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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Blitzableiters zum Ableiten eines von einem Blitz verursachten elektrischen Stroms,
der auf Strukturen wie etwa Blättern
von Windturbinen, Flugzeugkomponenten, Antennenkuppeln und ähnlichem
zum Zwecke des Blitzschutzes anzubringen ist. Die vorliegende Erfindung
betrifft weiter die Gestalt eines Blitzableiterstreifens.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
ansteigende Entwicklungstätigkeit
im Feld von Windenergienlagen spiegelt sich in großen Einheiten
mit nochmals höheren
Türmen
und längeren
Blättern
wieder, welche zu dem erhöhten
Risiko führen,
von einem Blitz getroffen zu werden. Die Anlagen sind typischerweise
vor Blitzschlägen
gesichert, so daß ein
möglicher
Blitzstrom angezogen und in einer kontrollierten Weise auf Erde
geführt wird,
um die sensitiven Elemente in der Windenergieanlage nicht zu beschädigen. Eine
der populärsten Verfahren
zur Absicherung gegen Blitze liegt im Installieren von einem oder
mehreren sogenannten Blitzrezeptoren, die leitende Elemente sind,
und welche z. B. auf der Spitze der Blätter plaziert werden und mit
internen Leitungskabeln in den Blättern verbunden werden. Dies
ist z. B. aus
EP 0 783 629 bekannt.
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Ein ähnliches
Verfahren ist in
US 6 457 943 beschrieben
worden, gemäß dem ein
Windturbinenblatt mit langen Teilen von Carbonfasermaterial in der Gesamtlänge des
Blattes aufgebaut ist. Die Carbonfasern, welche leitend sind, wirken
somit als Blitzaufnehmer, und der Blitzstrom wird durch das Material und
nach unten in innerlich plazierte Leitungskabel geführt. Dieses
Verfahren bezieht sich somit auf den Aufbau des gesamten Blattes,
und erfordert nicht nur die Verwendung von Carbonfasern in großen Teilen des
Blattes, was nicht immer erwünscht
ist, sondern ebenfalls eine spezifische Dicke der Carbonfaserteile derart,
daß das
Material den Blitzstrom leiten kann, ohne beschädigt zu werden.
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Die
Blätter
sind gewöhnlich
die längsten
Teile der Windenergieanlage, und sie stehen daher unter einem erhöhten Risiko,
von einem Blitz getroffen zu werden. Windenergie anlagen werden in
großer
Anzahl in dem Meer plaziert, um Windkraftparks zu bilden, was zu
der Tatsache führt,
daß der
Service und die Aufrechterhaltung eher teuer und komplex wird, aufgrund
von Wetterbedingungen und schwierigen Zugangsbedingungen. Salz von
Luftablagerungen auf z. B. den Blättern machen diese leitend,
was wiederum das Risiko erhöht,
daß diese
von einem Blitz getroffen werden.
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In
WO 01/77527 wird es vorgeschlagen, Streifen
von Kupferfäden
auf die Blätter
zu kleben oder zu binden, und diese Kupferstränge mit den Rezeptoren zu verbinden.
Die Stränge
sind dazu gedacht, einen Blitzstrom auf einen Rezeptor zu leiten, von
wo er über
ein Kabel auf Grund geführt
werden kann. Dies impliziert, daß die Stränge eine ausreichende Leitfähigkeit
haben müssen,
um in der Lage zu sein, einen Blitzstrom zu halten, welcher 50 kA überschreiten
kann. Die Stränge
müssen
nach Blitzschlägen
austauschbar sein, aufgrund der von dem Blitzstrom resulierenden
starken Hitze verursachen Beschädigung,
was nicht nur eine Beobachtung der Windenergieanlage und deren Stillstand
während des
Wechsels, sondern auch große
Kosten bedeutet. Weiter besteht das Risiko, daß die Stränge locker werden und folglich
die aerodynamischen Eigenschaften des Blattes negativ beeinflussen.
Anderweitig müssen
die Stränge
aus schwerem Material hergestellt sein, was zu einem unerwünschten
Extragewicht an dem Blatt führt.
Eines der Probleme bei der Gestaltung von langen Blättern ist
es, das Gewicht zu verringern, dahingehend, daß das Gewicht an sich nicht
nur die Blätter
nochmals schwerer macht, sondern ebenfalls die Nabe, die Gondel
und den Turm.
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Flugzeuge
sind ebenfalls Blitzschlägen
ausgesetzt und müssen
daher von diesen geschützt
werden. Flugzeuge sind mit Radarinstallationen ausgerüstet, z.
B. in Verbindung mit Navigation, welche oftmals in der Nase des
Flugzeugs angeordnet sind, um nach vorne schauen zu können. Wenn
eine Radarausrüstung
in der Nase des Flugzeugs plaziert ist, ist die Nase nicht aus Aluminium
wie der restliche Teil des Flugzeugs hergestellt. Vielmehr ist er
aus einem bestimmten Plastikmaterial hergestellt, da das Radar anderweitig
nicht in der Lage wäre,
durch die Nase zu sehen. Die Nase muß ebenfalls vor Blitzschlägen gesichert
werden, aber es muß in
einer speziellen Weise durchgeführt
werden, um das Radar nicht zu stören.
