AT17521U1 - Rotorblatt für eine Windturbine mit vertikaler Achse - Google Patents

Abstract

Ein Rotorblatt (1) für eine Windturbine mit vertikaler Achse (2), das durch eine Anzahl Streben (4,5) oder Zugelemente (3) mit zumindest einer Nabe (6) in der Drehachse (2) des Rotors oder einem weiteren Rotorblatt (1') verbunden ist, ist von einer Außenwand (15,16) aus Laminat gebildet, an dessen der Nabe (6) zugewandter Seite (15) an den Angriffsstellen der Streben (4,5) bzw des Zugelementes (3) ein Einsatzstück (19) angebracht ist, das an der Innenseite der nabenseitigen Außenwand (15) anliegt und zumindest einen in das Innere des Rotor-blattes reichenden Putzen (21,21') mit einer Gewindebohrung (22,22') hat, in die ein Verbindungsteil der Strebe (4,5) oder des Zugelementes (3) oder dieses/dieser selbst eingeschraubt ist.

Description

Beschreibung

ROTORBLATT FÜR EINE WINDTURBINE MIT VERTIKALER ACHSE

[0001] Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windturbine mit vertikaler Achse, das durch eine Anzahl Streben oder Zugelemente mit zumindest einer Nabe in der Drehachse des Rotors oder einem weiteren Rotorblatt verbunden ist, welches Rotorblatt über seine Länge einen tragflächenartigen Querschnitt aufweist. Derartige Windturbinen werden auch als Darrieus- Turbinen bezeichnet. Sie arbeiten unabhängig von der Windrichtung, müssen dieser also nicht nachgeführt werden.

[0002] Die EP 2 535 564 A1 handelt von einem Rotorblatt für Darrieus-Turbinen, das der Tragfläche eines Flugzeigen ähnelt. Es besteht aus einer Außenhaut, Spanten und Holmen, die geschlossene metallische Profile sind. Diese Bauart ist aufwändig und schwer. Wie die Kräfte vom Rotorblatt abgeleitet werden, ist nicht erkennbar.

[0003] Die DE 10 2016 111 676 A1 zeigt eine Darrieus-Turbine mit H-förmigem Rotor. Die Rotorblätter bestehen aus in einem Strangpressverfahren hergestellten faserverstärkten, also massiven, Kunststoffprofil. Genau beschrieben ist die Verbindung des Rotorblattes mit Streben mittels Verbindungsbauteilen, die aus einem das Profil umschließenden Element und einem Anschlusselement besteht. Die beschriebene Art der Verbindung mit einem zusätzlichen Adapterelement und gegossener Umhüllung ist aufwändig, umständlich, unflexibel und aerodynamisch ungünstig.

[0004] Für manche Anwendungen besteht aber Bedarf an einer sehr leichten und einfachen Windturbine, etwa auf Wasserfahrzeugen oder auf Sendemasten.

[0005] Die Erfindung soll eine kraftübertragende Verbindung besonders leichter Rotorblätter schaffen, die leicht an Gewicht, einfach im Aufbau und aerodynamisch günstig ist. Sie soll auch für kleine Windturbinen geeignet sein.

[0006] Erreicht wird das zunächst mit den kennzeichnenden Merkmalen des 1. Anspruchs. Das Rotorblatt besteht im Wesentlichen in der Außenwand aus einem Laminat. Die Ableitung der Kräfte in die diversen Streben erfolgt jeweils über die Einsatzstücke. Diese liegen an der Innenseite der Außenwand flächig an, wodurch diese in der Umgebung der Kraftableitung und der kleinen Löcher in der Außenwand über der jeweiligen Bohrung verstärkt ist. Die Teile der Verbindungstreben können in die Bohrungen gesteckt und dort verklebt sein.

[0007] Vorzugsweise aber sind die Bohrungen Gewindebohrungen, in die die Verbindungsteile eingeschraubt sind. Die Außenkontur des Rotorblattes ist nicht durch Verbindungselemente zerklüftet. Da die Einsatzstücke klein und schmal sind, ist deren Gewicht gering, insbesondere wenn diese aus einem Leichtmetall oder einem Hartkunststoff bestehen.

[0008] Wenn auch das Rotorblatt im Wesentlichen von der Außenhaut gebildet ist, kann es je nach dessen Größe und der Dicke bzw Art der Herstellung der Außenhaut fallweise vorteilhaft sein, deren Inneres mit einem Schaumstoff auszufüllen. Dieser kann die Außenhaut und das Einsatzstück unterstützen.

