DE102014202951A1

DE102014202951A1 - Lightning protection device

Info

Publication number: DE102014202951A1
Application number: DE102014202951.1A
Authority: DE
Inventors: John Nieuwenhuizen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2015-08-20
Also published as: WO2015124365A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Blitzschutzvorrichtung (1) für ein Rotorblatt (2) einer Windturbine (5), mit einer elektrisch leitfähigen Platte (10) zur Einbringung im Inneren (20) des Rotorblatts (2), einem durch die Platte (10) geführten elektrisch leitfähigen Stift (11), welcher zumindest einen außen liegenden, mit einem ersten Kopplungselement (111) versehenen Endbereich (110) aufweist, und zumindest einem mit einem zweiten Kopplungselement (121) versehenen elektrisch leitfähigen Rezeptor (12), wobei ein Rezeptor (12) mittels erster und zweiter Kopplungselemente (111, 121) mit dem Stift (11) gekoppelt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Rotorblatt sowie eine Windturbine.The invention relates to a lightning protection device (1) for a rotor blade (2) of a wind turbine (5), having an electrically conductive plate (10) for insertion in the interior (20) of the rotor blade (2), guided electrically through the plate (10) conductive stylus (11) having at least one outer end portion (110) provided with a first coupling element (111) and at least one electrically conductive receptor (12) provided with a second coupling element (121), one receptor (12) is coupled to the pin (11) by means of first and second coupling elements (111, 121). Furthermore, the invention relates to a rotor blade and a wind turbine.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Blitzschutzvorrichtung, ein Rotorenblatt und eine Windturbine. The invention describes a lightning protection device, a rotor blade and a wind turbine.

Die Windturbinen einer Windenergieanlage werden generell in einer möglichst exponierten Lage aufgestellt. Daher ist es wichtig, eine Windturbine vor einem Blitzeinschlag zu schützen. Verschiedene Blitzschutzeinrichtungen sind bekannt. Beispielsweise kann eine Blitzschutzeinrichtung mehrere Rezeptoren an exponierten Stellen der Windenergieanlagen umfassen, insbesondere an den Rotorblattenden, da ein Rotorblatt aufgrund seiner Länge und seiner schmalen Form besonders gefährdet ist. Ein solcher Rezeptor wird mit einer Blitzstromableitung verbunden. Der Rezeptor gibt einen definierten Einschlagpunkt, und der Blitzstrom wird über die Ableitung- beispielsweise ein Blitzschutzkabel innerhalb des Rotorblatts oder entlang der Blattkanten – über ein Erdungskabel in den Boden bzw. Meeresgrund abgeleitet. Somit bietet eine Blitzschutzeinrichtung dem Blitzstrom einen definierten und möglichst niederohmigen Strompfad in Richtung Erde. The wind turbines of a wind turbine are generally placed in the most exposed position possible. Therefore, it is important to protect a wind turbine from lightning. Various lightning protection devices are known. For example, a lightning protection device may comprise a plurality of receptors at exposed locations of the wind turbines, in particular at the rotor blade ends, since a rotor blade is particularly endangered due to its length and its narrow shape. Such a receptor is connected to a lightning current lead. The receptor gives a defined impact point, and the lightning current is discharged via the derivation, for example a lightning protection cable inside the rotor blade or along the blade edges, via a grounding cable into the ground or seabed. Thus, a lightning protection device provides the lightning current a defined and preferably low-impedance current path in the direction of the earth.

Um effektiv als Einschlagpunkt zu dienen, wird oft ein elektrisch leitende Rezeptor außen an der Vorder- und/oder Rückseite des Rotorblatts angebracht und mit einem elektrisch leitenden massiven Block im Blattinneren verschraubt. Der Block ist wiederum mit der Blitzstromableitung verbunden. Generell wird der Block mit einer Gewindebuchse versehen, so dass ein außen am Rotorblatt platzierter Rezeptor durch die Außenwand des Rotorblatts in den Block eingeschraubt werden kann. To effectively serve as a fulcrum, often an electrically conductive receptor is attached to the outside of the front and / or rear of the rotor blade and bolted to an electrically conductive solid block in the blade interior. The block is in turn connected to the lightning current lead. In general, the block is provided with a threaded bushing, so that a receptor placed outside on the rotor blade can be screwed into the block through the outer wall of the rotor blade.

Ein Blitz wird meistens am äußeren Ende eines exponierten Gegenstands – zum Beispiel an der äußeren Spitze eines Rotorblatts – einschlagen. Aufgrund der Aerodynamik, aber auch um Geräusche zu mindern, läuft eine Rotorblattspitze recht flach aus. Bei den bekannten Blitzschutzeinrichtungen muss der Block jedoch eine gewisse Stärke aufweisen, um eine stabile Verschraubung mit einem oder mehreren Rezeptoren zu erlauben. Die bekannten Blitzschutzeinrichtungen haben daher den Nachteil, dass der Block nur dort eingebaut werden kann, wo das Blatt einen ausreichend großen Hohlraum bietet. Je größer der Block, desto näher in Richtung Nabe muss er eingebaut werden. Entsprechend hat ein mit dem Block verschraubter Rezeptor einen unvorteilhaft großen Abstand zur dünnen Blattspitze, so dass die schützende Wirkung einer solchen Blitzschutzeinrichtung nicht immer gewährleistet ist. A lightning strike will usually strike the outer end of an exposed object - for example, the outer tip of a rotor blade. Due to the aerodynamics, but also to reduce noise, a rotor blade tip runs quite flat. In the known lightning protection devices, however, the block must have a certain thickness in order to allow a stable screw connection with one or more receptors. The known lightning protection devices therefore have the disadvantage that the block can be installed only where the sheet provides a sufficiently large cavity. The larger the block, the closer to the hub it must be installed. Accordingly, a receptor screwed to the block has a disadvantageously large distance from the thin blade tip, so that the protective effect of such a lightning protection device is not always guaranteed.

