WO2015124365A1 - Lightning arrester - Google Patents

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WO2015124365A1
WO2015124365A1 PCT/EP2015/051128 EP2015051128W WO2015124365A1 WO 2015124365 A1 WO2015124365 A1 WO 2015124365A1 EP 2015051128 W EP2015051128 W EP 2015051128W WO 2015124365 A1 WO2015124365 A1 WO 2015124365A1
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WO
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protection device
lightning protection
pin
plate
receptor
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/051128
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German (de)
French (fr)
Inventor
John Nieuwenhuizen
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2015124365A1 publication Critical patent/WO2015124365A1/en

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02GINSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G13/00Installations of lightning conductors; Fastening thereof to supporting structure
    • H02G13/80Discharge by conduction or dissipation, e.g. rods, arresters, spark gaps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D80/00Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/30Lightning protection
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • Lightning Protection Device The invention describes a lightning protection device, a rotor blade and a wind turbine.
  • a lightning protection device may comprise a plurality of receptors at exposed locations of the wind turbines, in particular at the rotor blade ends, since a rotor blade is particularly endangered due to its length and its narrow shape.
  • a receptor is connected to a lightning current lead.
  • the receptor gives a defined impact point, and the lightning current is dissipated via the lead - for example, a lightning protection cable inside the rotor blade or along the leaf edges - via a grounding cable into the ground or seabed.
  • a lightning protection device provides the lightning current a defined and preferably low-impedance current path in the direction of the earth.
  • an electrically conductive receptor is attached to the outside of the front and / or rear of the rotor blade and bolted to an electrically conductive solid block in the blade interior.
  • the block is in turn connected to the lightning current lead.
  • the block is provided with a threaded bush, so that a receptor placed outside on the rotor blade can be screwed into the block through the outer wall of the rotor blade.
  • a lightning strike will usually strike the outer end of an exposed object - for example, the outer tip of a rotor blade.
  • the block must have a certain thickness in order to allow a stable screw connection with one or more receptors.
  • the known lightning protection devices therefore have
  • the block can be installed only where the sheet provides a sufficiently large cavity.
  • the larger the block the closer to the hub it must be installed. Accordingly, a receptor screwed to the block has a disadvantageously large distance from the thin tip of the blade, so that the protective effect of such a lightning protection device is not always guaranteed.
  • block and receptor must be produced from a corrosion-resistant, highly conductive material. Generally, such components are made of stainless steel. Due to the required block thickness, such a lightning protection device contributes significantly to the overall weight. Another disadvantage of the known lightning protection devices is that the preparation of one or more internal thread in the hard steel is very complex and correspondingly expensive.
  • the lightning protection device according to the invention for a rotor blade of a wind turbine comprises an electrically conductive plate for insertion inside the rotor blade and an electrically conductive pin guided through the plate, which has at least one outer end area provided with a first coupling element, and at least one with a second coupling element provided with electrically conductive receptor, wherein a receptor is coupled by means of first and second coupling elements outside of the rotor blade with the pin.
  • the lightning protection device can thus be manufactured comparatively cheap.
  • Another advantage of the lightning protection device according to the invention is that the plate thickness does not depend on a minimum depth of thread, since the plate does not have to be coupled directly to a receptor. Thus, the plate can be comparatively thin and advantageously be introduced far in the direction of the blade tip.
  • the rotor blade according to the invention comprises at least one such lightning protection device. At least one receptor can each be mounted on the front or rear side of the rotor blade.
  • An advantage of the rotor blade according to the invention is that the effectiveness of the lightning protection device is increased by the shortened proximity of the receptor to the blade tip and the life of the rotor blade can be correspondingly long. Also, the total weight and the cost of the rotor blade can be kept relatively low, since a massive block of heavy steel inside the blade does not need to be installed.
  • the wind turbine according to the invention comprises at least one such rotor blade.
  • three rotor blades are attached to the hub of a wind turbine.
  • the discharges from the rotor blades are connected to the hub.
  • an arrangement made of carbon fiber brushes or similar a forwarding of the lightning current in a ground line which leads for example through an outer wall of the nacelle and further through the tower in the direction of the bottom or seabed.
  • An advantage of the wind turbine according to the invention is that the lightning protection devices for the rotor blades are relatively cheap and at the same time have a high efficiency. Thus, the wind turbine is reliably protected from the consequences of lightning.
  • a receptor on the outside of the sheet is electrically connected to a lead in the blade interior, so that the lightning current can be conducted to the earth conductor.
  • the plate is electrically connected inside the blade with such a lightning arrester.
  • the Abieiter can be held between the plate and a suitable clamping element.
  • edges of the lightning protection device have a rounding, e.g. the plate is preferably made without sharp edges. Such rounded edges prevent the formation of a corona leader, i. a hot plasma channel, which could promote a discharge inside the leaf.
  • Coupling between a receptor and the stylus can be achieved in different ways.
  • the pen and receptor can be plugged together by a suitable plug connection or a suitable snap closure.
  • one of the two objects to be screwed is provided with an external thread, and the other is provided with an internal thread.
  • the pin could have an internal thread in the end region, and the receptor could be provided with a projecting screw.
  • the receptor can be in the pen
  • the pin has an outer thread at an outer end, while the receptor is equipped with a corresponding threaded bushing.
  • the receptor can be screwed onto the pin like a threaded nut.
  • the external thread must thus be worked only at the outer end of the pin.
  • the pin can be guided by the blade inside through the plate and an outer wall of the rotor blade.
  • the pin may be provided at the end remaining in the rotor blade with a head which is used on the plate when the receptor is screwed on the outside of the other pin end. In this embodiment, some space in the blade interior is needed to move the pen from inside to outside.
  • the pin is guided from outside the rotor blade through the receiving block.
  • the relatively flat receiving block can advantageously be accommodated deep in the blade interior in the direction of the blade tip.
  • the plate is embedded or introduced in the outermost end of the blade tip.
  • the rotor blade is - during or after completion - provided with appropriate through holes.
  • two simple circular through holes can be sawn on opposite rotor blade sides per pin or milled out.
  • the pin may have two outer end portions of sufficient length, ie, the pin may "overhang" upon insertion on both sides of the rotor blade, and then two receptors may be attached or screwed to these overhanging end portions.
  • the plate for the passage of the pin on a smooth fürgangsboh- tion is machined without thread.
  • the through-hole may be formed as a simple bore having a substantially circular cross section for receiving a corresponding cylindrical pin.
  • pin or through hole may have any but complementary shapes.
  • pin and through hole each have a substantially rectangular cross-section.
  • a washer is placed between the plate and the receptor. When screwing a receptor, the corresponding washer between the receptor and plate is squeezed.
  • a washer made of a deformable and highly conductive material is particularly preferred.
  • a washer made of aluminum can be manufactured.
  • through-hole and pin have a tapered shape.
  • the pin it is sufficient if this has a tapered shape in the area of the through hole.
  • the end portions may have a simple cylindrical shape. If a receptor is attached to one or both end regions of the pen under tension, for example by The tapered portion offers a beneficial counteracting effect, particularly when the receptor adjacent to the "narrow" end is attracted to a greater degree, thus allowing a tight fit between the stylus and the receptor (s).
  • the pin starting at one end, may have a tapered or tapered shape over most of its length, so that the pin is worked out as a 'cone' in this section.
  • the pin may have a cylindrical and externally threaded end portion for receiving a receptor.
  • the pin may be configured so that the broad tail (the 'bottom' of the cone) remains outside the rotor blade. Thus, this wide tail itself can serve as a receptor.
  • a thread can be worked clockwise or anti-clockwise. If the pin is provided with an external thread on both end areas, one can be left-handed and the other clockwise. In a particularly advantageous embodiment, however, the direction of rotation of the thread on both end pieces of the pin is the same. For example, a right-handed external thread is worked out at both ends. In this embodiment, each receptor provides the other with an advantageous counter-pull during tightening.
  • a lightning current can amount to several thousand amperes, and values of 300 kA - 400 kA can be exceeded.
  • a receptor is preferably prepared as a solid solid.
