DE102017126273A1

DE102017126273A1 - Wind turbine rotor blade with web-belt connection

Info

Publication number: DE102017126273A1
Application number: DE102017126273.3A
Authority: DE
Inventors: Marco Frankowski; Lutz Lübbe
Original assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Current assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-05-09

Abstract

Windenergieanlagenrotorblatt mit einer aerodynamischen Hülle, zwei einander gegenüberliegend angeordneten Gurten und einem Steg, der die beiden Gurte miteinander verbindet, wobei der Steg einen Flanschabschnitt aufweist, der mit einer Innenseite eines der Gurte verklebt ist, wobei der Flanschabschnitt des Stegs ein erstes pultrudiertes Profil aufweist und dass an der Innenseite des Gurts ein zweites pultrudiertes Profil angeordnet ist, wobei eines der beiden pultrudierten Profile eine in seiner Längsrichtung verlaufende Aussparung und das andere der beiden pultrudierten Profile einen komplementär zu der Aussparung geformten Vorsprung aufweist, der in die Aussparung eingreift.

Wind turbine rotor blade with an aerodynamic sheath, two webs arranged opposite each other and a web connecting the two straps, the web having a flange portion bonded to an inside of one of the straps, the flange portion of the web having a first pultruded profile and in that a second pultruded profile is arranged on the inside of the belt, wherein one of the two pultruded profiles has a recess running in its longitudinal direction and the other of the two pultruded profiles has a projection which is complementary to the recess and engages in the recess.

Description

Die Erfindung betrifft ein Windenergieanlagenrotorblatt mit einer aerodynamischen Hülle, zwei einander gegenüberliegend angeordneten Gurten und einem Steg, der die beiden Gurte miteinander verbindet, wobei der Steg einen Flanschabschnitt aufweist, der mit einer Innenseite eines der Gurte verklebt ist.The invention relates to a wind turbine rotor blade with an aerodynamic sheath, two opposing straps and a web which connects the two straps together, wherein the web has a flange portion which is glued to an inner side of the straps.

In vielen bekannten Rotorblattkonstruktionen bildet eine Kombination aus Gurten und Stegen ein wichtiges Element der Tragstruktur. Die Tragstruktur des Rotorblatts erstreckt sich dabei in Längsrichtung des Rotorblatts von der Blattwurzel bis nahe an die Blattspitze heran. Die Tragstrukturen umfassen in der Regel paarweise einander gegenüberliegend angeordnete Gurte, die entlang der Druckseite und entlang der Saugseite des Rotorblatts verlaufen. Die Gurte weisen eine hohe Zugfestigkeit auf, um die unter aerodynamischer Belastung auftretenden Kräfte aufzunehmen. Die Verbindung zwischen zwei paarweise angeordneten Gurten wird über einen oder mehrere Stege hergestellt.In many known rotor blade designs, a combination of straps and webs forms an important element of the support structure. The support structure of the rotor blade extends in the longitudinal direction of the rotor blade from the blade root to close to the blade tip zoom. The support structures typically comprise pairs of oppositely arranged belts that run along the pressure side and along the suction side of the rotor blade. The straps have a high tensile strength to absorb the forces occurring under aerodynamic loading. The connection between two pairs of straps is made via one or more webs.

Bei Verwendung nur eines Stegs bilden die beiden Gurte und der Steg im Querschnitt einen Doppel-T-Träger. Bei Verwendung von zwei parallel und in einem Abstand voneinander angeordneten Stegen entsteht ein Holmkasten. Häufig werden die Stege in Sandwichbauweise erstellt, d.h. aus einem leichten Kernmaterial, beispielsweise Balsaholz oder ein geschäumtes Kunststoffmaterial, das auf beiden Seiten mit je einer Deckschicht aus einem Faserverbundmaterial versehen ist. Die plattenförmigen, vorgefertigten Stege werden dann bei der Montage des Rotorblatts mit den beiden Gurten verklebt.When using only one web, the two straps and the web in cross section form a double-T-beam. When using two parallel and spaced apart webs creates a spar box. Often, the webs are created in sandwich construction, i. from a lightweight core material, such as balsa wood or a foamed plastic material, which is provided on both sides with a cover layer of a fiber composite material. The plate-shaped, prefabricated webs are then glued during assembly of the rotor blade with the two straps.

Häufig sind die Gurte in Rotorblatthalbschalen integriert, die entlang einer Profilnasenkante und einer Profilendkante miteinander verbunden werden. Das Einkleben der Stege findet bei einer solchen Konstruktion zumindest teilweise innerhalb einer geschlossenen Struktur statt, so dass es nur einen eingeschränkten Zugang zu den Klebestellen gibt. In Anbetracht der sehr großen Abmessungen der zu verklebenden Bauteile und der unvermeidlichen Fertigungstoleranzen ist es schwierig, eine optimale Verklebung der Stege mit den Gurten zu erzielen. Die Gurte können ebenso wie der Steg in gesonderten Herstellungsformen vorgefertigt werden.Frequently, the straps are integrated into rotor half shells, which are connected to one another along a profile nose edge and a profile end edge. The gluing of the webs takes place in such a construction at least partially within a closed structure, so that there is only a limited access to the splices. In view of the very large dimensions of the components to be bonded and the inevitable manufacturing tolerances, it is difficult to achieve optimum bonding of the webs with the straps. The straps can be prefabricated as well as the bridge in separate manufacturing forms.

Aus der Druckschrift WO 94/01271 A1 ist ein Flügelholm mit zwei pultrudierten Gurten bekannt geworden. Die pultrudierten Gurte weisen jeweils zwei Verklebeflansche auf, zwischen denen Öffnung ausgebildet ist, in die ein vorgefertigter Steg eingesetzt wird.From the publication WO 94/01271 A1 a wing spar with two pultruded straps has become known. The pultruded belts each have two adhesive flanges, between which openings are formed, in which a prefabricated web is inserted.

