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WO2003082551A1 - Blattanschluss für die rotorblätter einer windenergieanlage und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Blattanschluss für die rotorblätter einer windenergieanlage und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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WO2003082551A1
WO2003082551A1 PCT/DE2003/001023 DE0301023W WO03082551A1 WO 2003082551 A1 WO2003082551 A1 WO 2003082551A1 DE 0301023 W DE0301023 W DE 0301023W WO 03082551 A1 WO03082551 A1 WO 03082551A1
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rotor blade
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PCT/DE2003/001023
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Inventor
Richard Schmidt
Christian Weimer
Hubert Stadtfeld
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Aerodyn Engineering GmbH
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Aerodyn Engineering GmbH
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    • F03D1/0658—Arrangements for fixing wind-engaging parts to a hub
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a blade connection for the rotor blades of a wind turbine, in which the rotor blades or the hub are provided with at least one insert made of a solid material which is inserted into the root of the rotor blade or blades made of a fiber composite material and made of a plurality of laminate layers placed on top of one another or the hub is inserted and which is connected to the hub or the rotor blade of the wind turbine via bolts screwed into threaded bores in the inserts.
  • the energy generated by a wind turbine is based on the conversion of the translational air movement energy into rotary energy, which takes place via rotor blades.
  • the rotor blades of the wind turbine are connected to a rotor hub at their root end, either directly or via a blade bearing arranged between the rotor blade and the rotor hub.
  • the rotor hub and rotor blades together form the rotor.
  • the invention has for its object to provide a blade connection that allows transmission of high tensile and compressive forces.
  • this object is achieved in that the at least one insert is conical in cross section, the peripheral surface of the at least one insert with a A plurality of elevations and / or recesses is provided, the laminate layers extending parallel to the insert are formed in the region of the insert with a profile complementary to the profile of the at least one insert and the laminate layers are sewn together in the region of the insert perpendicular to their extension.
  • the insert can be designed in the form of a ring, but it is also possible to provide two half-ring-shaped inserts or a plurality of ring-segment-shaped inserts designed as ring-part-shaped with radial side walls
  • the method according to the invention for producing the blade connection of a wind power installation is characterized by sewing the still impregnated, superimposed fiber fabrics in the area of the at least one insert perpendicular to their extension, inserting the at least one insert into the space left free by the sewn fiber fabrics and Infuse or inject a resin into the scrim to form the laminate layers.
  • FIG 1 shows an insert in cross section, this on one side showing the structure of the sewn laminate layers (not shown on the other side),
  • Fig. 2 shows a first detailed view from Fig. 1 and
  • FIG. 3 shows a second detailed illustration from FIG. 1.
  • the basic structure of the insert 1, which is preferably metallic, is conical. Its peripheral surface is provided with a plurality of elevations and recesses 2.
  • the insert 1 is embedded in a laminate structure 3 provided from a fiber plastic composite.
  • This laminate structure is provided with different seams in the area of the insert 1, namely with an assembly and positioning seam 4, which allows improved force guidance in the laminate structure 3.
  • An ILS seam increases the interlaminar shear strength of the laminate layers.
  • a final assembly seam 6 serves to protect against Delaminations of the fiber plastic composite in the area of the internal thread 7, which is introduced in the center of the insert 1.
  • An additionally introduced fiber reinforcement material 8 forms the positive connection with the elevations and recesses 2 in the laminate structure.
  • the insert 1 can be designed as a full ring with an inwardly tapering cross-section, but it is also possible to make it semi-ring-shaped or to provide a plurality of ring segment-shaped inserts.
  • a third possibility is to provide a large number of individual inserts which are inserted into the preformed profile of the preform of the rotor blade or the hub and then produce the positive connection by injecting or infusing the resin.
  • the conical design of the inserts makes it easier to insert them into the non-impregnated but already sewn fiber fabrics, and on the other hand it prevents force jumps between the insert and the laminate.

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Abstract

Blattanschluss zwischen den Rotorblätter und der Nabe einer Windenergieanlage, bei der die Rotorblätter und/oder die Nabe mit wenigstens einem Insert aus einem festen Material verse­hen sind, das in die Wurzel des Rotorblatts bzw.in die Flansche der Nabe des aus mehreren miteinander verbundenen Laminatschichten bestehenden Rotorblatts eingesetzt ist und das mit der Nabe bzw. dem Rotorblatt der Windenergieanlage über in Gewindebohrungen in den Inserts eingeschraubte Bolzen verbunden ist, bei dem das wenigstens eine Insert im Quer­schnitt konisch ausgebildet ist, die Umfangsfläche des wenigstens einen Inserts mit einer Mehrzahl von Erhöhungen und/oder Aussparungen versehen ist, die sich parallel zu dem In­sert erstreckenden Laminatschichten im Bereich des Inserts mit einem zu dem Profil des we­nigstens einen Inserts komplementären Profil ausgebildet sind und die Fasergelege im Bereich des Inserts senkrecht zu ihrer Erstreckung miteinander vernäht sind, sowie Verfahren zu des­sen Herstellung.