  • a receptor can be made as a block or thick slice.
  • a good-conducting, stainless metal is used, for. As stainless steel.
  • the plate is as solid as possible, to lead a high current as directly as possible to the derivative. Because the plate is relatively thin, an advantageous high mass is instead achieved by a larger area. In a particularly preferred variant of the invention, the plate has a maximum thickness of 3 - 5 mm. The width and thickness of the plate are determined by a required conductor cross-section. For example, a plate of copper preferably has one
  • the pin fulfills an important function as an electrical connection between receptor and plate, it should also have the highest possible mass.
  • a maximum length of the pen is z. T. determined by the leaf thickness in the receptor area and the strength of the receptors. Therefore, an advantageous high mass of the pin can be achieved by a suitable diameter. In a particularly preferred
  • the receptor has a diameter of about 20 - 30 mm to accommodate a pin with a diameter of 8 - 12 mm can.
  • Figure 1 shows an embodiment of an inventive
  • Figure 2 is a perspective view of a plate of Figure 1;
  • Figure 3 is a perspective view of a pin of Figure 1;
  • Figure 4 is a perspective view of a receptor of Figure 1;
  • FIG. 5 shows another embodiment of a lightning protection device 1 according to the invention
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a lightning protection device 1 according to the invention.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a lightning protection device 1 according to the invention.
  • the lightning protection device 1 is installed in the rotor blade tip 21 of a rotor blade 2.
  • the main components of the lightning protection device 1 in this embodiment are an electrically conductive plate 10 housed inside the rotor blade 2, and two electrically conductive receptors 12 externally mounted on both sides of the rotor blade 2.
  • the pin 11 can be pushed from the outside through the plate 10.
  • the pin 11 has an external thread on both end regions 110, and a receptor 12 is screwed on each of the two end regions 110. Simply by tightening the receptors 12 creates an advantageous inward pulling force F, which pulls the receptors to the washers 13 and the washers 13 to the plate. This results in a reliable electrical connection between receptors 12 and plate 10th
  • Figure 2 shows a perspective view of the plate 10 of Figure 1.
  • the plate 10 is worked on a piece of a suitable metal.
  • the figure shows that the plate 10 is relatively wide and flat.
  • the plate 10 may have a thickness Si 0 of only 3.0 mm, so that the plate 10 far into the
  • Blade tip can be accommodated.
  • Plate is then determined based on the required conductor cross-section.
  • a plate 10 made of copper may have a conductor cross-section of 50 mm 2 , so that an appropriate sene width bio of about 18 mm could be chosen for this example.
  • a hole 100 or a through hole 100 is milled or drilled for the later recording of
  • the plate 10 is preferably made of a relatively 'soft' material, for. As aluminum or an aluminum alloy. Such a soft metal can be used, since the preparation of a thread on the through hole 100 is dispensed with. Rather, the through hole 100 may have a simple or smooth inner wall 101.
  • a lightning current lead 3 is clamped between the plate 10 and a terminal block 4 by means of screws 40. As a result, an advantageous transition between the plate 10 and lightning current 3 is guaranteed.
  • the lightning current lead 3 can be led over the length of the rotor blade in the direction of the hub.
  • the plate is made without sharp edges to prevent the formation of a 'corona leaders' inside the blade. A 'leader' can therefore arise only from the receptor 12, so that a lightning strike is conducted exclusively through the receptor 12 via the plate 10 to the lightning current discharge 3.
  • Figure 3 shows a perspective view of the pin 11 of Figure 1.
  • the pin 11 can be made in one piece of a suitable 'hard' metal, for. For example, be made of corrosion-resistant steel.
  • the pin 11 has an external thread 111. This can be worked out as left-handed or right-handed thread 111. As already mentioned, both threads preferably have the same rotation, z. B. the threads are clockwise in both cases.
  • the middle region 112-ie the area later in the rotor blade-the pin 11 can have a simple, smooth surface.
  • the diameter Du of the pin 11 is determined on the basis of a desired volume (eg in order to be able to guide a certain maximum lightning current) and a predetermined length (for example the distance between the opposite sheet outer sides in the region of the pin 11).
  • Figure 4 shows a perspective view of a receptor 12 of Figure 1. This can also be in one piece from a suitable 'hard' metal, for. B. made of corrosion-resistant steel.
  • the receptor may have a height H 12 of 10 - 30 mm.
  • the receptor 12 has a threaded bushing 120, with a thread 121 which has been worked out to the thread 111 at the end portion 110 of the pin 11.
  • the receptor 12 can be easily bolted to the pin 11. If both external threads 111 have the same rotation, two receptors 12 can simply be screwed onto the pin in the opposite direction. As a result, an advantageously high compression can be achieved, so that a long-lasting screw connection is formed.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a lightning protection device 1 according to the invention.
  • the figure shows a conically extending pin 11 'with a first, wide end region 113 and a second, narrow end region 110.
  • passage openings 213, 210 having different diameters are developed in the rotor blade 2.
  • the plate 10 has a conical passage 100 '.
  • the pin 11 ' can thus be pushed by one side of the rotor blade 2 through the plate 10.
  • the narrow end portion 110 is provided with an external thread 111 as described above, so that a receptor 12 can be screwed on, and a washer 13 between receptor 12 and plate ensures a satisfactory electrical contact.
  • the broad end portion 113 of the "wedge” is designed so that it projects slightly above the leaf surface, and thus serves as receptor 12 '
  • the conical fit of the wide end portion 113 and the passage 100' provides a counterforce when screwing, so that the pin 11 'is pressed in the central area against the side walls of the conical passage 110'
  • the resulting pressure ensures an advantageous electrical connection between receptors, pin 11 'and plate 10.
  • FIG. 6 shows a wind turbine 5 according to the invention with three rotor blades 2.
  • Each rotor blade 2 has a lightning protection device 1 according to the invention in the blade tip 21.
  • a lightning strike on a receptor 12 can thus be safely led to a lightning current dissipation in the blade interior, to then be passed through a ground line 30 through hub 50, nacelle 51 and tower 52 in the ground or seabed.
  • FIG. 7 shows a part of a lightning protection device according to the prior art.
  • a block 70 is installed in the interior of the blade and a receptor 71 is attached to the outside of the rotor blade 2.
  • the receptor 71 is provided with a threaded pin 72 which is screwed into a threaded bushing 73 of the block 70 in the blade interior.
  • a lightning current lead 3 is clamped between block 70 and leaf inner surface.
  • the block 70 must have sufficient mass to withstand the lightning current.
  • the block 70 must have sufficient for the preparation of the threaded bush 73 material thickness S 7 o in order to receive the threaded pin 72 satisfactorily.
  • This required material thickness S 70 in turn means that the block 70 - and consequently also the receptor 71 - must occupy a disadvantageous large distance d 7 to the blade tip 21.

Abstract

The invention relates to a lightning arrester (1) for a rotor blade (2) of a wind turbine (5), comprising an electrically conductive plate (10) for introduction into the interior (20) of the rotor blade (2), an electrically conductive pin (11) which is passed through the plate (10) and which has at least one externally located end region (110) having a first coupling element (111), said lightning arrester further comprising at least one electrically conductive receiver (12) having a second coupling element (121), wherein a receiver (12) is coupled by means of first and second coupling elements (111, 121) to the pin (11). The invention further relates to a rotor blade and to a wind turbine.

Description

Beschreibung description
Blitzschutzvorrichtung Die Erfindung beschreibt eine Blitzschutzvorrichtung, ein Rotorenblatt und eine Windturbine. Lightning Protection Device The invention describes a lightning protection device, a rotor blade and a wind turbine.
