DE3109566A1

DE3109566A1 - Rotorblatt fuer windenergiemaschinen und spannvorrichtung zu seiner montage

Info

Publication number: DE3109566A1
Application number: DE19813109566
Authority: DE
Inventors: Peter 8011 Faistenhaar Eschenfelder; Franz Ing.(grad.) 8012 Ottobrunn Sperber
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-03-13
Filing date: 1981-03-13
Publication date: 1982-10-14
Also published as: DE3109566C2

Description

Rotorblatt für Windenergiemaschinen und Spannvorrichtung zu
seiner Montage Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für Windenergiemaschinen und eine Spannvorrichtung zu seiner Montage.
Gegenwärtig werden Rotorblätter aus Faser-Verbund-Werkstoffen (FVW) für Windenergiemaschinen einstückig laminiert, und zwar bis ca. 25 m Länge.
Der Fertigung von Rotorblättern mit noch größerer Länge stehen folgende Schwierigkeiten entgegen: - der zusammenhängende Raumbedarf wird immer größer, denn schon für ein 25-m-Rotorblatt beträgt die Mindestfläche 35 m x 7 m = 245 m2; - für das Laminieren'muß das Raumklima gleichmäßig gehalten werden, was aber in den benötigten großen Montage-Hallen schwierig ist; - mit zunehmender Größe wird die Handhabung des Rotorblatts immer schwieriger; und - entsprechend wird der Transport schwieriger.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Rotorblatt zu schaffen, bei dem Herstellungs- und Handhabunos-Schwierigkeiten aufgrund großer Abmessungen weitgehend überwunden sind, sowie eine vorzugsweise verwendete Spannvorrichtung zur Montage des Rotorblatts.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. 7.
Erfindungsgemäß ist es also möglich, derartig große Rotorblätter segmentweise herzustellen und die Segmente dann getrennt zum Bestimmungsort zu transportieren, wo sie schließlich zum fertigen Rotorblatt lösbar zusammengefügt werden.
Die Erfindung zeichnet sich durch zahlreiche Vorteile aus - Genaue Einstellung der Vorspannung in der Dehnschraubemit der Spannvorrichtung im Gegensatz zum Anziehen mit einem Drehmomenten-Schlüssel; - keine erhöhte Spannung durch Spannungsüberlagerung aufgrund von Zug- und Torsions-Kräften; - keine Torsion des Dehn-Schraubenschaftes beim Vorspannen; - günstiges Übersetzungsverhältnis von aufzubringender Kraft zur Vorspannkraft in der Dehn-Schraube von z. B. c.a 1 : 4; - kein Erfordernis der freien Zugänglichkeit der Schraubenverbindung bei Aufbringen der Vorspannung, was besonders vorteilhaft ist wegen der beengten räumlichen Verhältnisse bei der Montage des Rotorblatts zudem in einer Höhe von z. B. 70 m; - einfacher, gedrungender Aufbau der Schraubenverbindung bei endgrechend einfacher, kostengünstiger Fertigung ihrer Teile; - keine Störung der Geometrie des Rotorblatts wegen der Anordnung der Schraubenverbindung innerhalb des Rotorblatt-Profils; insbesondere nach Abtrennen des Lappens des Keils; - Einfachheit der am Keil angreifenden Spannvorrichtung; - Absetzen der Spannkräfte auf die vorzugsweise metallischen Beilagen anstatt auf die (vorzugsweise aus FVW-Werkstoff bestehenden) Segmente des Rotorblatts und damit keine Belastung sowie Beschädigung der Qberfläche der Segmente.
Die Erfindung wird vorteilhaft weitergebildet durch die Lehre nach den übrigen Ansprüchen.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch auszugsweise das erfindungsgemäße Rotorblatt, Fig. 2a, b schematisch eine mechanische Ausführung der Spannvorrichtung bei ihrer Einwirkung auf das Rotorblatt, wobei Fig. 2a einen Schnitt lIa-IIa in Fig. 2b darstellt; Fig. 3 schematisch eine hydraulische Ausführung der Spannvorrichtung, und Fig. 4 ein Kräftediagramm.zur Veranschaulichung eines Übersetzungsverhältnisses von z. B. 1 : 4 zwischen auf zubringender Kraft und Vorspannkraft.
Ausweislich F i g . 1 besitzt das Rotorblatt zwei Rotorblatt-Segmente 1, 2, die durch eine Dehnschraube 7 zusammengehalten sind, die zwischen einer von ihr getragenen Mutter 11 und dem dazu benachbarten Segment umgeben ist von zwei Beilagen 8,1 mit zwischenliegendem Keil 9, der über einen eigenen, abtrennbaren Lappen 15 mittels einer Spannvorrichtung 12 (in Fig. 1 nicht dargestellt) spannbar ist, wobei in einer (10) der beilagen 8, 10 eine sich zum Keil 9 erstreckende Öffnung 13 vorgesehen ist, die nach Füllen mit einem aushärtenden Gemisch 14 einen sichernden Gewindestift 13 aufnimmt.
