DE3109566A1 - Rotor blade for wind energy machines and clamping fixture for its assembly - Google Patents

Rotor blade for wind energy machines and clamping fixture for its assembly

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DE3109566A1 DE19813109566 DE3109566A DE3109566A1 DE 3109566 A1 DE3109566 A1 DE 3109566A1 DE 19813109566 DE19813109566 DE 19813109566 DE 3109566 A DE3109566 A DE 3109566A DE 3109566 A1 DE3109566 A1 DE 3109566A1
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Abstract

Rotor blade for wind energy machines, having at least two rotor blade segments, which are held together by an expanding bolt, which (between a nut carried by it and the segment adjacent to it) is surrounded by two shims with inserted wedge which by way of its own detachable lug can be clamped by means of a clamping fixture, an aperture extending to the wedge being provided in one of the shims, which aperture, after filling with a hardening mixture, accommodates a securing threaded pin. In this way manufacturing and handling difficulties which result from the increasing size of the rotor blade are essentially overcome. Clamping fixture for assembly of the rotor blade, having a housing, which rests on the shims as an abutment, and a drive, which is accommodated by the housing and is detachably connected to the lug of the wedge. Despite its simple construction, precise adjustment of the prestress in the expanding bolt can be undertaken with the clamping fixture compared, for example, to tightening with a torque wrench. <IMAGE>

Description

Rotorblatt für Windenergiemaschinen und Spannvorrichtung zu Rotor blades for wind energy machines and clamping device too

seiner Montage Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für Windenergiemaschinen und eine Spannvorrichtung zu seiner Montage. its assembly The invention relates to a rotor blade for wind energy machines and a jig for assembling it.

Gegenwärtig werden Rotorblätter aus Faser-Verbund-Werkstoffen (FVW) für Windenergiemaschinen einstückig laminiert, und zwar bis ca. 25 m Länge.Currently, rotor blades made of fiber composite materials (FVW) Laminated in one piece for wind energy machines, up to a length of approx. 25 m.

Der Fertigung von Rotorblättern mit noch größerer Länge stehen folgende Schwierigkeiten entgegen: - der zusammenhängende Raumbedarf wird immer größer, denn schon für ein 25-m-Rotorblatt beträgt die Mindestfläche 35 m x 7 m = 245 m2; - für das Laminieren'muß das Raumklima gleichmäßig gehalten werden, was aber in den benötigten großen Montage-Hallen schwierig ist; - mit zunehmender Größe wird die Handhabung des Rotorblatts immer schwieriger; und - entsprechend wird der Transport schwieriger.The production of rotor blades with an even greater length are as follows Difficulties counter: - the coherent space requirement is getting bigger, because Even for a 25 m rotor blade, the minimum area is 35 m x 7 m = 245 m2; - for lamination, the indoor climate must be kept uniform, but this is what is required large assembly halls is difficult; - with increasing size, the handling becomes the rotor blade more and more difficult; and - accordingly, the transport becomes more difficult.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Rotorblatt zu schaffen, bei dem Herstellungs- und Handhabunos-Schwierigkeiten aufgrund großer Abmessungen weitgehend überwunden sind, sowie eine vorzugsweise verwendete Spannvorrichtung zur Montage des Rotorblatts.It is therefore the object of the invention to create a rotor blade in the manufacturing and handling difficulties due to large dimensions to a large extent are overcome, as well as a clamping device preferably used for assembly of the rotor blade.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. 7.This object is achieved according to the invention through the teaching according to the characterizing part of claims 1 and 7, respectively.

Erfindungsgemäß ist es also möglich, derartig große Rotorblätter segmentweise herzustellen und die Segmente dann getrennt zum Bestimmungsort zu transportieren, wo sie schließlich zum fertigen Rotorblatt lösbar zusammengefügt werden.According to the invention, it is therefore possible to use such large rotor blades in segments manufacture and then transport the segments separately to their destination, where they are finally releasably joined together to form the finished rotor blade.

