EP3488098A1 - Windenergieanlagen-rotorblatt und windenergieanlagen-rotorblattspitze - Google Patents

Windenergieanlagen-rotorblatt und windenergieanlagen-rotorblattspitze

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EP3488098A1
EP3488098A1 EP17731910.0A EP17731910A EP3488098A1 EP 3488098 A1 EP3488098 A1 EP 3488098A1 EP 17731910 A EP17731910 A EP 17731910A EP 3488098 A1 EP3488098 A1 EP 3488098A1
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wind turbine
blade tip
wall
turbine rotor
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EP17731910.0A
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Wobben Properties GmbH
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a wind turbine rotor blade and a wind turbine rotor blade tip.
  • the invention also relates to a method for producing a wind turbine rotor blade tip.
  • a wind turbine rotor blade typically has a rotor blade tip and a rotor blade root by means of which the rotor blade is attached to a rotor of a wind turbine.
  • WO 2004/061298 shows a wind turbine rotor blade with a rotor blade tip, which is bent. Such a rotor blade tip is manufactured separately and then connected to the rest of the rotor blade.
  • the German Patent and Trademark Office has the following documents: DE 31 43 686 A1, DE 10 2009 046 586 A1, DE 10 2010 040 596 A1 and WO 2004/061 298 A3.
  • the rotor blade tip should be easier and less expensive to produce.
  • a wind turbine rotor blade with a rotor blade root and a rotor blade tip is provided.
  • the rotor blade tip has a metal wall, which is made by a casting method or a Tiefzi eh method, and a filling material within the wall on.
  • at least first webs are provided within the wall.
  • gear elements are provided on an inner side of the wall.
  • the wall is an outer wall of the rotor blade tip.
  • the invention also relates to a wind turbine rotor blade tip having a metal wall which is made by a casting or deep drawing process and wherein a filler material (e.g., injected by injection molding) is injected inside the wall.
  • a filler material e.g., injected by injection molding
  • the invention also relates to a method of manufacturing a wind turbine rotor blade tip comprising the steps of: forming a metal wall by a casting process or a deep drawing process and injecting a filler within the metal wall.
  • the filling material may, for. B. represent a PU foam or a 1- or 2-component foam.
  • a wind turbine rotor blade is provided with a separate rotor blade tip.
  • the tip is made by z. B.
  • a skeleton of a rotor blade tip for example, by casting aluminum or by Formziehbleche is made.
  • the skeleton optionally has at least one web. These webs may be configured as connecting webs and extending within the rotor blade tip.
  • a negative PU injection mold is produced with the desired configuration of the rotor blade tip.
  • the rotor blade tip skeleton can be inserted in the negative mold and the mold can be filled with PU injection molding.
  • glass fiber mats or carbon fiber mats, rovings, fiber fabrics, fiber fabrics, prepregs, etc. may be placed in the mold prior to injection molding of the filler material.
  • a metallic pan of cast aluminum or a deep-drawn sheet can be made and this tub can then be filled by a PU injection.
  • a shell of the rotor blade tip is produced by a cast aluminum or by using an aluminum thermoforming sheet.
  • longitudinal and transverse webs may be provided. These longitudinal and transverse webs can be produced during the aluminum casting of the casing. The webs can alternatively be added later or attached.
  • toothing units for example in the form of mushroom heads or head bolt plugs, may be provided on the inside of the wall of the rotor blade tip. These toothed elements serve to better interlock the injected PU foam with the wall of the rotor blade tip.
  • the rotor blade tip according to the invention can be straight or bent (eg in the form of a winglet). Furthermore, the rotor blade tip may have an edge bend.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a wind energy plant according to the invention
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of a rotor blade tip according to a first embodiment
  • FIG 3 shows a schematic sectional view of a rotor blade tip according to a second exemplary embodiment.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a wind turbine according to the invention.
  • the wind energy plant 100 has a tower 102 and a nacelle 104 on the tower 102.
