DE3109566C2

DE3109566C2 - Rotorblatt für Windenergiemaschinen und Spannvorrichtung zu seiner Montage

Info

Publication number: DE3109566C2
Application number: DE3109566A
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: 1983-04-07
Also published as: DE3109566A1

Description

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Rotorblatt zu schaffen, bei dem Herstellungs- und Handhabungs-Schwierigkeiten aufgrund großer Abmessungen weitgehend überwunden sind, sowie eine vorzugsweise verwendete Spannvorrichtung zur Montage des Rotorblatts.

Die erfindungsgemäße Lösung dies -r Aufgabe erfolgt durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. 7.

Erfindungsgemäß ist es also möglich, derartig gioße Rotorblätter segmentweise herzustellen und die Segmente dan:i 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 Dehnschraube mit der Spannvorrichtung im Gegensatz zum Anziehen mit einem Drehmomenten-Schlüssei;

— 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 Dehnschraube von z. B. ca. 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, gedrungener Aufbau der Schraubenverbindung bei entsprechend einfacher, kostengünstiger Fertigung ihrer Teile;

— keine Störung der Geometrie des Rotorblatts wegen der Anordnung der Schraubenverbindung innerhalb des Rotorblatt-Profils; insbesondere nach Abtrennendes 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 Oberfläche der Segmente.

Die Erfindung wird vorteilhaft weitergebildet durch die Lehre nach den übrigen Ansprüchen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch auszugsweise das erfindungsgemäße Rotorblatt, und zwar im vertikalen Längsschnitt, d. h. die Drehrichtung des Rotorblatts verlauft senkrecht zur Zeichenebene,

F i g. 2a, 2b schematisch eine mechanische Ausführung der Spannvorrichtung bei ihrer Einwirkung auf das Rotorblatt, wobei Fig. 2a einen Schnitt Ha-IIa in F i g. 2b darstellt,

F i g. 3 schematisch eine hydraulische Ausführung der Spannvorrichtung; und

F i g. 4 ein Kräftediagramm zur Veranschaulichung eines Übersetzungsverhältnisses von z. B. 1 :4 zwischen aufzubringender 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, lO mit zwischenliegendem Keil 9, der über einen eigenen, abtrennbaren Lappen 15 mittels einer Spannvorrichtung 12 (in F i g. 1 nicht dargestellt) spannbar ist, wobei in einer (10) der Beilagen 8, 10 eine sich zum Kuil 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 Gewindestift 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. 2a, 2b 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.

Fig. 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 Sicherunesrine 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 Rotorblattes besteht in dem großen Übersetzungsverhältnis zwischen auf den Keil 9 aufzubringender Kraft und erforderlicher Vorspannkraft in der Dehnschraube 7 von z. B. circa 1 :4.

Dies sei jetzt anhand von Fig.4 erläutert, die die Verteilung von Kräften und Reibung bei Keil 9 und Dehnschraube 7 andeutet.

Annahmen:

Erforderliche Vorspannkraft

(in der Dehnschraube 7) F₁ = 100 000 N

Keil-Öffnungswinkel λ = 2°

Reibungsbeiwert für

Haftreibung (mit Schmierung

durch z. B. MOLYKOT G-n) 0=0,1

Die auf den Keil 9 aufzubringende Kraft Fi errechnet sich dann nach den Gesetzen der schiefen Ebene für zwei Gleitflächen:

