DE102008007910A1

DE102008007910A1 - Rotorflügel mit Blitzschutzeinheit, Windkraftanlage, die dieselbe aufweist, und Verfahren zum Zusammenbau eines Rotorflügels

Info

Publication number: DE102008007910A1
Application number: DE102008007910A
Authority: DE
Inventors: Ronny Stam; Rainer Arelt; Andreas Starke
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Renovables Espana SL Es
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2028-02-07
Also published as: DK178211B1; CN101240772B; DE102008007910B4; US7766620B2; US20080193292A1; DK200800117A; CN101240772A

Abstract

Geschaffen ist ein Rotorflügel (140) für die Verwendung in einer Windkraftanlage, wobei der Rotorflügel einen Flügelkörper (240) mit einer Flügelspitze (210); einen Flügelkörperhohlraum (310), und eine Blitzschutzeinheit aufweist. Die Blitzschutzeinheit enthält ein elektrisch leitendes Teil (400), das mit einem Erdleiter (300) verbunden und in dem Flügelkörperhohlraum in Nähe oder unmittelbar an der Flügelspitze positioniert ist, wobei das elektrisch leitende Teil eine Verlängerung (450) aufweist, die aus dem Flügelkörper herausragt, um einen Rezeptor aufzunehmen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Windkraftanlage (100) mit mindestens einem derartigen Rotorflügel (140) versehen. Darüber hinaus ist ein Verfahren zum Zusammenbau eines Rotorflügels (140) für die Verwendung in einer Windkraftanlage geschaffen, mit den Schritten: Herstellung einer Druckseitenschale und einer Saugseitenschale des Rotorflügels; Anbringen eines elektrisch leitenden Teils (400) an einer Innenseite der Druckseitenschale oder der Saugseitenschale, wobei das elektrisch leitende Teil einen Körper (440) und eine Verlängerung (450) aufweist; und Ausbilden des Rotorflügels durch Vereinigung der Druckseitenschale und der Saugseitenschale in der Weise, dass der Körper (440) des elektrisch leitenden Teils (400) sich in dem Rotorflügel befindet und die Verlängerung (450) des elektrisch leitenden Teils aus dem Rotorflügel herausragt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Rotorflügel mit einer Blitzschutzeinheit, einer Windkraftanlage, die dieselbe aufweist, und ein Verfahren zum Zusammenbau eines Rotorflügels.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Aufgrund der wachsenden Höhe von Windkraftanlagen, gewinnt das Problem des Blitzschutzes zunehmend an Bedeutung. Da Windkraftanlagen gewöhnlich in Gegenden mit keinen oder lediglich wenigen hohen Hindernissen, wie z. B. Bäumen, gebaut werden, konzentrieren sich Blitzeinschläge in diesen Gebieten hauptsächlich auf die errichteten Windkraftanlagen. Somit müssen insbesondere die Gondel und der Rotorflügel einer Windkraftanlage vor Blitzschlag geschützt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit Blick auf das Obige ist einen Rotorflügel für die Verwendung in einer Windkraftanlage geschaffen, wobei der Rotorflügel einen Flügelkörper; einen Flügelhohlraum; und eine Blitzschutzeinheit aufweist. Die Blitzschutzeinheit enthält ein elektrisch leitendes Teil, das mit einem Erdleiter ver bunden und in dem Flügelhohlraum nahe bei oder an der Flügelspitze positioniert ist. Das elektrisch leitende Teil weist eine aus dem Flügelkörper heraus ragende Verlängerung auf. Die Verlängerung ist dazu eingerichtet, einen Rezeptor aufzunehmen.
Der Begriff "Verlängerung" des elektrisch leitenden Teils bezeichnet den aus dem Rotorflügelhohlraum heraus ragenden Abschnitt des elektrisch leitenden Teils. In typischen Ausführungsbeispielen sind der Körper des elektrisch leitenden Teils und die Verlängerung des elektrisch leitenden Teils einstückig ausgebildet. Die Position des elektrisch leitenden Teils wir als "nahe bei" der Flügelspitze bezeichnet, falls das elektrisch leitende Teil so angeordnet ist, dass die Verlängerung des elektrisch leitenden Teils an der Flügelspitze aus dem Rotorflügelkörper heraus ragt.