Description

Blattanschluss für die Rotorblätter einer Windenergieanlage und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Blattanschluss für die Rotorblätter einer Windenergieanlage, bei der die Rotorblätter bzw. die Nabe mit wenigstens einem Insert aus einem festen Material versehen sind, das in die Wurzel des bzw. der aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigten, aus mehreren aufeinander gelegten Laminatschichten gefertigten Rotorblatts bzw. der Nabe eingesetzt ist und das mit der Nabe bzw. dem Rotorblatt der Windenergieanlage über in Gewindebohrungen in den Inserts eingeschraubte Bolzen verbunden ist.
Die Energieerzeugung durch eine Windenergieanlage beruht auf der Wandlung der translatorischen Luftbewegungsenergie in rotatorische Energie, die über Rotorblätter erfolgt. Die Rotorblätter der Windenergieanlage sind an ihrem Wurzelende mit einer Rotornabe verbunden, und zwar wahlweise direkt oder über ein zwischen Rotorblatt und Rotornabe angeordnetes Blattlager. Rotornabe und Rotorblätter bilden gemeinsam den Rotor.
Bei dieser Wandlung der translatorischen Luftbewegungsenergie in Rotationsenergie entstehen an der Verbindung zwischen dem Rotorblatt und der Rotornabe, dem sogenannten Blattanschluss, große statische und dynamische Biegemomente, die damit verbundenen Zug- und Druckkräfte müssen von dem Blattanschluss übertragen werden.
Es ist bereits bekannt, in den Laminataufbau der Blattwurzel Inserts einzukleben, die aus einem Metall oder aber einem anderen festen Material gefertigt sind. Dabei stellt sich das Problem, dass bei derart eingeklebten Inserts die Kräfte nur über die Nerklebungsfläche übertragen werden, die Oberfläche der Inserts muss daher groß dimensioniert sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Blattanschluss zu schaffen, die eine Übertragung auch hoher Zug- und Druckkräfte erlaubt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Insert im Querschnitt konisch ausgebildet ist, die Umfangsflache des wenigstens einen Inserts mit einer Mehrzahl von Erhöhungen und/oder Aussparungen versehen ist, die sich parallel zu dem Insert erstreckenden Laminatschichten im Bereich des Inserts mit einem zu dem Profil des wenigstens einen Inserts komplementären Profil ausgebildet sind und die Laminatschichten im Bereich des Inserts senkrecht zu ihrer Erstreckung miteinander vernäht sind.
Das Insert kann voUringformig ausgebildet sein, es können aber auch zwei halbringfbrmig ausgebildete Inserts oder aber eine Vielzahl von ringsegmentförmigen, als ringteilförmig mit radialen Seitenwänden ausgebildeten Inserts vorgesehen sein
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des Blattanschlusses einer Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche ist gekennzeichnet durch Vernähen der noch ungetränkten, aufeinander liegenden Fasergelege im Bereich des wenigstens einen Inserts senkrecht zu ihrer Erstreckung, Einsetzen des wenigstens einen Inserts in den durch die vernähten Fasergelege freigelassen Raum und Infundieren oder Injizieren eines Harzes in die Fasergelege unter Bildung der Laminatschichten.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Insert im Querschnitt, wobei dieses auf der einen Seite den (auf der anderen Seite nicht dargestellten) Aufbau der vernähten Laminatschichten wiedergibt,
Fig. 2 eine erste Detaildarstellung aus Fig. 1 und
Fig. 3 eine zweite Detaildarstellung aus Fig. 1.
Das - vorzugsweise metallische - Insert 1 ist in seiner Grundstruktur konisch. Seine Umfangsflache ist mit einer Mehrzahl von Erhöhungen und Aussparungen 2 versehen. Das Insert 1 ist in einen aus einem Faserkunststoffverbund versehenen Laminataufbau 3 eingebettet. Dieser Laminataufbau ist im Bereich des Inserts 1 mit unterschiedlichen Nähten versehen, nämlich mit einer Montage- und Positionierungsnaht 4, die eine verbesserte Kraftanleitung in den Laminataufbau 3 erlaubt. Eine ILS-Naht erhöht die interlaminare Scherfestigkeit der Laminatschichten. Eine Endmontagenaht 6 dient zum Schutz vor Delaminationen des Faserkunststoffverbundes im Bereich des Innengewindes 7, das mittig in das Insert 1 eingebracht ist.
Ein zusätzlich eingebrachtes Faserverstärkungsmaterial 8 bildet den Formschluß mit den Erhöhungen und Aussparungen 2 in dem Laminataufbau.
Das Insert 1 kann als Vollring mit sich nach innen verjüngendem Querschnitt ausgebildet sein, es ist jedoch auch möglich, diesen halbringförmig auszubilden oder aber eine Vielzahl von ringsegmentförmigen Inserts vorzusehen.
Es ist möglich - ohne dass die Erfindung darauf beschränkt wäre - einen noch ungetränkten Vorformling zunächst unter geeignetem Vernähen der Fasergelege zu fertigen, das Insert einzusetzen und sodann das Harz zu infundieren oder zu injizieren, wodurch der Formschluß zwischen den Laminatschichten und dem Profil des Inserts hergestellt wird.
Es ist jedoch auch möglich, in - an sich bekannter Weise - die Hälften des Rotorblattes in einer Halbschale herzustellen, die Laminatschichten der Blattwurzel mit einer im Bereich des Inserts diesem komplementär entsprechenden Profil auszugestalten, dashalbringförmige Insert sodann einzusetzen und anschließend die beiden Hälften des Rotorblatts aufeinander zu legen.
Eine dritte Möglichkeit besteht darin, eine Vielzahl von einzelnen Inserts vorzusehen, die in das vorgeformte Profil des Vorformlings des Rotorblatts bzw. der Nabe eingesetzt werden und den Formschluß sodann durch Injizieren oder Infundieren des Harzes herzustellen.
Die konische Ausbildung der Inserts erleichtert zum einen das Einbringen in die noch ungetränkten, aber bereits miteinander vernähten Fasergelege, es bewirkt zum anderen, dass Kraftsprünge zwischen dem Insert und dem Laminat vermieden werden.

