DE102016113574A1 - Wind turbine rotor blade and wind turbine rotor blade tip - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Windenergieanlagen-Rotorblatt mit einer Rotorblattwurzel (220) und einer Rotorblattspitze (210) vorgesehen. Die Rotorblattspitze (210) weist eine Metallwandung (211), welche durch ein Gussverfahren oder ein Tiefziehverfahren hergestellt ist, und ein Füllmaterial (300) innerhalb der Wandung (211) auf.A wind turbine rotor blade with a rotor blade root (220) and a rotor blade tip (210) is provided. The rotor blade tip (210) has a metal wall (211) made by a casting method or a deep drawing method, and a filler material (300) inside the wall (211).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Windenergieanlagen-Rotorblatt und eine Windenergieanlagen-Rotorblattspitze. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen einer Windenergieanlagen-Rotorblattspitze.The present invention relates to a wind turbine rotor blade and a wind turbine rotor blade tip. The invention also relates to a method for producing a wind turbine rotor blade tip.

Ein Windenergieanlagen-Rotorblatt weist typischerweise eine Rotorblattspitze und eine Rotorblattwurzel auf, mittels welcher das Rotorblatt an einem Rotor einer Windenergieanlage befestigt wird.A wind turbine rotor blade typically has a rotor blade tip and a rotor blade root by means of which the rotor blade is attached to a rotor of a wind turbine.

WO 2004/061298 zeigt ein Windenergieanlagen-Rotorblatt mit einer Rotorblattspitze, welche gebogen ausgeführt ist. Eine derartige Rotorblattspitze wird separat hergestellt und dann mit dem Rest des Rotorblattes verbunden. WO 2004/061298 shows a wind turbine rotor blade with a rotor blade tip, which is designed bent. Such a rotor blade tip is manufactured separately and then connected to the rest of the rotor blade.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Windenergieanlage-Rotorblatt mit einer verbesserten Rotorblattspitze vorzusehen. Insbesondere soll die Rotorblattspitze einfacher und kostengünstiger herstellbar sein.It is an object of the present invention to provide a wind turbine rotor blade having an improved rotor blade tip. In particular, the rotor blade tip should be easier and less expensive to produce.

Diese Aufgabe wird durch ein Windenergieanlagen-Rotorblatt nach Anspruch 1, eine Windenergieanlagen-Rotorblattspitze nach Anspruch 6 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer Windenergieanlagen-Rotorblattspitze nach Anspruch 7 gelöst.This object is achieved by a wind turbine rotor blade according to claim 1, a wind turbine rotor blade tip according to claim 6 and by a method for manufacturing a wind turbine rotor blade tip according to claim 7.

Somit wird ein Windenergieanlagen-Rotorblatt mit einer Rotorblattwurzel und einer Rotorblattspitze vorgesehen. Die Rotorblattspitze weist eine Metallwandung, welche durch ein Gussverfahren oder ein Tiefziehverfahren hergestellt ist, und ein Füllmaterial innerhalb der Wandung auf.Thus, a wind turbine rotor blade is provided with a rotor blade root and a rotor blade tip. The rotor blade tip has a metal wall made by a casting process or a deep drawing process and a filler material within the wall.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind mindestens erste Stege innerhalb der Wandung vorgesehen.According to one aspect of the present invention, at least first webs are provided within the wall.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind Verzahnungselemente an einer Innenseite der Wandung vorgesehen.According to a further aspect of the present invention, gear elements are provided on an inner side of the wall.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die Wandung eine Außenwandung der Rotorblattspitze dar.According to a further aspect of the present invention, the wall is an outer wall of the rotor blade tip.

Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Windenergieanlagen-Rotorblattspitze mit einer Metallwandung, welche durch ein Gussverfahren oder Tiefziehverfahren hergestellt ist und wobei ein Füllmaterial (das z. B. mittels Spritzguss eingespritzt wird) innerhalb der Wandung eingespritzt wird.The invention also relates to a wind turbine rotor blade tip having a metal wall which is made by a casting or deep drawing process and wherein a filler material (e.g., injected by injection molding) is injected inside the wall.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen einer Windenergieanlagen-Rotorblattspitze mit den Schritten: Herstellen einer Metallwandung durch ein Gussverfahren oder ein Tiefziehverfahren und Einspritzen eines Füllmaterials innerhalb der Metallwandung.The invention also relates to a method of manufacturing a wind turbine rotor blade tip comprising the steps of: forming a metal wall by a casting process or a deep drawing process and injecting a filler within the metal wall.

Das Füllmaterial kann z. B. einen PU-Schaum oder einen 1- oder 2-Komponentenschaum darstellen.The filling material may, for. B. represent a PU foam or a 1- or 2-component foam.

Gemäß der Erfindung wird ein Windenergieanlagen-Rotorblatt mit einer separaten Rotorblattspitze vorgesehen. Die Spitze wird hergestellt, indem z. B. zunächst ein Skelett einer Rotorblattspitze beispielsweise durch Aluminiumguss oder durch Formziehbleche hergestellt wird. Das Skelett weist hierbei optional mindestens einen Steg auf. Diese Stege können als Verbindungsstege ausgestaltet sein und sich innerhalb der Rotorblattspitze erstrecken.According to the invention, a wind turbine rotor blade is provided with a separate rotor blade tip. The tip is made by z. B. first a skeleton of a rotor blade tip, for example, by casting aluminum or by Formziehbleche is produced. The skeleton optionally has at least one web. These webs may be configured as connecting webs and extending within the rotor blade tip.

Gemäß der Erfindung wird eine Negativ PU-Spritzgussform mit der gewünschten Ausgestaltung der Rotorblattspitze hergestellt. Das Rotorblattspitzenskelett kann in die Negativform eingelegt werden und die Form kann mit einem PU-Spritzguss aufgefüllt werden. Optional können Glasfasermatten oder Kohlefasermatten, Rovinge, Fasergelege, Fasergewebe, Prepregs etc. in die Form eingelegt werden vor dem Spritzguss des Füllmaterials.According to the invention, a negative PU injection mold is produced with the desired configuration of the rotor blade tip. The rotor blade tip skeleton can be inserted into the negative mold and the mold can be filled with a PU injection molding. Optionally, glass fiber mats or carbon fiber mats, rovings, fiber fabrics, fiber fabrics, prepregs, etc. may be placed in the mold prior to injection molding of the filler material.

Alternativ dazu kann zunächst eine metallische Wanne aus Aluguss oder aus einem Tiefziehblech hergestellt werden und diese Wanne kann dann durch einen PU-Spritzguss aufgefüllt werden.Alternatively, first a metallic pan of cast aluminum or a deep-drawn sheet can be made and this tub can then be filled by a PU injection.

Gemäß der Erfindung wird eine Hülle der Rotorblattspitze durch einen Aluminiumguss oder unter Verwendung eines Aluminium-Tiefziehbleches hergestellt. Innerhalb der Hülle können Längs- und Querstege vorgesehen sein. Diese Längs- und Querstege können beim Aluminiumgießen der Hülle mit hergestellt werden. Die Stege können alternativ nachträglich eingefügt bzw. angebracht werden.According to the invention, a shell of the rotor blade tip is produced by a cast aluminum or by using an aluminum thermoforming sheet. Within the shell longitudinal and transverse webs may be provided. These longitudinal and transverse webs can be produced during the aluminum casting of the casing. The webs can alternatively be added later or attached.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können an der Innenseite der Wandung der Rotorblattspitze Verzahnungseinheiten beispielsweise in Form von Pilzköpfen oder Kopfbolzendübeln vorgesehen sein. Diese Verzahnungselemente dienen der besseren Verzahnung des eingespritzten PU-Schaums mit der Wandung der Rotorblattspitze.According to one aspect of the present invention, toothing units, for example in the form of mushroom heads or head bolt plugs, may be provided on the inside of the wall of the rotor blade tip. These toothed elements serve to better interlock the injected PU foam with the wall of the rotor blade tip.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. Advantages and embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung, 1 shows a schematic representation of a wind turbine according to the invention,

2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Rotorblattspitze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und 2 shows a schematic sectional view of a rotor blade tip according to a first embodiment, and

3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Rotorblattspitze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 3 shows a schematic sectional view of a rotor blade tip according to a second embodiment.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung. Die Windenergieanlage 100 weist einen Turm 102 und eine Gondel 104 auf dem Turm 102 auf. An der Gondel 104 ist ein aerodynamischer Rotor 106 mit drei Rotorblättern 200 und einem Spinner 110 vorgesehen. Der aerodynamische Rotor 106 wird im Betrieb der Windenergieanlage durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und dreht somit auch einen Rotor oder Läufer eines Generators, welcher direkt oder indirekt mit dem aerodynamischen Rotor 106 gekoppelt ist. Der elektrische Generator ist in der Gondel 104 angeordnet und erzeugt elektrische Energie. Die Pitchwinkel der Rotorblätter 200 können durch Pitchmotoren an den Rotorblattwurzeln 108b der jeweiligen Rotorblätter 200 verändert werden. Die Rotorblätter 200 weisen eine Rotorblattwurzel 220 und eine Rotorblattspitze 210 auf. Das Rotorblatt 200 wird mittels der Blattwurzel 220 an dem Spinner 110 der Windenergieanlage befestigt. 1 shows a schematic representation of a wind turbine according to the invention. The wind turbine 100 has a tower 102 and a gondola 104 on the tower 102 on. At the gondola 104 is an aerodynamic rotor 106 with three rotor blades 200 and a spinner 110 intended. The aerodynamic rotor 106 is set in operation of the wind turbine by the wind in a rotary motion and thus also rotates a rotor or rotor of a generator, which directly or indirectly with the aerodynamic rotor 106 is coupled. The electric generator is in the gondola 104 arranged and generates electrical energy. The pitch angle of the rotor blades 200 can by pitch motors on the rotor blade roots 108b the respective rotor blades 200 to be changed. The rotor blades 200 have a rotor blade root 220 and a rotor blade tip 210 on. The rotor blade 200 becomes by means of the leaf root 220 on the spinner 110 attached to the wind turbine.

2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Rotorblattspitze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Rotorblattspitze 210 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel weist eine Hülle 211, ein erstes und zweites Ende 212, 213 auf. Die Hülle 211 bzw. die Wandung 211 kann durch einen Aluminiumguss hergestellt werden. Alternativ dazu kann die Hülle bzw. Wandung 211 durch Aluminium-Tiefziehbleche hergestellt werden. Innerhalb der Wandung 211 sind Quer- und Längsstege 214, 215 vorgesehen. Diese Quer- und/oder Längsstege 214, 215 können beim Aluminiumguss zusammen mit der Wandung 211 hergestellt werden. Alternativ dazu können die Stege auch als Aluminiumprofile ausgestaltet sein und nachträglich eingeführt werden. 2 shows a schematic sectional view of a rotor blade tip according to a first embodiment. The rotor blade tip 210 according to a first embodiment has a shell 211 , a first and second end 212 . 213 on. The case 211 or the wall 211 can be made by casting aluminum. Alternatively, the shell or wall 211 be produced by aluminum deep-drawn sheets. Inside the wall 211 are transverse and longitudinal webs 214 . 215 intended. These transverse and / or longitudinal webs 214 . 215 can cast aluminum together with the wall 211 getting produced. Alternatively, the webs may be designed as aluminum profiles and subsequently introduced.

Die Verwendung beispielsweise von Aluminium für die Wandung 211 ist vorteilhaft, weil damit ein Erosionsschutz insbesondere an der Rotorblatt-Nasenkante vorgesehen werden kann. Ferner kann eine derart hergestellte Rotorblattspitze als Blitzrezeptor und zur Anbindung an einen Blitzableiter verwendet werden. Des Weiteren kann die Rotorblattspitze und insbesondere das erste Ende 212 zur Anbindung an den Rest des Rotorblattes verwendet werden. Die Stege 214 und 215 können optional vorgesehen werden, um die Festigkeit/Steifigkeit der Rotorblattspitze zu erhöhen.The use of aluminum for the wall, for example 211 is advantageous because it erosion protection can be provided in particular at the rotor blade nose edge. Furthermore, a rotor blade tip produced in this way can be used as a lightning receptor and for connection to a lightning conductor. Furthermore, the rotor blade tip and in particular the first end 212 be used for connection to the rest of the rotor blade. The bridges 214 and 215 may be optionally provided to increase the rigidity of the rotor blade tip.

Nachdem die Wandung 211 (optional mit den Stegen 214, 215) mittels Aluminiumgießen hergestellt worden ist, kann eine Negativ(PU)-Spritzgussform hergestellt werden. Die durch das Aluminiumgießen hergestellte Rotorblattspitze kann in die Negativform eingelegt werden und die Negativform kann mit einem Füllmaterial (z. B. ein PU-Spritzguss-Schaum oder ein 1- oder 2-Komponentenschaum) aufgefüllt werden. Optional können Glasfaser- oder Karbonfasermatten zwischen der Innenseite der Wandung 211 und dem Spritzguss verwendet werden. Dadurch können die Festigkeitswerte gesteigert werden.After the wall 211 (optional with the bars 214 . 215 ) has been produced by means of aluminum casting, a negative (PU) injection mold can be produced. The rotor blade tip produced by the aluminum casting can be inserted into the negative mold and the negative mold can be filled with a filling material (eg a PU injection-molded foam or a 1- or 2-component foam). Optionally, fiberglass or carbon fiber mats can be placed between the inside of the wall 211 and injection molding. As a result, the strength values can be increased.

3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Rotorblattspitze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Rotorblattspitze vorgesehen, welche eine metallische Wanne, beispielsweise durch Aluminiumguss oder durch ein Tiefziehblech, aufweist. Diese Wanne kann mit einem Füllmaterial, z. B. einem PU-Spritzguss-Schaum oder einem 1- oder 2-Komponentenschaum, aufgefüllt werden. Gemäß der Erfindung kann eine bereits vorhandene Gussform für die Rotorblattspitze zur Herstellung einer Gusswanne für den PU-Spritzguss verwendet werden. Alternativ dazu kann die benötigte Wanne aus einem Tiefziehblech hergestellt werden. 3 shows a schematic sectional view of a rotor blade tip according to a second embodiment. According to the second embodiment, a rotor blade tip is provided, which has a metallic trough, for example by cast aluminum or by a deep-drawn sheet metal. This tub can with a filling material, eg. As a PU injection-molded foam or a 1- or 2-component foam filled. According to the invention, an already existing mold for the rotor blade tip can be used for producing a casting trough for PU injection molding. Alternatively, the required pan can be made from a thermoforming sheet.

Die Wanne kann optional die Saugseite oder die Druckseite der Rotorblattspitze darstellen. Innerhalb der Wanne können Verzahnungseinheiten wie beispielsweise T-Stege oder Pilzköpfe oder Kopfbolzendübel vorgesehen werden. Die Vorsehung der Verzahnungselemente ist vorteilhaft hinsichtlich der Zugfestigkeit der Rotorblattspitze. Die Verzahnungselemente können beispielsweise während des Aluminiumgießens mitgegossen werden. Alternativ oder zusätzlich dazu können die Verzahnungselemente verschraubt oder angeschweißt werden. Anschließend kann eine Negativ(PU)-Spritzgussform für die gewünschte Form der Rotorblattspitze vorgesehen werden. Die hergestellte Wanne kann in diese Negativform eingelegt werden und die Negativform kann z. B. mit PU-Spritzguss aufgefüllt werden.The trough can optionally represent the suction side or the pressure side of the rotor blade tip. Gearing units such as T-bars or mushroom heads or head studs can be provided within the tub. The provision of the toothed elements is advantageous in terms of the tensile strength of the rotor blade tip. The toothed elements can be cast during the aluminum casting, for example. Alternatively or additionally, the toothed elements can be screwed or welded. Subsequently, a negative (PU) injection mold for the desired shape of the rotor blade tip can be provided. The produced tub can be inserted into this negative mold and the negative mold can, for. B. be filled with PU injection.

Optional können Glasfaser- oder Kohlefasermatten, Rovinge, Gewebe, Gelege, Prepregs etc. mit eingelegt werden.Optionally, fiberglass or carbon fiber mats, rovings, fabrics, scrims, prepregs, etc. can be inserted.

