DE102008048857A1

DE102008048857A1 - Rotorblatt mit Stegverzweigung

Info

Publication number: DE102008048857A1
Application number: DE102008048857A
Authority: DE
Inventors: Enno Eyb
Original assignee: Repower Systems SE
Current assignee: Senvion GmbH
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: DE102008048857B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage mit einer Rotorblattspitze und einer Rotorblattwurzel und mit wenigstens einem in einer Längsrichtung des Rotorblattes in einem Rotorblattinnenraum verlaufenden Steg, wobei Anzahlen an Stegen unterschiedlich sind, die unterschiedlich von der Rotorwurzel in und der Rotorblattspitze entgegen der Längsrichtung beabstandete Querschnitte des Rotorblattes schneiden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage mit einer Rotorblattspitze und einer Rotorblattwurzel und mit wenigstens einem in einer Längsrichtung des Rotorblattes in einem Rotorblattinnenraum verlaufenden Steg. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines oben genannten Rotorblattes für eine Windenergieanlage.
Im Stand der Technik sind Rotorblätter mit Stegen hinlänglich bekannt und üblich. Die Rotorblätter moderner Windkraftanlagen weisen Längen von 60 Metern und mehr auf. Die Rotorblätter können dabei im Abschnitt der Rotorblattwurzel Durchmesser von mehreren Metern haben. Problematisch bei so langen und im Wesentlichen holen Rotorblättern ist die Erzielung einer hinreichenden Beulfestigkeit. Zur Erhöhung der Beulsteifigkeit der Rotorblätter werden zum einen Gurte in Längsrichtung innen entlang der Rotorblattinnenwandung der Ober- und Unterschale aufgebracht und zum anderen werden Stege in Längsrichtung senkrecht abstehend von den sich im Rotorblattinnenraum gegenüberliegenden Gurten montiert.
Die Gurte werden üblicher Weise aus Gelegebändern konstanter Breite in Laminierverfahren hergestellt. Dabei werden die Gurte von der Rotorblattwurzel zur Rotorblattspitze hin durch schrittweises Beenden von Gelegebändern zunehmend dünner. An der Rotorblattwurzel ergeben sich dadurch hohe Gurtdicken mit hoher Beulsteifigkeit und in Richtung Rotorblattspitze nimmt die Dicke weiter ab, wodurch die Beulsteifigkeit ebenfalls abnimmt.
Zur Erzielung einer besonders hohen Effektivität der Gurte werden möglichst breite Gurtbänder verwendet. Das führt jedoch dazu, dass die Gurte im Rotorblattspitzenabschnitt ausgesprochen dünn werden. Zur Erzielung einer hinreichenden Beulsteifigkeit wird in Längsrichtung eines Gurtes in der Regel ein durchgehender Steg von hinreichender gleich bleibender Dicke montiert. Nachteiligerweise sind diese dicken Stege in der Herstellung teuer und materialaufwendig.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein anderes Rotorblatt zur Verfügung zu stellen, das eine hinreichende Beulsteifigkeit aufweist. Es ist hinsichtlich des Verfahrens Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für ein derartiges Rotorblatt zur Verfügung zu stellen.
Hinsichtlich des Rotorblattes wird die Aufgabe durch ein eingangs genanntes Rotorblatt gelöst, wobei Anzahlen an Stegen unterschiedlich sind, die unterschiedliche von der Rotorblattwurzel in und der Rotorblattspitze entgegen der Längsrichtung beabstandete Querschnitte des Rotorblattes schneiden. Unter Querschnitt wird hier ein quer zur Längsrichtung des Rotorblattes verlaufender Schnitt, vorzugsweise ein senkrecht zur Längsrichtung verlaufender Schnitt durch das Rotorblatt verstanden. Die unterschiedlichen Querschnitte sind voneinander in Längsrichtung beabstandet.
Die Erfindung macht von der Idee Gebrauch, die Anzahl der Stege zu variieren, die den gleichen Querschnitt schneiden und in Längsrichtung des Rotorblattes verlaufen. In diesem Sinne werden die Stege auch als nebeneinander laufend bezeichnet. Dadurch ist es z. B. möglich, dicke Stege in Rotorblattabschnitten mit ansonsten geringer Beulsteifigkeit, z. B. in den Rotorblattabschnitten mit großem Innendurchmesser einzubauen, und in Abschnitten mit geringem Rotorblattinnendurchmesser können schmalere Stege zur Versteifung des Rotorblattes montiert werden. Dadurch kann Material gespart werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anzahl an Stegen in einem äußeren Rotorblattabschnitt größer als die Anzahl an Stegen in einem inneren Rotorblattabschnitt. Unter „außen” und „innen” wird hier und im Folgenden die Position des Rotorblattabschnitts oder des jeweils beschriebenen Bauteils in Bezug auf die Windenergieanlage, bei an der Windenergieanlage montiertem Rotorblatt, bezeichnet, d. h. die äußeren Rotorblattabschnitte sind weiter außen, im Bereich der Rotorblattspitze und die inneren Rotorblattabschnitte sind weiter innen, im Bereich der Rotorblattwurzel angeordnet. Ausgehend von der Rotorblattwurzel ist vorzugsweise zunächst eine geringe Anzahl an Stegen nebeneinander im Rotorblattinnenraum angeordnet und in Längsrichtung nimmt die Anzahl an Stegen in Richtung der Rotorblattspitze vorzugsweise zu. Dabei bezieht sich die Anzahl an Stegen auf die nebeneinander, vorzugsweise senkrecht zur Längsrichtung des Rotorblattes angeordnete Anzahl an Stegen. Die nebeneinander verlaufenden Stege weisen vorzugsweise die gleiche Länge auf. In Längsrichtung hintereinander angeordnete Stege sind vorzugsweise unterschiedlich lang. Sie können aber auch gleich lang sein.