  • an aerodynamic rotor 106 with three rotor blades 200 and a spinner 1 10 is provided at the nacelle 104.
  • the aerodynamic rotor 106 is set during operation of the wind turbine by the wind in a rotary motion and thus also rotates a rotor or rotor of a generator which directly or indirectly with coupled to the aerodynamic rotor 106.
  • the electric generator is disposed in the nacelle 104 and generates electrical energy.
  • the pitch angles of the rotor blades 200 can be changed by pitch motors on the rotor blade roots 108b of the respective rotor blades 200.
  • the rotor blades 200 have a rotor blade root 220 and a rotor blade tip 210.
  • the rotor blade 200 is attached by means of the blade root 220 to the spinner 1 10 of the wind turbine.
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of a rotor blade tip according to a first embodiment.
  • the rotor blade tip 210 according to a first embodiment has a sheath 21 1, a first and second end 212, 213.
  • the shell 21 1 or the wall 21 1 can be produced by a cast aluminum. Alternatively, the shell or wall 21 1 can be produced by aluminum deep-drawn sheets.
  • Within the wall 21 1 are transverse and longitudinal webs 214, 215 are provided. These transverse and / or longitudinal webs 214, 215 can be produced in aluminum casting together with the wall 21 1. Alternatively, the webs may be designed as aluminum profiles and subsequently introduced.
  • the use of, for example, aluminum for the wall 21 1 is advantageous because erosion protection can be provided, in particular at the rotor blade nose edge. Furthermore, a rotor blade tip produced in this way can be used as a lightning receptor and for connection to a lightning conductor. Furthermore, the rotor blade tip and in particular the first end 212 can be used for connection to the rest of the rotor blade.
  • the webs 214 and 215 may optionally be provided to increase the rigidity of the rotor blade tip.
  • a negative (PU) injection mold can be produced.
  • the rotor blade tip produced by the aluminum casting can be inserted into the negative mold and the negative mold can be filled with a filling material (eg a PU injection-molded foam or a 1- or 2-component foam).
  • a filling material eg a PU injection-molded foam or a 1- or 2-component foam.
  • fiberglass or carbon fiber mats may be used between the inside of the wall 21 1 and the injection molding. As a result, the strength values can be increased.
  • 3 shows a schematic sectional view of a rotor blade tip according to a second exemplary embodiment.
  • a rotor blade tip which has a metallic trough, for example by cast aluminum or by a deep-drawn sheet metal.
  • This tub can with a filling material, eg. B. a PU injection-molded foam or a 1- or 2-component foam, are filled.
  • a filling material eg. B. a PU injection-molded foam or a 1- or 2-component foam
  • an already existing mold for the rotor blade tip can be used for producing a casting trough for PU injection molding.
  • the required pan can be made from a thermoforming sheet.
  • the trough can optionally represent the suction side or the pressure side of the rotor blade tip.
  • toothing units such as T-bars or mushroom heads or head bolzendü can be provided at.
  • the provision of the toothed elements is advantageous in terms of the tensile strength of the rotor blade tip.
  • the toothed elements can be cast during the aluminum casting, for example. Alternatively or additionally, the toothed elements can be screwed or welded.
  • a negative (PU) injection mold for the desired shape of the rotor blade tip can be provided.
  • the produced tub can be inserted into this negative mold and the negative mold can, for. B. be filled with PU injection.
  • fiberglass or carbon fiber mats, rovings, fabrics, scrims, prepregs, etc. can be inserted.
  • the rotor blade tips described according to the invention are advantageous because they have a better durability and a higher strength than rotor blade tips according to the prior art. Furthermore, the production possibilities are improved and there are simpler quality assurance options, since the critical points are easier to control (for example wall thicknesses of the casting material and cavities in the foam).
  • the durability of the rotor blade tips can be increased. Cracks and the defects of the rotor blade tips can be avoided. Furthermore, costs due to an exchange of the rotor blade tips and the concomitant downtime of the wind turbines can be avoided.