Seit den 60iger Jahren ist die Idee von Blitzschutz mittels sogenannter
Blitzableiterstreifen, welche von unterschiedlichen Formen sein
können,
bekannt. Ein Beispiel ist in
US
4 237 514 zu sehen, wo eine Basis, ausgestattet mit Aluminiumpulver,
auf z. B. Nase eines Flugzeugs in Streifen aufgeklebt wird. Das
Aluminiumpulver bildet keinen durchgehenden Leiter, sondern vielmehr
unterbrochene oder segmentierte leitfähige Teilchen. Wenn diese metallischen
und leitenden Teilchen einem elektrischen Feld als das Ergebnis
eines Blitzschlags ausgesetzt werden, tritt ein Kurzschluß zwischen
den Teilchen auf, und ein leitender ionisierter Kanal wird in der
Luft oberhalb der Teilchen geschaffen, in welcher der Blitzstrom
zu z. B. einem Metallteil des Flugzeugs geführt werden kann. Anstelle von
Aluminiumpulver beschreibt
US
4 506 311 knopf- oder diamantförmige Metallstücke, welche
getrennt in eine Basis eingebaut sind, die wie ein Band geformt
ist. Sowohl Bänder
als auch Streifen sind zur Installierung außerhalb der Nase des Flugzeugs
gedacht, wo diese symmetrisch angeordnet von der Spitze der Nase
abstehen. Eine derartige Position liefert einen guten Schutz, führt aber
zur gleichen Zeit zu aerodynamischen Störungen. Weiter weisen diese
Streifen den Nachteil auf, nicht sehr lange zu dauern, da die Segmente
einfach von der Basis abgestriffen werden, in welche sie eingebaut
sind, entweder durch den Blitz oder durch einfache Abnutzung. Daher
müssen
diese Bänder oftmals
erneuert werden, wenn sie einem Blitz ausgesetzt wurden. In vielen
Anwendungen ist dies jedoch sehr kostenintensiv und unpraktisch.
Ableiterstreifen gemäß
US 4 506 311 werden darüber hinaus als
das Problem aufweisend angesehen, daß der Blitzstrom von unterhalb
den Segmenten zu dem nächsten
springen kann, welches das Risiko erhöht, daß der Strom auf die Struktur
springt, welche von dem Ableiter geschützt werden sollte. Ein weiterer Nachteil
liegt darin, daß die
Streifen schwierig auf den Flächen
zu sichern sind, ohne unfreiwillig die Streifen oder Bänder ein
wenig zu dehnen, wodurch die Abstände zwischen den Segmenten
entsprechend verändert
werden. Dies ändert
wiederum die Ableitfähigkeit
des Streifens, wie auch geringe Öffnungen
in dem Material hergestellt werden, wo Wasser eindringen kann und
eine Verschlechterung es Materials beginnen läßt.
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Aufgabe und Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Daher
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen segmentierten
Blitzableiterstreifen mit einer längeren Lebenszeit als existierende
Modelle bereitzustellen und mit einer Abhebefähigkeit so gering wie möglich, um
ein wirksamer Blitzleiter zu sein, und der dennoch zur gleichen
Zeit einfach und in einfacher Weise anzubringen ist, selbst auf
gekrümmten
Flächen.
Es ist ein weiteres Ziel, ein Verfahren zur Herstellung von Ableiterstreifen
zu beschreiben, welche kostengünstig
ist aber ebenfalls eine hohe Genauigkeit hinsichtlich der Beabstandung
der Segmente und deren Ankleben an die darunterliegende Schicht
liefert.
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt einen Blitzableiter zum Leiten
eines vom Blitz verursachten elektrischen Stroms, der auf Strukturen
wie etwa Blättern
von Windturbinen, Flugzeugkomponenten, Antennenkuppeln und ähnlichem
zum Zweck des Blitzschutzes anzubringen ist, wobei der Ableiter
eine Schicht aus elektrisch nicht leitbarem Material mit einer Mehrzahl
von isolierten Segmenten aus elektrisch leitendem Material aufweist,
und wobei die freiliegenden Teile dieser Segmente durch konkave
Formen beschrieben sind. Hierdurch wird ein Blitzableiter erhalten,
bei dem die konkaven Formen durch das Aufweisen größerer Umfänge die
Verbindbarkeit der Segmente zu dem nicht leitfähigen Material signifikant
erhöhen.
