DE102008054323A1

DE102008054323A1 - Rotorblatt mit Blattspitzenverlängerung für eine Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102008054323A1
Application number: DE102008054323A
Authority: DE
Inventors: Bodo Dr. Wilkens
Original assignee: Energiekontor AG
Current assignee: Energiekontor AG
Priority date: 2008-11-03
Filing date: 2008-11-03
Publication date: 2010-05-12
Also published as: DK2182203T4; EP2182203B1; PT2182203E; EP2182203B2; ES2432411T5; DK2182203T3; ES2432411T3; EP2182203A3; EP2182203A2

Abstract

Rotorblatt für eine Windenergieanlage, bestehend aus einem ursprünglichen Rotorblatt und einer damit verbundenen Blattspitzenverlängerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattspitzenverlängerung zwei glasfaserverstärkte Halbschalen aufweist, die miteinander und mit einem Endbereich des ursprünglichen Rotorblatts verklebt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage, bestehend aus einem ursprünglichen Rotorblatt und einer damit verbundenen Blattspitzenverlängerung.
Durch Anbringen von Blattspitzenverlängerungen an vorhandenen Rotorblättern kann eine deutliche Ertragssteigerung einer existierenden Windenergieanlage auf relativ kostengünstige Weise erzielt werden. In Fällen, in denen am Standort eines Windparks geringere Geschwindigkeiten als prognostiziert auftreten und auch die maximalen Windgeschwindigkeiten geringer ausfallen, besteht die Möglichkeit, durch früheres Abschalten eventuell auftretende Ma ximallasten zu reduzieren, um so die Erhöhung der Lasten durch die Blattverlängerung zu kompensieren, ohne viel Energie im Starkwindbereich zu verlieren.
Aus der DE 735 404 ist eine Blattspitzenverlängerung für eine Windkraftanlage bekannt, deren Realisierung allerdings technisch und aerodynamisch unbefriedigend ist.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein gattungsgemäßes Rotorblatt mit einer Blattspitzenverlängerung zu schaffen, bei dem ein guter aerodynamischer Übergang zwischen dem ursprünglichen Rotorblatt und der Blattspitzenverlängerung besteht und die entstehenden Windlasten der Blattspitzenverlängerung problemlos auf das ursprüngliche Blatt übertragen werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage, bestehend aus einem ursprünglichen Rotorblatt und einer damit verbundenen Blattspitzenverlängerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattspitzenverlängerung zwei glasfaserverstärkte Halbschalen aufweist, die miteinander und mit einem Endbereich des ursprünglichen Rotorblatts verklebt sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass im Bereich einer Blattspitze des ursprünglichen Rotorblatts im wesentlichen senkrecht zu einer Blattlängsachse eine Rippe zwischen den Halbschalen angeordnet ist.
Die Rippe kann mit einem zentralen Ausschnitt zur Aufnahme der Blattspitze des ursprünglichen Rotorblatts versehen sein, der an die Form der Blattspitze angepasst ist.
Von der Rippe kann in Richtung auf die Blattspitze der Blattspitzenverlängerung verlaufend mindestens ein Verstärkungssteg angeordnet sein.
Zweckmäßigerweise sind zwei Verstärkungsstege parallel zueinander angeordnet.
Jeder Verstärkungssteg kann einen Schaumkern und vier damit verbundene Klebewinkel aufweisen.
Es ist zweckmäßig, wenn die Verstärkungsstege über eine Blindverklebung mit den Halbschalen verbunden sind.
Jede Halbschale kann mit parallel zur Blattlängsachse verlaufenden und außenseitig angeordneten Verstärkungsbändern versehen sein.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Blattspitzenverlängerung mit einer Entwässerungsbohrung versehen ist.
Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass die Blattspitzenverlängerung mit einem Blitzrezeptor versehen ist, der mit dem Blitzschutz des ursprünglichen Rotorblatts verbunden ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen ist, in der
1 eine schematische Draufsicht auf einen Endbereich eines erfindungsgemäßen Rotorblatts zeigt;
2 in einer Ansicht entsprechend 1 einen Lagenaufbau der Blattspitzenverlängerung zeigt;
3 in einer entsprechenden Ansicht die Position der Verstärkungsstege und der Rippe erläutert;
4 in einer entsprechenden Ansicht die Lage von Entwässerungsbohrungen zeigt;
5 in einer Querschnittsansicht den Aufbau der Blattspitzenverlängerung erläutert; und
6a und 6b in einer Querschnitts- bzw. ausschnittsweisen Längsschnittansicht den Aufbau der Rippe erläutern.
Die der Erfindung zugrundeliegende Blattspitzenverlängerung besteht im wesentlichen aus einem auf den Endbereich eines vorhandenen Rotorblatts 2 aufsetz- oder aufschiebbaren schalenartigen Hohlkörper, der aus zwei glasfaserverstärkten, zusammengeklebten Halbschalen, Oberschale 3a und Unterschale 3b, gebildet ist.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Endbereich eines vorhandenen Rotorblatts 2, dessen Blattspitze 4 sowie die erfindungsgemäße Blattspitzenverlängerung 6. In dem dargestellten Beispiel wird das vorhandene Rotorblatt 2 durch die Blattspitzenverlängerung 6 um eine Länge l von 1 m verlängert, während die Gesamtlänge L der Blattspitzenverlängerung 6 2 m beträgt, wobei sich das vorhandene Rotorblatt und die Blattspitzenverlängerung in einem Bereich von 1 m überlappen.
Wie 1 zeigt, hat das Koordinatensystem des Blattaußenbereichs seinen Ursprung weiterhin in der Blattspitze 4 des vorhandenen Rotorblatts 2. Die x-Achse zeigt in Richtung Profiloberseite (Saugseite), die y-Achse in Richtung Endkante und die z-Achse von der Blattwurzel in Richtung Blattspitze. Die z-Achse liegt dabei auf einer gedachten Linie 42% hinter der Blattvorderkante (LE) des Trapezteils des vorhandenen Rotorblatts 2.
Die Blattspitzenverlängerung 6 ist an drei Stellen formschlüssig an dem vorhandenen Rotorblatt fixiert, so dass die Position der Blattspitzenverlängerung bei der Montage durch Verklebung ohne zusätzliche Hilfsmittel vorgegeben ist. Zunächst ist an einem in Richtung der Blattwurzel weisenden Ende der Blattspitzenverlängerung 6, im dargestellten Beispiel bei z = –1000 mm, das Profil des vorhandenen Rotorblatts an der Ober- und Unterseite und an der Nase formschlüssig mit der Blattspitzenverlängerung 6 verbunden und wird während der Verklebung durch eine Schablone und entsprechende Spannbänder gehalten.
An einem Punkt zwischen der Blattspitze 4 des vorhandenen Rotorblatts 2 und einer Blattspitze 8 der Blattspitzenverlängerung 6, in dem dargestellten Beispiel beispielsweise bei z = 260 mm, wird der vorhandene Rezeptor 38 des Blitzschutzes verlängert und ein neuer Blitzrezeptor mit dem alten Blitzschutz formschlüssig verschraubt.
Schließlich wird im Bereich der Blattspitze 4 des vorhandenen Rotorblatts 2 eine Rippe 10 formschlüssig mit der Blattspitze 4 verbunden und verklebt.
Damit die Klebestelle im Bereich des in Richtung Blattwurzel weisenden Endes oder Randes 18 der Blattspitzenverlängerung 6 eine definierte Fläche aufweist und nur eine bestimmte Klebstoffmenge aufnimmt, wird in einem festen Abstand von dem Ende 18 der Blattspitzenverlängerung 6, beispielsweise bei z = –750 mm, eine Sperre 36 (5) für den Klebstoff auf der Innenseite der Blattspitzenverlängerung 6 angeordnet, beispielsweise angeklebt. Diese Sperre soll verhindern, dass beim Aufschiebevorgang der Blattspitzenverlängerung der Klebstoff, beispielsweise Klebeharz, unkontrolliert in äußere Bereiche der Blattspitzenverlängerung 6 geschoben wird.