Daher ermöglicht es die Erfindung, den Rezeptor problemlos an dem Erdleiter anzubringen und von diesem abzunehmen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Windkraftanlage mit mindestens eines derartigen Rotorflügels versehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gehören zu einem Verfahren zum Zusammenbau eines Rotorflügelblatts für die Verwendung in einer Windkraftanlage die Schritte:
Herstellen einer Druckseitenschale und einer Saugseitenschale des Rotorflügels;
Anbringen eines elektrisch leitenden Teils an einer Innenseite der Druckseitenschale oder der Saugseitenschale, wo bei das elektrisch leitende Teil einen Körper und eine Verlängerung aufweist; und
Ausbilden des Rotorflügels durch Vereinigung der Druckseitenschale und der Saugseitenschale in der Weise, dass sich der Körper des elektrisch leitenden Teils in dem Rotorflügel befindet und die Verlängerung des elektrisch leitenden Teils aus dem Rotorflügel heraus ragt.
Der Begriff "Anbringen" umfasst sämtliche Techniken zum Verbinden des elektrisch leitenden Teils mit der entsprechenden Rotorflügelseitenschale, beispielsweise Montieren, Befestigen, Anbringen, Kleben, usw.
In typischen Ausführungsbeispielen ist der Rotorflügelkörper basierend auf einem Verbundstoff hergestellt. Der Rezeptor ist allerdings typischerweise aus einem leitenden Material wie Aluminium, rostfreiem Stahl oder Kupfer hergestellt. Nachdem der Rezeptor an dem Rotorflügelkörper angebracht ist, bildet er die Spitze des Rotorflügels. D. h., die Verlängerung ist, nachdem ein Rezeptor an der Verlängerung des elektrisch leitenden Teils befestigt ist, gewöhnlich durch den Rezeptor bedeckt.
Bei einer typischen Herstellung des Rotorflügelkörpers der vorliegenden Erfindung wird ein Rotorflügel mit einer standardmäßigen Länge erzeugt, und die äußerste Spitze wird abgeschnitten, wobei die Länge des abgeschnittenen Teils den Rezeptoren entspricht, die möglicherweise an der Rotorflügel körperspitze angebracht werden. Eine weitere Möglichkeit basiert darauf, dass die Rotorflügelkörpergussform an ihrer äußersten Spitze eine vorgeformte Attrappe aufweist, um die Länge des Rotorflügels zu reduzieren, die mit einer Länge ge gossen werden, die den Rezeptoren entspricht, die dazu bestimmt sind, an dem Rotorflügelkörper angebracht zu werden. In einer Abwandlung ist es möglich, einen Rotorflügelkörper unmittelbar mit der richtigen Länge herzustellen. Typischerweise entspricht die Gestalt des Rezeptors jenem Abschnitt des Rotorflügelkörpers, der bei der Herstellung des Rotorflügels weggelassen wurde. D. h., die Gestalt des Rezeptors ist gewöhnlich eine Verlängerung der Gestalt der Rotorflügelspitze.
Weitere Aspekte, Vorteile und Ausstattungsmerkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der beigefügten Ansprüche, der Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständige und verwirklichbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich des besten Modus davon, ist für den Fachmann mehr im Einzelnen in der restlichen Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren dargelegt:
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Windkraftanlage mit drei Rotorflügeln gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Rotorflügels gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Schnittansicht eines Rotorflügels gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines elektrisch leitenden Teils gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine schematische Ansicht eines Rezeptors gemäß der vorliegenden Erfindung.
6A zeigt die eine Seite eines Rotorflügels mit einem elektrisch leitenden Teil und einem Erdleiter gemäß der vorliegenden Erfindung.
6B zeigt eine Seite eines Rotorflügels mit einem elektrisch leitende Teil, einem Erdleiter und einem Rezeptor gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine schematische Ansicht einer Flügelspitze mit einem an dem elektrisch leitenden Teil befestigten Rezeptor, gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine offene Ansicht eines Rotorflügels gemäß der vorliegenden Erfindung.
