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Die Erfindung betrifft ein neuartiges laminiertes Rotorblatt für Windenergieanlagen mit einem Befestigungssystem für Rotorblätter an der Rotornabe mittels eingearbeiteten Inserts im Rotorblattfuß oder in Rotorblattteilen.
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Zum derzeitigen Stand der Technik zählen Windenergieanlagen zur Energieerzeugung mit vorrangig horizontaler Drehachse bei der an einer Nabe in der Regel 3 Rotorblätter befestigt sind. Die Weiterentwicklung von Windenergieanlagen ist durch eine ständige Effizienzsteigerung, insbesondere durch eine erhebliche Vergrößerung der erzeugten elektrischen Leistung gekennzeichnet. Die mögliche Leistung einer Windenergieanlage ist hierbei direkt von Durchmesser des Rotors und somit direkt von der Größe der an der Nabe befestigten Rotorblätter abhängig. Da zunehmend Windkraftanlagen auch in Offshore Windparks auf hoher See aufgestellt werden und diese Rotorblätter durchaus vermehrt orkanartigen Stürmen ausgesetzt sein können, sind sowohl die Rotorblätter als auch die Verbindung zwischen Rotorblatt und Nabe erhöhten wechselnden Belastungen ausgesetzt. Bei den, im Laufe der ständigen Weiterentwicklung immer größer werdenden Rotorblättern, welche in der Regel aus faserverstärkten Kunststoff gefertigt sind, treten an der Befestigungsstelle des Rotorblattes mit der zur Nabe sehr große Kräfte auf. Diese Kräfte sind im wesentlichen auf die auftretenden Biegemomente infolge des aerodynamisch erzeugten Auftriebs, auf den Staudruck des anliegenden Windes und auf das Eigengewicht der Rotorblätter zurückzuführen. Die als Rotorblattanschluss bezeichnete Befestigungsstelle von Rotorblatt und Nabe hat nun die Aufgabe diese ständig wechselnden Scher-, Biege- und Torsionsbelastungen sicher und langdauernd aufzunehmen. Der Dauerfestigkeit an dieser Stelle kommt daher eine herausragende Bedeutung zu. Auf der einen Seite besteht hier die Forderung immer leichter zu bauen und auf der anderen Seite die Bruchfestigkeit weiter zu erhöhen. So darf es keinesfalls passieren, das Rotorblätter brechen und diese oder Teile davon, vor allem bei Aufstellungsorten in der Nähe von Besiedelungen, durch Stürme durch die Luft transportiert werden können.
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Zur Ausbildung des Rotorblattanschlusses sind aus dem Stand der Technik eine Reihe verschiedener Lösungsansätze bekannt. Allen gebräuchlichen Lösungen ist gemeinsam, dass im zumeist kreisrunden oder gegebenenfalls auch elliptischen, flanschartigen Ende des Rotorblatts in axialer Richtung kreisringartig mit einer Serie von mehr oder minder groß dimensionierten Gewindebolzen im Rotorblatt angeordnet und verankert werden. Durch diese Gewindebolzen kann dann das Rotorblatt mit der Nabe bzw. mit dem Blattlager mechanisch fest verbunden werden. Die bisherigen technischen Lösungen unterscheiden sich hierbei im wesentlichen in der Art und Weise der Befestigung der einzelnen Gewindebolzen im Rotorblatt.
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So besteht, wie beispielsweise in
WO 01/42647 A3 beschrieben, eine weit verbreitete technische Lösung in der kreisringartig angeordneten Verschraubung der Gewindebolzen in Querbolzen, welche in radialen Bohrungen rechtwinklig zur Achse des Rotorblatts eingebracht sind. Diese technisch zunächst einfach erscheinende Lösung hat aber den Nachteil, dass zur Aufnahme der Querbolzen im Fußbereich des Rotorblattes materialmäßig sehr dicke Laminate notwendig sind, wodurch das Gewicht des Rotorblattes und auch die Material- und Herstellungskosten steigen. Ebenfalls von Nachteil ist, dass der sogenannte Fußbereich des Rotorblattes durch die radialen Bohrungen geschwächt wird und zudem der Faserverbund erheblich unterbrochen wird, wodurch die Belastungsfähigkeit des Rotorblattanschlusses insgesamt wieder abnimmt. Um die Belastungsfähigkeit derartiger Rotorblattanschlüsse trotzdem weiter erhöhen zu können werden die Verschraubungen mit den Querbolzen auch teilweise in 2 Reihen ausgeführt. Ein solches Beispiel ist in
DE 197 33 72 A1 ausgeführt. Diese Bauweise erhöht aber nochmals die erforderliche Materialstärke im Rotorblattfuß und damit verbunden das Gewicht und die Material- und Herstellungskosten.
