DE102017107859A1

DE102017107859A1 - Blitzschutzeinrichtung für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102017107859A1
Application number: DE102017107859.2A
Authority: DE
Inventors: Evgenij Mannov
Original assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Current assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2018-10-11

Abstract

Blitzschutzeinrichtung für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, umfassend
- eine Rezeptorspitze mit einer Anlagefläche,
- eine Rezeptorbasis mit einem Verankerungsabschnitt und einem Verbindungsabschnitt, wobei der Verankerungsabschnitt zur dauerhaften Verankerung der Rezeptorbasis in oder an einer Blattschale (B) des Rotorblatts ausgebildet ist und der Verbindungsabschnitt eine der Rezeptorspitze zugewandte Befestigungsfläche aufweist, welche in einem Abstand von dem Verankerungsabschnitt angeordnet ist, wobei eine von einer Befestigungseinrichtung ausgehende Kraft die Anlagefläche an die Befestigungsfläche presst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blitzschutzeinrichtung für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage sowie ein Rotorblatt mit einer solchen Blitzschutzeinrichtung.
Windenergieanlagen sind aufgrund ihrer großen Bauhöhe häufig von Blitzschlägen betroffen. Zumeist schlägt der Blitz dabei am höchsten Punkt der Windenergieanlage ein, also im Bereich der Rotorblattspitze eines gerade nach oben gerichteten Rotorblatts. Um eine Beschädigung oder gar Zerstörung des Rotorblatts durch den Blitzschlag zu verhindern, verfügen Windenergieanlagen häufig über Blitzschutzeinrichtungen. Beispielsweise sind metallische Blitzrezeptoren bekannt, die im Bereich der Rotorblattspitze angeordnet werden oder einen Teil der Rotorblattspitze bilden. So werden als Blitzrezeptoren häufig einteilige Aluminiumblattspitzen verbaut, die während der Produktion der Rotorblätter zwischen beiden Blattschalen der Rotorblätter einlaminiert werden. Derartige Blitzrezeptoren sind mit einem durch das Rotorblatt verlaufenden Blitzschutzleiter verbunden. Es erfolgt so eine Ableitung eines in den Blitzrezeptor einschlagenden Blitzes über den Blitzschutzleiter zur Rotorblattwurzel, von dort in die Nabe und über die Gondel und den Turm der Windenergieanlage letztlich in den Erdboden.
Die Blitzrezeptoren können durch einen Blitzeinschlag beschädigt werden. Beispielsweise kann es aufgrund der durch den Blitzeinschlag auftretenden großen Ströme und der damit zusammenhängenden Wärmeentwicklung zu Abschmelzungen an den Blitzrezeptoren kommen. Dies kann sich negativ auf die aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblatts auswirken und zu einer Lärmentwicklung führen. Üblicherweise werden derartige Abschmelzungen abgeschliffen, um die genannten Nachteile zu beseitigen. Je nach entstandenem Schaden kann es jedoch erforderlich werden, die Blitzrezeptoren auszutauschen. Derartige Reparaturen sind sehr aufwendig, insbesondere bei mit den Rotorblättern durch Einlaminieren oder Einkleben fest verbundenen Blitzrezeptoren. Ein Austausch der Blitzrezeptoren muss daher meist am Boden durchgeführt werden.
Grundsätzlich sind jedoch auch austauschbare Blitzrezeptoren bekannt. So beschreibt DE 10 2005 051 537 A1 ein Verfahren zur nachträglichen Einrichtung eines Blitzschutzsystems in einem Rotorblatt. Hierzu soll eine Rotorblattspitze abgetrennt und durch einen metallischen Blitzrezeptor ersetzt werden. Der metallische Blitzrezeptor bildet hierbei eine Rotorblattspitze, die in nicht näher beschriebener Weise mit dem Rotorblatt verbunden wird.
Aus EP 1 668 246 B1 ist ein mehrteiliger Blitzrezeptor für ein Windenergieanlagenrotorblatt bekannt, wobei der Blitzrezeptor eine Blattspitze bildet und aus einem äußeren und einem inneren Teil besteht. Das innere Teil kann klemmend mit dem äußeren Teil verbunden und mit Hilfe mehrerer Stangen aus einem Kunststoffmaterial an dem Rotorblatt montiert werden.
Aus EP 2 561 218 B1 ist eine abnehmbare Rotorblattspitze in Form eines Winglets bekannt, die auch als Blitzfänger fungiert. Ein Einsatz aus Aluminium wird endseitig innerhalb des Rotorblatts angeordnet und bildet eine Rezeptorbasis. Die Rezeptorspitze weist zwei Bolzen auf, die in entsprechende Aufnahmen des Einsatzes eingreifen, und einen Zapfen, der mit einem drehbar gelagerten Riegel des Einsatzes formschlüssig zusammenwirkt. Um Transportschäden zu vermeiden, wird die Rotorblattspitze erst am Aufstellungsort der Windenergieanlage mit dem Rotorblatt verbunden.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Blitzschutzeinrichtung mit einer austauschbaren Rezeptorspitze zur Verfügung zu stellen, die besonders sicher und einfach austauschbar ist, ohne die Blattschale zu beschädigen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Blitzschutzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Blitzschutzeinrichtung umfasst eine Rezeptorspitze mit einer Anlagefläche und eine Rezeptorbasis mit einem Verankerungsabschnitt und einem Verbindungsabschnitt, wobei der Verankerungsabschnitt zur dauerhaften Verankerung der Rezeptorbasis in oder an einer Blattschale des Rotorblatts ausgebildet ist und der Verbindungabschnitt eine der Rezeptorspitze zugewandte Befestigungsfläche aufweist, welche in einem Abstand von dem Verankerungsabschnitt angeordnet ist, wobei eine von einer Befestigungseinrichtung ausgeübte Kraft die Anlagefläche an die Befestigungsfläche presst.
