WO2020104485A1 - Rotorblatt mit einem cfk gurt und einer elektrisch leitenden schutzlage und ein verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Rotorblatt mit einem cfk gurt und einer elektrisch leitenden schutzlage und ein verfahren zu seiner herstellung

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WO2020104485A1
WO2020104485A1 PCT/EP2019/081851 EP2019081851W WO2020104485A1 WO 2020104485 A1 WO2020104485 A1 WO 2020104485A1 EP 2019081851 W EP2019081851 W EP 2019081851W WO 2020104485 A1 WO2020104485 A1 WO 2020104485A1
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WO
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rotor blade
protective layer
lightning
receptors
flash
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PCT/EP2019/081851
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Inventor
Urs BRENDEL
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Senvion Gmbh
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    • 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 invention relates to a rotor blade according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a rotor blade.
  • Rotor blades with carbon fiber reinforced belts are known in the prior art. Rotor blades with lightning arrester systems are also known. Usually, lightning receptors that are grounded are usually provided both at the tip of the rotor blade and at the rear edge of the rotor blade, that is to say at locations where experience has shown that lightning strikes occur most frequently. A lightning strike into the lightning receptors causes the lightning to be directed through the rotor blade through the lightning deflection system and into the earth through the tower. It has been shown that a lightning strike that initially hits the lightning receptor can also be followed by minor impacts in the carbon fiber reinforced belt. To protect the belt, electrically conductive protective layers are provided, which are placed on the outside of the rotor blade over the belts. It is known to also ground the protective layers. For this purpose, these are connected separately to a lightning arrester system, as shown in EP 3 330 528 A1.
  • the object is achieved with respect to the rotor blade by an initially mentioned rotor blade with the features of claim 1 and with regard to the method by an initially mentioned method with the features of claim 7.
  • the rotor blade according to the invention comprises a carbon fiber reinforced belt and an electrically conductive protective layer between the belt and a rotor blade surface and a lightning conductor system with a lightning conductor with lightning receptors electrically connected to it, which are embedded in the rotor blade surface.
  • the electrically conductive protective layer has an outer circumference or a floor plan which encloses the lightning receptors and connects the protective layer to the lightning receptor in an electrically conductive manner.
  • the invention makes simple use of the idea of electrically connecting the lightning conductor system in a rotor blade and the electrically conductive protective layer to protect the belt and thus the lightning strikes into the lightning receptors and the lightning strikes into the protective layers in a common lightning conductor system Derive earth.
  • Such lightning arrester systems can be manufactured more economically than separate lightning arrester systems and reduce the risk of electrical discharges between the individual lightning protection systems.
  • the protective layer preferably completely covers a floor plan of the belt, at least in the tip section.
  • the protective layer can, viewed from the outside of the rotor blade, extend over the entire tip section of the belt and completely cover the belt and protrude laterally along the width over the belt edges and in the longitudinal direction beyond an end face of the belt, so that the belt is also completely in the tip section is covered and thus protected from lightning strikes.
  • the length of the protective layers in the longitudinal direction is preferably 40% -60% of the length of the belt, but can be kept longer or shorter.
  • a lightning receptor is guided through the protective layers and electrically conductively connected to the protective layer.
  • the lightning receptor is guided from the rotor blade surface to a receptor block and is connected to the lightning conductor in an electrically conductive manner.
  • the flash receptor is preferably a bolt which is circular in cross section and which is guided from the outside through the rotor blade surface into the rotor blade and is screwed inside the rotor blade into a metallic flash receptor block and is connected to it in an electrically conductive manner.
  • an internal thread is preferably provided in the flash receptor block, which interacts with an external thread of the flash receptor.
  • the lightning receptor forms an electrically conductive connection with the protective layer, which for this purpose is designed in its outer circumference or plan so that it encloses the lightning receptor.
  • the protective layer is preferably essentially in the form of an elongated rectangle, it can have lateral bulges which are designed in such a way that they extend into the regions of the lightning receptors, but it can also have a rectangular plan which is so wide that besides the belt, it also covers the lightning receptors.
  • suction-side and pressure-side lightning receptors lying opposite one another are particularly preferably guided through a suction-side and pressure-side protective layer in each case and are each electrically conductively connected to the protective layer and electrically conductively connected to the same lightning-receptor block.
  • Flash receptor blocks can be designed as circular, flat, metallic components, into each of which a flash receptor is inserted, preferably screwed in, both from the suction side and from the pressure side.
  • the associated internal threads in the flash receptor block are arranged side by side.
  • a lightning discharge leads from the lightning receptor block, which is electrically connected to a ground.
  • the protective layer is particularly preferably thickened in the area of the passage of the flash receptors. It must be ensured that the lightning receptors form an electrically conductive connection with the protective layer.
  • the thin layer of approx. 0.5 mm - 2.0 mm in the areas in which the protective layer comes into contact with the flash receptor is thicker, preferably 5 mm - 1 cm thick.
  • a metallic sleeve is pressed between the lightning receptor and the thickened protective layer, which forms an interference fit with the protective layer and the lightning protection receptor. This ensures that an electrically conductive connection is formed between the lightning protection receptor and the protective layer.
  • All flash receptors are preferably provided with sleeves.
  • the object is achieved by a method for producing a rotor blade, in which a shell shape is first made available.
  • the method according to the invention is suitable for producing one of the rotor blades mentioned above.
  • the rotor blades can be produced by one of the methods mentioned below.
  • the rotor blade can essentially be formed from two rotor blade half-shells or else from differently cut rotor blade partial shells.
  • At least one protective layer is introduced into the shell shape.
  • the protective layer can have one of the above-mentioned configurations, that is to say, for example, be formed as a long rectangle with lateral bulges.
  • At least one strap is placed over the protective layer in the shell shape.
