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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Die hierin beschriebene Erfindung betrifft Windkraftanlagenrotorblätter und spezieller Windkraftanlagenrotorblätter, die nachgerüstet sind, um Komponenten aufzuweisen, die auf mehreren Materialien basieren.
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Windkraft kann als eine der saubersten und umweltfreundlichsten Energiequellen erachtet werden, die gegenwärtig verfügbar sind, und Windkraftanlagen finden in dieser Hinsicht zunehmend Beachtung. Eine Windkraftanlage kann ein Turmgerüst, einen Generator, ein Getriebe, eine Gondel und ein oder mehrere Rotorblätter aufweisen, die auf einem Verbundmaterial basieren. Die Rotorblätter entziehen dem Wind auf der Grundlage bekannter aerodynamischer Prinzipien kinetische Energie und überführen die kinetische Energie in Rotationsenergie, um eine Welle drehend anzutreiben, die die Rotorblätter mit einem Getriebe, oder falls kein Getriebe verwendet wird, unmittelbar mit dem Generator verbindet. Der Generator wandelt anschließend die mechanische Energie in elektrischen Strom um, der in ein Versorgungsnetz eingespeist werden kann.
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Die Rotorblätter der Windkraftanlagen sind daher mit Blick auf die Aufrechterhaltung einer sicheren Verbindung hergestellt, während ihre strukturelle Festigkeit während der Drehung erhalten bleibt. Für die vielfältigen Komponenten können unterschiedliche Materialien ausgewählt werden, um die erforderliche Festigkeit, Steifigkeit und sonstige notwendige Eigenschaften vorzusehen. Die Materialien, die in der Lage sind, die erforderlichen strukturellen Eigenschaften rund um den Fuß des Windkraftanlagenrotorblatts bereitzustellen, vermindern allerdings möglicherweise auch die Leistung um die Spitze.
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Es besteht daher auf dem Gebiet ein Bedarf nach abgewandelten Windkraftanlagenrotorblättern und Verfahren zur Herstellung derselben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In einem Ausführungsbeispiel ist ein mit Multimaterial nachgerüstetes Windkraftanlagenrotorblatt geschaffen. Das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt weist ein Gehäuse mit einer Anströmkante, die einer Abströmkante gegenüberliegt, und ein Stützelement auf, das das Gehäuse stützt und das im Innern des Windkraftanlagenrotorblatts zwischen der Anströmkante und der Abströmkante angeordnet ist und sich wenigstens über einen Abschnitt einer Rotorblattspannweite erstreckt. Das strukturelle Stützelement weist einen ursprünglichen strukturellen Stützabschnitt, der auf einem ersten Material basiert, und einen nachgerüsteten strukturellen Stützabschnitt, der sich an einer Verbindungsstelle ausgehend von dem ursprünglichen strukturellen Stützabschnitt erstreckt und der auf einem zweiten Material basiert.
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In einem Ausführungsbeispiel ist ein mit Multimaterial nachgerüstetes Windkraftanlagenrotorblatt geschaffen. Zu dem mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatt gehört ein Gehäuse, das eine Anströmkante, die einer Abströmkante gegenüberliegt, und einen ursprünglichen Gehäuseabschnitt aufweist, der auf einem ersten Material basiert, und das einen nachgerüsteten Gehäuseabschnitt aufweist, der sich an einer Verbindungsstelle ausgehend von dem ursprünglichen Gehäuseabschnitt erstreckt, und der auf einem zweiten Material basiert. Zu dem mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatt gehört außerdem ein Stützelement, das das Gehäuse stützt und das im Innern des Windkraftanlagenrotorblatts zwischen der Anströmkante und der Abströmkante angeordnet ist und sich wenigstens über einen Abschnitt einer Rotorblattspannweite erstreckt.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Nachrüsten eines Windkraftanlagenrotorblatts geschaffen. Zu dem Verfahren gehört der Schritt: Bereitstellen des Windkraftanlagenrotorblatts, das ein Gehäuse mit einer Anströmkante, die einer Abströmkante gegenüberliegt, und ein Stützelement aufweist, das das Gehäuse stützt und das im Innern des Windkraftanlagenrotorblatts zwischen der Anströmkante und der Abströmkante angeordnet ist und sich wenigstens über einen Abschnitt einer Rotorblattspannweite erstreckt.