Weiterhin müssen Block und Rezeptor aus einem korrosionsresistenten, gut leitenden Material hergestellt werden. Generell werden solche Komponenten aus rostfreiem Stahl gefertigt. Aufgrund der erforderlichen Blockstärke trägt eine solche Blitzschutzeinrichtung erheblich zum Gesamtgewicht bei. Ein weiterer Nachteil der bekannten Blitzschutzeinrichtungen liegt darin, dass die Ausarbeitung eines oder mehrerer Innengewinde im harten Stahl sehr aufwändig und entsprechend kostspielig ist. Furthermore, block and receptor must be made of a corrosion-resistant, highly conductive material. Generally, such components are made of stainless steel. Due to the required block thickness, such a lightning protection device contributes significantly to the overall weight. Another disadvantage of the known lightning protection devices is that the preparation of one or more internal threads in hard steel is very complex and correspondingly expensive.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte und günstigere Blitzschutzeinrichtung für eine Windturbine bereitzustellen. It is therefore an object of the invention to provide an improved and cheaper lightning protection device for a wind turbine.

Diese Aufgabe wird zum einen durch eine Blitzschutzvorrichtung gemäß Patentanspruch 1, durch ein Rotorenblatt gemäß Patentanspruch 14 sowie durch eine Windturbine gemäß Patentanspruch 15 gelöst. This object is achieved on the one hand by a lightning protection device according to claim 1, by a rotor blade according to claim 14 and by a wind turbine according to claim 15.

Die erfindungsgemäße Blitzschutzvorrichtung für ein Rotorblatt einer Windturbine umfasst eine elektrisch leitfähige Platte zur Einbringung im Inneren des Rotorblatts und einen durch die Platte geführten elektrisch leitfähigen Stift, welcher zumindest ein außen liegendes, mit einem ersten Kopplungselement versehenes Endbereich aufweist, und zumindest einen mit einem zweiten Kopplungselement versehenen elektrisch leitfähigen Rezeptor, worin ein Rezeptor mittels erster und zweiter Kopplungselemente außerhalb des Rotorblatts mit dem Stift gekoppelt ist. The lightning protection device according to the invention for a rotor blade of a wind turbine comprises an electrically conductive plate for insertion inside the rotor blade and an electrically conductive pin guided through the plate, which has at least one outer end area provided with a first coupling element, and at least one with a second coupling element provided electrically conductive receptor, wherein a receptor is coupled by means of first and second coupling elements outside of the rotor blade with the pin.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Blitzschutzvorrichtung liegt darin, dass eine Kopplung des Stifts mit einem oder mehreren Rezeptoren außerhalb des Rotorenblatts erfolgt. Somit muss die Platte nicht mit einem Innengewinde versehen werden. Folglich darf die Platte aus einem 'weichen' Material gefertigt werden, da eine Schraubverbindung zwischen Platte und Rezeptor nicht benötigt wird. Die Blitzschutzvorrichtung kann somit vergleichsweise günstig hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Blitzschutzvorrichtung liegt darin, dass die Plattenstärke nicht von einer Mindesttiefe eines Gewindes abhängt, da die Platte nicht unmittelbar mit einem Rezeptor gekoppelt werden muss. Somit kann die Platte vergleichsmäßig dünn ausfallen und vorteilhaft weit in Richtung Blattspitze eingebracht werden. An advantage of the lightning protection device according to the invention is that a coupling of the pin takes place with one or more receptors outside of the rotor blade. Thus, the plate does not have to be provided with an internal thread. Consequently, the plate must be made of a 'soft' material, since a screw connection between plate and receptor is not needed. The lightning protection device can thus be manufactured comparatively cheap. Another advantage of the lightning protection device according to the invention is that the plate thickness does not depend on a minimum depth of a thread, since the plate does not have to be coupled directly to a receptor. Thus, the plate can be comparatively thin and advantageously be introduced far in the direction of the blade tip.

Das erfindungsgemäße Rotorblatt umfasst mindestens eine solche Blitzschutzvorrichtung. Mindestens ein Rezeptor kann jeweils auf der Vorder- bzw. Rückseite des Rotorblatts angebracht werden. The rotor blade according to the invention comprises at least one such lightning protection device. At least one receptor can each be mounted on the front or rear side of the rotor blade.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Rotorblatts liegt darin, dass die Effektivität der Blitzschutzvorrichtung durch die verkürzte Nähe des Rezeptors zur Blattspitze erhöht wird und der Lebensdauer des Rotorblatts entsprechend lang ausfallen kann. Auch können das Gesamtgewicht und die Kosten des Rotorblatts vergleichsweise niedrig gehalten werden, da ein massiver Block aus schwerem Stahl im Blattinneren nicht eingebaut werden muss. An advantage of the rotor blade according to the invention is that the effectiveness of the lightning protection device is increased by the shortened proximity of the receptor to the blade tip and the life of the rotor blade can be correspondingly long. Also, the total weight and the cost of the rotor blade can be kept comparatively low, since a massive block of heavy steel inside the blade does not have to be installed.