Die Windturbinen einer Windenergieanlage werden generell in einer möglichst exponierten Lage aufgestellt. Daher ist es wichtig, eine Windturbine vor einem Blitzeinschlag zu schützen. Verschiedene Blitzschutzeinrichtungen sind bekannt. Beispielsweise kann eine Blitzschutzeinrichtung mehrere Rezeptoren an exponierten Stellen der Windenergieanlagen umfassen, insbesondere an den Rotorblattenden, da ein Rotorblatt auf- grund seiner Länge und seiner schmalen Form besonders gefährdet ist. Ein solcher Rezeptor wird mit einer Blitzstromableitung verbunden. Der Rezeptor gibt einen definierten Einschlagpunkt, und der Blitzstrom wird über die Ableitung - beispielsweise ein Blitzschutzkabel innerhalb des Rotorblatts oder entlang der Blattkanten - über ein Erdungskabel in den Boden bzw. Meeresgrund abgeleitet. Somit bietet eine Blitzschutzeinrichtung dem Blitzstrom einen definierten und möglichst niederohmigen Strompfad in Richtung Erde. Um effektiv als Einschlagpunkt zu dienen, wird oft ein elektrisch leitende Rezeptor außen an der Vorder- und/oder Rückseite des Rotorblatts angebracht und mit einem elektrisch leitenden massiven Block im Blattinneren verschraubt. Der Block ist wiederum mit der Blitzstromableitung verbunden. Ge- nerell wird der Block mit einer Gewindebuchse versehen, so dass ein außen am Rotorblatt platzierter Rezeptor durch die Außenwand des Rotorblatts in den Block eingeschraubt werden kann . Ein Blitz wird meistens am äußeren Ende eines exponierten Gegenstands - zum Beispiel an der äußeren Spitze eines Rotorblatts - einschlagen. Aufgrund der Aerodynamik, aber auch um Geräusche zu mindern, läuft eine Rotorblattspitze recht flach aus. Bei den bekannten Blitzschutzeinrichtungen muss der Block jedoch eine gewisse Stärke aufweisen, um eine stabile Verschraubung mit einem oder mehreren Rezeptoren zu erlauben. Die bekannten Blitzschutzeinrichtungen haben daher The wind turbines of a wind turbine are generally placed in the most exposed position possible. Therefore, it is important to protect a wind turbine from lightning. Various lightning protection devices are known. For example, a lightning protection device may comprise a plurality of receptors at exposed locations of the wind turbines, in particular at the rotor blade ends, since a rotor blade is particularly endangered due to its length and its narrow shape. Such a receptor is connected to a lightning current lead. The receptor gives a defined impact point, and the lightning current is dissipated via the lead - for example, a lightning protection cable inside the rotor blade or along the leaf edges - via a grounding cable into the ground or seabed. Thus, a lightning protection device provides the lightning current a defined and preferably low-impedance current path in the direction of the earth. To effectively serve as a fulcrum, often an electrically conductive receptor is attached to the outside of the front and / or rear of the rotor blade and bolted to an electrically conductive solid block in the blade interior. The block is in turn connected to the lightning current lead. In general, the block is provided with a threaded bush, so that a receptor placed outside on the rotor blade can be screwed into the block through the outer wall of the rotor blade. A lightning strike will usually strike the outer end of an exposed object - for example, the outer tip of a rotor blade. Due to the aerodynamics, but also to reduce noise, a rotor blade tip runs quite flat out. In the known lightning protection devices, however, the block must have a certain thickness in order to allow a stable screw connection with one or more receptors. The known lightning protection devices therefore have
den Nachteil, dass der Block nur dort eingebaut werden kann, wo das Blatt einen ausreichend großen Hohlraum bietet. Je größer der Block, desto näher in Richtung Nabe muss er eingebaut werden. Entsprechend hat ein mit dem Block verschraubter Rezeptor einen unvorteilhaft großen Abstand zur dünnen Blatt- spitze, so dass die schützende Wirkung einer solchen Blitzschutzeinrichtung nicht immer gewährleistet ist. the disadvantage that the block can be installed only where the sheet provides a sufficiently large cavity. The larger the block, the closer to the hub it must be installed. Accordingly, a receptor screwed to the block has a disadvantageously large distance from the thin tip of the blade, so that the protective effect of such a lightning protection device is not always guaranteed.
Weiterhin müssen Block und Rezeptor aus einem korrosionsre- sistenten, gut leitenden Material hergestellt werden. Gene- rell werden solche Komponenten aus rostfreiem Stahl gefertigt. Aufgrund der erforderlichen Blockstärke trägt eine solche Blitzschutzeinrichtung erheblich zum Gesamtgewicht bei. Ein weiterer Nachteil der bekannten Blitzschutzeinrichtungen liegt darin, dass die Ausarbeitung eines oder mehrerer Innen- gewinde im harten Stahl sehr aufwändig und entsprechend kostspielig ist. Furthermore, block and receptor must be produced from a corrosion-resistant, highly conductive material. Generally, such components are made of stainless steel. Due to the required block thickness, such a lightning protection device contributes significantly to the overall weight. Another disadvantage of the known lightning protection devices is that the preparation of one or more internal thread in the hard steel is very complex and correspondingly expensive.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte und günstigere Blitzschutzeinrichtung für eine Windturbine be- reitzustellen. It is therefore an object of the invention to provide an improved and cheaper lightning protection device for a wind turbine.
Diese Aufgabe wird zum einen durch eine Blitzschutzvorrichtung gemäß Patentanspruch 1, durch ein Rotorenblatt gemäß Patentanspruch 14 sowie durch eine Windturbine gemäß Patentan- spruch 15 gelöst. This object is achieved on the one hand by a lightning protection device according to claim 1, by a rotor blade according to claim 14 and by a wind turbine according to patent claim 15.
Die erfindungsgemäße Blitzschutzvorrichtung für ein Rotorblatt einer Windturbine umfasst eine elektrisch leitfähige Platte zur Einbringung im Inneren des Rotorblatts und einen durch die Platte geführten elektrisch leitfähigen Stift, welcher zumindest ein außen liegendes, mit einem ersten Kopplungselement versehenes Endbereich aufweist, und zumindest einen mit einem zweiten Kopplungselement versehenen elekt- risch leitfähigen Rezeptor, worin ein Rezeptor mittels erster und zweiter Kopplungselemente außerhalb des Rotorblatts mit dem Stift gekoppelt ist. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Blitzschutzvorrichtung liegt darin, dass eine Kopplung des Stifts mit einem oder mehreren Rezeptoren außerhalb des Rotorenblatts erfolgt. Somit muss die Platte nicht mit einem Innengewinde versehen werden. Folglich darf die Platte aus einem 'weichen' Material gefertigt werden, da eine Schraubverbindung zwischen Platte und Rezeptor nicht benötigt wird. Die Blitzschutzvorrichtung kann somit vergleichsweise günstig hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Blitzschutzvorrichtung liegt darin, dass die Plattenstärke nicht von einer Mindest- tiefe eines Gewindes abhängt, da die Platte nicht unmittelbar mit einem Rezeptor gekoppelt werden muss. Somit kann die Platte vergleichsmäßig dünn ausfallen und vorteilhaft weit in Richtung Blattspitze eingebracht werden. Das erfindungsgemäße Rotorblatt umfasst mindestens eine solche Blitzschutzvorrichtung. Mindestens ein Rezeptor kann jeweils auf der Vorder- bzw. Rückseite des Rotorblatts angebracht werden. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Rotorblatts liegt darin, dass die Effektivität der Blitzschutzvorrichtung durch die verkürzte Nähe des Rezeptors zur Blattspitze erhöht wird und der Lebensdauer des Rotorblatts entsprechend lang ausfallen kann. Auch können das Gesamtgewicht und die Kosten des Rotor- blatts vergleichsweise niedrig gehalten werden, da ein massiver Block aus schwerem Stahl im Blattinneren nicht eingebaut werden muss. The lightning protection device according to the invention for a rotor blade of a wind turbine comprises an electrically conductive plate for insertion inside the rotor blade and an electrically conductive pin guided through the plate, which has at least one outer end area provided with a first coupling element, and at least one with a second coupling element provided with electrically conductive receptor, wherein a receptor is coupled by means of first and second coupling elements outside of the rotor blade with the pin. An advantage of the lightning protection device according to the invention is that a coupling of the pin takes place with one or more receptors outside of the rotor blade. Thus, the plate does not have to be provided with an internal thread. Consequently, the plate must be made of a 'soft' material, since a screw connection between plate and receptor is not needed. The lightning protection device can thus be manufactured comparatively cheap. Another advantage of the lightning protection device according to the invention is that the plate thickness does not depend on a minimum depth of thread, since the plate does not have to be coupled directly to a receptor. Thus, the plate can be comparatively thin and advantageously be introduced far in the direction of the blade tip. The rotor blade according to the invention comprises at least one such lightning protection device. At least one receptor can each be mounted on the front or rear side of the rotor blade. An advantage of the rotor blade according to the invention is that the effectiveness of the lightning protection device is increased by the shortened proximity of the receptor to the blade tip and the life of the rotor blade can be correspondingly long. Also, the total weight and the cost of the rotor blade can be kept relatively low, since a massive block of heavy steel inside the blade does not need to be installed.