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Das Verfahren beinhaltet ferner die Schritte: Entfernen eines ursprünglichen äußeren Abschnitts von einem ursprünglichen Abschnitt des Windkraftanlagenrotorblatts, wobei der ursprüngliche Abschnitt auf einem ersten Material basiert; und Anbringen eines nachgerüsteten Abschnitts an dem ursprünglichen Abschnitt des Windkraftanlagenrotorblatts anstelle des ursprünglichen äußeren Abschnitts, wobei der nachgerüstete Abschnitt auf einem zweiten Material basiert.
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Diese und zusätzliche Merkmale, die durch die hier erörterten Ausführungsbeispiele geschaffen sind, werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die anhand der Figuren unterbreiteten Ausführungsbeispiele dienen der Veranschaulichung und als Beispiele und sollen die durch die Ansprüche definierte Erfindung nicht beschränken. Die folgende detaillierte Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsbeispiele wird nach dem Lesen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen ähnliche Elemente mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind, verständlich:
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1 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht eine Windkraftanlage gemäß einem oder mehreren hierin gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen;
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatts gemäß einem oder mehreren hierin gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen;
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3 zeigt eine Querschnittsansicht eines mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatts gemäß einem oder mehreren hierin gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen;
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4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Verbindungsstelle gemäß einem oder mehreren hierin gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen; und
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5 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Verbindungsstelle gemäß einem oder mehreren hierin gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachfolgend werden ein oder mehrere spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem Bemühen, eine kurzgefasste Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele vorzulegen, sind möglicherweise nicht sämtliche Merkmale einer tatsächlichen Verwirklichung in der Beschreibung aufgeführt. Selbstverständlich sind bei der Entwicklung einer jeden solchen Verwirklichung, wie in jedem technischen oder konstruktiven Projekt, zahlreiche anwendungsspezifische Entscheidungen zu treffen, um spezielle Ziele der Entwickler zu erreichen, z.B. Konformität mit systembezogenen und wirtschaftlichen Beschränkungen, die von einer Verwirklichung zur anderen unterschiedlich sein können. Darüber hinaus sollte es verständlich sein, dass eine solche Entwicklungsbemühung komplex und zeitraubend sein könnte, jedoch nichtsdestoweniger für den Fachmann, der über den Vorteil dieser Beschreibung verfügt, eine Routinemaßnahme der Entwicklung, Fertigung und Herstellung bedeuten würde.
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Wenn Elemente vielfältiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die unbestimmten und bestimmten Artikel "ein" "eine", bzw. "der, die, das" und dergleichen das Vorhandensein von mehr als einem Element einschließen. Die Begriffe "umfassen", "enthalten" und "aufweisen" sind als einschließend zu verstehen und bedeuten, dass möglicherweise zusätzliche Elemente vorhanden sind, die sich von den aufgelisteten Elementen unterscheiden.
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Mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblätter und Verfahren zur Herstellung derselben sind im Vorliegenden beschrieben. Die mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblätter können allgemein einen ursprünglichen Abschnitt und einen nachgerüsteten Abschnitt aufweisen, wobei der nachgerüstete Abschnitt eine ursprüngliche äußere Verlängerung des ursprünglichen Abschnitts ersetzt. Der ursprüngliche Abschnitt und der nachgerüstete Abschnitt basieren auf zwei unterschiedlichen Materialien, so dass der ursprüngliche Abschnitt immer noch die für den Betrieb notwendigen erforderlichen strukturellen Stützeigenschaften bereitstellen kann, während der nachgerüstete Abschnitt zusätzliche Vorteile bieten kann, die außergewöhnlich sind und nicht durch das Material des ursprünglichen Abschnitts vorgesehen sind. Solches Nachrüsten kann daher genutzt werden, um bestehende Windkraftanlagenrotorblätter in unterschiedlichen Anwendungen zu verbessern. Dies kann wiederum zu der effizienteren Nutzung und Erhaltung von Energiequellen führen, beispielsweise indem die effizientere Herstellung und Anwendung von Hauptkomponenten der Windkraftanlagen gefördert wird, um die Umweltqualität durch einen Beitrag zur Wiederherstellung und/oder Erhaltung der grundlegenden lebenswichtigen natürlichen Elemente stofflich zu verbessern.