[0009] Vorzugsweise ist der an der Außenwand anliegende Teil des Einsatzstücks als Fußplatte von ausreichender Länge und Breite ausgebildet und mit ihr verklebt. So verteilt sich die einzutragende Kraft über eine größere Fläche.

[0010] In Weiterbildung der Erfindung ist ein oder sind mehrere von der Außenhaut ins Innere des Rotorblattes ragende Putzen vorgesehen, deren zentrale Gewindebohrung mit einem gedachten Radius einen der Richtung der jeweiligen Strebe entsprechenden Winkel einschließt. So sind die auf das Einsatzstück wirkenden Kräfte reine Zugkräfte.

[0011] In variierten Ausführungsformen können die inneren Enden der Putzen miteinander verbunden, oder bis zu bezüglich der Drehachse äußeren Außenwand verlängert sein, sodass sie auch mit einer weiteren Fußplatte an der Außenwand anliegen, oder sich gar über einen Großteil der Profiltiefe erstrecken und durch Versteifungsrippen miteinander verbunden sind.

[0012] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen verschiedener Ausführungsformen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:

[0013] Fig. 1: ein Beispiel eines Darrieus-Rotors, [0014] Fig. 2: eine axonometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Rotorblattes,

[0015] Fig. 3: eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorblattes, Schnitt Ill-Ill in Fig. 2,

[0016] Fig. 4: eine Zweite Ausführungsform, Schnitt IV-IV in Fig. 2, [0017] Fig. 5: eine dritte Ausführungsform, Schnitt V-V in Fig. 2, [0018] Fig. 6: eine vierte Ausführungsform,

[0019] Fig. 7: Eine axonometrische Darstellung zu Fig. 3 bis 6.

[0020] In Fig. 1 sind (hier nur als Beispiel) fünf vertikale Rotorblätter 1 eines Rotors in gleichen Abständen um eine Drehachse 2 angeordnet. Der Drehsinn ist mit dem Pfeil 7 angedeutet. Die Rotorblätter 1 sind hier durch Streben 4,5 mit einer zentralen Nabe 6 und durch Zugelemente 3 miteinander verbunden.

[0021] Das Rotorblatt 1 ist gemäß Fig. 1 ein gerader zylindrischer Körper, dessen Querschnitt dem einer Tragfläche eines Flugzeuges entfernt ähnelt. Seine im Drehsinn 7 vordere Kante 8 ist als Anströmkante gerundet. Das Rotorblatt 1 könnte statt gerade und vertikal auch schraubenförmig gewunden oder gar gebogen sein. Das Rotorblatt 1 ist als steifer Körper 15,16 aus einem Laminat gefertigt, das die Außenwand 15,16 und damit die Kontur des Rotorblattes bildet. Der Raum 17 (siehe Fig. 3) zwischen den Außenwänden 15,16 kann mit einem Schaum (zum Beispiel Polyurethan) gefüllt sein. Der der Achse 2 zugewandte Teil der Außenwand ist mit 15, der äußere Teil der Außenwand ist mit 16 bezeichnet. Das Laminat besteht aus durch Fasern verstärktem Kunststoff, der in Form von Prepregs aufgebracht, oder durch Pulltrusion oder nach einem anderen bekannten Verfahren hergestellt sein kann.

[0022] Das Rotorblatt 1 hat, wie in Fig. 2 zu sehen, an seiner der Achse 2 zugwandten Seite an der Angriffsstelle der Streben 4,5 oder anderer Befestigungsmittel 3 Löcher 10,11,12. Die sie zusammenfassenden Rechtecke 14 deuten nur an, dass an der Innenseite der Außenwand 15 Flächen eines in Fig. 2 nicht sichtbaren Einsatzstückes 18, 19, 28 oder 29 anliegen.

[0023] Fig. 3 zeigt das einfachste Einsatzstück 18. Es besteht aus einer Fußplatte 20 und einem von dieser nach innen ragenden Putzen 21, der hier eine Gewindebohrung 22 enthält. Die Fußplatte 20 liegt ganzflächig an der Innenseite der Außenwand 15 an. Der Putzen 21 ist in seiner Grundform zylindrisch und die Gewindebohrung 22 ist hier horizontal und zur Drehachse 2 hin gerichtet.

