DE102011056342A1

DE102011056342A1 - Verfahren zur Herstellung von Rotorflügeln für eine Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102011056342A1
Application number: DE102011056342A
Authority: DE
Inventors: James Robert Tobin
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: LM Wind Power AS
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2012-07-19
Also published as: DK201170681A; US8250761B2; DK178162B1; DK178162B9; CN102536638B; US20110223032A1; CN102536638A

Abstract

Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblatts (200) für eine Windkraftanlage (10) und ein Rotorblatt (200), das gemäß einem solchen Verfahren hergestellt wurde, offenbart. Das Verfahren umfasst allgemein ein Bereitstellen eines Blattformlings (232), der zumindest teilweise aus einem Füllmaterial (208) geformt ist, ein Gestalten des Blattformlings (232) zum Formen eines Profils des Rotorblatts (200), und ein Anordnen einer Haut (202) um den Außenumfang des gestalteten Blattformlings (232).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Der vorliegende Gegenstand bezieht sich allgemein auf Windkraftanlagen und genauer auf Verfahren zur Herstellung von Rotorblättern für eine Windkraftanlage.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Windkraft wird als eine der saubersten, umweltfreundlichsten Energiequellen angesehen, die momentan verfügbar sind, und Windkraftanlagen haben eine zunehmende Aufmerksamkeit in dieser Hinsicht erlangt. Eine moderne Windkraftanlage weist üblicherweise einen Turm, einen Generator, ein Getriebegehäuse, eine Gondel und ein oder mehrere Rotorblätter auf. Die Rotorblätter fangen kinetische Energie des Winds unter Verwendung bekannter Tragflächenprinzipien ein und übertragen die kinetische Energie durch Rotationsenergie zum Drehen einer Welle, die die Rotorblätter verbindet, auf ein Getriebegehäuse oder, falls keine Getriebegehäuse verwendet wird, direkt auf einen Generator. Der Generator wandelt dann die mechanische Energie in elektrische Energie, die in ein Versorgungsnetz eingespeist werden kann.
Beim Herstellen von Rotorblättern ist es allgemein erforderlich, dass spezielle Werkzeuge und/oder Formen verwendet werden. Beispielsweise werden die Blatthälften eines herkömmlichen Rotorblatts üblicherweise in großen Formen geformt, die individuell für die bestimmte Größe oder Gestalt des Rotorblatts gefertigt sind, das produziert wird. Entsprechend müssen neue Formen bezogen werden oder auf andere Weise für jede Rotorblattgröße und -gestalt hergestellt werden, die produziert wird, was die Produktionskosten von Rotorblättern enorm erhöht. Zusätzlich umfassen herkömmliche Verfahren zum Herstellen der Blatthälften eines Rotorblatts üblicherweise die Verwendung eines Einlegeprozesses, bei dem Lagen eines Verstärkungsmaterials in die individuell gefertigten Formen von Hand eingelegt werden. Dieser Prozess ist sehr arbeitsintensiv und erhöht enorm die Zeit, die zum Produzieren eines Rotorblatts erforderlich ist.
Entsprechend besteht ein Bedarf an verbesserten Verfahren zum Herstellen von Windkraftanlagen-Rotorblättern, die die Produktionskosten senken und die Geschwindigkeit erhöhen, mit der Rotorblätter produziert werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung beschrieben oder werden aus der Beschreibung erkannt oder können durch Umsetzung der Erfindung gelernt werden.
Bei einem Aspekt offenbart der vorliegende Gegenstand ein Verfahren zum Herstellen eines Rotorblatts für eine Windkraftanlage. Das Verfahren umfasst allgemein das Bereitstellen eines Blattformlings, der zumindest teilweise aus einem Füllmaterial geformt ist, das Gestalten des Blattformlings zum Formen eines Profils des Rotorblatts und das Anordnen einer Haut um einen Umfang des gestalteten Blattformlings.
Bei einem anderen Aspekt offenbart der vorliegende Gegenstand ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage. Das Rotorblatt weist allgemein ein Stützelement auf, das sich zumindest teilweise zwischen einer Wurzel und einer Spitze des Rotorblatts erstreckt. Das Rotorblatt weist auch eine Haut auf, die eine Außenfläche des Rotorblatts definiert. Zusätzlich kann sich ein Füllmaterial zwischen dem Stützelement und der Haut erstrecken und kann ein Profil des Rotorblatts definieren.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser mit Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche verstanden werden können. Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung eingefügt sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, stellen Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen gemeinsam mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständige und ausführbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich ihrer besten Ausführungsform, die sich an einen Fachmann richtet, wird in der Beschreibung beschrieben, die Bezug nimmt auf die beigefügten Zeichnungen, von denen:
1 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Windkraftanlage darstellt;
2 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Rotorblatts darstellt;
3 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Rotorblatts gemäß Aspekten des vorliegenden Gegenstands darstellt;
4 eine Querschnittsansicht entlang der Spannweite einer Ausführungsform eines Rotorblatts darstellt, das gemäß Aspekten des vorliegenden Gegenstands hergestellt wurde;
5 eine Querschnittsansicht entlang der Flügelprofilsehne des Rotorblatts darstellt, das in 4 dargestellt ist;
6 eine Querschnittsansicht eines Blattformlings darstellt, der zur Verwendung bei der Herstellung des Rotorblatts geeignet ist, das in 4 dargestellt ist;
7 eine Querschnittsansicht des Blattformlings darstellt, der in 6 dargestellt ist, nachdem er gemäß Aspekten des vorliegenden Gegenstands geformt wurde;
8 eine Querschnittsansicht entlang der Spannweite einer anderen Ausführungsform eines Rotorblatts darstellt, das gemäß Aspekten des vorliegenden Gegenstands hergestellt wurde;
9 eine Querschnittsansicht entlang der Flügelprofilsehne des Rotorblatts darstellt, das in 8 dargestellt ist;
10 eine Querschnittsansicht eines Blattformlings darstellt, der zur Verwendung bei der Herstellung des Rotorblatts geeignet ist, das in 8 dargestellt ist; und
11 eine Querschnittsansicht des Blattformlings darstellt, der in 10 dargestellt ist, nachdem er gemäß Aspekten des vorliegenden Gegenstands geformt wurde.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nun wird ausführlich Bezug genommen auf Ausführungsformen der Erfindung, von der ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen dargestellt sind. Jedes Beispiel ist zur Erläuterung der Erfindung angegeben und nicht als Einschränkung der Erfindung. Tatsächlich werden Fachleute erkennen, dass verschiedene Modifikationen und Variationen bei der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne von dem Schutzumfang oder dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, mit einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu ergeben. Daher soll die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Variationen abdecken, sofern sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente fallen.
Im Allgemeinen bezieht sich der vorliegende Gegenstand auf verbesserte Verfahren zum Herstellen von Rotorblättern für Windkraftanlagen und auch auf Rotorblätter, die gemäß solchen Verfahren hergestellt wurden. Insbesondere können die offenbarten Rotorblätter durch Bereitstellen eines Blattformlings hergestellt werden, der aus einem Füllmaterial besteht. Der Blattformling kann allgemein zu der aerodynamischen Form oder dem Profil des Rotorblatts maschinell bearbeitet oder auf andere Weise gestaltet werden. Eine Außenhaut kann dann auf einen Außenumfang des gestalteten Blattformlings aufgebracht werden, um die Außenfläche der Rotorblatts zu bilden und eine Schutzbeschichtung für das Füllmaterial vorzusehen.
Entsprechend gewährleisten die offenbarten Verfahren allgemein die Herstellung von Rotorblättern ohne die Verwendung von Spezialwerkzeug und -formen und ohne arbeitsintensive Prozesse des Einlegens von Schichtstofflagen in solche Formen von Hand. Daher können die Herstellungskosten und die Zeit, die zum Herstellen eines Rotorblatts erforderlich ist, deutlich verringert werden, wodurch der Wirkungsgrad der Entwicklung neuer Rotorblattgestaltungen und die Geschwindigkeit, mit der Rotorblätter dem Markt zugeführt werden können, verbessert werden.
Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, stellt 1 eine perspektivische Ansicht einer Windkraftanlage 10 einer herkömmlichen Konstruktion dar. Die Windkraftanlage 10 weist einen Turm 12 mit einer daran angebrachten Gondel 14 auf. Mehrere Rotorblätter 16 sind an einer Rotornabe 18 angebracht, die wiederum mit einem Hauptflansch verbunden ist, der eine Hauptrotorwelle dreht. Die Windkraftanlagen-Energieerzeugung und die Steuerungsbauteile sind innnerhalb der Gondel 14 untergebracht. Man sollte beachten, dass die Windkraftanlage 10 der 1 lediglich zu Darstellungszwecken angegeben ist, um die vorliegende Erfindung in ein beispielhaftes Gebiet der Verwendung einzuordnen. Daher sollte ein Fachmann verstehen, dass die Erfindung nicht auf irgendeine bestimmte Art an Windkraftanlagenkonfiguration beschränkt ist.
Mit Bezugnahme auf 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotorblatts 16 der herkömmlichen Konstruktion dargestellt. Wie gezeigt ist, weist das Rotorblatt 16 eine Blattwurzel 20, der zum Montieren des Rotorblatts 16 an einem Montageflansch (nicht gezeigt) der Rotornabe 18 (1) ausgebildet ist, und eine Blattspitze 22 auf, die der Blattwurzel 20 gegenüberliegend angeordnet ist. Das Rotorblatt 16 kann auch eine Druckseite 24 und eine Saugseite 26 aufweisen, die sich zwischen einem Vorderrand 28 und einem Hinterrand 30 erstrecken. Zusätzlich kann das Rotorblatt 16 eine Spannweite 32, die die gesamte Länge zwischen der Blattwurzel 20 und der Blattspitze 22 definiert, und eine Profilsehne 34, die die gesamte Länge zwischen dem Vorderrand 28 und dem Hinterrand 30 definiert, umfassen. Wie allgemein verständlich ist, kann die Profilsehne 34 in der Länge bezüglich der Spannweite 32 variieren, da sich das Rotorblatt 16 von der Blattwurzel 20 bis zu der Blattspitze 22 erstreckt.
Zusätzlich kann das Rotorblatt 16 jedes geeignete aerodynamische Profil definieren. Daher kann das Rotorblatt 16 bei mehreren Ausführungsformen einen tragflächenförmigen Querschnitt definieren. Beispielsweise kann das Rotorblatt 16 als ein symmetrisches Tragflächenprofil oder ein gekrümmtes Tragflächenprofil ausgebildet sein. Ferner kann das Rotorblatt 16 aeroelastisch zugeschnitten sein. Das aeroelastische Zuschneiden des Rotorblatts 16 kann ein Biegen des Blatts 16 in allgemein einer Richtung der Profilsehne und/oder in allgemein einer Richtung der Spannweite mit sich bringen. Die Richtung der Profilsehne entspricht allgemein einer Richtung parallel zu der Profilsehne 34, die zwischen dem Vorder- und dem Hinterrand 28, 30 des Rotorblatts 16 definiert ist. Zusätzlich entspricht die Richtung der Spannweite allgemein einer Richtung parallel zu der Spannweite 32 des Rotorblatts 16. Das aeroelastische Zuschneiden des Rotorblatts 16 kann ferner ein Verdrehen des Blatts 16 mit sich bringen, wie beispielsweise indem das Blatt 16 in allgemein einer Richtung der Profilsehne oder der Spannweite verdreht wird.
Wie oben angegeben ist, bezieht sich der vorliegende Gegenstand allgemein auf Verfahren zum Herstellen von Rotorblättern für eine Windkraftanlage und auch auf Rotorblätter, die gemäß solchen Verfahren hergestellt wurden. Entsprechend wird eine Ausführungsform eines Verfahrens 100 zum Herstellen eines Rotorblatts allgemein mit Bezugnahme auf 3 beschrieben und wird ausführlicher mit Bezugnahme auf die 4–11 erläutert. Zusätzlich wird eine Ausführungsform eines Rotorblatts 200, das gemäß dem dargestellten Verfahren 100 hergestellt wurde, allgemein mit Bezugnahme auf die 4–7 beschrieben. Ferner wird eine andere Ausführungsform eines Rotorblatts 300, das gemäß dem dargestellten Verfahren 100 hergestellt wurde, allgemein mit Bezugnahme auf die 8–11 beschrieben.
Mit Bezugnahme auf 3 umfasst bei einer Ausführungsform das offenbarte Verfahren 100 allgemein das Bereitstellen eines Blattformlings, der zumindest teilweise aus einem Füllmaterial 102 geformt ist, das Gestalten des Blattformlings zum Formen eines Profils des Rotorblatts 104 und das Anordnen einer Haut um einen Außenumfang des gestalteten Blattformlings 106. Wie oben angegeben ist, kann ein solches Verfahren 100 allgemein für eine Verringerung sowohl der Produktionskosten als auch der Menge an Zeit sorgen, die zum Herstellen eines Rotorblatts erforderlich ist. Entsprechend können neue Rotorblattgestaltungen mit einer größeren Effizienz hergestellt werden, wodurch die Produktentwicklung verbessert und die Geschwindigkeit erhöht wird, mit der Rotorblätter dem Markt zugeführt werden können. Man sollte beachten, dass, obwohl die in 3 dargestellten verschiedenen Verfahrensschritte 102, 104, 106 in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, die Schritte allgemein in jeder Abfolge und/oder Reihenfolge durchgeführt werden können, die mit der hier angegebenen Offenbarung übereinstimmt.
Nun mit Bezugnahme auf die 4 und 5 ist eine Ausführungsform eines Rotorblatts 200 dargestellt, das gemäß Aspekten des vorliegenden Gegenstands hergestellt wurde. Insbesondere stellt 4 eine Querschnittsansicht des Rotorblatts 200 entlang einer Spannweite dar. 5 stellt eine Querschnittsansicht des Rotorblatts 200 entlang einer Profilsehne dar.
Wie gezeigt ist, weist das Rotorblatt 200 allgemein eine Abdeckungshaut 202 mit einer Außenfläche 206, die die Außenfläche des Rotorblatts 200 definiert, und einer Innenfläche 206 auf, die allgemein den Außenumfang eines Volumens des gestalteten Füllmaterials 208, das im Inneren der Rotorblatt 200 angeordnet ist, abgrenzt. Das gestaltete Füllmaterial 208 kann allgemein ausgebildet sein, dass es eine Form oder ein Profil aufweist, das der aerodynamischen Form oder dem Profil des Rotorblatts 200 entspricht, wie beispielsweise indem ein Blattformling 232 (6), der aus dem Füllmaterial 208 geformt ist, gestaltet wird. Daher sollte man beachten, dass die Abdeckungshaut 202 allgemein ausgebildet sein kann, dass sie an das Profil des gestalteten Füllmaterials 208 derart angepasst ist, dass die Außenfläche 204 der Abdeckungshaut 202 allgemein das aerodynamische Profil des Rotorblatts 200 definiert. Das Rotorblatt 200 kann auch mehrere Stützelemente 210 aufweisen, die sich innerhalb der Rotorblatt 200 allgemein in einer Richtung der Spannweite erstrecken, wie beispielsweise von allgemein an die Blattwurzel 212 angrenzend bis allgemein an die Blattspitze 214 angrenzend. Außerdem kann das Rotorblatt 200 eine Wurzelhülse 216 aufweisen, die an der Blattwurzel 212 angeordnet ist, der sich allgemein zwischen dem gestalteten Füllmaterial 208 und der Abdeckungshaut 202 erstreckt.