Diese Verbindbarkeit verlängert
umgekehrt die Lebensdauer des Ableiters, da die Segmente nicht abgestriffen
werden, weder durch übliche
Abnutzung noch durch die Blitzströme. Die gute Verbindbarkeit
stellt weiter sicher, daß der
vom Blitz verursachte Strom nicht in die Struktur laufen kann, auf welcher
der Ableiter gesichert ist, und verhindert weiter das Eindringen
von Wasser, welches anderweitig die Lebensdauer des Ableiters verringern
würde.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung liegt der gemäß dem obigen
ausgebildete Blitzableiter in Form eines Streifens vor. Hierdurch
kann der vom Blitz verursachte Strom in der Richtung des Streifens
zu z. B. einer Art von Rezeptor geleitet werden, welcher mit einer
geerdeten Einrichtung verbunden ist. Ein Streifen ist darüber hinaus
einfach auf einer Oberfläche
gemäß den spezifischen
Bedürfnissen
zu orientieren.
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In
einer nochmals weiteren Ausführungsform der
Erfindung ist ein Blitzableiter gemäß allem oder einigem von dem
obigen gekennzeichnet durch eine Anzahl der isolierten Segmente,
die kreuzförmig
oder sternförmig
ist. Diese Formen sind dahingehend vorteilhaft, daß deren
Verbindbarkeit zu dem umgebenden Material optimal sein kann. Weiter
kann gut gesteuert werden, wo die Funken von einem Segment zu dem
nächsten
springen werden, wodurch der Ableiter gestaltet werden kann, eine
spezielle optimale Übersprungsspannung
zu erhalten. Diese Formen machen es möglich, einen Ableiter mit einer
geringen Übersprungsspannung
zu erhalten wie auch einer Abhebekapazität (lift-off capacity), welche
in den meisten Anwendungen günstig
ist. Diese Formen sind ebenfalls dahingehend vorteilhaft, daß der Ableiterstreifen
dann unter Verwendung des Herstellungsverfahrens hergestellt werden
kann, welches ebenfalls durch diese Erfindung beschrieben wird.
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In
einer Ausführungsform
kann ein Blitzableiter gemäß der Erfindung
ebenfalls eine Schicht eines Materials aufweisen, welche die Steifheit
des Blitzableiters in Richtung längs
des Streifens erhöht.
Hierdurch wird durch einfache Mittel ein Ableiterstreifen erhalten,
welcher nicht in einfacher Weise in seiner Längsrichtung gedehnt werden
kann, wodurch es sichergestellt wird, daß die Abstände zwischen den Segmenten
während
der Anbringung des Ableiters auf Oberflächen unverändert bleibt. Dies ist wichtig, da
die Abstände
die Abhebekapazität
des Streifens definieren, und somit eine Änderung die Qualitäten des
Ableiters entsprechend ändern
werden.
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Ein
Blitzableiter gemäß der Erfindung
kann in einer weiteren Ausführungsform
eine äußerste Schicht
eines doppelseitigen Klebebandes aufweisen. Hierdurch wird ein Ableiter
erhalten, welcher schnell und einfach auf einer Oberfläche aufzubringen
ist. Dies erhöht
weiter die Qualität
des Ableiters, da ein gutes Sichern des Ableiters auf der exponierten
Struktur wichtig für
sein Funktionieren ist und seine Lebenszeit erhöht.
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Die
Erfindung betrifft weiter einen Blitzableiter gemäß einigem
oder allem von dem obigen, wo die Segmente bevorzugt aus Metall
wie etwa rostfreiem Stahl, Messing, Kupfer, mit Nickel oder verniertem
Kupfer beschichtetes Messing, und/oder das elektrisch nicht-leitende Material
bevorzugt aus einem Klebstoff wie ein MS Polymer, oder einem thermoplastischen
Material oder Gummi hergestellt ist. Die Vorteile hiervon liegen
wie oben beschrieben in dem Herstellungsverfahren.
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Die
Erfindung beschreibt weiter ein Blatt für eine Windturbine, wobei das
Blatt eine faserverstärkte
Blattschale und eine Einrichtung zum Erden eines vom Blitz verursachten
elektrischen Stromes aufweist, wobei das Blatt mit wenigstens einem
Ableiterstreifen nach einem oder mehreren der oben erwähnten Ausführungsformen
ausgerüstet
ist. Hierdurch wird ein Blatt mit den gleichen Vorteilen wie oben
für einen
Ableiterstreifen gemäß der Erfindung
beschrieben erhalten, einschließlich
dessen, daß das
Blatt in der Lage ist, einer Anzahl von Blitzschlägen zu widerstehen,
da der vom Blitz induzierte elektrische Strom in einem ionisierten
Kanal in der Luft oberhalb des Ableiterstreifens geleitet wird,
wie auch die Ableiterstreifen von geringem Gewicht sind, so daß die Ableiterstreifen
nicht gegenüber
einem Brechen usw. anfällig
sind.
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Schließlich beschreibt
die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Blitzableiters
gemäß einem
oder mehreren der oben erwähnten
Ausführungsformen,
aufweisend die Schritte des Herstellens einer Mehrzahl von Löchern in
einer Platte aus einem elektrisch leitenden Material, des Füllens dieser
Löcher
wenigstens teilweise mit einem oder mehreren elektrisch nicht-leitenden
Materialien, und des Teilens der Platte, wodurch eine Schicht aus
elektrisch nicht leitendem Material mit einer Mehrzahl von isolierten
Segmenten aus elektrisch leitendem Material erhalten wird.