[0024] Die Ausführungsform des Einsatzstückes 19 der Fig. 4 unterscheidet sich davon nur dadurch, dass zwei Putzen 21, 21’ und ihre Gewindebohrungen 22,22' um einen spitzen Winkel zur Radialen geneigt sind. Die inneren Enden der Putzen 21, 21' können durch einen Bügel 24 verbunden sein.

[0025] Die Ausführungsform des Einsatzstückes 28 der Fig. 5 bietet mehrere Putzen 31,41, 31',41' mit Gewindebohrungen 32,32'42,42' zur Auswahl. Sie kann an verschiedenen Stellen des Rotorblattes 1 angebracht sein, wobei nur die jeweils benötigten Gewindebohrungen genutzt werden und die restlichen leer bleiben. Die Fußplatte 30 hat eine große Kontaktfläche mit der AuBenwand, welche durch eine Verbreiterung 33 (siehe Fig. 7 c) weiter vergrößert sein kann.

[0026] In der Ausführungsform des Einsatzstückes 29 der Fig. 6 schließlich erstreckt sich die Fußplatte 40 über die gesamte Profiltiefe (in Fig. 6 ist es die Länge) und setzt sich in einer weiteren Fußplatte 50 an der äußeren Außenwand 16 des Rotorblattes 1 über die ganze Länge fort. Sie kann auch noch weitere Versteifungsrippen 47 bis 49 bilden. So wird ein das gesamte Profil verstärkender Spant geschaffen.

[0027] Fig. 7 zeigt alle vier Varianten (a),b), c und d)) axonometrisch. Hier ist auch ihre Breite

(=Dicke) 51 zu erkennen. In der Variante c) ist die Fußplatte 30 noch darüber hinaus verbreitert (33).

[0028] Insgesamt wird so ein leichter und in der Herstellung billiger Darrieus - Rotor geschaffen.

Claims (8)

Ansprüche

1. Rotorblatt (1) für eine Windturbine mit vertikaler Achse (2), das durch eine Anzahl Streben (4,5) oder Zugelemente (3) mit zumindest einer Nabe (6) in der Drehachse (2) des Rotors oder einem weiteren Rotorblatt (1') verbunden ist, welches Rotorblatt über seine Länge einen tragflächenartigen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblatt (1) von einer Außenwand (15,16) aus Laminat gebildet ist, an dessen der Nabe (6) zugewandter Seite (15) an den Angriffsstellen der Streben (4,5) bzw des Zugelementes (3) ein Einsatzstück (18,19,28,29) angebracht ist, das an der Innenseite der nabenseitigen Außenwand (15) anliegt und zumindest einen in das Innere des Rotorblattes reichenden Putzen (21,21'5;31,31';41,41’) mit einer Bohrung (22,22',32, 32’'.42,42') hat, in die ein Verbindungsteil der Strebe (4,5) oder des Zugelementes (3) gesteckt und festgesetzt ist.

2. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (22, 22',32,32', 42,42') eine Gewindebohrung ist, in die ein Verbindungsteil der Strebe (4,5) oder des Zugelementes (3) oder dieses/dieser selbst eingeschraubt ist.

3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Inneres einen Schaumkern (17) enthält, der das Einsatzstück (18,19,28,29) umschließt.

4. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der an der Außenwand (15) anliegende Teil des Einsatzstücks (18,19,28,29) als Fußplatte (20;30;40) ausgebildet ist, die über ihre gesamte Länge (54) und Breite (52) an der Außenwand (15) anliegt und mit ihr verklebt ist.

5. Rotorblatt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Einsatzstück (18,19,28,29) mehrere Putzen (21,21%;31,31';41,41') vorgesehen sind, deren Bohrung (22,22',32,32'; 42,42') mit einem gedachten Radius einen der Richtung der jeweiligen Strebe (4,5) entsprechenden Winkel einschließt.

6. Rotorblatt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Enden der Putzen (21,21') über eine Brücke (24) miteinander verbunden sind.

7. MRotorblatt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Putzen (21,21'; 31,31'; 41,41') nach innen bis zu einer weiteren Fußplatte (50) reichen, an der die äußere Außenwand (16) anliegt.

8. Rotorblatt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche des Fußes (40) und die weitere Kontaktfläche (50) sich über einen Großteil der Profiltiefe des Rotorblattes erstrecken und durch Versteifungsrippen (46 - 49) miteinander verbunden sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen