AT17521U1 - Rotor blade for a vertical axis wind turbine - Google Patents
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Abstract
Ein Rotorblatt (1) für eine Windturbine mit vertikaler Achse (2), das durch eine Anzahl Streben (4,5) oder Zugelemente (3) mit zumindest einer Nabe (6) in der Drehachse (2) des Rotors oder einem weiteren Rotorblatt (1') verbunden ist, ist von einer Außenwand (15,16) aus Laminat gebildet, an dessen der Nabe (6) zugewandter Seite (15) an den Angriffsstellen der Streben (4,5) bzw des Zugelementes (3) ein Einsatzstück (19) angebracht ist, das an der Innenseite der nabenseitigen Außenwand (15) anliegt und zumindest einen in das Innere des Rotor-blattes reichenden Putzen (21,21') mit einer Gewindebohrung (22,22') hat, in die ein Verbindungsteil der Strebe (4,5) oder des Zugelementes (3) oder dieses/dieser selbst eingeschraubt ist.A rotor blade (1) for a wind turbine with a vertical axis (2), which is connected by a number of struts (4,5) or tension elements (3) to at least one hub (6) in the axis of rotation (2) of the rotor or to a further rotor blade ( 1') is formed by an outer wall (15,16) made of laminate, on the side (15) facing the hub (6) at the points of application of the struts (4,5) or of the tension element (3) an insert piece ( 19) which rests against the inside of the hub-side outer wall (15) and has at least one plaster (21,21') reaching into the interior of the rotor blade with a threaded bore (22,22') into which a connecting part of the Strut (4.5) or the tension element (3) or this / this itself is screwed.
Description
ROTORBLATT FÜR EINE WINDTURBINE MIT VERTIKALER ACHSE ROTOR BLADE FOR A VERTICAL AXIS WIND TURBINE
[0001] Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windturbine mit vertikaler Achse, das durch eine Anzahl Streben oder Zugelemente mit zumindest einer Nabe in der Drehachse des Rotors oder einem weiteren Rotorblatt verbunden ist, welches Rotorblatt über seine Länge einen tragflächenartigen Querschnitt aufweist. Derartige Windturbinen werden auch als Darrieus- Turbinen bezeichnet. Sie arbeiten unabhängig von der Windrichtung, müssen dieser also nicht nachgeführt werden. The invention relates to a rotor blade for a wind turbine with a vertical axis, which is connected by a number of struts or tension elements to at least one hub in the axis of rotation of the rotor or to a further rotor blade, which rotor blade has an airfoil-like cross-section along its length. Such wind turbines are also referred to as Darrieus turbines. They work independently of the wind direction, so they do not have to be tracked.
[0002] Die EP 2 535 564 A1 handelt von einem Rotorblatt für Darrieus-Turbinen, das der Tragfläche eines Flugzeigen ähnelt. Es besteht aus einer Außenhaut, Spanten und Holmen, die geschlossene metallische Profile sind. Diese Bauart ist aufwändig und schwer. Wie die Kräfte vom Rotorblatt abgeleitet werden, ist nicht erkennbar. [0002] EP 2 535 564 A1 deals with a rotor blade for Darrieus turbines, which resembles the wing of an airplane. It consists of an outer skin, frames and spars, which are closed metallic profiles. This design is complex and heavy. It is not clear how the forces are derived from the rotor blade.
[0003] Die DE 10 2016 111 676 A1 zeigt eine Darrieus-Turbine mit H-förmigem Rotor. Die Rotorblätter bestehen aus in einem Strangpressverfahren hergestellten faserverstärkten, also massiven, Kunststoffprofil. Genau beschrieben ist die Verbindung des Rotorblattes mit Streben mittels Verbindungsbauteilen, die aus einem das Profil umschließenden Element und einem Anschlusselement besteht. Die beschriebene Art der Verbindung mit einem zusätzlichen Adapterelement und gegossener Umhüllung ist aufwändig, umständlich, unflexibel und aerodynamisch ungünstig. DE 10 2016 111 676 A1 shows a Darrieus turbine with an H-shaped rotor. The rotor blades consist of fiber-reinforced, i.e. solid, plastic profiles produced in an extrusion process. The connection of the rotor blade to struts by means of connection components, which consists of an element enclosing the profile and a connecting element, is described in detail. The type of connection described with an additional adapter element and cast casing is complex, cumbersome, inflexible and aerodynamically unfavorable.