Die erfindungsgemäße Windturbine umfasst mindestens ein solches Rotorblatt. In der Regel werden drei Rotorblätter an der Nabe einer Windturbine angebracht. Um den Blitzstrom kontrolliert wegzuleiten, werden die Ableitungen aus den Rotorblättern mit der Nabe verbunden. Generell erlaubt eine Anordnung aus Kohlefaserbürsten o. Ä. eine Weiterleitung des Blitzstroms in eine Erdleitung, welches zum Beispiel durch eine Außenwand der Gondel und weiter durch den Turm in Richtung Boden bzw. Meeresgrund führt. The wind turbine according to the invention comprises at least one such rotor blade. As a rule, three rotor blades are attached to the hub of a wind turbine. In order to conduct the lightning current in a controlled manner, the discharges from the rotor blades are connected to the hub. Generally allows an arrangement of carbon fiber brushes o. Ä. a forwarding of the lightning current in a ground line, which leads for example through an outer wall of the nacelle and further through the tower in the direction of the bottom or seabed.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Windturbine ist, dass die Blitzschutzvorrichtungen für die Rotorblätter vergleichsweise günstig ausfallen und gleichzeitig einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Somit wird die Windturbine zuverlässig vor den Folgen eines Blitzeinschlags geschützt. An advantage of the wind turbine according to the invention is that the lightning protection devices for the rotor blades are relatively cheap and at the same time have a high efficiency. Thus, the wind turbine is reliably protected from the consequences of lightning.

Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung, wobei insbesondere auch die Ansprüche einer Anspruchskategorie analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können. The dependent claims and the following description contain particularly advantageous developments and refinements of the invention, wherein in particular the claims of one claim category can be developed analogously to the dependent claims of another claim category.

Wie bereits eingangs erwähnt, wird ein Rezeptor an der Blattaußenseite mit einer Ableitung im Blattinneren elektrisch verbunden, so dass der Blitzstrom zum Erdleiter geführt werden kann. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Platte im Blattinneren mit einem solchen Blitzstromableiter elektrisch verbunden wird. Beispielsweise kann der Ableiter zwischen der Platte und einem geeigneten Klemmelement gehalten werden. As already mentioned, a receptor on the outside of the sheet is electrically connected to a drain in the blade interior, so that the lightning current can be conducted to the earth conductor. In the following it is assumed that the plate is electrically connected inside the blade with such a lightning arrester. For example, the arrester can be held between the plate and a suitable clamping element.

Bevorzugt weisen Kanten der Blitzschutzvorrichtung eine Rundung auf, z.B. die Platte wird bevorzugt ohne scharfen Kanten gefertigt. Solche gerundeten Kanten verhindern die Entstehung eines 'corona leaders', d.h. ein heißer Plasmakanal, welcher eine Entladung im Blattinneren begünstigen könnte. Preferably, edges of the lightning protection device have a rounding, e.g. the plate is preferably made without sharp edges. Such rounded edges prevent the formation of a corona leader, i. a hot plasma channel, which could promote a discharge inside the leaf.

Eine Kopplung zwischen einem Rezeptor und dem Stift kann auf unterschiedliche Weise erreicht werden. Beispielsweise können Stift und Rezeptor durch eine geeignete Steckverbindung oder einen geeigneten Schnappverschluss aneinander gesteckt werden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weisen erste und zweite Kopplungselemente komplementäre Gewinde auf, so dass Rezeptor und Stift miteinander verschraubt werden können. Coupling between a receptor and the stylus can be achieved in different ways. For example, the pen and receptor can be plugged together by a suitable plug connection or a suitable snap closure. In a particularly advantageous embodiment, the first and second coupling elements have complementary threads, so that the receptor and the pin can be screwed together.

Für eine Schraubverbindung zwischen Stift und Rezeptor wird einer der beiden zu verschraubenden Gegenstände mit einem Außengewinde versehen, und der andere wird mit einem Innengewinde versehen. In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung könnte der Stift im Endbereich ein Innengewinde aufweisen, und der Rezeptor könnte mit einer vorstehenden Schraube versehen werden. Somit kann der Rezeptor in den Stift hineingeschraubt werden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform jedoch weist der Stift an einem äußeren Ende ein Außengewinde auf, während der Rezeptor mit einer entsprechenden Gewindebuchse ausgestattet wird. Somit kann der Rezeptor wie eine Gewindemutter auf den Stift angeschraubt werden. Das Außengewinde muss somit lediglich am äußeren Ende des Stifts ausgearbeitet werden. For a screw connection between pin and receptor one of the two objects to be screwed is provided with an external thread, and the other is provided with an internal thread. In one possible embodiment of the invention, the pin could have an internal thread in the end region, and the receptor could be provided with a projecting screw. Thus, the receptor can be screwed into the pen. In a particularly advantageous embodiment, however, the pin has an external thread at an outer end, while the receptor is equipped with a corresponding threaded bushing. Thus, the receptor can be screwed onto the pin like a threaded nut. The external thread must thus be worked only at the outer end of the pin.

Der Stift kann vom Blattinneren durch die Platte und eine Außenwand des Rotorblatts geführt werden. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Stift an dem im Rotorblatt verbleibenden Ende mit einem Kopf versehen werden, welcher an die Platte herangezogen wird, wenn der Rezeptor außen am anderen Stiftende angeschraubt wird. In dieser Ausführungsform wird etwas Platz im Blattinneren benötigt, um den Stift von innen nach außen zu bewegen. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der Stift von außerhalb des Rotorblatts durch den Aufnahmeblock hindurch geführt. Somit kann der relativ flache Aufnahmeblock auf vorteilhafte Weise tief im Blattinneren in Richtung Blattspitze untergebracht werden. Besonders bevorzugt wird die Platte im äußersten Ende des Blattspitzes eingebettet bzw. eingebracht. The pin can be guided by the blade inside through the plate and an outer wall of the rotor blade. In this embodiment, the pin may be provided at the end remaining in the rotor blade with a head which is used on the plate when the receptor is screwed on the outside of the other pin end. In this embodiment, some space in the blade interior is needed to move the pen from inside to outside. In a particularly advantageous embodiment, the pin is guided from outside the rotor blade through the receiving block. Thus, the relatively flat receiving block can be accommodated in an advantageous manner deep inside the blade in the direction of the blade tip. Particularly preferably, the plate is embedded or introduced in the outermost end of the blade tip.