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Die
durch das Obige beschriebene Erfindung ist dahingehend vorteilhaft,
daß es
möglich
ist, einen oder mehrere Ableiterstreifen mit hoher Genauigkeit und
sehr geringen Toleranzen herzustellen. Es ist möglich, alle wichtigen Parameter
des Produkts wie etwa die Abstände
zwischen den Segmenten des resultierenden Ableiterstreifens, den
Oberflächenbereich
und die Qualität
der Segmente, die Dicke der Schicht des nicht leitenden Materials unterhalb
der Segmente, und die Adhäsion
der Segmente an dem nicht leitenden Material-Parameter, die alle sehr wichtig für die Qualität und Wirksamkeit
des finalen Ableiterstreifens sind – zu steuern. Zur gleichen
Zeit erfordert das Verfahren zur Herstellung gemäß der Erfindung keine speziellen
Einrichtungen oder Maschinerie für
die Produktion und ist ein vergleichsweise einfaches und kostenwirksames
Verfahren. Weiter ist es einfach, die Parameter in dem Verfahren
zu ändern – z. B.
Ableiterstreifen mit unterschiedlichen Formen der Segmente oder
einer unterschiedlichen Dicke herzustellen.
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Die
Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Blitzableiters
gemäß der obigen Beschreibung,
bei dem die Platte in Streifen geteilt wird. Durch Teilen der Platte
in Streifen als einer der letzten Schritte bei dem Verfahren der
Herstellung wird bewirkt, daß nicht
eine Anzahl von isolierten Segmenten zu behandeln und in dem Herstellungsverfahren
anzuordnen ist, sondern anstelle davon eine Platte mit Löchern. Auf
diese Weise wird das Positionieren eines Segments in dem Klebstoff
ein vollständig
gesteuerter Vorgang, welcher zu einem großen Ausmaß die Qualität der finalen
Ableiterstreifen sicherstellt.
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Weiter
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Blitzableiters
gemäß dem obigen, bei
dem die Löcher
in der Platte durch Schneiden, bevorzugt durch Laserschneiden oder
durch Stanzen hergestellt werden. Diese Herstellungsverfahren sind vorteilhaft,
da sie schnell sind, aber es immer noch möglich ist, die Löcher in
der Platte in dem erwünschten
Muster mit einem hohen Maß von
Genauigkeit zu schneiden und mit der Möglichkeit, scharfe wie auch runde
Ecken herzustellen.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist das elektrisch leitende Material bevorzugt ein
Metall – wie
etwa rostfreier Stahl, Messing, Kupfer, mit Nickel oder vernierten
Kupfer beschichtetes Messing. Metalle sind im allgemeinen Materialien
mit guten elektrischen Leitungseigenschaften und sind daher vorteilhaft.
Metalle mit einer geringen Tendenz zur Oxidation durch die Umgebung
der Luft sind bevorzugt. Weiter weisen Metalle eine hohe Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Abnutzung auf, der der Ableiterstreifen auf einer exponierten Oberfläche ausgesetzt ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist das elektrisch nicht leitende Material bevorzugt
ein Klebstoff – wie
etwa MS Polymer oder ein thermoplastisches Material oder Gummi.
Ein Klebstoff ist dahingehend vorteilhaft, daß es möglich ist, eine gute Verbindbarkeit
zwischen den Segmenten und dem nicht leitenden Material zu erhalten.
Dies stellt teilweise sicher, daß die Segmente an Ort und Stelle
bleiben und nicht durch den Blitzstrom abfallen oder abgestriffen
werden, was anderweitig die Funktionalität des Ableiterstreifens verringern
oder selbst zerstören
würde.
Weiter sind die erwähnten
Materialien kostengünstige
Materialien und mit guten Verarbeitungseigenschaften bezüglich des
Herstellungsverfahrens, das von der Erfindung beschrieben wird. Die
erwähnten
Klebstoffe stellen eine hohe Flexibilität dar, welche sicherstellt,
daß der
resultierende Ableiterstreifen gleichmäßig gut auf gekrümmte oder unebene
Flächen
aufgebracht werden kann. Jedenfalls weisen die erwähnten Materialien
gute Widerstandsfähigkeit
gegenüber
ultraviolettem Licht und sowohl hohen wie auch niedrigen Temperaturen
auf, wodurch eine längere
Lebenszeit sichergestellt wird. Ein nochmals weiterer Vorteil ist
die Möglichkeit,
den Klebstoff gemäß den speziellen
Wünschen
zu kolorieren.
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Die
Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Blitzableiters
gemäß der früheren Beschreibung,
wo die Löcher
in der Platte wenigstens teilweise gefüllt werden, indem die Platte
nach unten in eine Schicht eines elektrisch nicht leitenden Materials
gedrückt
wird. Dies beschreibt einen einfachen Weg, um sowohl die Segmente
in den Klebstoff einzubetten und um sicherzustellen, daß der Klebstoff
alle Segmente vollständig
umgibt.