9A und 9B zeigen zwei verschiedene Ausführungsbeispiele des elektrisch leitenden Teils, das gemäß der vorliegenden Erfindung aus dem Rotorflügel heraus ragt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun im Einzelnen auf die vielfältigen Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen, wobei eines oder mehrere dieser Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Sämtliche Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sollen die Erfindung nicht beschränken. Beispiels weise können als Teil eines Ausführungsbeispiels veranschaulichte oder beschriebene Ausstattungsmerkmale in Verbindung mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um ein weiteres Ausführungsbeispiel zu ergeben. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen einschließt.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Windkraftanlage. Die Windkraftanlage 100 weist ein Turmgerüst 110 auf, an dessen oberen Ende eine Triebwerksgondel 120 befestigt ist. In der Gondel ist ein Antriebsstrang untergebracht, an dem ein (nicht gezeigter) elektrischer Hauptgenerator angeschlossen ist. Eine Nabe 130, die drei Rotorflügel 140 trägt, ist an einem seitlichen Ende der Triebwerksgondel 120 befestigt. Die Rotorflügel 140 lassen sich durch Blattstellungsantriebe einstellen, die gewöhnlich im Innern der Nabe 130 untergebracht sind.
Erfindungsgemäß sind die Rotorflügel mit einem Blitzschutzsystem ausgerüstet. Falls ein Blitz in die Rotorflügel einschlägt, sollte er die an den Rotorflügeln speziell eingerichteten Blitzrezeptoren treffen. Von dort aus wird die hohe elektrostatische Ladung gewöhnlich über einen Erdleiter zu dem Rotorflügelfuß geleitet, der geerdet ist, indem er beispielsweise mit dem (nicht gezeigten) Lager verbunden ist. Die elektrostatische Ladung eines Blitzschlags wird anschließend über das Turmgerüst der Windkraftanlage in die Erde abgeführt.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Rotorflügels für die Verwendung in einer Windkraftanlage. Der Rotorflügel 140 weist den Rotorflügelkörper 240 mit seiner Flügelspitze 210, und den Rotorflügelfuß 200 auf. Der Rotorflügel fuß 200 ist gewöhnlich an der Rotornabe 130 befestigt. Die Flügelspitze 210 ist an dem gegenüberliegenden Ende des Rotorflügels 140 angeordnet. Typischerweise weist der Rotorflügel zwei Schalen auf: die auch als konkave Schale bezeichnete Druckseitenschale und die Saugseitenschale, die auch als konvexe Schale des Rotorflügels bezeichnet wird. Die in 2 gezeigte Schale 220 bezieht sich auf die Saugseitenschale, wohingegen die Unterseite des Rotorflügels in 2 die Druckseitenschale 230 ist. In weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, basiert der Rotorflügel auf mehreren Komponenten. Typischerweise sind die Schalen aus Verbundmaterial gefertigt, wie z. B. Epoxidharz, Polyester oder Vinylesterharz, das beispielsweise mit Glas- oder Kohlenstofffaser verstärkt ist. In vielfältigen Ausführungsbeispielen enthält der Hohlraum des Rotorflügels Balsaholz oder Schaumstoff. Aufgrund der Perspektive und des Maßstabs, die in 2 gewählt sind, ist das elektrisch leitende Teil 400 im Einzelnen nicht sichtbar, wird jedoch weiter unten näher erläutert.
3 zeigt eine schematische Ansicht des Querschnitts des in 2 gezeigten Flügelkörpers 140, genommen an der Position der gestrichelten Linie in 2. 3 zeigt die Saugseitenschale 220, die Druckseitenschale 230 und den Erdleiter 300. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Erdleiter an der Druckseitenschale 230 angebracht. Im Allgemeinen kann der Erdleiter an der Saugseitenschale, an beliebigen Orten in dem durch die Saugseitenschale und Druckseitenschale gebildeten Rotorflügelkörperhohlraum oder an der Druckseitenschale positioniert sein. Der aus den -beiden Schalen gebildete Hohlraum 310 kann leer, oder mit einem Füllmaterial zum Teil gefüllt oder vollständig gefüllt sein. In letzterem Fall kann Material mit einem geringen Gewicht, beispielsweise Schaumstoff, insbesondere Polyurethanschaumstoff, irgendein Klebstoff oder Haftstoff, oder Kunstharz verwendet werden. Dies geschieht hauptsächlich aus Gründen der Stabilität. Zwischen den beiden Schalen 220 und 230 kann zusätzliche Ausrüstung angeordnet werden, beispielsweise eine Rippe, um dem Rotorflügel Steifigkeit gegen durch Winddruck verursachte Torsinnen und Biegungen usw. zu verleihen (siehe das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel nach 8).