Claims

Ansprüche
1. Blattanschluss zwischen den Rotorblättern und der Nabe einer Windenergieanlage, bei der die Rotorblätter und/oder die Nabe mit wenigstens einem Insert aus einem festen Material versehen sind, das in die Wurzel des Rotorblatts bzw. in die Flansche der Nabe des bzw. der aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigten, aus mehreren aufeinander gelegten Laminatschichten bestehenden Rotorblatts bzw. Nabe eingesetzt ist und das mit der Nabe bzw. dem Rotorblatt der Windenergieanlage über in Gewindebohrungen in den Inserts eingeschraubte Bolzen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- das wenigstens eine Insert im Querschnitt konisch ausgebildet ist,
die Umfangsflache des wenigstens einen Inserts mit einer Mehrzahl von Erhöhungen und/oder Aussparungen versehen ist,
die sich parallel zu dem Insert erstreckenden Laminatschichten im Bereich des Inserts mit einem zu dem Profil des wenigstens einen Inserts komplementären Profil ausgebildet sind und
die Laminatschichten im Bereich des Inserts senkrecht zu ihrer Erstreckung miteinander vernäht sind.
2. Blattanschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein vollringförmig ausgebildetes Insert vorgesehen ist.
3. Blattanschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei halbringformig ausgebildete Inserts vorgesehen sind.
4. Blattanschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von ring- segmentförmigen Inserts vorgesehen sind.
5. Verfahren zum Herstellen des Blattanschlusses einer Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Vernähen der noch ungetränkten, aufeinander liegenden Fasergelege im Bereich des wenigstens einen Inserts senkrecht zu ihrer Erstreckung,
Einsetzen des wenigstens einen Inserts in den durch die vernähten Fasergelege freigelassen Raum und
Infundieren oder Injizieren eines Harzes in die Fasergelege unter Bildung der Laminatschichten.
6. Verfahren zum Herstellen eines Blattanschlusses nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
Einlegen des halbringförmigen Inserts in die eine in einer Halbschale geformte Hälfte des Rotorblatts und
Auflegen der zweiten in einer zweiten Halb schale geformten Hälfte des Rotorblatts auf die erste Hälfte unter Einschluss des Inserts.
7. Verfahren zum Herstellen des Blattanschlusses einer Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Vernähen der vorimprägnierten, aufeinander liegenden Fasergelege (Pre-Pregs) im Bereich des wenigstens einen Inserts senkrecht zu ihrer Erstreckung,
Einsetzen des wenigstens einen Inserts in den durch die vernähten Pre-Pregs freigelassen Raum und
Aktivieren der Pre-Pregs unter Bildung der Laminatschichten.
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