Die erfindungsgemäße Windturbine umfasst mindestens ein sol- ches Rotorblatt. In der Regel werden drei Rotorblätter an der Nabe einer Windturbine angebracht. Um den Blitzstrom kontrolliert wegzuleiten, werden die Ableitungen aus den Rotorblättern mit der Nabe verbunden. Generell erlaubt eine Anordnung aus Kohlefaserbürsten o. Ä. eine Weiterleitung des Blitzstroms in eine Erdleitung, welches zum Beispiel durch eine Außenwand der Gondel und weiter durch den Turm in Richtung Boden bzw. Meeresgrund führt. The wind turbine according to the invention comprises at least one such rotor blade. As a rule, three rotor blades are attached to the hub of a wind turbine. In order to conduct the lightning current in a controlled manner, the discharges from the rotor blades are connected to the hub. Generally allows an arrangement made of carbon fiber brushes or similar a forwarding of the lightning current in a ground line, which leads for example through an outer wall of the nacelle and further through the tower in the direction of the bottom or seabed.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Windturbine ist, dass die Blitzschutzvorrichtungen für die Rotorblätter vergleichsweise günstig ausfallen und gleichzeitig einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Somit wird die Windturbine zuverlässig vor den Folgen eines Blitzeinschlags geschützt. An advantage of the wind turbine according to the invention is that the lightning protection devices for the rotor blades are relatively cheap and at the same time have a high efficiency. Thus, the wind turbine is reliably protected from the consequences of lightning.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung, wobei insbesondere auch die Ansprü- che einer Anspruchskategorie analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können . The dependent claims and the following description contain particularly advantageous developments and refinements of the invention, wherein in particular the claims of one claim category can be developed analogously to the dependent claims of another claim category.
Wie bereits eingangs erwähnt, wird ein Rezeptor an der Blatt- außenseite mit einer Ableitung im Blattinneren elektrisch verbunden, so dass der Blitzstrom zum Erdleiter geführt werden kann. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Platte im Blattinneren mit einem solchen Blitzstromableiter elektrisch verbunden wird. Beispielsweise kann der Abieiter zwischen der Platte und einem geeigneten Klemmelement gehalten werden. As already mentioned, a receptor on the outside of the sheet is electrically connected to a lead in the blade interior, so that the lightning current can be conducted to the earth conductor. In the following it is assumed that the plate is electrically connected inside the blade with such a lightning arrester. For example, the Abieiter can be held between the plate and a suitable clamping element.
Bevorzugt weisen Kanten der Blitzschutzvorrichtung eine Rundung auf, z.B. die Platte wird bevorzugt ohne scharfen Kanten gefertigt. Solche gerundeten Kanten verhindern die Entstehung eines ' corona leaders', d.h. ein heißer Plasmakanal, welcher eine Entladung im Blattinneren begünstigen könnte. Preferably, edges of the lightning protection device have a rounding, e.g. the plate is preferably made without sharp edges. Such rounded edges prevent the formation of a corona leader, i. a hot plasma channel, which could promote a discharge inside the leaf.
Eine Kopplung zwischen einem Rezeptor und dem Stift kann auf unterschiedliche Weise erreicht werden. Beispielsweise können Stift und Rezeptor durch eine geeignete Steckverbindung oder einen geeigneten Schnappverschluss aneinander gesteckt werden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weisen erste und zweite Kopplungselemente komplementäre Gewinde auf, so dass Rezeptor und Stift miteinander verschraubt werden können . Für eine Schraubverbindung zwischen Stift und Rezeptor wird einer der beiden zu verschraubenden Gegenstände mit einem Außengewinde versehen, und der andere wird mit einem Innengewinde versehen. In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung könnte der Stift im Endbereich ein Innengewinde aufwei- sen, und der Rezeptor könnte mit einer vorstehenden Schraube versehen werden. Somit kann der Rezeptor in den Stift Coupling between a receptor and the stylus can be achieved in different ways. For example, the pen and receptor can be plugged together by a suitable plug connection or a suitable snap closure. In a particularly advantageous embodiment have first and second coupling elements complementary threads, so that receptor and pin can be screwed together. For a screw connection between pin and receptor one of the two objects to be screwed is provided with an external thread, and the other is provided with an internal thread. In one possible embodiment of the invention, the pin could have an internal thread in the end region, and the receptor could be provided with a projecting screw. Thus, the receptor can be in the pen
hineingeschraubt werden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform jedoch weist der Stift an einem äußeren Ende ein Außengewinde auf, während der Rezeptor mit einer entspre- chenden Gewindebuchse ausgestattet wird. Somit kann der Rezeptor wie eine Gewindemutter auf den Stift angeschraubt werden. Das Außengewinde muss somit lediglich am äußeren Ende des Stifts ausgearbeitet werden. Der Stift kann vom Blattinneren durch die Platte und eine Außenwand des Rotorblatts geführt werden. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Stift an dem im Rotorblatt verbleibenden Ende mit einem Kopf versehen werden, welcher an die Platte herangezogen wird, wenn der Rezeptor außen am anderen Stiftende angeschraubt wird. In dieser Ausführungsform wird etwas Platz im Blattinneren benötigt, um den Stift von innen nach außen zu bewegen. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der Stift von außerhalb des Rotorblatts durch den Aufnahmeblock hindurch geführt. Somit kann der re- lativ flache Aufnahmeblock auf vorteilhafte Weise tief im Blattinneren in Richtung Blattspitze untergebracht werden. Besonders bevorzugt wird die Platte im äußersten Ende des Blattspitzes eingebettet bzw. eingebracht. Das Rotorblatt wird - während oder nach der Fertigstellung - mit entsprechenden Durchgangsöffnungen versehen. Beispielsweise können pro Stift zwei einfache kreisrunde Durchgangsöffnungen auf gegenüberliegenden Rotorblattseiten ausgesägt oder ausgefräst werden. Bei einer solchen Ausgestaltung kann der Stift, mit ausreichender Länge, zwei außen liegende Endbereiche aufweisen, d. h. der Stift kann nach Einführung an beiden Seiten des Rotorblatts „überstehen". An diesen über- stehenden Endbereichen können dann zwei Rezeptoren befestigt bzw. angeschraubt werden. be screwed into it. In a particularly advantageous embodiment, however, the pin has an outer thread at an outer end, while the receptor is equipped with a corresponding threaded bushing. Thus, the receptor can be screwed onto the pin like a threaded nut. The external thread must thus be worked only at the outer end of the pin. The pin can be guided by the blade inside through the plate and an outer wall of the rotor blade. In this embodiment, the pin may be provided at the end remaining in the rotor blade with a head which is used on the plate when the receptor is screwed on the outside of the other pin end. In this embodiment, some space in the blade interior is needed to move the pen from inside to outside. In a particularly advantageous embodiment, the pin is guided from outside the rotor blade through the receiving block. Thus, the relatively flat receiving block can advantageously be accommodated deep in the blade interior in the direction of the blade tip. Particularly preferably, the plate is embedded or introduced in the outermost end of the blade tip. The rotor blade is - during or after completion - provided with appropriate through holes. For example, two simple circular through holes can be sawn on opposite rotor blade sides per pin or milled out. In such an embodiment, the pin may have two outer end portions of sufficient length, ie, the pin may "overhang" upon insertion on both sides of the rotor blade, and then two receptors may be attached or screwed to these overhanging end portions.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Platte zur Durchführung des Stifts eine glatte Durchgangsboh- rung auf. Darunter ist zu verstehen, dass die Durchgangsbohrung ohne Gewinde ausgearbeitet wird. Beispielsweise kann die Durchgangsbohrung als eine einfache Bohrung mit einem im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt zur Aufnahme eines entsprechenden zylindrischen Stifts ausgearbeitet werden. In a particularly advantageous embodiment, the plate for the passage of the pin on a smooth Durchgangsboh- tion. By this is meant that the through hole is machined without thread. For example, the through-hole may be formed as a simple bore having a substantially circular cross section for receiving a corresponding cylindrical pin.