Es sollte beachtet werden, dass auch herkömmlicher Weise in der äußersten Rotorblattspitze möglicherweise überhaupt keine Stege vorgesehen sind. Entsprechendes kann für den innersten Rotorblattwurzelabschnitt gelten. Die Variation der Steganzahl bezieht sich erfindungsgemäß auf äußere und innere Rotorblattabschnitte, die von dem äußersten Rotorblattspitzenabschnitt und dem innersten Rotorblattwurzelabschnitt beabstandet sind, vorzugsweise also auf mittlere Rotorblattabschnitte. Vorzugsweise ist die Anzahl an äußeren Stegen in einem äußeren Rotorblattabschnitt, der etwa 5 Meter von der Rotorblattspitze beabstandet ist, größer als die Anzahl an inneren Stegen in einem inneren Rotorblattabschnitt, der etwa 5 Meter von der Rotorblattwurzel beabstandet ist.
Günstigerweise ist in dem inneren Rotorblattabschnitt genau ein Steg und in dem äußeren Rotorblattabschnitt sind genau zwei Stege vorgesehen.
Erfindungsgemäß können Übergänge zwischen Rotorblattabschnitten unterschiedlicher Steganzahlen in verschiedener Weise ausgebildet sein. Die Übergänge dienen dazu, trotz der Änderung der Steganzahl eine hinreichende Beulsteifigkeit des Rotorblattes insgesamt und auch im Übergangsabschnitt zu erhalten.
Die Übergänge können als Steggabelungen ausgebildet sein. Insbesondere kann ein Steg des inneren Rotorblattabschnittes mittels einer Steggabelung mit zwei Stegen des äußeren Rotorblattabschnittes verbunden sein. Steggabelungen können sich aber auch auf andere Steganzahlen beziehen. Die Steggabelung zeichnet sich dadurch aus, dass die inneren Stege des inneren Rotorblattabschnittes über kurze Verbindungsstege stetig in die äußeren Stege des äußeren Rotorblattabschnittes überführt werden. Bei der Steggabelung handelt es sich um ein Bündel an Verbindungsstegen, die der Anzahl der äußeren Stege des äußeren Rotorblattabschnittes entsprechen können und die jeweils gegenüber der Längsrichtung des Rotorblattes um etwa 30 bis 40 Grad schräg gestellt sein können. Die Verbindungsstege berühren jeweils mit ihrem inneren Ende ein äußeres Ende des inneren Steges und mit ihrem äußeren Ende ein inneres Ende eines äußeren Steges.
Eine andere Ausführungsform der Übergänge sind Überlappungen. Bei Überlappungen überlappt wenigstens ein äußeres Stegende eines inneren Steges mit wenigstens einem inneren Stegende eines äußeren Steges. Die Stegenden der inneren und äußeren Stege berühren sich jedoch nicht sondern sie enden frei im Rotorblattinnenraum. Eine hinreichende Beulsteifigkeit wird durch die durchaus mehrere Meter aufweisende Überlappung der Stegenden erzielt.
Vorzugsweise ist die Anzahl äußerer Stege in äußeren Rotorblattabschnitten größer als die Anzahl innerer Stege in inneren Rotorblattabschnitten. Vorzugsweise ist genau ein äußeres Stegende eines inneren Steges zwischen zwei innere Stegenden zweier äußerer Stege geführt und überlappt auf diese Weise mit ihnen.
Vorzugsweise sind die Stege entlang ihrer beiden Längskanten auf Gurten angeordnet. Gurte werden aus Gelegebändern vorzugsweise konstanter Breite hergestellt, die innenseitig in Längsrichtung des Rotorblattes verlegt werden und auf die Rotorblattinnenwandung aufgeklebt, auflaminiert o. Ä. werden. Obere und untere Gurte sind vorzugsweise paarweise vorgesehen und innenseitig auf eine Ober- und Unterschale des Rotorblattes aufgebracht.
Die Ober- und Unterschalen sind zunächst separat herstellbar und werden erst später durch Randverklebungen zum Rotorblatt zusammengefügt. Die oberen und unteren Gurte werden während der Fertigung der Halbschalen bereits innen auf die Halbschalen aufgebracht. Sie liegen einander im Rotorblattinnenraum vorzugsweise gegenüber. Die Gurte erhöhen die Beulsteifigkeit des Rotorblattes. Die Stege sind mit ihren Längskanten an den sich gegenüberliegenden oberen und unteren Gurten befestigt und erhöhen ebenfalls die Beulsteifigkeit des Rotorblattes.
Es ist denkbar, dass die oberen und unteren Gurte als Hauptgurte ausgebildet sind. Die Erfindung ist jedoch auch auf Nebengurte anwendbar. Es sind auch Kombinationen der erfindungsgemäßen Stegkonstruktion auf Hauptgurten und Nebengurten denkbar.