Zusätzlich kann ähnlich wie das oben beschriebene Rotorblatt 16 das Rotorblatt 200 eine Druckseite 218 und eine Saugseite 220 aufweisen, die sich zwischen einem Vorderrand 222 und einem Hinterrand 224 erstrecken. Ferner kann das Rotorblatt 200 eine Spannweite 225, die die gesamte Länge zwischen der Blattwurzel 212 und der Blattspitze 214 definiert, und eine Profilsehne 226, die die gesamte Länge zwischen dem Vorderrand 222 und dem Hinterrand 224 definiert, aufweisen. Außerdem kann, wie oben angegeben ist, das Rotorblatt 200 allgemein ein aerodynamisches Profil definieren. Beispielsweise können bei mehreren Ausführungsformen das Füllmaterial 208 und die Abdeckungshaut 202 derart ausgebildet sein, dass das Rotorblatt 200 einen tragflächenförmigen Querschnitt definiert, wie beispielsweise ein symmetrisches oder gekrümmtes Tragflächenprofil. Das Rotorblatt 200 kann auch ausgebildet sein, dass es zusätzliche aerodynamische Merkmale aufweist. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform das Rotorblatt 200 aeroelastisch zugeschnitten sein, wie beispielsweise indem es allgemein in einer Richtung der Profilsehne und/oder allgemein in einer Richtung der Spannweite gebogen und/oder verdreht wird.
Wie oben angegeben ist, kann das Füllmaterial 208 des offenbarten Rotorblatts 200 allgemein im gesamten Inneren des Blatts 200 angeordnet sein. Insbesondere kann das Füllmaterial 208 ausgebildet sein, dass es sich zwischen allen Stützelementen 210 und/oder zwischen den Stützelementen 210 und der Abdeckungshaut 202 erstreckt, so dass es zumindest einen Teil des Innenvolumens des Rotorblatts 200 einnimmt oder füllt. So wie er hier mit Bezugnahme auf die 4–7 verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck ”Innenvolumen” auf das Volumen des Rotorblatts 200, das durch die Innenflächen 206 der Abdeckungshaut 202, das nicht auf andere Weise von dem/den Stützelement(en) 210 und die Wurzelhülse 216 eingenommen ist, definiert wird. Bei mehreren Ausführungsformen kann das Füllmaterial 208 ausgebildet sein, dass es einen wesentlichen Teil des Innenvolumens des Rotorblatts 200 einnimmt. Beispielsweise kann das Füllmaterial ausgebildet sein, dass es mehr als 50% des Innenvolumens der Rotorblatt 200 einnimmt, wie beispielsweise mehr als 75% des Innenvolumens oder mehr als 85% des Innenvolumens oder mehr als 95% des Innenvolumens.
Man sollte beachten, dass das Füllmaterial 208 allgemein jedes geeignete Material umfassen kann, das in der Lage ist, zu dem aerodynamischen Profil des Rotorblatts 200 maschinell bearbeitet oder auf andere Weise gestaltet zu werden. Beispielsweise kann das Füllmaterial 208 bei mehreren Ausführungsformen ein Material mit einem relativ geringen Gewicht und geringer Dichte aufweisen. Daher kann bei einer bestimmten Ausführungsform das Füllmaterial 208 einen Schaum mit geringer Dichte oder ein Kernmaterial umfassen. Geeignete Materialien des Schaums mit geringer Dichte können Polystyrolschäume (z. B. expandierte Polystyrolschäume), Polyurethanschäume, andere schaumgummi/harzbasierte Schäume und verschiedene andere Schäume mit offen Zellen oder geschlossenen Zellen umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Alternativ kann das Füllmaterial 208 andere geeignete Materialien mit geringer Dichte umfassen, wie beispielsweise Balsaholz, Kork und dergleichen.
Mit immer noch Bezugnahme auf die 4 und 5 können die Stützelemente 210 allgemein als Strukturbauteile für das offenbarte Rotorblatt 200 ausgebildet sein. Beispielsweise können die Stützelemente 210 ausgebildet sein, dass sie eine Stütze für das Füllmaterial 208 während der Herstellung des Rotorblatts 200 vorsehen. Zusätzlich können die Stützelemente 210 ausgebildet sein, dass sie das Rotorblatt 200 während des Betriebs der Windkraftanlage 10 mit Steifigkeit und/oder Festigkeit (z. B. Steifigkeit und/oder Festigkeit in der Richtung der Spannweite oder der Richtung des Schlags) versehen. Daher sollte man beachten, dass die Stützelemente 210 allgemein jede geeignete Gestalt, Größe, Querschnitt und/oder Konfiguration aufweisen können, die den Stützelementen 210 erlaubt, wie hier beschrieben zu funktionieren.
Insbesondere können bei mehreren Ausführungsformen die Stützelemente 210 ausgebildet sein, dass sie sich der Länge nach innerhalb des Rotorblatts 200 entlang zumindest eines Teils der Spannweite 225 des Rotorblatts 200 erstrecken. Beispielsweise können die Stützelemente 210 bei der dargestellten Ausführungsform ausgebildet sein, dass sie sich der Länge nach innerhalb des Rotorblatts 200 von an die Blattwurzel 212 angrenzend bis an die Blattspitze 214 angrenzend erstrecken. Zusätzlich können, wie gezeigt, die Stützelemente 210 als ein festes (d. h. nicht hohles) Strukturbauteil ausgebildet sein, das eine rechteckige Querschnittsgestalt definiert. Man sollte jedoch beachten, dass bei alternativen Ausführungsformen die Stützelemente 210 allgemein als feste und/oder hohle Bauteile ausgebildet sein können, die jede geeignete Querschnittsgestalt definieren, wie beispielsweise eine kreisförmige, elliptische, dreieckige oder quadratische Gestalt. Bei weiteren Ausführungsformen können die Stützelemente 210 als ”I”-Balken ausgebildet sein oder jede andere geeignete Stützbalkenkonfiguration aufweisen, die im Stand der Technik bekannt ist. Beispielsweise können bei einer bestimmten Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands die Stützelemente 210 eine ähnliche Konfiguration aufweisen wie die Holmgurt/Schubsteg-Konfiguration, die bei herkömmlichen Rotorblättern verwendet wird.
Zusätzlich können die Stützelemente 210 allgemein jede geeignete Höhe 228 und Breite 230 in der Richtung der Profilsehne innerhalb des Rotorblatts 200 definieren. Beispielsweise können alle Stützelemente 210 bei der dargestellten Ausführungsform eine Höhe 228 definieren, die sich allgemein zwischen der Druck- und der Saugseite 218, 220 des Blatts 200 erstreckt, wie beispielsweise indem sie sich zwischen den Innenflächen 206 der Abdeckungshaut 202 erstrecken. Außerdem können bei einer anderen Ausführungsform die Stützelemente 210 innerhalb des Rotorblatts 200 senkrecht zu der Ausrichtung, die in 5 gezeigt ist, ausgerichtet sein (d. h. in der Richtung der Profilsehne). Bei einer solchen Ausführungsform können die Breiten 230 in der Richtung der Profilsehne der Stützelemente 210 ausgebildet sein, dass sie sich zwischen dem Vorder- und Hinterrand 222, 224 des Rotorblatts 200 erstrecken.
Ferner können die Stützelemente 210 allgemein aus jedem geeigneten Material geformt sein. Bei mehreren Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstands können die Stützelemente 210 jedoch aus einem relativ steifen und/oder beständigen Material geformt sein, so dass sie das Rotorblatt 200 mit Steifigkeit und/oder Festigkeit versehen. Beispielsweise können die Stützelemente 210 aus jedem geeigneten Schichtverbundstoffmaterial (z. B. faserverstärkte Laminate), Polymere (z. B. hochfeste Kunststoffe), Metalle (z. B. Aluminium), Holz oder jedes andere geeignete Material oder Kombinationen von Materialien geformt sein. Zusätzlich sollte man beachten, dass, obwohl das offenbarte Rotorblatt 200 abgebildet ist, dass es vier Stützelemente 210 aufweist, das Rotorblatt 200 allgemein jede Anzahl von Stützelementen 210 aufweisen kann, wie beispielsweise drei oder weniger Stützelemente 210 oder fünf oder mehr Stützelemente 210.