  • the at least one belt is an electrically conductive belt, preferably a CFRP belt.
  • the at least one belt and the at least one protective layer are preferably connected to one another together with other fiber layers and sandwich core materials and the like in an infusion process to form a rotor blade partial shell.
  • the rotor blade partial shell initially preferably hardens.
  • a lightning protection system with lightning receptor blocks and with a lightning conductor is installed in one or more of the rotor blade shells. If the rotor blade is made up of two rotor blade half shells, the lightning protection system can be installed in one of the two rotor blade half shells.
  • the two half rotor blade shells or all the partial rotor blade shells can be glued together. At least one web is glued between two opposing belts in the rotor blade interior. From the outside, lightning receptors are introduced into the lightning receptor blocks through the rotor blade surface into the rotor blade glued together.
  • a plurality of flash receptors from different outer sides are introduced into the same flash receptor block from the outside.
  • lightning receptors are introduced into a lightning receptor block from a suction-side rotor blade surface and from a pressure-side rotor blade surface through the suction-side rotor blade half-shell and through the pressure-side rotor blade half-shell into the lightning receptor block.
  • the bores are guided from the outside through the rotor blade surface and the rotor blade partial shell to the lightning receptor block and are then preferably introduced into the lightning receptor blocks in the form of a thread.
  • a sleeve is then press-fitted into the bore, which ensures that an electrically conductive contact between the electrically conductive sleeve, the flash receptor and the protective layer is formed.
  • the protective layer is preferably thickened in the area of the contact.
  • a glass fiber layer is first introduced into the shell mold and then the protective layer is placed on the glass fiber layer, so that the electrically conductive protective layer does not form the outermost layer of the rotor blade, but is still protected against weather influences or the like by the glass fiber layer.
  • FIG. 1 is a schematic view of an arrangement of a CFRP belt according to the invention and a protective layer according to the invention
  • Fig. 2 is a sectional view taken along a line II - II in Fig.1.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a rotor blade from the inside to the outside.
  • a rotor blade shell is not shown.
  • a carbon fiber-reinforced pressure-side belt 1 a is arranged on the inside of the rotor blade, and a suction-side belt, so-called CFRP belts, is arranged on a suction side. Since the pressure-side and suction-side structures are the same, only the rear-side structure is shown here.
  • the belt 1 a extends over a large part of a longitudinal extent in a longitudinal direction L from the vicinity of a rotor blade tip 3 to the vicinity of a rotor blade root 4 of the rotor blade along a half of the rotor blade.
  • a pressure-side protective layer 14a made of an electrically conductive material is arranged on the outside of the rotor blade on the pressure-side belt 1a. It can be a metal layer or also a CFRP layer. Flash receptors 7, 8, 9, 10 are usually introduced into the rotor blade shells in the area of the rotor blade tip 3 and along a rear edge of the rotor blade 6.
  • the protective layer 14a is preferably formed in one piece.
  • the layer of metal can be a non-woven or fabric layer or a film.
  • the rotor blade tip 3 is arranged on the left and the rotor blade trailing edge 6 is at the bottom.
  • the rotor blade root 4 is provided at a certain distance from the detail of the drawing shown in FIG. 1.
  • the rotor blade tip 3, the rotor blade root 4 and the rear edge 6 of the rotor blade are not shown.
  • the protective layer 14a covers in Fig. 1 a tip section L1 and a central section L2 of the belt 1 a.
  • the protective layer can cover about 60% of the longitudinal extent of the belt 1 a.
  • the protective layer 14a protrudes beyond the belt 1a on the tip side, although it does not have to extend to the tip-side end of the rotor blade.
  • the width of the protective layer 14a is dimensioned such that it completely covers a floor plan of the belt 1a, that is to say it protrudes a bit beyond a belt floor plan on the nose side and the rotor blade rear edge side.
  • the protective layer 14a is designed in such a way that it has an outer circumference or floor plan which, on the one hand, completely covers the floor plan of the belt 1 a in the tip section L1 and the middle section L2 and, furthermore, extends into areas of the rotor blade shell in a preferably one-piece or one-piece design , in which the lightning receptors 7, 8, 9, 10 are passed through the rotor blade shell.
  • the flash receptors 7, 8, 9, 10 penetrate the protective layer 14a completely and establish an electrically conductive contact with it.
  • the corresponding structure also results for the suction side of the rotor blade shell.
  • FIG. 2 shows a cross section of the entire rotor blade along the line II-II in FIG. 1, that is to say in a region in which a flash receptor 8a, 8b from a respective rotor blade surface is in each case in a pressure-side rotor blade half-shell 12a and in a suction-side rotor blade half-shell 12b 13a, 13b is guided into a lightning receptor block 11.
  • No belt 1 a is provided in the area of the lightning receptors 8a, 8b.
  • the cross section through the rotor blade in the region of the lightning receptors 8a, 8b extends along the pressure-side rotor blade half-shell 12a and the suction-side rotor blade half-shell 12b.
  • the two half-shells 12a, 12b are glued together along their outer edges in the manufacturing process.
  • webs are glued into the interior of the rotor blades between opposing pressure-side belts 1 a and suction-side belts.
  • the inner sides of the half-shells 12a and 12b are so close together that they are separated by a Receptor block 1 1 can be connected to each other, as shown in Fig. 2.
  • the upper pressure-side rotor blade half-shell 12a has the rotor blade surface 13a on the outside and the suction-side rotor blade half-shell 12b has the rotor blade surface 13b on the outside.
  • the protective layer 14a, 14b is arranged in each case on the inside of the rotor blade surfaces 13a, 13b.
  • the further laminate structure composed of fiber layers and a sandwich core material such as balsa wood or something similar is applied to the protective layer 14a, 14b on the inside.
