentlichen geraden Holmgurt 110 in derselben Weise, wie eben beschrieben, zu erzeugen. Die Vorformkomponente 300 kann ein erstes angewinkeltes Ende 310 aufweisen, das einen spitzen Winkel mit der Oberseite der Vorformkomponente 300 bildet. Die Vorformkomponente kann auch ein dem ersten angewinkelten Ende 310 gegenüberliegendes zweites angewinkeltes Ende 320 aufweisen, das einen spitzen Winkel mit der Oberseite der Vorformkomponente 300 bildet. Das zweite angewinkelte Ende 320 kann in einem Ergänzungswinkel zu dem Winkel des ersten angewinkelten Endes 310 ausgebildet sein. 4 stellt ein Beispiel einer Seitenansicht der Vorformkomponente 300 mit dem ersten angewinkelten Ende 310 und dem zweiten angewinkelten Ende 320 dar. Wenn die mehreren Vorformkomponenten 300 aneinander befestigt werden, können das erste angewinkelte Ende 310 einer ersten Vorformkomponente 300 zu dem zweiten angewinkelten Ende 320 einer zweiten Vorformkomponente 300 ausgerichtet sein und sich vollständig unter Ausbildung einer Schrägstoßverbindung 520 vereinen, wie es weiter unter Bezugnahme auf 5 hierin beschrieben wird.
5 ist eine exemplarische Darstellung des Zusammenbaus mehrer Vorformkomponenten 300 zum Erzeugen des Holmgurtes 110. Die erste Vorformkomponente 300 mit dem ersten angewinkelten Ende 310 kann mit der zweiten Vorformkomponente 300 mit dem zweiten angewinkelten Ende 320 vereint werden, indem eine dazwischen liegende Verbindungszwischenlage 510 zwischen den zwei angewinkelten Enden 310, 320 platziert wird und die Schrägstoßverbindung 520 erzeugt wird. Die Verbindungszwischenlage 510 kann ein Polymermaterial sein und kann ferner ein Fasersubstrat, wie zum Beispiel Glasfaser oder dergleichen, wie im Fachgebiet bekannt enthalten. Einer oder mehrere Stifte 530 können durch die vereinte Schrägstoßverbindung 520 hindurch eingefügt werden. Die Stifte 530 können aus einem starren Material wie zum Beispiel einem stabilen Metall aufgebaut sein; die Stifte 530 müssen jedoch nicht metallisch sein. Ferner müssen die Stifte 530 keine zylindrische Form haben, sondern können jede Form haben, welche einen zusammenhängenden Kontakt durch die Schrägstoßverbindung 520 und die ersten und zweiten Vorformkomponenten 300 hindurch ausbildet, wie zum Beispiel die einer ebenen Platte, einer gerippten Platte oder dergleichen. Die Stifte 530 verstärken ferner die Schrägstoßverbindung 520 in der nicht-planaren Richtung, während sie gleichzeitig eine Ausrichtung zwischen den zusammenhängenden Vorformkomponenten 300 während der Ausbildung des Holmgurtes 110 aufrecht erhalten. 6 stellt eine exemplarische Ausführungsform von mehreren Vorformkomponenten 300 mit einer oder mehreren Verkleidungslagen 610 auf wenigstens einer Seite des Holmgurtes 110 und die Schrägstoßverbindungen 520 überdeckend dar. Die Verkleidungslagen 610 können ein Polymermaterial sein und können ferner ein Fasersubstrat, wie zum Beispiel Glasfaser oder dergleichen, wie im Fachgebiet bekannt, enthalten. Die Verkleidungslagen 610 verstärken wie die Stifte 530 die Schrägstoßverbindung und halten die Ausrichtung zwischen den zusammenhängenden Vorformkomponenten 300 aufrecht. Man wird erkennen, dass, obwohl 6 nur die Verkleidungslagen 610 auf einer Seite des Holmgurtes 110 darstellt, die Verkleidungsschichten 620 auf nur einer oder beiden Seiten des Holmgurtes 110 aufgebracht werden können. Es wird auch in Betracht gezogen, dass mehrere Vorformkomponenten 300 in einer Seite-an-Seite-Konfiguration sowie einer Ende-an-Ende-Konfiguration verbunden werden können. In dieser Ausführungsform können die Seiten jeder Vorformkomponente 300 unterstützende spitze und stumpfe Winkel aufweisen, so dass eine Schrägstoßverbindung wie die vorstehend beschriebene zwischen den Vorformkomponenten 300, welche Seite-an-Seite sowie Ende-an-Ende sitzen, hergestellt werden kann.