Aus der Druckschrift WO 2015/082404 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Stegs für ein Windenergieanlagenrotorblatt bekannt geworden. Der Steg wird aus einem in Sandwichbauweise gefertigten Stegabschnitt und einem vorgefertigten Flanschabschnitt durch Aufbringen von Laminatlagen zusammengefügt. Der Flanschabschnitt kann ein pultrudiertes Profil aufweisen.From the publication WO 2015/082404 A1 For example, a method of manufacturing a web for a wind turbine rotor blade has become known. The web is assembled from a sandwich-made web section and a prefabricated flange section by applying laminate layers. The flange portion may have a pultruded profile.

Aus der Druckschrift WO 2016/177375 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Stegen für Windenergieanlagenrotorblätter bekannt geworden. An den beiden Längskanten eines in Sandwichbauweise aufgebauten Stegabschnitts werden pultrudierte T-Profile angeordnet, die einen Flansch zur Verklebung mit Gurten des Windenergieanlagenrotorblatts sowie einen senkrecht davon vorstehenden Befestigungsabschnitt, der zwischen Verstärkungsfaserlagen des Stegabschnitts eingebettet wird, aufweisen.From the publication WO 2016/177375 A1 a method for the production of webs for wind turbine rotor blades has become known. Pultruded T-profiles are arranged on the two longitudinal edges of a web section constructed in sandwich construction, which have a flange for bonding with straps of the wind turbine rotor blade and a fastening section protruding perpendicularly therebetween, which is embedded between reinforcing fiber layers of the web section.

Aus der Druckschrift WO 2016/015736 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Halbschalen für Windenergieanlagenrotorblätter bekannt geworden. Die Halbschalen werden in einer Herstellungsform im Vakuuminfusionsverfahren hergestellt und weisen integrierte Gurte aus übereinandergestapelten, pultrudierten Profilen auf. Als Fließhilfe werden zwischen den pultrudierten Profilen Lagen aus einem textilen Material angeordnet, das eine Vielzahl von Zwirnfäden aufweist.From the publication WO 2016/015736 A1 has become known a method for producing half-shells for wind turbine rotor blades. The half-shells are manufactured in a vacuum-infusion production mold and have integrated belts of stacked, pultruded profiles. As a flow aid layers of a textile material are arranged between the pultruded profiles, which has a plurality of twisting threads.

Aus der Druckschrift EP 2 368 792 A2 ist eine Stegverbindung für ein Windenergieanlagenrotorblatt bekannt geworden. Die Stege werden in gesonderten Herstellungsformen vorgefertigt und weisen einen mittleren Stegabschnitt in Sandwichbauweise auf. Die Deckschichten des Stegabschnitts stehen über das Kernmaterial über und bilden an den beiden Enden des Stegabschnitts V-förmig auseinanderlaufende Verbindungsabschnitte. An den Gurten der mit dem Steg zu verbindenden Rotorblatthalbschalen sind keilförmige Stützkörper angeordnet, die in von den V-förmig auseinanderlaufenden Verbindungsabschnitten gebildete Öffnungen eingreifen und mit den Verbindungsabschnitten verklebt sind.From the publication EP 2 368 792 A2 a web connection for a wind turbine rotor blade has become known. The webs are prefabricated in separate production forms and have a central web section in sandwich construction. The cover layers of the web section project beyond the core material and form at the two ends of the web section V-shaped divergent connecting sections. Wedge-shaped support bodies are arranged on the straps of the rotor blade half shells to be connected to the web, which engage in openings formed in the connecting portions extending in the form of a V and are adhesively bonded to the connecting sections.

Aus der Druckschrift WO 2013/143641 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Windenergieanlagenrotorblatts bekannt geworden, bei dem die Innenseiten zweier Rotorblatthalbschalen mit einer definierten Kontur und einer Markierung oder einem Anschlag versehen werden. Zwischen den Halbschalen eingesetzte Stege werden an den Markierung oder den Anschlägen ausgerichtet. In einem Ausführungsbeispiel sind die Anschläge keilförmig ausgebildet und greifen in komplementär geformte Nuten in den Stegen ein.From the publication WO 2013/143641 A1 a method for producing a wind turbine rotor blade has become known, in which the inner sides of two rotor blade half shells are provided with a defined contour and a marking or a stop. Webs inserted between the half-shells are aligned with the marking or the stops. In one embodiment, the stops are wedge-shaped and engage in complementary shaped grooves in the webs.

Aus der Druckschrift DE 10 2012 106 446 A1 ist ein Windenergieanlagenrotorblatt bekannt geworden, dessen Gurte über einen Steg miteinander verbunden sind, wobei zwischen dem Steg und den Gurten jeweils eine Art Steckverbindung ausgebildet ist. Insbesondere weisen die Gurte in einem verdickten Bereich jeweils eine im Querschnitt rechteckige oder dreieckige Nut auf, in die ein komplementär geformtes Einsteckelement des Stegs eingesetzt und mit dem Gurt verklebt wird.From the publication DE 10 2012 106 446 A1 a wind turbine rotor blade is known has become, the straps are connected to each other via a web, wherein between the web and the straps each have a kind of connector is formed. In particular, the straps in a thickened region each have a rectangular or triangular in cross-section groove into which a complementary shaped male element of the web is inserted and glued to the belt.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Windenergieanlagenrotorblatt mit einer aerodynamischen Hülle, zwei einander gegenüberliegend angeordneten Gurten und einem Steg, der die beiden Gurte miteinander verbindet, wobei der Steg einen Flanschabschnitt aufweist, der mit einer Innenseite eines der Gurte verklebt ist, zur Verfügung zu stellen, bei dem die Verbindung zwischen Gurten und Steg eine hohe Festigkeit aufweist und einfach herzustellen ist.On this basis, it is the object of the invention, a wind turbine rotor blade with an aerodynamic sheath, two oppositely arranged straps and a web which connects the two straps together, wherein the web has a flange portion which is glued to an inner side of the straps to To provide, in which the connection between straps and web has a high strength and is easy to manufacture.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Windenergieanlagenrotorblatt mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den sich anschließenden Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the wind turbine blade with the features of claim 1. Advantageous embodiments are specified in the subsequent subclaims.