Die Erfindung zeichnet sich durch zahlreiche Vorteile aus - Genaue Einstellung der Vorspannung in der Dehnschraubemit der Spannvorrichtung im Gegensatz zum Anziehen mit einem Drehmomenten-Schlüssel; - keine erhöhte Spannung durch Spannungsüberlagerung aufgrund von Zug- und Torsions-Kräften; - keine Torsion des Dehn-Schraubenschaftes beim Vorspannen; - günstiges Übersetzungsverhältnis von aufzubringender Kraft zur Vorspannkraft in der Dehn-Schraube von z. B. c.a 1 : 4; - kein Erfordernis der freien Zugänglichkeit der Schraubenverbindung bei Aufbringen der Vorspannung, was besonders vorteilhaft ist wegen der beengten räumlichen Verhältnisse bei der Montage des Rotorblatts zudem in einer Höhe von z. B. 70 m; - einfacher, gedrungender Aufbau der Schraubenverbindung bei endgrechend einfacher, kostengünstiger Fertigung ihrer Teile; - keine Störung der Geometrie des Rotorblatts wegen der Anordnung der Schraubenverbindung innerhalb des Rotorblatt-Profils; insbesondere nach Abtrennen des Lappens des Keils; - Einfachheit der am Keil angreifenden Spannvorrichtung; - Absetzen der Spannkräfte auf die vorzugsweise metallischen Beilagen anstatt auf die (vorzugsweise aus FVW-Werkstoff bestehenden) Segmente des Rotorblatts und damit keine Belastung sowie Beschädigung der Qberfläche der Segmente.The invention is characterized by numerous advantages - precise ones Adjustment of the preload in the expansion screw with the tensioning device in contrast for tightening with a torque wrench; - no increased stress due to stress superposition due to tensile and torsional forces; - no torsion of the expansion screw shaft when pretensioning; - Favorable transmission ratio of the force to be applied to Pretensioning force in the expansion screw of z. B. c.a 1: 4; - no requirement of free Accessibility of the screw connection when applying the preload, which is special is advantageous because of the cramped spatial conditions when assembling the rotor blade also at a height of z. B. 70 m; - simple, compact structure of the screw connection with finally simple, inexpensive production of their parts; - no interference the geometry of the rotor blade because of the arrangement of the screw connection within the rotor blade profile; especially after severing the flap of the wedge; - Simplicity of the clamping device engaging the wedge; - Reduction of the tension forces on the preferably metallic shims instead of the (preferably made of FVW material existing) segments of the rotor blade and thus no stress or damage the surface of the segments.

Die Erfindung wird vorteilhaft weitergebildet durch die Lehre nach den übrigen Ansprüchen.The invention is advantageously further developed by the teaching the other claims.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch auszugsweise das erfindungsgemäße Rotorblatt, Fig. 2a, b schematisch eine mechanische Ausführung der Spannvorrichtung bei ihrer Einwirkung auf das Rotorblatt, wobei Fig. 2a einen Schnitt lIa-IIa in Fig. 2b darstellt; Fig. 3 schematisch eine hydraulische Ausführung der Spannvorrichtung, und Fig. 4 ein Kräftediagramm.zur Veranschaulichung eines Übersetzungsverhältnisses von z. B. 1 : 4 zwischen auf zubringender Kraft und Vorspannkraft.The invention is explained in more detail, for example, with the aid of the drawing. The figures show: FIG. 1 schematically in excerpts the rotor blade according to the invention, FIG. 2a, b schematically show a mechanical embodiment of the clamping device when it is acting onto the rotor blade, FIG. 2a showing a section 11a-IIa in FIG. 2b; Fig. 3 schematically shows a hydraulic embodiment of the clamping device, and FIG. 4 shows a Forces diagram. To illustrate a gear ratio of z. B. 1 : 4 between the force to be applied and the pre-tensioning force.