Vorzugsweise weist der wenigstens eine Gurt eine im Wesentlichen gleiche Breite entlang seiner Längsausdehnung auf. Dadurch lassen sich Gurte in kostengünstiger Weise herstellen. Die vorzugsweise aus mehreren übereinander gelegten Gelegebändern hergestellten Gurte können durch schrittweises Beenden der Gelegebänder in Richtung der Rotorblattspitze zur Rotorblattspitze hin zunehmend dünner ausgebildet werden. Zur Rotorblattspitze treten geringere Kräfte und daher Beulgefahren auf, deshalb sind dort Gurte geringerer Dicke hinreichend. Die Gelegebänder können durch Laminiertechniken auf die Innenwandung des Rotorblattes aufgebracht sein.
Die erfindungsgemäßen Stegformationen mit den Übergängen in Form von z. B. Stegverzeigungen und Überlappungen beziehen sich dabei in erster Linie auf die Anordnung zwischen zwei sich gegenüberliegenden, jeweils im Wesentlichen entlang der gesamten Längsrichtung des Rotorblattes verlaufenden Gurten.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist wenigstens ein innerer Steg eine größere Dicke auf als wenigstens ein äußerer Steg. Vorzugsweise sind alle inneren Stege dicker als alle äußeren Stege.
Das erfindungsgemäße Rotorblatt ermöglicht so die Kombination von dicken Gurten und dicken Stegen in inneren Rotorblattabschnitten mit dünnen Gurten und mit mehreren dünneren Stegen in äußeren Rotorblattabschnitten. Derartige Rotorblätter sind gegenüber Rotorblättern mit durchgehend dicken Stegen kostengünstiger herstellbar, benötigen weniger Material und sind dennoch trotz der größeren Steganzahl leichter und beulsteif.
Die Erfindung ist jedoch auch auf andere Steganzahlen anwendbar. So können beispielsweise auch in einem inneren Rotorblattabschnitt entlang eines Gurtes zwei dicke Stege verlaufen, während in einem äußeren Rotorblattabschnitt entlang desselben Gurtes drei, vier oder eine noch größere Anzahl an dünneren Stegen vorhanden ist. Die Stege der inneren und äußeren Rotorblattabschnitte werden durch die beschriebenen Übergänge miteinander beulsteif verbunden.
Insbesondere bei den als Überlappung ausgebildeten Übergängen können die Gurte in Übergangsabschnitten verdickt sein. Vorzugsweise sind die Verdickungen durch in die Gelegebänder der Gurte eingebrachte Prepregs ausgebildet. Prepregs werden während der Gurtherstellung zwischen die Gelegebänder eingefügt und dann überlaminiert.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Erfindung dadurch gelöst, dass unterschiedliche Anzahlen an Stegen, die unterschiedliche von der Rotorblattwurzel in und der Rotorblattspitze entgegen der Längsrichtung beabstandete Querschnitte des Rotorblattes schneiden, im Rotorblattinnenraum angeordnet werden.
Herkömmlicherweise werden Rotorblätter aus zwei Rotorblatthalbschalen, der Ober- und der Unterschale, durch Randverklebungen geformt. Vor dem Übereinanderklappen der Rotorblatthalbschalen können die Gurte und Stege durch Laminierverfahren in die jeweilige Halbschale eingebracht werden. Zur Erzielung einer besonders hohen Effektivität sind die Gurte möglichst breit. Ausgehend von der Rotorblattwurzel werden mehrere Lagen an Gewebebändern innen auf die Rotorblatthalbschale gelegt und die Lagen der Gelegebänder laufen sukzessive in unterschiedlichen Entfernungen ausgehend von der Rotorblattwurzel aus, so dass im Bereich der Rotorblattspitze nur noch wenige Gelegebänder vorhanden sind und die Dicke der Gurte im äußeren Rotorblattabschnitt nach dem Überlaminieren im Vergleich zur Dicke im inneren Rotorblattabschnitt verringert wird. Die Beibehaltung einer im Wesentlichen konstanten Gurtbreite hat sich auch aus Kostengründen als zweckmäßig erwiesen. Weil die Gurte in äußeren Rotorblattabschnitten insbesondere bei langen Rotorblättern sehr dünn werden, werden zur Erhöhung der Beulsteifigkeit in äußeren Rotorblattabschnitten zwei oder eine noch größere Anzahl von nebeneinander verlaufenden Stegen angeordnet. Die wenigstens zwei oder mehreren Stege verlaufen dabei vorzugsweise über ihre gesamte Längsausdehnung nebeneinander und werden auf demselben Gurt angeordnet.
Die Stege können, bevor sie innen auf die Halbschalen aufgebracht werden, zusammen mit den Gurten durch Laminierverfahren, insbesondere Vakuuminfusionen, als Bauteilgruppe hergestellt werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass zunächst die oberen und unteren Gurte innen auf die Rotorblattinnenwandung der Halbschalen auflaminiert werden und die Stege den Innenabmessungen der beiden zusammengeklappten Rotorblatthalbschalen angepasst werden und dann an ihren Längsseiten auf die oberen und unteren Gurte aufgeklebt werden.
Vorzugsweise werden die Stege zwischen Rotorblattabschnitten unterschiedlicher Steganzahl durch Übergänge miteinander verbunden. Diese Übergänge können in verschiedener Weise, wie oben bereits beschrieben, ausgeführt werden. Insbesondere können die Übergänge als Steggabelungen oder Überlappungen ausgeführt werden.
Dabei werden insbesondere Überlappungsabschnitte der Gurte verdickt, d. h. die Gurte müssen nicht stetig von der Rotorblattwurzel zur Rotorblattspitze hin dünner werden sondern das Dünnerwerden bezieht sich vorzugsweise auf eine durchschnittliche Abnahme der Gurtdicke in Längsrichtung entlang des Rotorblattes.