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Das
Verfahren beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines
Blitzableiters gemäß dem obigen,
wobei das Verfahren weiter das Aufbringen einer Schicht eines Materials,
welches die Steifheit des Blitzableiters in Richtung entlang des
Streifens erhöht
und einer weiteren Schicht aus elektrisch nicht leitendem Material
auf die erste Schicht aus elektrisch nicht-leitendem Material aufweist.
Hierdurch wird durch einfache Mittel erreicht, daß der resultierende
Ableiterstreifen nicht einfach entlang seiner Längsrichtung gedehnt wird, z.
B. während
der Anbringung des Streifens auf einer Fläche. Ein derartiges Dehnen
ist zu vermeiden, da dies die Abstände von einem Segment des leitfähigen Materials
zu dem nächsten ändern würde, und
somit die Übersprungsspannung
und die Abhebekapazität
des Streifens. Andererseits ändert
das oben beschriebene Herstellungsverfahren nicht die Fähigkeit
des Blitzableiterstreifens, auf unebene Flächen aufgebracht zu werden
und erhöht
die Kosten des Verfahrens nicht in erheblicher Weise.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung weist das Verfahren zur Herstellung eines Blitzableiters
wie oben beschrieben weiter das Aufbringen eines doppelseitigen
Klebebands auf die äußerste Schicht
des elektrisch nicht-leitenden Materials auf. Dieses doppelseitige
Klebeband erleichtert die Aufbringung des Blitzableiterstreifens
auf der Oberfläche,
welche vor Blitzschlag geschützt
werden soll. Weiter kann das Band während der Herstellung verwendet
werden, um den Vorgang durch Führen
des Bandes auf einem festen Träger
besser zu steuern.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben, wobei
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1 eine
Metallplatte mit einem darin eingeschnittenen Muster zur Herstellung
eines Ableiterstreifens zeigt,
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2 eine
Ausführungsform
eines Ableiterstreifens wie von der Erfindung beschrieben zeigt,
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3 die
Schritte in einem Verfahren zur Herstellung eines Ableiterstreifens
zeigt,
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4 einen
Ableiterstreifen mit einer Schicht eines doppelseitigen Bandes zeigt,
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5 die
Schritte in einem weiteren Verfahren zur Herstellung eines Ableiterstreifens
zeigt,
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6 eine
weitere Ausführungsform
eines Ableiterstreifens gemäß der Erfindung
zeigt,
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7 eine
nochmals weitere Ausführungsform
eines Ableiterstreifens gemäß der Erfindung zeigt,
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8 unterschiedliche
Segmentformen zum Gebrauch in dem Ableiterstreifen zeigt,
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9 und 10 zwei
unterschiedliche Plattengestaltungen mit unterschiedlichen Mustern zur
Verwendung bei der Herstellung der Ableiterstreifen zeigt, und
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11 und 12 einen
Teil eines Blattes für
eine Windturbine mit Ableiterstreifen auf der Oberfläche des
Blattes zeigt.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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1 zeigt
eine Platte 101, die bei der Herstellung eines Blitzableiters
gemäß Anspruch
1 wie im folgenden beschrieben verwendet wird. Die Platte 101 ist
aus einem Material mit guten elektrischen Leiteigenschaften hergestellt,
bevorzugt aus einem Metall wie etwa rostfreiem Stahl, Kupfer, Messing
oder ähnlichem.
Ein Anzahl von Löchern 102 ist
in die Platte 101 z. B. durch Laserschneiden oder Stanzen geschnitten.
Die Löcher 102 werden in
einem Muster aufgebracht, das so gestaltet ist, daß die Platte
in einen oder mehrere Streifen 103 geteilt werden kann, wie
durch die gestrichelten Linien 104 in den Figuren angezeigt
ist, weil der Streifen dann aus einer Anzahl von Segmenten 105 besteht,
die alle voneinander beabstandet und nicht verbunden sind. Der Streifen 103 muß nicht
notwendigerweise gerade sein, sondern kann in jeglicher erwünschten
gekrümmten
Form geeignet für
seinen Zweck vorliegen. Bei der Ausführungsform der Platte wie in 1 gezeigt
wird der resultierende Ableiter ein Streifen mit einer Anzahl von kreuzförmigen Segmenten
sein. Unterschiedliche Muster sind in den 9 und 10 gezeigt.