Ausweislich F i g . 1 besitzt das Rotorblatt zwei Rotorblatt-Segmente 1, 2, die durch eine Dehnschraube 7 zusammengehalten sind, die zwischen einer von ihr getragenen Mutter 11 und dem dazu benachbarten Segment umgeben ist von zwei Beilagen 8,1 mit zwischenliegendem Keil 9, der über einen eigenen, abtrennbaren Lappen 15 mittels einer Spannvorrichtung 12 (in Fig. 1 nicht dargestellt) spannbar ist, wobei in einer (10) der beilagen 8, 10 eine sich zum Keil 9 erstreckende Öffnung 13 vorgesehen ist, die nach Füllen mit einem aushärtenden Gemisch 14 einen sichernden Gewindestift 13 aufnimmt.As evidenced by F i g. 1 the rotor blade has two rotor blade segments 1, 2, which are held together by an expansion screw 7, which is between one of her mother 11 and the adjacent segment is surrounded by two Enclosures 8.1 with an intermediate wedge 9, which has its own separable Flap 15 by means of a clamping device 12 (in Fig. 1 not shown) can be tensioned, with one of the enclosures 8, 10 extending to the wedge 9 in one (10) Opening 13 is provided, which after filling with a hardening mixture 14 a securing threaded pin 13 receives.

Die beiden Segmente 1, 2 besitzen gegenüberliegende Querbohrungen 3 und 4 , die mittels einer Längsbohrung 5 verbunden sind, durch die sich die Dehnschraube 7 erstreckt, wobei die eine Querbohrung 4 den Kopf der Dehnschraube 7 mit der Mutter 11 aufnimmt, während die andere Querbohrung 3 einen Bolzen 6 mit radialem Gewinde 6a aufnimmt, in den die Dehnschraube 7 eingeschraubt ist.The two segments 1, 2 have opposite transverse bores 3 and 4, which are connected by means of a longitudinal bore 5 through which the expansion screw 7 extends, wherein the one transverse bore 4 the head of the expansion screw 7 with the nut 11 receives, while the other transverse bore 3 has a bolt 6 with a radial thread 6a, into which the expansion screw 7 is screwed.

Das aushärtende Gemisch 14 ist vorzugsweise ein Harz- und Härter-Gemisch.The hardening mixture 14 is preferably a resin and hardener mixture.

Die Segmente 1 2 bestehen vorzugsweise aus Faserverbundwerkstoff, dagegen die Beilagen 8, 10 aus Metall.The segments 1 2 are preferably made of fiber composite material, on the other hand the enclosures 8, 10 made of metal.

Die Montage des Rotorblatts erfolgt folgendermaßen: In den Bolzen 6 mit dem radialen Gewinde 6a wird die Dehnschraube 7 eingeschraubt, anschließend das zweite Segment 2 an das erste Segment 1 herangeführt, so daß jetzt in die Querbohrung 4 des zweiten Segments 2 die Dehnschraube 7 vorspringt, auf die dann die Beilage 8, der Keil 9 und die Beilage 2 gesteckt werden. Anschließend wird die Mutter 11 aufgeschraubt und mit einem definierten (geringen) Drehmoment angezogen.The rotor blade is assembled as follows: In the bolt 6 with the radial thread 6a, the expansion screw 7 is screwed in, then the second segment 2 brought up to the first segment 1, so that now in the transverse bore 4 of the second segment 2, the expansion screw 7 protrudes, onto which the supplement then 8, the wedge 9 and the enclosure 2 are inserted. Then the mother is 11 screwed on and tightened with a defined (low) torque.

Nunmehr wird am Keil 9 die Spannvorrichtung 12 angesetzt, die sich auf den Beilagen 8 und 10 als Widerlager abstützt. Die Spannkräfte werden also auf die vorzugsweise aus Metall bestehenden Beilagen 8 und 10 ausgeübt und nicht auf die aus Faserverbundwerkstoff bestehenden Segmente 1 und 2.Now the clamping device 12 is attached to the wedge 9, which supported on the enclosures 8 and 10 as an abutment. The tension forces are so on the inserts 8 and 10, which are preferably made of metal, exercised and not on the segments 1 and 2 made of fiber composite material.