7 ist eine exemplarische Darstellung eines Formungswerkzeuges 700, das zum Herstellen des Holmgurtes 110 aus mehreren vorgeformten Komponenten 300 verwendet werden kann. Da die Vorformkomponenten 300, wenn sie zuerst von dem Hersteller erhalten werden, eben sein können, kann das Formungswerkzeug 700 dazu genutzt werden, um die Vorformkomponenten 300 in eine gekrümmte statt in die ebene Form zu formen. Die gekrümmte Form folgt dem Bogen des Rotorblattes 100 von der Vorderkante zu der Hinterkante, wie es in 2 dargestellt ist. Das Formungswerkzeug 700 enthält eine konvexe Form 710 mit einer Oberfläche mit einer konvexen Kurve, welche der gekrümmten Form der ersten Schale 210 oder der zweiten Schale 220 des Rotorblattes 100 folgt. Um den Holmgurt 110 zu formen, können mehrere Vorformkomponenten 300 über die konvexe Form 710 ausgelegt und Ende-zu-Ende ausgerichtet werden. Die konvexe Form 710 kann auch eine oder mehrere Ausrichtungsanlageflächen 720 enthalten, die mit einer Seite der Vorformkomponenten 300 in Verbindung stehen, wenn sie auf die konvexe Form 710 gelegt werden, und dabei ferner die Ausrichtung der zusammenhängenden Vorformkomponenten 300 aufrechterhalten. In einer exemplarischen Ausführungsform ist eine Ausrichtungsanlagefläche 720 oder eine Reihe von Ausrichtungsanlageflächen 720 auf jeder Seite der konvexen Form 710 und einander gegenüberliegend angeordnet, um die Vorformkomponenten 300 in ihrer Lage zu halten. Schließlich kann die Ausrichtungsanlagefläche 720 Ausrichtungsmarkierungen 730 entlang des Verlaufs der Anlagefläche enthalten, um zu markieren, wo jede von den Vorformkomponenten 300 auszurichten ist. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können zwei unterschiedliche Formwerkzeuge 700 verwendet werden, wodurch ein erstes Formwerkzeug 700 die konvexe Mantelform 710 mit der Gestalt der ersten Schale 210, welche die obere Haut des Rotorblattes 110 ausbildet, enthält, und wodurch ein zweites Formwerkzeug 700 die konvexe Mantelform 710 mit der Gestalt der zweiten Schale 220 enthält, welche die Unterseitenhaut des Rotorblattes 100 bildet.
8 ist eine exemplarische Darstellung des Holmgurtes 110 nach dem endgültigen Aufbau und mit dem Rotorblatt 100 vereint. Ein Holmgurt 110 kann mehrere Ende-an-Ende liegende und durch die Schrägstoßverbindung 520 verbundene Vorformkomponenten 300 enthalten. Es dürfte erkennbar sein, dass die Breite der mehreren Vorformkomponenten 300 nicht dieselbe sein muss, was es ermöglicht, dass sich der Holmgurt 110 an einem oder beiden Enden verschmälert und in den mittleren Abschnitten breiter bleibt. Ferner muss die Dicke der mehreren Vorformkomponenten 300 nicht dieselbe sein, was es ermöglicht, dass sich der Holmgurt 110 in der Dicke an einem oder beiden Enden verjüngt und in den mittleren Abschnitten dicker bleibt. Es dürfte ferner erkennbar sein, dass, obwohl 8 den Holmgurt 110 aus vier Vorformkomponenten 300 aufgebaut darstellt, eine beliebige Anzahl der Vorformkomponenten 300 verwendet werden kann, um die erforderliche Länge und die gewünschte Pfeilungsformkontur unter Berücksichtigung der Größe und Verfügbarkeit der Vorformkomponenten 300 zu erzielen. Zusätzlich dürfte, obwohl 8 einen gepfeilten Holmgurt 110 darstellt, erkennbar sein, dass ein im Wesentlichen gerade geformter Holmgurt 110 aus mehreren keine gekrümmte Form aufweisenden Vorformkomponenten 300 hergestellt werden kann.
Es dürfte erkennbar sein, dass Vorstehendes nur exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung betrifft, und dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen hierin von einem Fachmann auf dem Gebiet vorgenommen werden können, ohne von dem allgemeinen Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung gemäß Definition durch die nachstehenden Ansprüche und deren Äquivalente abzuweichen.
Es wird ein Holmgurt 110 für ein Windkraftanlagenrotorblatt 100 bereitgestellt. Der Holmgurt 110 kann mehrere Vorformkomponenten 300 enthalten. Die mehreren Vorformkomponenten 300 können ebene Platten mit einer Pfeilform mit einem ersten Ende 310 und einem zweiten Ende 320 sein. Die mehreren Vorformkomponenten 300 können durch Vereinen des ersten Endes 310 einer ersten Vorformkomponente 300 mit dem zweiten Ende 320 der nächsten Vorformkomponente 300 unter Ausbildung des Holmgurtes 110 verbunden werden.