Mit Bezugnahme nun auf 6 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Blattformlings 232 zur Verwendung bei der Herstellung des Rotorblatts 200 dargestellt, das in den 4 und 5 dargestellt ist. Allgemein kann der Blattformling 232 ein Volumen oder einen Block eines Füllmaterials 208 aufweisen, das ausgebildet ist, maschinell oder auf andere Weise zu dem aerodynamischen Profil des Rotorblatts 200 gestaltet zu werden. Daher sollte man beachten, dass bei mehreren Ausführungsformen der Blattformling 232 allgemein jede geeignete Gestalt definieren kann, die Abmessungen gleich oder größer als die Spannweite 225, die maximal Profilsehne 226 und die maximale Höhe (d. h. die maximale Höhe zwischen der Druck- und der Saugseite 218, 220) des Rotorblatts 200 derart aufweist, dass Teile des Füllmaterials 208, das den Blattformling 232 bildet, entfernt werden können, um das Profil des Rotorblatts 200 zu definieren. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform die Länge 234 des Rotorblatts 232 allgemein gleich oder größer als die Spannweite 225 des Rotorblatts 200 sein. Ähnlich kann die Breite 236 des Formlings 232 allgemein gleich oder größer als die maximale Profilsehne 226 des Rotorblatts 200 sein und die Höhe (eine Abmessung in die Blattebene) des Formlings 232 kann allgemein gleich oder größer als die maximale Höhe (nicht gezeigt) des Rotorblatts 200 sein.
Wie in 6 gezeigt ist, kann bei einer Ausführungsform der Blattformling 232 als eine geschichtete Konstruktion ausgebildet sein, wobei die mehreren Stützelemente 210 des Rotorblatts 200 zwischen mehreren Füllmaterialsegmenten 238 angeordnet sind, die individuelle Blöcke oder Abschnitte des Füllmaterials 208 aufweisen. Im Allgemeinen kann die geschichtete Konstruktion des Blattformlings 232 unter Verwendung jedes geeigneten Mittels und/oder Verfahrens, die im Stand der Technik bekannt sind, zusammengebaut oder auf andere Weise geformt werden. Daher können bei mehreren Ausführungsformen die Füllmaterialsegmente 238 und die Stützelemente 210 separate, vorab hergestellte Komponenten aufweisen, die zum Formen des Blattformlings 232 aneinander befestigt oder auf andere Weise zusammengebaut werden können. Beispielsweise können die Füllmaterialsegmente 238 und die Stützelemente 210 unter Verwendung jedes geeigneten Mittels gebondet, geklebt, angebunden, befestigt oder auf andere Weise aneinander angebracht werden. Alternativ können die Stützelemente 210 direkt auf den oder innerhalb der Füllsegmente 238 geformt werden. Beispielsweise können bei einer Ausführungsform die Stützelemente 210 durch Aufbringen oder auf andere Weise Zusammenbauen mehrerer Schichten eines Schichtverbundstoffmaterials direkt auf ein Füllmaterialsegment 238 geformt werden. Sobald das Stützelement 210 auf das Füllmaterialsegment 232 geformt ist, kann dann ein anderes Füllmaterialsegment 238 auf die Oberseite des Stützelements 210 zusammengebaut werden, wobei der Prozess wiederholt wird, um den gesamten Blattformling 232 zu bilden.
Man sollte beachten, dass die Breite jedes Füllmaterialsegments 232 und der Raum zwischen den Stützelementen 210 allgemein zwischen verschiedenen Blattformlingen 232 in Abhängigkeit von zahlreichen Faktoren schwanken kann, wie, aber nicht ausschließlich, die Größe (z. B. die Breite 230 in der Richtung der Profilsehne) und die Anzahl an Stützelementen 210, die in dem Rotorblatt 200 enthalten sein sollen. Zusätzlich sollte man beachten, dass bei einer Ausführungsform die Stützelemente 210 innerhalb des Blattformlings 232 gleichmäßig voneinander beabstandet sein können. Alternativ kann der Raum zwischen allen Stützelementen 210 verändert werden. Beispielsweise kann jedes Füllmaterialsegment 238 eine abweichende Breite derart definieren, dass der Raum zwischen den Stützelementen 210 innerhalb des Blattformlings 232 und daher innerhalb des Rotorblatts 200 schwankt.
Man sollte auch beachten, dass bei alternativen Ausführungsformen der Blattformling 232 nicht als eine geschichtete Konstruktion mit mehreren separaten Füllmaterialsegmenten 238 ausgebildet sein muss. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform der Blattformling 232 ein einziges durchgängiges Volumen des Füllmaterials 208 aufweisen. Bei einer solchen Ausführungsform kann der Blattformling 232 derart ausgebildet sein, dass die Stützelemente 210 innerhalb des Blattformlings 232 eingesetzt oder auf andere Weise nach Bedarf angeordnet werden können.
Mit Bezugnahme nun auf 7 ist eine Querschnittsansicht in der Richtung der Spannweite einer Ausführungsform des Blattformlings 232, der in 6 dargestellt ist, dargestellt, nachdem er zu dem aerodynamischen Profil des Rotorblatts 200 gestaltet wurde. Insbesondere können, wie oben angegeben, Teile des Füllmaterials 208, das den Blattformling 232 bildet, entfernt sein, um das Profil des Rotorblatts 200 zu definieren. Beispielsweise können bei mehreren Ausführungsformen der Blattformling 232 maschinell bearbeitet oder auf andere Weise gestaltet werden, dass er die aerodynamischen Konturen und das Profil der Druckseite 218, der Saugseite 220, des Vorderrands 222 und des Hinterrands 224 des Rotorblatts 200 bildet.
Im Allgemeinen kann der Blattformling 232 zu dem gewünschten Profil unter Verwendung jedes geeigneten Gestaltungsmittels/-verfahrens, die im Stand der Technik bekannt sind, gestaltet werden. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform der Blattformling 232 unter Verwendung jedes geeigneten Maschinenbearbeitungsprozesses und/oder jeder geeigneten Maschinenbearbeitungsanlage maschinell bearbeitet werden, wie beispielsweise eine Maschine mit computergestützter numerischer Steuerung (CNC) oder jede andere Präzisionsbearbeitungsanlage. Alternativ kann der Blattformling 232 unter Verwendung anderer geeigneter Werkzeuge und/oder Anlagen gestaltet werden, wie beispielsweise zahlreiche verschiedene handbetätigte und elektrische Handwerkzeuge. Beispielsweise kann der Blattformling 232 unter Verwendung von Schneidwerkzeugen (z. B. Messer, Sägen und dergleichen), Schleif-/Sandstrahlanlagen (z. B. elektrische Schleifer, elektrische Sandstrahler, Sandpapier und dergleichen) und/oder alle anderen geeigneten Werkzeuge/Anlagen, die im Stand der Technik bekannt sind, gestaltet werden.
Man sollte auch beachten, dass bei einer alternativen Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands ein oder mehrere Füllmaterialsegmente 238 zu dem Profil des Rotorblatts 200 vorab maschinell bearbeitet oder vorgeformt werden können, bevor sie zu dem Blattformling 232 zusammengebaut werden. Beispielsweise kann bei der dargestellten Ausführungsform jedes Füllmaterialsegment 238 vorab maschinell bearbeitet werden, um einen Teil des aerodynamischen Profils des Rotorblatts 200 derart zu definieren, dass, sobald der Blattformling 232 geformt ist (z. B. durch Zusammenbauen der Füllmaterialsegmente 238 und der Stützelemente 210), eine vollständige aerodynamische Gestalt oder Profil geformt ist, ohne die Notwendigkeit des Durchführens einer zusätzlichen maschinellen Bearbeitung und/oder eines Gestaltungsprozesses.