Das Windenergieanlagenrotorblatt hat eine aerodynamische Hülle, zwei einander gegenüberliegend angeordnete Gurte und einen Steg, der die beiden Gurte miteinander verbindet, wobei der Steg einen Flanschabschnitt aufweist, der mit einer Innenseite eines der Gurte verklebt ist, der Flanschabschnitt des Stegs ein erstes pultrudiertes Profil aufweist und an der Innenseite des Gurts ein zweites pultrudiertes Profil angeordnet ist, wobei eines der beiden pultrudierten Profile eine in seiner Längsrichtung verlaufende Aussparung und das andere der beiden pultrudierten Profile einen komplementär zu der Aussparung geformten Vorsprung aufweist, der in die Aussparung eingreift.The wind turbine rotor blade has an aerodynamic sheath, two straps arranged opposite each other, and a web connecting the two straps, the web having a flange portion bonded to an inside of one of the straps, the flange portion of the strap having a first pultruded profile, and a second pultruded profile is disposed on the inside of the belt, one of the two pultruded profiles having a recess extending in its longitudinal direction and the other of the two pultruded profiles having a projection complementary to the recess which engages in the recess.

Die aerodynamische Hülle weist eine Druckseite und eine Saugseite auf und ist für die aerodynamischen Eigenschaften des Windenergieanlagenrotorblatts verantwortlich. Sie kann beispielsweise eine druckseitige Halbschale und eine saugseitige Halbschale aufweisen, die entlang einer Profilnasenkante und entlang einer Profilendkante miteinander verbunden sind. In jede dieser Halbschalen kann einer der beiden Gurte integriert sein. Alternativ können die Gurte in gesonderten Herstellungsformen hergestellt und anschließend mit der aerodynamischen Hülle verbunden werden.The aerodynamic shell has a pressure side and a suction side and is responsible for the aerodynamic properties of the wind turbine rotor blade. It may, for example, have a pressure-side half-shell and a suction-side half-shell, which are connected to one another along a profile nose edge and along a profile end edge. In each of these shells one of the two straps can be integrated. Alternatively, the straps may be made in separate forms of manufacture and then connected to the aerodynamic sheath.

Die beiden Gurte und der Steg verlaufen in Längsrichtung des Windenergieanlagenrotorblatts. Sie bilden gemeinsam eine Tragstruktur des Windenergieanlagenrotorblatts, die sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Windenergieanlagenrotorblatts erstreckt, d.h. von einer Blattwurzel bis nahe an eine Blattspitze heran. Es versteht sich, dass das Windenergieanlagenrotorblatt weitere Tragstrukturelemente aufweisen kann, beispielsweise einen oder mehrere weitere Stege und/oder zusätzliche Gurte.The two straps and the web run in the longitudinal direction of the wind turbine rotor blade. Together they form a supporting structure of the wind turbine rotor blade which extends substantially the entire length of the wind turbine rotor blade, i. from a blade root to near a leaf tip. It is understood that the wind turbine rotor blade may have further support structure elements, for example one or more further webs and / or additional straps.

Um die Verbindung zwischen dem Steg und einem der Gurte herzustellen, weist der Steg einen Flanschabschnitt auf. Dieser verläuft entlang einer Längskante des Stegs und ist einem der Gurte zugewandt. Zur Verbindung mit dem anderen der beiden Gurte kann der Steg einen weiteren Flanschabschnitt aufweisen, wobei die Verbindung des weiteren Flanschabschnitts mit dem zugehörigen Gurt in gleicher Weise hergestellt werden kann, wie nachfolgend erläutert, also insbesondere unter Verwendung eines weiteren, ersten pultrudierten Profils des weiteren Flanschabschnitts und eines weiteren zweiten pultrudierten Profils, das an der Innenseite des anderen Gurts angeordnet ist.To make the connection between the web and one of the straps, the web has a flange portion. This runs along a longitudinal edge of the web and is facing one of the straps. For connection to the other of the two straps, the web can have a further flange section, wherein the connection of the further flange section with the associated belt can be produced in the same way, as explained below, ie in particular using a further, first pultruded profile of the further flange section and another second pultruded profile disposed on the inside of the other belt.

Bei der Erfindung weist der Flanschabschnitt ein erstes pultrudiertes Profil auf und an der Innenseite des Gurts ist ein zweites pultrudiertes Profil angeordnet. Die pultrudierten Profile wurden in einem Pultrusionsverfahren aus Verstärkungsfasern und einem Kunststoffmaterial, in das die Verstärkungsfasern eingebettet werden, hergestellt. Hierzu werden die Verstärkungsfasern (beispielsweise Glasfasern oder Kohlenstofffasern) gemeinsam mit einem flüssigen Kunststoffmaterial durch eine Öffnung eines Formwerkzeugs hindurchgezogen. Die Öffnung des Formwerkzeugs bestimmt den Querschnitt des pultrudierten Profils. Nach dem Aushärten des Kunststoffmaterials zeichnet sich das pultrudierte Profil insbesondere durch eine sehr hohe Zugfestigkeit aus, die eine Folge der exakt in Längsrichtung des Profils ausgerichteten Verstärkungsfasern ist. Der Querschnitt der pultrudierten Profile kann durch die Wahl einer entsprechenden Öffnung des Formwerkzeugs weitgehend frei vorgegeben und sehr exakt eingehalten werden. Die pultrudierten Profile können eine sehr große Länge aufweisen. Bei der Erfindung können sich die pultrudierten Profile insbesondere über die gesamte Länge des Stegs bzw. des Gurts erstrecken.In the invention, the flange portion has a first pultruded profile and on the inside of the belt a second pultruded profile is arranged. The pultruded profiles were made in a pultrusion process of reinforcing fibers and a plastic material in which the reinforcing fibers are embedded. For this purpose, the reinforcing fibers (for example glass fibers or carbon fibers) are pulled together with a liquid plastic material through an opening of a molding tool. The opening of the mold determines the cross section of the pultruded profile. After curing of the plastic material, the pultruded profile is characterized in particular by a very high tensile strength, which is a consequence of the reinforcing fibers oriented exactly in the longitudinal direction of the profile. The cross section of the pultruded profiles can largely be predetermined freely by the choice of a corresponding opening of the mold and can be maintained very precisely. The pultruded profiles can have a very long length. In the invention, the pultruded profiles can extend in particular over the entire length of the web or of the belt.