Das Rotorblatt wird – während oder nach der Fertigstellung – mit entsprechenden Durchgangsöffnungen versehen. Beispielsweise können pro Stift zwei einfache kreisrunde Durchgangsöffnungen auf gegenüberliegenden Rotorblattseiten ausgesägt oder ausgefräst werden. Bei einer solchen Ausgestaltung kann der Stift, mit ausreichender Länge, zwei außen liegende Endbereiche aufweisen, d. h. der Stift kann nach Einführung an beiden Seiten des Rotorblatts „überstehen“. An diesen überstehenden Endbereichen können dann zwei Rezeptoren befestigt bzw. angeschraubt werden. The rotor blade is - during or after completion - provided with appropriate through holes. For example, two simple circular through holes can be sawn or milled out on opposite rotor blade sides per pin. In such an embodiment, the pin may, with sufficient length, have two outer end portions, d. H. the pin can "survive" after insertion on both sides of the rotor blade. At this protruding end regions then two receptors can be attached or screwed.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Platte zur Durchführung des Stifts eine glatte Durchgangsbohrung auf. Darunter ist zu verstehen, dass die Durchgangsbohrung ohne Gewinde ausgearbeitet wird. Beispielsweise kann die Durchgangsbohrung als eine einfache Bohrung mit einem im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt zur Aufnahme eines entsprechenden zylindrischen Stifts ausgearbeitet werden. Selbstverständlich können Stift bzw. Durchgangsbohrung beliebige, jedoch komplementäre Formen aufweisen. Beispielsweise können Stift und Durchgangsbohrung jeweils einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. In a particularly advantageous embodiment, the plate for the passage of the pin on a smooth through hole. By this is meant that the through hole is machined without thread. For example, the through-hole may be formed as a simple bore having a substantially circular cross section for receiving a corresponding cylindrical pin. Of course, pin or through hole may have any but complementary shapes. For example, pin and through hole each have a substantially rectangular cross-section.

Um den Blitzstrom zuverlässig vom Rezeptor zur Platte und anschließend zu einer im Blattinneren verlegten Ableitung zu führen, besteht vorzugsweise ein elektrischer Kontakt zwischen diesen Komponenten. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird eine Unterlegscheibe zwischen Platte und Rezeptor gelegt. Beim Zuschrauben eines Rezeptors wird die entsprechende Unterlegscheibe zwischen Rezeptor und Platte gequetscht. Besonders bevorzugt wird eine Unterlegscheibe aus einem verformbaren und gut leitenden Material hergestellt. Beispielsweise kann eine Unterlegscheibe aus Aluminium gefertigt werden. To reliably supply the lightning current from the receptor to the plate and then to an im Leaves inside lead led derivative, there is preferably an electrical contact between these components. In a particularly advantageous embodiment, a washer is placed between the plate and the receptor. When screwing a receptor, the corresponding washer between the receptor and plate is squeezed. Particularly preferred is a washer made of a deformable and highly conductive material. For example, a washer can be made of aluminum.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen Durchgangsbohrung und Stift eine konisch zulaufende Form auf. Hinsichtlich des Stifts ist es ausreichend, wenn dieser im Bereich der Durchgangsbohrung eine konisch zulaufende Form hat. Die Endbereiche können eine einfache zylindrische Form aufweisen. Wenn an einem oder beiden Endbereichen des Stifts ein Rezeptor unter Zug befestigt wird, beispielsweise durch Verschraubung, bietet der konische Abschnitt einen vorteilhaften Gegenzug, insbesondere dann, wenn der neben dem „schmalen“ Ende angeordnete Rezeptor stärker angezogen wird. Somit kann eine festsitzende Verbindung zwischen Stift und Rezeptor(en) auf einfacher Weise erzielt werden. In a further preferred embodiment, through-hole and pin have a tapered shape. With regard to the pin, it is sufficient if this has a tapered shape in the region of the through hole. The end portions may have a simple cylindrical shape. When a receptor is attached under tension, for example by screwing, at one or both end regions of the post, the conical section provides a beneficial return, especially when the receptor located adjacent to the "narrow" end is attracted more strongly. Thus, a tight connection between stylus and receptor (s) can be achieved easily.

In einer weiteren Ausführungsform kann der Stift, an einem Ende beginnend, über den Großteil seiner Länge eine konisch zulaufende bzw. verjüngende Form aufweisen, so dass der Stift in diesem Abschnitt als 'Kegel' ausgearbeitet ist. An dem schmalen Ende des Kegels kann der Stift einen zylindrischen und mit einem Außengewinde versehenen Endbereich zur Aufnahme eines Rezeptors aufweisen. In dieser Ausführungsform kann der Stift so ausgestaltet werden, dass das breite Endstück (der 'Boden' des Kegels) außerhalb des Rotorblatts bleibt. Somit kann dieses breite Endstück selbst als Rezeptor dienen. In another embodiment, the pin, starting at one end, may have a tapered or tapered shape over most of its length, so that the pin is worked out as a 'cone' in this section. At the narrow end of the cone, the pin may have a cylindrical and externally threaded end portion for receiving a receptor. In this embodiment, the pin may be configured so that the broad tail (the 'bottom' of the cone) remains outside the rotor blade. Thus, this wide tail itself can serve as a receptor.

