DE102008033092B4 - Lightning receptor for a rotor blade of a wind energy plant - Google Patents

Abstract

Blitzrezeptor für ein Rotorblatt (7) für die Anordnung in einem zwischen einer Blattwurzel (9) und einer Blattspitze (8) gelegenen, mittleren Abschnitt des Rotorblattes (7) einer Windenergieanlage, mit einem Rezeptorkorpus (2) und einer von diesem abstehenden Rezeptorspitze (3), wobei Rezeptorkorpus (2) und Rezeptorspitze (3) aus elektrisch leitendem Material, insbesondere Metall bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rezeptorkorpus (2) und die Rezeptorspitze (3) als eine insgesamt stromlinienförmige Einheit gebildet sind, wobei der Blitzrezeptor insgesamt die Form einer Finne bzw. Haifisch-Rückenflosse aufweist mit einer die Rezeptorspitze (3) bildenden, schmaleren Abschnitt nahe der Spitze der Finne bzw. Haifisch-Rückenflosse und einem den Rezeptorkorpus (2) bildenden breiteren Abschnitt nahe der Basis der Finne bzw. Haifisch-Rückenflosse.Lightning receptor for a rotor blade (7) for the arrangement in a middle section of the rotor blade (7) of a wind energy plant located between a blade root (9) and a blade tip (8), having a receptor body (2) and a receptor tip (3 ), wherein receptor body (2) and receptor tip (3) consist of electrically conductive material, in particular metal, characterized in that the receptor body (2) and the receptor tip (3) are formed as an overall streamlined unit, the lightning receptor as a whole having the shape a fin or shark dorsal fin having a narrower portion forming the receptor tip (3) near the tip of the fin and shark dorsal fin and a broader portion forming the receptor body (2) near the base of the fin or shark dorsal fin.

Description

Die Erfindung betrifft einen Blitzrezeptor für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1. Sie betrifft ferner ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage, welches mit einem solchen Blitzrezeptor ausgestattet ist.The The invention relates to a lightning receptor for a rotor blade of a wind energy plant with the features of the preamble of claim 1. Sie further relates to a rotor blade for a wind turbine equipped with such a lightning receptor is.

Windenergieanlagen sind mit zunehmender Bauhöhe und aufgrund ihrer häufig exponierten Aufstellungslage seit jeher, und dies in zunehmendem Maße blitzschlaggefährdet. Dabei sind die Rotorblätter, die naturgemäß den höchsten Punkt einer typischen und weit verbreiteten Windenergieanlage mit Horizontalachsrotor bilden, besonders gefährdet. Insbesondere durch entsprechende Blitzeinschläge in Windenergieanlagen älterer Bauart, die zunächst weitgehend ohne, jedenfalls ohne ausreichenden Blitzschutz aufgestellt worden sind, haben die Betreiber solcher Windenergieanlagen bereits feststellen müssen, welche erheblichen Schäden hierdurch entstehen können. Nicht nur, dass einzelne Strukturen der Windenergieanlage, wie etwa der Rotor oder vergleichbare mechanische Teile beschädigt werden können, ein Blitzschlag kann insbesondere auch die empfindlichen elektrischen und elektronischen Geräte in der Anlage selbst treffen und gefährden. Hier ist nicht nur der Generator zu nennen, sondern auch die im Bereich moderner Windenergieanlagen vermehrt eingesetzte Steuerungselektronik.Wind turbines are with increasing height and because of their frequent exposed position since time immemorial, and this increasingly vulnerable to lightning. there are the rotor blades, naturally the highest point a typical and widespread wind turbine with horizontal axis rotor form, especially endangered. Especially by appropriate lightning strikes in Wind turbines older Type that initially largely without, at least without adequate lightning protection the operators of such wind turbines have already had to determine which considerable damage can arise as a result. Not only that, individual structures of the wind turbine, such as The rotor or similar mechanical parts can be damaged Lightning strike can in particular also the sensitive electrical and electronic devices in the plant itself and endanger. Here is not only the To call generator, but also in the field of modern wind turbines Increasingly used control electronics.