Die Rezeptorbasis dient der Befestigung der Rezeptorspitze an einem Ende einer Blattschale eines Rotorblatts einer Windenergieanlage. Der Verankerungsabschnitt der Rezeptorbasis dient der dauerhaften Verbindung der Rezeptorbasis mit einem Rotorblatt. Beispielsweise kann der Verankerungsabschnitt zwischen zwei Rotorblatthalbschalen aufgenommen werden. Der Verankerungsabschnitt und somit die Rezeptorbasis können insbesondere bei der Herstellung des Rotorblatts mit der Blattschale verbunden, beispielsweise mit dieser verklebt werden. Verankerung bedeutet hierbei, dass die Rezeptorbasis über den Verankerungsabschnitt fest, also unverrückbar, mit der Blattschale verbunden wird. Insbesondere kann die Verankerung zwischen Verankerungsabschnitt und Blattschale nicht lösbar ausgebildet sein, zumindest nicht zerstörungsfrei lösbar. Der Verankerungsabschnitt kann zur Verankerung mit der Blattschale ausgebildet sein, indem er beispielsweise in seiner Form an den Innenraum der Blattschale angepasst ist. Beispielsweise kann zumindest eine Außenseite des Verankerungsabschnitts eine erste Riffelung aufweisen, die zu einer zweiten Riffelung an einer Innenseite der Blattschale korrespondiert. So kann insbesondere eine Klebverbindung zwischen Blattschale und Verankerungsabschnitt besonders sicher gestaltet werden. Im an eine Blattschale eines Rotorblatts montierten Zustand der Rezeptorbasis kann an dem Verankerungsabschnitt ein durch das Rotorblatt verlaufendes Blitzschutzkabel angebracht werden und somit ein durch einen Blitz in die Rezeptorspitze eingebrachter Strom abgeleitet werden. Im Gegensatz zu der Verbindung zwischen Verankerungsabschnitt und Blattschale ist die Verbindung der Rezeptorspitze mit der Rezeptorbasis lösbar ausgestaltet, um einen Austausch der Rezeptorspitze zu ermöglichen.
Die Befestigungsfläche der Rezeptorbasis ist in einem Abstand von dem Verankerungsabschnitt der Rezeptorbasis angeordnet. Die mit dem Verbindungsabschnitt verspannte Rezeptorspitze steht daher nur mit der Befestigungsfläche des Verbindungsabschnitts in Kontakt, jedoch nicht mit dem Verankerungsabschnitt. Sie hält daher stets einen Abstand von einer Blattschale eines Rotorblatts ein. Bei einem Auswechseln der Rezeptorspitze kann es somit nicht zu einer Beschädigung der Blattschale des Rotorblatts kommen. Ein Auswechseln der Rezeptorbasis ist in der Regel nicht notwendig. Der Austausch der Rezeptorspitze ist einfach und auch möglich, wenn das Rotorblatt an eine Rotornabe montiert ist. Die Rezeptorbasis besteht in der Regel aus einem besonders widerstandsfähigem metallischen Material, welches auch einen mehrmaligen Austausch der Rezeptorspitze problemlos übersteht. Beim Austausch herkömmlicher Rezeptorspitzen, die in ein Laminat der Blattschale eingebettet sind oder unmittelbar an dieses angrenzen, kann es hingegen zu Beschädigungen des Schalenlaminats oder der Klebeverbindungen an Nasen- und Endkante bzw. an den Stegen kommen.
Im montierten Zustand der Blitzschutzeinrichtung liegt die Rezeptorspitze mit ihrer der Rezeptorbasis zugewandten Anlagefläche flächig an der Befestigungsfläche des Verbindungsabschnitts der Rezeptorbasis an. Mittels der durch die Befestigungseinrichtung ausgeübten Kraft wird die Anlagefläche dabei an die Befestigungsfläche gepresst und somit die Rezeptorspitze mit dem Verbindungsabschnitt und folglich mit der Rezeptorbasis verspannt. Verspannt bedeutet hierbei, dass die Rezeptorspitze durch eine Druck- bzw. Zugkraft an dem Verbindungsabschnitt gehalten wird. Es wirkt also eine Befestigungskraft in Richtung zu der Befestigungsfläche des Verbindungsabschnitts hin und im Wesentlichen senkrecht zu dieser auf die Rezeptorspitze. Im an eine Blattschale des Rotorblatts montierten Zustand der Blitzschutzeinrichtung kann diese Kraftrichtung insbesondere entlang einer Längsachse des Rotorblatts verlaufen. Entsprechend wirkt eine Gegenkraft von der Befestigungsfläche auf die Anlagefläche, die beiden Flächen werden also aneinandergepresst bzw. miteinander verspannt. Durch das Verspannen können hohe Befestigungskräfte aufgewandt werden, was einen besonders festen Sitz der Rezeptorspitze an der Rezeptorbasis zur Folge hat. Dies führt zu einem guten elektrischen Kontakt zwischen Rezeptorspitze und Rezeptorbasis, was wiederum eine zuverlässige Ableitung von Blitzströmen erlaubt. Die Anlagefläche und die Befestigungsfläche sind dabei parallel zueinander bevorzugt in einer Profilebene der Rezeptorbasis bzw. der Rezeptorspitze angeordnet. Anlagefläche und Befestigungsfläche stehen also im Wesentlichen senkrecht zu einer Rotorblattlängsachse.
Nach einer Ausgestaltung weist die Rezeptorspitze ein aerodynamisches Profil auf, wobei eine Außenfläche des Verbindungsabschnitts der Rezeptorbasis das aerodynamische Profil der Rezeptorspitze fortsetzt. Das aerodynamische Profil der Rezeptorspitze wird dabei durch ihre Außenfläche gebildet. Eine Außenfläche der Rezeptorspitze kann somit im Wesentlichen kontinuierlich in die Außenfläche des Verbindungsabschnitts der Rezeptorbasis übergehen. Die Rezeptorspitze bildet gemeinsam mit der Rezeptorbasis eine Blattspitze, also ein Endstück eines Rotorblatts einer Windenergieanlage. Entsprechend können die Außenflächen von Rezeptorspitze und Verbindungsabschnitt der Rezeptorbasis das aerodynamische Profil einer Blattschale eines Rotorblatts fortsetzen. Der Verbindungsabschnitt der Rezeptorbasis kann dann entsprechend ebenfalls so ausgebildet sein, dass dessen Außenfläche im montierten Zustand kontinuierlich in die Außenfläche der Blattschale des Rotorblatts übergeht. Die Blitzschutzeinrichtung, insbesondere der außerhalb einer Blattschale eines Rotorblatts angeordnete Verbindungsabschnitt der Rezeptorbasis, beeinträchtigen die aerodynamischen Eigenschaften eines Rotorblatts somit nicht oder zumindest nur geringfügig. Dem zuträglich ist auch, dass die Anlagefläche der Rezeptorspitze mittels der Befestigungseinrichtung an die Befestigungsfläche des Verbindungsabschnitts gepresst ist. Die Rezeptorspitze kann somit besonders nah an die Rezeptorbasis gebracht werden, so dass ein Übergang zwischen den Außenflächen der Rezeptorspitze und der Rezeptorbasis, also des Verbindungsabschnitts, besonders glatt erfolgt.
Nach einer Ausgestaltung ist der Verankerungsabschnitt der Rezeptorbasis gegenüber der Außenfläche des Verbindungsabschnitts nach innen versetzt ausgebildet. Nach innen versetzt bedeutet hierbei, dass der Verankerungsabschnitt zumindest in einem an dem Verbindungsabschnitt angrenzenden Längsabschnitt kleinere Querschnittsabmessungen aufweist als der Verbindungsabschnitt. Der Verankerungsabschnitt kann also entlang der Profilsehne und entlang der Profilhöhe geringere Abmessungen als der Verbindungsabschnitt aufweisen. Im Einbauzustand der Blitzschutzeinrichtung in eine Blattschale des Rotorblatts ist der Verankerungsabschnitt der Rezeptorbasis somit auch gegenüber der aerodynamischen Fläche der Blattschale nach innen versetzt. Hierdurch kann der Verankerungsabschnitt vollständig innerhalb der Blattschale aufgenommen und besonders gut an dieser befestigt werden. Der Verankerungsabschnitt kann, wie oben erläutert, beispielsweise dazu ausgebildet sein, zwischen zwei Halbschalen der Blattschale des Rotorblatts aufgenommen, insbesondere mit diesen verklebt zu werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Befestigungseinrichtung mindestens einen Gewindebolzen auf, der in einer Gewindebohrung der Befestigungsfläche des Verbindungsabschnitts und in einer Gewindebohrung der Rezeptorspitze aufgenommen ist. Die Rezeptorspitze weist hierbei eine Fläche auf, in der die Gewindebohrung der Rezeptorspitze angeordnet ist. Diese Fläche kann die Anlagefläche sein. Auch kann diese Fläche eine zu der Anlagefläche parallele und versetzte Fläche sein. Der mindestens eine Gewindebolzen verbindet somit durch einen Eingriff in die jeweiligen Gewindebohrungen die Rezeptorspitze mit der Rezeptorbasis. Die Gewindebohrungen können insbesondere derart an der Befestigungsfläche des Verbindungsabschnitts bzw. an der Rezeptorspitze angeordnet sein, dass der Gewindebolzen vollständig innerhalb der Blitzschutzeinrichtung verläuft. Somit erfolgt keine Störung der aerodynamischen Eigenschaften der Blitzschutzeinrichtung. Beispielsweise können die Gewindebohrungen im Wesentlichen in Richtung einer Rotorblattlängsachse verlaufen. Mit Hilfe des Gewindebolzens kann die Anlagefläche der Rezeptorspitze an die Befestigungsfläche des Verbindungsabschnitts gepresst bzw. mit dieser verspannt werden. Der Gewindebolzen kann einen Ansatz für ein Werkzeug aufweisen. Weiterhin kann die Befestigungsvorrichtung mindestens eine Kontermutter aufweisen, mit der der Gewindebolzen an einem rezeptorspitzenseitigen und/oder an einem rezeptorbasisseitigen Gewindebolzenabschnitt gekontert wird, um einer im Betrieb der Blitzschutzeinrichtung auftretenden Lockerung des Gewindebolzens entgegenzuwirken. Hierfür kann zudem vorgesehen sein, den Gewindebolzen an einem oder an beiden, mit den Gewindebohrungen in Eingriff stehenden Enden mit einem Schraubensicherungsmittel, wie beispielsweise Loctite, zu sichern.
