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Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage umfassend wenigstens ein rotierbar gehaltenes, von einer Blattwurzel in Richtung einer Blattspitze langgestreckt ausgebildetes Rotorblatt mit einer Erosionsschutzanordnung, wobei die Erosionsschutzanordnung einen entlang einer Vorderkante des Rotorblatts erstreckten Vorderkantenschutz vorsieht und wobei die Vorderschutzkante an einer als formgebenden Komponente für das Rotorblatt dienenden Schale des Rotorblatts festgelegt ist.
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Die Effizienz einer Windenergieanlage wird entscheidend von der Oberflächenbeschaffenheit und der Geometrie der Rotorblätter beeinflusst. Dabei sind die Rotorblätter aufgrund von Regen, Staub und Hagel einerseits sowie aufgrund der dynamischen Beanspruchung während des Betriebs und der auftretenden Belastungen durch (Meer-)Salz, Temperaturwechsel und UV-Strahlung andererseits extremen Belastungen ausgesetzt. Während des über 20-jährigen Betriebs von Windenergieanlagen unterliegen die Rotorblätter sehr hohen Lastwechselzahlen bei gleichzeitig relativ hohen Dehnungsniveaus. Dies führt zu einer zusätzlichen Materialermüdung der Oberflächenbeschaffenheit. Insbesondere eine Rissbildung und ein Materialabtrag (Erosion) im Bereich der Oberflächen der Rotorblätter führen dabei zu aerodynamischen nachteiligen Veränderungen. In Bezug auf den Materialabtrag sind die Rotorblätter von Windenergieanlagen im Betrieb insbesondere im Bereich einer während der Rotation angeströmten Vorderkante und im Bereich der mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Blattspitze stark belastet. Darüber hinaus kann ein Materialabtrag auch im Bereich einer der Vorderkante gegenüberliegenden Hinterkante der Rotorblätter beobachtet werden. Der Erosionsverschleiß mit seiner abrasiven Wirkung beeinträchtigt insbesondere die Aerodynamik der Windenergieanlage und ihren Wirkungsgrad negativ. Dadurch erhöht sich der Wartungs- beziehungsweise Instandsetzungsaufwand.
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In der Praxis ist man bestrebt, dem Erosionsverschleiß durch das Vorsehen einer widerstandfähigen Lackierung oder durch das Aufkleben von Abrasionsschutzfolien zu begegnen beziehungsweise entgegenzuwirken und so die Standzeit der Rotorblätter zu erhöhen. Jedoch halten die Lacke beziehungsweise Folien der Beanspruchung nur wenige Jahre stand. Anschließend ist dann gleichwohl eine aufwendige Instandhaltung fällig.
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Ebenso ist beispielsweise aus der
EP 1 995 412 A2 bekannt, die Vorderkante des Rotorblatts mit einem langgestreckten Profilkörper zu schützen. Der langgestreckte Profilkörper ist als Galvanoformteil einstückig beziehungsweise einteilig ausgeführt. Er weist eine Härte von 608 HV oder mehr auf. Zur Realisierung dieser Härte ist der Profilkörper aus einer Legierung mit Kobalt und Phosphor realisiert. Der Profilkörper hat in der Praxis jedoch bisher keine weite Verbreitung gefunden.
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Darüber hinaus muss zur Gewährleistung der Lebensdauer von Windenergieanlagen ein ausreichender Blitzschutz realisiert sein. In der Praxis wird der Blitzschutz bis heute üblicherweise realisiert, indem über die Oberfläche des Rotorblatts verteilt eine Mehrzahl von Rezeptoren vorgesehen wird, welche mit einem im Inneren des Rotorblatts vorgesehenen elektrischen Leiter kontaktiert sind und im Bereich der Blattwurzel mit einem elektrisch leitenden, geerdeten Blitzableiter verbunden sind. Darüber hinaus ist beispielsweise aus der
DE 44 36 197 A1 und der
EP 1 830 063 A1 bekannt, als Rezeptoren wirkende metallische Streifen langgestreckt an dem Rotorblatt vorzusehen und die langgestreckten Streifen mit dem im Inneren des Rotorblatts vorgesehenen elektrischen Leiter zu verbinden. Die Rezeptoren sind insbesondere einstückig beziehungsweise einteilig realisiert und langgestreckt gebildet. Sie sind beispielsweise aus Vollmaterial realisiert und im Bereich der Vorderkante beziehungsweise der Hinterkante des Rotorblatts appliziert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Windenergieanlage bereitzustellen, deren Rotorblätter besser gegen Erosionsverschleiß einerseits und unkontrollierten Blitzeinschlägen andererseits geschützt ist.
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Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Vorderkantenschutz mehrteilig ausgebildet ist mit einer Mehrzahl von einzelnen, einander entlang der Vorderkante benachbart zugeordneten Schutzsegmenten.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Segmentierung eine anlagen-, rotorblatt- beziehungsweise standortspezifische Optimierung und Anpassung des Vorderkantenschutzes erlaubt. Durch das Vorsehen des segmentierten Vorderkantenschutzes ist der Erosion wirkungsvoll begegnet. Zugleich ist eine erhöhte Flexibilität beziehungsweise Nachgiebigkeit bereitgestellt, welche es erlaubt, die auf das Rotorblatt wirkenden mechanischen Wechselbelastungen standzuhalten. Die hohen mechanischen Wechselbelastungen stammen einerseits aus den sich ändernden Windlasten und andererseits aus der Belastung durch das Eigengewicht bei einem rotierenden Rotor. Zudem sind die Schutzsegmente aufgrund der geringen Größen im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten einstückigen beziehungsweise einteiligen Lösungen kostengünstig zu fertigen und einfach zu applizieren. Es ist dabei so, dass eine Größe der zueinander benachbart angeordneten Schutzsegmente belastungsabhängig gewählt beziehungsweise festgelegt wird. Beispielsweise erfolgt die Applikation der Schutzsegmente mittels eines Klebstoffs. Die mechanische (Scher-)Belastung im Bereich des Klebstoffs (Verklebung der Schutzsegemente mit der Schale des Rotorblatts) und in den Schutzsegmenten selbst sind infolge der segmentierten Ausbildung für jedes einzelne Schutzsegment des Vorderkantenschutzes geringer als bei der einstückigen beziehungsweise einteilig Ausführung. Die Mehrteiligkeit erlaubt insofern eine Ausgleichsbewegung beziehungsweise Verschiebung der Schutzsegmente zueinander beziehungsweise voneinander während des Betriebs, was zu einer mechanischen Entlastung und somit zu einer geringeren Materialbeanspruchung führt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sieht die Erosionsschutzanordnung zusätzlich zu dem Vorderkantenschutz einen im Bereich der Blattspitze an der Schale des Rotorblatts festgelegten Blattspitzenschutz beziehungsweise einen Hinterkantenschutz vorsehen, welcher sich entlang einer der Vorderkante gegenüberliegenden Hinterkante des Rotorblatts erstreckt. Der Blattspitzenschutz schließt sich bevorzugt unmittelbar an den Vorderkantenschutz und/oder den Hinterkantenschutz an. Insbesondere der Hinterkantenschutz kann wie der Vorderkantenschutz mehrteilig und segmentiert ausgebildet sein mit einer Mehrzahl von Schutzsegmenten, welche einander benachbart zugeordnet sind. Der Blattspitzenschutz kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
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Die einzelnen Komponenten (Schutzsegment, Blattspitzenschutz, Vorderkantenschutz, Hinterkantenschutz) der Erosionsschutzanordnung sind nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Galvanoformteile urformend hergestellt. Insbesondere wird eine elektrisch leitende metallische Legierung zur Herstellung der Komponenten verwendet, welche zwischen 70 % und 100 % Nickel, zwischen 0 % und 30 % Kobalt und Sacharin aufweist. Optional können weitere Komponenten vorgesehen werden. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Komponenten phosphorfrei realisiert.
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Im Sinne der Erfindung ist ein Galvanoformteil dadurch gekennzeichnet, dass allein durch das Abscheiden der metallischen Legierung das gesamte Bauteil urformend hergestellt wird. Auf Tragkomponenten, welche galvanisch beschichtet werden und in dem fertigen Bauteil verbleiben, wird bei einem Galvanoformteil verzichtet. Das Abscheiden erfolgt insofern auf einen Formkörper, welcher nach der Herstellung entfernt wird. Zur Anwendung kommt insofern kein klassisches galvanisches Beschichtungsverfahren, bei dem lediglich die Oberfläche eines formgebenden Bauteils durch eine Galvanobeschichtung hergestellt wird.