Die Verdickungen können durch zwischen Gewebelagen des Gurtes eingebrachte Prepregs hergestellt werden. Nach dem Auflaminieren der Gurte können die Stege durch vorzugsweise mehrmetrige Überlappungen ihrer Enden innenseitig auf die Gurte aufgeklebt oder auflaminiert werden.
Für den Fall der Ausbildung der Übergänge als Steggabelungen können äußere Enden der inneren Stege mit inneren Enden von Verbindungsstegen verklebt oder durch Laminierverfahren verbunden werden. Äußere Enden der Verbindungsstege werden mit inneren Enden der äußeren Stege entsprechend verbunden. Vorzugsweise werden zwei Verbindungsstege an dem äußeren Ende des inneren Steges befestigt und jeder der beiden Verbindungsstege führt zu genau einem inneren Ende eines äußeren Steges und die jeweils beiden Enden werden auch dort verklebt oder durch Laminierverfahren fest verbunden.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in acht Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
1: eine schematische perspektivische Innenansicht eines erfindungsgemäßen Rotorblattes in Längsrichtung,
2: einen Teilschnitt des Rotorblattes entlang der Linie II-II in 1,
3: einen Teilschnitt des Rotorblattes entlang der Linie III-III in 1,
4: eine Schnittansicht entlang eines inneren Rotorblattabschnittes,
5: eine Schnittansicht entlang eines äußeren Rotorblattabschnittes,
6: eine Steggabelung in dem Übergangsabschnitt in 1,
7: eine Überlappung in dem Übergangsbereich in 1,
8: eine Schnittansicht entlang der Linie XIII-XII in 7.
Alle dargestellten Figuren zeigen nur prinzipielle Ausführungsformen der Erfindung. Es sind vielfältige Variationen im Rahmen der Erfindung möglich. Die Figuren sind nicht maßgetreu oder maßstabsgetreu. In den Ausführungsbeispielen sind nur prinzipielle Möglichkeiten schematisch skizziert.
1 zeigt eine schematische Sicht in eine untere Rotorblatthalbschale 11 eines Rotorblattes 10. Das Rotorblatt 10 umfasst die untere Rotorblatthalbschale 11 und eine obere Rotorblatthalbschale 31, die an ihren Rändern umlaufend miteinander verklebt sind. Teilquerschnitte senkrecht zur Längsrichtung L des Rotorblattes 10 sind in den 2, 3 dargestellt. Dabei sind die Teilquerschnitte so zu verstehen, als wenn in 1 auf die dort gezeigte untere Rotorblatthalbschale 11 die obere Rotorblatthalbschale 31 geklebt wäre. In 2, 3 sind auch die eben beschriebenen, aber in 1 nicht dargestellten Bauteile mit Bezugszeichen gezeigt. Eine Längsrichtung L der Rotorblatthalbschalen 11, 31 und eine Längsrichtung des Rotorblattes 10 können für die Beschreibung der Ausführungsbeispiele dieser Erfindung als zusammenfallend angesehen werden.
Entlang einer Innenwandung beider Rotorblatthalbschalen 11, 31 verläuft jeweils ein unterer Gurt 12 bzw. ein oberer Gurt 32 in Längsrichtung L. Die Gurte 12, 32 erstrecken sich im Wesentlichen über die gesamte Längsausdehnung der Rotorblatthalbschale 11, 31. Lediglich im äußersten Abschnitt einer Rotorblattspitze 13 sowie gegebenenfalls im innersten Abschnitt einer Rotorblattwurzel 14 des Rotorblattes 10 sind keine Abschnitte des Gurtes 12, 32 vorgesehen.
Die Gurte 12, 32 verlaufen in Längsrichtung L vorzugsweise entlang der bauchigsten Ausbildung des Rotorblattes 10.
Von dem unteren Gurt 12 in 1 steht innenseitig wenigstens ein Steg 20, 21, 22 ab. Unter innenseitig soll hier die Richtung in den Rotorblattinnenraum verstanden werden. Der wenigstens eine Steg 20, 21, 22 verbindet im Rotorblattinnenraum den unteren Gurt 12 mit dem oberen Gurt 32. Bei dem wenigstens einen Steg 20, 21, 22 kann es sich um in verschiedener Weise ausgebildete Stegformationen handeln. Die Stegformation muss im Innenraum des Rotorblattes 10 nicht notwendigerweise zusammenhängend ausgebildet sein. In 1 sind drei Stege 20, 21, 22 schematisch dargestellt. Die Stege 20, 21, 22 stehen entlang ihrer gesamten Länge vorzugsweise senkrecht vom unteren Gurt 12 und vom oberen Gurt 32 innenseitig in den Innenraum des Rotorblattes 10 ab.
Die Breite, d. h. in 2, 3 die Ausdehnung in vertikaler Richtung, der Stege 20, 21, 22 variiert entlang der Längsrichtung L des Rotorblattes 10, denn sie ist genau dem Abstand der sich an den Stegen 20, 21, 22 gegenüberliegenden Rotorblattinnenwandungen unter Berücksichtigung der Dicke des unteren und des oberen Gurtes 12, 32 der beiden aneinander gefügten Rotorblatthalbschalen 11, 31 angepasst. Stegkanten der Stege 20, 21, 22 sind dauerhaft, fest und belastungsstabil mit dem jeweiligen Gurt 12, 32 verbunden. Die Stege 20, 21, 22 und Gurte 12, 32 erhöhen die Beugesteifigkeit des Rotorblattes 10 beträchtlich.