  • the laminate structure is not shown in detail, but rather only as a pressure-side rotor blade half-shell 12a or a suction-side rotor blade half-shell 12b.
  • the laminate structure is e.g. B. glued with an infusion process.
  • the rotor blade surface 13a, 13b preferably consists of a coating which gives the rotor blade a color and protection against weather influences, such as. e.g. B. moisture, UV radiation, etc. there.
  • the rotor blade surface can additionally consist of thin fiber layers which are arranged between the coating and the protective layer 14a, 14b.
  • the protective layer 14a, 14b in FIG. 2 has thickenings of the wall thickness 2a, 2b according to FIG. 2 and, if necessary, bulges according to FIG. 1 in the area of the lightning protection receptors 7, 8, 9, 10.
  • the thickening of the wall thickness 2a, 2b which can also be designed as bulges, make it possible to connect the protective layer 14a, 14b according to the invention directly to an existing lightning protection system. This is the pressure side from the outside
  • Flash receptor 8a through the pressure-side rotor blade half shell 12a and a thickening 2a of the wall thickness in the protective layer 14a, which is screwed inside the rotor blade with the flash receptor block 1 1, which consists of metal.
  • the suction-side flash receptor 8b is guided from the suction-side flash receptor 8b through the suction-side rotor blade half shell 12b and a thickening 2b of the wall thickness in the protective layer 14b and into the same
  • Flash receptor block 1 1 screwed in.
  • the flash receptors (7, 8, 8a, 8b, 9, 10) are e.g. B. with screw threads in the flash receptor block 1 1.
  • the flash receptor blocks 1 1 are electrically conductively connected to a device for flash derivation by means of a lightning conductor. Which in turn is grounded, i. H. it is led into the ground via an electrical cable.
  • the protective layer 14a, 14b comprises up to five of the thickenings 2a, 2b of the wall thickness around the protective layer 14a, 14b to be electrically conductively connected to the respective flash receptor 8a, 8b via one of the thickenings 2a, 2b of the wall thickness.
  • the rotor blade half-shells 12a, 12b are manufactured separately from one another in a conventional manner.
  • a shell shape is provided for the manufacture of each of the rotor blade half-shells 12a, 12b, into which a gel coat is introduced.
  • a thin glass fiber layer can be placed in the shell shape on the gelcoat, the gelcoat gives the rotor blade a color and protects the laminate from the weather.
  • the gel coat and the glass fiber layer here form the pressure-side or suction-side rotor blade surface 13a, 13b.
  • the pressure or suction-side protective layer 14a, 14b is introduced directly into the shell shape on them.
  • the protective layer 2a, 2b is preferably formed in one piece, in any case it forms a coherent electrical layer.
  • the protective layer 2a, 2b can preferably consist of aluminum, copper or can also be a layer containing carbon fibers.
  • a lightning protection system is then installed in one of the two rotor blade half-shells 12a, 12b.
  • the flash receptor blocks 11 are arranged in the interior of the rotor blade in the regions of the thickenings 2a, 2b of the wall thickness.
  • the flash receptor blocks 1 1 are electrically connected to a device for lightning derivation.
  • the lightning conductor has a connection to a ground at the rotor blade root 4.
  • the rotor blade half shells 12a, 12b are folded over one another after they have hardened and glued to one another with at least one web between the belts 1 a.
  • the at least one web is glued between the belts 1 a, and the rotor blade half-shells 12 a, 12 b are glued together at their edges.
  • the flash receptor blocks 11 are no longer recognizable from the outside, but the positions of the flash receptor blocks 11 have previously been applied to the rotor blade surface 13 of the rotor blades or are otherwise known.
  • bores are made through both the pressure-side rotor blade half-shell 12a and the suction-side rotor blade half-shell 12b
  • the rotor blade surface 13a, 13b are formed into the lightning receptor block 11 and have an internal thread in the lightning receptor block 11.
  • the bores are guided through the protective layer 14a, 14b or through the thickening of the wall thickness 2a, 2b of the protective layer 14a, 14b.
  • a metallic sleeve can be inserted into the bores in a press fit to the thickenings 2a, 2b of the wall thickness and the lightning protection receptor 8a, 8b, which ensures that an electrically conductive connection is formed between the lightning protection receptor 8a, 8b and the protective layer 14a, 14b .
  • the sleeve is preferably introduced after the lightning protection receptor 8a, 8b has already been screwed into the lightning receptor block 11.
  • the method according to the invention makes use of the idea of further developing a conventional production method by inserting protective layers 14a, 14b which are shaped in a certain manner and which extend into the regions of the flash receptor blocks 11 and optionally also inserting electrically conductive sleeves into the bores.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt mit einem kohlefaserverstärkten Gurt (1a) und einer elektrisch leitenden Schutzlage (14a, 14b) zwischen dem Gurt (1a) und einer Rotorblattoberfläche (13a, 13b) und einem Blitzableitsystem mit einer Blitzableitleitung mit mit ihr elektrisch leitend verbundenen Blitzrezeptoren (7, 8, 8a, 8b, 9, 10), die in die Rotorblattoberfläche (13a, 13b) eingelassen sind, wobei die Schutzlage (14a, 14b) einen Außenumfang aufweist, der die Blitzrezeptoren (7, 8, 8a, 8b, 9, 10) umschließt und die Schutzlage (14a, 14b) mit den Blitzrezeptoren (7, 8, 8a, 8b, 9, 10) elektrisch leitend verbindet.

Description

Rotorblatt mit einem CFK Gurt und einer elektrisch leitenden Schutzlage und ein
Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotorblattes.