Es ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, dass der mindestens eine Gewindebolzen an seinen Enden Gewinde mit entgegengesetzter Orientierung aufweist. Somit kann durch eine Drehung des Gewindebolzens in eine erste Richtung der Gewindebolzen tiefer in beide Gewindebohrungen eintreten, während durch eine Drehung in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung der Gewindebolzen aus beiden Gewindebohrungen herausgedreht wird. Somit wird durch eine Drehung des Gewindebolzens in der ersten Richtung die Rezeptorspitze an die Rezeptorbasis herangezogen, wodurch eine Kraft im Wesentlichen senkrecht auf die Befestigungsfläche des Verankerungsabschnitts wirkt. Die Anlagefläche der Rezeptorspitze wird folglich an die Befestigungsfläche des Verankerungsabschnitts gepresst und mit dieser verspannt. Wie oben erläutert, erlaubt eine solche Verspannung eine besonders zuverlässige und elektrisch gut leitende Verbindung zwischen Rezeptorspitze und Rezeptorbasis. Durch eine Drehung des Gewindebolzens in die zweite Richtung wird entsprechend der Gewindebolzen aus den Gewindebohrungen herausgedreht, so dass die Rezeptorspitze von der Rezeptorbasis zwecks Austauschs gelöst werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Rezeptorspitze eine Aussparung auf, über die die Befestigungseinrichtung zugänglich ist. Insbesondere wenn die Befestigungseinrichtung, wie oben erläutert, vollständig innerhalb der Blitzschutzeinrichtung angeordnet ist, kann eine solche Aussparung dazu dienen, den Zugriff auf die Befestigungseinrichtung von außen zu ermöglichen. Die Aussparung kann zum Beispiel auf einer Saugseite der Rezeptorspitze oder auf einer Druckseite der Rezeptorspitze angeordnet sein. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung kann sich die Aussparung von der Druckseite zur Saugseite der Rezeptorspitze erstrecken, also eine Durchgangsöffnung bilden. Somit ist die Befestigungseinrichtung von zwei Seiten zugänglich.
Weiterhin umfasst die Blitzschutzeinrichtung nach einer Ausgestaltung ein lösbares Verschlusselement, mit dem die Aussparung verschlossen werden kann. Befindet sich die Aussparung nur auf einer der beiden beschriebenen Seiten der Rezeptorspitze, so kann das Verschlusselement von der entsprechenden Seite auf die Aussparung aufgesetzt oder in die Aussparung eingesetzt werden. Sollte die Aussparung eine Durchgangsöffnung durch die Rezeptorspitze bilden, kann das Verschlusselement zweiteilig sein und die Aussparung sowohl von der Druckseite als auch von der Saugseite verschließen. Insbesondere kann das Verschlusselement zwei Verschlussplatten umfassen, die jeweils von einer Seite in die als Durchgangsöffnung ausgebildete Aussparung eingesetzt werden. Eine Befestigung des Verschlusselements an der Rezeptorspitze kann beispielsweise über Schrauben oder Bolzen erfolgen. Für das zweiteilige Verschlusselement kann vorgesehen sein, dass die Verschlussplatten über Verbindungsstege und in die Verbindungsstege einsetzbare Verbindungsmittel, wie beispielsweise Schrauben, miteinander verbunden werden. So können die Verbindungsplatten beidseitig der Rezeptorspitze mit der Rezeptorspitzenaußenfläche verspannt werden. Die Aussparung kann auf der Druckseite und/oder der Saugseite eine die Aussparung umgebende Vertiefung aufweisen, zum Einsetzen des Verschlusselements. Das Verschlusselement kann in diesem Fall glatt mit der Oberfläche der Rezeptorspitze, also mit der Druckseite oder Saugseite, abschließen. Somit werden die aerodynamischen Eigenschaften der Rezeptorspitze durch das Verschlusselement nicht beeinträchtigt. Das beschriebene Verschlusselement erlaubt eine besonders einfache und schnelle Zugriffsmöglichkeit auf die Befestigungseinrichtung.