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Eine weitere verbreitete Möglichkeit in der Ausgestaltung von Rotorblattanschlüssen besteht in der Verwendung von metallischen kreisringartig angeordneten Inserts, welche in das Laminat des Rotorblattes selbst eingebettet sind. In die, in axialer Richtung zum Rotorblatt ausgerichteten Inserts werden die Gewindebolzen zur späteren Montage mit der Nabe geschraubt. Die Einbettung der Inserts in das Laminat des Rotorblattes erfolgt, je nach Lösung durch Einkleben oder Einlaminieren. Eine solche Lösung wird in
DE 60 2004 008 070 T2 vorgestellt. Hierbei werden eine Vielzahl von metallischen Inserts mit zylindrischer Grundform, welche zur Verminderung von Spannungskonzentrationen verjüngt ausgeführt sind, direkt mit dem Laminat des Rotorblattes verbunden. Die Lastübertragung erfolgt hierbei ausschließlich über die jeweils verklebte Fläche zwischen den einzelnen Inserts und dem Laminat des Rotorblattes.
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Dies ist von erheblichem Nachteil da kein direkter Formschluss zwischen metallischem Insert und faserverstärkten Kunststoff besteht. Hierdurch ist es möglich, dass die Verklebung infolge ständig wechselnder dynamischer Belastung oder Alterung plötzlich versagt. Es wird in dieser technischen Lösung zwar auf eine mögliche Gestaltung der Außenfläche des Inserts mit Widerhaken oder zusätzlichen radialen Flaschen hingewiesen, jedoch wird eine glatte Außenfläche eindeutig bevorzugt. Dies hat den Grund, dass sich das Laminat des Rotorblattes nur schwer an Formschlusselemente des Inserts anschmiegt und mit herkömmlichen Methoden es kaum möglich ist eine Vielzahl von geeigneten Formschlusselementen effizient und kostengünstig herzustellen.
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Eine weitere ähnliche Lösung wird in
DE 10 2008 021 498 A1 beschrieben. In diesem Fall besitzen die metallischen Inserts einen rechteckigen Grundquerschnitt und sind ebenfalls sich verjüngend ausgeführt. Die Kraftübertragung erfolgt, wie in der vorher beschriebenen Lösung lediglich über die verklebte Fläche zwischen Insert und faserverstärkten Kunststoff. Möglichkeiten zur Erzeugung eines zusätzlichen Formschlusses sind in dieser Erfindung nicht vorgesehen.
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Im
US-Patent Nr. 4,420,354 werden eine Reihe von vorgefertigten Harzmuffen, in welche ein metallischer Bolzen eingebettet sind, in jeweils relativ große axialen Bohrungen im Inneren der Rotorblattsegmente eingeklebt. Durch die Bohrung wird der Querschnitt des Rotorblattes wesentlich geschwächt, wodurch mehr Material eingesetzt werden muss und somit das Gewicht und die Kosten für das Rotorblatt wiederum steigen. Auch hier kann durchaus ein plötzliches und katastrophales Versagen der Klebverbindung auftreten.
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Im
US-Patent 4,915,590 werden kreisringartig eine Serie von Stangen aus faserverstärkten Kunststoff in metallische Endstücke eingeklebt. Die metallischen Endstücke dienen zur Aufnahme von Gewindebolzen. Die Stangen werden an Ihren Enden durch Einlaminieren mit dem faserverstärkten Kunststoff des Rotorblattes verbunden. Die übertragbaren Kräfte sind bei diesem Aufbau relativ klein, da die verklebte Fläche zwischen Stange und metallischen Endstücke relativ klein ist. Außerdem kann es auch mit dieser Variante zu einem plötzlichen und katastrophalen versagen der Vielzahl von einzelnen Klebverbindungen kommen.
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Eine weitere Möglichkeit der Rotorblattbefestigung besteht in der Verwendung eines ringförmigen Flansches oder Inserts, welcher ungefähr den Durchmesser des Rotorblattfußes besitzt und im Ganzen durch Laminieren oder Verkleben mit dem Rotorblattkörper verbunden wird. In dem metallischen Flansch befinden sich dann die axialen Bohrungen zur Aufnahme einer Reihe von Gewindebolzen. Diese Methode ist für die immer größer werdenden Rotorblätter nicht mehr praktikabel einsetzbar, da der metallische Flansch dann einen Durchmesser von mehreren Metern haben muss und dadurch sehr schwer und teuer wird. Ein Beispiel hierzu zeigt
DE 102 14 340 A1 . Das ringförmig ausgebildete Insert ist hierbei konisch ausgebildet und mit einem abgestuften äußeren Profil versehen. Dieses soll mit dem faserverstärkten Kunststoff, welcher durch gestufte und vernähte Laminatlagen ebenfalls ein Profil ausbilden eine formschlüssige Verbindung eingehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein neuartiges laminiertes Rotorblatt für Windenergieanlagen zu schaffen, dass eine konstruktiv einfachere Befestigung von Rotorblättern an der Nabe bzw. auch eine Teilung von Rotorblättern in zwei oder mehrere Rotorblattteile ermöglicht, wobei die Befestigung eines Rotorblattes an der Nabe einer Windenergieanlage mit weniger Materialeinsatz als bisher erfolgen kann, der Befestigung alle Sicherheitsvorschriften erfüllt eine höhere Lebensdauer der Verbindung als bisher gewährleistet, kürzere Montagezeiten ermöglicht und dass Rotorblatt bzw. die Rotorblattteile kostengünstiger herstellbar sind.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen beschrieben. Das neuartige laminierte Rotorblatt 14 für Windenergieanlagen mit einem Befestigungssystem für Rotorblätter ist an der Rotornabe, wie an sich bekannt, mittels im Rotorblattfuß 15 eingearbeiteten Inserts 2 befestigt. Erfindungsgemäß sind hier allerdings im Rotorblattfuß 15 und/oder am Ende von Rotorblattteilen 16 ein oder mehrere neuartige Blattanschlusselemente 1 zentral, oder kreisringförmig verteilt oder in Belastungszentren verteilt angeordnet und mit der Nabe über an sich bekannte Verbindungsarten, wie zum Beispiel mittels einer Verschraubung, fest verbunden.
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Das Blattanschlusselement 1 besteht aus einem Insert 2 in dessen Inneren eine übliche innere Befestigungsmöglichkeit 3 ausgebildet ist. Solch eine innere Befestigungsmöglichkeit 3 kann zum Beispiel aus einem Innengewinde 11 bestehen, so dass das Rotorblatt 14 mit der Nabe verschraubt befestigt werden kann. In der Regel ist allerdings nicht nur ein Insert 2 im Rotorblatt 14, sondern es sind eine Vielzahl von Inserts 2 verteilt angeordnet. Das oder die Inserts 2 können dabei wahlweise sowohl einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. An oder in jedem Insert 2 sind jeweils ein oder mehrere Pultrusionsprofile 7 angeordnet und befestigt. Auf der äußeren Umfangsfläche des Inserts 2 sind spezielle Erhebungen oder Noppen 8 ausgebildet. Das Insert 2 und das oder die Pultrusionsprofile 7 sind mit mindestens einem geflochtenen Faser- oder Gewebeschlauch 9 umhüllt. Der umhüllende Faser- oder Gewebeschlauch 9 bildet mit den Erhebungen oder Noppen 8 des Inserts 2 eine feste Verankerung, die um so fester wird, je mehr der Faser- oder Gewebeschlauch 9 gestreckt. Das bedeutet, dieser wird auf Zug belastet, so das sich sein Durchmesser verringert und der Schlauch sich an das Insert 2 anlegt und dabei in die eingebrachte Struktur der Erhebungen- oder Noppen 8 eingreift. Der mit dem Insert 2 fest verankerte, bevorzugt geflochtene oder gewebte Faser- oder Gewebeschlauch 9 kann sich in beliebiger Länge in Richtung der Längsachse des Rotorblattes 14 erstrecken und mit dem faserverstärkten Kunststoff des Rotorblattes 14 mittels Einlaminieren in dessen Faserverbund verbunden werden. Von Vorteil ist es, wenn der Faser oder Gewebeschlauch 9 aus unidirektionalen Faserlagen hergestellt ist. Der Faser- oder Gewebeschlauch 9 ist dabei länger als das Insert 2 ausgebildet, dass bedeutet, dieser erstreckt sich noch ein Stück länger über den Insertkopf 5 hinaus in das Rotorblatt 14 hinein. Dabei ist das bzw. sind die Blattanschlusselemente 1 in das Rotorblatt 14 jeweils einlaminiert angeordnet; so dass ein dauerhafter fester Verbund zwischen Blattanschlusselement 1 und dem Laminat des Rotorblatts 14 entsteht. Die auf das Rotorblatt 14 insgesamt wirkenden Kräfte können hierdurch über einen großen, d. h. viel längeren Bereich als bisher möglich in das Faserverbundmaterial des Rotorblatts 14 eingebracht und verteilt werden. Mittels der reißfesten Faser- oder Gewebeschläuche 9 erfolgt eine gleichmäßige Einbindung aller angeordneten Inserts 2 und die Belastungsspitzen in den kritischen Punkten des gesamten Rotorblattes verringern sich erheblich. Letztlich können die auftretenden Kräfte die im Rotorblatt wirken einfacher als bisher in die Rotornabe abgeführt werden. Zur weiteren Verbesserung der Kraftübertragung ist es mit dem erfindungsgemäßen Blattanschlusselement 1 erstmals auch optimal möglich, die Kräfte innerhalb des Rotorblattes 14 direkt aus den Bereichen großer Belastung in den Lastträger 17 d. h. jeweils in den Obergurt 18 bzw. in den Untergurt 19 des Rotorblattholmes zu führen und mit diesen fest zu verbinden und kräftemäßig einzukoppeln. Auf diese Weise, vor allem mittels der Faser- oder Gewebeschläuche 9 können die Kraftflüsse vom Rotorblatt 14 zu den bevorzugt als Schraubverbindungen ausgeführten Befestigungen mit der Nabe direkt gesteuert und optimiert werden, wodurch sich ein erhebliches Potential zur Material- und Gewichtseinsparung bzw. eine erhöhte Belastbarkeit und längere Lebensdauer des gesamten Rotorblattes 14 ergibt.
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Bevorzugt bestehen das bzw. die Inserts 2 des neuartigen Blattanschlusselements 1 aus einem Insertkörper 4 und einem Insertkopf 5. Im Insertkörper 4 oder im Insertkopf 5 ist eine innere Befestigungsmöglichkeit 3 ausgebildet. Am einfachsten lässt sich dies mittels eines Innengewindes 11 realisieren. Am oder im Insertkopf 5 ist ein Verbindungsbereich 6 ausgebildet, in den ein oder mehrere Pultrusionsprofile 7 eingelegt und oder befestigt sind. Das Insert 2 kann auch aus noch mehr Einzelteilen bestehen, ist aber vorzugsweise zweiteilig ausgeführt, wobei der Insertköper 4 bevorzugt eine zylindrische Grundform besitzt. Im Insertkörper 4 ist zentrisch eine Bohrung angeordnet, in der zum Beispiel ein Gewindebolzen zur Verschraubung mit der Rotornabe der Windenergieanlage eingesetzt wird. Das zweite Teil des Inserts 2 ist der Insertkopf 5 mit Innengewinde zur Befestigung des Gewindebolzens auf der Seite des Rotorblattes 14. Das Endstück ist hierbei in Richtung des Rotorblattes 14 verjüngt ausgeführt, so dass der geflochtene Faser- oder Gewebeschlauch 9 sich ebenfalls verjüngt und einen sanften Übergang zur Anbindung in das Laminat des Rotorblattes 14 bildet. Das Endstück des Insertkopfes 5 ist mit einem bevorzugt rechteckig ausgebildeten Flachprofil aus faserverstärkten Kunststoff, einem sogenannten Pultrusionsprofil 7 verbunden. Dieses Pultrusionsprofil 7 kann, je nachdem wie lang das gesamte Blattanschlusselement 1 werden soll, in beliebiger Länge ausgeführt werden. Das Pultrusionsprofil 7 dient hierbei zur Stabilisierung und Fixierung des geflochtenen Faser- oder Gewebeschlauches 9. Der geflochtene Faser- oder Gewebeschlauch 9 ist dadurch auch während des Einlaminierens in den eigentlichen Rotorblattkörper in seiner Lage definiert positioniert und gehalten und verringert damit die Zeitdauer der Herstellung des Rotorblattes 14 insgesamt.
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Am kostengünstigsten ist es, wenn das gesamte Insert 2 oder wenigstens der Insertkörper 4 bei geteilt ausgeführtem Insert 2 des Blattanschlusselements 1 aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist.
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Bevorzugt ist der Querschnitt des Inserts 2 des Blattanschlusselements 1 kreisringförmig und/oder elliptisch ringförmig ausgebildet, so dass der Faser- oder Gewebeschlauch 9 sich optimal auf die Umfangsfläche des Inserts 2 anlegen kann.
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Die erfindungsgemäße Ausführung des Blattanschlusselement 1 ermöglicht in neuartiger Art und Weise auch eine ständige Überwachung des Rotorblattes 14 gegen Blattrisse. Hierzu sind im Faser- oder Gewebeschlauch 9 ein oder mehrere Sensoren, wie Fasersensoren, Piezoelemente oder Dehnungsmessstreifen zur Lastmessung eingelegt. Dadurch können Blattschäden frühzeitig erkannt und Schäden vermieden bzw. rechtzeitig behoben werden.
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Wahlweise kann das Blattanschlusselement 1 auch so ausgeführt werden, dass der Faser- oder Gewebeschlauch 9 eines oder mehrere Inserts 2 sich entweder nur über ein Teilstück oder über die gesamte Länge des Rotorblattes 14 erstreckt und in diesem einlaminiert angeordnet sind. Der Faser- oder Gewebeschlauch 9 wirkt dabei jeweils als Zugelement welches die Kräfte über seine Länge gleichmäßig im Rotorblatt 14 verteilt und einleitet.
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Von Vorteil ist es, wenn beim erfindungsgemäßen Blattanschlusselement 1 sich der/die Faser- oder Gewebeschlauch/schläuche 9 eines oder aller angeordneten Inserts 2 sich über die gesamte Länge des Rotorblattes 14 oder des Rotorblattteiles 16 geradlinig, verdrillt oder sich überkreuzend erstrecken und im Rotorblatt 14 oder den Rotorblattteilen 16 einlaminiert angeordnet sind. Durch diese Ausbildung lässt sich die Biegesteifigkeit, die Torsionsbeständigkeit und die Festigkeit des Rotorblattes 14 oder des Rotorblattteiles 16 weiter erhöhen. Generell ist es auch möglich, dass der und/oder die Faser- oder Gewebeschläuche 9 in mehreren Lagen angeordnet sind. So können die einzelnen Lagen von Innen nach Außen immer kürzer ausgeführt werden, wodurch der Faser- oder Gewebeschlauchverbund sich nahezu über seine gesamte Länge verjüngt und somit eine gerichtete und gestufte Krafteinleitung innerhalb des Rotorblattlaminats gewährleistet werden kann. Zusätzlich können einzelne oder alle Lagen des/der Faser- oder Gewebeschläuche 9 in Umfangsrichtung mit elastischen und/oder tränkbaren Haltefäden versehen sein, wodurch sich die Lagen gut am metallischen Insert 2 und dem Pultrusionsprofil 7 anschmiegen und die Blattanschlusselemente 1 fixiert werden. Solche Haltefäden sind dann beispielsweise ringförmig ausgebildet und in gewissen frei wählbaren Abständen, den Faser- oder Gewebeschlauch 9 umschließend, über seine Länge teilweise oder ganz verteilt. Hierdurch wird die Handhabbarkeit der Blattanschlusselemente 1 bei der Montage im Rotorblatt 14 oder Rotorblattteil 16 bzw. vor der Tränkung und Aushärtung mit Harz verbessert.
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Es ist auch möglich, dass das Rotorblatt 14 geteilt ausgeführt ist und die Rotorblattteile 16 untereinander mittels in den Rotorblattteilen 16 sich gegenüberliegend angeordneten erfindungsgemäßen Blattanschlusselementen 1 verbunden ausgeführt sind. Dadurch ist es möglich sowohl den Transport an den jeweils in der Regel exponierten Einsatzort (zum Beispiel Hochseestandort) als auch die Montage mit erheblich weniger Aufwand und kleineren technischen Hilfsmitteln ausführen zu können, was diesen Kostenfaktor erheblich verringert.
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In einer bestimmten Variante des Blattanschlusselementes 1 erstrecken sich die Pultrusionsprofile 7 über die gesamte Länge des Rotorblatts 14 oder des Rotorblattteils 16 von Insertkopf 5 bis zum Rotorblattende bzw. von Insertkopf 5 bis Insertkopf 5. Dadurch lasst sich die Steifigkeit des Rotorblattes 14 oder des Rotorblattteiles 16 weiter erhöhen.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn beim Blattanschlusselement 1 die Form und Dimensionierung der Erhebungen oder Noppen 8 mit den Maschengrößen bzw. Maschenweiten des Faser- oder Gewebeschlauches 9 aufeinander abgestimmt ausgebildet sind.
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Die erfindungsgemäße Struktur der Erhebungen oder Noppen 8 auf der äußeren Umfangsfläche des Inserts 2 kann auf besonders effiziente und kostengünstige Weise durch das bekannte Verfahren des Wälzfräsens hergestellt werden. Das an sich bekannte Wälzfräsen zählt zu den kontinuierlich arbeitenden Spanungsverfahren und ist sehr flexibel und hochproduktiv. Nach dem Stand der Technik werden durch dieses Verfahren vorwiegend Außenverzahnungen an Zahnrädern hergestellt. Hierbei ist der Wälzfräser zylindrisch und gewindeartig ausgeführt. Während der Wälzbewegung drehen sich Wälzfräser und Werkstück. Die Schnittbewegung wird von einem umlaufenden Fräser ausgeführt. Fräser und Werkstück bewegen sich relativ zueinander, in Richtung der Werkstückachse, während gleichzeitig die Wälzbewegung ausgeführt wird. Je nach Ausführung des Fräsers und dessen Anstellwinkel können die Zähne bzw. die Nuten am Werkstück mit beliebigem Schrägungswinkel hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Struktur der Erhebungen oder Noppen 8 bei einem bevorzugt metallischen Insert 2 wird so hergestellt, dass die Verzahnung bzw. die Nuten in zwei gegenläufigen Schrägungswinkeln in die zylindrische Grundform des Inserts 2 eingefräst werden. Eine optimale Verankerung des Faserschlauchs mit der hergestellten Struktur wird erreicht, wenn gegenläufige Schrägungswinkel der Erhebungen und Noppen 8 von plus 45° und minus 45° bezogen auf die Achse des Inserts 2 eingesetzt werden. Jedoch können zur Anpassung von Faser- und Gewebeschlauch 9 und der Struktur der Erhebungen und Noppen 8 auch andere Schrägungswinkel hergestellt werden.
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Die Größe, Form und die Zwischenräume der Erhebungen oder Noppen 8 können durch die entsprechende Form des Wälzfräsers so hergestellt werden, dass sich die Faserbündel und deren Kreuzungspunkte des geflochtenen Faser- und Gewebeschlauches 9 optimal in die Oberflächenstruktur des Inserts 2 einpassen lassen, so dass eine hohe Zugfestigkeit bei Belastung ausgebildet werden kann. Die Form, Lage und Ausrichtung der Erhebungen oder Noppen 8 ist hierbei so ausgestaltet, dass der geflochtene Faser- oder Gewebeschlauch 9 sich in die Zwischenräume der Erhebungen und Noppen einschmiegt und somit einen formschlüssigen und festen Verbund bilden. Die geflochtene Anordnung der Fasern bewirkt, dass sich der Schlauch unter axialer Zugbeanspruchung in radialer Richtung zusammenzieht und somit die Verbindung zum Insert 2 noch fester wird.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen.
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1 zeigt: eine perspektivische Darstellung eines Blattanschlusselementes 1 mit teilweise angeschnitten dargestellten geflochtenen Faser- und Gewebeschlauch 9
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2 zeigt: eine perspektivische Darstellung der einzelnen Komponenten eines Inserts 2 mit angeschlossenen Pultrusionsprofil 7
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3 zeigt: eine Schnittdarstellung eines Inserts 2 mit Pultrusionsprofil 7 und Faser- und Gewebeschlauch 9
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4 zeigt: ein gesamtes Blattanschlusselement 1 mit lang ausgeführten Faser- und Gewebeschlauch 9
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5 zeigt: einen Rotorblattfuß 15 mit einer einreihigen Anordnung von Blattanschlusselementen 1
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6 zeigt: einen Rotorblattfuß 15 mit einer zweireihigen Anordnung von Blattanschlusselementen 1
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7 zeigt: einen Rotorblattfuß 15 mit einem damit verbundenen Lastträger 17
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8 zeigt: ein geteiltes Rotorblatt 14 bestehend aus zwei Rotorblattteilen 16 mit innen einlaminierten Blattanschlusselementen 1 und eine Detailansicht
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Blattanschlusselement 1 perspektivisch und mit einem teilweise 3 angeschnitten dargestellten geflochtenen Faser- oder Gewebeschlauch 9 dargestellt. Im Ausführungsbeispiel besteht das Verbindungselement 1 aus dem metallischen Insert 2. Das metallische Insert 2 besteht aus Insertkörper 4 und Insertkopf 5. Auf der äußeren Umfangsfläche des Insertkörpers 4 ist eine Struktur aus Erhebungen oder Noppen 8 eingebracht, welche durch Wälzfräsen mit zwei gegenläufigen Schrägungswinkeln von plus 45° und minus 45° hergestellt worden ist. Die Form, Größe und Ausrichtung der Erhebungen oder Noppen 8 ist hierbei so gewählt, dass sich die Faserbündel und Kreuzungspunkte des geflochtenen Faser- oder Gewebeschlauches 9 in das metallische Insert 2 einschmiegen und damit fest verankern. Der Insertkopf 5 ist mit dem metallischen Insert 2 verbunden und verjüngt sich in axialer Richtung des Blattanschlusselementes 1. Der geflochtene Faser- oder Gewebeschlauch 9 ist mit dem metallischen Insert 2 und seinen Erhebungen oder Noppen 8 verankert und schmiegt sich entlang des Endstückes 4 und weiter über das gesamte Blattanschlusselement 1 an. Der geflochtene Faser- oder Gewebeschlauch 9 ist hierbei besonders gut geeignet, da dieser in der Lage ist sich an die gewählte runde Zylindermantelartige Kontur perfekt anzupassen und sich in die Vertiefungen einlegt. Hierzu wird dieser einfach in axialer Richtung gestreckt, wodurch er sich in radialer Richtung zusammenzieht.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßes Blattanschlusselement 1 perspektivisch ohne den geflochtenen oder gewebten Faser- oder Gewebeschlauch 9 dargestellt. Auf dem Insertkörper 4 des metallischen Inserts 2 sind die neuartigen Erhebungen oder Noppen 8 in der Art von vierseitigen prismatischen Noppen eingebracht. Dabei ist der metallische Insertkopf 5 so ausgebildet, dass er sich konisch in axialer Richtung verjüngt. Neben der Verjüngung des Insertkopfes 5 ist zugleich eine Abflachung des Querschnittes angeordnet, so dass sich sein Endstück einer im Querschnitt rechteckigen, flachen Grundform annähert. Auf diese Weise ist ein sanfter Übergang von Endstück 4 zum rechteckigen, flachen Querschnitt des bevorzugt eingesetzten Pultrusionsprofils 7 ausgebildet. Der metallische Insertkopf 5 und das Pultrusionsprofil 7 sind miteinander über geeignete übliche Verbindungen miteinander verbunden. Hier ist zum Beispiel die Verbindung als Klebeverbindung ausgeführt.
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In 3 ist eine Schnittdarstellung durch ein rotationssymmetrisches Insert 2 mit Pultrusionsprofil 7 und Faser- oder Gewebeschlauch 9 gezeigt. Im Insertkörper 4 ist eine Bohrung 10 eingebracht. Im Insertkopf 5 ist hier im Ausführungsbeispiel als innere Befestigungsmöglichkeit 3 ein Innengewinde 11 angeordnet, in die ein Gewindebolzen eingreift und mit dem das gesamte Blattanschlusselement 1 mit der Nabe verschraubt werden kann. Außen auf dem Insertkörpermantel sind die Erhebungen oder Noppen 8 eingefräst. Im sich verjüngenden Teil des Insertkopfes 5 ist das flache bandförmige Pultrusionsprofil 7 im Verbindungsbereich 6 eingeklebt. Es ist aber hier auch eine andere Befestigung im Verbindungsbereich 6, zum Beispiel mit einem quer angeordneten Stift möglich. Über den Insertkörper 4, den Insertkopf 5 und das Pultrusionsprofil ist der Faser- oder Gewebeschlauch 9 geschoben. Indem dieser axial gestreckt wird (es wir eine Zugbelastung an den Faser- oder Gewebeschlauch angelegt), verringert sich der Durchmesser radial so weit, bis sich der Faser- oder Gewebeschlauch 9 fest an die Oberfläche der Einzelteile des Blattanschlusselementes 1 an und das Blattanschlusselement 1 kann in das Rotorblatt 14 oder den Rotorblattteil 16 einlaminiert werden.
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In 4 ist ein noch einmal ein gesamtes Blattanschlusselement 1 mit lang ausgeführten Faser- oder Gewebeschlauch 9 und innenliegenden Insertkörper 2 und sich daran anschließenden Pultrusionsprofil 7 fertig zum Einlaminieren in das Rotorblatt 14 gezeigt. 5 bildet einen Rotorblattfuß 15 ab, bei dem die erfindungsgemäßen Blattanschlusselemente 1 in einen einreihigen Kreisringanordnung 13 nahe dem Außendurchmesser eines Rotorblattfußes 15 angeordnet sind. Auf Grund der guten Krafteinleitung mittels der Blattanschlusselemente 1 über die Faser- oder Gewebeschläuche 9 in das Rotorblatt 14 kann die Befestigung an der Rotornabe im Gegensatz zu den bisher bekannten Lösungen mit einer größeren Zahl von kleiner dimensionierten Gewindebolzen erfolgen. Zudem muss das Laminat im Bereich des Rotorblattfußes 15 nicht mehr so dick ausgeführt werden, was insgesamt zu einer Kostenreduzierung führt. Eine andere mögliche Ausführung der Befestigung ist in 6 gezeigt, welche einen Rotorblattfuß 15 abbildet, bei dem eine zweireihige Kreisringanordnung 13 einer Vielzahl von Blattanschlusselementen 1 perspektivisch ohne die Laminatumhüllung dargestellt ist. In der Abbildung gemäß 7 ist ein Rotorblattfuß 15 mit einem damit verbundenen Lastträger 17 dargestellt. Der Lastträger 17 wird gebildet durch einen Obergurt 18 und einen Untergurt 19. der Obergurt ist mit dem Untergurt aus Festigkeitsgründen mit zwei sogenannten Schubstegen verbunden. So entsteht innen im Rotorblatt 14 ein Hohlraum der zur Gewichtseinsparung dient. Diese beiden Gurte 18 und 19 durchziehen im Inneren das Rotorblatt 14 und bewirken die erforderliche Torsionssteifigkeit und die Biegefestigkeit des Rotorblattes zur besseren Krafteinleitung in den Obergurt 18 und den Untergurt 19 sind ein Teil der Faser- oder Gewebeschläuche 9 unterschiedlich lang im Rotorblattfuß 15 ausgeführt. Ein Teil der Faser- oder Gewebeschläuche 9 ist sogar solang ausgeführt, dass diese bis in den Obergurt 18 bzw. den Untergurt 19 erstrecken. Dadurch kann der Kräftefluss vom Lastträger 17 über den Rotorblattfuß 15 und damit bis in die Rotornabe hinein besser als bisher verteilt werden. In 8 ist ein geteiltes Rotorblatt 14 bestehend aus zwei Rotorblattteilen 16 mit innen einlaminierten Blattanschlusselementen 1 und eine perspektivische Detailansicht gezeigt. Hier ist dargestellt wie beispielsweise zwei Rotorblattteile 16 mit den erfindungsgemäßen Blattanschlusselementen 1 untereinander verbunden werden können, indem diese in beiden Rotorblattteilen gegenüberliegend angeordnet und dann verbunden werden können. Auch hier erfolgt eine optimale Krafteinleitung in die beiden Rotorblattkörper so dass eine einfache, feste, zuverlässige und kostengünstige Verbindung entsteht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blattanschlusselement
- 2
- Insert
- 3
- Innere Befestigungsmöglichkeit
- 4
- Insertkörper
- 5
- Insertkopf
- 6
- Verbindungsbereich
- 7
- Pultrusionsprofil
- 8
- Erhebungen oder Noppen
- 9
- Faser- oder Gewebeschlauch
- 10
- Bohrung
- 11
- Innengewinde
- 12
- Schubstege
- 13
- Kreisringanordnung
- 14
- Rotorblatt
- 15
- Rotorblattfuß
- 16
- Rotorblattteil
- 17
- Lastträger
- 18
- Obergurt
- 19
- Untergurt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 01/42647 A3 [0004]
- DE 1973372 A1 [0004]
- DE 602004008070 T2 [0005]
- DE 102008021498 A1 [0007]
- US 4420354 [0008]
- US 4915590 [0009]
- DE 10214340 A1 [0010]