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Mit Bezugnahme auf 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Windkraftanlage 10 veranschaulicht. Die Windkraftanlage 10 kann allgemein eine Gondel 14 aufweisen, die an einem Turmgerüst 12 befestigt ist. Mehrere mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblätter 16 können an einer Rotornabe 18 angebracht sein, die mit einem Hauptflansch verbunden werden kann, der eine (nicht dargestellte) Rotorhauptwelle drehend antreibt. Die Komponenten zur Stromerzeugung und zur Regelung-/Steuerung der Windkraftanlage können in der Gondel 14 untergebracht sein. Selbstverständlich dient die in 1 dargestellte Windkraftanlage 10 lediglich Zwecken der Veranschaulichung und soll die Anwendung dieser Beschreibung keineswegs auf einen speziellen Typ bzw. Anordnung einer Windkraftanlage begrenzen.
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Mit Bezugnahme auf 2 ist eine perspektivische Ansicht eines mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatts 16 veranschaulicht. Das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 kann einen Fuß 20, der dazu dient, das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 an einem (nicht dargestellten) Befestigungsflansch der (in 1 veranschaulichten) Windturbinennabe 18 anzubringen, und eine Spitze 22 aufweisen, die entgegengesetzt zu dem Fuß 20 angeordnet ist. Das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 kann eine Druckseite 24 und eine Saugseite 26 aufweisen, die sich zwischen einer Anströmkante 28 und einer Abströmkante 30 erstrecken. Darüber hinaus kann das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 eine Rotorblattspannweite 32 aufweisen, die die Gesamtlänge zwischen dem Fuß 20 und der Spitze 22 definiert. Das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 kann außerdem eine Sehne 34 aufweisen, die die Gesamtlänge zwischen der Anströmkante 28 und der Abströmkante definiert. Selbstverständlich kann sich die Länge der Sehne 34 in Relation zu der Rotorblattspannweite 32 ändern, während sich das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 von dem Fuß 20 zu der Spitze 22 erstreckt.
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Das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 kann ein beliebiges geeignetes aerodynamisches Profil aufweisen. Somit kann das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 in einigen Ausführungsbeispielen einen Tragflügelquerschnitt bilden. Beispielsweise kann das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 außerdem aeroelastisch maßgeschneidert sein. Das aeroelastische Maßschneidern des mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatts 16 kann ein Biegen des mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatts 16 im Wesentlichen in Profilsehnenrichtung x und/oder im Wesentlichen in Spannweitenrichtung z beinhalten. Wie zu sehen, entspricht die Profilsehnenrichtung x im Wesentlichen einer zu der Sehne 34 parallel verlaufenden Richtung, die zwischen der Anströmkante 28 und der Abströmkante des mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatts 16 definiert ist. Darüber hinaus entspricht die Spannweitenrichtung z im Wesentlichen einer zu der Rotorblattspannweite 32 des mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatts 16 parallel verlaufenden Richtung. In einigen Ausführungsbeispielen kann ein aeroelastisches Maßschneidern des mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatts 16 zusätzlich oder alternativ den Schritt des Verwindens des Rotorblatts 16 beinhalten, indem das Rotorblatts 16 beispielsweise um eine Achse verwundenen wird, die zu der Spannweitenrichtung z parallel verläuft.
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Mit Bezugnahme auf 3 ist der Querschnitt des mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatts 16 veranschaulicht. Der Aufbau des Windkraftanlagenrotorblatts 16 kann im Wesentlichen ein Gehäuse 40 und ein strukturelles Stützelement 50 aufweisen, das in dem Gehäuse 40 angeordnet ist. Wie in 3 veranschaulicht, kann das Gehäuse 40 allgemein eine Haut 41 und möglicherweise ein oder mehrere äußere Paneele 42 aufweisen, die die Haut tragen. Das Gehäuse 40 kann die Anströmkante 28 aufweisen, die der Abströmkante 30 gegenüberliegt, und kann auf Materialien basieren, die es ermöglichen, ankommenden Wind aufzufangen, um das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 drehend anzutreiben, während es durch das strukturelle Stützelement 50 getragen werden kann. Beispielsweise kann das Gehäuse 40 in einigen Ausführungsbeispielen auf einem Verbundmaterial basieren. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Gehäuse 40 auf einem Glasfaserwerkstoff (z.B. auf einem unidirektionalen Glasfaserstoff) oder auf einem Kohlenstofffaserwerkstoff (z.B. auf einer unidirektionalen Kohlenstofffaser) basieren.