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weisen der Verbindungsabschnitt der Rezeptorbasis und die Rezeptorspitze formschlüssig zusammenwirkende Zentrierelemente auf. Die Zentrierelemente können sich dabei beispielsweise an der Befestigungsfläche des Verbindungsabschnitts der Rezeptorbasis und an der dieser gegenüberliegenden Anlagefläche der Rezeptorspitze befinden. Beispielsweise kann es sich bei den zusammenwirkenden Zentrierelementen um entlang der Befestigungs- bzw. Anlagefläche verlaufende Nuten bzw. Federn handeln. Auch können als Zentrierelemente ein oder mehrere Zentrierstifte vorgesehen sein, wobei der Verbindungsabschnitt der Rezeptorbasis und die Rezeptorspitze, insbesondere die Anlagefläche, zueinander korrespondierende Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme des Zentrierstifts oder der Zentrierstifte aufweisen. Durch die Zentrierelemente kann die Rezeptorspitze gegen eine Verdrehung gegenüber der Rezeptorbasis gesichert werden. Insbesondere falls ein Gewindebolzen als Befestigungseinrichtung vorgesehen ist, kann es durch die Betätigung des Gewindebolzens zu Rotationskräften kommen, die eine Drehung der Rezeptorspitze gegenüber der Rezeptorbasis herbeiführen würden. Dem wirken die Zentriermittel entgegen. Außerdem sind die Zentrierbolzen so ausgelegt, dass sie die im Betrieb der Windenergieanlage auf die Rezeptorspitze wirkenden Scherkräfte aufnehmen können. Zudem erlauben die Zentriermittel ein einfaches und besonderes zielgenaues Aufsetzen der Rezeptorspitze auf die Rezeptorbasis. Die Zentrierelemente dienen hierbei als Führungsmittel.
Nach einer Ausgestaltung erstreckt sich ein Drainagekanal durch die Rezeptorbasis und die Rezeptorspitze zur Abführung von Flüssigkeit aus einem Rotorblattinnenraum. Somit kann im montierten Zustand der Blitzschutzeinrichtung beim Betrieb der Windenergieanlage eventuell innerhalb des Rotorblatts vorhandene Flüssigkeit durch Fliehkräfte durch die Blitzschutzeinrichtung nach außen gelangen. Die Flüssigkeit kann dabei an einer Außenfläche der Rezeptorspitze, insbesondere an einer Einkerbung an der Profilendkante, aus dem Rotorblatt austreten.
Nach einer weiteren Ausgestaltung besteht die Rezeptorbasis aus Metall. Insbesondere kann die Rezeptorbasis aus Aluminium bestehen. Wie oben bereits erläutert, kann auch die Rezeptorspitze aus Metall, insbesondere aus Aluminium, bestehen. Bevorzugt sind die Rezeptorbasis und/oder die Rezeptorspitze massiv ausgebildet. Die Rezeptorbasis und/oder die Rezeptorspitze können dabei jeweils einstückig hergestellt sein. Durch die Verwendung von Metall wird eine besonders gute elektrische Leitfähigkeit erreicht, während durch die Verwendung von Aluminium gleichzeitig das Gewicht der Blitzschutzeinrichtung in einem akzeptablen Rahmen gehalten werden kann.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage umfassend eine Blitzschutzeinrichtung wie oben erläutert, wobei der Verankerungsabschnitt der Rezeptorbasis an oder in einer Blattschale des Rotorblatts verankert und die Befestigungsfläche des Verbindungsabschnitts in einem Abstand von der Blattschale angeordnet ist. Wie bereits in Bezug auf die Blitzschutzeinrichtung erläutert, wird der Verankerungsabschnitt dauerhaft mit der Blattschale des Rotorblatts verbunden, beispielsweise verklebt. Die Blattschale des Rotorblatts kann dabei beispielsweise aus faserverstärkten Kunststoff bestehen.
Insbesondere kann die Blattschale des Rotorblatts zwei aneinandergefügte Halbschalen umfassen, wobei der Verankerungsabschnitt zwischen den beiden Halbschalen angeordnet und mit diesen verbunden, insbesondere verklebt ist. Die Befestigungsfläche des Verbindungsabschnitts ist dabei nicht nur in einem Abstand von dem Verankerungsabschnitt, sondern auch in einem Abstand von der Blattschale angeordnet. Wie oben bereits erwähnt, ist somit gewährleistet, dass bei einer Anbringung der Rezeptorspitze an der Rezeptorbasis oder bei einem Austausch der Rezeptorspitze keine Beschädigung der Blattschale des Rotorblatts auftritt.