Mit weiterhin Bezugnahme auf 7 kann, wie oben angegeben, das offenbarte Rotorblatt 200 auch eine Wurzelhülse 216 aufweisen, die an der Blattwurzel 212 des Rotorblatts 200 angeordnet ist. Insbesondere kann die Wurzelhülse 216 zwischen der Abdeckungshaut 202 und einem Wurzelende 240 des geformten Blattformlings 232 angeordnet sein. Die Wurzelhülse 216 kann allgemein als ein Anbringungsmechanismus zum Anbringen des Rotorblatts 200 an der Nabe 18 (1) einer Windkraftanlage 10 dienen. Daher sollte man beachten, dass die Wurzelhülse 216 allgemein gestaltet sein kann, dass sie jede geeignete Größe, Gestalt und/oder Konfiguration aufweist, die der Wurzelhülse 216 erlaubt, an einer Rotornabe 18 angebracht zu werden. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform die Wurzelhülse 216 eine im Wesentlichen zylindrische oder kreisförmige Gestalt definieren, die einen Durchmesser oder eine Höhe 242 aufweist, der/die allgemein dem Durchmesser oder der Höhe des Montagflanschs (nicht gezeigt) der Nabe 18 entspricht. Zusätzlich kann die Wurzelhülse 216 mehrere ringförmig beabstandete Löcher 244 aufweisen, die ein Schraublochmuster definieren, das allgemein einem Schraublochmuster entspricht, das in der Nabe 18 definiert ist. Bei einer anderen Ausführungsform können mehrere Gewindestangen (nicht gezeigt) innerhalb der ringförmig beabstandeten Löcher 244 angeordnet sein, um ein Anbringen des Rotorblatts 200 an der Rotornabe 18 zu erlauben. Natürlich sollte man beachten, dass die Wurzelhülse 216 ausgebildet ein kann, dass sie an der Nabe 18 unter Verwendung jedes geeigneten Mittels, das im Stand der Technik bekannt ist, angebracht werden kann.
Zusätzlich kann die Wurzelhülse 216 allgemein aus jedem geeigneten Material geformt sein. Bei mehreren Ausführungsformen kann die Wurzelhülse 216 jedoch aus einem relativ steifen und/oder beständigen Material geformt sein. Beispielsweise kann die Wurzelhülse aus jedem geeigneten Schichtverbundstoffmaterial (z. B. faserverstärkte Laminate), Polymere (z. B. hochfeste Kunststoffe), Metalle (z. B. Aluminium), Holz oder jedes andere geeignete Material oder Kombinationen von Materialien geformt sein, die in der Lage sind, der Belastung zu widerstehen, die üblicherweise entlang der Anbringungsstelle der Nabe 18 und des Rotorblatts 200 während des Betriebs einer Windkraftanlage 10 auftritt. Zusätzlich kann bei einer Ausführungsform die Wurzelhülse 216 eine vorgefertigte Komponente aufweisen, die ausgebildet ist, um auf dem Wurzelende 240 des geformten Blattformlings 232 zusammengebaut zu werden. Alternativ kann die Wurzelhülse 216 direkt auf dem Wurzelende 240 des geformten Blattformlings 232 geformt werden. Beispielsweise kann bei einer bestimmten Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands die Wurzelhülse 216 durch Aufbringen oder auf andere Weise Zusammenbauen mehrerer Schichten eines Schichtverbundstoffmaterials direkt auf das Wurzelende 240 geformt werden.
Man sollte beachten, dass das Wurzelende 240 des Blattformlings 232 allgemein maschinell bearbeitet oder auf andere Weise geformt werden kann, so dass es die Wurzelhülse 216 aufnimmt. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform eine zusätzliche Menge des Füllmaterials 208, das der Breite 246 der Wurzelhülse 216 entspricht, aus dem Blattformling 232 an dem Wurzelende 240 entfernt werden, um der Wurzelhülse 216 zu erlauben, anschließend auf dem Wurzelende 240 angeordnet, zusammengebaut oder geformt zu werden. Zusätzlich kann sich bei einer bestimmten Ausführungsform die Breite 246 der Wurzelhülse 216 allgemein verjüngen, während sich die Wurzelhülse 216 von der Blattwurzel 212 weg erstreckt. Daher kann, wie in 7 gezeigt ist, das Wurzelende 240 des Blattformlings 232 allgemein maschinell bearbeitet oder auf andere Weise gestaltet werden, dass es ein entsprechendes verjüngtes Profil aufweist, um die verjüngende Breite 246 der Wurzelhülse 216 aufzunehmen.
Man sollte auch beachten, dass bei mehreren Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstands nicht das gesamte aerodynamische Profil des Rotorblatts 200 in den Blattformling 232 maschinell bearbeitet oder auf andere Weise geformt werden muss. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform lediglich das Wurzelende 240 des Blattformlings 232 anfangs maschinell bearbeitet oder auf andere Weise geformt werden. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Wurzelhülse 216 auf dem Wurzelende 240 angeordnet, zusammengebaut oder geformt werden, bevor der Rest des Rotorblattprofils in dem Blattformling 232 geformt wird.
Mit Bezugnahme zurück auf die 4 und 5 kann, wie oben angegeben, das Rotorblatt 200 auch eine Abdeckungshaut 202 aufweisen, die die Außenfläche des Rotorblatts 200 definiert. Im Allgemeinen kann die Abdeckungshaut 202 ausgebildet sein, dass sie einem Außenumfang des geformten Blattformlings 232 und der Wurzelhülse 216 derart angepasst und darum angeordnet ist, dass durch das Rotorblatt 200 ein glattes, aerodynamisches Profil definiert wird. Zusätzlich kann die Abdeckungshaut 202 als eine Außenbeschichtung für den gestalteten Blattformling 232 sowohl eine Stütze als auch ein Schutz für das Füllmaterial 208 vorsehen (d. h. ein Aufprallschutz).
Man sollte beachten, dass die Abdeckungshaut 202 allgemein jedes geeignete Material umfassen kann und unter Verwendung jedes geeigneten Verfahrens und/oder Prozesses geformt werden kann. Beispielsweise kann die Abdeckungshaut 202 bei einer Ausführungsform ein Schichtverbundstoffmaterial (z. B. ein faserverstärktes Laminat) umfassen, das um den Außenumfang des gestalteten Blattformlings 232 und die Wurzelhülse 216 unter Verwendung eines Einlegeprozesses von Hand oder jedes andere geeignete Schichtbildungsverfahren geformt wird. Bei einer anderen Ausführungsform kann die die Abdeckungshaut 202 eine aufgesprühte Oberflächenbeschichtung aufweisen, wie beispielsweise ein aufgesprühtes Polyurethan-Elastomer-Gemisch. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Abdeckungshaut 202 eine thermoplastbasierte Beschichtung umfassen, die unter Verwendung eines Wärmeschrumpfwicklungsprozesses und/oder eines Wärmeschrumpfschlauchprozesses geformt wird.
Man sollte auch beachten, dass bei mehreren Ausführungsformen die Abdeckungshaut 202 auf dem Außenumfang des geformten Blattformlings 232 eine Seite nach der anderen angeordnet werden kann. Beispielsweise kann bei einer bestimmten Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands lediglich das Profil der Druck- oder der Saugseite 218, 220 des Rotorblatts 200 in den Blattformling 232 anfangs maschinell bearbeitet oder gestaltet werden. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Abdeckungshaut 202 dann auf die geformte Druck- oder die Saugseite 218, 220 aufgebracht werden, bevor der Rest des Rotorblattprofils maschinell bearbeitet oder gestaltet wird.