[0004] Für manche Anwendungen besteht aber Bedarf an einer sehr leichten und einfachen Windturbine, etwa auf Wasserfahrzeugen oder auf Sendemasten. For some applications, however, there is a need for a very light and simple wind turbine, for example on watercraft or on transmission masts.
[0005] Die Erfindung soll eine kraftübertragende Verbindung besonders leichter Rotorblätter schaffen, die leicht an Gewicht, einfach im Aufbau und aerodynamisch günstig ist. Sie soll auch für kleine Windturbinen geeignet sein. The invention is intended to create a force-transmitting connection of particularly light rotor blades that is light in weight, simple in construction and aerodynamically favorable. It should also be suitable for small wind turbines.
[0006] Erreicht wird das zunächst mit den kennzeichnenden Merkmalen des 1. Anspruchs. Das Rotorblatt besteht im Wesentlichen in der Außenwand aus einem Laminat. Die Ableitung der Kräfte in die diversen Streben erfolgt jeweils über die Einsatzstücke. Diese liegen an der Innenseite der Außenwand flächig an, wodurch diese in der Umgebung der Kraftableitung und der kleinen Löcher in der Außenwand über der jeweiligen Bohrung verstärkt ist. Die Teile der Verbindungstreben können in die Bohrungen gesteckt und dort verklebt sein. This is achieved first with the characterizing features of the 1st claim. The outer wall of the rotor blade essentially consists of a laminate. The forces are dissipated in the various struts via the inserts. These lie flat on the inside of the outer wall, which means that it is reinforced in the vicinity of the force dissipation and the small holes in the outer wall above the respective bore. The parts of the connecting struts can be inserted into the holes and glued there.
[0007] Vorzugsweise aber sind die Bohrungen Gewindebohrungen, in die die Verbindungsteile eingeschraubt sind. Die Außenkontur des Rotorblattes ist nicht durch Verbindungselemente zerklüftet. Da die Einsatzstücke klein und schmal sind, ist deren Gewicht gering, insbesondere wenn diese aus einem Leichtmetall oder einem Hartkunststoff bestehen. Preferably, however, the bores are threaded bores into which the connecting parts are screwed. The outer contour of the rotor blade is not jagged by connecting elements. Since the inserts are small and narrow, their weight is low, especially if they are made of a light metal or a hard plastic.
[0008] Wenn auch das Rotorblatt im Wesentlichen von der Außenhaut gebildet ist, kann es je nach dessen Größe und der Dicke bzw Art der Herstellung der Außenhaut fallweise vorteilhaft sein, deren Inneres mit einem Schaumstoff auszufüllen. Dieser kann die Außenhaut und das Einsatzstück unterstützen. Even if the rotor blade is essentially formed by the outer skin, depending on its size and the thickness or type of manufacture of the outer skin, it can occasionally be advantageous to fill the interior with a foam. This can support the outer skin and the insert.
[0009] Vorzugsweise ist der an der Außenwand anliegende Teil des Einsatzstücks als Fußplatte von ausreichender Länge und Breite ausgebildet und mit ihr verklebt. So verteilt sich die einzutragende Kraft über eine größere Fläche. Preferably, the part of the insert resting against the outer wall is designed as a base plate of sufficient length and width and is glued to it. In this way, the force to be applied is distributed over a larger area.
[0010] In Weiterbildung der Erfindung ist ein oder sind mehrere von der Außenhaut ins Innere des Rotorblattes ragende Putzen vorgesehen, deren zentrale Gewindebohrung mit einem gedachten Radius einen der Richtung der jeweiligen Strebe entsprechenden Winkel einschließt. So sind die auf das Einsatzstück wirkenden Kräfte reine Zugkräfte. In a further development of the invention, one or more plasters projecting from the outer skin into the interior of the rotor blade are provided, the central threaded hole of which includes an imaginary radius corresponding to an angle in the direction of the respective strut. Thus, the forces acting on the insert are pure tensile forces.
[0011] In variierten Ausführungsformen können die inneren Enden der Putzen miteinander verbunden, oder bis zu bezüglich der Drehachse äußeren Außenwand verlängert sein, sodass sie auch mit einer weiteren Fußplatte an der Außenwand anliegen, oder sich gar über einen Großteil der Profiltiefe erstrecken und durch Versteifungsrippen miteinander verbunden sind. In varied embodiments, the inner ends of the plasters can be connected to one another or extended to the outer wall with respect to the axis of rotation, so that they also rest against the outer wall with another base plate, or even extend over a large part of the profile depth and by stiffening ribs are connected to each other.
