DE19962989A1 - Stossverbindung für Hohlprofile - Google Patents

Abstract

Eine insbesondere für Rotorblätter von Windenergieanlagen geeignete Stoßverbindung geteilter Hohlprofile besteht aus einer Mehrzahl von entlang der Teilungsfuge angeordneten und diese überbrückenden Laschen, die mit ihren Enden jeweils an einem der zu verbindenden Profile befestigt sind. Dabei ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß einer der beiden die Lasche an ihren Enden befestigenden Bolzen eine keilförmige Abplattung aufweist, mit deren Hilfe der Lasche eine Zugvorspannung aufgeprägt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stoßverbindung für geteilte Hohlprofile, insbesondere für Rotorblätter von Windenergieanlagen.

Ähnlich Flugzeugpropellern haben die Rotoren von Windenergieanlagen Rotor­ blätter, die aus einem tragenden Holm - zumeist mit Ober- und Untergurt - und einem Hohlprofil bestehen, welches die aerodynamischen Eigenschaften des Rotors bestimmt. Die Hohlprofile bestehen heutzutage im allgemeinen aus Verbundwerk­ stoffen, nämlich Glas- oder Kohlefasern mit Polyester- oder Expoxidharzen als Binder. Üblich geworden ist die Fertigung der Rotorblatt-Hohlprofile (deren Quer­ schnitt sich über die Länge im allgemeinen ändert) in Form zweier längsgeteilter Halbschalen, die mit dem Holm zum fertigen Blatt zusammengefügt werden.

Mit zunehmender Leistung moderner Windenergieanlagen werden auch deren Rotoren im Durchmesser größer, was die Fertigung entsprechend längerer Rotor­ blätter erfordert. Ist schon die Herstellung solch langer Rotorblätter, d. h. der dafür benötigten Halbschalen in einem Stück nicht unproblematisch (u. a. wegen des entsprechend großen Betriebsgebäudes), so stellt der anschließend erforderliche Transport an den Aufstellungsort der Windenergieanlage ein ernsthaftes Hindernis dar.

Im Hinblick hierauf und die absehbar weiter steigende Länge von Rotorblättern für Windenergieanlagen ist zu erwägen, derartige Rotorblätter und dabei namentlich deren Hohlprofile quer zu teilen, getrennt zu transportieren und erst am Aufstel­ lungsort der Windenergieanlage die Rotorblätter durch Zusammenfügen der Einzel­ teile an ihren Stoßfugen fertigzustellen. Das sich aus diesem Ansatz ergebende Problem besteht jedoch darin, eine Stoßverbindung zu entwickeln, welche die aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblattes nicht wesentlich beeinflußt, geringes Gewicht hat und vor allem imstande ist, den erheblichen Wechsellasten zu widerstehen, welchen die Rotorblätter im Betrieb einer Windenergieanlage ausgesetzt werden.

Dieses Problem löst die Erfindung durch eine Mehrzahl von entlang der Teilungs­ fuge angeordneten und diese überbrückende Laschen, die mit ihren Enden jeweils an einem der zu verbindenen Profilteile befestigt sind. Die Laschen ersetzen in ihrer Gesamtheit die herkömmlich zur Verbindung von Hohlprofilen übliche einstückige Flanschverbindung; sie sind wesentlich leichter als diese und können diskret in unterschiedlichen Abständen voneinander, nämlich in Abhängigkeit von den an der Teilungsfuge zu übertragenden Kräften über den Umfang des Hohlprofils verteilt angeordnet werden, so daß die Auslegung der Verbindung - bei sehr guter Kraftein­ teilung - hinsichtlich ihrer Betriebsfestigkeit einfacher möglich ist als bei einer herkömmlichen Flansch/Schraubverbindung. Obwohl diese Verbindungsart auch für längsgeteilte Hohlprofile (Rotorblätter) angewendet werden kann, eignet sie sich besonders für quergeteilte Hohlprofile unrunden Querschnitts, wobei die Laschen am Umfang des Hohlprofils angeordnet sind.

Von besonderem Vorteil ist die Wartungsfreiheit der neuen Stoßverbindung, weil sie nicht selbstlösend ist und daher auch kein Vorspannungsverlust in Kauf genom­ men zu werden braucht.

Vorzugsweise besteht jede Laschenverbindung aus Doppellaschen mit je einer auf der Außenseite und der Innenseite des Hohlprofils angeordneten Lasche. Ferner ist vorteilhaft vorgesehen, daß jede Lasche mit einer definierten Zugkraft vorspannbar ist. Durch eine ausreichend große Zugkraft-Vorspannung wird erreicht, daß trotz Wechsellast-Beanspruchung (Zugkraft/Druckkraft) im Verlauf einer Umdrehung des Rotors es in der Stoßverbindung bei der Zugkraft bleibt und sich lediglich deren Größe über den Verlauf einer Umdrehung ändert.

Um die hierfür erforderliche Zugkraft-Vorspannung auf die einzelnen, gemeinsam die Stoßverbindung bildenden Laschen aufzubringen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß jede Lasche an den Profilteilen mittels zweier Bolzen befestigt ist und minde­ stens einer der Bolzen jeweils in dem Kontaktbereich mit der Lasche oder den Laschen eine keilförmige Abplattung in seiner Achsrichtung aufweist sowie unver­ drehbar gehalten ist. Alternativ könnte der Bolzen auch teilkonisch ausgebildet sein, dann kann er auch verdreht werden. In jedem Falle findet beim Befestigen der Laschen, wenn diese mit ihren (entsprechend ausgebildeten) Enden über jenen Bolzen geschoben und in Richtung auf die betreffende Fläche des Hohlprofils gedrückt werden, zugleich der Aufbau einer Zugkraft-Vorspannung in Längsrich­ tung der Lasche und somit senkrecht zur Teilungsfuge statt. Um dies auf einfache Weise zu bewerkstelligen, besteht vorteilhaft der Bolzen aus einer mit den keilför­ migen Abplattungen versehenen Hülse und einer diese axial durchsetzenden Schraube mit Mutter, wobei sowohl der Schraubenkopf als auch die Mutter mittels napfartiger Druckstücke auf die zugehörige Lasche drücken und diese durch Bewegung entlang der Keilfläche (oder Konusfläche) vorspannen.

Eine weitere Alternative der Vorspannmechanik kann darin bestehen, daß minde­ stens einer der Bolzen jeweils in den Kontaktbereichen mit den Laschen eine gegenüber seiner Achse exzentrische Ausbuchtung hat. Durch Verdrehen des Bolzens - der im übrigen zur Befestigung der Laschen nicht verdreht zu werden braucht - kann auch auf diese Weise die gewünschte Zugkraft-Vorspannung in der Lasche erzeugt werden.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel, darin zeigt:

Fig. 1 in Draufsicht ein (einfach) quergeteiltes Rotorblatt für den Rotor einer Windenergieanlage in schematischem Querschnitt (der Spalt zwischen den Teilen dient nur der Anschaulichkeit);

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Abschnitt x der erfindungsgemäßen Stoßver­ bindung zwischen den beiden Rotorblatt-Teilen in Fig. 1;

Fig. 3 in perspektivischer Ansicht die gesamte, jedoch wie in Fig. 1 aufge­ schnittene Stoßverbindung zwischen den beiden Rotorblatt-Teilen in Fig. 1;

Fig. 4 einen vergrößerten Längsschnitt durch eine der in ihrer Gesamtheit die Stoßverbindung bildenden Laschenverbindungen;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Laschenverbindung in Fig. 4; und

Fig. 6 eine Ausschnittsdarstellung gemäß der Linie A-A in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt ein quergeteiltes Rotorblatt einer Windenergieanlage in schematischem Querschnitt. Die Teilungsfuge 2 zwischen den Teilen 1a und 1b des Rotorblatts 1 ist geöffnet. Beide Rotorblatt-Teile 1a und 1b bestehen aus einem tragenden Kernprofil 3 und einer aerodynamisch geformten Schale 4.

Fig. 2 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt auf die Stoßverbindung zwischen den Teilen 1a und 1b des Rotorblatts 1 bei geschlossener Teilungsfuge 2. Die Stoßver­ bindung besteht aus einer Vielzahl von Laschen 5, welche die Teilungsfuge 2 überbrücken und mittels Bolzen 6a, 6b jeweils an beiden Rotorblatt-Teilen 1a, 1b befestigt sind.

In Fig. 3 ist - wie in Fig. 1 - die Teilungsfuge 2 geöffnet, und Abschnitte der beiden Rotorblatt-Teile 1a, 1b sind perspektivisch dargestellt. Auch die Laschen 5 sind (nur zwecks Veranschaulichung) aufgeschnitten, und die Gesamtansicht der (aufgetrennten) Stoßverbindung zeigt, wie die Laschen 5 mit ihren Bolzen 6a, 6b über den - unrunden - Querschnitt des geteilten Hohlprofils verteilt sind. Im Bereich des Kernprofils 3 ist, weil dort die höchste Kraftübertragung erfolgt, die Anordnung der Laschen 5 am dichtesten; in den übrigen Bereichen sind größere Abstände zwischen den Laschen 5 vorgesehen.

Die Fig. 4 bis 6 veranschaulichen eine Laschenverbindung im Detail. Oberhalb und unterhalb der Hohlprofil-Teile 1a, 1b ist jeweils eine Lasche 5 angeordnet. Am Teil 1b sind beide Laschen 5 mittels eines Bolzens 6b unter Zwischenschaltung von Scheiben 7 durch eine Schraube 8 mit Mutter 9 befestigt. Am Teil 1a ist die Befestigung der Laschen 5 ähnlich, jedoch hat der Bolzen 6a keilförmige Abplattun­ gen 10, die sich von der Bolzenmitte zu seinen Enden und zur Achse 11 der (längeren) Schraube 8 mit Mutter 9 hin verjüngen. Zwischen dem Kopf der Schrau­ be 8 und der ihr benachbarten Lasche 5 einerseits sowie zwischen der Mutter 9 und der ihr benachbarten Lasche 5 andererseits sind napfartige Druckstücke 12 vorgesehen. Wird die Schraube 8 mit der Mutter 9 angezogen, so üben die Druck­ stücke 12 entsprechende Kräfte auf die Laschen 5 aus; ihre Annäherung insbeson­ dere an das Profilteil 1a läßt sie entlang den Abplattungen 10 des Bolzens 6a aufwärts gleiten, wodurch in den Laschen 5 eine Zugspannung aufgebaut wird (in den Kontaktbereichen der Laschen 5 mit den Abplattungen 10 kann die Innenwan­ dung der Laschen 5 den Flächen der Abplattungen 10 angepaßt sein). Die Zug­ spannung in den Laschen 5 führt zu einer Schließ-Druck-Spannung auf die Hohl­ profil-Teile 1a, 1b im Bereich ihrer Teilungsfuge 2.

Claims (8)

1. Stoßverbindung für geteilte Hohlprofile, insbesondere für Rotorblätter von Windenergieanlagen, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von entlang der Teilungsfuge (2) angeord­ neten und diese überbrückende Laschen (5), die mit ihren Enden jeweils an einem der zu verbindenden Profilteile (1a, 1b) befestigt sind.

2. Stoßverbindung nach Anspruch 1 für quergeteilte Hohlprofile unrunden Quer­ schnitts, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (5) am Umfang des Hohlprofils (1) angeordnet sind.

3. Stoßverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnungsdichte (Nähe) der Laschen (5) entlang der Teilungsfuge (2) in Abhängigkeit von den an der Teilungsfuge (2) zu über­ tragenden Zugkräften unterschiedlich ist.

4. Stoßverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Doppellaschen mit je einer auf der Außenseite und der Innenseite des Hohlprofils (1) angeordneten Lasche (5) vorgesehen sind.

5. Stoßverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lasche (5) bzw. Doppellasche mit einer definier­ ten Zugkraft vorspannbar ist.

6. Stoßverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (5) an den Profilteilen (1a, 1b) mittels zweier Bolzen (6a, 6b) befestigt sind und mindestens einer der Bolzen (6a) jeweils in den Kontaktbereichen mit den Laschen (5) eine keilförmige Abplattung (10) in seiner Achsrichtung aufweist sowie unverdrehbar gehalten ist.

7. Stoßverbindung nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (6a) aus einer mit den keilförmigen Abplattungen (10) versehenen Hülse und einer diese axial durchsetzenden Schrau­ be (8) mit Mutter (9) besteht, wobei sowohl der Schraubenkopf als auch die Mutter mittels napfartiger Druckstücke (12) auf die zugehörige Lasche (5) drücken und diese durch Bewegung entlang der Keilfläche vorspannen.

8. Stoßverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (5) an den Profilteilen (1a, 1b) mittels zweier Bolzen (6) befestigt sind und mindestens einer der Bolzen jeweils in den Kontaktbereichen mit den Laschen (5) eine gegenüber seiner exzentrische Aus­ buchtung hat.