Entsprechend werden moderne Windenergieanlagen standardmäßig mit Blitzschutzsystemen ausgerüstet, die neben einem Ableitungssystem zur sicheren Ableitung des Blitzstromes in die Erde bzw. zu einem geerdeten Anschluss auch gezielt eingesetzte Blitzrezeptoren als vordefinierte Einschlagpunkte beinhalten, welche Rezeptoren wiederum an das Ableitsystem angeschlossen sind. Die Rezeptoren werden wegen der exponierten Lage der Rotorblätter insbesondere dort eingesetzt.Corresponding Modern wind turbines are equipped as standard with lightning protection systems that In addition to a discharge system for safe dissipation of the lightning current in the earth or to a grounded connection also selectively used Include lightning receptors as predefined impact points, which Receptors are in turn connected to the Ableitsystem. The Receptors are in particular because of the exposed position of the rotor blades used there.

Es ist dabei bekannt, insbesondere die Blattspitze, die sehr häufig den höchsten und damit blitzeinschlaggefährdetsten Punkt der Windenergieanlage darstellt, mit solchen Rezeptoren zu versehen, ggf. die Blattspitze insgesamt metallisch auszubilden. Dabei ist es auch bereits bekannt, an der Blattspitze von der Rotorblattoberfläche abstehende Fangstäbe einzusetzen, wie dies in der DE 10 2005 045 579 A1 offenbart ist. Diese Fangstäbe dienen dem „Einfangen” des Blitzstromes, wobei hier die Fangstäbe in einem Spitzenüberzug integriert sind, welcher abschmelzbar gestaltet ist.It is known, in particular, the blade tip, which is very often the highest and thus lightning endangered point of the wind turbine to provide with such receptors, if necessary, the blade tip form a total of metallic. It is also already known to use at the blade tip of the rotor blade surface projecting catch rods, as shown in the DE 10 2005 045 579 A1 is disclosed. These catching rods are used to "catch" the lightning current, in which case the catching rods are integrated in a tip coating, which is designed to be melted off.

Auch aus der DE 295 22 152 U1 ist ein Blitzschutzsystem für das Rotorblatt einer Windenergieanlage bekannt, bei dem im Bereich der Blattspitze abstehende Blitzfänger gestaltet sind, die mit einer freistehenden Spitze dem „Einfangen” des Blitzstromes dienen.Also from the DE 295 22 152 U1 a lightning protection system for the rotor blade of a wind turbine is known in which in the area of the blade tip projecting lightning arresters are designed to serve with a free-standing tip to the "capture" of the lightning current.

Es ist auch bekannt, bei Windenergieanlagen mit großen Rotordurchmessern entlang der Länge des Rotorblattes verteilt mehrere Blitzrezeptoren anzuordnen, da bei langen Rotorblättern die Blitzschlagwahrscheinlichkeit sich nicht nur im Bereich der Spitze maximiert, sondern ein Blitzschlag auch in einem mittleren Abschnitt des Blattes durchaus wahrscheinlich ist. Eine solche Anordnung mit mehreren entlang der Länge eines Rotorblattes verteilten Blitzrezeptoren ist z. B. in der DE 10 2007 050 009 A1 gezeigt.It is also known to arrange several lightning receptors distributed in wind turbines with large rotor diameters along the length of the rotor blade, since with long rotor blades, the lightening probability is not only maximized in the area of the tip, but a lightning strike is quite likely even in a central portion of the sheet. Such an arrangement with multiple along the length of a rotor blade distributed lightning receptors is z. B. in the DE 10 2007 050 009 A1 shown.