Nach dem derart vorgenommenen Anziehen (vgl. dazu auch weiter unten) wird durch das Loch 13 in der Beilage 10 das Harz- und Härter-Gemisch 14 eingespritzt und anschließend der Gewinde stift 13 eingeschraubt. Dann wird die Spannvorrichtung 12 abgenommen und der Lappen 15 am Keil 9 abgetrennt. Die gesamte Verbindung liegt jetzt innerhalb des Rotorblatt-Profils, so daß die Strömung nicht gestört wird.After tightening in this way (see also below) the resin and hardener mixture 14 is injected through the hole 13 in the insert 10 and then the threaded pin 13 is screwed in. Then the jig 12 removed and the tab 15 separated from the wedge 9. The entire connection lies now within the rotor blade profile so that the flow is not disturbed.

Die Spannvorrichtung 12 kann in verschiedener Weise ausgeführt sein.The clamping device 12 can be designed in various ways.

F i g . 2 a , b zeigt eine mechanische Ausführung: Sie besteht aus einem Gehäuse 50, in das seitlich eine Anschlußplatte 51 eingeschoben wird, die ihrerseits oben formschlüssig mit einer Gewindespindel 52 und unten durch Stifte 55 mit dem Lappen 15 des Keils 9 verbunden ist. Die Gewindespindel 52 trägt eine Sechskant-Mutter 54, die sich über eine Druckscheibe 53 am Gehäuse 50 abstützt. Die Vorspannkraft wird durch Eindrehen der Sechskant-Mutter 54 aufgebracht, wobei die Einstellung der Vorspannkraft über den Anzugsweg des Keils 9 erfolgt, der.mit Wegmarkierungen 59 versehen ist.F i g. 2 a, b shows a mechanical design: It consists of a housing 50 into which a connection plate 51 is inserted laterally, the in turn positively at the top with a threaded spindle 52 and at the bottom by pins 55 is connected to the tab 15 of the wedge 9. The threaded spindle 52 carries a Hexagon nut 54 which is supported on the housing 50 via a pressure washer 53. The pretensioning force is applied by screwing in the hexagon nut 54, wherein the setting of the pre-tensioning force takes place via the tightening path of the wedge 9, der.mit Path markings 59 is provided.

F i g . 3 zeigt dann eine hydraulische Ausführung der Spannvorrichtung 12.F i g. 3 then shows a hydraulic version of the tensioning device 12th

Sie besteht aus einem Gehäuse 60, in das ebenfalls seitlich eine Anschlußplatte 61 eingeschoben wird, die oben formschlüssig mit einem Kolben 62 und unten durch (nicht gezeigte) Stifte mit dem Lappen 15 des Keils 9 verbunden ist. Der Zylinderraum wird durch einen Deckel 63 gesichert mit einem Sicherungsring 64. Eine Bohrung 67 dient zur Entlüftung des Zylinderraums.It consists of a housing 60 in which a connection plate is also located on the side 61 is inserted, the above form-fitting with a piston 62 and below through Pins (not shown) are connected to the tab 15 of the wedge 9. The cylinder space is secured by a cover 63 with a locking ring 64. A hole 67 serves to vent the cylinder space.

Ein Druckmedium wird durch eine Bohrung 66 zugeführt.A pressure medium is supplied through a bore 66.

Die Vorspannkraft kann mit einer Stellschraube 65 eingestellt werden, die den Weg des Kolbens 62 begrenzt, und mit der Markierung 69 am Keil 9 kontrolliert werden.The pre-tensioning force can be adjusted with an adjusting screw 65, which limits the path of the piston 62 and is checked with the marking 69 on the wedge 9 will.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Rotorblatts besteht in dem großen Ubersetzungsverhältnis zwischen auf den Keil 9 aufzubringender Kraft und erforderlicher Vorspannkraft in der Dehnschraube 7 von z. B. ca. 1 : 4.A particular advantage of the rotor blade according to the invention consists in the large transmission ratio between the force to be applied to the wedge 9 and required biasing force in the expansion screw 7 of z. B. approx. 1: 4.