Die beiden Segmente 1, 2 besitzen gegenüberliegende Querbohrungen 3 und 4 , die mittels einer Längsbohrung 5 verbunden sind, durch die sich die Dehnschraube 7 erstreckt, wobei die eine Querbohrung 4 den Kopf der Dehnschraube 7 mit der Mutter 11 aufnimmt, während die andere Querbohrung 3 einen Bolzen 6 mit radialem Gewinde 6a aufnimmt, in den die Dehnschraube 7 eingeschraubt ist.
Das aushärtende Gemisch 14 ist vorzugsweise ein Harz- und Härter-Gemisch.
Die Segmente 1 2 bestehen vorzugsweise aus Faserverbundwerkstoff, dagegen die Beilagen 8, 10 aus Metall.
Die Montage des Rotorblatts erfolgt folgendermaßen: In den Bolzen 6 mit dem radialen Gewinde 6a wird die Dehnschraube 7 eingeschraubt, anschließend das zweite Segment 2 an das erste Segment 1 herangeführt, so daß jetzt in die Querbohrung 4 des zweiten Segments 2 die Dehnschraube 7 vorspringt, auf die dann die Beilage 8, der Keil 9 und die Beilage 2 gesteckt werden. Anschließend wird die Mutter 11 aufgeschraubt und mit einem definierten (geringen) Drehmoment angezogen.
Nunmehr wird am Keil 9 die Spannvorrichtung 12 angesetzt, die sich auf den Beilagen 8 und 10 als Widerlager abstützt. Die Spannkräfte werden also auf die vorzugsweise aus Metall bestehenden Beilagen 8 und 10 ausgeübt und nicht auf die aus Faserverbundwerkstoff bestehenden Segmente 1 und 2.
Nach dem derart vorgenommenen Anziehen (vgl. dazu auch weiter unten) wird durch das Loch 13 in der Beilage 10 das Harz- und Härter-Gemisch 14 eingespritzt und anschließend der Gewinde stift 13 eingeschraubt. Dann wird die Spannvorrichtung 12 abgenommen und der Lappen 15 am Keil 9 abgetrennt. Die gesamte Verbindung liegt jetzt innerhalb des Rotorblatt-Profils, so daß die Strömung nicht gestört wird.
Die Spannvorrichtung 12 kann in verschiedener Weise ausgeführt sein.
F i g . 2 a , b zeigt eine mechanische Ausführung: Sie besteht aus einem Gehäuse 50, in das seitlich eine Anschlußplatte 51 eingeschoben wird, die ihrerseits oben formschlüssig mit einer Gewindespindel 52 und unten durch Stifte 55 mit dem Lappen 15 des Keils 9 verbunden ist. Die Gewindespindel 52 trägt eine Sechskant-Mutter 54, die sich über eine Druckscheibe 53 am Gehäuse 50 abstützt. Die Vorspannkraft wird durch Eindrehen der Sechskant-Mutter 54 aufgebracht, wobei die Einstellung der Vorspannkraft über den Anzugsweg des Keils 9 erfolgt, der.mit Wegmarkierungen 59 versehen ist.
F i g . 3 zeigt dann eine hydraulische Ausführung der Spannvorrichtung 12.
Sie besteht aus einem Gehäuse 60, in das ebenfalls seitlich eine Anschlußplatte 61 eingeschoben wird, die oben formschlüssig mit einem Kolben 62 und unten durch (nicht gezeigte) Stifte mit dem Lappen 15 des Keils 9 verbunden ist. Der Zylinderraum wird durch einen Deckel 63 gesichert mit einem Sicherungsring 64. Eine Bohrung 67 dient zur Entlüftung des Zylinderraums.
Ein Druckmedium wird durch eine Bohrung 66 zugeführt.
Die Vorspannkraft kann mit einer Stellschraube 65 eingestellt werden, die den Weg des Kolbens 62 begrenzt, und mit der Markierung 69 am Keil 9 kontrolliert werden.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Rotorblatts besteht in dem großen Ubersetzungsverhältnis zwischen auf den Keil 9 aufzubringender Kraft und erforderlicher Vorspannkraft in der Dehnschraube 7 von z. B. ca. 1 : 4.
Dies sei jetzt anhand von F i g . 4 erläutert, die die Verteilung von Kräften und Reibung bei Keil 9 und Dehnschraube 7 andeutet.
Annahmen: Erforderliche Vorspannkraft (in der Dehnschraube 7) Fv = 100 000 N Keil-Öffnungswinkel a = 2 Reibungsbeiwert für Haftreibung ¢ = 0,1 (mit Schmierung durch z. B. MOLYKOT G-n) Die auf den Keil 9 aufzubringende Kraft F1 errechnet sich dann nach den Gesetzen der schiefen Ebene für zwei Gleitflächen: F1 = Fv tan (a+2f) F1 = 100 000 N (0,0349 + 0,2) = 23 492,08 N (= 2,35 t).
Es muß also eine Kraft von lediglich 23 500 N auf den Keil 9 aufgebracht werden, um eine Vorspannkraft von 100 000 N für die Dehnschraube 7 zu erzeugen. Dies bedeutet ein Ubersetzungsverhältnis von ca. 1 : 4.
Leerseite