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Nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die verschiedenen Komponenten der Erosionsschutzanordnung eine unterschiedliche stoffliche Zusammensetzung aufweisen, welche insbesondere entsprechend der individuellen Belastungssituation gewählt ist. Hierbei ist berücksichtigt, dass die mechanische Abrasionsbelastung beziehungsweise der mechanische Verschleiß im Bereich der Blattspitze größer ist als in einem blattwurzelnahen Bereich. Insofern kann die Härte des Blattspitzenschutzes besonders hoch gewählt werden, während die Härte der blattwurzelnahen Schutzsegmente des Vorderkantenschutzes beziehungsweise des Hinterkantenschutzes geringer ist. Insbesondere kann die Härte beeinflusst werden durch die Zugabe von Kobalt. Der Blattspitzenschutz kann insofern mehr Kobalt aufweisen als die blattwurzelnahen Schutzsegmente des Vorderkantenschutzes beziehungsweise Hinterkantenschutzes.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann eine in Richtung einer Blattlängsrichtung oder entlang der Vorderkante der Hinterkante des Rotorblatts bestimmte Länge der einzelnen Schutzsegmente variieren. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Schutzsegmente, welche im Bereich der Blattspitze vorgesehen sind, länger ausgebildet sind als die Schutzsegmente, welche in einem mittleren Bereich des Rotorblatts oder blattwurzelnah appliziert sind. Durch die individuelle Länge der Schutzsegmente kann der unterschiedlichen mechanischen Belastung und der unterschiedlichen Dehnung beziehungsweise Verformung Rechnung getragen werden. Die Verformung ist in der Praxis im Bereich der Blattspitze kleiner als in dem mittleren Bereich des Rotorblatts oder im Bereich der Blattwurzel.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann eine Dicke beziehungsweise Wandstärke der einzelnen Komponenten der Erosionsschutzanordnung belastungsabhängig gewählt werden. Beispielsweise können die im Bereich der Blattspitze vorgesehenen Schutzsegmente oder der Blattspitzenschutz selbst eine große Dicke beziehungsweise Wandstärke aufweisen, wohingegen die Dicke beziehungsweise Wandstärke der Schutzsegmente in Richtung der Blattwurzel abnimmt. Insbesondere kann die Dicke beziehungsweise Wandstärke eines einzelnen Schutzsegmentes konstant sein oder variieren. Gleiches gilt für den Blattspitzenschutz. Die Dicke beziehungsweise Wandstärke wird hierbei senkrecht zur Innenseite des Schutzsegments und/oder des Blattspitzenschutzes bestimmt.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die einzelnen Komponenten der Erosionsschutzanordnung in Bezug auf ihre Materialzusammensetzung beziehungsweise die daraus resultierenden Härte und in Bezug auf ihre Länge und/oder in Bezug auf ihre Dicke beziehungsweise Wandstärke applikationsspezifisch und entsprechend ihrer Belastung optimiert. Es können beispielsweise vergleichsweise lang ausgebildete Schutzsegmente mit einer großen Härte und Dicke benachbart zu der Blattspitze vorgesehen werden, wohingegen sich die Länge, Härte und/oder Dicke der Schutzsegmente in Richtung der Blattwurzel reduziert.
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Die Schutzsegmente des Vorderkantenschutzes und die Schutzsegmente des Hinterkantenschutzes sind so ausgeführt, dass sie unmittelbar benachbart zueinander beziehungsweise unmittelbar benachbart zum Blattspitzenschutz an der als formgebenden Komponente des Rotorblatts dienenden Schale festgelegt werden. Die Schutzsegmente weisen hierbei eine der Schale zugewandte Innenseite und eine der Innenseite gegenüberliegende Außenseite auf. Im Bereich der Innenseite der Schutzsegmente ist ein flächiger ausgeführter Verbindungsabschnitt ausgebildet. Im Bereich des Verbindungsabschnitts sind die Schutzsegmente mit der Schale des Rotorblatts verklebt.