Dies sei jetzt anhand von F i g . 4 erläutert, die die Verteilung von Kräften und Reibung bei Keil 9 und Dehnschraube 7 andeutet.This is now based on FIG. 4 which explains the distribution of forces and friction in wedge 9 and expansion screw 7 indicates.

Annahmen: Erforderliche Vorspannkraft (in der Dehnschraube 7) Fv = 100 000 N Keil-Öffnungswinkel a = 2 Reibungsbeiwert für Haftreibung ¢ = 0,1 (mit Schmierung durch z. B. MOLYKOT G-n) Die auf den Keil 9 aufzubringende Kraft F1 errechnet sich dann nach den Gesetzen der schiefen Ebene für zwei Gleitflächen: F1 = Fv tan (a+2f) F1 = 100 000 N (0,0349 + 0,2) = 23 492,08 N (= 2,35 t).Assumptions: Required pre-tensioning force (in the expansion screw 7) Fv = 100 000 N wedge opening angle a = 2 coefficient of friction for static friction ¢ = 0.1 (with Lubrication by z. B. MOLYKOT G-n) The force F1 to be applied to the wedge 9 is calculated then according to the laws of the inclined plane for two sliding surfaces: F1 = Fv tan (a + 2f) F1 = 100,000 N (0.0349 + 0.2) = 23,492.08 N (= 2.35 t).

Es muß also eine Kraft von lediglich 23 500 N auf den Keil 9 aufgebracht werden, um eine Vorspannkraft von 100 000 N für die Dehnschraube 7 zu erzeugen. Dies bedeutet ein Ubersetzungsverhältnis von ca. 1 : 4.A force of only 23,500 N must therefore be applied to the wedge 9 to generate a pretensioning force of 100,000 N for the expansion screw 7. This means a transmission ratio of approx. 1: 4.

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Claims (10)