Ein Gewinde kann rechtsdrehend oder linksdrehend ausgearbeitet werden. Wird der Stift an beiden Endbereichen mit einem Außengewinde versehen, kann das eine linksdrehend und das andere rechtsdrehend sein. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform jedoch ist die Drehrichtung des Gewindes an beiden Endstücken des Stifts gleich. Beispielsweise wird an beiden Enden ein rechtsdrehendes Außengewinde ausgearbeitet. Bei dieser Ausführungsform bietet jeder Rezeptor dem jeweils anderen einen vorteilhaften Gegenzug während des Festschraubens. A thread can be worked clockwise or anti-clockwise. If the pin is provided with an external thread on both end areas, one can be left-handed and the other clockwise. In a particularly advantageous embodiment, however, the direction of rotation of the thread on both end pieces of the pin is the same. For example, a right-handed external thread is worked out at both ends. In this embodiment, each receptor provides the other with an advantageous counter-pull during tightening.

Ein Blitzstrom kann mehrere tausend Ampere betragen, und Werte von 300 kA–400 kA können überschritten werden. Um einem derart hohen Strom standzuhalten und an die Ableitung zu führen, wird ein Rezeptor bevorzugt als massiver Festkörper hergestellt. Beispielsweise kann ein Rezeptor als Block oder dicke Scheibe hergestellt werden. Bevorzugt wird ein gut leitendes, rostfreies Metall verwendet, z. B. rostfreier Stahl. A lightning current can amount to several thousand amperes, and values of 300 kA-400 kA can be exceeded. To withstand such a high current and to lead to the derivative, a receptor is preferably prepared as a solid solid. For example, a receptor can be made as a block or thick slice. Preferably, a good conductive, stainless metal is used, for. As stainless steel.

Auch die Platte ist möglichst massiv, um einen hohen Strom möglichst direkt an die Ableitung zu führen. Da die Platte relativ dünn ist, wird eine vorteilhafte hohe Masse stattdessen durch eine größere Fläche erreicht. In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung hat die Platte eine Stärke von maximal 3–5 mm. Die Breite und Stärke der Platte werden anhand eines benötigten Leiterquerschnitts bestimmt. Beispielsweise weist eine Platte aus Kupfer bevorzugt eine Querschnittsfläche von mindestens 50 mm². The plate is as solid as possible, to lead a high current as directly as possible to the derivative. Since the plate is relatively thin, an advantageous high mass is instead achieved by a larger area. In a particularly preferred variant of the invention, the plate has a maximum thickness of 3-5 mm. The width and thickness of the plate are determined by a required conductor cross-section. For example, a copper plate preferably has a cross-sectional area of at least 50 mm ² .

Da der Stift eine wichtige Funktion als elektrische Verbindung zwischen Rezeptor und Platte erfüllt, soll dieser auch eine möglichst hohe Masse aufweisen. Eine maximale Länge des Stifts wird z. T. durch die Blattstärke im Rezeptorenbereich und auch die Stärke der Rezeptoren bestimmt. Daher kann eine vorteilhafte hohe Masse des Stifts durch einen geeigneten Durchmesser erreicht werden. In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung hat der Rezeptor einen Durchmesser von ca. 20–30 mm, um einen Stift mit einem Durchmesser von 8–12 mm aufnehmen zu können. Since the pin fulfills an important function as electrical connection between receptor and plate, this should also have the highest possible mass. A maximum length of the pen is z. T. determined by the leaf thickness in the receptor area and the strength of the receptors. Therefore, an advantageous high mass of the pin can be achieved by a suitable diameter. In a particularly preferred variant of the invention, the receptor has a diameter of about 20-30 mm in order to be able to receive a pin with a diameter of 8-12 mm.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying figures with reference to embodiments. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blitzschutzvorrichtung; 1 an embodiment of a lightning protection device according to the invention;

2 eine perspektivische Darstellung einer Plattes aus 1; 2 a perspective view of a plate 1 ;

3 eine perspektivische Darstellung eines Stifts aus 1; 3 a perspective view of a pen 1 ;

4 eine perspektivische Darstellung eines Rezeptors aus 1; 4 a perspective view of a receptor 1 ;

5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blitzschutzvorrichtung 1; 5 a further embodiment of a lightning protection device according to the invention 1 ;

6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blitzschutzvorrichtung 1; 6 a further embodiment of a lightning protection device according to the invention 1 ;

7 einen Teil einer Blitzschutzvorrichtung nach dem Stand der Technik. 7 a part of a lightning protection device according to the prior art.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blitzschutzvorrichtung 1. Die Blitzschutzvorrichtung 1 ist in der Rotorblattspitze 21 eines Rotorblatts 2 eingebaut. Die Hauptbestandteile der Blitzschutzvorrichtung 1 in dieser Ausführungsform sind eine elektrisch leitfähige Platte 10, welche im Inneren 20 des Rotorblatts 2 untergebracht ist, und zwei elektrisch leitfähige Rezeptoren 12, die auf beiden Seiten des Rotorblatts 2 außen angebracht sind. 1 shows an embodiment of a lightning protection device according to the invention 1 , The lightning protection device 1 is in the rotor blade tip 21 a rotor blade 2 built-in. The main ingredients the lightning protection device 1 in this embodiment are an electrically conductive plate 10 which are inside 20 of the rotor blade 2 is housed, and two electrically conductive receptors 12 on both sides of the rotor blade 2 are attached outside.