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des elektrisch leitenden Teils gemäß der vorliegenden Erfindung. Das elektrisch leitende Teil 400 weist einen Körper 440 und eine Verlängerung 450 auf. Typischerweise ist das elektrisch leitende Teil aus Metall, beispielsweise Aluminium, oder irgendeiner Metalllegierung hergestellt. Das elektrisch leitende Teil ist mit einer Bohrung 410 ausgebildet, um das elektrisch leitende Teil über Anschluss- und Befestigungsmittel, beispielsweise eine Schraube, einen Bolzen, einen Stift oder dergleichen an dem Erdleiter anzubringen. Vielfältige sonstige Anschlusstechniken lassen sich verwenden, beispielsweise die Ausbildung mehrerer Bohrlöcher oder dergleichen. In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das elektrisch leitende Teil außerdem mit Löchern 420 ausgebildet. Diese Löcher werden gewöhnlich während der Herstellung des erfindungsgemäßen Rotorflügels mit einer Befestigungsfüllung, beispielsweise Klebstoff, Schaum oder Harz, gefüllt. Diese Technik ermöglicht eine formschlüssige Befestigung des elektrisch leitenden Teils, ohne die Stabilität oder elektrische Leitfähigkeit des elektrisch leitenden Teils zu mindern. In Abhängigkeit von der Anwendung kann ein elektrisch leitendes Teil gemäß der vorliegenden Erfindung 0, 1, 2 oder mehr derartige Löcher aufweisen. Die Form der Löcher kann u. a. rund, elliptisch, rechteckig, oder eine Kombination davon sein. Beispielsweise ist das Loch 420 in 8 elliptisch. Die Verlängerung 430 des elektrisch leitenden Teils 400 weist zusätzlich zwei Bohrungen auf, um Befestigungsmittel zum Befestigen des Rezeptors aufzunehmen. In weiteren (in den Figuren nicht gezeigten) Ausführungsbeispielen weist die Verlängerung möglicherweise lediglich eine, oder drei oder sogar mehr Bohrungen zur Aufnahme von Befestigungsmitteln auf. Selbstverständlich muss der anzubringende Rezeptor mit einer entsprechenden Anzahl von Bohrungen ausgebildet sein. Dies wird mit Bezug auf die folgenden Figuren detaillierter erläutert.
Es wird darauf hingewiesen, dass das elektrisch leitende Teil gemäß der vorliegenden Erfindung eine willkürliche Form aufweisen kann, solange es sich innerhalb des Rotorflügelkörpers sicher befestigen lässt und einen sicheren Sitz des Rezeptors auf der Verlängerung des elektrisch leitenden Teils erlaubt. Insbesondere kann die Breite der Verlängerung auch größer oder gleich der Breite des Körpers sein. Die Verlängerung kann eine rechteckige oder im Wesentlichen rechteckige Gestalt aufweisen.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Rezeptors gemäß der vorliegenden Erfindung. Typischerweise basiert der Rezeptor auf massivem Metall, beispielsweise Aluminium, rostfreien Stahl, Kupfer oder einer Legierung davon. In typischen Ausführungsbeispielen ist der Rezeptor eine einstückige Anordnung. Der erfindungsgemäße Rezeptor kann außerdem beschichtet sein, solange die Beschichtung die elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Rezeptor und der Umgebung nicht wesentlich reduziert. Typischerweise beträgt die Länge L des Rezeptors zwischen 10 mm und 70 mm, eher typisch zwischen 30 mm und 40 mm. Die Breite W des Rezeptors beträgt gewöhnlich zwischen 100 mm und 300 mm, eher typisch zwischen 120 mm und 200 mm. In vielen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist der Rezeptor so gestaltet, dass die Breite W des Rezeptors 500 an der dem Rotorflügel zugewandten Seite 530 des Rezeptors größer ist als auf der gegenüberliegenden Seite 700 des Rezeptors. Die dem Rotorflügel zugewandte Seite 530 des Rezeptors 500 ist die Seite, die nach dem Anbringen des Rezeptors an dem elektrisch leitenden Teil mit dem Rotorflügel in Berührung steht. Um den Rezeptor an dem elektrisch leitenden Teil zu befestigen, weist der Rezeptor 500 einen Hohlraum 510 auf, der dazu dient, die Verlängerung 450 des elektrisch leitenden Teils 400 aufzunehmen. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist der Hohlraum des Rezeptors eine Öffnung des Rezeptors, die geringfügig größer ist als die Abmessung der Verlängerung des elektrisch leitenden Teils, so dass (wie weiter unten erläutert) ein Dränagekanal entsteht. Der Begriff "geringfügig größer" bezeichnet einen Bereich von zwischen 5 mm und 20 mm, gewöhnlich einen Bereich von zwischen 5 mm und 10 mm. Die Ecken der Öffnung können rund gestaltet sein. Der Grund hierfür ist, dass die Öffnung während der Herstellung gefräst werden kann. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen stimmt die Größe der Rezeptoröffnung genau mit der Größe der Verlängerung des elektrisch leitenden Teils überein, um einen vollkommen passenden Sitz desselben zu erhalten. Typischerweise ist die äußere Geometrie des Rezeptors mit der Geometrie des Rotorflügels an ihrer Spitze identisch. Der Rezeptor bildet die Rotorflügelspitze. Mit anderen Worten, der Rezeptor bildet eine Verlängerung des Flügelkörpers. In typischen Ausführungsbeispielen ist der Rezeptor an dem Flügelkörper mittels einer formschlüssigen Verriegelung angebracht. Typischerweise ist nach der Befestigung des Rezeptors an dem äußeren Rotorflügel zwischen dem Rezeptor und der Flügelspitze kein Raum vorhanden.
In vielen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist der Hohlraum 510 lediglich eine einzige Öffnung auf, die auf der dem Flügelkörper zugewandten Seite 530 des Rezeptors angeordnet ist. Allerdings ist es auch möglich, dass der Hohlraum in Form einer hindurch führenden Öffnung ausgebildet ist, die sich von der dem Flügelkörper zugewandten Seite des Rezeptors aus zu der entgegengesetzten Seite 700 des Rezeptors erstreckt. Typischerweise beträgt die Breite des Hohlraums 510 zwischen 30 mm und 90 mm, beispielsweise 60 mm, während die Höhe des Hohlraums zwischen 4 mm und 9 mm beispielsweise 6,5 mm beträgt. Darüber hinaus weist der Rezeptor 500, wie in 5 gezeigt, zwei Löcher 520 auf. Zu beachten ist, dass der Begriff "Loch" in dieser Anwendung synonym zu den Begriffen "Bohrung", "Öffnung" oder "Hohlraum" verwendet wird. Bei der Befestigung des Rezeptors an der Verlängerung des elektrisch leitenden Teils wird die Verlängerung in den Hohlraum 510 eingeführt. In einem nachfolgenden Schritt werden Befestigungsmittel, wie Schrauben, Bolzen, Stifte oder dgl. in das Loch 520 eingeführt und von den Löchern 403 in dem leitenden Teil aufgenommen, um daran befestigt zu werden. Hierdurch ist den Rezeptor einfach und abnehmbar an dem Rotorflügel angebracht.
6A zeigt das elektrisch leitende Teil 400, das in dem Flügelkörperhohlraum angebracht und durch Befestigungsmittel 620 mit dem Erdleiter 300 verbunden ist. Die Verlängerung 450 ragt noch aus dem Flügelkörper hervor, wenn die Saugseitenschale 220 über der Druckseitenschale 230 angeordnet ist, um dadurch den Rotorflügel zu bilden. Nach diesem Schritt sind der Erdleiter 300 und der Körper des elektrisch leitenden Teils 440 in dem Rotorflügel eingebettet.
