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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, insbesondere ein im Wesentlichen zweigeteiltes Rotorblatt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Windenergieanlage mit einem solchen Rotorblatt.
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Rotorblätter von Windenergieanlagen sind hinlänglich bekannt. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Rotorblätter einer sogenannten Horizontal-Achsen-Windenergieanlage, nämlich eine Windenergieanlage bei der ein oder mehrere Rotorblätter einen aerodynamischen Rotor bilden und bestimmungsgemäß um eine im Wesentlichen horizontale Achse, die auch geringfügig gekippt sein kann, rotieren. Eine solche Windenergieanlage ist auch in der 1 dargestellt.
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Moderne Windenergieanlagen weisen dabei heutzutage zunehmend größere Rotordurchmesser und damit längere Rotorblätter auf. Dabei ergeben sich durch die größer werdenden Rotorblätter zunehmend Probleme beim Transport der Rotorblätter zum Aufstellungsort.
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Beispielsweise ist von der Windenergieanlage des Typs E126 des Herstellers Enercon bekannt, ein geteiltes Rotorblatt zu verwenden, das unter anderem in Richtung der Rotorblattlängsachse in zwei Teile unterteilt ist, ein inneres Teil und ein äußeres Teil. Hierbei ist das innere Teil aus Stahl gefertigt. Entsprechend entsteht ein Rotorblatt mit hoher Masse, was in mehrerlei Hinsicht ungünstig sein kann. Es wird das Gewicht des Rotors der Windenergieanlage erhöht und damit auch das Gewicht der Gondel der Windenergieanlage. Um die höheren Massen des Rotors an der Gondel aufnehmen zu können, können auch dort Änderungen erforderlich werden, die zu einer zusätzlichen Gewichtserhöhung der Gondel führen können. Darüber hinaus ist auch der Transport und auch insbesondere die Installation solcher Rotorblattteile aus Stahl aufwendig und macht den Einsatz eines entsprechend großen und für die betreffenden Lasten ausgelegten Krans erforderlich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, wenigstens eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll ein möglichst leichtes und gleichzeitig großes und ein verhältnismäßig einfach transportierbares Rotorblatt angestrebt werden. Zumindest soll eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.
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Erfindungsgemäß wird ein Rotorblatt gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Ein solches Rotorblatt einer Windenergieanlage ist zur Befestigung an einer Rotornabe vorgesehen und weist eine Rotorblattlängsachse auf. Das Rotorblatt umfasst wenigstens ein Rotorblattinnenteil und ein Rotorblattaußenteil. Das Rotorblattinnenteil ist bestimmungsgemäß zur Rotornabe gewandt und wird dabei vorzugsweise direkt oder indirekt an der Rotornabe befestigt. Das Rotorblattaußenteil ist von der Rotornabe abgewandt, weist somit zu einer Rotorblattspitze und kann diese auch mit umfassen. Das Rotorblatt besteht somit mit im Wesentlichen in Rotorblattlängsachse aus dem Rotorblattinnenteil und dem Rotorblattaußenteil. Weitere Elemente wie ein Rotorblatthinterkasten, der das Rotorblatt insbesondere im nabennahen Bereich verbreitet, können außerdem vorgesehen sein. Dass das Rotorblatt im Wesentlichen aus dem Rotorblattinnenteil und dem Rotorblattaußenteil besteht, ist insbesondere im Sinne der örtlichen Ausdehnung entlang der Rotorblattlängsachse zu verstehen. Das Rotorblatt erstreckt sich nämlich insbesondere von der Rotornabe zur Rotorblattspitze so, dass sich das Rotorblattinnenteil von der Rotornabe bis zum Rotorblattaußenteil erstreckt und dass sich das Rotorblattaußenteil vom Rotorblattinnenteil zur Rotorblattspitze erstreckt.
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Das Rotorblattinnenteil ist mit dem Rotorblattaußenteil mittels wenigstens einer Verbindungsvorrichtung miteinander verbunden. Vorzugsweise sind mehrere Verbindungsvorrichtungen vorgesehen, insbesondere eine Vielzahl wie beispielsweise 20 bis 50 Verbindungsvorrichtungen oder noch mehr Verbindungsvorrichtungen. Jede dieser Verbindungsvorrichtungen, zumindest aber eine davon umfasst wenigstens ein in dem Rotorblattaußenteil verankertes Verankerungselement. Dieses Verankerungselement ist insbesondere in dem Rotorblattaußenteil eingebettet. Es kann direkt beim Herstellen des Rotorblattes angeordnet werden oder es kann durch Vorsehen entsprechender Öffnungen wie beispielsweise Bohrungen im Nachhinein in dem Rotorblattaußenteil verankert werden.