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Wenigstens einzelne Schutzsegmente weisen benachbart zum Verbindungsabschnitt im Bereich der Innenseite einen Überdeckungsabschnitt auf. Der Überdeckungsabschnitt ist wie der Verbindungsabschnitt flächig ausgebildet. Eine Verklebung ist im Bereich des Überdeckungsabschnitts nicht vorgesehen. Stattdessen greift der Überdeckungsabschnitt auf die Außenseite eines benachbarten Schutzsegments. Die benachbarten Schutzsegmente sind insofern einander schuppenartig beziehungsweise nach Art von Dachpfannen teilüberlappend zugeordnet. Infolge der schuppenartigen beziehungsweise teilüberlappenden Anordnung bilden sich Dehnungsfugen, welche eine höhere Elastizität für die Erosionsschutzanordnung zulassen und einen Ausgleich der während des Betriebs auftretenden Verformungen beziehungsweise Dehnungen am Rotorblatt erlaubt, ohne dass sich lokal eine Lücke in der Erosionsschutzanordnung bildet oder die Erosionsschutzanordnung selbst sich in unzulässig starker Weise verformt. Ein umfassender beziehungsweise nahtloser Erosionsschutz und ein Blitzschutz sind insofern auch bei Volllastbetrieb und maximalen Verformungswerten gewährleistet.
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In analoger Weise kann eine Überdeckung im Übergangsbereich zwischen dem Vorderkantenschutz und dem Blattspitzenschutz oder im Übergangsbereich zwischen dem Blattspitzenschutz und dem Hinterkantenschutz realisiert sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das dem Blattspitzenschutz zugeordnete, äußerste Schutzsegment des Vorderkantenschutzes einen auf dem Blattspitzenschutz ragenden Überdeckungsabschnitt vorsieht und das an dem korrespondierten angeordneten äußersten Schutzsegment des Hinterkantenschutzes ein Überdeckungsabschnitt ausgebildet ist, welcher ebenfalls auf den Blattspitzenschutz ragt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Schutzsegmente des Vorderkantenschutzes beziehungsweise die Schutzsegmente des Hinterkantenschutzes einander berührend zugeordnet. Die Berührung kann beispielsweise im Bereich benachbarter Stirnseiten der Schutzsegmente oder bevorzugt zwischen dem Überdeckungsabschnitt eines ersten Schutzsegments einerseits und der Außenseite eines benachbarten zweiten Schutzsegments andererseits ausgebildet sein. Ebenso ist in analoger Weise ein Kontakt zwischen dem Vorderkantenschutz und dem Blattspitzenschutz einerseits und dem Blattspitzenschutz und dem Hinterkantenschutz andererseits gebildet. Die Überlappung kann dabei sowohl in Richtung einer Rotorblattinnenseite als auch in Richtung einer Rotorblattaußenseite ausgeführt sein.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann im Bereich des Vorderkantenschutzes und/oder des Hinterkantenschutzes und/oder des Blattspitzenschutzes ein elektrisch leitendes Verbindungselement durch die Schale der Rotorblatts zu einem elektrischen Leiter geführt werden, welcher in einem innenliegenden Hohlraum der Schale vorgesehen ist und dort bis in den Bereich der Blattwurzel geführt wird. Vorteilhaft ergibt sich durch das Vorsehen der mechanischen Verbindung der Komponenten der Erosionsschutzanordnung und das elektrisch leidende Verbinden der Erosionsschutzanordnung mit dem innenliegenden elektrischen Leiter die Möglichkeit, elektrische Energie nach einem Blitzeinschlag kontrolliert abzuleiten. Die Erosionsschutzanordnung ist dabei aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt wirkt insofern zugleich als ein flächiger beziehungsweise langgestreckter Rezeptor für Blitzeinschläge. Sie gewährleistet einen nahtlosen Schutz vor Erosion einerseits und Blitzeinschlag andererseits gleichermaßen. Optional kann hierbei vorgesehen werden, dass eine elektrische Kontaktierung des in dem Hohlraum der Schale geführten elektrischen Leiters durch eine Mehrzahl von verteilt im Bereich der Erosionsschutzanordnung vorgesehenen leitenden Verbindungselementen realisiert ist oder dass einer Mehrzahl von elektrisch leitenden Verbindungselementen eine Mehrzahl von in dem Hohlraum zumindest abschnittsweise getrennt geführten elektrischen Leitern zugeordnet ist. Im Bereich der Blattwurzel werden die elektrischen Leiter in an sich bekannter Weise kontaktiert.