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In noch weiteren Ausführungsbeispielen kann das Gehäuse 40 mehrere Schichten (beispielsweise mehrere Glasfaserstoffschichten) aufweisen, die durch Klebstoffe (z.B. Leim, Klebebänder, usw.), mechanische Befestigungsmittel (z.B. Schrauben, Bolzen, usw.) oder dergleichen miteinander verbunden sind. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Gehäuse 40 mehrere Schichten aufweisen, die durch einen Klebstoff zusammengehalten werden. Während hierin spezielle Ausführungsbeispiele von mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblättern 16 beschrieben sind, sollte klar sein, dass diese Ausführungsbeispiele nicht als beschränkend zu bewerten sind, und dass auch abgewandelte Windkraftanlagenrotorblätter 16 (die z.B. zusätzliche und/oder andere Materialien, Konstruktionen oder dergleichen nutzen) in Betracht kommen sollten.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3 kann das strukturelle Stützelement 50 in dem Gehäuse 40 zwischen der Anströmkante 28 und der Abströmkante angeordnet sein und sich wenigstens über einen Abschnitt der Rotorblattspannweite 32 erstrecken. Das strukturelle Stützelement 50 kann ein beliebiges Stützelement aufweisen, das mit dem Gehäuse 40 mittelbar oder unmittelbar verbunden ist und dieses trägt.
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Beispielsweise kann das strukturelle Stützelement 50 in einigen Ausführungsbeispielen, wie in 3 veranschaulicht, einen Schersteg 51 und eine oder mehrere Holmabdeckungen, beispielsweise obere Holmabdeckungen 52 und untere Holmabdeckungen 53 aufweisen. Der Schersteg 51, die oberen Holmabdeckungen 52 und die unteren Holmabdeckungen 53 können sich über eine beliebige Länge der Rotorblattspannweite 32 erstrecken, die ausreicht, um das gesamte mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 zu stützen. Beispielsweise können sich der Schersteg 51, die oberen Holmabdeckungen 52 und die unteren Holmabdeckungen 53 in einigen Ausführungsbeispielen ausgehend von dem Fuß 20 im Wesentlichen über die Gesamtlänge der Rotorblattspannweite 32 bis zu der Spitze 22 erstrecken. In einigen Ausführungsbeispielen erstrecken sich der Schersteg 51, die oberen Holmabdeckungen 52 und die unteren Holmabdeckungen 53 möglicherweise lediglich über einen Teil der Rotorblattspannweite 32. In noch weiteren Ausführungsbeispielen können sich der Schersteg 51, die obere Holmabdeckung 52 und die untere Holmabdeckung 53 voneinander unabhängig über unterschiedliche Längen erstrecken, beispielsweise, wenn die obere Holmabdeckung 52 und die untere Holmabdeckung 53 sich über eine Länge erstrecken, die über den Schersteg 51 in Richtung der Spitze 22 hinaus ragt. Während hierin Ausführungsbeispiele unterbreitet wurden, die den Schersteg 51, die obere Holmabdeckung 52 und die untere Holmabdeckung 53 aufweisen, sollte es darüber hinaus verständlich sein, dass mit Blick auf strukturelle Stützelemente auch andere Ausführungsbeispiele vorgesehen sein können, die beispielsweise lediglich ein einziges dieser Elemente und/oder hierin noch nicht beschriebene zusätzliche Elemente enthalten.