Bezugszeichenliste

100: Rotorblatt
110: Holmgurt
120: Scherungsrippe
210: Erste Schale
220: Zweite Schale
230: Erste Innenhaut
240: Zweite Innenhaut
250: Erste Außenhaut
260: Zweite Außenhaut
270: Kernmaterial
300: Vorformkomponente
310: Erstes angewinkeltes Ende
320: Zweites angewinkeltes Ende
510: Verbindungszwischenlage
520: Schrägstoß
530: Stift
610: Verkleidungsschicht
700: Formungswerkzeug
710: Konvexe Form
720: Anlagefläche
730: Ausrichtungsmarkierungen

Claims

Holmgurt (110), aufweisend: mehrere Vorformkomponenten (300), die eingerichtet sind, um in einer Ende-an-Ende-Anordnung aufeinanderfolgend entlang einer Länge eines Rotorblatts (100) aneinander befestigt zu werden, um einen Holmgurt (110) zu bilden; wobei: die mehreren Vorformkomponenten (300) jeweils eine gepfeilte Form aufweisen; die mehreren Vorformkomponenten (300) jeweils ein erstes Ende (310) und ein zweites Ende (320) aufweisen; und die mehreren Vorformkomponenten (300) durch Vereinen des ersten Endes (310) einer ersten Vorformkomponente (300) mit dem zweiten Ende (320) einer nächsten Vorformkomponente (300) verbunden werden, die entlang der Länge des Rotorblatts (100) im Wesentlichen ausgerichtet sind; ein Winkel des ersten Endes (310) zu einem Winkel des zweiten Endes (320) ergänzend ist, wobei das Vereinen des ersten Endes (310) der ersten Vorformkomponente (300) mit dem zweiten Ende (320) der nächsten Vorformkomponente (300) eine Schrägstoßverbindung (520) aufweist; und ferner wenigstens einen Stift (530) aufweisend, wobei der wenigstens eine Stift (530) sich durch die erste Vorformkomponente (300) und die nächste Vorformkomponente (300), die die Schrägstoßverbindung (520) bilden, hindurch erstreckt.
Holmgurt (110) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Verbindungszwischenlage (510), wobei sich die Verbindungszwischenlage (510) zwischen dem ersten Ende (310) und dem zweiten Ende (320) befindet und wobei die Verbindungszwischenlage (510) ein Polymermaterial ist.
Holmgurt (110) nach Anspruch 2, wobei die Verbindungszwischenlage (510) ferner ein Fasersubstrat aufweist.
Holmgurt (110) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: wenigstens eine Verkleidungslage (610), wobei: die wenigstens eine Verkleidungslage (610) mit wenigstens einer Seite des Holmgurtes (110) in Verbindung steht; die wenigstens eine Verkleidungslage (610) das erste Ende (310) und das zweite Ende (320) überlappt; und die wenigstens eine Verkleidungslage (610) ein Polymermaterial ist.
Holmgurt (110) nach Anspruch 4, wobei die wenigstens eine Verkleidungslage (610) ferner ein Fasersubstrat aufweist.
Holmgurt (110) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Vorformkomponenten (300) eine organische Faser oder eine anorganische Faser oder Kombinationen davon aufweisen.
Holmgurt (110) nach Anspruch 1, wobei der Holmgurt (110) mit einer ersten Schale (210) eines Rotorblattes (100) in einem Stück ausgebildet ist und ferner aufweist: eine erste Scherungsrippe (120), die an der Innenoberfläche der ersten Schale (210) angebracht ist und im Wesentlichen zu dem Holmgurt (110) ausgerichtet ist; und eine zweite Schale (220) mit einem darin in einem Stück ausgebildeten und mit der ersten Schale (210) verbunden zweiten Holmgurt (110), wobei die Scherungsrippe (120) an der zweiten Schale (220) befestigt und im Wesentlichen zu dem zweiten Holmgurt (110) ausgerichtet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Holmgurtes (110), mit den Schritten: Ausrichten mehrerer Vorformkomponenten (300) mit einer gepfeilten Form, die ein erstes Ende (310) und ein zweites Ende (320) aufweisen, zur Bildung eines Holmgurtes (110), wobei das erste Ende (310) einer ersten Vorformkomponente (300) zu einem zweiten Ende (320) einer nächsten Vorformkomponente (300) ausgerichtet wird, wobei die mehreren Vorformkomponenten (300) eingerichtet sind, um in einer Ende-an-Ende-Anordnung aufeinanderfolgend entlang einer Länge eines Rotorblatts (100) aneinander befestigt zu werden; Verbinden der mehreren ausgerichteten Vorformkomponenten (300), die entlang der Länge des Rotorblatts (100) im Wesentlichen ausgerichtet sind; und Einfügen einer Verbindungszwischenlage (510), wobei sich die Verbindungszwischenlage (510) zwischen dem ersten Ende (310) der ersten Vorformkomponente (300) und dem zweiten Ende (320) der nächsten Vorformkomponente (300) befindet und wobei die Verbindungszwischenlage (510) ein Polymermaterial ist.