Mit Bezugnahme nun auf die 8 und 9 ist eine andere Ausführungsform eines Rotorblatts 300 dargestellt, das gemäß Aspekten des vorliegenden Gegenstands hergestellt wurde. Insbesondere stellt 8 eine Querschnittsansicht in der Richtung der Spannweite des Rotorblatts 300 dar. 9 stellt eine Querschnittsansicht in der Richtung der Profilsehne des Rotorblatts 300 dar.
Im Allgemeinen kann das dargestellte Rotorblatt 300 ähnlich wie das Rotorblatt 200, das oben mit Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben wurde, eine Außenabdeckung 302 aufweisen (z. B. ein Schichtverbundstoffmaterial), die eine Außenfläche 304, die die Außenfläche des Rotorblatts 300 definiert, und eine Innenfläche 306 aufweist, die allgemein dem Profil eines Volumens des gestalteten Füllmaterials 308 angepasst ist, das im Inneren des Rotorblatts 300 angeordnet ist. Das Füllmaterial 308 (z. B. ein Schaummaterial mit geringer Dichte) kann allgemein ein Profil definieren, das dem aerodynamischen Profil des Rotorblatts 300 entspricht, und kann ausgebildet sein, dass es zumindest einen Teil des Innenvolumens des Rotorblatts 300 einnimmt. So wie er hier mit Bezugnahme auf die 8–11 verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck ”Innenvolumen” auf das Volumen des Rotorblatts 300, das durch die Innenflächen 306 der Abdeckungshaut 302 definiert wird, das nicht auf andere Weise von den Stützelementen 310 und dem Abschlussstück 350 eingenommen wird. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform das Füllmaterial 208 ausgebildet sein, dass es mehr als 50% des Innenvolumens des Rotorblatts 300 einnimmt, wie beispielsweise durch Einnehmen von mehr als 75% des Innenvolumens oder mehr als 85% des Innenvolumens oder mehr als 95% des Innenvolumens. Das Rotorblatt 300 kann auch eine Druckseite 318 und eine Saugseite 320 aufweisen, die sich zwischen einem Vorderrand 322 und einem Hinterrand 324 erstrecken. Zusätzlich kann das Rotorblatt 300 eine Spannweite 325, die die gesamte Länge zwischen einer Blattwurzel 312 und einer Blattspitze 314 definiert, und eine Profilsehne 326, die die gesamte Länge zwischen dem Vorderrand 322 und dem Hinterrand 324 definiert, aufweisen. Ferner können, wie oben angegeben, das Füllmaterial 308 und die Abdeckungshaut 302 des Rotorblatts 300 so ausgebildet sein, dass sie einen tragflächenförmigen Querschnitt definieren. Außerdem kann das Rotorblatt 300 zusätzliche aerodynamische Merkmale aufweisen (z. B. in dem es aeroelastisch zugeschnitten ist).
Im Gegensatz zu der Wurzelhülse 216 des oben beschriebenen Rotorblatts 200 kann das dargestellte Rotorblatt 300 jedoch allgemein eine Endplatte 350 aufweisen, die an der Blattwurzel 312 des Rotorblatts 300 angeordnet ist. Im Allgemeinen kann die Endplatte 350 als ein Anbringungsmechanismus zum Anbringen des Rotorblatts 300 an der Nabe 18 (1) einer Windkraftanlage 10 dienen. Daher sollte man beachten, dass die Endplatte 350 allgemein gestaltet sein kann, dass sie jede geeignete Größe, Gestalt, und/oder Konfiguration aufweist, die der Endplatte 350 erlaubt, an der Rotornabe 18 angebracht zu werden. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform die Endplatte 350 eine im Wesentlichen zylindrische oder kreisförmige Gestalt definieren, die einen Durchmesser oder eine Höhe 352 aufweist, die allgemein dem Durchmesser oder der Höhe eines Montageflanschs (nicht gezeigt) der Nabe 18 entspricht. Zusätzlich kann die Endplatte 350 mehrere Gewindestangen 354 aufweisen, die ringförmig um eine Nabenseite 356 der Endplatte 350 zum Anbringen des Rotorblatts 300 an der Nabe 18 angeordnet sind. Bei anderen Ausführungsformen kann die Endplatte 350 mehrere ringförmig beabstandete Löcher (nicht gezeigt) aufweisen, die ein Schraublochmuster definieren, das allgemein einem Schraublochmuster entspricht, das durch die Nabe 18 definiert ist. Alternativ sollte man beachten, dass die Endplatte 350 ausgebildet sein kann, dass sie an der Nabe 18 unter Verwendung jedes geeigneten Mittels angebracht werden kann, das im Stand der Technik bekannt ist.
Die Endplatte 350 des offenbarten Rotorblatts 300 kann allgemein aus jedem geeigneten Material geformt sein. Bei mehreren Ausführungsformen kann die Endplatte 350 jedoch aus einem relativ steifen und/oder beständigen Material geformt sein. Beispielsweise kann die Endplatte 350 aus jedem geeigneten Schichtverbundstoffmaterial (z. B. faserverstärkte Laminate), Polymere (z. B. hochfeste Kunststoffe), Metalle (z. B. Aluminium), Holz oder jedes andere geeignete Material oder Kombinationen von Materialien geformt sein, die in der Lage sind, der Belastung zu widerstehen, die üblicherweise entlang der Anbringungsstelle der Nabe 18 und des Rotorblatts 300 während des Betriebs einer Windkraftanlage 10 auftreten.
Mit weiterhin Bezugnahme auf die 5 und 6 kann das Rotorblatt 300 auch ein Stützelement 310 aufweisen, das sich von der Endplatte 350 in allgemein einer Richtung der Spannweite nach außen erstreckt. Beispielsweise kann das Stützelement 310 an der Endplatte 350 derart angebracht sein, dass sich das Stützelement 310 von einer Blattseite 358 der Endplatte 350 in der Richtung der Blattspitze nach außen erstreckt. Man sollte beachten, dass das Stützelement 310 allgemein ausgebildet sein kann, dass es an der Endplatte 350 unter Verwendung jedes geeigneten Mittels angebracht wird. Beispielsweise kann die Endplatte 350 bei der dargestellten Ausführungsform eine Öffnung 360 definieren, in die das Stützelement 310 eingesetzt und/oder befestigt wird. Bei einer solchen Ausführungsform sollte man beachten, dass das Stützelement 310 innerhalb der Öffnung 360 unter Verwendung jedes geeigneten Anbringungsmechanismus befestigt werden kann, wie beispielsweise Schrauben, Bolzen, Halteclips, Halteklammern, Klebstoffen, Bänder und dergleichen und/oder unter Verwendung jedes geeigneten Anbringungsverfahrens, wie beispielsweise Schweißen, Einpressen, Bonden und dergleichen. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Stützelement 310 ausgebildet sein, dass es an der Blattseite 358 der Endplatte 350 angebracht wird und kann sich davon nach außen erstrecken, wie beispielsweise unter Verwendung jedes Anbringungsmechanismus und/oder -verfahrens, die oben beschrieben wurden.
Im Allgemeinen können die Stützelemente 310 ähnlich wie die Stützelemente 210 ausgebildet sein, die mit Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben wurden. Daher können die Stützelemente 310 als eine Strukturkomponente für das offenbarte Rotorblatt 300 ausgebildet sein, wie beispielsweise indem sie ausgebildet sind, dass sie eine Stütze für das Füllmaterial 308 während der Herstellung des Rotorblatts 300 vorsehen und/oder das Rotorblatt 300 während des Betriebs der Windkraftanlage 10 mit Steifigkeit versehen und/oder Festigkeit versehen. Daher saute man beachten, dass das Stützelement 310 allgemein jede geeignete Gestalt, Größe, Querschnitt und/oder Konfiguration aufweisen kann, die dem Stützelement 310 erlaubt, wie hier beschrieben zu funktionieren.