Obwohl mit den bekannten und aufgezeigten Blitzschutzsystemen und zugehörigen Blitzrezeptoren bereits vielfältige Lösungen vorhanden sind, Rotorblätter von Windenergieanlagen gegen einen Blitzschlag abzusichern, gibt es hier noch weiteren Bedarf nach Verbesserungen. Insbesondere fehlt es nach Erkenntnis des Erfinders nach wie vor an geeigneten Lösungen, mit denen auch bestehende Windenergieanlagen in einfacher Weise mit einem Blitzschutzsystem erstmal eingerüstet oder mit einem verbesserten Blitzschutzsystem nachgerüstet werden können. Dies betrifft insbesondere die Nachrüstung mit geeigneten Blitzrezeptoren, die einen Schutz eines Rotorblattes gegen Blitzschlag in dessen mittleren Abschnitt, also nicht im Bereich der Rotorblattspitze, sondern vielmehr in einem zwischen der Rotorblattspitze und der Rotorblattwurzel gelegenen Bereich, bewirken können. Dabei soll ein solcher Blitzrezeptor zugleich sowohl eine zuverlässige Bündelung der Blitzeinschlagwahrscheinlichkeit in seinem Bereich erreichen als auch den Rotor der Windenergieanlage in seinem aerodynamischen Lauf so wenig als möglich stören und soweit als möglich keine zusätzlichen Rotorgeräusche während des Laufes der Windenergieanlage erzeugen. Diesem Problem wendet sich die vorliegende Erfindung zu und gibt zu dessen Lösung einen Blitzrezeptor mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 an. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses erfindungsgemäßen Blitzrezeptors sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 genannt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in einem Rotorblatt mit einem solchen erfindungsgemäßen Blitzrezeptor (vgl. Patentanspruch 7), welches in zwei vorteilhaften Weiterbildungen in den Ansprüchen 8 und 9 merkmalsmäßig weiter bestimmt ist.Even though with the known and shown lightning protection systems and associated lightning receptors already diverse solutions are present, rotor blades of wind turbines against a lightning strike gives there is still further need for improvement. In particular, missing according to the inventor's knowledge, there are still suitable solutions, with which even existing wind turbines in a simple manner first equipped with a lightning protection system or with an improved lightning protection system retrofitted can be. This concerns in particular the retrofitting with appropriate lightning receptors that provide protection of a rotor blade against lightning in its middle section, not in the area the rotor blade tip, but rather in a between the rotor blade tip and the rotor blade root area, can effect. there should such a lightning receptor at the same time both a reliable bundling the lightning strike probability in his area will reach as well as the rotor of the wind turbine in its aerodynamic Run as little as possible to disturb and as far as possible no additional rotor noise during the Generate run of the wind turbine. This problem is addressed by the present invention to the solution and a flash receptor with the features of claim 1. Advantageous developments of this Inventive lightning receptor are in the dependent claims 2 to 6 called. Another aspect of the invention lies in a Rotor blade with such a lightning receptor according to the invention (see 7), which in two advantageous developments in the claims 8 and 9 feature further is determined.

Der erfindungsgemäße Blitzrezeptor zeichnet sich in zweierlei Dingen aus. Er ist gebildet aus einem Rezeptorkorpus und einer von diesem abstehenden Rezeptorspitze. Die Rezeptorspitze steht im montierten Zustand des Rezeptors ebenfalls von der Oberfläche des Rotorblattes ab und generiert somit den an sich bekannten Spitzeneffekt, bei dem elektrische Feldlinien gebündelt werden und so die Feldliniendichte erhöht wird. Durch diese Bündelung der Feldlinien bzw. Erhöhung der Feldliniendichte wird die Einschlagwahrscheinlichkeit eines Blitzes in die Rezeptorspitze gegenüber der Wahrscheinlichkeit eines Blitzeinschlages in umliegende Bereiche des Rotorblattes deutlich erhöht. Diese Erhöhung der Blitzeinschlagwahrscheinlichkeit erfolgt zusätzlich zu der ohnehin vorhandenen Erhöhung aufgrund der Materialwahl; die Rezeptorspitze ist ebenso wie der Rezeptorkorpus aus einem elektrisch leitenden Material gebildet.The flash receptor according to the invention is characterized in two ways. It is formed from a receptor body and a protruding from this receptor tip. The receptor tip is also in the assembled state of the receptor from the surface of the rotor blade and thus generates the known per se peak effect, are bundled in the electric field lines and so the field line density is increased. Through this bundling of Field lines or increasing the field line density, the probability of impact of a lightning in the receptor tip against the likelihood of lightning strike is significantly increased in surrounding areas of the rotor blade. This increase in the likelihood of lightning strike is in addition to the already existing increase due to the choice of material; The receptor tip, like the receptor body, is formed from an electrically conductive material.