2 zeigt den lageweisen Aufbau der Halbschalen 3a, b, aus denen die Blattspitzenverlängerung 6 gebildet ist. In einem äußeren Bereich 12, dessen Länge zwischen 50% und 80% der Gesamtlänge L der Blattspitzenverlängerung 6 betragen kann, sind drei Lagen ±45° E-Glas (Bidiagonal-Glas-Gelege) mit einer Faserdichte von 2,6 g/cm³ angeordnet, mit einem Flächengewicht von jeweils 443 g/m². Die Dicke einer Lage beträgt 0,52 mm bei einer Harzdichte von 1,12 kg/dm³ und 33% Faservolumengehalt.
In einem mittleren Bereich 14 sind zwei Lagen ±45° E-Glas mit entsprechenden Eigenschaften angeordnet, und in einem inneren Bereich 16 eine Lage ±45° E-Glas ebenfalls mit entsprechenden Eigenschaften. Der zur Blattwurzel weisende Rand 18 der Blattspitzenverlängerung 6 wird als Abreißgewebe gebildet.
Eine Verstärkungsbahn bzw. ein Verstärkungsband 20 ist aus mehreren Lagen, hierbei 6, aus unidirektionalem Glasgelege gebildet und erstreckt sich von dem zur Wurzel weisenden Rand 18 bis zur Blattspitze 8. Im Bereich des Randes 18 weist die Verstärkungsbahn 20 einen Schäftbereich 22 mit einer Länge von 200 mm auf. Im Bereich der Blattspitze 8 ist ein Ausdünnungsbereich 24 mit einer Länge von 400 mm vorgesehen.
Der beschriebene Aufbau ist für beide Halbschalen (Ober- und Unterschale) der Blattspitzenverlängerung 6 gleich.
3 bis 6 erläutern die Rippe 10 sowie Verstärkungs- oder Schubstege 26, die im äußeren Bereich der Blattspitzenverlängerung 6 vorgesehen sind.
Wie 3 und 6 zeigen, sitzt die Rippe 10 formschlüssig zwischen den Halbschalen 3a, b und weist einen zentralen Ausschnitt bzw. eine zentrale Aufnahme 28 auf, um die Blattspitze 4 des vorhandenen Rotorblatts 2 formschlüssig aufzunehmen. Dadurch werden die Auftriebskräfte der Blattspitzenverlängerung großflächig auf die Blattspitze 4 des vorhandenen Rotorblatts 2 übertragen. Weiterhin positioniert die Rippe 10 die Blattspitzenverlängerung 6 während des Montagevorgangs und steift den Bereich des größten Biegemoments der Blattspitzenverlängerung aus.
Zwei Verstärkungsstege 26 erstrecken sich beginnend an der Rippe 10 parallel zur Längsrichtung (z-Achse) des Rotorblatts 2 mit gegenseitigem Abstand bis in den Bereich der Blattspitze 8. Wie 3 zeigt, sind die Verstärkungsstege 26 an ihren Enden jeweils beidseitig durch vier Klebewinkel 30 mit der Rippe 10 verbunden.
5 zeigt einen Querschnitt im Bereich der Blattspitze 8 und lässt die Anordnung der Verstärkungsstege 26, die als Schaumstege ausgebildet sind, erkennen. Die Verstärkungsstege sind mittels acht Klebewinkeln 32 mit den Halbschalen der Blattspitzenverlängerung 6 verbunden, und zwar mit einer Blindverklebung 34 mit Klebeharz.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Verstärkungsstege einen gegenseitigen Abstand von 100 mm, während sich die Blindverklebung über eine Länge, in Blatttiefenrichtung y gesehen, von 200 mm erstreckt.