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Bevor
die Platte 101 geteilt wird, werden die Löcher mit
einem elektrisch nicht leitenden Material gefüllt, bevorzugt einem Klebstoff
wie etwa einem MS Polymer. Es könnte
ebenfalls ein thermoplastisches Material oder ein Gummi sein. Dieses
Material wird dann Erhärten
gelassen und das Ergebnis nach Schneiden der Platte in Streifen
ist ein oder mehrere Ableiterstreifen, wie in 2 in
Perspektive gezeigt und wie von der Seite gesehen, die aus einer
Schicht von elektrisch nicht-leitendem Material 201 besteht, auf
welchem eine Mehrzahl von Segmenten von elektrisch leitfähigem Material 105 angeordnet
ist. Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung sind die Segmente 105 wie Kreuze geformt,
was vorteilhaft ist, da die Befestigung der Segmente 105 an
dem nicht-leitfähigen
Material 201 daher optimal ist. Weitere Formen sind in
den Figuren im folgenden gezeigt. Die Segmente sind an der oberen
Seite freigelegt und werden als Anzieher für einen Blitz dienen. Da die
Segmente isoliert sind und einander nicht berühren, wird die Luft oberhalb
des Streifens ionisiert werden, und der Blitzstrom wird in einem
ionisierten Kanal oberhalb des Ableiterstreifens laufen. Es ist wichtig
für die
Wirksamkeit des Ableiterstreifens, daß die Segmente unterhalb vollständig von
nicht-leitendem Material abgedeckt sind, so daß der durch den Blitz induzierte
Strom nicht nach unten in die Struktur fließen kann. Ebenfalls erleichtern
die vergleichsweise scharfen Ecken 202 am Ende des Kreuzes
den Sprung des Blitzstroms von einem Segment zu dem nächsten.
Derartige Ecken werden daher die Übersprungsspannung wie auch
die Abhebekapazität
des Streifens verringern. Andererseits sind die inneren Ecken in
den Kreuzen 203 abgerundet, um das Risiko von Spaltbildung
von diesen Ecken zu minimieren.
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Die
Form der Segmente in einem Ableiterstreifen kann ebenfalls entlang
der Länge
des Streifens variieren. Ein weiterer Abmessungsparameter für einen
Ableiterstreifen ist der Abstand oder die Lücke 204 zwischen den
Segmenten. Je kleiner der Abstand ist, desto geringer ist die Übersprungsspannung
des Streifens. Daher ist ein geringer Abstand vorteilhaft. Andererseits
kann ein zu kleiner Abstand darin resultieren, daß der Blitzstrom
durch den Streifen läuft,
was zu vermeiden ist. In einer Ausführungsform der Erfindung werden
die Abstände
zwischen den Segmenten 204 entlang der Länge des
Streifens variiert, was die erwünschte
Ionisierung der Luft oberhalb des Ableiterstreifens früher beginnen
läßt, als
wenn die Segmente alle mit den gleichen Abständen angeordnet wären. Eine
derartige Variation ist weiter dahingehend zu sehen, zu einem Ableiterstreifen
mit einer längeren
Lebenszeit zu führen.
Die Größen der
Abstände
zwischen den Segmenten 204 liegen in dem Bereich von 0,1
bis 5 mm, bevorzugt 0,3 bis 1,5 mm.
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Ein
Verfahren zur Herstellung des erwünschten Ableiterstreifens ist
in 3 dargestellt, wie in einer Querschnittsansicht
sichtbar ist. Es besteht aus dem Anbringen einer Schicht 301 aus
elektrisch nicht-leitendem oder isolierendem Material auf einer flachen
Oberfläche 302.
Wenn ein MS Polymer verwendet wird, wird die Herstellung mit erwärmten Werkzeugen
durchgeführt,
um die Verarbeitung besser zu steuern. Eine Platte 101 mit
einer Anzahl von Löchern 102 in
einem Muster wie etwa dem in 1 gezeigten
wird dann einfach auf die Oberseite der Schicht des isolierenden
Materials gelegt, was dem Klebstoff erlaubt, die Löcher wenigstens
z. T. zu füllen,
z. B. durch Anbringen eines geringen Drucks auf die Platte, welche
sie nach unten in den Klebstoff, wie durch die Pfeile 303 dargestellt,
drückt.
Es ist wichtig für
die Wirksamkeit des Ableiters, sicherzustellen, daß die Platte
von unten vollständig
durch das isolierende Material 30 abgedeckt wird. In einer
Ausführungsform
des Verfahrens ist die Platte 101 vor der Verwendung geschliffen
und gebeizt, um weiter die Verbindung zwischen der Platte 101 und
dem Klebstoff 301 zu verbessern. In einer weiteren Ausführungsform
des Herstellungsverfahrens wird eine nochmals dünne Schicht eines Klebstoffs
auf die Oberseite der Metallplatte aufgebracht, um sicherzustellen,
daß die
Segmente von dem Klebstoff vollständig umgeben/darin eingebettet
sind. Das Material wird dann zur Härtung oder Erhärtung belassen. Wenn
ein MS Polymer verwendet wird, wird es mittels der Luftfeuchtigkeit
härten.
Die Fläche
wird dann anschließend
unten poliert, so daß die
Fläche
der Metallplatte freigelegt ist und zu den Elementen offen und frei
zur Anziehung des Blitzes ist. In einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens
wird die Fläche
weiter gewaschen oder abgespült,
so daß sie vollständig frei
von jeglichem Staub von dem Polieren ist, und die Mitte eines jeden
Streifens wird dann mit einem Band zum Schutz der reinen Oberfläche abgedeckt
(nicht in den Figuren gezeigt). Das Produkt wird dann in längliche
Streifen geteilt, z. B. durch Schneiden, und die Streifen sind dann
fertig zum Aufbringen auf die vor Blitzschlag zu schützende Strukturen.