Fi = Fv tan (λ +20)
F, = 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 000 N für die Dehnschraube 7 zu erzeugen. Dies bedeutet ein Übersetzungsverhältnis von ca. 1 : 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1 i 5 566
2 (Fig. 3). (Fig. 2a,2b). I ;; 6. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden An- Vorspannkraft trägt Patentansprüche: 4 spräche, dadurch gekennzeichnet, (Fig. 2a;3). 10. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1. Rotorblatt für Windenergiemaschinen, g e - B 7. Spannvorrichtung zur Montage des Rotorblatts 7-9, dadurch gekennzeichnet, kennzeichnet durch % - daß der Keil (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge - daß die lösbare Verbindung des Antriebs mit Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für Windeener ;·: - Markierungen (59; 69) zur Einstellung der
C
;? - 10 kennzeichnet durch dem Lappen(15)des Keils(9)besitzt: giemaschinen und eine Spannvorrichtung zu seiner — mindestens zwei Rotorblatt-Segmente (1,2), - eine formschlüssige mit dem Antrieb ver Montage. — die durch eine Dehnschraube (7) zusam - ein Gehäuse (50; 60), bundene Anschlußplatte (51; 61) und
- Stifte (55),
- die die Anschlußplatte (51; 61) und den Gegenwärtig werden Rotorblätter aus Faser-Ver mengehalten sind, die - das auf den Beilagen (8,10) als Widerlager Lappen (15) des Keils (9) durchsetzen bund-Werkstoffen (FVW) für Windenergiemaschinen — zwischen einer von ihr getragenen Mutter ruht, und einstückig laminiert, und zwar bis ca. 25 m Länge. (11) und dem dazu benachbarten Segment 15 — einen Antrieb, der Der Fertigung von Rotorblättern mit noch größerer (2) umgeben ist von - vom Gehäuse (50; 60) aufgenommen und Länge stehen folgende Schwierigkeiten entgegen: — zwei Beilagen (8, 10) mit zwischenliegen - lösbar mit dem Lappen (15) des Keils (9) - der zusammenhängende Raumbedarf wird immer dem Keil (9), verbunden ist. größen denn schon für ein 25-m-Rotorblatt beträgt — der über einen eigenen, abtrennbaren die Mindestfläche 35 m χ 7 m = 245 m²; Lappen (15) mittels einer Spannvor 20 8. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge - für das Laminieren muß das Raumklima gleichmä richtung (12) spannbar ist. kennzeichnet. ßig gehalten werden, was aber in den benötigten — wobei in einer (IP) der Beilagen (8,10) großen Montage-Hallen schwierig ist; — eine sich zum Keil (9) erstrecken — daß der Antrieb besitzt: - mit zunehmender Größe wird die Handhabung der de öffnung (13) vorgesehen ist. — eine Gewindespindel (52), Rotorblatts immer schwieriger; und die 25 - die eine Sechskant-Mutter (54) trägt, - entsprechend wird der Transport schwieriger. — nach Füllen mit einem aushärten — die sich über eine Druckscheibe (53) am den Gemisch (14) einen sichern Gehäuse (50) abstützt den Gewindestift (13) aufnimmt. 30 (F ig. 2a, 2b). 2. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekenn 9. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge zeichnet. kennzeichnet, - daß zwei Segmente (1,2) vorgesehen sind, — daß der Antrieb besitzt: — daß beide Segmente (1,2) — einen hydraulischen Zylinder, - gegenüberliegende Querbohrungen (3, 4) 35 - dessen Kolben (62) in seinem Weg besitzen, durch eine Stellschraube (65) begrenzt - die mittels einer Längsbohrung (5) verbun ist den sind. - durch die sich die Dehnschraube (7) 40 erstreckt, - daß die eine Querbohrung (4) die Mutter (11) aufnimmt,
— daß die andere Querbohrung (3) — einen Bolzen (6) mit radialem Gewinde (6a) 45 aufnimmt, - in das die Dehnschraube (7) eingeschraubt ist. 3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 50 gekennzeichnet, — daß das aushärtende Gemisch (14) - ein Harz- und Härter-Gemisch ist. 4. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, 55 - daß die Segmente (1,2) - aus Faserverbundwerkstoff bestehen und - daß die Beilagen (8,10) 60 - aus Metall bestehen. 5. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, I - daß der Keil (9) 65 - einen öffnungswinkel von 2° besitzt.