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Mit weiterem Bezug auf 2 und 3 weist das nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 allgemein einen ursprünglichen Abschnitt 65, der auf einem ersten Material basiert, und einen nachgerüsteten Abschnitt 66 auf, der auf einem zweiten Material basiert, das sich von dem ersten Material unterscheidet. Der ursprüngliche Abschnitt 65 kann die ursprünglichen Komponenten des ursprünglichen Windkraftanlagenrotorblatts enthalten und den Abschnitt beinhalten, der sich in nächster Nähe des Fußes 20 befindet. Desgleichen kann der nachgerüstete Abschnitt 66 eine neue Komponente aufweisen, die einen (nicht gezeigten) ursprünglichen äußeren Abschnitt ersetzt, der von dem ursprünglichen Abschnitt 65 entfernt wurde, und den Abschnitt beinhalten, der sich in nächster Nähe der Spitze 22 befindet. Der ursprüngliche Abschnitt 65 und der nachgerüstete Abschnitt 66 können daher an einer Verbindungsstelle 70, d.h. an der Stelle, an der das erste Material auf das zweite Material trifft, zusammentreten. Der ursprüngliche Abschnitt 65 und der nachgerüstete Abschnitt 66 können mehrere unterschiedliche entsprechende Komponenten des mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatts 16 aufweisen und auf einer Reihe unterschiedlicher Materialkombinationen basieren, um die strukturelle Gesamtcharakteristik zu ändern. Beispielsweise kann das zweite Material (des nachgerüsteten Abschnitts 66) ein Material beinhalten, das sich im Vergleich zu dem ersten Material (des ursprünglichen Abschnitts 65) mit Blick auf Blitzschutz, Erosion, Schmutzabwehr, Schalldämpfung oder beliebige sonstige gewünscht Eigenschaften besser eignet. Diese Kombination ursprünglicher und nachgerüsteter Materialien kann somit ermöglichen, dass das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 in der Nähe seines Fuß 20 den erforderlichen strukturellen Anforderungen genügt, während es in der Nähe seiner Spitze 22 andere günstige Materialeigenschaften nutzt.
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Unter Bezugnahme auf 2 kann das strukturelle Stützelement 50 in einigen Ausführungsbeispielen einen ursprünglichen strukturellen Stützabschnitt 55 und einen nachgerüsteten strukturellen Stützabschnitt 56 aufweisen. Der nachgerüstete strukturelle Stützabschnitt 56 kann sich ausgehend von dem ursprünglichen strukturellen Stützabschnitt 55 erstrecken und einen (nicht gezeigten), zuvor entfernten ursprünglichen äußeren Abschnitt des strukturellen Halts des ursprünglichen strukturellen Stützabschnitts 55 ersetzen. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann der ursprüngliche strukturelle Stützabschnitt 55 (d.h. der Abschnitt, der sich in nächster Nähe des Fußes 20 befindet) auf einem ersten Material basieren, und der nachgerüstete strukturelle Stützabschnitt 56 (d.h. der Abschnitt, der sich in nächster Nähe der Spitze 22 befindet) kann auf einem zweiten Material basieren, das sich von dem ersten Material unterscheidet. In einigen Ausführungsbeispielen kann das zweite Material leichter sein als das erste Material, so dass das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 gegen sein Spitzenende 22 hin leichter ist. In einigen Ausführungsbeispielen kann das zweite Material alternativ oder zusätzlich steifer sein als das erste Material, so dass das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 gegen sein Spitzenende 22 hin steifer ist. Solche Ausführungsbeispiele können daher eine verbesserte Aerodynamik (z.B. eine längere Spitze) und/oder verringerte Geräuschentwicklung des mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatts 16 ermöglichen und außerdem dazu beitragen, den Toleranzabstand gegenüber dem Turmgerüst sicherzustellen, während das nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 an dem (in 1 veranschaulichten) Turmgerüst 12 vorbeistreicht. In Abhängigkeit von der Konstruktion des mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatts 16 können die Komponenten des strukturellen Stützabschnitts 50, der auf dem ersten Material und auf dem zweiten Material basiert, den Schersteg 51, die obere Holmabdeckung 52, die untere Holmabdeckung 53 oder Kombinationen davon aufweisen.
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Beispielsweise kann der ursprüngliche strukturelle Stützabschnitt 55 (und der entfernte ursprüngliche äußere Abschnitt des strukturellen Halts) in einem Ausführungsbeispiel auf Glasfaserstoff basieren, der gegen den Fuß 20 hin einen schweren, jedoch elastischeren Abschnitt bereitstellt. Der nachgerüstete strukturelle Stützabschnitt 56 kann hingegen auf Kohlenstofffaser basieren, um gegen die Spitze 22 hin einen leichteren, jedoch steiferen Abschnitt vorzusehen.