In einem zweiten wesentlichen Merkmal bzw. Aspekt sind Rezeptorkorpus und Rezeptorspitze als insgesamt stromlinienförmige Einheit gebildet. Diese Art der Gestaltung des erfindungsgemäßen Blitzrezeptors bewirkt, dass dieser einen ge ringen Luftwiderstand ausbildet, wenn er sich zusammen mit dem Rotorblatt durch die Luftmassen bewegt. Somit wird einerseits die Aerodynamik des Rotorblattes durch den daran angeordneten Blitzrezeptor so wenig als möglich beeinträchtigt, insbesondere werden Betriebsgeräusche, die aufgrund des Vorbeiströmens von Luft an dem Blitzrezeptor entstehen, weitgehend unterbunden, wenn nicht gar nahezu vollständig vermieden. Dabei ist der erfindungsgemäße Blitzrezeptor insgesamt als stromlinienförmig ausgebildete Struktur gebildet, die ausgehend von einer Basis absatzlos in eine Spitze übergeht und insgesamt die Form einer Haifischflosse oder dergleichen annimmt, mit ausreichend breiter Basis. Dabei ist ein basisnaher Abschnitt des Blitzrezeptors als Rezeptorkorpus anzusehen, ein spitzennaher Abschnitt als Rezeptorspitze, ohne dass es hierzu etwa einer strengen Trennlinie bedürfe.In a second essential feature or aspect are the receptor body and receptor tip formed as a total streamlined unit. This kind the design of the lightning receptor according to the invention causes it to form a poor drag when he moves along with the rotor blade through the air masses. Thus, on the one hand, the aerodynamics of the rotor blade through the Affected thereon lightning receptor as little as possible affected in particular, operating noise, due to the passing of Air at the lightning receptor arise, largely suppressed, though not nearly complete avoided. In this case, the flash receptor according to the invention is a total as streamlined formed formed structure, starting from a base without offset goes over to a top and takes the general form of a shark fin or the like, with sufficiently broad base. Here is a grassroots section of the Lightning receptor as receptor body, a near-peak section as a receptor tip, without this being about a strict dividing line needed.

Durch die vorstehend ausgebildete Rezeptorspitze wird auch bei einem in einem mittleren Abschnitt eines Rotorblattes einer Windenergieanlage anzuordnenden Blitzrezeptor der erfindungsgemäßen Art in zuverlässiger und gegenüber bekannten, im mittleren Abschnitt eines Rotorblattes anzuordnenden Blitzrezeptoren verbesserter Weise die Bündelung der Blitzschlagwahrscheinlichkeit im Bereich des Rezeptors erzielt, ohne dass hier durch wie aus dem Stand der Technik im Bereich von Blitzrezeptoren für die vordere Blattspitze bekannte „einfach abstehende” Rezeptorspitzen die Aerodynamik des Rotorblattes über die Maßen beeinträchtigen und insbesondere zu zusätzlichen Betriebsgeräuschen (Pfeifgeräuschen) führen.By the receptor tip formed above is also at a in a central portion of a rotor blade of a wind turbine to be arranged Lightning receptor of the type according to the invention in more reliable and opposite known, to be arranged in the middle section of a rotor blade Lightning receptors improved way the bundling of the lightning probability achieved in the area of the receptor, without here by how from the Prior art in the field of lightning receptors for the front Blade tip known "easy protruding "receptor tips the dimensionally impair the aerodynamics of the rotor blade and in particular to additional operating noise (Whistling sound) to lead.

Die Unterteilung des Blitzrezeptors in den Rezeptorkorpus und die Rezeptorspitze ist, wie bereits erwähnt, nicht zwingend entlang einer klar definierten Linie vorzunehmen. Vielmehr soll diese Unterteilung lediglich bedeuten, dass der Blitzrezeptor in einem Anschlussbereich zum Anbringen an dem Rotorblatt eine ausreichend breite Anschlussfläche aufweist und sich in einem dieser Anschlussfläche fern liegenden Abschnitt zu einer Spitze verjüngt.The Division of the lightning receptor into the receptor body and the receptor tip is, as already mentioned, not necessarily along a clearly defined line. Rather, this subdivision merely means that the lightning receptor in a connection area for attachment to the rotor blade sufficient has wide pad and in a section remote from this interface tapered to a point.

Die stromlinienförmige Konturführung der Einheit aus Rezeptorkorpus und Rezeptorspitze, die erfindungsgemäß vorzusehen ist, bedeutet dabei insbesondere eine hinsichtlich des Luftwiderstandes verbesserte Ausgestaltung dieser Formen. Dies wird auch erreicht durch den gekrümmten bzw. gebogenen Verlauf der Rezeptorspitze, die in der Form einer Finne gebildet ist.The streamlined contour guidance the unit of receptor body and receptor tip to provide the invention In particular, this means improved in terms of air resistance Design of these forms. This is also achieved by the curved or curved course of the receptor tip, which takes the form of a fin is formed.