Das die gereinigten und polierten Segmente schützende Band ist zu entfernen,
wenn der Ableiterstreifen auf der exponierten Struktur gesichert
worden ist. Aufgrund der Flexibilität des elektrisch nicht-leitenden Materials
kann der Streifen in einfacher Weise mit einer guten Verbindbarkeit
auf gekrümmten
Flächen und
Strukturen gesichert werden. Weiter stellt die Flexibilität des Streifens
sicher, daß der
Streifen den Ablenkungen und der Arbeit der Struktur folgen kann, auf
welche sie gesichert ist, wodurch die Wirksamkeit und Lebenszeit
des Ableiterstreifens verlängert
wird. Die Herstellung kann ebenfalls oben und unten vertauscht durchgeführt werden,
in dem Sinn, daß die sich
ergebende obere Fläche
während
der Herstellung nach unten zeigt. Die Platte 101 wird dann
zuerst nahe zu der flachen Fläche 302 nach
unten gelegt, und dann wird die Schicht des nicht-leitenden Materials 301 aufgebracht,
sowohl die Löcher 102 in der
Platte 101 auffüllend
als auch die Schicht bildend, welche die Segmente von der Struktur
in dem sich ergebenden Ableiterstreifen isoliert.
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Um
das Anbringen des Ableiterstreifens auf Strukturen zu erleichtern,
kann eine Schicht aus doppelseitigem Klebeband 401 unterhalb
des Ableiters befestigt werden. Ein derartiger Ableiterstreifen 103 ist
in 4 gezeigt. Während
der Herstellung kann das Klebeband dann nach unten gelegt werden,
als ein erster Schritt, wonach die Schicht des nicht leitenden Materials
auf die Oberseite usw. wie oben erläutert aufgebracht wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung,
das in 5 dargestellt ist, umfaßt der Ableiter weiter ein
Gewebe 501 unterhalb der Metallplatte 101. Das
Verfahren besteht dann aus den folgenden Schritten: Auslegen des
doppelseitigen Bandes 401 (optional), Aufbringen der Schicht
von Klebstoff 301, dann aufbringen des Gewebes 501,
und dann eine weitere Schicht eines Klebstoff 502 gefolgt
von dem Drücken
der Platte des leitenden Materials 101 in sanfter Weise
nach unten in den Klebstoff 502. Schließlich kann eine finale dünne Schicht
von Klebstoff (nicht gezeigt) über die
Platte aufgebracht werden, um das Auffüllen der Löcher 102 in der Platte
in vollständiger
Weise sicherzustellen. Das Produkt wird dann zum Härten gelassen
und anschließend
wird die obere Fläche
poliert, um die Segmente freizulegen, und gereinigt. Wie zuvor beschrieben,
kann dann ebenfalls ein Band aufgebracht werden, um die Flächen der
Segmente zu schützen.
Die kombinierte Platte wird dann endlich in Streifen geteilt oder
geschnitten. Das Gewebe 501 könnte z. B. ein dünnes Glasgewebe
sein. Der Stoff 501 dient dazu, den Streifen in seiner Längsrichtung
undehnbar zu machen, um sicherzustellen, daß der Abstand der Segmente
und folglich die Aufhebefähigkeit
des Streifens während
der Behandlung und Anbringung des Ableiterstreifens verändert bleiben.
Andererseits ändert
der Stoff 501 nicht die Flexibilität des Streifens und dessen
Fähigkeit,
in optimaler Weise mit gekrümmten
oder unebenen Strukturflächen
verbunden zu werden.
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Die 6 bis 8 stellen
unterschiedliche Formen der Segmente 105 des leitenden
Materials in den Leiterstreifen 103 gemäß der Erfindung dar. Die freiliegenden
Teile der Segmente 105 weisen eine konkave Form auf, z.
B. kreuzförmig
wie in 6, sternförmig,
wie ein „Hennenfuß" (wie in 7 dargestellt),
oder kartoffelförmig.
Unterschiedliche Ausführungsformen
sind in 8 dargestellt. Die Form der
Segmente in einem Ableiterstreifen kann ebenfalls entlang der Länge des
Streifens variieren. Deren konkave (oder nicht konvexe) Form erhöht die Befestigung
zwischen dem Segment 105 und dem umgebenden nicht leitenden
Material 201 z. T. wegen dem größeren Umfang der Segmente.