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Aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen. Dort erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter.
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Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage mit drei in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, langgestreckt ausgebildeten Rotorblättern,
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2 eine perspektivische Ansicht eines Rotorblatts der Windenergieanlage mit einer erfindungsgemäßen Erosionsschutzanordnung, wobei die Erosionsschutzanordnung einen Vorderkantenschutz, einen Blattspitzenschutz und einen Hinterkantenschutz vorsieht,
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3 eine vergrößerte Darstellung der an dem Rotorblatt montierten Erosionsschutzanordnung, wobei der Vorderkantenschutz und der Hinterkantenschutz jeweils segmentiert ausgebildet sind und eine Mehrzahl von einander benachbart zugeordneten Schutzsegmenten aufweisen,
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4 einen Querschnitt durch das Rotorblatt mit der erfindungsgemäßen Erosionsschutzanordnung nach den 2 und 3,
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5 eine Schnittdarstellung des Vorderkantenschutzes der Erosionsschutzanordnung,
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6 eine Schnittdarstellung des Hinterkantenschutzes der Erosionsschutzanordnung,
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7 eine Detailvergrößerung von zwei Schutzsegmenten des Vorderkantenschutzes, welche mit einer Schale des Rotorblatts verklebt sind und einander teilüberlappend zugeordnet sind,
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8 eine Detailvergrößerung eines der beiden Schutzsegmente der Erosionsschutzanordnung nach 7 und
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9 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Befestigungspunkt, über den die Erosionsschutzanordnung zur Realisierung eines Blitzschutzes elektrisch leitend mit einem elektrischen Leiter verbunden ist, der in einem Hohlraum des Rotorblatts vorgesehen ist.
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Eine erfindungsgemäße Windenergieanlage gemäß 1 umfasst einen Turm 2, ein an einem oberen Ende des Turms 2 drehbar gehaltenes Maschinenhaus 1 sowie drei in einer im Wesentlichen vertikal erstreckten Rotationsebene unter einem Winkel von 120° zueinander gehaltenen und von dem Maschinenhaus 1 abragenden Rotorblättern 3. Die Rotorblätter 3 sind rotierbar gehalten in Bezug auf eine nicht dargestellte Nabe.
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Ein einzelnes Rotorblatt 3 der Windenergieanlage ist in den 2 und 3 dargestellt. Das Rotorblatt 3 ist von einer Blattwurzel 4 in Richtung einer Blattspitze 5 langgestreckt ausgebildet und sieht eine Erosionsschutzanordnung vor. Als formgebende Komponente des Rotorblatts ist eine Schale 12 vorgesehen, vergleiche 4. Die Schale 12 definiert einen innenliegenden Hohlraum 30. Zur Stabilisierung des Rotorflügels 3 sind in dem innenliegenden Hohlraum 30 Versteifungselemente 13 angeordnet.
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Die Erosionsschutzanordnung umfasst einen an der Blattspitze 5 montierten Blattspitzenschutz 11, einen entlang einer während der Rotation angesteuerten Vorderkante 6 des Rotorblatts 3 langgestreckt ausgebildeten Vorderkantenschutz 7 sowie einen Hinterkantenschutz 10, welcher sich entlang einer der Vorderkante gegenüberliegenden Hinterkante 9 des Rotorblatts 3 erstreckt. Der Vorderkantenschutz 7 und der Hinterkantenschutz 10 sind unmittelbar benachbart zu dem Blattspitzenschutz 11 vorgesehen. Der Vorderkantenschutz 7 und der Hinterkantenschutz 10 erstrecken sich vorliegend exemplarisch über etwa 35 % einer in eine Blattlängsrichtung 8 bestimmten Länge des Rotorblatts 3. Eine Querschnittsgeometrie des Rotorblatts 3 variiert in die Blattlängsrichtung 8. Jeweils ist die Querschnittsgeometrie des Rotorblatts 3 in aerodynamisch optimierter Form gestaltet. Es können in die Blattlängsrichtung 8 und quer hierzu verteilt eine Mehrzahl von Versteifungselementen 13 vorgesehen werden.