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Außerdem umfasst die Verbindungsvorrichtung wenigstens ein in dem Rotorblattinnenteil verankertes Gegenelement. Dieses Gegenelement kann, ähnlich wie das Verankerungselement in dem Rotorblattaußenteil, in dem Rotorblattinnenteil eingebettet sein, nämlich beim Herstellen des Rotorblattinnenteils mit angeordnet werden oder nachträglich in dem Rotorblattinnenteil angeordnet und verankert werden.
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Weiterhin ist ein Verbindungsbolzen vorgesehen, der in dem Verankerungselement befestigt und damit über das Verankerungselement und über dem Rotorblattaußenteil verankert ist. Der Verbindungsbolzen reicht dann von dem Verankerungselement und damit von dem Rotorblattaußenteil zum Rotorblattinnenteil und dort durch das Gegenelement hindurch. Vorzugsweise ist der Verbindungsbolzen dabei nicht in dem Gegenelement befestigt. Insbesondere ist er in Längsrichtung des Verbindungsbolzens grundsätzlich verschiebbar, solange er nicht durch ein weiteres Element wie ein Verspannelement fixiert wird. Insbesondere weist das Gegenelement kein Innengewinde auf.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Rotorblatt dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblattinnenteil und/oder das Rotorblattaußenteil jeweils im Wesentlich aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht. Insbesondere wird ein glasfaserverstärkter Kunststoff oder kohlefaserverstärkter Kunststoff für eines der beiden Teile oder für beide Teile vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Lösung schafft dabei eine besonders günstige Möglichkeit, zwei Rotorblattteile aus faserverstärktem Kunststoff miteinander zu verbinden. Das Verankerungselement und/oder das Gegenelement können grundsätzlich beim Herstellen eines solchen faserverstärkten Kunstoffs eingebettet werden. Insbesondere von Harz oder in Kunststoff getränkten Glasfaser- oder Kohlefasermatten umgeben werden.
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Eine bevorzugte Möglichkeit besteht aber darin, dass Rotorblattinnenteil und/oder das Rotorblattaußenteil zunächst ohne das Verankerungselement bzw. das Gegenelement auszubilden und diese später einzusetzen. Das Verankerungselement und das Gegenelement sind somit als eigenständige Elemente ausgebildet, die vorzugsweise selbst nicht aus faserverstärktem Kunststoff sondern insbesondere aus Metall gefertigt sind. Insoweit besteht das Rotorblattinnenteil und/oder das Rotorblattaußenteil nicht vollständig aus faserverstärktem Kunststoff, weil beispielsweise Zusatzelemente wie auch ein solches Verankerungselement oder Gegenelement enthalten sind, die nicht aus faserverstärktem Kunststoff bestehen. Zudem können in dem faserverstärktem Kunststoff weitere Elemente, wie beispielsweise Verstärkungselemente aus anderen Materialien als faserverstärkter Kunststoff vorgesehen sein, wie beispielsweise auch Holzelemente.
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Beim Verbinden solcher Rotorblattteile aus faserverstärktem Kunststoff nehmen das Verankerungselement und das Gegenelement zunächst entsprechende Verbindungskräfte auf, die vorzugsweise auf viele Verbindungsvorrichtungen und damit auf viele Verankerungselemente und Gegenelemente verteilt werden. Diese Verbindungskraft wird dann von den Verankerungselementen beziehungsweise Gegenelementen in das Material des Rotorblattaußenteils bzw. des Rotorblattinnenteils eingeleitet. Die Kraft wird somit gestreut und hohe punktuelle Kräfte, die auf einen faserverstärkten Kunststoff wirken, werden vermieden.
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Vorzugsweise ist das Verankerungselement als Querbolzen ausgebildet, mit einer im Wesentlichen quer zur Rotorblattlängsachse angeordneten Bolzenachse. Vorzugsweise ist das wenigstens eine Verankerungselement in einer Schale des Rotorblattaußenteils angeordnet und weist mit seiner Bolzenachse zum inneren Bereich insbesondere zum Innenraums des Rotorblattaußenteils. Hierbei kann das Verankerungselement auf einfache Weise in Richtung der Bolzenachse in eine entsprechende Bohrung oder andere Öffnung in der Schale des Rotorblattaußenteils eingesetzt und dort verankert werden.
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Günstig ist es, das Verankerungselement mit einer quer zur Bolzenachse und bestimmungsgemäß im Wesentlichen parallel zur Rotorblattlängsachse angeordneten Bohrung mit Innengewinde vorzusehen. In dieser Bohrung mit Innengewinde kann der Verbindungsbolzen befestigend aufgenommen werden, insbesondere kann der Verbindungsbolzen in ein solches Innengewinde eingeschraubt werden. Diese Ausgestaltung kann derart vorbereitet werden, dass das Verankerungselement als Querbolzen in eine entsprechende Öffnung insbesondere Bohrung im Grunde von Außen nach Innen in die betreffende Schale des Rotorblattaußenteils eingeschoben wird, verankert wird.