5 zeigt ferner einen Klebestopp (Sperre) 36, dessen Funktion bereits erläutert worden ist und der beispielsweise in die Oberschale 3a geklebt sein kann.
4 erläutert die Anordnung einer Entwässerungsbohrung 40 im Bereich der Blattspitze 8 sowie einer weiteren Entwässerungsbohrung 42 im Bereich der Blattspitze 4 des ursprünglichen Rotorblatts 2, während eine Entwässerungsbohrung 44 des ursprünglichen Rotorblatts 2 aufgebohrt ist.
In der Praxis hat sich für die beschriebene Blattspitzenverlängerung eine Masse von ca. 14 kg ergeben, wobei sich aus den zu erwartenden Betriebsbedingungen und Drehzahlen aerodynamischer Kräfte und Fliehkräfte ergeben, die von der Verbindung der Blattspitzenverlängerung mit dem Rotorblatt gut aufgenommen werden können.
Aufgrund der relativ geringen Größe und des geringen Gewichts der erfindungsgemäßen Blattspitzenverlängerung kann diese ohne Demontage der Rotorblätter mit einer Hubbühne unmittelbar an einer existierenden Windenergieanlage montiert werden. Zunächst wird ein erstes auszustattendes Rotorblatt in senkrecht nach unten hängender Position geparkt und die Hubbühne zur Blattspitze hochgefahren. Die Position des zur Blattwurzel weisenden Endes der Blattspitzenverlängerung wird an dem Rotorblatt markiert, im oben beschriebenen Beispiel also z = –1000 mm. Die Klebebereiche am Blatt werden nach Aufmass freigeschliffen, etwa in Streifen von ca. 250–300 mm in Richtung der Blattspitze und im Bereich der Blattspitze des Rotorblatts selbst. Die Blattspitzenverlängerung wird angepasst, insbesondere die formschlüssige Passung der Blattspitze des Rotorblatts und der Rippe und der Klebebereich am zur Blattwurzel weisenden Ende der Blattspitzenverlängerung. Gegebenenfalls werden Rippenausschnitt und Klebebereiche nachgearbeitet.
Anschließend wird der Blitzrezeptor an der Ober- und Unterseite des Rotorblatts demontiert. Eine Schablone für das Rezeptorloch wird mit Klebeband positioniert und in Richtung der Blattwurzel umgeschlagen. In die neue Blattspitze wird ein Rezeptorloch gebohrt, und die Rezeptoradapterstücke werden in die alten Rezeptoraufnahmen geschraubt.
Die Entwässerungsbohrungen werden freigelegt und vergrößert, und es wird eine zusätzliche Entwässerungsbohrung in der Vorderkante des ursprünglichen Rotorblatts gesetzt.
Die Endkante der Blattspitzenverlängerung wird mit einem Keil in geöffneter Position fixiert, d. h. die Halbschalen haben an der Endkante einen Abstand voneinander.
Klebeharz wird angemischt und auf die Klebestellen der Blattverlängerung aufgebracht, wobei die Harzmengen dokumentiert werden. Anschließend wird die Blattspitzenverlängerung mit offener Endkante bis zum Anschlag auf die Rippe aufgeschoben. Eine Sichtkontrolle erfolgt durch die noch offene Endkante zur Prüfung der Verklebung zwischen ursprünglicher Blattspitze und Rippe. Danach wird die Endkante geschlossen und am zur Blattwurzel weisenden Rand der Blattspitzenverlängerung formschlüssig mittels einer Schablone und Spannbindern verpresst, auch im übrigen Bereich der Endkante.
Nach Verschraubung des Rezeptors an Ober- und Unterseite erfolgt der Härtevorgang, wonach etwaige Klebeharzreste gewogen und dokumentiert werden.