[0012] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen verschiedener Ausführungsformen beschrieben und erläutert. Es stellen dar: The invention is described and explained below with reference to drawings of various embodiments. They represent:
[0013] Fig. 1: ein Beispiel eines Darrieus-Rotors, [0014] Fig. 2: eine axonometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Rotorblattes, Fig. 1: an example of a Darrieus rotor, Fig. 2: an axonometric view of a rotor blade according to the invention,
[0015] Fig. 3: eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorblattes, Schnitt Ill-Ill in Fig. 2, [0015] FIG. 3: a first embodiment of a rotor blade according to the invention, section III-III in FIG. 2,
[0016] Fig. 4: eine Zweite Ausführungsform, Schnitt IV-IV in Fig. 2, [0017] Fig. 5: eine dritte Ausführungsform, Schnitt V-V in Fig. 2, [0018] Fig. 6: eine vierte Ausführungsform, Fig. 4: a second embodiment, section IV-IV in Fig. 2, Fig. 5: a third embodiment, section V-V in Fig. 2, Fig. 6: a fourth embodiment,
[0019] Fig. 7: Eine axonometrische Darstellung zu Fig. 3 bis 6. Fig. 7: An axonometric representation of Figs. 3 to 6.
[0020] In Fig. 1 sind (hier nur als Beispiel) fünf vertikale Rotorblätter 1 eines Rotors in gleichen Abständen um eine Drehachse 2 angeordnet. Der Drehsinn ist mit dem Pfeil 7 angedeutet. Die Rotorblätter 1 sind hier durch Streben 4,5 mit einer zentralen Nabe 6 und durch Zugelemente 3 miteinander verbunden. In Fig. 1 are (here only as an example) five vertical rotor blades 1 of a rotor arranged at equal intervals around an axis of rotation 2. The direction of rotation is indicated by the arrow 7. The rotor blades 1 are here connected to a central hub 6 by struts 4 , 5 and by tension elements 3 .
[0021] Das Rotorblatt 1 ist gemäß Fig. 1 ein gerader zylindrischer Körper, dessen Querschnitt dem einer Tragfläche eines Flugzeuges entfernt ähnelt. Seine im Drehsinn 7 vordere Kante 8 ist als Anströmkante gerundet. Das Rotorblatt 1 könnte statt gerade und vertikal auch schraubenförmig gewunden oder gar gebogen sein. Das Rotorblatt 1 ist als steifer Körper 15,16 aus einem Laminat gefertigt, das die Außenwand 15,16 und damit die Kontur des Rotorblattes bildet. Der Raum 17 (siehe Fig. 3) zwischen den Außenwänden 15,16 kann mit einem Schaum (zum Beispiel Polyurethan) gefüllt sein. Der der Achse 2 zugewandte Teil der Außenwand ist mit 15, der äußere Teil der Außenwand ist mit 16 bezeichnet. Das Laminat besteht aus durch Fasern verstärktem Kunststoff, der in Form von Prepregs aufgebracht, oder durch Pulltrusion oder nach einem anderen bekannten Verfahren hergestellt sein kann. According to FIG. 1, the rotor blade 1 is a straight cylindrical body whose cross section is remotely similar to that of an aircraft wing. Its front edge 8 in the direction of rotation 7 is rounded as a leading edge. Instead of being straight and vertical, the rotor blade 1 could also be helically wound or even bent. The rotor blade 1 is made as a rigid body 15,16 from a laminate, which forms the outer wall 15,16 and thus the contour of the rotor blade. The space 17 (see Fig. 3) between the outer walls 15,16 can be filled with a foam (e.g. polyurethane). The axis 2 facing part of the outer wall is denoted by 15, the outer part of the outer wall is denoted by 16. The laminate consists of fiber-reinforced plastic, which can be applied in the form of prepregs or produced by pulltrusion or by another known method.