Wie früher
beschrieben, ist eine Ecke (bevorzugt scharf) vorteilhaft, wenn
ein Segment am nächsten
zu seinem benachbarten Segment ist, da dies die Stelle ist, wo der Strom
von einem Segment zu dem nächsten überspringen
wird. Eine derartige Ecke wird daher die Übersprungsspannung des Streifens
verringern. Ein weiterer Abmessungsparameter für einen Ableiterstreifen ist
der Abstand oder die Lücke
zwischen den Segmenten. Je kleiner der Abstand, desto geringer die Übersprungsspannung
des Streifens. Daher ist ein geringer Abstand vorteilhaft. Andererseits
kann ein zu geringer Abstand darin resultieren, daß der Blitzstrom
durch den Streifen läuft,
was zu vermeiden ist. In einer Ausführungsform der Erfindung werden die
Abstände
zwischen den Segmenten längs
der Länge
des Streifens variiert, was die erwünschte Ionisierung der Luft
oberhalb des Ableiterstreifens früher beginnen läßt, als
wenn die Segmente alle mit den gleichen Abständen angeordnet wären. Eine derartige
Variation kann weiter als in einer längeren Lebenszeit des Ableiterstreifens
resultierend gesehen werden. In einer weiteren Ausführungsform
des Ableiterstreifens reichen die Segmente ein wenig aus dem umgebenden
nicht leitenden Materials heraus, wodurch sie als mehr sichtbare
Anzieher für
einen Blitz dienen.
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Die 9 und 10 zeigen
zwei weitere Gestaltungsmöglichkeiten
für die
leitfähige
Platte 101, die bei der Herstellung des Ableiterstreifens
wie früher
beschrieben verwendet wird. Nur Teile der Platte sind gezeigt. Die
Platten werden wenigstens z. T. mit einem nicht leitenden Material
in irgendeiner Weise gefüllt,
und dann in Streifen, wie durch die gestrichelten Linien 104 gezeigt,
geteilt. Die Muster der Löcher 102 in
beiden Platten ist derart, daß die
sich ergebenden Ableiterstreifen 103 Segmente 105 enthalten
werden, die voneinander beabstandet und in beiden Figuren in den
Formen von Kreuzen vorliegen, die aber unterschiedlich orientiert
sind.
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11 zeigt
ein Blatt für
eine Windturbine, welche eine Blattschale 1001 mit Verstärkungen 1002 umfaßt. Die
Blattschale 1001 umfaßt
eine äußere Fläche 1003,
welche mit Ableiterstreifen 103 ausgestattet ist. Die Ableiterstreifen 103 sind
in Abschnitten plaziert und mit geerdeten Leitungskabel verbunden.
Die Ableiterstreifen 103 sind in 11 so angeordnet,
daß sie
von einem Rezeptor 1005 strahlförmig ausgehen, welcher mit
Leitungskabeln (nicht gezeigt) verbunden ist, die geerdet sein können. Die Ableiterstreifen 103 können primär transversal
zu dem Blatt 1001 zwischen der führenden Kante und der Folgekante
des Blatts verlaufen, oder sie können in
der Form eines Sterns angeordnet werden, wie in der Figur dargestellt.
Bei der Ausführungsform
von 11 weisen die Ableiterstreifen 103 eine
antennenähnliche
Wirkung auf jegliche leitfähigen
Fasern auf, welche in der Blattschale 1001 vorhanden sein können.
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12 zeigt
ein Blatt für
eine Windturbine, welche eine Blattschale 1001 mit Verstärkungen 1002 umfaßt. Die
Blattschale 1001 umfaßt
eine äußere Fläche 1003,
welche mit Ableiterstreifen 103 ausgerüstet ist. Die Ableiterstreifen 103 sind
in Abschnitten angeordnet und von einem Rezeptor 1005 abstrahlend
angeordnet, welcher mit leitenden Kabeln (nicht gezeigt) verbunden
ist, die geerdet sein können.
In 12 verlaufen die Ableiterstreifen 103 primär transversal
zu dem Blatt 1001 zwischen der führenden Kante und der nachfolgenden
Kante des Blatts. In einer Ausführungsform
umfaßt
die Blattschale zwei prinzipielle Laminate 1101, welche
leitfähige
Fasern, wie etwa Karbonfasern oder Stahlfasern enthalten. Das obere
prinzipielle Laminat 1101 weist eine Breite wie durch die
gestrichelten Linien 1102 gezeigt auf. Wie dargestellt,
erstreckt sich ein Ableiterstreifen 103 von einem Rezeptor 1005 und über das
prinzipielle Laminat 1101, so daß es von einem Blitzschlag
dahingehend abgeschirmt wird, daß ein antennenähnlicher
Effekt durch den Ableiterstreifen erreicht wird. In der dargestellten
Ausführungsform ist
der Rezeptor 1005 in einem Abstand von dem prinzipiellen
Laminat 1101 angeordnet.
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Es
sollte festgehalten werden, daß die
oben erwähnten
Ausführungsformen
die Erfindung eher darstellen als einschränken, und daß die Fachleute
in der Technik in der Lage sind, viele alternative Ausführungsformen
zu gestalten, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie in den anhängigen Ansprüchen angegeben,
abzuweichen. Die Erfindung kann mittels Hardware implementiert werden,
welche einige unterschiedliche Elemente aufweist, und mittels eines geeigneten
programmierten Computers.