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Nach einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung können sich der Vorderkantenschutz 7 und/oder der Hinterkantenschutz 10 über eine beliebige Teilstrecke der Vorderkante 6 und/oder der Hinterkante 9 erstrecken. Beispielsweise können sich der Vorderkantenschutz 7 und der Hinterkantenschutz 10 über die gesamte Vorderkante 6 und/oder die gesamte Hinterkante 9 erstrecken.
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Wie in 4 dargestellt, sind an der Schale 12 im Bereich der Vorderkante 6 zur Aufnahme des Vorderkantenschutzes 7 und im Bereich der Hinterkante 9 zur Aufnahme des Hinterkantenschutzes 10 Ausnehmungen gebildet, welche so gestaltet sind, dass nach dem Festlegen des Vorderkantenschutzes 7 und des Hinterkantenschutzes 10 eine glatte, aerodynamisch geformte Oberfläche gebildet ist. In analoger Weise ist an der Schale 12 des Rotorblatts 3 im Bereich der Blattspitze 5 eine Ausnehmung ausgeformt, an die der Blattspitzenschutz 11 in gleicher Weise angesetzt ist. Der Blattspitzenschutz 11 ist insofern schalenartig gebildet mit einer Aufnahmeöffnung für die Schale 12.
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Nach einer alternativen, nicht dargestellten Aufführungsform der Erfindung kann auf das Vorsehen der Ausnehmungen verzichtet werden. Jedenfalls einzelnen Komponenten der Erosionsschutzanordnung können dann ohne Ausnehmungen auf das Rotorblatt 3 aufgebracht werden. Vorteilhaft ist diese Variante beispielsweise für eine Nachrüsteinheit für Bestandsanlagen.
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Die 5 und 6 zeigen den Vorderkantenschutz 7 und den Hinterkantenschutz 10 im Querschnitt. Der Vorderkantenschutz 7 ist im Querschnitt sichelförmig gebildet. Formbestimmend sind eine im montierten Zustand der Schale 12 des Flügels 3 zugewandte Innenseite 17 sowie eine der Innenseite 17 gegenüberliegende Außenseite 18. Eine im Querschnitt des Vorderkantenschutzes 7 senkrecht zur Innenseite 17 bestimmte Dicke beziehungsweise Wandstärke variiert über den Querschnitt. Sie ist im Bereich der freien Enden des Vorderkantenschutzes minimal in einem mittleren Scheitelbereich maximal. Die Dicke beziehungsweise Wandstärke variiert je nach Erosionsbelastung. Beispielsweise beträgt die Dicke beziehungsweise Wandstärke im Bereich des Scheitels zwischen 0,4 mm und 2 mm. Bevorzugt liegt die Dicke beziehungsweise Wandstärke im Bereich des Scheitels zwischen 0,8 mm und 1 mm.
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Der Hinterkantenschutz 10 ist durch zwei im Wesentlichen linear erstreckte und im Bereich der Hinterkante 9 spitz zulaufende Schenkel gebildet, welche in einem spitzen Winkel zueinander angestellt sind. Die Dicke beziehungsweise Materialstärke des Hinterkantenschutzes 10 variiert wie vorstehend beschrieben im Querschnitt derart, dass eine minimale Materialstärke im Bereich der freien Enden der Schenkel und eine maximale Materialstärke im Bereich der Hinterkante 9 realisiert ist. Einander zugewandte Innenflächen der Schenkel definieren die an die Schale 12 des Rotorblatts 3 angelegte Innenseite 28. Der Innenseite 28 gegenüberliegend ist an dem Hinterkantenschutz 10 eine flächig ausgebildete Außenseite 29 gebildet. Die Außenseite 18 des Vorderkantenschutzes 7 und die Außenseite 29 des Hinterkantenschutzes 10 sind dabei aerodynamisch vorteilhaft geformt. Die Querschnittsgeometrie des Vorderkantenschutzes 7 und des Hinterkantenschutzes 10 ist analog zur Geometrie der Schale 12 des Rotorblatts 3 in die Blattlängsrichtung 8 variabel gestaltet.