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Unter Bezugnahme auf 2 kann das Gehäuse 40 in einigen Ausführungsbeispielen einen ursprünglichen Gehäuseabschnitt 45 und einen nachgerüsteten Gehäuseabschnitt 46 aufweisen. Der nachgerüstete Gehäuseabschnitt 46 kann sich ausgehend von dem ursprünglichen Gehäuseabschnitt 45 erstrecken und einen zuvor entfernten (nicht gezeigten) ursprünglichen äußeren Gehäuseabschnitt des ursprünglichen Gehäuseabschnitts 45 ersetzen. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann der ursprüngliche Gehäuseabschnitt 45 (d.h. der Abschnitt, der sich in nächster Nähe des Fußes 20 befindet) auf einem ersten Material basieren, und der nachgerüstete Gehäuseabschnitt 46 (d.h. der Abschnitt, der sich in nächster Nähe der Spitze 22 befindet) kann auf einem zweiten Material basieren, das sich von dem ersten Material unterscheidet. In einigen Ausführungsbeispielen kann das zweite Material leichter sein als das erste Material, so dass das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 gegen sein Spitzenende 22 hin leichter ist. In einigen Ausführungsbeispielen kann das zweite Material alternativ oder zusätzlich steifer sein als das erste Material, so dass das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 gegen sein Spitzenende 22 hin steifer ist. Solche Ausführungsbeispiele können daher eine verbesserte Aerodynamik und/oder eine reduzierte Geräuschentwicklung des mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatts 16 ermöglichen und außerdem dazu beitragen, dass die Einhaltung eines Toleranzabstands gegenüber dem Turmgerüst sichergestellt ist, während das nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt 16 an dem (in 1 veranschaulichten) Turmgerüst 12 vorbeistreicht. In Abhängigkeit von der Konstruktion des mit Multimaterial nachgerüsteten Windkraftanlagenrotorblatts 16 können die Komponenten des Gehäuseabschnitts 40, der auf dem ersten Material und auf dem zweiten Material basiert, (wie in 3 dargestellt) die Haut 41, das äußere Paneel 42 oder Kombinationen davon aufweisen.
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Beispielsweise kann der ursprüngliche Gehäuseabschnitt 45 (und der entfernte ursprüngliche äußere Gehäuseabschnitt) in einem Ausführungsbeispiel auf Glasfaserstoff basieren, der gegen den Fuß 20 hin einen schwereren, jedoch biegsameren Abschnitt bereitstellt. Der nachgerüstete Gehäuseabschnitt 46 kann hingegen auf Kohlenstofffaser basieren, um gegen die Spitze 22 hin einen leichteren, jedoch steiferen Abschnitt vorzusehen. Solche Ausführungsbeispiele lassen sich erzielen, wenn die Haut 41 den ursprünglichen Gehäuseabschnitt 45 und den nachgerüsteten Gehäuseabschnitt 46 umfasst. In noch einem Ausführungsbeispiel kann der ursprüngliche Gehäuseabschnitt 45 (und der entfernte ursprüngliche äußere Gehäuseabschnitt) auf Schaumstoff basieren. Der nachgerüstete Gehäuseabschnitt 46 kann hingegen auf Balsaholz basieren, um gegen die Spitze 22 hin einen leichteren, jedoch steiferen Abschnitt vorzusehen. Solche Ausführungsbeispiele lassen sich erzielen, wenn das (die Haut 41 tragende) äußere Paneel 42 den ursprünglichen Gehäuseabschnitt 45 und den nachgerüsteten Gehäuseabschnitt 46 umfasst.
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Wie oben erörtert, erstreckt sich der nachgerüstete Abschnitt 66 an der Verbindungsstelle 70 ausgehend von dem ursprünglichen Abschnitt 65. Die Verbindungsstelle 70 kann an einer beliebigen Position längs der Rotorblattspannweite 32 angeordnet sein, um beliebige relative Längen des ursprünglichen Abschnitts 65 und des nachgerüsteten Abschnitts 66 zu bilden. Beispielsweise kann der ursprüngliche Abschnitt 65 in einigen Ausführungsbeispielen bis einschließlich zu etwa 98 % der Rotorblattspannweite 32 betragen (so dass der nachgerüstete Abschnitt 66 die sich der Spitze 22 nähernden letzten 2 % der Rotorblattspannweite 32 beinhaltet). In einigen Ausführungsbeispielen kann der ursprüngliche Abschnitt 65 bis einschließlich etwa 50 % der Rotorblattspannweite 32 betragen. In noch weiteren Ausführungsbeispielen kann der ursprüngliche Abschnitt 65 bis einschließlich lediglich etwa 25 % der Rotorblattspannweite 32 betragen. Während im Vorliegenden spezielle Positionen der Verbindungsstelle 70 beschrieben wurden, sollte es verständlich sein, dass diese lediglich exemplarisch sind, und dass auch beliebige sonstige Positionen verwendet werden können.