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Abstract

Es wird ein Windenergieanlagen-Rotorblatt mit einer Rotorblattwurzel (220) und einer Rotorblattspitze (210) vorgesehen. Die Rotorblattspitze (210) weist eine Metallwandung (211), welche durch ein Gussverfahren oder ein Tiefziehverfahren hergestellt ist, und ein Füllmaterial (300) innerhalb der Wandung (211) auf.

Description

Windenergieanlagen-Rotorblatt und Windenergieanlagen-Rotorblattspitze
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Windenergieanlagen-Rotorblatt und eine Windenergieanlagen-Rotorblattspitze. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen einer Windenergieanlagen-Rotorblattspitze.
Ein Windenergieanlagen-Rotorblatt weist typischerweise eine Rotorblattspitze und eine Rotorblattwurzel auf, mittels welcher das Rotorblatt an einem Rotor einer Windenergieanlage befestigt wird.
WO 2004/061298 zeigt ein Windenergieanlagen-Rotorblatt mit einer Rotorblattspitze, welche gebogen ausgeführt ist. Eine derartige Rotorblattspitze wird separat hergestellt und dann mit dem Rest des Rotorblattes verbunden. In der prioritätsbegründenden deutschen Patentanmeldung hat das Deutsche Patent- und Markenamt die folgenden Dokumente recherchiert: DE 31 43 686 A1 , DE 10 2009 046 586 A1 , DE 10 2010 040 596 A1 und WO 2004/ 061 298 A3.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Windenergieanlage-Rotorblatt mit einer verbesserten Rotorblattspitze vorzusehen. Insbesondere soll die Rotorblattspitze einfacher und kostengünstiger herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird durch ein Windenergieanlagen-Rotorblatt nach Anspruch 1 , eine Windenergieanlagen-Rotorblattspitze nach Anspruch 6 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer Windenergieanlagen-Rotorblattspitze nach Anspruch 7 gelöst.
Somit wird ein Windenergieanlagen-Rotorblatt mit einer Rotorblattwurzel und einer Ro- torblattspitze vorgesehen. Die Rotorblattspitze weist eine Metallwandung, welche durch ein Gussverfahren oder ein Tiefzi eh verfahren hergestellt ist, und ein Füllmaterial innerhalb der Wandung auf. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind mindestens erste Stege innerhalb der Wandung vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind Verzahnungselemente an einer Innenseite der Wandung vorgesehen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die Wandung eine Außenwandung der Rotorblattspitze dar.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Windenergieanlagen-Rotorblattspitze mit einer Metallwandung, welche durch ein Gussverfahren oder Tiefziehverfahren hergestellt ist und wobei ein Füllmaterial (das z. B. mittels Spritzguss eingespritzt wird) innerhalb der Wandung eingespritzt wird.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen einer Windenergieanlagen- Rotorblattspitze mit den Schritten: Herstellen einer Metallwandung durch ein Gussverfahren oder ein Tiefziehverfahren und Einspritzen eines Füllmaterials innerhalb der Metallwandung. Das Füllmaterial kann z. B. einen PU-Schaum oder einen 1- oder 2-Komponentenschaum darstellen.
Gemäß der Erfindung wird ein Windenergieanlagen-Rotorblatt mit einer separaten Rotorblattspitze vorgesehen. Die Spitze wird hergestellt, indem z. B. zunächst ein Skelett einer Rotorblattspitze beispielsweise durch Aluminiumguss oder durch Formziehbleche herge- stellt wird. Das Skelett weist hierbei optional mindestens einen Steg auf. Diese Stege können als Verbindungsstege ausgestaltet sein und sich innerhalb der Rotorblattspitze erstrecken.
Gemäß der Erfindung wird eine Negativ PU-Spritzgussform mit der gewünschten Ausgestaltung der Rotorblattspitze hergestellt. Das Rotorblattspitzenskelett kann in die Negativ- form eingelegt werden und die Form kann mit einem PU-Spritzguss aufgefüllt werden. Optional können Glasfasermatten oder Kohlefasermatten, Rovinge, Fasergelege, Fasergewebe, Prepregs etc. in die Form eingelegt werden vor dem Spritzguss des Füllmaterials. Alternativ dazu kann zunächst eine metallische Wanne aus Aluguss oder aus einem Tiefziehblech hergestellt werden und diese Wanne kann dann durch einen PU-Spritzguss aufgefüllt werden.
Gemäß der Erfindung wird eine Hülle der Rotorblattspitze durch einen Aluminiumguss oder unter Verwendung eines Aluminium-Tiefziehbleches hergestellt. Innerhalb der Hülle können Längs- und Querstege vorgesehen sein. Diese Längs- und Querstege können beim Aluminiumgießen der Hülle mit hergestellt werden. Die Stege können alternativ nachträglich eingefügt bzw. angebracht werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können an der Innenseite der Wandung der Rotorblattspitze Verzahnungseinheiten beispielsweise in Form von Pilzköpfen oder Kopfbolzendübeln vorgesehen sein. Diese Verzahnungselemente dienen der besseren Verzahnung des eingespritzten PU-Schaums mit der Wandung der Rotorblattspitze.