Nach der Herstellung der Druckseitenschale 230 des Flügelkörpers wird daran das elektrisch leitende Teil gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht. Typischerweise erfolgt die Befestigung, indem das elektrisch leitende Teil mittels bekannter Klebstoffe oder dergleichen an den Rotorflügel geklebt wird. In vielfältigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird das elektrisch leitende Teil etwa in der Mitte des Flügelkörpers längs seiner Breite W' befestigt, wohingegen es längs der Längsachse des Rotorflügels gewöhnlich an der äußersten Spitze des Flügelkörpers befestigt wird. Das elektrisch leitende Teil könnte auch an der Saugseitenschale befestigt werden. Anschließend wird ein Erdleiter 300 an dem elektrisch leitenden Teil angebracht. Dies kann mittels Schrauben, Bolzen, Stiften oder dergleichen durchgeführt werden. Der Erdleiter kann eine beliebige Gestalt aufweisen, solange er in der Lage ist, die von einem Blitzschlag stammende elektrostatische Ladung nach unten zu der Nabe zu leiten. Auf der anderen Seite des elektrisch leitenden Teils, d. h. bei der Verlängerung, wird das elektrisch leitende Teil 400 an den Rezeptor 500 angeschlossen. Die Verlängerung wird in den Hohlraum 510 eingeführt und daran beispielsweise mittels Schrauben oder dergleichen befestigt. Diese werden an den Löchern 520 und 430 in der Verlängerung des elektrisch leitenden Teils befestigt. Es ist typisch für die vorliegenden Erfindung, dass der Rezeptor lediglich von einer Seite des Rezeptors her an der Verlängerung befestigt ist. Dies ist in 6A und 6B gezeigt, wo die Schrauben von der durch die Zeichnung des Rezeptors in 6A und 6B verdeckten Unterseite des Rezeptors her an der Verlängerung befestigt sind. Typischerweise ist der Rezeptor an der Verlängerung so angebracht, dass zwischen den Wänden des Hohlraums 510 und der Verlängerung 450 noch Raum besteht. Dieser Raum bildet einen Dränagekanal 600, der für den Rotorflügel eine Öffnung für Kondenswasser bereitstellt. Der Dränagekanal erstreckt sich durch den gesamten Rezeptor zu der Seite 700 der Spitze. Folglich weist der Rezeptor 500 in typischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung an seiner Spitzenseite 700 eine Bohrung 710 auf, die den Dränagekanal, wie in 7 gezeigt, bildet.
6B zeigt den an dem elektrisch leitenden Teil angebrachten Rezeptor 500. In dieser Ansicht ist die Verlängerung des elektrisch leitenden Teils nicht sichtbar, da sie sich innerhalb des Rezeptors befindet. Der Rezeptor ist an der Verlängerung des elektrisch leitenden Teils mittels der Schrauben 720 befestigt, die in die Bohrungen 520 eingeführt und daran befestigt sind. In der in 6B gezeigten Perspektive sind die Schrauben von der Unterseite her in den Rezeptor und die Verlängerung des elektrisch leitenden Teils eingeführt. Daher sind sie in 6B nicht sichtbar. Typischerweise reichen ein oder zwei Befestigungsmittel wie Schrauben aus, um den Rezeptor an dem Rotorflügel zu fixieren. Der Rezeptor zieht den Blitz von sämtlichen Seiten rund um die Flügelspitze an. Im Gegensatz zu dem Stand der Technik ist keine zusätzliche Verbindung erforderlich, um einen Kontakt des an der Saugseitenschale befestigten Saugseitenrezeptors mit dem an der Druckseitenschale befestigten Druckseitenrezeptor herzustellen. Während der Erzeugung des Rotorflügels ist es nicht erforderlich vor dem Schließen und Zusammenkleben derselben zwischen die beiden Schalen einzudringen. Darüber hinaus lässt sich der Rezeptor, nachdem er von einem Blitzschlag getroffen und möglicherweise beschädigt ist, ohne weiteres austauschen.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem der Rezeptor an dem Flügelkörper 240 be festigt ist. Um den Rezeptor anzubringen, wird der Rezeptor 500 über der Verlängerung des elektrisch leitenden Teils positioniert, bis er die Flügelspitze berührt. In dieser Position werden Schrauben oder dgl. in die Bohrungen 520 eingeführt und an dem elektrisch leitenden Teil befestigt. Die Bohrungen 520 können einen oberen Abschnitt aufweisen, der mit einem breiteren Lochdurchmesser bemessen ist, um die Schraubenköpfe aufzunehmen. Hierdurch ragen die Schraubenköpfe nicht aus dem Rezeptor hervor, was unerwünschten Lärm hervorrufen könnte. Weiter zeigt 7 den Dränagekanal 600, der an der Spitzenseite 700 des Rezeptors eine Öffnung 710 bereitstellt. In dem Rotorflügel vorhandenes Kondenswasser kann den Rotorflügel über den Dränagekanal 600 verlassen.