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Außerdem ist eine etwa parallel zur Rotorblattlängsachse ausgebildete Längsbohrung vorgesehen, die von einer Stoßfläche des Außenteils, die zum Ansetzen an eine Stoßfläche des Rotorblattinnenteils vorgesehen ist, bis zum entsprechenden Verankerungselement vorgenommen wird. Durch diese Bohrung, die vorgenommen werden kann während das Verankerungselement noch nicht eingesetzt ist, kann der Verbindungsbolzen eingeschoben und schließlich in die entsprechende Bohrung mit Gewinde in dem Verankerungselement eingeschraubt werden. Der Verbindungsbolzen ist in dieser Position im Wesentlichen fest in dem Rotorblattaußenteil verankert. Vorzugsweise werden auf diese Art und Weise sehr viele Verankerungselemente mit Verbindungsbolzen in dem Rotorblattaußenteil vorgesehen. Zum Herstellen einer Verbindung zwischen Rotorblattaußenteil und Rotorblattinnenteil kann es aber vorteilhaft sein, die Verbindungsbolzen zunächst nicht in dem Verankerungselement zu befestigen.
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Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass das Gegenelement als Querbolzen ausgebildet ist, mit einer im Wesentlichen quer zur Rotorblattlängsachse angeordneten Bolzenachse. Auch ist es günstig das Gegenelement in einer Schale des Rotorblattinnenteils anzuordnen, insbesondere mit der Bolzenachse zum Inneren insbesondere Innenraum des Rotorblattinnenteils gerichtet. Hierzu kann eine entsprechende Bohrung in der Schale des Rotorblattaußenteils für jedes Gegenelement vorgesehen sein.
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Vorzugsweise wird eine Bohrung von einer bzw. der Stoßfläche des Rotorblattinnenteils, die zum Ansetzen an eine bzw. die Stoßfläche des Rotorblattaußenteils vorgesehen ist, wenigstens bis zur vorgesehenen Position des Gegenelementes vorgenommen. Eine solche Bohrung ist ebenfalls im Wesentlichen parallel zur Rotorblattlängsachse vorzusehen. Vorzugsweise verläuft eine solche Längsbohrung im Rotorblattaußenteil von einer bzw. der Stoßfläche zum Ansetzen an das Rotorblattaußenteil vollständig durch einen bzw. den Verankerungsbereich des Rotorblattinnenteils hindurch, bis zu einem Innenbereich des Rotorblattinnenteils wo die Längsbohrung durch die Abnahme der Materialstärke zutage tritt.
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Zum Verbinden des Rotorblattaußenteils mit dem Rotorblattinnenteil wird somit vorgeschlagen, dass der Verbindungsbolzen vom Verankerungselement und damit vom Rotorblattaußenteil durch die entsprechende Längsbohrung zum Rotorblattinnenteil und dort weiter durch das Gegenelement reicht. Somit ist der Verbindungsbolzen zunächst mit dem Verankerungselement fest verbunden, nicht aber mit dem Gegenelement. Die Befestigung erfolgt dann an einer zum Verankerungselement abgewandten Seite des Gegenelementes mit einem Spannmittel, insbesondere einer Schraubenmutter, zum Verspannen gegen das Gegenelement, um dadurch das Verankerungselement und das Gegenelement aneinander zu ziehen. Das Spannmittel wird somit auf den Verbindungsbolzen aufgesetzt und auf diesem an das Gegenelement geschoben. Das kann bspw. so erfolgen, dass auf dem Verbindungsbolzen ein entsprechendes Außengewinde vorgesehen ist, auf dem das Spannmittel direkt oder indirekt gegen das Gegenelement geschraubt wird.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Gegenelement und dem Spannmittel eine Dehnhülse angeordnet, insbesondere über den Verbindungsbolzen geschoben. Das Spannmittel stellt dann eine Verspannung indirekt über diese Dehnhülse her.
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Am Beispiel einer Schraubenmutter als Spannelement wird diese auf den Verbindungsbolzen in Richtung auf das Gegenelement geschraubt, schiebt dabei die Dehnhülse gegen das Gegenelement und stellt dadurch die Verspannung her. Die Dehnhülse gibt hierbei elastisch nach, so dass eine Spannkraft ausgeübt wird. Beim Auftreten leichter Materialermüdungserscheinungen, wenn beispielsweise sich der Verbindungsbolzen minimal streckt, das Material des Rotorblattaußenteils und/oder das Rotorblattinnenteils, das zwischen dem Verankerungselement und dem Gegenelement angeordnet ist, etwas nachgibt, so kann die Dehnhülse einer solchen Materialermüdung entgegenwirken, indem sie sich ausdehnt wobei die Kräfte der Verspannung zumindest teilweise aufrecht erhalten bleiben.
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Vorzugsweise weist das Gegenelement im Bereich der Durchgangsbohrung eine abgeflachte oder anderweitig zum Ansetzen des Spannmittels oder der Dehnhülse angepasste Anlagefläche auf. Hierdurch kann die von dem Spannmittel und/oder der Dehnhülse beim Verspannen auf das Gegenelement wirkende Kraft verteilt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Gegenelement als zylindrischer Querbolzen, insbesondere mit Kreisquerschnitt ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein Rotorblatt vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Rotorblattaußenteil im Bereich des Verankerungselementes und außerdem oder alternativ das Rotorblattinnenteil im Bereich des Gegenelementes jeweils einen Verankerungsbereich mit höherer Materialstärke als der übrigen Rotorblattschale aufweist, oder mit einer höheren Materialstärke als die durchschnittliche Materialstärke der Rotorblattschale. Somit ist ein umlaufender verdeckter Bereich vorgesehen, wobei diese Verdickung bzw. erhöhte Materialstärke nach innen, also radial nach innen vorgesehen ist. Insbesondere ist in dem Verankerungsbereich des Rotorblattaußenteils und/oder das Rotorblattinnenteils für jede Verbindungsvorrichtung eine Längsbohrung vorgesehen. Diese ist im Wesentlichen parallel zur Rotorblattlängsachse und damit auch zumindest in etwa parallel zu der Rotorblattoberfläche in dem betreffenden Bereich. Bei Verwendung vieler Verbindungsvorrichtungen sind somit viele Längsbohrungen vorgesehen, die insbesondere etwa gleichmäßig in Umfangsrichtung in dem Verankerungsbereich verteilt sind.
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Vorzugsweise verläuft die Längsbohrung im Rotorblattaußenteil von einer Stoßfläche zum Ansetzen an das Rotorblattinnenteil zu einer Querbohrung zum Aufnehmen des Verankerungsabschnitts, so dass der Verbindungsbolzen von der Stoßfläche bis zum Verankerungsbolzen reichen kann.
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Für das Rotorblattinnenteil wird vorzugsweise vorgeschlagen, dass die Längsbohrung im Rotorblattinnenteil mit einer Stoßfläche zum Ansetzen das Rotorblattaußenteil vollständig durch den Verankerungsbereich hindurch verläuft, um in einem Innenbereich des Rotorblattinnenteils zu enden, indem die Materialstärke so dünn ist, das die Bohrung vollständig aus der Verankerungsbereich hervortritt, so dass der Verbindungsbolzen von der Stoßfläche bis in den Innenbereich reichen kann. Demnach werden unterschiedliche Ausgestaltungen der Längsbohrung im Rotorblattaußenteil einerseits und im Rotorblattinnenteil andererseits vorgeschlagen. Im Rotorblattinnenteil bildet die Längsbohrung eine Durchgangsbohrung, wohingegen sie im Rotorblattaußenteil nur bis zum entsprechenden Querbolzen reicht und auch als Sackloch bezeichnet werden kann.
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Hierdurch wird ermöglicht, dass der Verbindungsbolzen vom Verankerungsbolzen zum Rotorblattinnenteil verläuft und dort vollständig durch den Verankerungsbereich verläuft, nämlich in beiden Fällen entlang der Längsbohrung. Ein Ende des Verbindungsbolzens ist somit im Verankerungsbolzen befestigt und damit dort verankert und das andere Ende des Verbindungsbolzens ragt aus dem Verankerungsabschnitt des Rotorblattinnenteils heraus und dabei dort in den inneren Bereich des Rotorinnenteils hinein. An diesem zweiten Ende kann somit auf einfache Weise ein Spannmittel angeordnet und von dem Innenbereich des Rotorblattinnenteils aus betätigt werden, insbesondere festgezogen werden. Die Verbindung des Rotorblattaußenteils mit dem Rotorblattinnenteil ist somit auf eine einfache Art und Weise möglich, die ein Verspannen vom Rotorblattinnenteil aus ermöglicht. Das Rotorblattaußenteil braucht somit nicht betreten zu werden. Die Verbindung das Festziehen und Verspannen kann dabei sowohl vor der Installation des Rotorblattes an der Windenergieanlage erfolgen, wie beispielsweise vor Ort auf der Baustelle vorm Hochziehen und Installieren des Rotorblattes. Alternativ kann auch eine Verbindung erfolgen, wenn das Rotorblattinnenteil bereits an der Rotornabe befestigt ist. Bei waagerecht stehendem Rotorblattinnenteil kann dieses, je nach Bauform und Größe, ohne Weiteres von der Nabe aus von Innen betreten werden.
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Ebenso ist es auf einfache Weise und ohne Servicepersonal unnötigen Gefahren auszusetzen, möglich, die Verbindung des Rotorblattaußenteils mit dem Rotorblattinnenteil auf Ihre Festigkeit beispielsweise nach einem Wartungsintervall zu überprüfen. Ebenso kann hier das Rotorblattaußenteil abgenommen und getauscht werden, indem Servicepersonal die Verbindung der beiden Rotorblattteile von dem Rotorblattinnenteil aus löst.
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Außerdem wird eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Rotorblattinnenteils mit einem Rotorblattaußenteil vorgeschlagen. Die Verbindungsvorrichtung ist so ausgebildet, wie sich oben aus der Beschreibung der Verbindung des Rotorblattinnenteils mit dem Rotorblattaußenteil ergibt.
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Ebenfalls wird eine Windenergieanlage vorgeschlagen, die wenigstens ein Rotorblatt, insbesondere drei Rotorblätter aufweist, das bzw. die gemäß wenigstens einer beschriebenen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorblattes ausgestaltet ist.
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Nachfolgend wird die Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine Windenergieanlage in einer perspektivischen Darstellung.
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2 zeigt ein geteiltes Rotorblatt perspektivisch in einer an eine Explosionsdarstellung angelehnten Darstellung.
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3 zeigt einen Ausschnitt eines geteilten Rotorblattes.
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4 zeigt eine Schnittansicht eines Verbindungsbereichs eines geteilten Rotorblattes.
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5 zeigt eine Draufsicht auf eine Stoßfläche eines Rotorblattinnenteils.
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6 zeigt einen Verbindungsbereich eines Rotorblattinnenteils in einer perspektivischen Darstellung.
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7 zeigt einen Verbindungsbereich eines Rotorblattinnenteils in einer weiteren perspektivischen Darstellung
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8 zeigt einen Verbindungsbereich eines Rotorblattinnenteils in einer perspektivischen Schnittansicht.
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Nachfolgend können identische Bezugszeichen ähnliche aber nicht identische Elemente bezeichnen, um deren funktionalen Zusammenhang zu unterstreichen.
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1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.
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Das schematisch dargestellte Rotorblatt 1 der 2, das auch als geteiltes Rotorblatt 1 bezeichnet werden kann, weist ein Rotorblattinnenteil 2 und ein Rotorblattaußenteil 4 auf. Weiterhin ist ein inneres Hinterkantensegment 6 dargestellt, das an dem Rotorblattinnenteil zu befestigen ist, und entsprechend ist ein äußeres Hinterkantensegment 8 vorgesehen, das an dem Rotorblattaußenteil 4 zu befestigen ist.
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Das Rotorblattinnenteil 2 weist einen Anschlussflansch 10 zum Befestigen des Rotorblattinnenteils an einer Rotornabe oder an einem entsprechenden Nabenadapter auf. Zudem ist eine Außenblattansatzfläche 14 an dem Rotorblattaußenteil 4 zum Ansatz an eine Innenblattansatzfläche 12, die in 3 zu erkennen ist, vorgesehen. Das Rotorblattinnenteil 2 kann somit mit dem Rotorblattaußenteil 4 derart verbunden werden, dass die Innenblattansatzfläche 12 an die Außenblattansatzfläche 14 gesetzt wird und dann eine Befestigung, insbesondere Verspannung der beiden Rotorblattteile erfolgt.
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3 zeigt einen Ausschnitt eines geteilten Rotorblattes 1, nämlich im Wesentlichen einen Innenblattbefestigungsbereich 16 des Rotorblattinnenteils 2, der auch die Innenblattansatzfläche 12 beinhaltet. Weiterhin zeigt die 3 einen Außenblattbefestigungsbereich 16 des Rotorblattaußenteils 4, der auch eine Außenblattansatzfläche 14 aufweist.
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Zum Verbinden des Rotorblattinnenteils 2 mit dem Rotorblattaußenteil 4 werden die Innenblattansatzfläche 12 und die Außenblattansatzfläche 14 aneinander gebracht. Zur Befestigung weist das Rotorblattinnenteil 2 in seinem Innenblattbefestigungsbereich 16 eine Vielzahl von Gegenelementen 20 auf, die hier als Querbolzen ausgebildet sind. In dem gezeigten Beispiel sind 36 solcher Querbolzen vorgesehen. Diese als Querbolzen ausgebildeten Gegenelemente 20, bilden jeweils einen Teil einer Verbindungsvorrichtung. Die Gegenelemente 20 sind jeweils in der Innenblattschale 22 im Bereich des Innenblattbefestigungsbereichs 16 angeordnet. Die Innenblattschale 22 weist im Bereich des Innenblattbefestigungsbereichs 16 und damit auch im Bereich der Innenblattansatzfläche 12 eine sehr hohe Materialstärke auf, um die Gegenelemente 20 aufzunehmen. Die Gegenelemente 20 sind im Grunde kranzförmig angeordnet und sitzen im Grunde mit ihrer Bolzenachse 24 senkrecht zur Innenblattschale 22 und damit im Grunde senkrecht zu einer Blattoberfläche 26 in der Innenblattschale.
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Als weitere Befestigungselemente, die insbesondere in der 4 noch detailiert beschrieben werden, ist zu jedem Gegenelement 20 ein Verbindungsbolzen 28, eine Dehnhülse 30 und ein Verspannelement 44, das auch als Spannelement bezeichnet werden kann und das hier als Spannschraubenmutter ausgebildet ist, vorgesehen. Der Verbindungsbolzen 28 reicht durch den Innenblattbefestigungsbereich 16, das Gegenelement 20, die Dehnhülse 30 bis zum Verspannelement 44 und kann durch das Verspannelement 44 hindurchreichen.
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In dem Rotorblattaußenteil 4 sind in dem Außenblattbefestigungsbereich 18, 36 Verankerungselemente 34 vorgesehen, die jeweils einen Verbindungsbolzen 28 aufnehmen sollen.
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Ein Verankerungselement 34 mit einem Verbindungsbolzen 28, einem Gegenelement 20, einer Dehnhülse 30 und einem Verspannelement 44 bilden im Grunde zusammen eine Verbindungsvorrichtung.
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4 zeigt einen Ausschnitt eines Rotorblattinnenteils 2 mit einem Rotorblattaußenteil 4, die zusammengesetzt miteinander fest verbunden sind. Dieser Ausschnitt zeigt eine Schnittansicht und zeigt dabei im Wesentlichen einen Teil des Innenteilbefestigungsbereichs 16 und des Außenblattbefestigungsbereichs 18, die hier entsprechend miteinander verbunden sind.
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4 zeigt dabei nur einen Teil einer umlaufenden Rotorblattschale, wobei gemäß der Darstellung der 4 die Rotorblattoberfläche 26 und damit die Außenseite des Rotorblatt 1 oben dargestellt ist, wobei eine Rotorblattinnenseite 36 in 4 nach unten dargestellt ist.
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Das Rotorblattinnenteil 2 und das Rotorblattaußenteil 4 sind an ihrer Innenblattanschlussfläche 12 und Außenblattanschlussfläche 14 aneinander gesetzt. Dieser Ansatzbereich kann als Trennstelle 38 bezeichnet werden. Zur Befestigung des Rotorblattinnenteils 2 und das Rotorblattaußenteils 4 miteinander ist ein Verankerungselement 34 also Querbolzen in dem Außenblattbefestigungsbereich 18 angeordnet. In einem Bolzengewinde 40 ist der Verbindungsbolzen 28 in dem Verankerungselement 34 fest verschraubt und damit sind die beiden Elemente fest miteinander verbunden. Der Verbindungsbolzen 28 kann als Gewindebolzen ausgebildet sein und/oder an seinen Enden mit einem Gewinde versehen sein.
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Von dem Verankerungselement 34 ausgehend reicht der Verbindungsbolzen 28 zum Rotorblattinnenteil 2 herüber. Dabei verläuft der Verbindungsbolzen 28 quer durch die Innenblattansatzfläche 12 und die Außenblattansatzfläche 14 und damit quer durch die Trennstelle 38.
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In dem Rotorblattinnenteil 2 verläuft der Verbindungsbolzen 28 durch das Gegenelement 20 hindurch, wobei das Gegenelement 20 auch im Wesentlichen als Bolzen ausgebildet ist. Der Verbindungsbolzen 28 erstreckt sich weiter durch den Innenblattbefestigungsbereich 16 hindurch, so dass dieser deutlich bis in den Innenraum 42 des Rotorblattinnenteils 2 hineinragt. Zum Verspannen ist auf dem Verbindungsbolzen 28, der auch als Längsbolzen 28 bezeichnet werden kann, zunächst eine Dehnhülse 30 aufgeschoben, die bis zum Gegenelement 20 reicht. Die Dehnhülse 30 liegt dabei an einem abgeflachten Bereich 42 an, der auch als Hülsenaufnahme 42 bezeichnet werden kann. Weiterhin ist auf dem Verbindungsbolzen 28 ein Spannelement 44, nämlich eine Schraubenmutter aufgeschraubt, die beim Festziehen die Dehnhülse 30 gegen das Gegenelement 20 schiebt, bzw. dadurch das Verankerungselement 34 und damit das Rotorblattaußenteil 4 an das Rotorblattinnenteil 2 heranzieht.
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Durch die Verwendung der Dehnhülse 30 wird erreicht, dass diese etwaigen leichten Ermüdungserscheinungen des Materials nachgeben kann, sich entsprechend ausdehnt und eine Lockerung oder ein Lösen der Verbindung verhindert. Durch die verwendete Dehnhülse 30 wird unter anderem auch erreicht, dass das Verspannmittel 44, nämlich die Schraubenmutter 44 bzw. Spannmutter 44 im Innenraum 46 angeordnet ist, zumindest vom Innenraum 46 des Rotorblattinnenteils 2 leicht zugänglich ist. Ein Servicemitarbeiter kann somit vom Innenraum 46 des Rotorblattinnenteils 2 aus ein Verspannen und damit ein Festziehen der Verbindung der beiden Rotorblattteile 2 und 4 untereinander ausführen.
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Vorzugsweise wird das Rotorblatt 1 im Verbindungsbereich so ausgestaltet, dass die Größe des Gegenelementes 20 und des Verankerungselementes 34 im Wesentlich gleich ist, insbesondere dass beide als etwa gleich großer Querbolzen ausgebildet sind, nämlich mit möglichst gleich großer Länger und gleich großem Querschnitt, wie auch in der 4 gezeigt ist. Weiterhin ist eine Ausgestaltung günstig, bei der ein Abstand vom Verankerungselement 34 zur Außenblattansatzfläche 14 etwa genau so groß ist wie ein Abstand vom Gegenelement 20 zur Innblattansatzfläche 12.
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Grundsätzlich wird der Verbindungsbolzen 28 bzw. Längsbolzen 28 in einer entsprechenden Längsbohrung 48 geführt. Diese Längsbohrung 48 bildet in soweit funktional ein einziges Objekt als der Verbindungs- bzw. Längsbolzen 28 vollständig dran geführt wird. Tatsächlich wird diese Längsbohrung 48 aber sowohl in dem Innenblattbefestigungsbereich 16 als auch dem Außenblattbefestigungsbereich vorgesehen, was üblicher Weise in mehreren Arbeitsschritten ausgeführt werden dürfte. Auch kann die Längsbohrung 48 unterschiedliche Durchmesser aufweisen, nämlich insbesondere einen größeren Durchmesser im Bereich der Dehnhülse 30. Dort wo keine Dehnhülse 30 vorgesehen ist, kann der Durchmesser der Längsbohrung sich an dem Außendurchmesser des Verbindungsbolzens 28 orientieren. Zur Vereinfachung der Fertigung wird vorgeschlagen, die Längsbohrung im Bereich zwischen dem Gegenelement 20 und der Innenblattansatzfläche 12 mit gleichem Durchmesser vorzusehen wie im Bereich der Dehnhülse 30. In diesem Fall können diese beiden Abschnitte der Längsbohrung 48 in einem Arbeitsgang und insbesondere mit einem Bohrer vorgesehen werden. Rein vorsorglich wird darauf hingewiesen, dass der Begriff Bohrung nicht zwingend bedeuten muss, dass tatsächlich auch diese Bohrung durch einen Bohrvorgang erstellt wurde.
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In 4 ist zudem die erhöhte Materialstärke des Innenblattbefestigungsbereichs 16 bzw. Außenblattbefestigungsbereiches 18 gegenüber der Materialstärke der übrigen Blattschale 50 bzw. 52 des Rotorblattinnenteils 2 bzw. Rotorblattaußenteils 4 zu erkennen. Durch diese höhere Materialstärke können insbesondere das Gegenelement 20 und das Verankerungselement 34 aufgenommen werden. Zudem ist es hierdurch möglich, dass der längs zur Rotorblattoberfläche 26 geführte Verbindungsbolzen 28 aus dem Innenblattbefestigungsbereich 16 in den Innenraum 46 hinaustreten kann.
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5 zeigt eine Draufsicht auf eine Innenblattansatzfläche 12, in der 36 Verbindungsvorrichtungen und damit Verbindungsbolzen 28 und damit Längsbohrungen 48 vorgesehen sind.
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Die perspektivische Darstellung der 6 zeigt lediglich im Wesentlichen den Innenblattbefestigungsbereich 16. Entgegen der veranschaulichenden Darstellung der 6 wird der Innenblattbefestigungsbereich aber nicht getrennt von dem Rotorblattinnenteil 2 gefertigt.
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Die Darstellung zeigt neben den Verbindungsbolzen 28, den Gegenelementen 20 insbesondere die aus dem Material des Innenblattbefestigungsbereichs 16 herausragenden Dehnhülsen 30. Die Dehnhülsen 30 ragen dabei in den Innenbereich 46 des Rotorblattinnenteils 2 und damit sind auch die Verspannmuttern bzw. Spannelemente 44 gut zugänglich. Zwischen den Verspannmuttern 44 und den Dehnhülsen 30 können Unterlegscheiben 54 vorgesehen sein. In einer Ausgestaltung können statt der Unterlegscheiben oder zusätzlich dazu Hilfsmittel für ein hydraulisches Anziehverfahren vorgesehen sein, wie z. B. eine etwa kegelförmige Unterlegscheibe zum Vergrößern einer stirnseitigen Abstützfläche an der Dehnhülse 30 zum Ansetzen eines hydraulischen Spannwerkzeugs.
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7 zeigt zur 6 lediglich eine andere Perspektive, die insbesondere die aus dem Innenblattbefestigungsbereiches 16 aus der Innenblattansatzfläche 12 herausragenden Verbindungsbolzen 28 darstellt. Trotz der hier gewählten Darstellung wird aber vorgeschlagen, eine tatsächliche Verbindung des Rotorblattinnenteils 2 mit dem Rotorblattaußenteil 4 so durchzuführen, dass die Verbindungsbolzen 28 zunächst in dem Verankerungselement 34 im Rotorblattaußenteil 4 befestigt werden, um dann in das Rotorblattinnenteil eingeführt zu werden. Alternativ können das Rotorblattinnenteil 2 und das Rotorblattaußenteil 4 aneinandergesetzt werden und Verbindungsbolzen vom Innenraum 46 des Blattinnenteils 2 aus durch die jeweilige Längsbohrung 48 eingesetzt und bis zum Verankerungselement 34 geführt werden, um dann in dem Verankerungselement 34 insbesondere durch Einschrauben befestigt zu werden. Im Anschluss daran kann eine Dehnhülse 30 und dann eine Verspannmutter 44 aufgesetzt und festgezogen werden.
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8 zeigt eine perspektivische Darstellung, teilweise geschnittene und dabei veranschaulichende Darstellung eines Innenblattbefestigungsbereiches 16. Durch die Darstellung sind der Verbindungsbolzen 28, das Gegenelement 20, die Dehnhülse 30 und die Spannmutter 44 ebenfalls perspektivisch erkennbar, zumindest an zwei Stellen. Lediglich die Darstellung enthält einen Hohlraum im Bereich des Innenblattbefestigungsbereichs 16 und damit im Bereich des Gegenelementes 20 und teilweise der Dehnhülse 30. Dies dient der Veranschaulichung und tatsächlich wird zumindest vorzugsweise für den Innenblattbefestigungbereich 16 ein Vollmaterial angenommen insbesondere faserverstärkter Kunststoff wie glasfaserverstärkter Kunststoff oder kohleverstärkter Kunststoff. Insbesondere ist das gewählte Material im Innenblattbefestigungsbereich dasselbe wie im restlichen Teil des Rotorblattinnenteils bzw. in weiten Teilen des Rotorblattinnenteils. Vorzugsweise gilt Gleiches sinngemäß für das Rotorblattaußenteil.
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Erfindungsgemäß wird somit eine vorteilhafte Verbindung eines Rotorblattinnenteils mit einem Rotorblattaußenteil vorgeschlagen. Dies kann auch als eine Verbindung zwischen Innenblatt und Außenblatt bezeichnet werden. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass das Außenblatt mit einer Querbolzenverbindung ausgeführt wird, bei der ein Querbolzen mit einem Gewinde für einen Längsbolzen versehen ist. Das Innenblatt wird ebenfalls mit Querbolzen ausgestaltet, die jedoch ohne Gewinde für Längsbolzen versehen sind bzw. mit Durchgangsbohrungen und einer zum Anlagenmittelpunkt gerichteten ebene Stützfläche für Dehnhülsen ausgeführt ist, wobei die Verschraubung vom Innenblatt aus erfolgt.
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Vorteilhaft ist insbesondere, dass eine Verschraubung vom Inneren des Blattes zugänglich ist, was für Wartung und Montage vorteilhaft ist. Die Befestigung kann so erfolgen, dass lediglich eine geringe oder sogar gar keine Konturbeeinflussung der Außenfläche des Rotorblattes resultiert. Das Verfahren ermöglicht auch eine automatisierbare Herstellung.
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Durch die vorgeschlagenen Lösungen kann somit ein Rotorblatt geteilt werden, so dass zwei kürzere Teile entstehen. Diese verkürzten Teile können insbesondere leichter transportiert werden. Grundsätzlich kann ein solches Rotorblatt von vornherein entsprechend in zwei Teile bei der Fertigung aufgeteilt sein oder das Rotorblatt wird in einem Stück gefertigt und im Nachhinein an einer entsprechenden Verbindungsstelle aufgetrennt. Im Bereich dieser Verbindungsstelle können bereits Vorkehrungen zur Verbindung vorgenommen worden sein, wie beispielsweise das Einbringen der Querbolzen, nämlich der Gegenelemente und/oder der Verankerungselemente 20 bzw. 34. Es wird eine Verbindungsmöglichkeit von Rotorblattteilen, insbesondere Außenblatt und Innenblatt geschaffen, bei der beide Rotorblattteile aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sein können. Dabei können beide Teile aus gleichem oder anderem faserverstärktem Kunststoff hergestellt sein. So wird grundsätzlich auch die Verbindung eines kohlefaserverstärktem Kunststoffs teils mit einem glasfaserverstärktem Kunststoffteil ermöglicht.
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Hierdurch kann eine Erleichterung des Transportes der Rotorblätter erreicht werden und beim Aufbau können möglicherweise kleinere Kräne verwendet werden. Hierdurch kann es auch möglich werden, schwer zugängliche Bereiche wie beispielsweise Bergregionen besser oder leichter erreichbar zu machen.
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Weiterhin kann für lange Rotorblätter, insbesondere solche die über 45 Meter lang sind, nun auch ein Bahntransport ermöglicht werden. Vorteilhaft können auch Reduzierungen von Transport und Aufbaukosten sein, so wie eine Verbesserung der Zugänglichkeit schwer zu erreichender Standorte.