Durch eine Durchbohrung in der Platte 10 kann der Stift 11 von außen durch die Platte 10 geschoben werden. Der Stift 11 hat an beiden Endbereichen 110 ein Außengewinde, und an beiden Endbereichen 110 ist jeweils ein Rezeptor 12 angeschraubt. Allein durch das Festschrauben der Rezeptoren 12 entsteht eine vorteilhafte nach innen gerichtete Zugkraft F, welche die Rezeptoren an die Unterlegscheiben 13 und die Unterlegscheiben 13 an die Platte zieht. Dadurch erfolgt eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen Rezeptoren 12 und Platte 10. Through a hole in the plate 10 can the pen 11 from the outside through the plate 10 be pushed. The pencil 11 has at both end areas 110 an external thread, and at both end areas 110 is each a receptor 12 screwed. Simply by tightening the receptors 12 creates an advantageous inward pulling force F, which the receptors to the washers 13 and the washers 13 pulls to the plate. This results in a reliable electrical connection between receptors 12 and plate 10 ,

Aufgrund der vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Blitzschutzvorrichtung 1 mit einer „nach außen verlagerten“ Kopplung bzw. Verschraubung kann die Platte 10 verhältnismäßig flach ausgearbeitet und entsprechend tief hinein in die Blattspitze 21 verlegt werden. Hierdurch wird ein vorteilhaft kurzer Abstand d₁ zwischen Rezeptor 12 und Blattspitze 21 ermöglicht. Due to the advantageous embodiment of the lightning protection device according to the invention 1 with a "shifted to the outside" coupling or screw the plate can 10 relatively flat and deep enough into the blade tip 21 be moved. This results in an advantageously short distance d ₁ between the receptor 12 and blade tip 21 allows.

2 zeigt eine perspektivische Darstellung der Platte 10 aus 1. Bevorzugt wird die Platte 10 an einem Stück aus einem geeigneten Metall ausgearbeitet. Die Abbildung zeigt, dass die Platte 10 verhältnismäßig breit und flach ist. In diesem Beispiel kann die Platte 10 eine Stärke S₁₀ von nur 3.0 mm aufweisen, so dass die Platte 10 bis weit in die Blattspitze untergebracht werden kann. Die Breite B₁₀ der Platte wird dann anhand des benötigten Leiterquerschnitts bestimmt. Beispielsweise kann eine Platte 10 aus Kupfer einen Leiterquerschnitt von 50 mm² aufweisen, so dass eine angemessene Breite B₁₀ von etwa 18 mm für dieses Beispiel gewählt werden könnte. Ein Loch 100 bzw. eine Durchgangsbohrung 100 wird gefräst oder gebohrt für die spätere Aufnahme des Stifts. Die Platte 10 ist bevorzugt aus einem relativ 'weichen' Material, z. B. Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Ein derart weiches Metall kann verwendet werden, da auf die Ausarbeitung eines Gewindes an der Durchgangsbohrung 100 verzichtet wird. Vielmehr kann die Durchgangsbohrung 100 eine einfache bzw. glatte Innenwand 101 aufweisen. Eine Blitzstromableitung 3 wird zwischen der Platte 10 und einem Klemmblock 4 mittels Schrauben 40 festgeklemmt. Hierdurch ist ein vorteilhafter Übergang zwischen Platte 10 und Blitzstromableitung 3 gewährleistet. Die Blitzstromableitung 3 kann über die Länge des Rotorblatts in Richtung Nabe geführt werden. Wie eingangs erwähnt, wird die Platte ohne scharfen Kanten gefertigt, um die Entstehung eines 'corona leaders' im Blattinneren zu verhindern. Ein 'leader' kann daher nur vom Rezeptor 12 aus entstehen, so dass ein Blitzeinschlag ausschließlich durch den Rezeptor 12 über die Platte 10 zur Blitzstromableitung 3 geleitet wird. 2 shows a perspective view of the plate 10 out 1 , The plate is preferred 10 worked on a piece of a suitable metal. The picture shows that the plate 10 is relatively wide and flat. In this example, the plate 10 have a thickness S ₁₀ of only 3.0 mm, leaving the plate 10 can be accommodated far into the blade tip. The width B _{10 of} the plate is then determined based on the required conductor cross-section. For example, a plate 10 of copper has a conductor cross section of 50 mm ² , so that an appropriate width B ₁₀ of about 18 mm could be chosen for this example. A hole 100 or a through hole 100 is milled or drilled for later inclusion of the pin. The plate 10 is preferably made of a relatively 'soft' material, for. As aluminum or an aluminum alloy. Such a soft metal can be used because of the elaboration of a thread on the through hole 100 is waived. Rather, the through hole 100 a simple or smooth inner wall 101 exhibit. A lightning current dissipation 3 will be between the plate 10 and a terminal block 4 by means of screws 40 clamped. This is an advantageous transition between plate 10 and lightning current dissipation 3 guaranteed. The lightning current dissipation 3 can be guided over the length of the rotor blade in the direction of the hub. As mentioned above, the plate is made without sharp edges to prevent the formation of a 'corona leaders' inside the blade. A 'leader' can therefore only from the receptor 12 emerge from, leaving a lightning strike solely through the receptor 12 over the plate 10 for lightning current dissipation 3 is directed.