8 zeigt eine schematische Ansicht Saugseitenschale eines Rotorflügels 140 mit dem daran angebrachten elektrisch leitenden Teil 400 und dem Erdleiter 300. Weiter ist der Rezeptor 500 bereits an dem elektrisch leitenden Teil 400 befestigt. Der Erdleiter verläuft durch den Flügelkörper zu dem Flügelfuß. Er kann an oder nahe bei einer Stabilitätsseinheit, beispielsweise einer Rippe 800 angeordnet sein. Diese Rippe verringert die Torsinn des Rotorflügels. Der Erdleiter kann weitere Kontakte mit entlang des Rotorflügels angeordneten Blitzrezeptoren aufweisen.
Das elektrisch leitende Teil der vorliegenden Erfindung ist so eingerichtet, dass es aus dem Flügelkörper heraus ragt. Der aus dem Rotorflügel heraus ragende Abschnitt ist als die "Verlängerung" des elektrisch leitenden Teils bezeichnet. Nachdem der Rezeptor angebracht ist, ist die Verlängerung durch den Rezeptor eingekapselt. Die Bedeutung des Ausdrucks "die Verlängerung ragt aus dem Flügelkörper heraus" ist daher in dem Sinne zu verstehen, dass die Verlängerung die Aufnahme des Rezeptors zulässt. Dies schließt selbstverständlich die Möglichkeit ein, dass die Verlängerung aus dem Flügelkörper heraus in einen Hohlraum ragt, der noch von den Rotorflügelschalen umgeben ist. Dies wird in Zusammenhang mit den in 9A und 9B gezeigten Ausführungsbeispielen erläutert. In dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach 9A beginnt die Verlängerung in einer Ebene 900, die das Ende des Flügelkörpers definiert und zwischen den Enden 910 der Saugseitenschale und der Druckseitenschale ausgebildet ist. Im Gegensatz dazu ragt die Verlängerung 450 in dem in 9B dargestellten Ausführungsbeispiel aus dem Flügelkörper bei einer Tiefe D vor die Ebene 900 heraus. D. h., abhängig von dem Ausführungsbeispiel des verwendeten Rezeptors wird der an der Verlängerung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels nach 9B befestigte Rezeptor zum Teil von den Rotorflügelschalen umgeben sein.
Aufgrund der Form und des Befestigungsverfahrens des Rezeptors kann dieser ohne weiteres an der Verlängerung des elektrisch leitenden Teils befestigt werden. Da sowohl der Rezeptor als auch das elektrisch leitende Teil aus leitendem Material hergestellt sind, besteht kein Bedarf für das Anbringen zusätzlicher Erdleitungseinrichtungen. Dies wiederum erlaubt die problemlose Befestigung eines Rezeptors an dem Rotorflügel. Darüber hinaus wird der Rezeptor, da er typischerweise auf massivem Metall basiert, nicht nach jedem Blitzschlag zerstört. Viele aus dem Stand der Technik bekannte Rezeptoren sind nach einem Blitzschlag zerstört oder wenigstens erheblich verformt, was zu unerwünschter Lärmentwicklung führt. Diese sind daher häufig auszutauschen. Im Allgemeinen kann der Rezeptor der vorliegenden Erfindung viele Blitzschläge verkraften, bevor er ausgetauscht werden muss. Das Entfernen des zerstörten Rezeptors und das Anbrin gen eines neuen Rezeptors an der Verlängerung lässt sich ohne ein mühsames Anschließen des Rezeptors an Erdleitungseinrichtungen bequem durchführen. Typischerweise wiegt der Rezeptor der vorliegenden Erfindung zwischen 0,1 kg und 0,5 kg, eher typisch zwischen 0,2 kg und 0,3 kg, so dass das Gesamtdrehmoment des Flügels durch den Rezeptor nicht wesentlich erhöht wird. In typischen Ausführungsbeispielen beträgt das Gewicht des elektrisch leitenden Teils zwischen 0,05 kg und 0,2 kg, gewöhnlich 0,09 kg. Dies erhöht das Gesamtdrehmoment des Rotorflügels ebenfalls nur unwesentlich.
