DE19962989B4 - Rotorblatt für Windenergieanlagen - Google Patents
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Abstract
Rotorblatt
für Windenergieanlagen aus
einem quergeteilten Hohlprofil mit einer Stoßverbindung, bei der die Profilteile
in ihrer Längsrichtung
durch eine Mehrzahl von am Umfang der Profilteile angeordneten Spannelementen
gegeneinander verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente
entlang entlang der Teilungsfuge (2) angeordnete Laschen (5) sind,
die die Teilungsfuge überbrücken und
mit ihren Enden jeweils an einem der zu verbindenden Profilteile
(1a, 1b) mit geringem Längsabstand
von der Teilungsfuge (2) befestigt sind.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für Windenergieanlagen aus einem quergeteilten Hohlprofil mit einer Stoßverbindung.
- Ähnlich Flugzeugpropellern haben die Rotoren von Windenergieanlagen Rotorblätter, 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 Verbundwerkstoffen, nämlich Glas- oder Kohlefasern mit Polyester- oder Expoxidharzen als Binder. Üblich geworden ist die Fertigung der Rotorblatt-Hohlprofile (deren Querschnitt 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 Rotorblätter 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 ist es in der
DE 29 11 152 A1 vorgeschlagen worden, derartige Rotorblätter und dabei namentlich deren Hohlprofile quer zu teilen, getrennt zu transportieren und erst am Aufstellungsort der Windenergieanlage die Rotorblätter durch Zusammenfügen der einzelnen Abschnitte an ihren Stoßfugen fertigzustellen. Dabei sind an den Teilungsenden der Abschnitte Flanschen vorgesehen, an denen innerhalb des Hohlprofiles in Längsrichtung des Rotorblattes verlaufende Spannelemente verankert werden. Das sich aus diesem Ansatz ergebende Problem besteht jedoch darin, daß die in der Längsrichtung des Rotorblattes abzutragenden Kräfte praktisch allein durch die aus Faserwerkstoffen oder Stahldrähten bestehenden Spannelemente übertragen werden müssen, die wegen ihrer Elastizität und großen Spannlänge beträchtlicher Dehnung unterliegen, was auch bei größerer Vorspannung zur Lockerung der Stoßverbindungen führen kann. - Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Rotorblatt aus einem quergeteilten Hohlprofil mit einer Stoßverbindung anzugeben, welche die aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblattes nicht wesentlich beeinflußt, geringes Gewicht hat und vor allem imstande ist, ohne Festigkeitseinbuße den erheblichen Wechsellasten zu widerstehen, welchen die Rotorblätter im Betrieb einer Windenergieanlage ausgesetzt werden.
- Diese Aufgabe 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 verbindenden Profilteile mit geringem Abstand von der Teilungsfuge 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 Krafteinleitung – hinsichtlich ihrer Betriebsfestigkeit einfacher möglich ist als bei einer herkömmlichen Flansch/Schraubverbindung. Obwohl diese Verbindungsart auch für längsgeteilte Rotorblätter angewendet werden kann, eignet sie sich besonders für quergeteilte Rotorblätter unrunden Querschnitts, wobei die Laschen am Umfang des Rotorblatts angeordnet sind.
- Es ist zwar aus der
US 3,310,327 eine Stoßverbindung mittels einer Lasche bekannt. Dabei handelt es sich jedoch um eine temporäre, lösbare Verbindung von Bauwerksträgern durch ein einzelnes einstückiges Element, welches die vorübergehend zu verbindenden Bauteile in Anlage aneinander hält. Eine Anregung zur erfindungsgemäßen Stoßverbindung von Rotorblättern ist dem nicht zu entnehmen. - Von besonderem Vorteil ist die Wartungsfreiheit der neuen Stoßverbindung, weil sie nicht selbstlösend ist und daher auch kein Vorspannungsverlust in Kauf genommen zu werden braucht.
- Vorzugsweise besteht jede Laschenverbindung aus Doppellaschen mit je einer auf der Außenseite und der Innenseite des Rotorblatt-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 mindestens einer der Bolzen jeweils in dem Kontaktbereich mit der Lasche oder den Laschen eine keilförmige Abplattung in seiner Achsrichtung aufweist sowie unverdrehbar 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 Längsrichtung der Lasche und somit senkrecht zur Teilungsfuge statt. Um dies auf einfache Weise zu bewerkstelligen, besteht vorteilhaft der Bolzen aus einer mit den keilförmigen 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 mindestens 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:
-
1 in Draufsicht ein (einfach) quergeteiltes Rotorblatt für den Rotor einer Windenergieanlage in schematischem Querschnitt (der Spalt zwischen den Teilen dient nur der Anschaulichkeit); -
2 eine Draufsicht auf den Abschnitt x der erfindungsgemäßen Stoßverbindung zwischen den beiden Rotorblatt-Teilen in1 ; -
3 in perspektivischer Ansicht die gesamte, jedoch wie in1 aufgeschnittene Stoßverbindung zwischen den beiden Rotorblatt-Teilen in1 ; -
4 einen vergrößerten Längsschnitt durch eine der in ihrer Gesamtheit die Stoßverbindung bildenden Laschenverbindungen; -
5 eine Draufsicht auf die Laschenverbindung in4 ; und -
6 eine Ausschnittsdarstellung gemäß der Linie A-A in4 . -
1 zeigt ein quergeteiltes Rotorblatt einer Windenergieanlage in schematischem Querschnitt. Die Teilungsfuge2 zwischen den Teilen1a und1b des Rotorblatts1 ist geöffnet. Beide Rotorblatt-Teile1a und1b bestehen aus einem tragenden Kernprofil3 und einer aerodynamisch geformten Schale4 . -
2 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt auf die Stoßverbindung zwischen den Teilen1a und1b des Rotorblatts1 bei geschlossener Teilungsfuge2 . Die Stoßverbindung besteht aus einer Vielzahl von Laschen5 , welche die Teilungsfuge2 überbrücken und mittels Bolzen6a ,6b jeweils an beiden Rotorblatt-Teilen1a ,1b befestigt sind. - In
3 ist – wie in1 – die Teilungsfuge2 geöffnet, und Abschnitte der beiden Rotorblatt-Teile1a ,1b sind perspektivisch dargestellt. Auch die Laschen5 sind (nur zwecks Veranschaulichung) aufgeschnitten, und die Gesamtansicht der (aufgetrennten) Stoßverbindung zeigt, wie die Laschen5 mit ihren Bolzen6a ,6b über den – unrunden – Querschnitt des geteilten Hohlprofils verteilt sind. Im Bereich des Kernprofils3 ist, weil dort die höchste Kraftübertragung erfolgt, die Anordnung der Laschen5 am dichtesten; in den übrigen Bereichen sind größere Abstände zwischen den Laschen5 vorgesehen. - Die
4 bis6 veranschaulichen eine Laschenverbindung im Detail. Oberhalb und unterhalb der Hohlprofil-Teile1a ,1b ist jeweils eine Lasche5 angeordnet. Am Teil1b sind beide Laschen5 mittels eines Bolzens6b unter Zwischenschaltung von Scheiben7 durch eine Schraube8 mit Mutter9 befestigt. Am Teil1a ist die Befestigung der Laschen5 ähnlich, jedoch hat der Bolzen6a keilförmige Abplattungen10 , die sich von der Bolzenmitte zu seinen Enden und zur Achse11 der (längeren) Schraube8 mit Mutter9 hin verjüngen. Zwischen dem Kopf der Schraube8 und der ihr benachbarten Lasche5 einerseits sowie zwischen der Mutter9 und der ihr benachbarten Lasche5 andererseits sind napfartige Druckstücke12 vorgesehen. Wird die Schraube8 mit der Mutter9 angezogen, so üben die Druckstücke12 entsprechende Kräfte auf die Laschen5 aus; ihre Annäherung insbeson dere an das Profilteil1a läßt sie entlang den Abplattungen10 des Bolzens6a aufwärts gleiten, wodurch in den Laschen5 eine Zugspannung aufgebaut wird (in den Kontaktbereichen der Laschen5 mit den Abplattungen10 kann die Innenwandung der Laschen5 den Flächen der Abplattungen10 angepaßt sein). Die Zugspannung in den Laschen5 führt zu einer Schließ-Druck-Spannung auf die Hohlprofil-Teile1a ,1b im Bereich ihrer Teilungsfuge2 .
Claims (7)
- Rotorblatt für Windenergieanlagen aus einem quergeteilten Hohlprofil mit einer Stoßverbindung, bei der die Profilteile in ihrer Längsrichtung durch eine Mehrzahl von am Umfang der Profilteile angeordneten Spannelementen gegeneinander verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente entlang entlang der Teilungsfuge (
2 ) angeordnete Laschen (5 ) sind, die die Teilungsfuge überbrücken und mit ihren Enden jeweils an einem der zu verbindenden Profilteile (1a ,1b ) mit geringem Längsabstand von der Teilungsfuge (2 ) befestigt sind. - Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnungsdichte der Laschen (
5 ) entlang der Teilungsfuge (2 ) in Abhängigkeit von den an der Teilungsfuge (2 ) zu übertragenden Zugkräften unterschiedlich ist. - Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Doppellaschen mit je einer auf der Außenseite und der Innenseite des Hohlprofils (
1 ) angeordneten Lasche (5 ) vorgesehen sind. - Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lasche (
5 ) bzw. Doppellasche mit einer definierten Zugkraft vorspannbar ist. - Rotorblatt nach Anspruch 4, 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. - Rotorblatt nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (
6a ) aus einer mit den keilförmigen Abplattungen (10 ) versehenen Hülse und einer diese axial durchsetzenden Schraube (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. - Rotorblatt nach Anspruch 4, 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 Achse exzentrische Ausbuchtung hat.
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