Rotorblätter mit kohlefaserverstärkten Gurten sind im Stand der Technik bekannt. Ebenso sind Rotorblätter mit Blitzableitsystemen bekannt. Üblicherweise werden insbesondere sowohl an der Rotorblattspitze als auch an der Rotorblatthinterkante, also an den Stellen, an denen erfahrungsgemäß Blitzeinschläge am häufigsten erfolgen, Blitzrezeptoren vorgesehen, die geerdet sind. Ein Blitzeinschlag in die Blitzrezeptoren führt dazu, dass der Blitz durch das Blitzableitsystem durch das Rotorblatt hindurch und durch den Turm in die Erde geleitet wird. Es hat sich gezeigt, dass ein Blitz, der zunächst im Blitzrezeptor einschlägt, zusätzlich kleinere Einschläge in den kohlefaserverstärkten Gurt nachfolgen lässt. Zum Schutz des Gurtes sind elektrisch leitende Schutzlagen vorgesehen, die rotorblattaußenseitig über die Gurte gelegt sind. Es ist bekannt, die Schutzlagen ebenfalls zu erden. Dazu werden diese separat an ein Blitzableitsystem angeschlossen, wie in der EP 3 330 528 A1 dargestellt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Blitzschutzsystem für ein Rotorblatt mit einem kohlefaserverstärkten Gurt zur Verfügung zu stellen.
Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblatts mit einem kohlefaserverstärkten Gurt zur Verfügung zu stellen. Die Aufgabe wird hinsichtlich des Rotorblattes durch ein eingangs genanntes Rotorblatt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch ein eingangs genanntes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 erfüllt.
Das erfindungsgemäße Rotorblatt umfasst einen kohlefaserverstärkten Gurt und eine elektrisch leitende Schutzlage zwischen dem Gurt und einer Rotorblattoberfläche sowie ein Blitzableitsystem mit einer Blitzableitung mit mit ihr elektrisch leitend verbundenen Blitzrezeptoren, die in die Rotorblattoberfläche eingelassen sind.
Erfindungsgemäß weist die elektrisch leitende Schutzlage einen Außenumfang auf oder einen Grundriss auf, der die Blitzrezeptoren umschließt und die Schutzlage mit dem Blitzrezeptor elektrisch leitend verbindet. Die Erfindung macht in einfacher Weise von der Idee Gebrauch, das in einem Rotorblatt bestehende Blitzableitsystem und die elektrisch leitende Schutzlage zum Schutz des Gurtes miteinander elektrisch leitend zu verbinden und damit die Blitzeinschläge in die Blitzrezeptoren und die Blitzeinschläge in die Schutzlagen in einem gemeinsamen Blitzableitsystem in die Erde abzuleiten. Derartige Blitzableitsysteme sind gegenüber getrennten Blitzableitsystemen kostengünstiger herstellbar und verringern das Risiko von elektrischen Entladungen zwischen den einzelnen Blitzschutzsystemen.
Vorzugsweise überdeckt die Schutzlage einen Grundriss des Gurtes zumindest im Tipabschnitt vollständig. Die Schutzlage kann sich, von außen auf das Rotorblatt gesehen, über den gesamten Tipabschnitt des Gurtes erstrecken und den Gurt vollständig abdecken und seitlich entlang der Breite über die Gurtränder und in Längsrichtung über eine Stirnseite des Gurtes hinausragen, so dass der Gurt gleichzeitig im Tipabschnitt vollständig überdeckt ist und damit vor Blitzeinschlägen geschützt ist.
Die Ausdehnung der Schutzlagen in Längsrichtung beträgt vorzugsweise 40 % - 60 % der Länge des Gurtes, kann jedoch länger oder auch kürzer gehalten werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Blitzrezeptor durch die Schutzlagen geführt und elektrisch leitend mit der Schutzlage verbunden. Der Blitzrezeptor ist von der Rotorblattoberfläche zu einem Rezeptorklotz geführt und elektrisch leitend mit der Blitzableitung verbunden ist. Der Blitzrezeptor ist vorzugsweise ein im Querschnitt kreisförmiger Bolzen, der von außen durch die Rotorblattoberfläche in das Rotorblatt hineingeführt ist und innen im Rotorblatt in einen metallischen Blitzrezeptorklotz eingeschraubt ist und mit ihm elektrisch leitend verbunden ist. Dazu ist vorzugsweise ein Innengewinde in dem Blitzrezeptorklotz vorgesehen, das mit einem Außengewinde des Blitzrezeptors zusammenwirkt.
Erfindungsgemäß bildet der Blitzrezeptor eine elektrisch leitende Verbindung mit der Schutzlage aus, die dazu in ihrem Außenumfang oder Grundriss so ausgebildet ist, dass sie den Blitzrezeptor umschließt. Die Schutzlage ist vorzugsweise im Wesentlichen in Form eines länglichen Rechteckes ausgebildet, sie kann seitliche Ausbuchtungen aufweisen, die so ausgebildet sind, dass sie sich in die Bereiche der Blitzrezeptoren hinein erstrecken, sie kann aber auch einen rechteckigen Grundriss aufweisen, der so breit ist, dass er neben dem Gurt auch die Blitzrezeptoren überdeckt. Besonders bevorzugt sind an einer Rotorblattsehne sich gegenüberliegend saugseitige und druckseitige Blitzrezeptoren durch jeweils eine saugseitige und druckseitige Schutzlage geführt und jeweils elektrisch leitend mit der Schutzlage verbunden und mit demselben Blitzrezeptorklotz elektrisch leitend verbunden. Blitzrezeptorklötze können als kreisförmige, flache, metallische Bauteile ausgebildet sein, in die sowohl von der Saugseite als auch von der Druckseite jeweils ein Blitzrezeptor eingelassen ist, vorzugsweise eingeschraubt ist. Die zugehörenden Innengewinde im Blitzrezeptorklotz sind nebeneinander angeordnet. Vom Blitzrezeptorklotz geht eine Blitzableitung ab, die mit einer Erdung elektrisch leitend in Verbindung steht.