Die erfindungsgemäße Rotorblattspitze kann gerade oder gebogen (z. B. in Form eines Winglets) ausgestaltet sein. Ferner kann die Rotorblattspitze einen Randbogen aufweisen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Rotorblattspitze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Rotorblattspitze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung. Die Windenergieanlage 100 weist einen Turm 102 und eine Gondel 104 auf dem Turm 102 auf. An der Gondel 104 ist ein aerodynamischer Rotor 106 mit drei Rotorblättern 200 und einem Spinner 1 10 vorgesehen. Der aerodynamische Rotor 106 wird im Betrieb der Windenergieanlage durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und dreht somit auch einen Rotor oder Läufer eines Generators, welcher direkt oder indirekt mit dem aerodynamischen Rotor 106 gekoppelt ist. Der elektrische Generator ist in der Gondel 104 angeordnet und erzeugt elektrische Energie. Die Pitchwinkel der Rotorblätter 200 können durch Pitchmotoren an den Rotorblattwurzeln 108b der jeweiligen Rotorblätter 200 verändert werden. Die Rotorblätter 200 weisen eine Rotorblattwurzel 220 und eine Rotorblattspitze 210 auf. Das Rotorblatt 200 wird mittels der Blattwurzel 220 an dem Spinner 1 10 der Windenergieanlage befestigt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Rotorblattspitze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Rotorblattspitze 210 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel weist eine Hülle 21 1 , ein erstes und zweites Ende 212, 213 auf. Die Hülle 21 1 bzw. die Wandung 21 1 kann durch einen Aluminiumguss hergestellt werden. Alternativ dazu kann die Hülle bzw. Wandung 21 1 durch Aluminium-Tiefziehbleche hergestellt werden. Innerhalb der Wandung 21 1 sind Quer- und Längsstege 214, 215 vorgesehen. Diese Quer- und/oder Längsstege 214, 215 können beim Aluminiumguss zusammen mit der Wandung 21 1 hergestellt werden. Alternativ dazu können die Stege auch als Aluminiumprofile ausgestaltet sein und nachträglich eingeführt werden.
Die Verwendung beispielsweise von Aluminium für die Wandung 21 1 ist vorteilhaft, weil damit ein Erosionsschutz insbesondere an der Rotorblatt-Nasenkante vorgesehen werden kann. Ferner kann eine derart hergestellte Rotorblattspitze als Blitzrezeptor und zur Anbindung an einen Blitzableiter verwendet werden. Des Weiteren kann die Rotorblatt- spitze und insbesondere das erste Ende 212 zur Anbindung an den Rest des Rotorblattes verwendet werden. Die Stege 214 und 215 können optional vorgesehen werden, um die Festigkeit / Steifigkeit der Rotorblattspitze zu erhöhen.
Nachdem die Wandung 21 1 (optional mit den Stegen 214, 215) mittels Aluminiumgießen hergestellt worden ist, kann eine Negativ (PU)-Spritzgussform hergestellt werden. Die durch das Aluminiumgießen hergestellte Rotorblattspitze kann in die Negativform eingelegt werden und die Negativform kann mit einem Füllmaterial (z. B. ein PU-Spritzguss- Schaum oder ein 1 - oder 2-Komponentenschaum) aufgefüllt werden. Optional können Glasfaser- oder Karbonfasermatten zwischen der Innenseite der Wandung 21 1 und dem Spritzguss verwendet werden. Dadurch können die Festigkeitswerte gesteigert werden. Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Rotorblattspitze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Rotorblattspitze vorgesehen, welche eine metallische Wanne, beispielsweise durch Aluminiumguss oder durch ein Tiefziehblech, aufweist. Diese Wanne kann mit einem Füllmaterial, z. B. einem PU-Spritzguss-Schaum oder einem 1- oder 2-Komponentenschaum, aufgefüllt werden. Gemäß der Erfindung kann eine bereits vorhandene Gussform für die Rotorblattspitze zur Herstellung einer Gusswanne für den PU-Spritzguss verwendet werden. Alternativ dazu kann die benötigte Wanne aus einem Tiefziehblech hergestellt werden. Die Wanne kann optional die Saugseite oder die Druckseite der Rotorblattspitze darstellen. Innerhalb der Wanne können Verzahnungseinheiten wie beispielsweise T-Stege oder Pilzköpfe oder Kopf bolzendü bei vorgesehen werden. Die Vorsehung der Verzahnungselemente ist vorteilhaft hinsichtlich der Zugfestigkeit der Rotorblattspitze. Die Verzahnungselemente können beispielsweise während des Aluminiumgießens mitgegossen werden. Alternativ oder zusätzlich dazu können die Verzahnungselemente verschraubt oder angeschweißt werden. Anschließend kann eine Negativ (PU)-Spritzgussform für die gewünschte Form der Rotorblattspitze vorgesehen werden. Die hergestellte Wanne kann in diese Negativform eingelegt werden und die Negativform kann z. B. mit PU-Spritzguss aufgefüllt werden. Optional können Glasfaser- oder Kohlefasermatten, Rovinge, Gewebe, Gelege, Prepregs etc. mit eingelegt werden.
Die erfindungsgemäß beschriebenen Rotorblattspitzen sind vorteilhaft, weil sie eine bessere Haltbarkeit und eine höhere Festigkeit aufweisen als Rotorblattspitzen gemäß dem Stand der Technik. Ferner sind die Produktionsmöglichkeiten verbessert und es sind einfachere Qualitätssicherungsmöglichkeiten vorhanden, da die kritischen Stellen leichter kontrollierbar sind (beispielsweise Wanddicken des Gussmaterials und Kavitäten im Schaum).
Gemäß der Erfindung kann die Haltbarkeit der Rotorblattspitzen gesteigert werden. Risse und die Defekte der Rotorblattspitzen können vermieden werden. Ferner können Kosten in Folge eines Austausches der Rotorblattspitzen und die damit einhergehenden Stillstandzeiten der Windenergieanlagen vermieden werden.