Claims

Rotorblatt für Windenergiemaschinen und Spannvorrichtung seiner Montage Ansprüche Rotorblatt für Windenergiemaschinen, gekennzeichnet durch - mindestens zwei Rotorblatt-Segmente (1, 2), - die durch'eine Dehnschraube (7) zusammengehalten sind, die - zwischen einer von ihr getragenen Mutter (11) und dem dazu benachbarten Segment (2) umgeben ist von - zwei Beilagen (8, 10) mit zwischenliegendem Keil (9), - der über einen eigenen, abtrennbaren Lappen (15) mitteils einer Spannvorrichtung (12) spannbar ist, - wobei in einer (10) der Beilagen (8, 10) - eine sich zum Keil (9) erstreckende Öffnung (13) vorgesehen ist, die - nach Füllen mit einem aushärtenden Gemisch (14) einen sichernden Gewindestift (13) aufnimmt.
2. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß zwei Segmente (1, 2) vorgesehen sind, - daß beide Segmente (1, 2) - gegenüberliegende Querbohrungen (3, 4) besitzen, - die mittels einer Längsbohrung (5) verbunden sind, - durch die sich die Dehnschraube (7) erstreckt, - daß die eine Querbohrung (4) die Mutter (11) aufnimmt, - daß die andere Querbohrung (3) - einen Bolzen (6) mit radialem Gewinde (6a) aufnimmt, - in das die Dehnschraube (7) eingeschraubt ist.
3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - daß das aushärtende Gemisch (14) - ein Harz- und Härter-Gemisch ist.
4. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - daß die Segmente (1, 2) - aus Faserverbundwerkstoff bestehen und - daß die Beilagen (8, 10) - aus Metall bestehen.
5. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - daß der Keil (9) - einen Öffnungswinkel von 2 ° besitzt.
6. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - daß der Keil (9) - Markierungen (59; 69) zur Einstellung der Vorspannkräft trägt (Fig. 2a; 3).
7. Spannvorrichtung zur Montage des Rotorblatts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - ein Gehäuse (50; 60), - das auf den Beilagen (8, 1n) als Widerlager ruht, und - einen Antrieb, der - vom Gehäuse (50; 60) aufgenommen und - lösbar mit dem Lappen (15) des Keils (9) verbunden ist.
8. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, - daß der Antrieb besitzt: - eine Gewindespindel (52), - die eine Sechskant-Mutter (54) trägt, - die sich über eine Druckscheibe (53) am Gehäuse (50) abstützt (Fig. 2a, b).
9. Spannvorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, - daß der Antrieb besitzt: - einen hydraulischen Zylinder, - dessen Kolben (62) in seinem Weg durch eine Stellschraube (65) begrenzt ist (Fig. 3).
10. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, - daß die lösbare Verbindung des Antriebs mit dem Lappen (15) des Keils (9) besitzt: - eine formschlüssig mit dem Antrieb verbundene Anschlußplatte (51; 61) und - Stifte (55), - die die Anschlußplatte (51; 61) und den Lappen (15) des Keils (9) durchsetzen (Fig. 2a, b).