Besonders bevorzugt ist die Schutzlage im Bereich der Durchführung der Blitzrezeptoren verdickt ausgebildet. Es muss sichergestellt werden, dass die Blitzrezeptoren mit der Schutzlage eine elektrisch leitende Verbindung ausbilden. Dazu ist die an sich dünne Lage von ca. 0,5 mm - 2,0 mm in den Bereichen, in denen die Schutzlage mit dem Blitzrezeptor in Kontakt gerät, dicker ausgebildet, vorzugsweise 5 mm - 1 cm dick.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotorblattes wird zwischen den Blitzrezeptor und die aufgedickte Schutzlage eine metallische Hülse gepresst, die eine Presspassung mit der Schutzlage und dem Blitzschutzrezeptor ausbildet. So wird sichergestellt, dass zwischen dem Blitzschutzrezeptor und der Schutzlage eine elektrisch leitende Verbindung ausgebildet wird.
Vorzugsweise sind alle Blitzrezeptoren mit Hülsen versehen.
In dem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattes gelöst, bei dem zunächst eine Schalenform zur Verfügung gestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung eines der oben genannten Rotorblätter. Die Rotorblätter können umgekehrt durch eines der nachfolgend genannten Verfahren hergestellt werden.
Das Rotorblatt kann im Wesentlichen aus zwei Rotorblatthalbschalen gebildet werden oder auch aus anders geschnittenen Rotorblattteilschalen. In die Schalenform wird wenigstens eine Schutzlage eingebracht. Die Schutzlage kann eine der oben genannten Ausgestaltungen aufweisen, also beispielsweise als langes Rechteck ausgebildet sein mit seitlichen Ausbuchtungen. Über der Schutzlage wird in die Schalenform wenigstens ein Gurt eingebracht. Der wenigstens eine Gurt ist ein elektrisch leitender Gurt, vorzugsweise ein CFK-Gurt. Der wenigstens eine Gurt und die wenigstens eine Schutzlage werden vorzugsweise zusammen mit weiteren Faserlagen und Sandwichkernmaterialien und Ähnlichem in einem Infusionsverfahren zu einer Rotorblattteilschale miteinander verbunden. Die Rotorblattteilschale härtet zunächst vorzugsweise aus.
In eine der Rotorblattteilschalen oder auch in mehrere wird ein Blitzschutzsystem mit Blitzrezeptorklötzen und mit einer Blitzableitung eingebaut. Wenn das Rotorblatt aus zwei Rotorblatthalbschalen aufgebaut ist, kann in eine der beiden Rotorblatthalbschalen das Blitzschutzsystem eingebaut werden.
Danach können in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die beiden Rotorblatthalbschalen bzw. alle Rotorblattteilschalen zusammengeklebt werden. Dabei wird wenigstens ein Steg zwischen zwei sich gegenüberliegenden Gurten im Rotorblattinnenraum eingeklebt. In das zusammengeklebte Rotorblatt werden von außen Blitzrezeptoren durch die Rotorblattoberfläche in die Blitzrezeptorklötze eingebracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden, nachdem die verschiedenen Rotorblattteilschalen miteinander mit wenigstens einem Steg verklebt wurden, von außen mehrere Blitzrezeptoren von verschiedenen Außenseiten in denselben Blitzrezeptorklotz eingebracht. Insbesondere werden in einen Blitzrezeptorklotz von einer saugseitigen Rotorblattoberfläche und von einer druckseitigen Rotorblattoberfläche Blitzrezeptoren durch die saugseitige Rotorblatthalbschale und durch die druckseitige Rotorblatthalbschale in den Blitzrezeptorklotz eingeführt.
Die Bohrungen werden nach Ausbildung der Rotorblattteilschalen von außen durch die Rotorblattoberfläche und die Rotorblattteilschale bis zum Blitzrezeptorklotz geführt und dann vorzugsweise in Form eines Gewindes in die Blitzrezeptorklötze eingeführt.
In der genannten bevorzugten Ausführungsform wird dann in die Bohrung eine Hülse in Presspassung eingebracht, die sicherstellt, dass ein elektrisch leitender Kontakt zwischen der elektrisch leitenden Hülse, dem Blitzrezeptor und der Schutzlage ausgebildet wird. Im Bereich des Kontaktes ist die Schutzlage vorzugsweise verdickt ausgebildet.
Es ist denkbar, dass zunächst eine Glasfaserlage in die Schalenform eingebracht wird und dann die Schutzlage auf die Glasfaserlage gelegt wird, so dass die elektrisch leitende Schutzlage nicht die äußerste Lage des Rotorblattes ausbildet, sondern noch gegen Witterungseinflüssen oder Ähnliches durch die Glasfaserlage geschützt ist.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in zwei Figuren beschrieben; dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung eines CFK-Gurtes sowie eine erfindungsgemäße Schutzlage,
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang einer Linie II - II in Fig.1 .
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Rotorblattes von innen nach außen. Eine Rotorblattschale ist nicht dargestellt. Rotorblattinnenseitig ist an einer Druckseite ein kohlenstofffaserverstärkter druckseitiger Gurt 1 a, und an einer Saugseite ein saugseitiger Gurt, sogenannte CFK-Gurte, angeordnet. Da der druckseitige und der saugseitige Aufbau gleich sind, ist hier nur der rückseitige Aufbau dargestellt.