3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Stifts 11 aus 1. Der Stift 11 kann am Stück aus einem geeigneten 'harten' Metall, z. B. aus korrosionsbeständigem Stahl, ausgearbeitet sein. An seinen beiden Endbereichen 110 weist der Stift 11 ein Außengewinde 111 auf. Dieses kann als linksdrehendes oder rechtsdrehendes Gewinde 111 ausgearbeitet sein. Wie bereits erwähnt, weisen beide Gewinde vorzugsweise die gleiche Drehung auf, z. B. die Gewinde sind in beiden Fällen rechtsdrehend. Im mittleren Bereich 112 – d. h. der später im Rotorblatt befindlicher Bereich – kann der Stift 11 eine einfache glatte Oberfläche aufweisen. Der Durchmesser D₁₁ des Stifts 11 wird anhand eines gewünschten Volumens (z. B. um einen bestimmten maximalen Blitzstrom führen zu können) und einer vorgegebenen Länge (z. B. der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Blattaußenseiten im Bereich des Stifts 11) bestimmt. 3 shows a perspective view of the pen 11 out 1 , The pencil 11 Can be made in one piece from a suitable 'hard' metal, z. B. made of corrosion-resistant steel. At both end areas 110 points the pen 11 an external thread 111 on. This can be as left-handed or right-handed thread 111 be worked out. As already mentioned, both threads preferably have the same rotation, z. B. the threads are clockwise in both cases. In the middle area 112 - ie the area later in the rotor blade - can the pin 11 have a simple smooth surface. The diameter D _{11 of} the pen 11 is calculated on the basis of a desired volume (eg to be able to carry a certain maximum lightning current) and a given length (eg the distance between the opposite outer sides of the sheet in the area of the pen 11 ) certainly.

4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rezeptors 12 aus 1. Dieser kann auch am Stück aus einem geeigneten 'harten' Metall, z. B. aus korrosionsbeständigem Stahl, ausgearbeitet sein. Der Rezeptor kann eine Höhe H₁₂ von 10–30 mm aufweisen. Der Rezeptor 12 weist eine Gewindebuchse 120 auf, mit einem Gewinde 121, welches zum Gewinde 111 am Endbereich 110 des Stifts 11 passend ausgearbeitet wurde. Somit kann der Rezeptor 12 einfach mit dem Stift 11 fest verschraubt werden. Weisen beide Außengewinde 111 die gleiche Drehung auf, können zwei Rezeptoren 12 einfach in entgegengesetzter Richtung auf den Stift aufgeschraubt werden. Hierdurch kann eine vorteilhaft hohe Kompression erreicht werden, so dass eine lang anhaltende Schraubverbindung entsteht. 4 shows a perspective view of a receptor 12 out 1 , This can also be a piece of a suitable 'hard' metal, z. B. made of corrosion-resistant steel. The receptor may have a height H ₁₂ of 10-30 mm. The receptor 12 has a threaded bush 120 on, with a thread 121 which to the thread 111 at the end area 110 of the pen 11 was worked out appropriately. Thus, the receptor can 12 just with the pen 11 be firmly screwed. Assign both external threads 111 the same rotation, two receptors can 12 simply screwed in the opposite direction to the pin. As a result, an advantageously high compression can be achieved, so that a long-lasting screw connection is formed.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blitzschutzvorrichtung 1. Die Abbildung zeigt einen konisch verlaufenden Stift 11' mit einem ersten, breiten Endbereich 113 und einem zweiten, schmalen Endbereich 110. Entsprechend werden Durchgangsöffnungen 213, 210 mit unterschiedlichen Durchmessern im Rotorblatt 2 ausgearbeitet. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Platte 10 einen konischen Durchgang 100' auf. Der Stift 11' kann somit von einer Seite des Rotorblatts 2 durch die Platte 10 geschoben werden. Der schmale Endbereich 110 ist wie oben beschrieben mit einem Außengewinde 111 versehen, so dass ein Rezeptor 12 aufgeschraubt werden kann, und eine Unterlegscheibe 13 zwischen Rezeptor 12 und Platte gewährleistet einen zufriedenstellenden elektrischen Kontakt. Der breite Endbereich 113 des „Kegels“ ist so ausgestaltet, dass er leicht über der Blattoberfläche absteht, und dient somit als Rezeptor 12'. Die konische Passform des breiten Endbereichs 113 bzw. des Durchgangs 100' bietet eine Gegenkraft beim Verschrauben, so dass der Stift 11' im mittleren Bereich gegen die Seitenwände des konischen Durchgangs 110' gepresst wird. Der entstehende Druck gewährleistet eine vorteilhafte elektrische Verbindung zwischen Rezeptoren, Stift 11' und Platte 10. Hier ist auch ein vorteilhaft kurzer Abstand d₁ zwischen Rezeptor 12, 12' und Blattspitze 21 möglich. 5 shows a further embodiment of a lightning protection device according to the invention 1 , The illustration shows a conical pencil 11 ' with a first, wide end area 113 and a second, narrow end region 110 , Accordingly, through holes 213 . 210 with different diameters in the rotor blade 2 elaborated. In this embodiment, the plate 10 a conical passage 100 ' on. The pencil 11 ' can thus from one side of the rotor blade 2 through the plate 10 be pushed. The narrow end area 110 is as described above with an external thread 111 provided so that a receptor 12 can be screwed on, and a washer 13 between receptor 12 and plate ensures a satisfactory electrical contact. The wide end area 113 of the "cone" is designed so that it protrudes slightly above the leaf surface, and thus serves as a receptor 12 ' , The conical fit of the wide end section 113 or the passage 100 ' provides a drag when screwing, leaving the pin 11 ' in the middle area against the side walls of the conical passage 110 ' is pressed. The resulting pressure ensures a favorable electrical connection between receptors, pen 11 ' and plate 10 , Here is also an advantageous short distance d ₁ between receptor 12 . 12 ' and blade tip 21 possible.