Selbstverständlich können Stift bzw. Durchgangsbohrung beliebige, jedoch komplementäre Formen aufweisen. Beispielsweise können Stift und Durchgangsbohrung jeweils einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Um den Blitzstrom zuverlässig vom Rezeptor zur Platte und anschließend zu einer im Blattinneren verlegten Ableitung zu führen, besteht vorzugsweise ein elektrischer Kontakt zwischen diesen Komponenten. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird eine Unterlegscheibe zwischen Platte und Rezeptor gelegt. Beim Zuschrauben eines Rezeptors wird die entsprechende Unterlegscheibe zwischen Rezeptor und Platte gequetscht. Besonders bevorzugt wird eine Unterlegscheibe aus einem verformbaren und gut leitenden Material hergestellt. Beispielsweise kann eine Unterlegscheibe aus Aluminium gefer- tigt werden. Of course, pin or through hole may have any but complementary shapes. For example, pin and through hole each have a substantially rectangular cross-section. In order to reliably guide the lightning current from the receptor to the plate and then to a lead laid inside the blade, there is preferably an electrical contact between these components. In a particularly advantageous embodiment, a washer is placed between the plate and the receptor. When screwing a receptor, the corresponding washer between the receptor and plate is squeezed. Particularly preferred is a washer made of a deformable and highly conductive material. For example, a washer made of aluminum can be manufactured.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen Durchgangsbohrung und Stift eine konisch zulaufende Form auf. Hinsichtlich des Stifts ist es ausreichend, wenn dieser im Be- reich der Durchgangsbohrung eine konisch zulaufende Form hat. Die Endbereiche können eine einfache zylindrische Form aufweisen. Wenn an einem oder beiden Endbereichen des Stifts ein Rezeptor unter Zug befestigt wird, beispielsweise durch Ver- schraubung, bietet der konische Abschnitt einen vorteilhaften Gegenzug, insbesondere dann, wenn der neben dem „schmalen" Ende angeordnete Rezeptor stärker angezogen wird. Somit kann eine festsitzende Verbindung zwischen Stift und Rezeptor (en) auf einfacher Weise erzielt werden. In a further preferred embodiment, through-hole and pin have a tapered shape. With regard to the pin, it is sufficient if this has a tapered shape in the area of the through hole. The end portions may have a simple cylindrical shape. If a receptor is attached to one or both end regions of the pen under tension, for example by The tapered portion offers a beneficial counteracting effect, particularly when the receptor adjacent to the "narrow" end is attracted to a greater degree, thus allowing a tight fit between the stylus and the receptor (s).
In einer weiteren Ausführungsform kann der Stift, an einem Ende beginnend, über den Großteil seiner Länge eine konisch zulaufende bzw. verjüngende Form aufweisen, so dass der Stift in diesem Abschnitt als 'Kegel' ausgearbeitet ist. An dem schmalen Ende des Kegels kann der Stift einen zylindrischen und mit einem Außengewinde versehenen Endbereich zur Aufnahme eines Rezeptors aufweisen. In dieser Ausführungsform kann der Stift so ausgestaltet werden, dass das breite Endstück (der 'Boden' des Kegels) außerhalb des Rotorblatts bleibt. Somit kann dieses breite Endstück selbst als Rezeptor dienen. In another embodiment, the pin, starting at one end, may have a tapered or tapered shape over most of its length, so that the pin is worked out as a 'cone' in this section. At the narrow end of the cone, the pin may have a cylindrical and externally threaded end portion for receiving a receptor. In this embodiment, the pin may be configured so that the broad tail (the 'bottom' of the cone) remains outside the rotor blade. Thus, this wide tail itself can serve as a receptor.
Ein Gewinde kann rechtsdrehend oder linksdrehend ausgearbeitet werden. Wird der Stift an beiden Endbereichen mit einem Außengewinde versehen, kann das eine linksdrehend und das andere rechtsdrehend sein. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform jedoch ist die Drehrichtung des Gewindes an beiden Endstücken des Stifts gleich. Beispielsweise wird an beiden Enden ein rechtsdrehendes Außengewinde ausgearbeitet. Bei dieser Ausführungsform bietet jeder Rezeptor dem jeweils anderen einen vorteilhaften Gegenzug während des Festschraubens . A thread can be worked clockwise or anti-clockwise. If the pin is provided with an external thread on both end areas, one can be left-handed and the other clockwise. In a particularly advantageous embodiment, however, the direction of rotation of the thread on both end pieces of the pin is the same. For example, a right-handed external thread is worked out at both ends. In this embodiment, each receptor provides the other with an advantageous counter-pull during tightening.
Ein Blitzstrom kann mehrere tausend Ampere betragen, und Wer- te von 300 kA - 400 kA können überschritten werden. Um einem derart hohen Strom standzuhalten und an die Ableitung zu führen, wird ein Rezeptor bevorzugt als massiver Festkörper hergestellt. Beispielsweise kann ein Rezeptor als Block oder dicke Scheibe hergestellt werden. Bevorzugt wird ein gut lei- tendes, rostfreies Metall verwendet, z. B. rostfreier Stahl. A lightning current can amount to several thousand amperes, and values of 300 kA - 400 kA can be exceeded. To withstand such a high current and to lead to the derivative, a receptor is preferably prepared as a solid solid. For example, a receptor can be made as a block or thick slice. Preferably, a good-conducting, stainless metal is used, for. As stainless steel.
Auch die Platte ist möglichst massiv, um einen hohen Strom möglichst direkt an die Ableitung zu führen. Da die Platte relativ dünn ist, wird eine vorteilhafte hohe Masse stattdessen durch eine größere Fläche erreicht . In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung hat die Platte eine Stärke von maximal 3 - 5 mm. Die Breite und Stärke der Platte werden anhand eines benötigten Leiterquerschnitts bestimmt. Beispielsweise weist eine Platte aus Kupfer bevorzugt eine The plate is as solid as possible, to lead a high current as directly as possible to the derivative. Because the plate is relatively thin, an advantageous high mass is instead achieved by a larger area. In a particularly preferred variant of the invention, the plate has a maximum thickness of 3 - 5 mm. The width and thickness of the plate are determined by a required conductor cross-section. For example, a plate of copper preferably has one
Querschnittsfläche von mindestens 50 mm2. Cross-sectional area of at least 50 mm 2 .