Der Gurt 1 a erstreckt sich über einen Großteil einer Längsausdehnung in einer Längsrichtung L von der Nähe einer Rotorblattspitze 3 zur Nähe einer Rotorblattwurzel 4 des Rotorblattes entlang einer Rotorblatthalbschale. Rotorblattaußenseitig ist auf dem druckseitigen Gurt 1 a eine druckseitige Schutzlage 14a aus einem elektrisch leitenden Material angeordnet. Es kann sich dabei um eine Lage aus Metall oder ebenfalls eine CFK-Lage handeln. Üblicherweise sind im Bereich der Rotorblattspitze 3 und entlang einer Rotorblatthinterkante 6 Blitzrezeptoren 7, 8, 9, 10 in die Rotorblattschalen eingebracht. Die Schutzlage 14a ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Die Lage aus Metall kann eine Gelege- oder Gewebelage sein oder auch eine Folie. ln Fig. 1 ist die Rotorblattspitze 3 links angeordnet und die Rotorblatthinterkante 6 unten. Rechts ist die Rotorblattwurzel 4 in einem bestimmten Abstand von dem in Fig. 1 dargestellten Zeichnungsausschnitt vorgesehen. Die Rotorblattspitze 3, die Rotorblattwurzel 4 und die Rotorblatthinterkante 6 sind nicht eingezeichnet. Die Schutzlage 14a überdeckt in Fig. 1 einen Tipabschnitt L1 und einen mittleren Abschnitt L2 des Gurtes 1 a. Die Schutzlage kann etwa 60 % der Längsausdehnung des Gurtes 1 a überdecken. Die Schutzlage 14a steht tipseitig über den Gurt 1 a hinaus über, wobei sie nicht bis zum tipseitigen Ende des Rotorblattes reichen muss. Eine Breite der Schutzlage 14a ist so bemessen, dass sie einen Grundriss des Gurtes 1 a vollständig überdeckt, also nasenseitig und rotorblatthinterkantenseitig ein Stück weit über einen Gurtgrundriss hinausragt.
Die erfindungsgemäße Schutzlage 14a ist so ausgebildet, dass sie einen Außenumfang oder Grundriss aufweist, der zum einen den Grundriss des Gurtes 1 a vollständig im Tipabschnitt L1 und mittleren Abschnitt L2 überdeckt und sich darüber hinaus in einer vorzugsweise einteiligen oder einstückigen Ausbildung in Bereiche der Rotorblattschale hineinerstreckt, in denen die Blitzrezeptoren 7, 8, 9, 10 durch die Rotorblattschale hindurchgeführt sind. Die Blitzrezeptoren 7, 8, 9, 10 durchstoßen die Schutzlage 14a vollständig und stellen einen elektrisch leitenden Kontakt mit ihr her. Der entsprechende Aufbau ergibt sich auch für die Saugseite der Rotorblattschale.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des gesamten Rotorblattes entlang der Linie ll-ll in Fig.1 , also in einem Bereich, in dem sowohl in einer druckseitigen Rotorblatthalbschale 12a als auch in einer saugseitigen Rotorblatthalbschale 12b jeweils ein Blitzrezeptor 8a, 8b von einer jeweiligen Rotorblattoberfläche 13a, 13b bis in einen Blitzrezeptorklotz 1 1 geführt ist.
Im Bereich der Blitzrezeptoren 8a, 8b ist kein Gurt 1 a vorgesehen.
Der Querschnitt durch das Rotorblatt im Bereich der Blitzrezeptoren 8a, 8b, erstreckt sich entlang der druckseitigen Rotorblatthalbschale 12a und der saugseitigen Rotorblatthalbschale 12b. Die beiden Halbschalen 12a, 12b werden im Fertigungsverfahren miteinander entlang ihrer Außenkanten verklebt. Darüber hinaus werden zwischen sich gegenüberliegenden druckseitigen Gurten 1 a und saugseitigen Gurten Stege im Innenraum der Rotorblätter eingeklebt. Im Bereich des Tips 3 und auch in Abschnitten der Rotorblatthinterkante 6 liegen die Innenseiten der Halbschalen 12a und 12b so nahe beieinander, dass sie durch einen Rezeptorklotz 1 1 miteinander verbunden werden können, wie in Fig. 2 gezeigt. Die obere druckseitige Rotorblatthalbschale 12a weist außenseitig die Rotorblattoberfläche 13a auf und die saugseitige Rotorblatthalbschale 12b weist außenseitig die Rotorblattoberfläche 13b auf. Jeweils innenseitig der Rotorblattoberflächen 13a, 13b ist jeweils die Schutzlage 14a, 14b angeordnet. Auf die Schutzlage 14a, 14b ist innen der weitere Laminataufbau aus Faserlagen und einem Sandwichkernmaterial wie Balsaholz oder etwas Ähnlichem aufgebracht. Der Laminataufbau ist nicht detailliert dargestellt, sondern lediglich als druckseitige Rotorblatthalbschale 12a oder saugseitige Rotorblatthalbschale 12b dargestellt. Der Laminataufbau wird z. B. mit einem Infusionsverfahren verklebt. Die Rotorblattoberfläche 13a, 13b besteht vorzugsweise aus einer Beschichtung, die dem Rotorblatt einen Farbton gibt und einen Schutz gegen Witterungseinflüsse, wie. z. B. Feuchtigkeit, UV-Bestrahlung, etc. gibt. Im Bereich der Schutzlage 14a, 14b kann die Rotorblattoberfläche zusätzlich aus dünnen Faserlagen bestehen, die zwischen der Beschichtung und der Schutzlage 14a, 14b angeordnet werden.