Für eine besonders einfache Anbindung des erfindungsgemäßen Blitzrezeptors an ein innerhalb des Rotorblattes laufendes Blitzableitersystem, z. B. bestehend aus einer Erdungsleitung, ist mit Vorteil auf der der Rezeptorspitze gegenüberliegenden Seite des Korpus wenigstens ein Zapfen oder Bolzen aus einem leitendem Material angeformt. Dieser Bolzen bzw. Zapfen kann dann durch eine entsprechende in dem Rotorblatt ausgebildete Öffnung hindurchgeführt und mit geeigneten Mitteln an eine elektrische Leitung zur Ableitung des Blitzstromes angeschlossen werden. Dabei dient der Zapfen bzw. Bolzen in dieser Ausgestaltungsvariante nicht nur der Anbindung des Rezeptors an das Blitzableitersystem, sondern auch der Festlegung des Blitzrezeptors am Rotorblatt. Hierzu kann der Bolzen bzw. Zapfen z. B. mit einem Außengewinde versehen sein, über das eine Mutter aufgebracht und der Blitzrezeptor so mit dem Rotorblatt verschraubt werden kann. Grundsätzlich genügt für diese Art der Montage und Anbindung an das Blitzableitsystem ein solcher Zapfen oder Bolzen, jedoch können naturgemäß auch mehrere solcher Zapfen oder Bolzen vorgesehen werden. Sieht man zwei oder gar mehr Zapfen oder Bolzen vor, ergibt sich ein Vorteil für die Montage, da der Blitzrezeptor so besonders verdrehsicher montiert werden kann. Allerdings müssen auch mehrere Durchbrüche bzw. Bohrungen in das Rotorblatt eingebracht werden, was insbesondere bei einer Nachrüstung mit einem Mehraufwand verbunden ist und die Struktur des Rotorblattes insgesamt in höherem Maße schwächt. Die Ausgestaltung mit einem Zapfen oder Bolzen auf der der Rezeptorspitze gegenüberliegenden Seite des Rezeptorkorpus ist insbesondere für eine einfache Nachrüstung eines solchen Blitzrezeptors auf bestehenden Rotorblättern geeignet. In einem Abschnitt, in dem der Blitzrezeptor angebracht werden soll (insbesondere und in der Regel ein mittlerer Abschnitt des Rotorblattes), muss hier lediglich eine Öffnung (Bohrung) durch die Oberfläche des Rotorblattes geführt werden, der dort durchgeführte Zapfen oder Bolzen wird festgelegt (mit einer Mutter oder dgl.) und dann entweder an ein bestehendes Blitzableitsystem angeschlossen, oder es wird ein neues Blitzableitsystem im Inneren des Rotorblattes eingerichtete und mit dem Zapfen bzw. Bolzen verbunden.For a special simple connection of the lightning receptor according to the invention to one within the Rotor blade running lightning rod system, z. B. consisting of a grounding line, is beneficial on the receptor tip opposite Side of the body at least one pin or bolt of a conductive Material molded. This pin can then by a passed corresponding opening formed in the rotor blade and with suitable means to an electrical line for discharge of the lightning current can be connected. The pin or Bolt in this design variant not only the connection of the receptor to the lightning rod system, but also fixing the lightning receptor on the rotor blade. For this purpose, the bolt or pin z. B. with an external thread be over a mother applied and the lightning receptor so with the rotor blade can be screwed. Basically enough for this Type of installation and connection to the lightning system such Pins or bolts, however, can naturally also several such pins or bolts are provided. Do you see two or even more pins or bolts before, there is an advantage for the assembly, because the lightning receptor can be mounted so particularly against rotation. However, you have to also several breakthroughs or Holes are introduced into the rotor blade, which in particular in a retrofit associated with overhead and the structure of the rotor blade in total in higher Dimensions weakens. The Design with a pin or bolt on the receptor tip opposite Side of the receptor body is especially for easy retrofitting a such lightning receptor on existing rotor blades suitable. In a section, in which the lightning receptor is to be attached (in particular and usually a middle section of the rotor blade), must here only one opening (Hole) through the surface led the rotor blade be done, the pin performed there or bolt is set (with a nut or the like.) And then either connected to an existing lightning system, or A new lightning system will be installed inside the rotor blade and connected to the pin or bolt.