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7 zeigt exemplarisch eine Detailvergrößerung eines Längsschnitts durch den Vorderkantenschutz 7 der Erosionsschutzanordnung. Es ist hierbei erkennbar, dass der Vorderkantenschutz 7 mehrteilig beziehungsweise segmentiert ausgebildet ist. Der Vorderkantenschutz 7 umfasst eine Mehrzahl von Schutzsegmenten, von denen exemplarisch ein erstes Schutzsegment 14 und ein zweites Schutzsegment 15 dargestellt sind. Insbesondere in der Detailansicht des zweiten Schutzsegments 15 nach 8 ist zu erkennen, dass im Bereich der der Schale 12 zugewandten Innenseite 17 des zweiten Schutzsegments 15 ein flächig ausgebildeter Verbindungsabschnitt 19 realisiert ist. Benachbart zu dem Verbindungsabschnitt 19 ist an der Innenseite 17 ein Überdeckungsabschnitt 20 ausgebildet. Im Bereich des Überdeckungsabschnitts 20 ist bezogen auf den Verbindungsabschnitt 19 ein Versatz gebildet, welcher geometrisch auf die Dicke beziehungsweise Materialstärke des benachbarten ersten Schutzsegments 14 abgestimmt ist. Die Schutzsegmente 14, 15 des Vorderkantenschutzes 7 sind mit der Schale 12 des Rotorblatts 3 im Bereich des Verbindungsabschnitts 19 verklebt. Zur Herstellung der Klebeverbindung ist zwischen der Schale 12 und den Schutzsegmenten 14, 15 des Vorderkantenschutzes 7 eine Klebeschicht 16 vorgesehen.
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Die Schutzsegmente 14, 15 berühren einander. Die Berührung ist realisiert zwischen dem Überdeckungsabschnitt 20 des zweiten Schutzsegments 15 und der Außenseite 18 des ersten Schutzsegments 14. Das zweite Schutzsegment 15 ragt hierzu schuppenartig beziehungsweise nach Art einer Dachpfanne randseitig auf das benachbarte erste Schutzsegment 14. Die Schutzsegmente 14, 1 sind dann teilüberlappend angeordnet, und es ist ein geschlossener, nahtloser Vorderkantenschutz 7 durch die Mehrzahl der Schutzsegmente 14, 15 gebildet.
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Wie der Vorderkantenschutz 7 kann auch der Hinterkantenschutz 10 überlappend angeordnete und in Bezug auf die Dicke beziehungsweise Wandstärke, die Länge und die Härte belastungsgerecht gestaltete Schutzsegmente aufweisen. Die Darstellung der Schutzsegmente 14, 15 des Vorderkantenschutzes 7 ist insofern nur exemplarisch.
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Die Komponenten der Erosionsschutzanordnung (Vorderkantenschutz 7 mit den Schutzsegmenten 14, 15, segmentiert ausgebildeter Hinterkantenschutz 10, Blattspitzenschutz 11) sind als Galvanoformteile aus einer metallischen Legierung elektrisch leitend gebildet. Bevorzugt ist die metallische Legierung phosphorfrei realisiert mit 70 % bis 100 % Nickel, 0 % bis 30 Kobalt und Sacharin. Eine Härte (Vickers-Härte HV) der Komponenten der Erosionsschutzanordnung liegt im Bereich von 200 HV 0,5 bis 550 HV 0,5 (Messzeit zwischen zehn und fünfzehn Sekunden). Die Härte der einzelnen Komponenten der Erosionsschutzanordnung kann dabei unterschiedlich sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Härte des Blattspitzenschutzes 11 durch die Beigabe von mehr Kobalt größer ist als die Härte des Vorderkantenschutzes 7 und/oder des Hinterkantenschutzes 10. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Schutzsegmente 14, 15 des Vorderkantenschutzes 7 und/oder die Schutzsegmente des Hinterkantenschutzes 10 unterschiedlich hart ausgebildet sind. Hierbei können insbesondere blattspitzenschutznah verbaute Schutzsegmente eine größere Härte aufweisen als Schutzsegmente, welche blattwurzelnah vorgesehen sind. Die Wahl der Härte korrespondiert insofern zu der Abrasionsbelastung, welche aufgrund der dynamischen Verhältnisse und insbesondere der Rotationsgeschwindigkeit im Bereich der Blattspitze 5 größer ist als in den blattwurzelnahen Bereichen des Rotorblatts 3. In analoger Weise kann eine Länge der Schutzsegmente 14, 15 unterschiedlich gestaltet sein. Beispielsweise kann eine entlang der Vorderkante 6 beziehungsweise der Hinterkante 9 oder in die Blattlängsrichtung 8 bestimmte Länge der Schutzsegmente 14, 15 beanspruchungsgerecht gewählt werden. Insbesondere kann die Länge der blattspitzennahen Schutzsegmente größer sein als die Länge der blattwurzelnahen Schutzsegmente. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die Dehnung beziehungsweise Verformung des Rotorblatts 3 im Bereich der Blattspitze 5 kleiner ist als im mittleren Bereich des Rotorblatts 3 beziehungsweise im Bereich der Blattwurzel 4 und dass die Härte der blattspitzennahen Komponenten der Erosionsschutzanordnung besonders hoch ist.