Die vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung einschließlich des besten Modus zu offenbaren, und um außerdem jeden Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu nutzen. Während die Erfindung anhand vielfältiger spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass es möglich ist, die Erfindung mit Abwandlungen zu verwirklichen, ohne von dem Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen. Insbesondere können gegenseitig sich nicht ausschließende Ausstattungsmerkmale der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann sonstige dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche sonstige Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche enthalten.

100: Windkraftanlage
110: Turmgerüst
120: Gondel
130: Nabe
140: Rotorflügel
200: Rotorflügelfuß
210: Flügelspitze
220: Saugseitenschale
230: Druckseitenschale
240: Flügelkörper
300: Erdleiter
310: Flügelkörperhohlraum
400: elektrisch leitendes Teil
410; 420; 430: Bohrungen in dem leitenden Teil
440: Körper des elektrisch leitenden Teils
450: Verlängerung des elektrisch leitenden Teils
500: Rezeptor
510: Hohlraum zum Aufnehmen der Verlängerung des elektrisch leitenden Teils
520: Löcher in dem Rezeptor
530: dem Flügelkörper zugewandte Seite des Rezeptors
600: Dränagekanal
620: Befestigungsmittel
700: der Spitze zugewandte Seite des Rezeptors
710: Bohrung zum Bilden eines Dränagekanals
800: Rotorflügelrippe
900: Rotorflügelspitzenebene
910: Enden der Rotorflügelschalen

Claims

Rotorflügel (140) für die Verwendung in einer Windkraftanlage (100), wobei der Rotorflügel aufweist: einen Flügelkörper (240) mit einer Flügelspitze (210); einen Flügelkörperhohlraum (310); und eine Blitzschutzeinheit, wobei zu der Blitzschutzeinheit gehören: ein elektrisch leitendes Teil (400), das mit einem Erdleiter (300) verbunden und in dem Flügelkörperhohlraum nahe bei oder an der Flügelspitze (210) positioniert ist, wobei das elektrisch leitende Teil eine Verlängerung (450) aufweist, die aus dem Flügelkörper heraus ragt und dazu eingerichtet ist, einen Rezeptor aufzunehmen.
Rotorflügel nach Anspruch 1, zu der ferner ein Rezeptor (500) gehört, der an der Verlängerung (450) des elektrisch leitenden Teils (400) abnehmbar befestigt ist.
Rotorflügel nach Anspruch 2, wobei der Rotorflügel in dem Rezeptor einen Dränagekanal (600, 710) aufweist, der in unmittelbarer Nähe der Verlängerung des elektrisch leitenden Teils angeordnet ist.
Rotorflügel nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Rezeptor einen Hohlraum (510) aufweist, um die Verlängerung des elektrisch leitenden Teils aufzunehmen.
Rotorflügel nach einem beliebigen der Ansprüche 2–4, wobei der Rezeptor eine Bohrung (710) aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Dränagekanal (600) zu bilden.
Rotorflügel nach Anspruch 1, wobei das leitende Teil ein oder mehrere Bohrungen (410; 420; 430) aufweist.
Windkraftanlage (100) mit mindestens einer, vorzugsweise drei Rotorflügel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Zusammenbau eines Rotorflügels für die Verwendung in einer Windkraftanlage, mit den Schritten: Herstellen einer Druckseitenschale und einer Saugseitenschale des Rotorflügels; Anbringen eines elektrisch leitenden Teils an einer Innenseite der Druckseitenschale oder der Saugseitenschale, wobei das elektrisch leitende Teil einen Körper und eine Verlängerung aufweist; und Ausbilden des Rotorflügels, durch Vereinigung der Druckseitenschale und der Saugseitenschale in der Weise, dass sich der Körper des elektrisch leitenden Teils in dem Rotorflügel befindet, und die Verlängerung des elektrisch leitenden Teils aus dem Rotorflügel heraus ragt.
Verfahren zum Zusammenbau eines Rotorflügels nach Anspruch 8, wobei das Anbringen des elektrisch leitenden Teils durchgeführt wird, indem es an die Innenseite der Druckseitenschale oder der Saugseitenschale geklebt wird.
Verfahren zum Zusammenbau eines Rotorflügels nach Anspruch 8 oder 9, ferner mit dem Schritt der Befestigung eines Rezeptors an der Verlängerung des elektrisch leitenden Teils.