Besonders einfach lässt sich der erfindungsgemäße Blitzrezeptor ausführen, wenn dieser einstückig gebildet ist.Especially just lets the lightning receptor according to the invention To run, if this one piece is formed.

Als Material für den Rezeptorkorpus und die Rezeptorspitze, ggf. auch für den Zapfen oder Bolzen eignen sich Aluminium, Kupfer oder eine Aluminiumlegierung, wobei hier insbesondere ein Aluminiumgussmaterial bevorzugt wird. Eine Herstellung des Blitzrezeptors kann dabei vorzugsweise einstückig im Aluminiumgussverfahren geschehen. Auf diese Weise können eine Vielzahl gleichartiger Blitzrezeptoren günstig und formgenau hergestellt werden.When Material for the receptor body and the receptor tip, possibly also for the pin or bolts are aluminum, copper or an aluminum alloy, in which case, in particular, an aluminum casting material is preferred. A preparation of the lightning receptor can preferably in one piece in Cast aluminum process happened. In this way, a Variety of similar lightning receptors manufactured cheap and dimensionally accurate become.

Der Blitzrezeptor wird bevorzugt insgesamt mit einer solchen Masse ausgelegt, dass er die bei einem Blitzschlag typischerweise frei werdende thermische Energie schadlos aufnehmen kann. Hierfür eignen sich insbesondere Blitzrezeptoren der erfindungsgemäßen Art mit einer Masse von zwischen 0,5 und 2,5 kg, insbesondere 1 bis 1,5 kg.Of the Lightning receptor is preferably designed overall with such a mass, that it is typically released during a lightning strike thermal Energy can absorb harmless. In particular are suitable for this purpose Lightning receptors of the type according to the invention with a mass of between 0.5 and 2.5 kg, in particular 1 to 1.5 kg.

Wie bereits erwähnt, richtet sich die Erfindung auch auf ein Rotorblatt, welches einen wie oben beschriebenen Blitzrezeptor enthält. Dieser ist bevorzugt in einem mittleren Abschnitt zwischen Blattspitze und Blattwurzel angeordnet, insbesondere in etwa mittig zwischen diesen Elementen. Der Blitzrezeptor ist in einem solchermaßen erfindungsgemäß ausgestatteten Rotorblatt bevorzugt mit einer senkrecht zu seinem strömungsgünstigen Angriffsquerschnitt verlaufenden Längsachse quer zu der Blattlängsachse des Rotorblattes angeordnet, insbesondere unter einem Winkel von 90° dazu. Eine solche Anordnung ergibt eine optimale Ausnutzung des günstigen Anströmverhaltens, da der Blitzrezeptor sich so mit seinem strömungsgünstigen Angriffsquerschnitt durch die Luftmassen bewegt.As already mentioned, The invention is also directed to a rotor blade, which has a contains the lightning receptor as described above. This is preferred in a middle section between the blade tip and blade root, especially in the middle between these elements. The lightning receptor is in such a way equipped according to the invention Rotor blade prefers with a perpendicular to its aerodynamic Attack cross section extending longitudinal axis transverse to the blade longitudinal axis of the Rotor blade arranged, in particular at an angle of 90 ° thereto. A Such an arrangement results in optimal utilization of the cheap Anströmverhaltens, because the lightning receptor is so with its streamlined attack cross section moved through the air masses.

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Blitzrezeptors und seiner Anwendung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:Further Features and advantages of the inventive lightning receptor and its Application will become apparent from the following description of a embodiment with the attached Characters. Showing:

1 in vier verschiedenen Ansichten einen erfindungsgemäßen Blitzrezeptor in einer möglichen Ausgestaltungsvariante; und 1 in four different views, a lightning receptor according to the invention in a possible embodiment variant; and

2 schematisch ein Rotorblatt einer Windenergieanlage mit einem daran angeordneten Blitzrezeptor gemäß der Erfindung. 2 schematically a rotor blade of a wind turbine with a lightning receptor arranged thereon according to the invention.