Es sind verschiedene Herstellungsverfahren zur Anordnung der Gurte 12, 32 und der Stege 20, 21, 22 an den Rotorblatthalbschalen 11, 31 verfügbar. Grundsätzlich ist es denkbar, dass eine Gurtsteggruppe vorgefertigt und dann in die Rotorblatthalbschalen 11, 31 integriert wird. Die Gurte 12, 32 können innenseitig auf die Halbschalen 11, 31 aufgeklebt und/oder auflaminiert werden. Es ist auch denkbar, dass zunächst die Gurte 12, 32 innen auf die Rotorblatthalbschale 11, 12 in Klebe- und/oder Laminierverfahren aufgebracht werden und die Stege 20, 21, 22 anschließend auf den Gurt 12, 32 geklebt und/oder auflaminiert werden.
Es sei auch möglich, die Rotorblatthalbschalen 11, 31 nicht notwendigerweise jeweils in einem Stück herzustellen sondern zunächst Segmente auszuformen, die dann insbesondere bei größeren Rotorblatthalbschalen 11, 31 zusammengefügt werden, insbesondere durch Laminierverfahren.
Die Gurte 12, 32 weisen eine im Wesentlichen gleich bleibende Breite entlang der Länge des Rotorblattes 10 auf. Die Gurte 12, 32 werden vorzugsweise aus übereinander angeordneten Gelegebändern 40 konstanter Breite gefertigt. Einen Eindruck davon vermittelt 8, die einen Querschnitt durch einen Gurt 12, 32 zeigt. Die Gelegebänder 40 können zur Fertigung der Gurte 12, 32 in der Rotorblattschale 11, 31 übereinander eingelegt werden. Zwischen Gelegebändern 40 können Prepregs 41 an bestimmten Stellen entlang der Längsrichtung L und vorzugsweise hinsichtlich der Gurtbreite in mittleren Bereichen eingebracht sein. Die Gelegebänder 40 sind vorzugsweise breiter als die Prepregs 41, so dass sie die Prepregs 41 seitlich überlappen. Die Prepregs 41 ermöglichen es, den Gurt 12, 32 an bestimmten Abschnitten zu verstärken.
Der in 8 dargestellte Gurt 12 ist in einem im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung L mittleren Bereich dicker ausgebildet als an den Seiten. Die Gelegebänder 40 mit den eingelegten Prepregs 41 werden durch Laminierverfahren miteinander verbunden und auf die jeweiligen Rotorblatthalbschalen 11, 31 auflaminiert. Für die Fertigung der Rotorblatthalbschalen 11, 31 kommen verschiedene Kunststofftechniken in Betracht, wie insbesondere Laminierverfahren und dieses vorzugsweise in Form des Vakuuminfusionsverfahrens. Derartige Techniken sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Die Stege 20 sind ebenfalls vorzugsweise in Laminierverfahren aus Gelegebändern 40 hergestellt.
Gurte 12, 32 wie auch Stege 20, 21, 22 erhöhen die Beugesteifigkeit des Rotorblattes 10 in unterschiedliche Richtungen. Aufgrund der großen Abmessungen moderner Rotorblätter 10 von 60 Meter Länge, können die Stege 20 im Bereich der Rotorblattwurzel 14 durchaus einige Meter Breite aufweisen. Das führt zu einer Beulgefährdung der Stege 20 selber. Einem Ausbeulen des Steges 20, insbesondere in inneren Rotorblattabschnitten wird durch eine dickere Ausbildung des Steges 20 begegnet. Der Steg 20 ist umso dicker, je mehr Gelegebänder übereinander laminiert werden. Das führt jedoch auch zu Kostensteigerungen bei der Herstellung der Stege 20.
Die Gurte 12, 32 der oberen und unteren Rotorblatthalbschale 11, 31 sind im inneren Rotorblattabschnitt dicker ausgebildet als die Gurte 12, 32 im äußeren Abschnitt der Rotorblatthalbschalen 11, 31 wie ein Vergleich der 2 und 3 zeigt. Die 2 und 3 zeigen jedoch nur schematische Darstellungen der Querschnitte entlang der Linien II-II und III-III in 1. Insbesondere sind die seitlichen Übergänge der Gurte 12, 32 zu den Innenwandungen der Rotorblatthalbschalen 11, 31 üblicherweise geglättet ausgebildet, indem beispielsweise abgeschrägte Balsaholzstücke entlang der Gurtlängsseiten seitlich an den Rand des Gurtes 12, 32 angepasst werden und ein stetiger Übergang durch Laminieren gefertigt wird.
Die Dicke der Gurte 12, 32 in Längsrichtung L des Rotorblattes 10 ist variierbar, indem die Länge der Gelegebänder 40, aus denen die Gurte 12, 32 hergestellt werden, unterschiedlich ist. Ausgehend von der Rotorblattwurzel 14 wird im inneren Abschnitt des Rotorblattes 10 zunächst eine Vielzahl von Gelegebändern 40 übereinander gelegt, wobei dann sukzessive innenseitige Gelegebänder 40 zur Rotorblattspitze 13 hin zuerst und außenseitige Gelegebänder 40 später erst in äußeren Rotorblattabschnitten auslaufen, und somit durch schrittweise Beendung der Gelegebänder 40 immer weniger Gelegebände 40 zur Ausbildung der Dicke des Gurtes 12, 32 zur Verfügung stehen.