Da der Stift eine wichtige Funktion als elektrische Verbin- dung zwischen Rezeptor und Platte erfüllt, soll dieser auch eine möglichst hohe Masse aufweisen. Eine maximale Länge des Stifts wird z. T. durch die Blattstärke im Rezeptorenbereich und auch die Stärke der Rezeptoren bestimmt. Daher kann eine vorteilhafte hohe Masse des Stifts durch einen geeigneten Durchmesser erreicht werden. In einer besonders bevorzugtenSince the pin fulfills an important function as an electrical connection between receptor and plate, it should also have the highest possible mass. A maximum length of the pen is z. T. determined by the leaf thickness in the receptor area and the strength of the receptors. Therefore, an advantageous high mass of the pin can be achieved by a suitable diameter. In a particularly preferred
Variante der Erfindung hat der Rezeptor einen Durchmesser von ca. 20 - 30 mm, um einen Stift mit einem Durchmesser von 8 - 12 mm aufnehmen zu können. Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen: Variant of the invention, the receptor has a diameter of about 20 - 30 mm to accommodate a pin with a diameter of 8 - 12 mm can. The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying figures with reference to embodiments. Show it:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Figure 1 shows an embodiment of an inventive
Blitzschutzvorrichtung; Lightning protection device;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer Plattes aus Figur 1 ;  Figure 2 is a perspective view of a plate of Figure 1;
Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Stifts aus Figur 1 ;  Figure 3 is a perspective view of a pin of Figure 1;
Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines Rezeptors aus Figur 1 ; Figure 4 is a perspective view of a receptor of Figure 1;
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blitzschutzvorrichtung 1 ;  Figure 5 shows another embodiment of a lightning protection device 1 according to the invention;
Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsge- mäßen Blitzschutzvorrichtung 1 ;  FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a lightning protection device 1 according to the invention;
Figur 7 einen Teil einer Blitzschutzvorrichtung nach dem Stand der Technik. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blitzschutzvorrichtung 1. Die Blitzschutzvorrichtung 1 ist in der Rotorblattspitze 21 eines Rotorblatts 2 eingebaut. Die Hauptbestandteile der Blitzschutzvorrichtung 1 in dieser Aus- führungsform sind eine elektrisch leitfähige Platte 10, welche im Inneren 20 des Rotorblatts 2 untergebracht ist, und zwei elektrisch leitfähige Rezeptoren 12, die auf beiden Seiten des Rotorblatts 2 außen angebracht sind. Durch eine Durchbohrung in der Platte 10 kann der Stift 11 von außen durch die Platte 10 geschoben werden. Der Stift 11 hat an beiden Endbereichen 110 ein Außengewinde, und an beiden Endbereichen 110 ist jeweils ein Rezeptor 12 angeschraubt. Allein durch das Festschrauben der Rezeptoren 12 entsteht eine vorteilhafte nach innen gerichtete Zugkraft F, welche die Rezeptoren an die Unterlegscheiben 13 und die Unterlegscheiben 13 an die Platte zieht. Dadurch erfolgt eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen Rezeptoren 12 und Platte 10. Figure 7 shows a part of a lightning protection device according to the prior art. FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a lightning protection device 1 according to the invention. The lightning protection device 1 is installed in the rotor blade tip 21 of a rotor blade 2. The main components of the lightning protection device 1 in this embodiment are an electrically conductive plate 10 housed inside the rotor blade 2, and two electrically conductive receptors 12 externally mounted on both sides of the rotor blade 2. Through a through hole in the plate 10, the pin 11 can be pushed from the outside through the plate 10. The pin 11 has an external thread on both end regions 110, and a receptor 12 is screwed on each of the two end regions 110. Simply by tightening the receptors 12 creates an advantageous inward pulling force F, which pulls the receptors to the washers 13 and the washers 13 to the plate. This results in a reliable electrical connection between receptors 12 and plate 10th
Aufgrund der vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Blitzschutzvorrichtung 1 mit einer „nach außen verlagerten" Kopplung bzw. Verschraubung kann die Platte 10 verhältnismäßig flach ausgearbeitet und entsprechend tief hinein in die Blattspitze 21 verlegt werden. Hierdurch wird ein vorteilhaft kurzer Abstand di zwischen Rezeptor 12 und Blattspitze 21 ermöglicht. Due to the advantageous embodiment of the lightning protection device 1 according to the invention with an "outwardly displaced" coupling or screwing the plate 10 can be prepared relatively flat and moved accordingly deep into the blade tip 21. This is an advantageous short distance di between the receptor 12 and blade tip 21st allows.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung der Platte 10 aus Figur 1. Bevorzugt wird die Platte 10 an einem Stück aus einem geeigneten Metall ausgearbeitet. Die Abbildung zeigt, dass die Platte 10 verhältnismäßig breit und flach ist. In diesem Beispiel kann die Platte 10 eine Stärke Si0 von nur 3.0 mm aufweisen, so dass die Platte 10 bis weit in die Figure 2 shows a perspective view of the plate 10 of Figure 1. Preferably, the plate 10 is worked on a piece of a suitable metal. The figure shows that the plate 10 is relatively wide and flat. In this example, the plate 10 may have a thickness Si 0 of only 3.0 mm, so that the plate 10 far into the
Blattspitze untergebracht werden kann. Die Breite Bio derBlade tip can be accommodated. The breadth of organic
Platte wird dann anhand des benötigten Leiterquerschnitts bestimmt. Beispielsweise kann eine Platte 10 aus Kupfer einen Leiterquerschnitt von 50 mm2 aufweisen, so dass eine angemes- sene Breite Bio von etwa 18 mm für dieses Beispiel gewählt werden könnte. Ein Loch 100 bzw. eine Durchgangsbohrung 100 wird gefräst oder gebohrt für die spätere Aufnahme des Plate is then determined based on the required conductor cross-section. For example, a plate 10 made of copper may have a conductor cross-section of 50 mm 2 , so that an appropriate sene width bio of about 18 mm could be chosen for this example. A hole 100 or a through hole 100 is milled or drilled for the later recording of
Stifts. Die Platte 10 ist bevorzugt aus einem relativ 'wei- chen' Material, z. B. Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Ein derart weiches Metall kann verwendet werden, da auf die Ausarbeitung eines Gewindes an der Durchgangsbohrung 100 verzichtet wird. Vielmehr kann die Durchgangsbohrung 100 eine einfache bzw. glatte Innenwand 101 aufweisen. Eine Blitz- Stromableitung 3 wird zwischen der Platte 10 und einem Klemmblock 4 mittels Schrauben 40 festgeklemmt. Hierdurch ist ein vorteilhafter Übergang zwischen Platte 10 und Blitzstromableitung 3 gewährleistet. Die Blitzstromableitung 3 kann über die Länge des Rotorblatts in Richtung Nabe geführt werden. Wie eingangs erwähnt, wird die Platte ohne scharfen Kanten gefertigt, um die Entstehung eines 'Corona leaders ' im Blattinneren zu verhindern. Ein 'leader' kann daher nur vom Rezeptor 12 aus entstehen, so dass ein Blitzeinschlag ausschließlich durch den Rezeptor 12 über die Platte 10 zur Blitzstrom- ableitung 3 geleitet wird. Pin. The plate 10 is preferably made of a relatively 'soft' material, for. As aluminum or an aluminum alloy. Such a soft metal can be used, since the preparation of a thread on the through hole 100 is dispensed with. Rather, the through hole 100 may have a simple or smooth inner wall 101. A lightning current lead 3 is clamped between the plate 10 and a terminal block 4 by means of screws 40. As a result, an advantageous transition between the plate 10 and lightning current 3 is guaranteed. The lightning current lead 3 can be led over the length of the rotor blade in the direction of the hub. As mentioned above, the plate is made without sharp edges to prevent the formation of a 'corona leaders' inside the blade. A 'leader' can therefore arise only from the receptor 12, so that a lightning strike is conducted exclusively through the receptor 12 via the plate 10 to the lightning current discharge 3.