Die Schutzlage 14a, 14b in Fig. 2 weist im Bereich der Blitzschutzrezeptoren 7, 8, 9, 10 Aufdickungen der Wandstärke 2a, 2b gemäß Fig. 2 und ggf. Ausbuchtungen gemäß Fig. 1 auf. Die Aufdickungen der Wandstärke 2a, 2b, die auch zusätzlich als Ausbuchtungen ausgebildet sein können, ermöglichen es, die erfindungsgemäße Schutzlage 14a, 14b unmittelbar an ein bestehendes Blitzschutzsystem anzuschließen. Dazu ist von außen der druckseitige
Blitzrezeptor 8a durch die druckseitige Rotorblatthalbschale 12a und eine Aufdickung 2a der Wandstärke in der Schutzlage 14a geführt, der rotorblattinnenseitig mit dem Blitzrezeptorklotz 1 1 , der aus Metall besteht, verschraubt ist. Ebenso ist von der saugseitigen Seite der saugseitige Blitzrezeptor 8b durch die saugseitige Rotorblatthalbschale 12b und eine Aufdickung 2b der Wandstärke in der Schutzlage 14b geführt und in denselben
Blitzrezeptorklotz 1 1 eingeschraubt. Die Blitzrezeptoren (7, 8, 8a, 8b, 9, 10) sind z. B. mit Schraubgewinden im Blitzrezeptorklotz 1 1 festgesetzt. Die Blitzrezeptorklötze 1 1 sind durch eine Blitzableitung elektrisch leitend mit einer Vorrichtung zur Blitzableitung verbunden. Die wiederum ist geerdet, d. h. sie ist über eine elektrische Leitung in den Boden geführt.
Herkömmlicherweise ist eine Anzahl von drei bis fünf der Blitzrezeptoren (7, 8, 9, 10) entlang jeder Seite eines Rotorblattes vorgesehen, so dass drei bis fünf Blitzrezeptorklötze 1 1 entlang des Tips und der Rotorblatthinterkante in das Rotorblatt einlaminiert sind. Die Schutzlage 14a, 14b umfasst bis zu fünf der Aufdickungen 2a, 2b der Wandstärke, um die Schutzlage 14a, 14b über eine der Aufdickungen 2a, 2b der Wandstärke mit dem jeweiligen Blitzrezeptor 8a, 8b elektrisch leitend zu verbinden.
Um ein Rotorblatt gemäß Fig. 1 und 2 hersteilen zu können, werden herkömmliche Rotorblattherstellungsverfahren angewendet. Zunächst werden die Rotorblatthalbschalen 12a, 12b in herkömmlicher Weise separat voneinander hergestellt. Dazu wird zur Herstellung jeder der Rotorblatthalbschalen 12a, 12b eine Schalenform zur Verfügung gestellt, in die ein Gelcoat eingebracht wird. Optional wird auf den Gelcoat eine dünne Glasfaserlage in die Schalenform eingebracht, der Gelcoat gibt dem Rotorblatt einen Farbton und schützt das Laminat vor Witterungseinflüssen. Der Gelcoat und die Glasfaserlage bilden hier die druckseitige bzw. saugseitige Rotorblattoberfläche 13a, 13b aus. Auf sie wird direkt die druck- bzw. saugseitige Schutzlage 14a, 14b in die Schalenform eingebracht. Die Schutzlage 2a, 2b ist vorzugsweise einstückig ausgebildet, jedenfalls bildet sie eine zusammenhängende elektrische Lage aus. Die Schutzlage 2a, 2b kann vorzugsweise aus Aluminium, Kupfer bestehen oder auch eine kohlenstofffaserhaltige Lage sein.
Danach werden weitere Faserlagen, evtl ein Sandwichkernmaterial sowie Prepregs usw., direkt auf die Schutzlage 14a, 14b bzw. auf die CFK-Gurte 1 a aufgelegt und in die Schalenform eingebracht und abschließend in einem Infusionsverfahren in herkömmlicher Weise miteinander verbunden und ausgehärtet.
Anschließend wird in eine der beiden Rotorblatthalbschalen 12a, 12b ein Blitzschutzsystem eingebaut. In den Bereichen der Aufdickungen 2a, 2b der Wandstärke werden die Blitzrezeptorklötze 1 1 im Inneren des Rotorblattes angeordnet. Die Blitzrezeptorklötze 1 1 werden elektrisch mit einer Vorrichtung zur Blitzableitung verbunden. Die Blitzableitung weist an der Rotorblattwurzel 4 einen Anschluss an eine Erdung auf.
Die Rotorblatthalbschalen 12a, 12b werden nach ihrer Aushärtung übereinandergeklappt und mit mindestens einem Steg zwischen den Gurten 1 a miteinander verklebt. Der mindestens eine Steg wird zwischen die Gurte 1 a geklebt, und die Rotorblatthalbschalen 12a, 12b werden an ihren Rändern miteinander verklebt. Die Blitzrezeptorklötze 1 1 sind von außen nicht mehr erkennbar, jedoch sind die Positionen der Blitzrezeptorklötze 1 1 vorher auf die Rotorblattoberfläche 13 der Rotorblätter aufgetragen worden oder anderweitig bekannt. Im Bereich der Blitzrezeptorklötze 1 1 werden sowohl durch die druckseitige Rotorblatthalbschale 12a als auch durch die saugseitige Rotorblatthalbschale 12b Bohrungen geführt, die von der Rotorblattoberfläche 13a, 13b bis in den Blitzrezeptorklotz 1 1 hinein ausgebildet sind und im Blitzrezeptorklotz 1 1 selbst ein Innengewinde aufweisen. Insbesondere sind die Bohrungen durch die Schutzlage 14a, 14b bzw. durch die Aufdickungen der Wandstärke 2a, 2b der Schutzlage 14a, 14b geführt. Optional kann in die Bohrungen jeweils eine metallische Hülse in Presspassung zu den Aufdickungen 2a, 2b der Wandstärke und dem Blitzschutzrezeptor 8a, 8b eingefügt werden, die sicherstellt, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Blitzschutzrezeptor 8a, 8b und der Schutzlage 14a, 14b ausgebildet wird. Vorzugsweise wird die Hülse eingebracht, nachdem der Blitzschutzrezeptor 8a, 8b bereits in den Blitzrezeptorklotz 1 1 eingeschraubt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht von der Idee Gebrauch, ein herkömmliches Herstellungsverfahren durch Einlegen in bestimmter Weise geformter Schutzlagen 14a, 14b, die sich in die Bereiche der Blitzrezeptorklötze 1 1 erstrecken, weiterzuentwickeln und optional auch elektrisch leitende Hülsen in die Bohrungen einzuführen.