Der der Rotorblattwurzel 14 benachbarte und stark beanspruchte innere Abschnitt des Rotorblattes 10 weist damit eine größere Gurtdicke auf als die äußeren Abschnitte des Rotorblattes 10. Erfindungsgemäß verläuft entlang des inneren Rotorblattabschnitts ein dicker Steg 20 zwischen den beiden Gurten 12, 32. Ein äußerer Rotorblattabschnitt weist hingegen mehr als einen Steg 21, 22, vorzugsweise genau zwei Stege 21, 22 auf, die voneinander in Längsrichtung L gleichmäßig beabstandet sind und beide ebenfalls zwischen dem unteren und dem oberen Gurt 12, 32 befestigt werden. Die beiden äußeren Stege 21, 22 sind jedoch jeweils dünner als der innere Steg 20. Die beiden äußeren Stege 21, 22 sind somit einfacher und kostengünstiger herstellbar als der innere Steg 20. Da das Rotorblatt 10 zur Rotorblattspitze 13 hin einen zunehmend geringer werdenden Durchmesser aufweist, können die äußeren Stege 21, 22 deshalb eine geringere Breite aufweisen als der innere Steg 20, sind sie weniger beulgefährdet. Auch deshalb können sie in geringerer Dicke konstruiert werden. Hinzu kommt, dass die Belastung im Abschnitt der Rotorblattwurzel 4 durch das Gewicht des Rotorblattes 10 größer ist als im Abschnitt der Rotorblattspitze 14. Sowohl der innere Steg 20 als auch die beiden äußeren Stege 21, 22 sind ihrer Breite angepasst hinreichend dick, um nicht selber auszubeulen.
Daneben sind auch die Gurte 12, 32, insbesondere im inneren Abschnitt der Rotorblattwurzel 14 verstärkt beulgefährdet. Deshalb werden die Gurte 12, 32 dort dicker ausgebildet als in den äußeren Abschnitten.
Problematisch ist der Übergang 50 zwischen dem inneren Rotorblattabschnitt, in dem der genau eine innere Steg 20 in Längsrichtung L des Rotorblattes 10 verläuft und dem äußeren Rotorblattabschnitt, in dem die zwei äußeren Stege 21, 22 entlang der Längsrichtung L des Rotorblattes 10 verlaufen. Der Übergang 50 kann verschieden ausgebildet sein. Es kommen insbesondere Steggabelungen (6) oder Überlappungen (7) der Stege 20, 21, 22 als konkrete Ausgestaltungen der Übergänge 50 in Frage. Sie werden weiter unten beschrieben.
4 zeigt einen Schnitt entsprechend 2 entlang des inneren Rotorblattabschnittes. In 4 ist im Gegensatz zu 2 ein kompletter Querschnitt durch das Rotorblatt 10 abgebildet. Der innere Steg 20 ist nur schematisch dargestellt. Er ist im Querschnitt im Wesentlichen u-fömig ausgebildet. Die beiden u-Schenkel 20a, 20b sind kürzer als der u-Boden. Ein untere u-Schenkel 20a ist mit dem unteren Gurt 12 und ein oberer u-Schenkel 20b ist mit dem oberen Gurt 32 dauerhaft und positionsfest verbunden. In 4 sind der untere und der obere Gurt 12, 32 eingezeichnet. Die beiden u-Schenkel 20a, 20b sind durch Befestigungslaminierungen 15, 35 an die Gurte 12, 32 laminiert. Der Abstand zwischen den Gurten 12, 32 im Innenraum des Rotorblattes 10 beträgt im der Rotorblattwurzel 14 benachbarten Abschnitt etwa 2,5 Meter. Es sind jedoch auch noch größere Abstände zwischen den sich gegenüberliegenden Gurten 12, 32 denkbar.
Auch in 4 sind die Übergänge der Gurte 12, 32 zur jeweiligen Rotorblatthalbschale 11, 31 nur schematisch dargestellt. Grundsätzlich ist auch hier davon auszugehen, dass etwa durch Einbringung von Balsaholzstücken glatte Übergänge zwischen dem unteren und oberen Gurt 12, 32 und der unteren und oberen Rotorblatthalbschale 11, 31 hergestellt werden.
Der in 5 dargestellte Querschnitt eines äußeren Rotorblattabschnittes zeigt die im Vergleich zu 4 dünneren Gurte 12, 32 nicht deutlich. Es sei diesbezüglich auch auf 2 und 3 verwiesen. Der Abstand der Gurte 12, 32 im Innern des äußeren Rotorblattabschnittes vermindert sich in Längsrichtung L stetig von mehreren Metern bis hin zu wenigen Zentimetern in der äußersten Rotorblattspitze 13. Im äußeren Rotorblattabschnitt sind die Gurte 12, 32 gemäß 5 genauso breit ausgebildet wie im inneren Rotorblattabschnitt gemäß 4. Jedoch sind die Gurte 12, 32 im äußeren Rotorblattabschnitt in 5 deutlich dünner (nicht dargestellt) als im inneren Rotorblattabschnitt in 4.
Die äußeren Stege 21, 22 in 5 sind in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung L ebenfalls im Wesentlichen u-förmig ausgebildet. Die kurzen u-Schenkel, nämlich die unteren u-Schenkel 21a, 22a und die oberen u-Schenkel 21b, 22b dienen auch bei den beiden äußeren Stegen 21, 22 zur Befestigung der Stege 21, 22 an den beiden Gurten 12, 32.