Nach einer Ausgestaltung des Rotorblatts bildet eine Blattaußenfläche der Blattschale ein aerodynamisches Profil, wobei eine Außenfläche des Verbindungsabschnitts der Rezeptorbasis das aerodynamische Profil der Blattschale fortsetzt. Auch kann eine Außenfläche der sich an die Rezeptorbasis anschließenden Rezeptorspitze das aerodynamische Profil weiter fortsetzen. Das aerodynamische Profil des Rotorblatts, also letztlich die Außenwand des Rotorblatts, wird also durch die Blattschale, den Verbindungsabschnitt der Rezeptorbasis sowie die Rezeptorspitze gebildet. Es wird somit ein kontinuierliches aerodynamisches Profil über das gesamte Rotorblatt erreicht, wie oben bereits angesprochen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine Blitzschutzeinrichtung in einer schematischen Ansicht,
2 die Blitzschutzeinrichtung aus 1 in einer teilweise geschnittenen Ansicht entlang der in 1 mit L-L gekennzeichneten Schnittlinie,
3 einen Schnitt durch die Blitzschutzeinrichtung aus 1 entlang der mit A-A gekennzeichneten Schnittlinie, und
4 ein Verschlusselement der Blitzschutzeinrichtung aus 1.

In 1 ist die erfindungsgemäße Blitzschutzeinrichtung 10 in einer Ansicht mit Blick auf die Saugseite S zu erkennen. Die Blitzschutzeinrichtung 10 umfasst eine Rezeptorspitze 12 sowie eine Rezeptorbasis 14. Die Rezeptorbasis 14 weist einen Verankerungsabschnitt 16 und einen Verbindungsabschnitt 18 auf. Der Verbindungsabschnitt 18 der Rezeptorbasis 14 verfügt über eine Befestigungsfläche 20, die der Rezeptorspitze 12 zugewandt ist und sich über die gesamte Länge der Profilsehne erstreckt. An der Befestigungsfläche 20 des Verbindungsabschnitts 18 liegt eine Anlagefläche 22 der Rezeptorspitze 12 an. Sowohl die Rezeptorspitze 12 wie auch die Rezeptorbasis 14 sind aus massivem Metall gefertigt. Der Verbindungsabschnitt 18 verfügt über eine Gewindebohrung 24, die die Befestigungsfläche 20 durchtritt, während die Rezeptorspitze 12 über eine Gewindebohrung 26 verfügt, die die Ebene der Anlagefläche 22 durchtritt. Die Gewindebohrung 26 der Rezeptorspitze 12 ist dabei in einer gegenüber der Anlagefläche 22 in Richtung der Blattspitze versetzt angeordneten Fläche 28 angeordnet. Die Fläche 28 der Rezeptorspitze 12 verläuft parallel zu der Anlagefläche 22 und somit auch parallel zu der Befestigungsfläche 20 der Rezeptorbasis 14.
In den Gewindebohrungen 24, 26 ist ein Gewindebolzen 30 aufgenommen, der Teil der Befestigungseinrichtung ist. Der Gewindebolzen 30 weist zwei gegenläufige Gewinde auf. Zudem verfügt der Gewindebolzen 30 über ein Ansatzstück 32 zum Ansetzen eines Werkzeugs sowie über eine Kontermutter 34. Der Verbindungsabschnitt 18 sowie die Rezeptorspitze 12 weisen jeweils zwei Aufnahmeöffnungen 36 und 36' auf, in denen Zentrierstifte 38 aufgenommen sind. In 1 ist zudem ein Drainagekanal 40 ersichtlich, der sich durch die Rezeptorbasis 14 sowie die Rezeptorspitze 12 erstreckt.
Der Verbindungsabschnitt 18 der Rezeptorbasis 14 erstreckt sich von der Befestigungsfläche 20 bis zu einer rückseitigen Fläche 23. An die rückseitige Fläche 23 schließt sich der Verankerungsabschnitt 16 an. Wie in 1 zu erkennen, verjüngt sich der Verankerungsabschnitt 16 gegenüber dem Verbindungsabschnitt 18 ausgehend von der Fläche 23. Durch die mit B gekennzeichneten, gestrichelten Linien ist eine Außenkontur einer Blattschale eines Rotorblatts angedeutet. Es ist dabei ersichtlich, dass Außenkanten 48 des Verankerungsabschnitts 16 der Rezeptorbasis 14 sich im Wesentlichen parallel zu der Blattschale B erstrecken. Der Verankerungsabschnitt 16 folgt somit mit seiner Form den Konturen der Blattschale. Dies ist insbesondere auch in 2 zu erkennen.
2 zeigt die Blitzschutzeinrichtung im mit einer Blattschale B verbundenen Zustand. Die Blattschale B besteht aus zwei Halbschalen aus einem Faserverbundmaterial, die beispielsweise durch eine Klebverbindung miteinander verbunden werden. Bei der Herstellung der Blattschale kann dabei der Verankerungsabschnitt 16 zwischen den Blattschalen B verklebt und somit dauerhaft mit diesen verbunden werden. Wie in 2 zu erkennen, weist der Verankerungsabschnitt 16 kleinere Querschnittsabmessungen auf als der Verbindungsabschnitt 18, wobei sich die Querschnittsfläche des Verankerungsabschnitts 16 ausgehend von dem Verbindungsabschnitt 18 aufweitet. Der Verankerungsabschnitt 16 wird so sicher mit den Blattschalen B verankert. Die Rezeptorbasis 14 kann bereits bei der Fertigung der Blattschale in diese eingebettet werden. Die Rezeptorspitze 12 kann hingegen auf der Baustelle an der Rezeptorbasis angebracht werden. Somit können Transportschäden an der Rezeptorspitze 12 verhindert werden.