Beispielsweise kann das Stützelement 310 allgemein ausgebildet sein, dass es sich der Länge nach innerhalb des Rotorblatts 300 entlang zumindest eines Teils der Spannweite 325 des Rotorblatts 300 erstreckt. Daher kann bei der dargestellten Ausführungsform das Stützelement 310 ausgebildet sein, dass es sich der Länge nach innerhalb des Rotorblatts 300 von an die Blattwurzel 312 angrenzend bis an die Blattspitze 314 angrenzend erstreckt. Zusätzlich kann, wie gezeigt ist, das Stützelement 310 als ein stangen- oder balkenartiges Strukturelement ausgebildet sein. Beispielsweise kann bei der dargestellten Ausführungsform das Stützelement 310 als eine hohle Stange oder Balken mit einer kreisförmigen oder rohrförmigen Querschnittsgestalt ausgebildet sein. Man sollte jedoch beachten, dass bei alternativen Ausführungsformen das Stützelement 310 als ein festes und/oder hohles Bauteil ausgebildet sein kann, das jede geeignete Querschnittsgestalt definiert, wie beispielsweise eine elliptische, dreieckige, rechteckige oder quadratische Form. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Stützelement 310 als ein ”I”-Balken ausgebildet sein oder kann jede andere geeignete Stützbalkenkonfiguration aufweisen, die im Stand der Technik bekannt ist. Beispielsweise kann bei einer bestimmten Ausführungsform das Stützelement 310 eine Konfiguration ähnlich wie die Holm/Schubsteg-Konfiguration aufweisen, die bei herkömmlichen Rotorblättern verwendet wird.
Ferner kann das Stützelement 310 allgemein jede geeignete Höhe 328 und Breite 330 in der Richtung der Profilsehne aufweisen. Beispielsweise kann, wie insbesondere in 9 gezeigt ist, das Stützelement 310 eine Höhe 328 und eine Breite 300 aufweisen, die sich lediglich teilweise zwischen der Druck- und der Saugseite 318, 320 bzw. dem Vorder- und Hinterrand 322, 324 des Rotorblatts 300 erstrecken. Bei einer alternativen Ausführungsform kann sich die Höhe 328 jedoch im Wesentlichen zwischen der Druck- und der Saugseite 318, 320 des Rotorblatts 300 erstrecken, wie beispielsweise indem sie sich zwischen den Innenflächen der Abdeckungshaut 302 erstreckt. Ähnlich kann bei einer anderen Ausführungsform das Stützelement 310 eine Breite 330 in der Richtung der Profilsehne aufweisen, die sich im Wesentlichen zwischen dem Vorder- und dem Hinterrand 322, 324 des Rotorblatts 300 erstreckt.
Man sollte beachten, dass, obwohl das dargestellte Rotorblatt 300 lediglich ein einziges Stützelement 310 aufweist, das Rotorblatt 300 allgemein jede Anzahl von Stützelementen 310 aufweisen kann, die sich von der Endplatte 350 nach außen erstrecken, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr Stützelemente 310.
Nun mit Bezugnahme auf 10 ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform des Stützelements 310 dargestellt, das in den 8 und 9 dargestellt ist, mit einem Blattformling 332, der darauf gemäß Aspekten des vorliegenden Gegenstand angeordnet ist. Im Allgemeinen kann der Blattformling 332 ähnlich wie der Blattformling 332 ausgebildet sein, der oben mit Bezugnahme auf 6 beschrieben wurde. Daher kann der Blattformling 332 allgemein ein Volumen des Füllmaterials 308 aufweisen, das ausgebildet ist, in das aerodynamische Profil des Rotorblatts 300 maschinell bearbeitet oder gestaltet zu werden. Daher kann der Blattformling 332 allgemein jede geeignete Gestalt definieren, die Abmessungen gleich oder größer als die Spannweite 325, die maximale Profilsehne 326 und die maximale Höhe (nicht gezeigt) des Rotorblatts 300 derart aufweist, dass Teile des Füllmaterials 308, das den Blattformling 332 bildet, entfernt werden können, um das Profil des Rotorblatts zu definieren. Beispielsweise kann die Länge 34 des Blattformlings 332 allgemein gleich oder größer als die Spannweite 325 des Rotorblatts 300 sein. Ähnlich kann die Breite 336 des Blattformlings 332 allgemein gleich oder größer als die maximale Profilsehne 326 des Rotorblatts 300 sein und die Höhe (nun gezeigt) des Blattformlings 332 kann allgemein gleich oder größer als die maximale Höhe des Rotorblatts 300 sein. Zusätzlich kann, wie nachstehend beschrieben wird, bei einer Ausführungsform das Stützelement 310 eine anfängliche Länge aufweisen, die größer als die Länge 334 des Blattformlings 332 ist. Daher kann sich, wie gezeigt ist, ein freiliegendes Ende 362 des Stützelements 310 allgemein von dem Blattformling 332 nach außen erstrecken, wenn der Blattformling 332 in dem Stützelement 310 angeordnet wird.
Im Gegensatz zu der geschichteten Konstruktion, die oben mit Bezugnahme auf 6 beschrieben wurde, ist der Blattformling 332, der in 10 gezeigt ist, allgemein ausgebildet, dass er auf dem und um das Stützelement 310 angeordnet wird. Beispielsweise kann der Blattformling 332 eine Öffnung (nicht gezeigt) definieren, die allgemein der Querschnittsform des Stützelements 310 derart entspricht, dass der Blattformling 332 auf dem Stützelement 310 angeordnet werden kann. Zusätzlich kann der Blattformling 332 ausgebildet sein, dass er an dem Stützelement 310 und/oder an der Endplatte 350 angebracht wird. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform der Blattformling 332 mit dem Außenumfang des Stützelements 310 und der Blattseite 358 der Endplatte 350 unter Verwendung jedes geeigneten Klebstoff verklebt sein. Ferner sollte man beachten, dass bei mehreren Ausführungsformen der Blattformling 332 eine einzige, einheitlich Masse des Füllmaterials 308 aufweisen kann. Alternativ kann, wie in 10 gezeigt ist, der Blattformling 332 mehrere Füllmaterialsegmente 364 aufweisen, die entlang der Länge des Stützelements 310 angeordnet sind. Bei einer solchen Ausführungsform können die Füllmaterialsegments 364 ausgebildet sein, dass sie zusätzlich dazu, dass sie an dem Stützelements 310 und/oder der Endplatte 350 angebracht sind, aneinander angebracht werden. Beispielsweise können die Füllmaterialsegmente 364 aneinander gebondet, verklebt, angebunden, befestigt oder auf andere Weise unter Verwendung jedes geeigneten Mittels angebracht werden.
Mit Bezugnahme nun auf 11 ist eine Querschnittsansicht in der Richtung der Spannweite einer Ausführungsform des Blattformlings 332, der in 10 dargestellt ist, dargestellt, nachdem er zu dem aerodynamischen Profil des Rotorblatts 300 gestaltet wurde. Insbesondere können, sobald der Blattformling 332 auf dem und um das Stützelement 310 angeordnet ist, Teile des Füllmaterials 308, das den Blattformling 332 bildet, entfernt werden, um das Profil des Rotorblatts 300 zu definieren. Beispielsweise kann ähnlich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Blattformling 332 maschinell bearbeitet oder auf andere Weise gestaltet werden, dass er die aerodynamischen Konturen und das Profil der Druckseite 318, der Saugseite 320, des Vorderrands 322 und des Hinterrands 324 des Rotorblatts 300 bildet. Daher kann bei einer Ausführungsform der Blattformling 332 unter Verwendung jedes geeigneten maschinellen Bearbeitungsprozesses und jeder geeigneten maschinellen Bearbeitungsanlage gestaltet werden. Alternativ kann der Blattformling 332 unter Verwendung jedes anderen geeigneten Werkzeugs und/oder Anlage gestaltet werden, die im Stand der Technik bekannt sind.