[0022] Das Rotorblatt 1 hat, wie in Fig. 2 zu sehen, an seiner der Achse 2 zugwandten Seite an der Angriffsstelle der Streben 4,5 oder anderer Befestigungsmittel 3 Löcher 10,11,12. Die sie zusammenfassenden Rechtecke 14 deuten nur an, dass an der Innenseite der Außenwand 15 Flächen eines in Fig. 2 nicht sichtbaren Einsatzstückes 18, 19, 28 oder 29 anliegen. The rotor blade 1 has, as can be seen in FIG. 2, on its side facing the axis 2 at the point of application of the struts 4.5 or other fastening means 3 holes 10,11,12. The rectangles 14 that summarize them only indicate that the inside of the outer wall 15 bears on the surfaces of an insert piece 18, 19, 28 or 29 that is not visible in FIG.
[0023] Fig. 3 zeigt das einfachste Einsatzstück 18. Es besteht aus einer Fußplatte 20 und einem von dieser nach innen ragenden Putzen 21, der hier eine Gewindebohrung 22 enthält. Die Fußplatte 20 liegt ganzflächig an der Innenseite der Außenwand 15 an. Der Putzen 21 ist in seiner Grundform zylindrisch und die Gewindebohrung 22 ist hier horizontal und zur Drehachse 2 hin gerichtet. Fig. 3 shows the simplest insert 18. It consists of a base plate 20 and one of these inwardly projecting cleaning 21, which contains a threaded hole 22 here. The base plate 20 rests on the inside of the outer wall 15 over its entire surface. The plaster 21 is cylindrical in its basic form and the threaded hole 22 is horizontal and directed towards the axis of rotation 2 .
[0024] Die Ausführungsform des Einsatzstückes 19 der Fig. 4 unterscheidet sich davon nur dadurch, dass zwei Putzen 21, 21’ und ihre Gewindebohrungen 22,22' um einen spitzen Winkel zur Radialen geneigt sind. Die inneren Enden der Putzen 21, 21' können durch einen Bügel 24 verbunden sein. The embodiment of the insert 19 of FIG. 4 differs therefrom only in that two plasters 21, 21' and their threaded holes 22,22' are inclined at an acute angle to the radial. The inner ends of the plasters 21, 21' can be connected by a bracket 24.
[0025] Die Ausführungsform des Einsatzstückes 28 der Fig. 5 bietet mehrere Putzen 31,41, 31',41' mit Gewindebohrungen 32,32'42,42' zur Auswahl. Sie kann an verschiedenen Stellen des Rotorblattes 1 angebracht sein, wobei nur die jeweils benötigten Gewindebohrungen genutzt werden und die restlichen leer bleiben. Die Fußplatte 30 hat eine große Kontaktfläche mit der AuBenwand, welche durch eine Verbreiterung 33 (siehe Fig. 7 c) weiter vergrößert sein kann. The embodiment of the insert piece 28 of FIG. 5 offers several plasters 31,41, 31',41' with threaded holes 32,32'42,42' to choose from. It can be attached at various points on the rotor blade 1, with only the required threaded holes being used and the rest remaining empty. The base plate 30 has a large contact surface with the outer wall, which can be further increased by a widening 33 (see FIG. 7c).
[0026] In der Ausführungsform des Einsatzstückes 29 der Fig. 6 schließlich erstreckt sich die Fußplatte 40 über die gesamte Profiltiefe (in Fig. 6 ist es die Länge) und setzt sich in einer weiteren Fußplatte 50 an der äußeren Außenwand 16 des Rotorblattes 1 über die ganze Länge fort. Sie kann auch noch weitere Versteifungsrippen 47 bis 49 bilden. So wird ein das gesamte Profil verstärkender Spant geschaffen. Finally, in the embodiment of the insert piece 29 in FIG. 6, the base plate 40 extends over the entire profile depth (in FIG. 6 it is the length) and is converted into a further base plate 50 on the outer outer wall 16 of the rotor blade 1 the whole length. You can also form additional stiffening ribs 47-49. This creates a frame that reinforces the entire profile.
[0027] Fig. 7 zeigt alle vier Varianten (a),b), c und d)) axonometrisch. Hier ist auch ihre Breite 7 shows all four variants (a), b), c and d)) axonometrically. Here is also its width
(=Dicke) 51 zu erkennen. In der Variante c) ist die Fußplatte 30 noch darüber hinaus verbreitert (33). (=thickness) 51 to recognize. In variant c), the base plate 30 is further widened (33).
[0028] Insgesamt wird so ein leichter und in der Herstellung billiger Darrieus - Rotor geschaffen. Overall, a lighter Darrieus rotor that is cheaper to manufacture is created.
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