In 1 ist besonders gut ersichtlich, dass die Befestigungsfläche 20 des Verbindungsabschnitts 18 in einem Abstand C von dem Verankerungsabschnitt 16 angeordnet ist. Hierbei ist der Verbindungsabschnitt 18 in einem mit einer Blattschale des Rotorblatts verbundenen Zustand außerhalb dieser Blattschale angeordnet, während der Verankerungsabschnitt 16 vollständig innerhalb der Blattschale angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass die Rezeptorspitze 12 bei der Anbringung an die Rezeptorbasis 14 nicht mit der Blattschale B des Rotorblatts in Kontakt kommt. Somit können Beschädigungen an der Blattschale B vermieden werden. Stattdessen tritt die Rezeptorspitze 12 lediglich mit dem Verbindungsabschnitt 18 in Kontakt. Dabei ist die Anlagefläche 22 der Rezeptorspitze 12 mittels des Gewindebolzens 30 mit der Befestigungsfläche 20 verspannt. Hierbei liegt die Anlagefläche 22 der Rezeptorspitze 12 flächig an der Befestigungsfläche 20 an. Es wird somit ein besonders guter Kontakt zwischen Rezeptorspitze 12 und Rezeptorbasis 14 erreicht, was insbesondere eine gute elektrische Leitung ermöglicht. Durch Drehung des Gewindebolzens 30 in eine erste Richtung schrauben sich die Gewinde des Gewindebolzens 30 in die Gewindebohrungen 24, 26 derart ein, dass die Rezeptorspitze 12 in Richtung des Kraftpfeils F an die Rezeptorbasis 14 herangezogen wird. Die Anlagefläche 22 wird somit an die Befestigungsfläche 20 gepresst bzw. werden die Befestigungsfläche 20 und die Anlagefläche 22 gegeneinander gedrückt. Die Zentrierstifte 38 helfen zum einen beim Aufsetzen der Rezeptorspitze 12 und verhindern zum anderen eine Verdrehung der Rezeptorspitze 12 gegenüber der Rezeptorbasis 14 bei Drehung des Gewindebolzens 30. Wenn die Rezeptorspitze 12 durch eine ausreichend hohe Haltekraft F an der Rezeptorbasis 14 gesichert ist, wird die Kontermutter 34 zur zusätzlichen Sicherung gegen die Befestigungsfläche 28 gedreht.
Die Rezeptorspitze 12 weist ein aerodynamisches Profil auf, das durch eine Außenfläche 19 des Verbindungsabschnitts 18 der Rezeptorbasis 14 fortgesetzt wird. Wird die Blitzschutzeinrichtung 10 mit einer Blattschale B eines Rotorblatts verbunden, so wird das aerodynamische Profil auch durch die Blattschale B fortgesetzt. Mit anderen Worten verfügt das gesamte, aus Rezeptorspitze 12, Rezeptorbasis 14 und Blattschale B bestehende Rotorblatt über ein kontinuierliches aerodynamisches Profil.
Die Rezeptorspitze 12 weist weiterhin eine Durchgangsöffnung 44 auf, die sich von der Saugseite S zu der Druckseite D erstreckt. Die Durchgangsöffnung 44 wird auf beiden Seiten der Rezeptorspitze 12 zumindest teilweise von einer Vertiefung 46, 46' zur Aufnahme von Verschlussplatten 52, 54 umrahmt, wie insbesondere in 3 zu erkennen. 3 zeigt eine Schnittansicht durch die Rezeptorspitze 12 entlang der in 1 dargestellten Schnittlinie A-A mit Blick auf die Rezeptorbasis 14. Dabei sind insbesondere der Gewindebolzen 30 mit Ansatzstück 32 sowie die zwei Zentrierstifte 38 zu erkennen. Der Gewindebolzen 30 befindet sich innerhalb der Blitzschutzeinrichtung 10 und ist über die Durchgangsöffnung 44 zugänglich. Nach Fixierung der Rezeptorspitze 12 an der Rezeptorbasis 14 kann die Durchgangsöffnung 44 von beiden Seiten, also von der Saugseite S wie auch von der Druckseite D, durch ein in 4 dargestelltes Verschlusselement 50 verschlossen werden. Das Verschlusselement 50 umfasst eine erste Verschlussplatte 52 und eine zweite Verschlussplatte 54, wobei die erste Verschlussplatte 52 über in Richtung der zweiten Verschlussplatte 54 vorstehende Stifte 56 verfügt. Die Stifte 56 weisen ein Innengewinde auf. Nach Einsetzen der Verschlussplatten 52, 54 in die Vertiefungen 46 in den beiden Seiten der Rezeptorspitze 12 werden zwei Schrauben 58 durch Ausnehmungen 60 der zweiten Platte 54 in die Innengewinde der Stifte 56 eingeführt und mit diesen verschraubt. Somit kann die Durchgangsöffnung 44 sicher verschlossen werden. Die Platten 52, 54 sind dabei derart durch die Vertiefungen 46 in die Oberfläche der Rezeptorspitze 12 aufgenommen, dass sie das aerodynamische Profil der Rezeptorspitze 12 fortsetzen.