4 zeigt, dass innenseitig auf den unteren Gurt 12 in den inneren Rotorblattabschnitten ein unteres einbahniges Befestigungslaminate 15 in Längsrichtung L aufgebracht wird, mit dem der zugehörigen untere u-Schenkel 20a des inneren Steges 20 durch Laminierverfahren oder Klebeverfahren am unteren Gurt 12 befestigt wird.
In inneren Rotorblattabschnitten ist innenseitig auf den oberen Gurt 32 ein oberes einbahniges Befestigungslaminat 35 in Längsrichtung L aufgebracht, mit dem der zugehörigen obere u-Schenkel 20b des inneren Steges 20 durch Laminierverfahren oder Klebeverfahren am oberen Gurt 32 befestigt wird.
5 zeigte den äußeren Rotorblattabschnitt. Auf den unteren Gurt 12 wird ein unteres zweibahniges Befestigungslaminat 16 in Längsrichtung L aufgebracht, mit dem die zugehörigen unteren u-Schenkel 21a, 22a der beiden äußeren Stege 21, 22 durch Laminierverfahren oder Klebeverfahren am unteren Gurt 12 befestigt werden.
Auf den oberen Gurt 32 wird ein oberes zweibahniges Befestigungslaminat 36 in Längsrichtung L aufgebracht, mit dem die zugehörigen oberen u-Schenkel 21b, 22b der beiden äußeren Stege 21, 22 durch Laminierverfahren oder Klebeverfahren am oberen Gurt 32 befestigt werden.
6 und 7 zeigen zwei verschiedene Arten von Übergängen 50 zwischen innerem und äußerem Abschnitt des Rotorblattes 10. In 6 ist der Übergang 50 als eine Steggabelung des inneren Steges 20 mit zwei Verbindungsstegen 51, 52 zu den beiden äußeren Stegen 21, 22 ausgebildet und schematisch dargestellt. Die Steggabelung ist im Herstellungsprozess aufwendig, weil die zwei Verbindungsstege 51, 52 zusätzlich hergestellt werden müssen und sowohl mit dem inneren Steg 20 und als auch mit den beiden äußeren Stegen 21, 22, aber auch mit dem Gurt 12 verklebt oder anderweitig dauerhaft befestigt werden müssen. Die beiden Verbindungsstege 50, 51 bilden einen Winkel von 30 bis 45 Grad mit sowohl dem inneren Steg 20 als auch mit jedem der beiden äußeren Steg 21, 22 aus.
Im Herstellungsverfahren anders ist der in 7 schematisch als Überlappung dargestellte Übergang 50 zwischen dem inneren und äußeren Rotorblattabschnitt. Bei der Überlappung werden der innere Steg 20 und die beiden äußeren Stege 21, 22 nicht unmittelbar im Innenraum des Rotorblattes 10 miteinander verbunden. Die Enden der Stege 20, 21, 22 überlappen einander spannweitig, d. h. die inneren Enden der äußeren Stege 21, 22 sind um die überlappungstiefe weiter zur Rotorblattwurzel 14 geführt als ein äußeres Ende des inneren Steges 20 zur Rotorblattspitze 13 hin absteht. Die Enden berühren sich nicht direkt. Die Tiefe der Überlappung 50 kann durchaus mehrere Meter betragen.
Zur Verstärkung der Rotorblatthalbschale im Abschnitt der Überlappung 50 sind der obere und der untere Gurt 12, 32 verdickt. Das ist in 8 dargestellt. Insbesondere können zwischen den Gelegebändern 40, aus denen die Gurte 12, 32 hergestellt werden, zusätzlich Prepregs 41 eingelegt und einlaminiert werden. Die Gurte 12, 32 werden im Abschnitt der Überlappung 50 verstärkt, um die durch die Unterbrechung der Stege 20, 21, 22 entstandene statische Schwächung zu kompensieren.

10: Rotorblatt
11: untere Rotorblatthalbschale
12: unterer Gurt
15: unteres Befestigungslaminat
16: unteres Befestigungslaminat
13: Rotorblattspitze
14: Rotorblattwurzel
20: innerer Steg
20a: unterer u-Schenkel
20b: oberer u-Schenkel
21: äußerer Steg
21a: unterer u-Schenkel
21b: oberer u-Schenkel
22: äußerer Steg
22a: unterer u-Schenkel
22b: oberer u-Schenkel
31: obere Rotorblatthalbschale
32: oberer Gurt
35: oberes Befestigungslaminat
36: oberes Befestigungslaminat
40: Gelegeband
41: Prepreg
50: Übergang
51: Verbindungssteg
52: Verbindungssteg
L: Längsrichtung

Claims

Rotorblatt (10) für eine Windenergieanlage mit einer Rotorblattspitze (13) und einer Rotorblattwurzel (14) und mit wenigstens einem in einer Längsrichtung (L) des Rotorblattes (10) in einem Rotorblattinnenraum verlaufenden Steg (20), dadurch gekennzeichnet, dass Anzahlen an Stegen (20, 21, 22) unterschiedlich sind, die unterschiedliche von der Rotorblattwurzel (14) in und von der Rotorblattspitze (13) entgegen der Längsrichtung (L) beabstandete Querschnitte des Rotorblattes (10) schneiden.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an Stegen (21, 22) in einem äußeren Rotorblattabschnitt größer ist als die Anzahl an Stegen (20) in einem inneren Rotorblattabschnitt.
Rotorblatt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Rotorblattabschnitt von einer Rotorblattspitze (13) vorzugsweise wenigstens 5 Meter beabstandet ist und der innere Rotorblattabschnitt von einer Rotorblattwurzel (14) vorzugsweise wenigstens 5 Meter beabstandet ist.