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Mit Bezugnahme auf 1, 4 und 5 kann die Verbindungsstelle 70, die den ursprünglichen Abschnitt 65 von dem nachgerüsteten Abschnitt 66 trennt, vielfältige Konstruktionen aufweisen. Beispielsweise kann die Verbindungsstelle 70 in einigen Ausführungsbeispielen (wie in 4 veranschaulicht) eine verhältnismäßig ebene Grenzfläche aufweisen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Verbindungsstelle 70, beispielsweise wie in 5 veranschaulicht, eine geneigte Grenzfläche 70 aufweisen, die längs der Spannweitenrichtung z (d.h. längs der Richtung der Rotorblattspannweite 32) in dem Verhältnis des ersten Materials (des ursprünglichen Abschnitts 65) zu dem zweiten Material (des nachgerüsteten Abschnitts 66) übergeht. Darüber hinaus kann der ursprüngliche Abschnitt 65 an der Verbindungsstelle 70 durch beliebige geeignete Mittel mit dem nachgerüsteten Abschnitt 66 verbunden sein, beispielsweise durch Klebstoffe (z.B. Leim, Harze und dergleichen), mechanische Befestigungsmittel (z.B. Bolzen, Schrauben, usw.), oder durch einen beliebigen sonstigen Mechanismus oder Kombinationen davon.
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Mit Bezug auf 6 ist ein Verfahren 100 zum Nachrüsten eines Windkraftanlagenrotorblatts veranschaulicht. Das Verfahren 100 beinhaltet allgemein zunächst in Schritt 110 das Bereitstellen eines Windkraftanlagenrotorblatts. Das Windkraftanlagenrotorblatt kann an unterschiedlichen Orten bereitgestellt werden, beispielsweise in einem ursprünglichen Herstellungsbetrieb, auf dem Feld, wo es aufgestellt ist, oder in einer Reparatureinrichtung.
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Nachdem das Windkraftanlagenrotorblatt in Schritt 110 bereitgestellt ist, wird in Schritt 120 ein ursprünglicher äußerer Abschnitt entfernt. Mit zusätzlichem Bezug auf 2 und 3 kann der ursprüngliche äußere Abschnitt, wie oben erörtert, gemeinsam mit dem (in 2 als Element 65 veranschaulichten) übrigen ursprünglichen Abschnitt auf einem ersten Material basieren. Der in Schritt 120 entfernte ursprüngliche äußere Abschnitt kann vielfältige Komponenten umfassen, beispielsweise eine oder mehrere Komponenten des strukturellen Stützelements 50 (z.B. den Schersteg 51, die obere Holmabdeckung 52 und/oder die untere Holmabdeckung 53), eine oder mehrere Komponenten des Gehäuses 40 (z.B. die Haut 41 und/oder ein oder mehrere äußere Paneele 42), oder andere Komponente des Windkraftanlagenrotorblatts. Darüber hinaus kann der ursprüngliche äußere Abschnitt durch ein beliebiges geeignetes Mittel entfernt werden, beispielsweise mittels einer Säge, eines Lasers oder einer sonstigen geeigneten Trennvorrichtung, oder durch Kombinationen davon.
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Nachdem der ursprüngliche äußere Abschnitt in Schritt 120 entfernt ist, wird in Schritt 130 ein nachgerüsteter Abschnitt angebracht. Indem auch auf 2 und 3 eingegangen wird, kann der nachgerüstete Abschnitt 66, wie oben erörtert, auf einem zweiten Material basieren, das sich von dem ersten Material unterscheidet. Beispielsweise kann das zweite Material als ein im Vergleich zu dem ersten Material leichteres und/oder steiferes Material ausgewählt werden, oder es kann als ein Material ausgewählt werden, das mit Blick auf Blitzschutz, Erosion, Schmutzabwehr, Schalldämpfung oder beliebige sonstige gewünschte Eigenschaften geeigneter ist. Darüber hinaus kann der nachgerüstete Abschnitt 66 an der Verbindungsstelle 70 an dem ursprünglichen Abschnitt 65 durch ein beliebiges geeignetes Mittel befestigt werden, beispielsweise durch Klebstoffe (z.B. Leim, Klebebänder, usw.), mechanische Befestigungsmittel (z.B. Schrauben, Bolzen, usw.) oder dergleichen.