Die beiden pultrudierten Profile weisen jeweils in ihrer Längsrichtung verlaufend eine Aussparung bzw. einen komplementär zu der Aussparung geformten Vorsprung auf. Im fertigen Windenergieanlagenrotorblatt greift der Vorsprung in die Aussparung ein, sodass die relative Anordnung der beiden pultrudierten Profile zu einander und damit des Stegs zu dem betreffenden Gurt durch die Geometrie der beiden pultrudierten Profile exakt vorgegeben ist. Insbesondere fixieren Aussparung und Vorsprung gemeinsam die Anordnung des Flanschabschnitts des Stegs in Richtung der Profilsehne. Die Tiefe der Aussparung kann insbesondere im Bereich von 1 mm bis 10 mm liegen. Wegen der komplementären Formgebung des mit der Aussparung zusammenwirkenden Vorsprungs weist der Vorsprung eine Höhe in dem genannten Bereich auf. Versuche haben ergeben, dass mit einer Aussparung, die eine Tiefe in dem genannten Bereich aufweist, bei üblichen Fertigungstoleranzen eine einfache und zuverlässige Montage möglich ist.The two pultruded profiles each have, in their longitudinal direction, a recess or a projection shaped complementary to the recess. In the finished wind turbine rotor blade, the projection engages in the recess, so that the relative arrangement of the two pultruded profiles to each other and thus of the web to the respective belt by the geometry of the two pultruded profiles is exactly predetermined. In particular, the recess and projection together fix the arrangement of the flange portion of the web in the direction of the chord. The depth of the recess may be in particular in the range of 1 mm to 10 mm. Because of the complementary Shaping the protrusion cooperating with the recess, the protrusion has a height in said area. Experiments have shown that with a recess having a depth in the said range, a simple and reliable installation is possible with conventional manufacturing tolerances.

Das Ausbilden von Aussparung und Vorsprung an pultrudierten Profilen bietet eine ganze Reihe von Vorteilen. Zum einen ist schon bei der Herstellung der beiden pultrudierten Profile sichergestellt, dass Aussparung und Vorsprung geometrisch exakt aufeinander abgestimmt sind. Hierfür sind keine zusätzlichen Arbeitsschritte erforderlich, was die Verwendung der exakt zusammenpassenden Geometrien stark vereinfacht und durch etwaige zusätzliche Verarbeitungsschritte bedingte Fertigungstoleranzen vermeidet.The formation of recess and projection on pultruded profiles offers a whole series of advantages. On the one hand, it is already ensured during the production of the two pultruded profiles that the recess and projection are geometrically exactly matched to one another. No additional work steps are required for this, which greatly simplifies the use of the exact matching geometries and avoids manufacturing tolerances caused by any additional processing steps.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die beiden mit den komplementären Geometrien ausgestatteten und miteinander verklebten Elemente dieselben Materialeigenschaften aufweisen, was die Belastbarkeit der Verbindung wegen des im Wesentlichen gleichen Temperatur- und Verformungsverhaltens erhöht.Another advantage is that the two elements equipped with the complementary geometries and bonded together have the same material properties, which increases the load capacity of the compound because of the substantially same temperature and deformation behavior.

Schließlich weisen die beiden pultrudierten Profile hervorragende Festigkeitseigenschaften auf, sodass sie nicht nur für das exakte Zusammenfügen von Steg und Gurt hilfreich sind, sondern zudem einen Beitrag zur strukturellen Festigkeit des Gurts bzw. des Flanschabschnitts leisten können.Finally, the two pultruded profiles have excellent strength properties, so that they are not only helpful for the exact assembly of web and belt, but also can contribute to the structural strength of the belt or the flange portion.

In einer Ausgestaltung weist die Aussparung im Querschnitt zwei einander gegenüberliegende Schrägflächen auf. Die Schrägflächen können so ausgerichtet sein, dass die von der Aussparung gebildete Öffnung des betreffenden pultrudierten Profils sich nach außen verbreitert. Durch die Schrägflächen wird beim Einsetzen des pultrudierten Profils mit dem Vorsprung eine selbstzentrierende Wirkung erzielt.In one embodiment, the recess in cross-section on two opposite inclined surfaces. The inclined surfaces may be oriented so that the opening formed by the recess of the respective pultruded profile widened outwards. Due to the inclined surfaces, a self-centering effect is achieved when inserting the pultruded profile with the projection.

In einer Ausgestaltung ist die Aussparung im Querschnitt dreieckig oder trapezförmig. Die Spitze des Dreiecks bzw. die kürzere der beiden parallelen Seiten des Trapezes kann in das betreffende pultrudierte Profil hineinweisen, sodass die von der Aussparung gebildete Öffnung sich wiederum nach außen hin aufweitet.In one embodiment, the recess in cross section is triangular or trapezoidal. The apex of the triangle or the shorter of the two parallel sides of the trapezium may point into the respective pultruded profile, so that the opening formed by the recess widens outwards again.

In einer Ausgestaltung weist das erste pultrudierte Profil den Vorsprung auf. Der Vorsprung ist also an dem Flanschabschnitt des Stegs ausgebildet. Diese Wahl kann das Einsetzen des Stegs vereinfachen.In one embodiment, the first pultruded profile on the projection. The projection is thus formed on the flange portion of the web. This choice can simplify the insertion of the web.