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Stifts 11 aus Figur 1. Der Stift 11 kann am Stück aus einem geeigneten 'harten' Metall, z. B. aus korrosionsbeständigem Stahl, aus- gearbeitet sein. An seinen beiden Endbereichen 110 weist der Stift 11 ein Außengewinde 111 auf. Dieses kann als linksdrehendes oder rechtsdrehendes Gewinde 111 ausgearbeitet sein. Wie bereits erwähnt, weisen beide Gewinde vorzugsweise die gleiche Drehung auf, z. B. die Gewinde sind in beiden Fällen rechtsdrehend. Im mittleren Bereich 112 - d. h. der später im Rotorblatt befindlicher Bereich - kann der Stift 11 eine einfache glatte Oberfläche aufweisen. Der Durchmesser Du des Stifts 11 wird anhand eines gewünschten Volumens (z. B. um einen bestimmten maximalen Blitzstrom führen zu können) und einer vorgegebenen Länge (z. B. der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Blattaußenseiten im Bereich des Stifts 11) bestimmt . Figur 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rezeptors 12 aus Figur 1. Dieser kann auch am Stück aus einem geeigneten 'harten' Metall, z. B. aus korrosionsbeständigem Stahl, ausgearbeitet sein. Der Rezeptor kann eine Höhe H12 von 10 - 30 mm aufweisen. Der Rezeptor 12 weist eine Gewindebuchse 120 auf, mit einem Gewinde 121, welches zum Gewinde 111 am Endbereich 110 des Stifts 11 passend ausgearbeitet wurde. Somit kann der Rezeptor 12 einfach mit dem Stift 11 fest verschraubt werden. Weisen beide Außengewinde 111 die gleiche Drehung auf, können zwei Rezeptoren 12 einfach in entgegengesetzter Richtung auf den Stift aufgeschraubt werden. Hierdurch kann eine vorteilhaft hohe Kompression erreicht werden, so dass eine lang anhaltende Schraubverbindung entsteht . Figure 3 shows a perspective view of the pin 11 of Figure 1. The pin 11 can be made in one piece of a suitable 'hard' metal, for. For example, be made of corrosion-resistant steel. At its two end regions 110, the pin 11 has an external thread 111. This can be worked out as left-handed or right-handed thread 111. As already mentioned, both threads preferably have the same rotation, z. B. the threads are clockwise in both cases. In the middle region 112-ie, the area later in the rotor blade-the pin 11 can have a simple, smooth surface. The diameter Du of the pin 11 is determined on the basis of a desired volume (eg in order to be able to guide a certain maximum lightning current) and a predetermined length (for example the distance between the opposite sheet outer sides in the region of the pin 11). Figure 4 shows a perspective view of a receptor 12 of Figure 1. This can also be in one piece from a suitable 'hard' metal, for. B. made of corrosion-resistant steel. The receptor may have a height H 12 of 10 - 30 mm. The receptor 12 has a threaded bushing 120, with a thread 121 which has been worked out to the thread 111 at the end portion 110 of the pin 11. Thus, the receptor 12 can be easily bolted to the pin 11. If both external threads 111 have the same rotation, two receptors 12 can simply be screwed onto the pin in the opposite direction. As a result, an advantageously high compression can be achieved, so that a long-lasting screw connection is formed.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blitzschutzvorrichtung 1. Die Abbildung zeigt einen konisch verlaufenden Stift 11' mit einem ersten, breiten Endbereich 113 und einem zweiten, schmalen Endbereich 110. Entsprechend werden Durchgangsöffnungen 213, 210 mit unterschiedlichen Durchmessern im Rotorblatt 2 ausgearbeitet. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Platte 10 einen konischen Durchgang 100' auf. Der Stift 11' kann somit von einer Seite des Rotorblatts 2 durch die Platte 10 geschoben werden. Der schmale Endbereich 110 ist wie oben beschrieben mit einem Außengewinde 111 versehen, so dass ein Rezeptor 12 aufgeschraubt werden kann, und eine Unterlegscheibe 13 zwischen Rezeptor 12 und Platte gewährleistet einen zufriedenstellenden elektrischen Kontakt. Der breite Endbereich 113 des „Ke- gels" ist so ausgestaltet, dass er leicht über der Blattoberfläche absteht, und dient somit als Rezeptor 12' . Die konische Passform des breiten Endbereichs 113 bzw. des Durchgangs 100' bietet eine Gegenkraft beim Verschrauben, so dass der Stift 11' im mittleren Bereich gegen die Seitenwände des ko- nischen Durchgangs 110' gepresst wird. Der entstehende Druck gewährleistet eine vorteilhafte elektrische Verbindung zwischen Rezeptoren, Stift 11' und Platte 10. Hier ist auch ein vorteilhaft kurzer Abstand di zwischen Rezeptor 12, 12' und Blattspitze 21 möglich. FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a lightning protection device 1 according to the invention. The figure shows a conically extending pin 11 'with a first, wide end region 113 and a second, narrow end region 110. Correspondingly, passage openings 213, 210 having different diameters are developed in the rotor blade 2. In this embodiment, the plate 10 has a conical passage 100 '. The pin 11 'can thus be pushed by one side of the rotor blade 2 through the plate 10. The narrow end portion 110 is provided with an external thread 111 as described above, so that a receptor 12 can be screwed on, and a washer 13 between receptor 12 and plate ensures a satisfactory electrical contact. The broad end portion 113 of the "wedge" is designed so that it projects slightly above the leaf surface, and thus serves as receptor 12 'The conical fit of the wide end portion 113 and the passage 100' provides a counterforce when screwing, so that the pin 11 'is pressed in the central area against the side walls of the conical passage 110' The resulting pressure ensures an advantageous electrical connection between receptors, pin 11 'and plate 10. Here is also a advantageously short distance di between receptor 12, 12 'and blade tip 21 possible.
Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Windturbine 5 mit drei Rotorblättern 2. Jedes Rotorblatt 2 weist in der Blattspitze 21 eine erfindungsgemäße Blitzschutzvorrichtung 1 auf. Ein Blitzeinschlag an einem Rezeptor 12 kann somit sicher zu einer Blitzstromableitung im Blattinneren geführt werden, um dann über eine Erdleitung 30 durch Nabe 50, Gondel 51 und Turm 52 in den Boden bzw. Meeresgrund geleitet zu werden. FIG. 6 shows a wind turbine 5 according to the invention with three rotor blades 2. Each rotor blade 2 has a lightning protection device 1 according to the invention in the blade tip 21. A lightning strike on a receptor 12 can thus be safely led to a lightning current dissipation in the blade interior, to then be passed through a ground line 30 through hub 50, nacelle 51 and tower 52 in the ground or seabed.
Figur 7 zeigt einen Teil einer Blitzschutzvorrichtung nach dem Stand der Technik. Hier wird ein Block 70 im Blattinneren eingebaut und ein Rezeptor 71 außen am Rotorblatt 2 ange- bracht. Der Rezeptor 71 ist mit einem Gewindestift 72 versehen, welcher in eine Gewindebuchse 73 des Blocks 70 im Blattinneren eingeschraubt wird. Eine Blitzstromableitung 3 wird zwischen Block 70 und Blattinnenfläche geklemmt. Wie Figure 7 shows a part of a lightning protection device according to the prior art. In this case, a block 70 is installed in the interior of the blade and a receptor 71 is attached to the outside of the rotor blade 2. The receptor 71 is provided with a threaded pin 72 which is screwed into a threaded bushing 73 of the block 70 in the blade interior. A lightning current lead 3 is clamped between block 70 and leaf inner surface. As
oben bereits erläutert, muss der Block 70 über ausreichend Masse verfügen, damit er dem Blitzstrom standhalten kann. Darüber hinaus muss der Block 70 eine für die Ausarbeitung der Gewindebuchse 73 ausreichende Materialstärke S7o aufweisen, um den Gewindestift 72 zufriedenstellend aufnehmen zu können. Diese erforderliche Materialstärke S70 führt wiederum dazu, dass der Block 70 - und folglich auch der Rezeptor 71 - einen unvorteilhaften großen Abstand d7 zur Blattspitze 21 einnehmen müssen. As already explained above, the block 70 must have sufficient mass to withstand the lightning current. In addition, the block 70 must have sufficient for the preparation of the threaded bush 73 material thickness S 7 o in order to receive the threaded pin 72 satisfactorily. This required material thickness S 70 in turn means that the block 70 - and consequently also the receptor 71 - must occupy a disadvantageous large distance d 7 to the blade tip 21.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den zuvor beschriebenen Aufbauten um Ausführungsbeispiele handelt und dass das Grundprinzip auch in einem weiten Bereich vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Insbesondere ist es möglich, die Form der Hauptkomponenten - nämlich Platte, Stift und Rezeptor - beliebig zu gestalten. Es können mehrere Stifte durch eine Platte hindurch geführt werden; ein länglich geformter Rezeptor kann an zwei Stiften angebracht werden, usw. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. It is finally pointed out again that it is in the structures described above to exemplary embodiments and that the basic principle can be varied within a wide range by those skilled in the art, without departing from the scope of the invention, as far as it is specified by the claims. In particular, it is possible to make the shape of the main components - namely plate, pen and receptor - arbitrary. Several pins can be passed through a plate; an oblong shaped receptor can be attached to two pins, etc. It will be the For the sake of completeness, it should also be noted that the use of the indefinite article does not exclude "a" or "an" that the characteristics in question may also be present multiple times.