6 zeigt eine erfindungsgemäße Windturbine 5 mit drei Rotorblättern 2. Jedes Rotorblatt 2 weist in der Blattspitze 21 eine erfindungsgemäße Blitzschutzvorrichtung 1 auf. Ein Blitzeinschlag an einem Rezeptor 12 kann somit sicher zu einer Blitzstromableitung im Blattinneren geführt werden, um dann über eine Erdleitung 30 durch Nabe 50, Gondel 51 und Turm 52 in den Boden bzw. Meeresgrund geleitet zu werden. 6 shows a wind turbine according to the invention 5 with three rotor blades 2 , Every rotor blade 2 points in the leaf tip 21 a lightning protection device according to the invention 1 on. A lightning strike on a receptor 12 can thus safely be led to a lightning current dissipation in the blade interior, in order then via a ground line 30 through hub 50 , Gondola 51 and tower 52 be led into the ground or seabed.

7 zeigt einen Teil einer Blitzschutzvorrichtung nach dem Stand der Technik. Hier wird ein Block 70 im Blattinneren eingebaut und ein Rezeptor 71 außen am Rotorblatt 2 angebracht. Der Rezeptor 71 ist mit einem Gewindestift 72 versehen, welcher in eine Gewindebuchse 73 des Blocks 70 im Blattinneren eingeschraubt wird. Eine Blitzstromableitung 3 wird zwischen Block 70 und Blattinnenfläche geklemmt. Wie oben bereits erläutert, muss der Block 70 über ausreichend Masse verfügen, damit er dem Blitzstrom standhalten kann. Darüber hinaus muss der Block 70 eine für die Ausarbeitung der Gewindebuchse 73 ausreichende Materialstärke S₇₀ aufweisen, um den Gewindestift 72 zufriedenstellend aufnehmen zu können. Diese erforderliche Materialstärke S₇₀ führt wiederum dazu, dass der Block 70 – und folglich auch der Rezeptor 71 – einen unvorteilhaften großen Abstand d₇ zur Blattspitze 21 einnehmen müssen. 7 shows a part of a lightning protection device according to the prior art. Here is a block 70 built into the leaf interior and a receptor 71 outside on the rotor blade 2 appropriate. The receptor 71 is with a grub screw 72 provided, which in a threaded bushing 73 of the block 70 is screwed in the leaf interior. A lightning current dissipation 3 is between block 70 and leaf inner surface pinched. As explained above, the block must 70 have sufficient mass to withstand the lightning current. In addition, the block needs 70 one for the preparation of the threaded bush 73 have sufficient material thickness S ₇₀ to the grub screw 72 to be able to record satisfactorily. This required material thickness S ₇₀ in turn causes the block 70 - and consequently the receptor 71 - An unfavorable large distance d ₇ to the blade tip 21 have to take.

Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den zuvor beschriebenen Aufbauten um Ausführungsbeispiele handelt und dass das Grundprinzip auch in einem weiten Bereich vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Insbesondere ist es möglich, die Form der Hauptkomponenten – nämlich Platte, Stift und Rezeptor – beliebig zu gestalten. Es können mehrere Stifte durch eine Platte hindurch geführt werden; ein länglich geformter Rezeptor kann an zwei Stiften angebracht werden, usw. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. It is finally pointed out again that it is in the structures described above to exemplary embodiments and that the basic principle can be varied within a wide range by those skilled in the art, without departing from the scope of the invention, as far as it is specified by the claims. In particular, it is possible to make the shape of the main components - namely plate, pen and receptor - arbitrary. Several pins can be passed through a plate; an elongate shaped receptor can be attached to two pins, etc. It is also noted for the sake of completeness that the use of the indefinite article "on" does not preclude that the features in question can also be present several times.

Claims

Lightning protection device ( 1 ) for a rotor blade ( 2 ) of a wind turbine, with - an electrically conductive plate ( 10 ) for incorporation inside ( 20 ) of the rotor blade ( 2 ), and - one through the plate ( 10 ) guided electrically conductive pen ( 11 . 11 ' ), which at least one outer, with a first coupling element ( 111 ) end region ( 110 ), and - at least one with a second coupling element ( 121 ) provided electrically conductive receptor ( 12 ), where a receptor ( 12 ) by means of first and second coupling elements ( 111 . 121 ) with the pen ( 11 . 11 ' ) is coupled.

Lightning protection device according to claim 1, characterized in that first and second coupling elements ( 111 . 121 ) complementary threads ( 111 . 121 ) exhibit.

Lightning protection device according to claim 1 or 2, characterized in that the first coupling element ( 111 ) an external thread ( 111 ) and the second coupling element ( 121 ) an internal thread ( 121 ).

Lightning protection device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pin ( 11 . 11 ' ) from outside the rotor blade ( 2 ) through the recording block ( 10 ) is passed.

Lightning protection device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the plate ( 10 ) a smooth through-hole ( 100 ) for receiving the pen ( 11 . 11 ' ) having.

Lightning protection device according to claim 5, with at least one washer ( 13 ) for forming an electrical contact between plate ( 10 ) and receptor ( 12 ).

Lightning protection device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pin ( 11 ) two on the opposite outer surfaces of the rotor blade ( 2 ) outer end regions ( 110 ) having.

Lightning protection device according to claim 7, characterized in that the threads at the end regions ( 110 ) of the pen ( 11 ) have the same direction of rotation.

Lightning protection device according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the receptor ( 12 ) a solid ( 12 ) of stainless steel.

Lightning protection device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the plate ( 10 ) in the extreme end of the leaf tip ( 21 ) is embedded.

Lightning protection device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the plate ( 10 ) has a maximum thickness (S ₁₀ ) of 5.0 mm.

Lightning protection device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the pin ( 11 ) has a diameter (D ₁₁ ) of at least 8.0 mm.

Lightning protection device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the plate ( 10 ) inside the blade with a lightning arrester ( 3 ) is electrically connected.

Rotor blade ( 2 ) with at least one lightning protection device ( 1 ) according to claims 1 to 13.

Wind turbine ( 4 ) with at least one rotor blade ( 2 ) according to claim 14.