Die erfindungsgemäß beschriebenen Rotorblattspitzen sind vorteilhaft, weil sie eine bessere Haltbarkeit und eine höhere Festigkeit aufweisen als Rotorblattspitzen gemäß dem Stand der Technik. Ferner sind die Produktionsmöglichkeiten verbessert und es sind einfachere Qualitätssicherungsmöglichkeiten vorhanden, da die kritischen Stellen leichter kontrollierbar sind (beispielsweise Wanddicken des Gussmaterials und Kavitäten im Schaum).The rotor blade tips described according to the invention are advantageous because they have a better durability and a higher strength than rotor blade tips according to the prior art. Furthermore, the production possibilities are improved and there are simpler quality assurance options, since the critical points are easier to control (for example wall thicknesses of the casting material and cavities in the foam).

Gemäß der Erfindung kann die Haltbarkeit der Rotorblattspitzen gesteigert werden. Risse und die Defekte der Rotorblattspitzen können vermieden werden. Ferner können Kosten in Folge eines Austausches der Rotorblattspitzen und die damit einhergehenden Stillstandzeiten der Windenergieanlagen vermieden werden.According to the invention, the durability of the rotor blade tips can be increased. Cracks and the defects of the rotor blade tips can be avoided. Furthermore, costs due to an exchange of the rotor blade tips and the concomitant downtime of the wind turbines can be avoided.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2004/061298 [0003] WO 2004/061298 [0003]

Claims (8)

Windenergieanlagen-Rotorblatt, mit einer Rotorblattwurzel (220) und einer Rotorblattspitze (210), wobei die Rotorblattspitze (210) eine Metallwandung (211), welche durch ein Gussverfahren oder ein Tiefziehverfahren hergestellt ist, und ein Füllmaterial (300) innerhalb der Wandung (211) aufweist.Wind turbine rotor blade, with a rotor blade root ( 220 ) and a rotor blade tip ( 210 ), whereby the rotor blade tip ( 210 ) a metal wall ( 211 ), which is produced by a casting method or a deep-drawing method, and a filler material ( 300 ) within the wall ( 211 ) having. Windenergieanlagen-Rotorblatt nach Anspruch 1, ferner mit mindestens einem ersten Steg (214, 215) innerhalb der Wandung (211).Wind turbine rotor blade according to claim 1, further comprising at least a first web ( 214 . 215 ) within the wall ( 211 ). Windenergieanlagen-Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, wobei Verzahnungselemente (216) an einer Innenseite der Wandung (211) vorgesehen werden.A wind turbine rotor blade according to claim 1 or 2, wherein gear elements ( 216 ) on an inner side of the wall ( 211 ). Windenergieanlagen-Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wandung (211) eine Außenwandung der Rotorblattspitze (210) darstellt.Wind turbine rotor blade according to one of claims 1 to 3, wherein the wall ( 211 ) an outer wall of the rotor blade tip ( 210 ). Windenergieanlagen-Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Füllmaterial (300) einen 1- oder 2-Komponentenschaum darstellt.A wind turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 4, wherein the filler material ( 300 ) represents a 1- or 2-component foam. Windenergieanlagen-Rotorblattspitze, mit einer Metallwandung (211), welche durch ein Gussverfahren oder ein Tiefziehverfahren hergestellt ist, und einem Füllmaterial (300) innerhalb der Wandung (211).Wind turbine rotor blade tip, with a metal wall ( 211 ), which is produced by a casting process or a deep-drawing process, and a filler material ( 300 ) within the wall ( 211 ). Verfahren zum Herstellen einer Windenergieanlagen-Rotorblattspitze, mit den Schritten: Herstellen einer Metallwandung (211) durch ein Gussverfahren oder ein Tiefziehverfahren und Einspritzen eines Füllmaterials (300) innerhalb der Metallwandung (211).Method for producing a wind turbine rotor blade tip, comprising the steps of: producing a metal wall ( 211 ) by a casting process or a deep-drawing process and injection of a filler material ( 300 ) within the metal wall ( 211 ). Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit dem Schritt: Einlegen eines Fasermaterials, Glasfasergeleges oder Kohlefasergeleges in die Metallwandung vor dem Schritt des Einspritzens des Füllmaterials (300).The method of claim 7, further comprising the step of: placing a fibrous material, glass fiber scrim, or carbon fiber scrim into the metal wall prior to the step of injecting the filler material ( 300 ).
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