In einer Ausgestaltung weist das zweite pultrudierte Profil den Vorsprung auf. In diesem Fall ist der Vorsprung also an dem Gurt ausgebildet. Ein Vorteil dieser Wahl ist, dass der besonders hoch belastete Gurt nicht durch die Aussparung geschwächt wird.In one embodiment, the second pultruded profile on the projection. In this case, the projection is thus formed on the belt. An advantage of this choice is that the particularly highly loaded belt is not weakened by the recess.

In einer Ausgestaltung weist der Steg einen Stegabschnitt und eine Vielzahl von Lagen von Verstärkungsfasern auf, wobei mindestens eine der Lagen an einer Rückseite des pultrudierten Profils des Flanschabschnitts und an einer Außenfläche des Stegabschnitts anliegt. Wahlweise kann der Stegabschnitt ein Kernmaterial aufweisen, beispielsweise Balsaholz oder ein geschäumtes Kunststoffmaterial, und die Verstärkungsfasern können Deckschichten auf beiden Seiten des Kernmaterials bilden. Der Stegabschnitt ist dann in Sandwich-Bauweise aufgebaut. Der durchgängige Verlauf mindestens einer Lage der Verstärkungsfasern vom Stegabschnitt bis an das pultrudierte Profil heran (wo die Lage bevorzugt großflächig anliegt), bewirkt eine besonders feste Verbindung zwischen dem ersten pultrudierten Profil und dem Stegabschnitt.In one embodiment, the web has a web portion and a plurality of layers of reinforcing fibers, wherein at least one of the layers is applied to a rear side of the pultruded profile of the flange portion and to an outer surface of the web portion. Optionally, the web portion may comprise a core material, such as balsa wood or a foamed plastic material, and the reinforcing fibers may form cover layers on both sides of the core material. The web section is then constructed in sandwich construction. The continuous course of at least one layer of reinforcing fibers from the web section to the pultruded profile (where the layer is preferably applied over a large area) causes a particularly strong connection between the first pultruded profile and the web section.

In einer Ausgestaltung ist der Steg durch Einbetten der Verstärkungsfasern und des ersten pultrudierten Profils in ein Kunststoffmaterial in einer Steg-Herstellungsform hergestellt worden. Falls der Steg ein Kernmaterial aufweist, kann dieses ebenfalls in der Steg-Herstellungsform mit in das Kunststoffmaterial eingebettet worden sein. Mit dem Einbetten der Verstärkungsfasern und des ersten pultrudierten Profils in das Kunststoffmaterial ist gemeint, dass aus den Verstärkungsfasern, dem pultrudierten Profil und dem Kunststoffmaterial ein Faserverbundmaterial entsteht, also eine dauerhaft fest verbundene Einheit. Nicht erforderlich ist, dass alle Verstärkungsfasern und insbesondere das erste pultrudierte Profil von allen Seiten vollständig von dem Kunststoffmaterial umgeben sind. Mindestens eine Seite des pultrudierten Profils gelangt jedoch in innigen Kontakt mit dem Kunststoffmaterial und geht eine dauerhafte Verbindung damit ein. Das Einbetten in das Kunststoffmaterial in der Steg-Herstellungsform kann insbesondere in einem Vakuum-Infusionsverfahren geschehen. Alternativ können mit einem flüssigen Kunststoffmaterial vorimprägnierte Verstärkungsfasern in die Steg-Herstellungsform eingelegt werden, bei einem entsprechenden Kunststoffmaterialüberschuss auch gemeinsam mit trocken in die Steg-Herstellungsform eingelegten Verstärkungsfasern. Grundsätzlich kann das erste pultrudierte Profil auch mit den übrigen Elementen des Stegs verklebt werden, nachdem diese gesondert vorgefertigt worden sind. Die gemeinsame Einbettung in ein Kunststoffmaterial in einer Steg-Herstellungsform hat demgegenüber jedoch den Vorteil, dass eine besonders feste Verbindung und exakte Anordnung erzielt wird.In one embodiment, the web has been made by embedding the reinforcing fibers and the first pultruded profile into a plastic material in a web-forming mold. If the web has a core material, this may also have been embedded in the web material with the plastic material. By embedding the reinforcing fibers and the first pultruded profile in the plastic material, it is meant that a fiber composite material is produced from the reinforcing fibers, the pultruded profile and the plastic material, ie a permanently firmly connected unit. It is not necessary that all reinforcing fibers and in particular the first pultruded profile be completely surrounded on all sides by the plastic material. However, at least one side of the pultruded profile is in intimate contact with the plastic material and forms a permanent connection therewith. The embedding in the plastic material in the web-manufacturing mold can be done in particular in a vacuum infusion process. Alternatively, pre-impregnated reinforcing fibers can be inserted into the web-manufacturing mold with a liquid plastic material, with a corresponding excess of plastic material also together with dry inserted into the web-manufacturing form reinforcing fibers. In principle, the first pultruded profile can also be glued to the other elements of the web after they have been separately prefabricated. However, the common embedding in a plastic material in a web-manufacturing form has the advantage that a particularly strong connection and exact arrangement is achieved.

In einer Ausgestaltung ist das zweite pultrudierte Profil mit dem Gurt verklebt. In diesem Fall kann der Gurt getrennt von dem zweiten pultrudierten Profil vorgefertigt werden. Das pultrudierte Profil kann mit dem Gurt verklebt werden, gegebenenfalls auch nachdem der Gurt mit einer Halbschale des Windenergieanlagenrotorblatts verbunden oder gemeinsam mit dieser hergestellt worden ist. Ein Vorteil dieser Lösung ist, dass bewährte Herstellungsprozesse weitgehend beibehalten werden können.In one embodiment, the second pultruded profile is glued to the belt. In this case, the belt can be prefabricated separately from the second pultruded profile. The pultruded Profile can be glued to the belt, possibly even after the belt has been connected to a half-shell of the wind turbine rotor blade or manufactured together with this. An advantage of this solution is that proven manufacturing processes can be largely maintained.

In einer Ausgestaltung weist der Gurt eine Vielzahl von Lagen von Verstärkungsfasern auf, die gemeinsam mit dem zweiten pultrudierten Profil einer Gurt-Herstellungsform in ein Kunststoffmaterial eingebettet worden sind. Für das Einbetten in das Kunststoffmaterial wird auf die vorstehenden, die Herstellung des Stegs betreffenden Erläuterungen verwiesen. Diese gelten für den Gurt entsprechend. Ein Vorteil der gemeinsamen Einbettung des zweiten pultrudierten Profils mit den übrigen Elementen des Gurts in einer Gurt-Herstellungsform ist insbesondere die Möglichkeit, das zweite pultrudierte Profil sehr exakt im Gurtquerschnitt zu positionieren.In one embodiment, the belt has a plurality of layers of reinforcing fibers which have been embedded in a plastic material together with the second pultruded profile of a belt manufacturing mold. For embedding in the plastic material, reference is made to the above explanations concerning the production of the web. These apply to the belt accordingly. An advantage of the common embedding of the second pultruded profile with the other elements of the belt in a belt manufacturing mold is in particular the possibility to position the second pultruded profile very accurately in the belt cross section.

In einer Ausgestaltung weist der Gurt eine Vielzahl weiterer pultrudierter Profile auf, die gemeinsam mit dem zweiten pultrudierten Profil einen Querschnitt des Gurts bilden. In diesem Fall erhält der Gurt seine Festigkeit durch sämtliche in dem Gurtquerschnitt enthaltenen pultrudierten Profile. Das zweite pultrudierte Profil ist daher in den Gurtquerschnitt integriert und leistet einen Beitrag zu dessen Festigkeit.In one embodiment, the belt has a plurality of further pultruded profiles, which together with the second pultruded profile form a cross section of the belt. In this case, the belt gets its strength through all contained in the belt cross section pultruded profiles. The second pultruded profile is therefore integrated into the belt cross-section and contributes to its strength.

In einer Ausgestaltung ist der Querschnitt des Gurts abgesehen von der Aussparung oder von dem Vorsprung rechteckig. Beispielsweise können das zweite pultrudierte Profil und die weiteren pultrudierten Profile (abgesehen von dem Vorsprung oder der Aussparung) gleiche Querschnittsabmessungen aufweisen, beispielsweise rechteckig mit einer Breite im Bereich zwischen 50 mm und 500 mm und einer Höhe im Bereich von 5 mm bis 20 mm. Die weiteren pultrudierten Profile und das zweite pultrudierte Profil können aufeinandergestapelt oder in mehreren Stapeln nebeneinander angeordnet sein. In allen Fällen ergibt sich ein Gurt mit rechteckigem Querschnitt, in den das zweite pultrudierte Profil strukturell integriert ist.In one embodiment, the cross section of the belt is rectangular except for the recess or the projection. For example, the second pultruded profile and the other pultruded profiles (apart from the projection or the recess) may have the same cross-sectional dimensions, for example rectangular with a width in the range between 50 mm and 500 mm and a height in the range of 5 mm to 20 mm. The further pultruded profiles and the second pultruded profile can be stacked or arranged side by side in several stacks. In all cases, a belt with a rectangular cross-section, in which the second pultruded profile is structurally integrated.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Windenergieanlagenrotorblatt in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
2 einen Teil eines Stegs und ein damit zusammenwirkendes, zweites pultrudiertes Profil in einer Querschnittsdarstellung,
3 eine Alternative zu der Anordnung aus 2,
4 einen Teil eines Stegs und einen damit verbundenen Gurt in einer Querschnittsdarstellung,
5 eine Alternative zu der Anordnung aus 4.

The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in FIGS. Show it:

1 a wind turbine blade in a schematic cross-sectional view,
2 a part of a web and a cooperating, second pultruded profile in a cross-sectional view,
3 an alternative to the arrangement 2 .
4 a part of a web and a belt connected thereto in a cross-sectional view,
5 an alternative to the arrangement 4 ,

Das in 1 im Querschnitt dargestellte Windenergieanlagenrotorblatt 10 hat eine aerodynamische Hülle, die eine saugseitige Halbschale 12 und eine druckseitige Halbschale 14 aufweist. Die beiden Halbschalen 12, 14 sind entlang einer Profilnasenkante 24 und entlang einer Profilendkante 26 miteinander verbunden. Die beiden Gurte 16 und der dazwischen angeordnete Steg 18 erstrecken sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Windenergieanlagenrotorblatts 10, d.h. von einer Blattwurzel bis nahe an eine Blattspitze heran.This in 1 Wind turbine rotor blade shown in cross-section 10 has an aerodynamic shell that has a suction half shell 12 and a pressure-side half-shell 14 having. The two half shells 12 . 14 are along a profile nose edge 24 and along a profile end edge 26 connected with each other. The two straps 16 and the bridge between them 18 extend substantially over the entire length of the wind turbine rotor blade 10 , ie from a blade root close to a leaf tip zoom.

In jeder der beiden Halbschalen 12, 14 ist ein Gurt 16 angeordnet. Die beiden Gurte 16 liegen einander gegenüber und sind über einen Steg 18 miteinander verbunden. Der Steg 18 hat einen Stegabschnitt 20, der die Höhe des Stegs 18 bestimmt, und zwei Flanschabschnitte 22, die die Verbindung zu jeweils einem der Gurte 16 herstellen.In each of the half shells 12 . 14 is a belt 16 arranged. The two straps 16 lie opposite each other and are over a jetty 18 connected with each other. The jetty 18 has a bridge section 20 , the height of the footbridge 18 determined, and two flange sections 22 connecting to each one of the straps 16 produce.