Wie oben angegeben ist, kann bei einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands das Stützelement 410 eine anfängliche Länge aufweisen, die größer als die Länge 334 des Blattformlings 332 ist. Bei einer solchen Ausführungsform sollte man beachten, dass diese verlängerte Länge helfen kann, den Blattformling 332 maschinell zu bearbeiten oder auf andere Weise zu gestalten. Wenn beispielsweise der Blattformling 332 unter Verwendung einer CNC-Maschine oder jeder anderen geeigneten maschinellen Bearbeitungsanlage maschinell bearbeitet wird, kann der Blattformling 332 innerhalb der Maschine an einem Ende durch die Endplatte 350 und an dem anderen Ende durch das freiliegende Ende 362 (10) des Stützelements 310 abgestützt werden. Entsprechend kann zum Vervollständigen der Ausbildung des aerodynamischen Profils des Rotorblatts 300 das freiliegende Ende 362 des Stützelements 310 während oder nach dem maschinellen Bearbeitungs- oder Gestaltungsprozesses entfernt werden. Daher kann, wie in 7 gezeigt ist, das Ende 362 des Stützelements 310 allgemein entfernt werden, wie beispielsweise indem es maschinell bearbeitet oder abgeschnitten wird, um die Spitze 314 des Rotorblatts 300 zu bilden.
Man sollte beachten, dass bei einer alternativen Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands ein oder mehrere Füllmaterialsegmente 364 zu dem aerodynamischen Profil des Rotorblatts 300 vorab maschinell bearbeitet oder vorgeformt werden können, bevor sie zu dem Blattformling 332 zusammengebaut werden. Beispielsweise kann bei der dargestellten Ausführungsform jedes der Füllmaterialsegmente 364 vorgeformt werden, um einen Teil des Profils des Rotorblatts 300 derart zu definieren, dass, sobald der Blattformling 332 geformt ist (z. B. indem die Füllmaterialsegmente auf dem Stützelement 310 zusammengebaut werden), ein komplettes aerodynamisches Profil geformt wird.
Ein Fachmann wird leicht erkennen, dass zahlreiche verschiedene Kombinationen der Rotorblattkomponenten, die hier beschrieben sind, innerhalb des Schutzumfangs des vorliegenden Gegenstands verwendet werden können. Beispielsweise kann das Stützelement 310, das mit Bezugnahme auf die 8–11 beschrieben wurde, auch in dem Rotorblatt 200, das mit Bezugnahme auf die 4–7 beschrieben wurde, anstelle oder zusätzlich zu den mehreren Stützelementen 210 und umgekehrt verwendet werden. Ähnlich können die Endplatte 350 und die Wurzelhülse 216 austauschbar oder in Kombination verwendet werden, um den offenbarten Rotorblättern 200, 300 zu erlauben, an der Nabe 18 einer Windkraftanlage angebracht zu werden.
Man sollte auch beachten, dass bei mehreren Ausführungsformen die offenbarten Verfahren insbesondere vorteilhaft für ein schnelles und effizientes Herstellen von Prototyprotorblättern zum Testen neuer Tragflächengestaltungen und dergleichen sein können. Insbesondere sorgen die offenbarten Verfahren für das Herstellen von Rotorblättern ohne Bedarf an speziellen, individuell gefertigten Formen. Daher können neue Tragflächengestaltungen und/oder Blattkonfigurationen/-merkmale (z. B. aeroelastisch zugeschnittene Blätter, Winglets und dergleichen) hergestellt und umgehend getestet werden ohne die Zeit, die für das Erzeugen und/oder Beziehen solcher speziellen Formen erforderlich ist. Die offenbarten Verfahren können jedoch auch zum Herstellen von Rotorblättern zur Verwendung auf dem Feld verwendet werden. Beispielsweise können Rotorblätter, die gemäß den offenbarten Verfahren hergestellt wurden, als die Haupt- und/oder Hilfsrotorblätter einer Windkraftanlage verwendet werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zum Offenbaren der Erfindung einschließlich des besten Modus und auch, um jedem Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, einschließlich das Herstellen und Verwenden jeder Einrichtung oder jedes Systems und das Ausführen jedes eingeschlossenen Verfahrens. Der patentierbare Schutzumfang ist durch die beigefügten Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die den Fachleuten einfallen. Solche anderen Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche sein, falls sie strukturelle Elemente umfassen, die sich nicht von dem genauen Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von dem genauen Wortlaut der Ansprüche umfassen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Rotorblatts 200 für eine Windkraftanlage 10 und ein Rotorblatt 200, das gemäß einem solchen Verfahren hergestellt wurde, werden offenbart. Das Verfahren umfasst allgemein das Bereitstellen eines Blattformlings 232, der zumindest teilweise aus einem Füllmaterial 208 geformt ist, ein Gestalten des Blattformlings 232 zum Formen eines Profils des Rotorblatts 200, und ein Anordnen einer Haut 202 um den Außenumfang des gestalteten Blattformlings 232.
Bezugszeichenliste

300: Rotorblatt
302: Abdeckungshaut
304: Außenfläche (der Abdeckungshaut)
306: Innenfläche (der Abdeckungshaut)
308: Füllmaterial
310: Stützelement
312: Wurzel
314: Spitze
318: Druckseite
320: Saugseite
322: Vorderrand
324: Hinterrand
326: Profilsehne
328: Höhe
330: Breite
332: Blattformling
334: Länge des Blattformlings
336: Breite des Blattformlings
350: Endplatte
352: Höhe
354: Gewindestange
356: Nabenseite
358: Blattseite
360: Öffnung in Endplatte
362: Freiliegendes Ende
364: Füllmaterialsegmente

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Rotorblatts (200) für eine Windkraftanlage (10), wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Blattformlings (232), der zumindest teilweise aus einem Füllmaterial (208) geformt ist; Gestalten des Blattformlings (232) zum Formen eines Profils des Rotorblatts (200); und Anordnen einer Haut (202) um den Außenumfang des gestalteten Blattformlings (232).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Füllmaterial (208) ein Material mit geringer Dichte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Material mit geringer Dichte ein Schaummaterial umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend ein zusammenbauen mehrerer Füllmaterialsegmente (238) und mehrerer Stützelemente (210) zum Formen des Blattformlings (232).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die mehreren Stützelemente (210) aus einem Schichtverbundstoffmaterial geformt sind.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei jedes der mehreren Stützelemente (210) eine Höhe (228) definiert, die sich im Wesentlichen zwischen einer Druckseite (24) und einer Saugseite (26) des Rotorblatts (200) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Anordnen des Blattformlings (232) um ein Stützelement (210).
Verfahren nach Anspruch 7, weiter umfassend ein Anbringen des Stützelements (210) an einer Endplatte (350) des Rotorblatts (200), wobei die Endplatte (350) ausgebildet ist, an einer Nabe (18) der Windkraftanlage (10) angebracht zu werden.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Formen einer Wurzelhülse (216) direkt auf einem Wurzelende (240) des Blattformlings (232).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Wurzelhülse (216) aus einem Schichtverbundstoffmaterial geformt ist.
Verfahren nach Anspruch 9, weiter umfassend ein Ausbilden der Wurzelhülse (216) zum Anbringen an einer Nabe (18) der Windkraftanlage (10).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gestalten des Blattformlings (232) zum Formen des Profils des Rotorblatts (200) ein Entfernen von Teilen des Füllmaterials (208) zum Formen eines aerodynamischen Profils des Rotorblatts (200) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Teile des Füllmaterials (208) unter Verwendung eines maschinellen Bearbeitungsprozesses entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Außenfläche (204) der Haut (202) eine Außenfläche des Rotorblatts (200) definiert. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Haut (202) ein Schichtverbundstoffmaterial umfasst.