Bezugszeichenliste

10: Blitz schutzeinrichtung
12: Rezeptorspitze
14: Rezeptorbasis
16: Verankerungsabschnitt
18: Verbindungsabschnitt
19: Außenfläche des Verbindungsabschnitts
20: Befestigungsfläche des Verbindungsabschnitts
22: Anlagefläche der Rezeptorspitze
24: Gewindebohrung des Verbindungsabschnitts
23: rückseitige Fläche des Verbindungsabschnitts
26: Gewindebohrung der Rezeptorspitze
28: Fläche der Rezeptorspitze
30: Gewindebolzen
32: Ansatzstück
34: Kontermutter
36, 36': Aufnahmeöffnungen
38: Zentrierstifte
40: Drainagekanal
44: Durchgangsöffnung
46, 46': Vertiefung
48: Außenkanten
50: Verschlusselement
52: erste Verschlussplatte
54: zweite Verschlussplatte
56: Stifte
58: Schrauben
60: Ausnehmungen
B: Blattschale(n)
D: Druckseite
S: Saugseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005051537 A1 [0004]
EP 1668246 B1 [0005]
EP 2561218 B1 [0006]

Claims

Blitzschutzeinrichtung für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, umfassend - eine Rezeptorspitze (12) mit einer Anlagefläche (22), - eine Rezeptorbasis (14) mit einem Verankerungsabschnitt (16) und einem Verbindungsabschnitt (18), wobei der Verankerungsabschnitt (16) zur dauerhaften Verankerung der Rezeptorbasis (14) in oder an einer Blattschale (B) des Rotorblatts ausgebildet ist und der Verbindungsabschnitt (18) eine der Rezeptorspitze (12) zugewandte Befestigungsfläche (20) aufweist, welche in einem Abstand von dem Verankerungsabschnitt (16) angeordnet ist, wobei eine von einer Befestigungseinrichtung (30) ausgeübte Kraft die Anlagefläche (22) an die Befestigungsfläche (20) presst.
Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezeptorspitze (12) ein aerodynamisches Profil aufweist, wobei eine Außenfläche (19) des Verbindungsabschnitts (18) der Rezeptorbasis (14) das aerodynamische Profil der Rezeptorspitze (12) fortsetzt.
Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verankerungsabschnitt (16) der Rezeptorbasis (14) gegenüber der Außenfläche (19) des Verbindungsabschnitts (18) nach innen versetzt ausgebildet ist.
Blitzschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung mindestens einen Gewindebolzen (30) aufweist, der in einer Gewindebohrung (24) in der Befestigungsfläche (20) des Verbindungsabschnitts (18) und in einer Gewindebohrung (26) in einer Fläche (28) der Rezeptorspitze (12) aufgenommen ist.
Blitzschutzeinrichtung Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindebolzen (30) an seinen Enden Gewinde mit entgegengesetzter Orientierung aufweist.
Blitzschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezeptorspitze (12) eine Aussparung (44) aufweist, über die die Befestigungseinrichtung (30) zugänglich ist.
Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (44) durch ein lösbares Verschlusselement (50) verschlossen wird.
Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aussparung (44) von einer Druckseite (D) zu einer Saugseite (S) der Rezeptorspitze (12) erstreckt und dass das Verschlusselement (50) zwei Verschlussplatten (52, 54) umfasst, die die Aussparung (44) beidseitig verschließen.
Blitzschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (18) der Rezeptorbasis (14) und die Rezeptorspitze (12) formschlüssig zusammenwirkende Zentrierelemente (38) aufweisen.
Blitzschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch die Rezeptorbasis (14) und die Rezeptorspitze (12) ein Drainagekanal (40) zur Abführung von Flüssigkeit aus einem Rotorblattinnenraum erstreckt.
Blitzschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezeptorbasis aus Metall besteht.
Rotorblatt für eine Windenergieanlage, umfassend eine Blitzschutzeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verankerungsabschnitt (16) der Rezeptorbasis (14) in oder an einer Blattschale (B) des Rotorblatts verankert und die Befestigungsfläche (20) des Verbindungsabschnitts (18) in einem Abstand von der Blattschale (B) angeordnet ist.
Rotorblatt nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattschale (B) des Rotorblatts zwei aneinandergefügte Halbschalen umfasst, wobei der Verankerungsabschnitt (16) zwischen den beiden Halbschalen angeordnet und mit diesen verklebt ist.
Rotorblatt nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blattaußenfläche der Blattschale (B) ein aerodynamisches Profil bildet, wobei eine Außenfläche (19) des Verbindungsabschnitts (18) der Rezeptorbasis (14) das aerodynamische Profil der Blattschale (B) fortsetzt.