Am darauffolgenden Tag werden die Hilfsmittel entfernt und der Blattstrak einer Sichtkontrolle unterworfen. Das Abreißgewebe im Bereich der Verklebung des zur Blattwurzel weisenden Rands der Blattspitzenverlängerung wird entfernt, die Klebenähte durch Schleifen und Schäften bearbeitet und ein Decklaminat aufgebracht. Feinarbeiten wie Abspachteln, Schleifen und Beilackieren sowie eine Temperung mit Heizfolie oder -matte während sechs bis sieben Stunden bei 62 bis 70°C schließen den Montagevorgang ab.
Nach Wiederholung der obigen Schritte für die übrigen Rotorblätter der Windenergieanlage wird die Arbeitsbühne demontiert und das Gewicht der Klebeharzreste kontrolliert. Es erfolgt eine Massenbilanz der Blattspitzenverlängerungen inklusive Harze, Lacke und Reste. Bei einem Testlauf der Anlage wird eine etwaige Unwucht kontrolliert, und Schwingungen und Geräusche werden beobachtet.

2: vorhandenes Rotorblatt
3a: Halbschale (Oberschale)
3b: Halbschale (Unterschale)
4: Blattspitze (von 2)
6: Blattspitzenverlängerung
8: Blattspitze (von 6)
10: Rippe
12: äußerer Bereich
14: mittlerer Bereich
16: innerer Bereich
18: Rand
20: Verstärkungsbahn (Verstärkungsband)
22: Schäftbereich
24: Ausdünnungsbereich
26: Verstärkungssteg
28: Aufnahme (Ausschnitt)
30: Klebewinkel
32: Klebewinkel
34: Blindverklebung
36: Kleberstopp (Sperre)
38: Blitzrezeptor
40: Entwässerungsbohrung (von 6)
42: weitere Entwässerungsbohrung (von 2)
44: ursprüngliche Entwässerungsbohrung (von 2)
l: Länge der Verlängerung (von 2)
L: Länge (von 6)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 735404 [0003]

Claims

Rotorblatt für eine Windenergieanlage, bestehend aus einem ursprünglichen Rotorblatt (2) und einer damit verbundenen Blattspitzenverlängerung (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Blattspitzenverlängerung (6) zwei glasfaserverstärkte Halbschalen (3a, 3b) aufweist, die miteinander und mit einem Endbereich des ursprünglichen Rotorblatts (2) verklebt sind.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Blattspitze (4) des ursprünglichen Rotorblatts (2) im wesentlichen senkrecht zu einer Blattlängsachse (z) eine Rippe (10) zwischen den Halbschalen (3a, 3b) angeordnet ist.
Rotorblatt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (10) mit einem zentralen Ausschnitt (28) zur Aufnahme der Blattspitze (4) des ursprünglichen Rotorblatts (2) versehen ist, der an die Form der Blattspitze (4) angepasst ist.
Rotorblatt nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass von der Rippe (10) in Richtung auf die Blattspitze (8) der Blattspitzenverlängerung (6) verlaufend mindestens ein Verstärkungssteg (26) angeordnet ist.
Rotorblatt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Verstärkungsstege (26) parallel zueinander angeordnet sind.
Rotorblatt nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verstärkungssteg (26) einen Schaumkern und vier Klebewinkel (30) aufweist.
Rotorblatt nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstege (26) über eine Blindverklebung (34) mit den Halbschalen (3a, 3b) verbunden sind.
Rotorblatt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Halbschale (3a, 3b) mit parallel zur Blattlängsachse (z) verlaufenden und außenseitig angeordneten Verstärkungsbändern (20) versehen ist.
Rotorblatt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattspitzenverlängerung (6) mit einer Entwässerungsbohrung (40) versehen ist.
Rotorblatt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattspitzenverlängerung (6) mit einem Blitzrezeptor (38) versehen ist, der mit einem Blitzschutz des ursprünglichen Rotorblatts (2) verbunden ist.