Claims

Ansprüche
1. Windenergieanlagen-Rotorblatt, mit
einer Rotorblattwurzel (220) und
einer Rotorblattspitze (210),
wobei die Rotorblattspitze (210) eine Metallwandung (21 1 ), welche durch ein Gussverfahren oder ein Tiefziehverfahren hergestellt ist, und ein Füllmaterial (300) innerhalb der Wandung (21 1 ) aufweist.
2. Windenergieanlagen-Rotorblatt nach Anspruch 1 , ferner mit
mindestens einem ersten Steg (214, 215) innerhalb der Wandung (21 1 ).
3. Windenergieanlagen-Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, wobei
Verzahnungselemente (216) an einer Innenseite der Wandung (21 1 ) vorgesehen werden.
4. Windenergieanlagen-Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
die Wandung (21 1 ) eine Außenwandung der Rotorblattspitze (210) darstellt.
5. Windenergieanlagen-Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4. wobei
das Füllmaterial (300) einen 1- oder 2-Komponentenschaum darstellt.
6. Windenergieanlagen-Rotorblattspitze, mit
einer Metallwandung (21 1 ), welche durch ein Gussverfahren oder ein Tiefziehverfahren hergestellt ist, und
einem Füllmaterial (300) innerhalb der Wandung (21 1 ).
7. Verfahren zum Herstellen einer Windenergieanlagen-Rotorblattspitze, mit den Schritten:
Herstellen einer Metallwandung (21 1 ) durch ein Gussverfahren oder ein Tiefziehverfahren und
Einspritzen eines Füllmaterials (300) innerhalb der Metallwandung (21 1 ).
8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit dem Schritt:
Einlegen eines Fasermaterials, Glasfasergeleges oder Kohlefasergeleges in die Metallwandung vor dem Schritt des Einspritzens des Füllmaterials (300).
EP17731910.0A 2016-07-22 2017-06-22 Windenergieanlagen-rotorblatt und windenergieanlagen-rotorblattspitze Withdrawn EP3488098A1 (de)

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