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Wie vorliegend ausgeführt dient die Erosionsschutzanordnung dem naht- beziehungsweise lückenlosen Schutz des Rotorblatts 3 vor Erosion. Zusätzlich kann infolge der Realisierung der Komponenten der Erosionsschutzanordnung aus einem elektrisch leitfähigen, metallischen Werkstoff systemimmanent ein Schutz vor Blitzeinschlägen realisiert werden. Die metallischen Komponenten der Erosionsschutzanordnung dienen hierbei als Rezeptoren für Blitzeinschläge. Eine kontrollierte Ableitung des Blitzes erfolgt durch eine elektrisch leitende Verbindung der Komponenten der Erosionsschutzanordnung mit einem in dem Hohlraum 30 des Rotorblatts 3 vorgesehen elektrischen Leiter 27 im Bereich eines Befestigungspunkts 21. Wie in 9 dargestellt, ist zur Realisierung der elektrisch leitenden Verbindung ein vorliegend durch eine Senkkopfschraube realisiertes Verbindungselement 22 vorgesehen, welches durch den Blattspitzenschutz 11, die Klebeschicht 16 und die Schale 12 des Rotorblatts 3 bis in den Hohlraum 30 geführt ist. Der elektrische Leiter 27 ist dann über einen Kontaktring 25 mit den Verbindungselement 22 verbunden. Hergestellt ist die Verbindung über eine zwischen der Schale 12 und dem Kontaktring 25 vorgesehene Unterlegscheibe 24 und eine dem Kontaktring 25 auf einer der Unterlegscheibe 24 gegenüberliegenden Seite zugeordnete Mutter 26, welche an einem Gewindeabschnitt 23 des Verbindungselements 22 festgelegt ist. Der elektrische Leiter 27 ist im Bereich des Hohlraums 30 bis zu der Blattwurzel 4 geführt und dort in an sich bekannter Weise elektrisch kontaktiert.
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Lediglich exemplarisch ist der Befestigungspunkt 21 im Bereich des Blattspitzenschutzes 5 realisiert. Es kann grundsätzlich vorgesehen sein, den Befestigungspunkt 21 im Bereich des Vorderkantenschutzes 7 beziehungsweise des Hinterkantenschutzes 10 zu realisieren oder eine Mehrzahl von Befestigungspunkten 21 über die Erosionsschutzanordnung verteilt vorzusehen, wobei die Mehrzahl der Befestigungspunkte 21 jeweils einen von der Erosionsschutzanordnung bis zu dem Hohlraum 30 geführtes Verbindungselement 22 vorsehen, welches elektrisch leitend mit dem Leiter 27 verbunden ist.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Befestigungspunkten 21 vorgesehen ist, welche mit getrennten elektrischen Leitern 27 verbunden sind, wobei die Mehrzahl der elektrischen Leiter 27 jeweils in dem Hohlraum 30 bis zur Blattwurzel 4 geführt und dort kontaktiert sind.
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Gleiche Bauteile und Bauteilfunktionen sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1995412 A2 [0004]
- DE 4436197 A1 [0005]
- EP 1830063 A1 [0005]