Bezugszeichenliste
1 a druckseitiger Gurt/CFK-Gurt
2a druckseitige Aufdickung
2b saugseitige Aufdickung
3 Rotorblattspitze
4 Rotorblattwurzel
6 Rotorblatthinterkante
7 Blitzrezeptor
8 Blitzrezeptor
8a Blitzrezeptor druckseitig
8b Blitzrezeptor saugseitig
9 Blitzrezeptor
10 Blitzrezeptor
1 1 Blitzrezeptorklotz
12a druckseitige Rotorblatthalbschale
12b saugseitige Rotorblatthalbschale
13a Rotorblattoberfläche druckseitig
13b Rotorblattoberfläche saugseitig
14a Schutzlage druckseitig
14b Schutzlage saugseitig L Längsrichtung
L1 Tipabschnitt
L2 mittlerer Abschnitt

Claims

Patentansprüche
1. Rotorblatt mit einem kohlefaserverstärkten Gurt (1 a) und einer elektrisch leitenden Schutzlage (14a, 14b) zwischen dem Gurt (1 a) und einer Rotorblattoberfläche (13a, 13b) und einem Blitzableitsystem mit einer Blitzableitleitung mit mit ihr elektrisch leitend verbundenen Blitzrezeptoren (7, 8, 8a, 8b, 9, 10), die in die Rotorblattoberfläche (13a, 13b) eingelassen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzlage (14a, 14b) einen Außenumfang aufweist, der die Blitzrezeptoren (7, 8, 8a, 8b, 9, 10) umschließt und die Schutzlage (14a, 14b) mit den Blitzrezeptoren (7, 8, 8a, 8b, 9, 10) elektrisch leitend verbindet.
2. Rotorblatt nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzlage (14a, 14b) den Grundriss des Gurtes (1 a) zumindest im Tipabschnitt vollständig überdeckt.
3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Blitzrezeptoren (7, 8, 8a, 8b, 9, 10) durch die Schutzlage (14a, 14b) geführt sind und elektrisch leitend mit der Schutzlage (14a, 14b) verbunden sind und dass die Blitzrezeptoren (7, 8, 8a, 8b, 9, 10) von der
Rotorblattoberfläche (13a, 13b) der Rotorblattschale zu einem Blitzrezeptorklotz (1 1 ) geführt sind, der elektrisch leitend mit der Blitzableitung verbunden ist.
4. Rotorblatt nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass sich an einer Rotorblattsehne gegenüberliegende saugseitige und druckseitige Blitzrezeptoren (8a, 8b) durch jeweils eine saugseitige und eine druckseitige Schutzlage (14a, 14b) geführt sind und jeweils elektrisch leitend mit der Schutzlage (14a, 14b) verbunden sind und mit demselben Blitzrezeptorklotz (1 1 ) elektrisch leitend verbunden sind.
5. Rotorblatt nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzlage (14a, 14b) im Bereich der Durchführung der Blitzrezeptoren (7, 8, 8a, 8b, 9, 10) verdickt ausgebildet ist und Aufdickungen (2a, 2b) der Wandstärke elektrisch leitend mit der jeweiligen Schutzlage 14a, 14b verbunden sind.
6. Rotorblatt nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass um die Blitzrezeptoren (7, 8, 8a, 8b, 9, 10) eine metallische Hülse gelegt ist, die eng an der Aufdickung (2a, 2b) anliegt und mit den Blitzrezeptoren (7, 8, 8a, 8b, 9, 10) durch die Durchführung geführt ist, wobei die Hülse die Blitzrezeptoren (7, 8, 8a, 8b, 9, 10) und die Aufdickungen (2a, 2b) elektrisch leitend verbindet.
7. Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattes, indem
eine Schalenform zur Verfügung gestellt wird,
eine Schutzlage (14a, 14b) in die Schalenform eingebracht wird,
ein Gurt (1 a) über der Schutzlage (14a, 14b) in die Schalenform eingebracht wird, der Gurt (1 a) und die Schutzlage (14a, 14b) in einem Infusionsverfahren zu einer Rotorblattteilschale miteinander verbunden werden,
ein Blitzableitsystem mit Blitzrezeptorklötzen (1 1 ) und einer Blitzableitung in die Rotorblattteilschale eingebaut wird,
Blitzrezeptoren (7, 8, 8a, 8b, 9, 10) von außen durch eine Rotorblattoberfläche (13a, 13b) in die Blitzrezeptorklötze (1 1 ) eingebracht werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Rotorblattteilschalen miteinander und mit wenigstens einem Steg verklebt werden und von außen die Blitzrezeptoren (7, 8, 8a,
8b, 9, 10) von verschiedenen Außenseiten in denselben Blitzrezeptorklotz (1 1 ) eingebracht werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass in die Rotorblattteilschalen Bohrungen von außen eingebracht werden bis auf den Blitzrezeptorklotz(1 1 ) und dann eine elektrisch leitende Hülse in Presspassung in die Bohrung eingebracht wird und ein elektrisch leitendender Kontakt mit der Schutzlage (14a, 14b) ausgebildet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine Glasfaserlage in die Schalenform eingebracht wird, dann die Schutzlage (14a, 14b) auf die Gasfaserlage gelegt wird.
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