Claims

Ansprüche claims
1. Blitzschutzvorrichtung (1) für ein Rotorblatt (2) einer Windturbine, mit 1. Lightning protection device (1) for a rotor blade (2) of a wind turbine, with
- einer elektrisch leitfähigen Platte (10) zur Einbringung im Inneren (20) des Rotorblatts (2), und - An electrically conductive plate (10) for insertion in the interior (20) of the rotor blade (2), and
einem durch die Platte (10) geführten elektrisch leitfähigen Stift (11, 11'), welcher zumindest einen außen liegenden, mit einem ersten Kopplungselement (111) versehe- nen Endbereich (110) aufweist, und  an electrically conductive pin (11, 11 ') guided through the plate (10) and having at least one outer end area (110) provided with a first coupling element (111), and
zumindest einem mit einem zweiten Kopplungselement (121) versehenen elektrisch leitfähigen Rezeptor (12),  at least one electrically conductive receptor (12) provided with a second coupling element (121),
wobei ein Rezeptor (12) mittels erster und zweiter Kopplungselemente (111, 121) mit dem Stift (11, 11') gekoppelt ist. wherein a receptor (12) is coupled to the pin (11, 11 ') by means of first and second coupling elements (111, 121).
2. Blitzschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erste und zweite Kopplungselemente (111, 121) komplementäre Gewinde (111, 121) aufweisen. 2. Lightning protection device according to claim 1, characterized in that first and second coupling elements (111, 121) have complementary threads (111, 121).
3. Blitzschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kopplungselement (111) ein Außengewinde (111) umfasst und das zweite Kopplungselement (121) ein Innengewinde (121) umfasst. 3. Lightning protection device according to claim 1 or 2, characterized in that the first coupling element (111) comprises an external thread (111) and the second coupling element (121) comprises an internal thread (121).
4. Blitzschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (11, 11') von außerhalb des Rotorblatts (2) durch den Aufnahmeblock (10) 4. Lightning protection device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pin (11, 11 ') from outside the rotor blade (2) through the receiving block (10)
hindurchgeführt ist. passed through.
5. Blitzschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (10) eine glatte Durchgangsbohrung (100) zur Aufnahme des Stifts (11, 11') aufweist . 5. Lightning protection device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the plate (10) has a smooth through hole (100) for receiving the pin (11, 11 ').
6. Blitzschutzvorrichtung nach Anspruch 5, mit zumindest einer Unterlegscheibe (13) zur Bildung eines elektrischen Kontakts zwischen Platte (10) und Rezeptor (12) . Lightning protection device according to claim 5, comprising at least one washer (13) for forming an electrical contact between the plate (10) and the receptor (12).
7. Blitzschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (11) zwei an den gegenüberliegenden Außenflächen des Rotorenblatts (2) außen liegende Endbereiche (110) aufweist. 7. lightning protection device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pin (11) has two on the opposite outer surfaces of the rotor blade (2) outer end portions (110).
8. Blitzschutzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinde an den Endbereichen (110) des Stifts (11) die gleiche Drehrichtung aufweisen. 8. Lightning protection device according to claim 7, characterized in that the threads at the end regions (110) of the pin (11) have the same direction of rotation.
9. Blitzschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rezeptor (12) einen Festkörper (12) aus rostfreiem Stahl umfasst. Lightning protection device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the receptor (12) comprises a solid body (12) made of stainless steel.
10. Blitzschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (10) im äußersten Ende des Blattspitzes (21) eingebettet ist. 10. Lightning protection device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the plate (10) in the outermost end of the blade tip (21) is embedded.
11. Blitzschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (10) eine Stärke 11. Lightning protection device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the plate (10) has a thickness
( Sio ) von maximal 5.0 mm aufweist. (Sio) has a maximum of 5.0 mm.
12. Blitzschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (11) einen Durchmesser (Du) von mindestens 8.0 mm aufweist. 12. Lightning protection device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the pin (11) has a diameter (Du) of at least 8.0 mm.
13. Blitzschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (10) im Blattinneren mit einem Blitzstromableiter (3) elektrisch verbunden ist. 13. Lightning protection device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the plate (10) in the blade interior with a lightning current arrester (3) is electrically connected.
14. Rotorenblatt (2) mit mindestens einer Blitzschutzvorrichtung (1) gemäß den Ansprüchen 1 bis 13. 14. rotor blade (2) with at least one lightning protection device (1) according to claims 1 to 13.
15. Windturbine (4) mit mindestens einem Rotorenblatt (2) gemäß Anspruch 14. 15. Wind turbine (4) with at least one rotor blade (2) according to claim 14.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD803163S1 (en) 2016-05-13 2017-11-21 Erico International Corporation Tip receptor mount for lightning protection systems
US10344743B2 (en) 2016-05-13 2019-07-09 Erico International Corporation Lightning protection system and method for wind turbine blades
CN110307127A (en) * 2019-08-21 2019-10-08 吉林重通成飞新材料股份公司 A kind of sea carbon fiber wind electricity blade lightning-protection system
CN113323822A (en) * 2021-07-16 2021-08-31 上海风雷盾科技有限公司 Lightning protection device of wind power blade
US11608815B2 (en) * 2018-11-20 2023-03-21 Lm Wind Power A/S Wind turbine blade lightning protection system

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2857323T3 (en) 2016-09-27 2021-09-28 Nordex Energy Se & Co Kg Lightning receiver for a wind turbine rotor blade
JP6573923B2 (en) 2017-02-10 2019-09-11 エムエイチアイ ヴェスタス オフショア ウィンド エー/エス Wind power generation facility and method of operating wind power generation facility
EP3884156B1 (en) * 2018-11-20 2024-04-17 LM Wind Power A/S Wind turbine blade with lightning protection system
EP4019772A1 (en) * 2020-12-23 2022-06-29 Polytech A/S Ligthning protection system for a wind turbine blade

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005031158A2 (en) * 2003-09-29 2005-04-07 Vestas Wind Systems A/S Lightning protection system for wind turbine blade
US20120020791A1 (en) * 2010-07-23 2012-01-26 Matthew Flemming Receptor for wind turbine blade lightning protection
US20130149153A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 Euros Entwicklungsgesellschaft Fur Windkraftanlagen Mbh Wind turbine blade
WO2013084370A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine blade for a wind turbine

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7766620B2 (en) * 2007-02-08 2010-08-03 General Electricc Company Rotor blade with a lightning protection unit, wind energy system having the same and a method for constructing a rotor blade

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005031158A2 (en) * 2003-09-29 2005-04-07 Vestas Wind Systems A/S Lightning protection system for wind turbine blade
US20120020791A1 (en) * 2010-07-23 2012-01-26 Matthew Flemming Receptor for wind turbine blade lightning protection
US20130149153A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 Euros Entwicklungsgesellschaft Fur Windkraftanlagen Mbh Wind turbine blade
WO2013084370A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine blade for a wind turbine

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD803163S1 (en) 2016-05-13 2017-11-21 Erico International Corporation Tip receptor mount for lightning protection systems
US10344743B2 (en) 2016-05-13 2019-07-09 Erico International Corporation Lightning protection system and method for wind turbine blades
USD881136S1 (en) 2016-05-13 2020-04-14 Erico International Corporation Tip receptor mount for lightning protection systems
US11078889B2 (en) 2016-05-13 2021-08-03 Erico International Corporation Lightning protection system and method for wind turbine blades
US11608815B2 (en) * 2018-11-20 2023-03-21 Lm Wind Power A/S Wind turbine blade lightning protection system
CN110307127A (en) * 2019-08-21 2019-10-08 吉林重通成飞新材料股份公司 A kind of sea carbon fiber wind electricity blade lightning-protection system
CN113323822A (en) * 2021-07-16 2021-08-31 上海风雷盾科技有限公司 Lightning protection device of wind power blade

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