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An dieser Stelle ist zu beachten, das Windkraftanlagenrotorblätter nachgerüstet werden können, um in der Nähe der Spitze ein neues, zweites Material zu nutzen, das sich von einem in der Nähe seines Fußes verwendeten ersten Material unterscheidet. Durch Beibehaltung des vorhandenen ersten Materials in der Nähe des Windkraftanlagenrotorblattfußes kann das Windkraftanlagenrotorblatt die strukturellen Eigenschaften aufrecht erhalten, die für den Betrieb erforderlich sind. Durch Entfernen eines ursprünglichen äußeren Abschnitts und Ersetzen desselben gegen einen nachgerüsteten Abschnitt, der auf einem zweiten Material basiert, kann das zweite Material allerdings zusätzliche Eigenschaften aufweisen, die in dem Windkraftanlagenrotorblatt verliehen werden können, um seine Leistung zusätzlich zu verbessern. Eine Reihe unterschiedlicher Komponenten und Kombinationen von Materialien kommen somit in Betracht, um das mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblatt hervorzubringen.
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Während die Beschreibung im Einzelnen in Verbindung mit gewissen speziellen Ausführungsbeispiele erläutert wurde, sollte es ohne weiteres verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf derartige beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl bisher nicht beschriebener Veränderungen, Abänderungen, Substitutionen oder äquivalenter Anordnungen zu verkörpern, die jedoch dem Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Während vielfältige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist es ferner selbstverständlich, dass Aspekte der Erfindung möglicherweise lediglich einige der beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhalten. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorausgehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche beschränkt.
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Mit Multimaterial nachgerüstete Windkraftanlagenrotorblätter weisen ein Gehäuse mit einer Anströmkante, die einer Abströmkante gegenüberliegt, und ein Stützelement auf, das das Gehäuse stützt und im Innern des Windkraftanlagenrotorblatts zwischen der Anströmkante und der Abströmkante angeordnet ist und das sich wenigstens über einen Abschnitt einer Rotorblattspannweite erstreckt, wobei das strukturelle Stützelement einen ursprünglichen strukturellen Stützabschnitt, der auf einem ersten Material basiert, und einen nachgerüsteten strukturellen Stützabschnitt aufweist, der sich an einer Verbindungsstelle ausgehend von dem ursprünglichen strukturellen Stützabschnitt erstreckt und der auf einem zweiten Material basiert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Windkraftanlage
- 12
- Turmgerüst
- 14
- Gondel
- 16
- Mit Multimaterial nachgerüstetes Windkraftanlagenrotorblatt
-
-
- 18
- Rotornabe
- 20
- Fuß
- 22
- Spitze
- 24
- Druckseite
- 26
- Saugseite
- 28
- Anströmkante
- 30
- Abströmkante
- 32
- Rotorblattspannweite
- 34
- Sehne
- 40
- Gehäuse
- 41
- Haut
- 42
- Äußeres Paneel
- 45
- Ursprünglicher Gehäuseabschnitt
- 46
- Nachgerüsteter Gehäuseabschnitt
- 50
- Strukturelles Stützelement
- 51
- Schersteg
- 52
- Obere Holmabdeckungen
- 53
- Untere Holmabdeckungen
- 55
- Ursprünglicher struktureller Stützabschnitt
- 56
- Nachgerüsteter struktureller Stützabschnitt
- 65
- Ursprünglicher Abschnitt
- 66
- Nachgerüsteter Abschnitt
- 70
- Verbindungsstelle
- 100
- Verfahren
- 110
- Schritt (Bereitstellen)
- 120
- Schritt (Entfernen)
- 130
- Schritt (Anbringen)
- x
- Profilsehnenrichtung
- y
- Höhenrichtung
- z
- Spannweitenrichtung