Rotorblatt nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem inneren Rotorblattabschnitt genau ein Steg (20) und in einem äußeren Rotorblattabschnitt genau zwei Stege (21, 22) vorgesehen sind.
Rotorblatt nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (20, 21, 22) zwischen Rotorblattabschnitten unterschiedlicher Steganzahl durch Übergänge (50) miteinander verbunden sind.
Rotorblatt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge (50) zwischen den Stegen (20, 21, 22) zwischen Rotorblattabschnitten unterschiedlicher Steganzahl als Steggabelungen ausgebildet sind.
Rotorblatt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steggabelung eine Anzahl an Verbindungsstege (51, 52) aufweist und innere Enden der Verbindungssteg (51, 52) mit einer geringeren Anzahl an äußeren Enden der inneren Stege (20) verbunden sind und äußere Enden der Verbindungsstege (51, 52) mit inneren Enden der äußeren Stege (21, 22) verbunden sind.
Rotorblatt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein innerer Steg (20) des inneren Rotorblattabschnitts mittels genau zwei Verbindungsstegen (51, 52) mit genau zwei Stegen (21, 22) des äußeren Rotorblattabschnitts verbunden ist.
Rotorblatt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge (50) zwischen den Stegen (20, 21, 22) zwischen Rotorblattabschnitten unterschiedlicher Steganzahl als Überlappungen ausgebildet sind.
Rotorblatt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein äußeres Stegende eines inneren Steges (20) mit wenigstens einem inneren Stegende eines äußeren Steges (21, 22) überlappt.
Rotorblatt nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (20, 21, 22) zwischen Gurten (12, 32) angeordnet sind.
Rotorblatt nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (20, 21, 22) zwischen denselben zwei Gurten (12, 32) angeordnet sind,
Rotorblatt nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Gurte (12, 32) als Hauptgurte ausgebildet sind.
Rotorblatt nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Gurte (12, 32) als Nebengurte ausgebildet sind.
Rotorblatt nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Gurte (12, 32) eine im Wesentlichen gleiche Breite entlang seiner Längsausdehnung aufweist.
Rotorblatt nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Gurte (12, 32) zur Rotorblattspitze (13) hin eine geringere Dicke annimmt.
Rotorblatt nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein innerer Steg (20) eines Gurtes (12, 32) dicker ist als wenigstens ein äußerer Steg (21, 22) des Gurtes (12, 32).
Rotorblatt nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass alle inneren Stege (20) des Gurtes (12, 32) dicker sind als alle äußeren Stege (21, 22) des Gurtes (12, 32).
Rotorblatt nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke wenigstens einer der Stege (20, 21, 22) entlang seiner Länge konstant ist.
Rotorblatt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gurte (12, 32) in Rotorblattabschnitten mit einer kleineren Anzahl an Stegen (20, 21, 22) dicker sind als Gurte (12, 32) in Rotorblattabschnitten mit einer größeren Anzahlen an Stegen (20, 21, 22).
Rotorblatt nach wenigsten einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gurte (12, 32) in Rotorblattabschnitten in denen Übergänge (50) angeordnet sind Verdickungen aufweist.
Rotorblatt nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass Gurte (12, 32) in Rotorblattabschnitten in denen Übergänge (50) in Form von Überlappungen vorgesehen sind Verdickungen aufweisen.
Rotorblatt nach Anspruch 21, 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdickungen durch in Gelegebänder (40) der Gurte (12, 32) eingebrachte Prepregs (41) ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Rotorblatts für eine Windenergieanlage mit einer Rotorblattspitze (13) und einer Rotorblattwurzel (14) und mit wenigstens einem in einer Längsrichtung L des Rotorblattes im Rotorblattinnenraum verlaufenden Steg (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, indem unterschiedliche Anzahlen an Stegen, die unterschiedliche von der Rotorblattwurzel (14) in und der Rotorblattspitze (13) entgegen der Längsrichtung (L) beabstandete Querschnitte des Rotorblattes (10) schneiden, im Rotorblattinnenraum angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gurt (12, 32) in Längsrichtung (L) innen auf die Rotorblattwandungen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 24, 25 dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Gurte (12, 32) von der Rotorblattwurzel (14) zur Rotorblattspitze (13) hin geringer wird.
Verfahren nach Anspruch 23, 24, 25 dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (20, 21, 22) innen auf dem wenigstens einen Gurt (12, 32) angeordnet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Anspruch 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass innere Stege (20) mit einer größere Dicke hergestellt werden als äußere Stege (21, 22).
Verfahren nach Anspruch 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass in inneren Rotorblattabschnitten eine größere Anzahl an Stegen (20, 21, 22) aufgebracht wird als in äußeren Rotorblattabschnitten.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass Stege (20, 21, 22) zwischen Rotorblattabschnitten unterschiedlicher Steganzahlen durch Übergänge (50) miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (20, 21, 22) zwischen Rotorblattabschnitten unterschiedlicher Steganzahlen durch Steggabelungen miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 30, 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (20, 21, 22) zwischen Rotorblattabschnitten unterschiedlicher Steganzahlen durch Überlappungen von Stegenden in Längsrichtung (L) ineinander überführt werden.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass Gurte (12, 32) im Abschnitt der Überlappungen dicker ausgebildet werden als in anderen Gurtabschnitten.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass Prepregs (41) zwischen Gewebelagen der Gurte im Überlappungsabschnitt eingebracht werden.