2 zeigt einen Steg 18, von dem nur einer der Flanschabschnitte 22 und ein Teil des Stegabschnitts 20 zu sehen ist. Der Stegabschnitt 20 weist ein Kernmaterial 38 und eine Vielzahl von Lagen 30 von Verstärkungsfasern auf. Der Flanschabschnitt 22 des Stegs 18 weist ein erstes pultrudiertes Profil 28 auf, dessen Rückseite, die in 2 nach oben gerichtet ist, dem Stegabschnitt 20 zugewandt ist. An dieser Rückseite liegt ein Teil der Lagen 30 von Verstärkungsfasern an. Einige der Lagen 30 erstrecken sich somit von dem Stegabschnitt 20 bis in den Flanschabschnitt 22 hinein. Sie sorgen für eine feste Verbindung des Stegabschnitts 20 mit dem ersten pultrudierten Profil 28. 2 shows a footbridge 18 of which only one of the flange sections 22 and part of the bridge section 20 you can see. The bridge section 20 has a core material 38 and a variety of layers 30 of reinforcing fibers. The flange section 22 of the footbridge 18 has a first pultruded profile 28 on whose back, the in 2 directed upward, the web section 20 is facing. At this back is a part of the layers 30 of reinforcing fibers. Some of the locations 30 thus extend from the web portion 20 into the flange section 22 into it. They ensure a firm connection of the web section 20 with the first pultruded profile 28 ,

An der der Rückseite gegenüberliegenden Vorderseite des ersten pultrudierten Profils 28 weist dieses einen Vorsprung 32 auf. Der Vorsprung ist im Querschnitt im Wesentlichen dreieckig geformt und verläuft in der Mitte des Querschnitts des ersten pultrudierten Profils 28 und erstreckt sich über dessen gesamte Länge.At the opposite front side of the first pultruded profile 28 this one has a lead 32 on. The projection is substantially triangular in cross section and extends in the middle of the cross section of the first pultruded profile 28 and extends over its entire length.

In einem Abstand von dem ersten pultrudierten Profil 28 ist ein zweites pultrudiertes Profil 34 dargestellt, das in der Mitte seines Querschnitts und an der dem ersten pultrudierten Profil 28 zugewandten Seite eine Aussparung 36 aufweist. Diese ist im Querschnitt ebenfalls dreieckig und komplementär zu dem Vorsprung 32 geformt. Sie erstreckt sich über die gesamte Länge des zweiten pultrudierten Profils 34.At a distance from the first pultruded profile 28 is a second pultruded profile 34 shown in the middle of its cross section and on the first pultruded profile 28 facing side a recess 36 having. This is also triangular in cross section and complementary to the projection 32 shaped. It extends over the entire length of the second pultruded profile 34 ,

Nicht in 2 dargestellt ist, dass das zweite Profil 34 an einer Innenseite eines Gurts 16 angeordnet ist. Mit diesem Gurt 16 kann das zweite pultrudierte Profil 34 beispielsweise verklebt sein. Wie durch den kleinen Pfeil in 2 veranschaulicht, werden zur Verbindung des Stegs 18 mit dem Gurt 16 die beiden pultrudierte Profile 28, 34 einander angenähert, sodass der Vorsprung 32 in die Aussparung 36 eingreift. In dieser Anordnung werden die beiden pultrudierten Profile 28, 34 miteinander verklebt. Not in 2 shown is that the second profile 34 on an inside of a belt 16 is arranged. With this belt 16 may be the second pultruded profile 34 for example, be glued. As indicated by the little arrow in 2 illustrates are used to connect the bridge 18 with the belt 16 the two pultruded profiles 28 . 34 approached each other, so that the projection 32 in the recess 36 intervenes. In this arrangement, the two pultruded profiles 28 . 34 glued together.

3 zeigt eine Variante der Anordnung aus 2. Sie unterscheidet sich nur dadurch von der Variante aus 2, dass das erste pultrudierte Profil 28 jetzt die Aussparung 36 aufweist und das zweite pultrudierte Profil 34 den komplementär geformten Vorsprung 32. 3 shows a variant of the arrangement 2 , It only differs from the variant 2 that the first pultruded profile 28 now the recess 36 and the second pultruded profile 34 the complementarily shaped projection 32 ,

4 zeigt ein weiteres Beispiel eines Teils eines Stegs 18, der ebenfalls ein erstes pultrudiertes Profil 28 mit einem Vorsprung 32 aufweist. Dieser Steg 18 ist genauso aufgebaut, wie derjenige aus 2. Unterhalb des ersten pultrudierten Profils 28 ist ein Gurt 16 gezeigt, an dessen Innenseite ein zweites pultrudiertes Profil 34 mit einer Aussparung 36 angeordnet ist. Darüber hinaus weist der Gurt 16 vier weitere pultrudierte Profile 40 auf, die gemeinsam mit dem zweiten pultrudierten Profil 34 einen Stapel mit (abgesehen von der Aussparung 36) rechteckigem Querschnitt bilden. 4 shows another example of a part of a web 18 , which is also a first pultruded profile 28 with a lead 32 having. This jetty 18 is the same as the one out 2 , Below the first pultruded profile 28 is a belt 16 shown on the inside of a second pultruded profile 34 with a recess 36 is arranged. In addition, the belt points 16 four more pultruded profiles 40 on, which together with the second pultruded profile 34 a stack with (apart from the recess 36 ) form a rectangular cross-section.

Man erkennt, dass die Breite des Gurts 16 und damit auch die Breite des zweiten pultrudierten Profils 34 sowie die Breite der gleich breiten, weiteren pultrudierten Profile 40 größer ist als die Breite des ersten pultrudierten Profils 28. Die jeweils mittige Anordnung des Vorsprungs 32 und der Aussparung 36 führen dazu, dass der Steg 18 insgesamt in Breitenrichtung mittig zu dem Gurt 16 positioniert ist. 4 zeigt außerdem eine Klebeschicht 42, mit der das erste pultrudierte Profil 28 mit dem zweiten pultrudierten Profil 34 verklebt ist. Alternativ ist auch eine außermittige Positionierung des Steges auf dem Gurt möglich. Die Aussparung 36 wird dann an einer entsprechenden Position bei der Pultrusion des Profils ausgeformt.It can be seen that the width of the belt 16 and thus also the width of the second pultruded profile 34 as well as the width of the equally wide, further pultruded profiles 40 greater than the width of the first pultruded profile 28 , The respective central arrangement of the projection 32 and the recess 36 cause the jetty 18 Total in the width direction centered to the belt 16 is positioned. 4 also shows an adhesive layer 42 , with which the first pultruded profile 28 with the second pultruded profile 34 is glued. Alternatively, an off-center positioning of the web on the belt is possible. The recess 36 is then formed at a corresponding position in the pultrusion of the profile.

5 zeigt einen Steg 18, der demjenigen aus 3 gleicht. Im Unterschied zu dem Steg 18 aus 4 weist hier das erste pultrudierte Profil 28 die Aussparung 36 auf. Weitere Unterschiede gibt es hinsichtlich der Ausgestaltung des Gurts 16. Dieser besteht aus drei im Querschnitt nebeneinander angeordneten Stapeln pultrudierter Profile. Im in der 5 links dargestellten Stapel sind dies fünf weitere pultrudierte Profile 40, ebenso wie in dem in der 5 ganz rechts dargestellten Stapel. Der mittlere Stapel des Gurts 16 weist vier weitere pultrudierte Profile 40 und oberhalb davon das zweite pultrudierte Profil 34, das mit dem Vorsprung 32 versehen ist, auf. Insgesamt besteht der Gurt 16 in diesem Beispiel somit aus drei nebeneinander angeordneten Stapeln von jeweils fünf pultrudierten Profilen. Gemeinsam bilden diese fünfzehn pultrudierten Profile den abgesehen von dem Vorsprung 32 rechteckigen Querschnitt des Gurts 16. 5 shows a footbridge 18 that one out to the one 3 like. Unlike the jetty 18 out 4 Here is the first pultruded profile 28 the recess 36 on. There are further differences regarding the design of the belt 16 , This consists of three stacked juxtaposed stacks of pultruded profiles. I'm in the 5 These are five more pultruded profiles on the left 40 , as well as in the in the 5 rightmost stack. The middle pile of the belt 16 has four more pultruded profiles 40 and above that the second pultruded profile 34 that with the lead 32 is provided on. Overall, there is the belt 16 in this example, therefore, of three juxtaposed stacks of five pultruded profiles. Together, these fifteen pultruded profiles form the apart from the projection 32 rectangular cross-section of the belt 16 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: WindenergieanlagenrotorblattWind turbine rotor blade
1212: saugseitige Halbschalesuction half shell
1414: druckseitige Halbschalepressure side half shell
1616: Gurtbelt
1818: Stegweb
2020: Stegabschnittweb section
2222: Flanschabschnittflange
2424: ProfilnasenkanteProfile nose edge
2626: ProfilendkanteProfilendkante
2828: erstes pultrudiertes Profilfirst pultruded profile
3030: Lage von VerstärkungsfasernLocation of reinforcing fibers
3232: Vorsprunghead Start
3434: zweites pultrudiertes Profilsecond pultruded profile
3636: Aussparungrecess
3838: Kernmaterialnuclear material
4040: weiteres pultrudiertes Profilfurther pultruded profile
4242: Klebstoffadhesive

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 9401271 A1 [0005]
WO 2015/082404 A1 [0006]
WO 2016/177375 A1 [0007]
WO 2016/015736 A1 [0008]
EP 2368792 A2
WO 2013/143641 A1 [0010]
DE 102012106446 A1 [0011]

Claims

A wind turbine rotor blade (10) having an aerodynamic sheath, two straps (16) disposed opposite each other, and a web (18) interconnecting the two straps (16), the web (18) having a flange portion (22) connected to one Inner side of one of the straps (16) is glued, characterized in that the flange portion (22) of the web (18) has a first pultruded profile (28) and that on the inside of the belt (16) a second pultrudiertes profile (34) wherein one of the two pultruded profiles (28, 34) has a recess (36) extending in its longitudinal direction and the other of the two pultruded profiles (28, 34) has a projection (32) shaped complementary to the recess (36) engages in the recess (36).

Wind turbine rotor blade (10) after Claim 1 , characterized in that the recess (36) has in cross-section two mutually opposite inclined surfaces.

Wind turbine rotor blade (10) after Claim 1 or 2 , characterized in that the recess (36) is triangular or trapezoidal in cross-section.

Wind turbine rotor blade (10) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the first pultruded profile (28) comprises the projection (32).

Wind turbine rotor blade (10) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the second pultruded profile (34) has the projection (32).

Wind turbine rotor blade (10) according to one of Claims 1 to 5 characterized in that the web (18) comprises a web portion (20) and a plurality of layers (30) of reinforcing fibers, at least one of the layers (30) being attached to a back side of the first pultruded profile (28) and to an outer surface of the web Web portion (20) is applied.

Wind turbine rotor blade (10) after Claim 6 characterized in that the web (18) has been made by embedding the reinforcing fibers and the first pultruded profile (28) in a plastic material in a web-forming mold.

Wind turbine rotor blade (10) according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the second pultruded profile (34) is glued to the belt (16).

Wind turbine rotor blade (10) according to one of Claims 1 to 8th characterized in that the belt (16) comprises a plurality of layers (30) of reinforcing fibers which have been embedded in a plastics material together with the second pultruded profile (34) in a belt manufacturing mold.

Wind turbine rotor blade (10) according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that the belt (16) has a plurality of further pultruded profiles (40) which together with the second pultruded profile (34) form a cross section of the belt (16).

Wind turbine rotor blade (10) according to one of Claims 10 , characterized in that the cross section of the belt (16) is rectangular except for the recess (36) or the projection (32).