Rotorblatt für Windenergiemaschinen und Spannvorrichtung seiner Montage Ansprüche Rotorblatt für Windenergiemaschinen, gekennzeichnet durch - mindestens zwei Rotorblatt-Segmente (1, 2), - die durch'eine Dehnschraube (7) zusammengehalten sind, die - zwischen einer von ihr getragenen Mutter (11) und dem dazu benachbarten Segment (2) umgeben ist von - zwei Beilagen (8, 10) mit zwischenliegendem Keil (9), - der über einen eigenen, abtrennbaren Lappen (15) mitteils einer Spannvorrichtung (12) spannbar ist, - wobei in einer (10) der Beilagen (8, 10) - eine sich zum Keil (9) erstreckende Öffnung (13) vorgesehen ist, die - nach Füllen mit einem aushärtenden Gemisch (14) einen sichernden Gewindestift (13) aufnimmt.Rotor blade for wind power machines and jig of its assembly Claims rotor blade for wind energy machines, characterized by - at least two rotor blade segments (1, 2), - held together by an expansion screw (7) are that - between a mother (11) carried by her and the adjacent one Segment (2) is surrounded by - two shims (8, 10) with an intermediate wedge (9), - The via its own, separable flap (15) with part of a clamping device (12) can be tensioned, - wherein in one (10) of the enclosures (8, 10) - one becomes a wedge (9) extending opening (13) is provided, which - after filling with a hardening Mixture (14) receives a locking threaded pin (13). 2. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß zwei Segmente (1, 2) vorgesehen sind, - daß beide Segmente (1, 2) - gegenüberliegende Querbohrungen (3, 4) besitzen, - die mittels einer Längsbohrung (5) verbunden sind, - durch die sich die Dehnschraube (7) erstreckt, - daß die eine Querbohrung (4) die Mutter (11) aufnimmt, - daß die andere Querbohrung (3) - einen Bolzen (6) mit radialem Gewinde (6a) aufnimmt, - in das die Dehnschraube (7) eingeschraubt ist.2. Rotor blade according to claim 1, characterized in - that two Segments (1, 2) are provided - that both segments (1, 2) - opposite one another Have transverse bores (3, 4), - which are connected by means of a longitudinal bore (5), - through which the expansion screw (7) extends, - that the one cross hole (4) the nut (11) receives - that the other transverse bore (3) - a bolt (6) with radial thread (6a), - into which the expansion screw (7) is screwed. 3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - daß das aushärtende Gemisch (14) - ein Harz- und Härter-Gemisch ist.3. Rotor blade according to claim 1 or 2, characterized in that - that the hardening mixture (14) - is a resin and hardener mixture. 4. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - daß die Segmente (1, 2) - aus Faserverbundwerkstoff bestehen und - daß die Beilagen (8, 10) - aus Metall bestehen.4. Rotor blade according to one of the preceding claims, characterized in that - That the segments (1, 2) - consist of fiber composite material and - that the enclosures (8, 10) - are made of metal. 5. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - daß der Keil (9) - einen Öffnungswinkel von 2 ° besitzt.5. Rotor blade according to one of the preceding claims, characterized in that - That the wedge (9) - has an opening angle of 2 °. 6. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - daß der Keil (9) - Markierungen (59; 69) zur Einstellung der Vorspannkräft trägt (Fig. 2a; 3).6. Rotor blade according to one of the preceding claims, characterized in that - That the wedge (9) - carries markings (59; 69) for setting the pretensioning forces (Fig. 2a; 3). 7. Spannvorrichtung zur Montage des Rotorblatts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - ein Gehäuse (50; 60), - das auf den Beilagen (8, 1n) als Widerlager ruht, und - einen Antrieb, der - vom Gehäuse (50; 60) aufgenommen und - lösbar mit dem Lappen (15) des Keils (9) verbunden ist.7. Clamping device for mounting the rotor blade according to one of the preceding Claims, characterized by - a housing (50; 60), - on the enclosures (8, 1n) rests as an abutment, and - a drive which - received by the housing (50; 60) and - is detachably connected to the tab (15) of the wedge (9). 8. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, - daß der Antrieb besitzt: - eine Gewindespindel (52), - die eine Sechskant-Mutter (54) trägt, - die sich über eine Druckscheibe (53) am Gehäuse (50) abstützt (Fig. 2a, b). 8. Clamping device according to claim 7, characterized in that - that the drive has: - a threaded spindle (52), - a hexagon nut (54) - which is supported by a pressure disc (53) on the housing (50) (Fig. 2a, b). 9. Spannvorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, - daß der Antrieb besitzt: - einen hydraulischen Zylinder, - dessen Kolben (62) in seinem Weg durch eine Stellschraube (65) begrenzt ist (Fig. 3). 9. Clamping device according to claim 7, characterized in that - that the drive has: - a hydraulic cylinder, - its piston (62) in its Path is limited by an adjusting screw (65) (Fig. 3). 10. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, - daß die lösbare Verbindung des Antriebs mit dem Lappen (15) des Keils (9) besitzt: - eine formschlüssig mit dem Antrieb verbundene Anschlußplatte (51; 61) und - Stifte (55), - die die Anschlußplatte (51; 61) und den Lappen (15) des Keils (9) durchsetzen (Fig. 2a, b).10. Clamping device according to one of claims 7 - 9, characterized in that - That the releasable connection of the drive with the tab (15) of the wedge (9) has: - A connection plate (51; 61) connected to the drive in a form-fitting manner and - pins (55), - which pass through the connecting plate (51; 61) and the tab (15) of the wedge (9) (Fig. 2a, b).
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