In 1 ist in insgesamt vier Ansichten, von links nach rechts und von oben nach unten in dem Zeichnungsblatt gesehen einer dreidimensionalen Ansicht schräg von links vorn, einer Ansicht von vorn, einer Ansicht von der linken Seite und einer Ansicht von oben, ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Blitzrezeptor 1 gezeigt. Der hier gezeigte erfindungsgemäße Blitzrezeptor 1 umfasst einen Rezeptorkorpus 2 und eine daran angeformte Rezeptorspitze 3. Auf der der Rezeptorspitze 3 gegenüberliegenden Unterseite des Rezeptorkorpus 2 ist ein Zapfen 4 angeformt. Der gesamte Blitzrezeptor 1, also Rezeptorkorpus 2, Rezeptorspitze 3 und Zapfen 4 ist einstückig gebildet als Aluminium-Gussteil. Die Gesamtmasse des Blitzrezeptors 1 beträgt etwa 1,0 bis 1,5 kg, so dass der Blitzrezeptor 1 die bei einem Blitzschlag entstehende thermische Energie schadlos aufnehmen kann. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind Rezeptorkorpus 2 und Rezeptorspitze 3 klar als getrennte Elemente zu erkennen. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung einen Blitzrezeptor zu bilden, bei dem Rezeptorkorpus und Rezeptorspitze gleitend ineinander übergehen, z. B. einen insgesamt als Finne bzw. wie eine Haifisch-Rückenflosse geformten Blitzrezeptor, bei dem die breiter ausgebildete Basis den Rezeptorkorpus, die schmaler zulaufende Spitze die Rezeptorspitze bildet und in einem mittleren Bereich der Übergang zwischen diesen beiden Elementen liegt, ohne dass dieser stets genau ausgemacht und festgelegt werden muss.In 1 In a total of four views, from left to right and top to bottom in the drawing sheet, a three-dimensional view obliquely from the front left, a front view, a view from the left side and a top view, an embodiment of a lightning receptor according to the invention 1 shown. The lightning receptor according to the invention shown here 1 includes a receptor body 2 and a receptor tip molded to it 3 , On top of the receptor tip 3 opposite bottom of the receptor body 2 is a cone 4 formed. The entire lightning receptor 1 , so receptor body 2 , Receptor tip 3 and cones 4 is integrally formed as an aluminum casting. The total mass of the lightning receptor 1 is about 1.0 to 1.5 kg, so the lightning receptor 1 The thermal energy generated by a lightning strike can be absorbed without damage. In the embodiment shown here are receptor body 2 and receptor tip 3 clearly recognizable as separate elements. However, it is also within the scope of the invention to form a lightning receptor in which receptor body and receptor tip slidably merge into each other, for. B. a total formed as a fin or as a shark dorsal fin lightning receptor, in which the broader base the receptor body, the narrow tapered tip forms the receptor tip and in a central region of the transition between these two elements, without this always accurate must be identified and determined.

Durch die in den verschiedenen Darstellungen in 1 eingezeichneten Oberflächen-Rasterlinien ist dargestellt, dass der Rezeptorkorpus 2 und die Rezeptorspitze 3 insgesamt stromlinienförmig gebildet sind, mit einem geringen Strömungswiderstand für eine Anströmung von der Bugseite 5 bis zur Heckseite 6 des Blitzrezeptors 1. Zu diesem Zweck hat der Rezeptorkorpus 2 einen von der Bugseite 5 her bis zur Heckseite 6 zunächst vergleichsweise steil ansteigen und dann flach auslaufenden, strömungstechnisch optimierten Verlauf, und die Rezeptorspitze 3 ist in etwa im mittleren Bereich der Längserstreckung des Rezeptorkorpus 2 ansetzend in Richtung der Heckseite 6 gekrümmt geführt und weist die Form einer Finne auf, beispielsweise ähnlich geformt wie die Rückenflosse eines Hais oder Delphins.By the in the different representations in 1 Plotted surface grid lines are shown as the receptor body 2 and the receptor tip 3 are formed streamlined overall, with a low flow resistance for a flow from the bow side 5 to the rear 6 of the lightning receptor 1 , For this purpose, the receptor body has 2 one from the front of the page 5 to the rear side 6 initially relatively steep rise and then flat outgoing, aerodynamically optimized course, and the receptor tip 3 is approximately in the middle region of the longitudinal extension of the receptor body 2 starting in the direction of the rear side 6 curved and has the shape of a fin, for example, shaped similar to the dorsal fin of a shark or dolphin.

Die Rezeptorspitze 3 steht auch im montierten Zustand des Rezeptors 1 in ausreichender Weise vom Rotorblatt ab, um hier eine Feldlinienverdichtung herbeizuführen und damit die Blitzeinschlagwahrscheinlichkeit in die Rezeptorspitze 3 deutlich zu erhöhen. Andererseits ist durch die insgesamt stromlinienförmig ausgebildete Form der im montierten Zustand von dem Rotorblatt vorstehenden Teile des Blitzrezeptors 1 sichergestellt, dass dieser montiert an einem Rotorblatt die Aerodynamik des letztgenannten nicht über Gebühr beeinflusst und insbesondere auch nicht zu einer (wesentlichen) Zunahme der Windgeräusche führt.The receptor tip 3 is also in the mounted state of the receptor 1 sufficiently from the rotor blade to bring about a field line compression and thus the lightning probability in the receptor tip 3 to increase significantly. On the other hand, by the overall streamlined shape of the protruding in the assembled state of the rotor blade parts of the lightning receptor 1 This ensures that mounted on a rotor blade does not unduly influence the aerodynamics of the latter and in particular does not lead to a (substantial) increase in wind noise.

Mit dem Zapfen 4 wird der Blitzrezeptor 1 nicht nur an einem Rotorblatt festgelegt, indem dieser Zapfen 4 durch eine entsprechende Öffnung, beispielsweise eine Bohrung, in der Rotorblattwand hindurch geführt und z. B. mittels einer Schraube auf einem hier nicht dargestellten Außengewinde an dem Zapfen 4 fixiert wird, sondern er dient zugleich auch dem Anschluss des Blitzrezeptors 1 an eine Blitzableitung. Eine solche Blitzableitung kann beispielsweise ein im Inneren des Rotorblattes gespanntes Stahlseil oder ein ähnliches leitendes Element, wie etwa ein Kabel oder dgl., sein.With the pin 4 becomes the lightning receptor 1 not just fixed to a rotor blade by this pin 4 through a corresponding opening, for example a bore, guided in the rotor blade wall and z. B. by means of a screw on an external thread, not shown here on the pin 4 is fixed, but it also serves the connection of the lightning receptor 1 to a flash off management. Such a lightning discharge may for example be a tensioned inside the rotor blade steel cable or a similar conductive element, such as a cable or the like.

Wesentlich für die Erfindung ist, dass der erfindungsgemäße Blitzrezeptor 1 gebildet ist aus einer Rezeptorspitze 3 und dem sich an diese anschließenden Rezeptorkorpus 2, wobei erstere die Blitzeinschlagwahrscheinlichkeit in den Blitzrezeptor erhöht und somit den Blitzschutz verbessern hilft. Der Rezeptorkorpus 2 dient letztlich insbesondere der Erhöhung der Gesamtmasse des Blitzrezeptors 1, damit dieser im Falle eines Blitzschlages keinen thermischen Schaden nimmt. Anders als vorbekannte Blitzrezeptoren, bei denen eine thermische Beschädigung in Kauf genommen wird (wie z. B. bei dem in der DE 10 2005 045 579 A1 gezeigte Modell) soll der erfindungsgemäße Blitzrezeptor 1 einen Blitzeinschlag nämlich schadlos überstehen, um hier nicht zusätzlichen Wartungs- oder Reparaturaufwand bei einem Blitzeinschlag zu generieren.Essential to the invention is that the lightning receptor of the invention 1 is formed from a receptor tip 3 and to this subsequent receptor body 2 The former increases the likelihood of lightning strike in the lightning receptor and thus helps to improve lightning protection. The receptor body 2 ultimately serves in particular the increase in the total mass of the lightning receptor 1 so that it does not suffer any thermal damage in the event of a lightning strike. Unlike previously known lightning receptors, in which a thermal damage is accepted (such as in the in the DE 10 2005 045 579 A1 Model shown) is the lightning receptor of the invention 1 a lightning strike namely without damage, so as not to generate additional maintenance or repair costs in a lightning strike.

In 2 ist schematisch dargestellt, wie ein erfindungsgemäßer Blitzrezeptor 1 an einem Rotorblatt 7 einer Windenergieanlage montiert bzw. angeordnet ist. Gut zu erkennen ist hier, dass der erfindungsgemäße Blitzrezeptor 1 nicht etwa an der Blattspitze 8 angeordnet ist, sondern vielmehr an einem mittleren Abschnitt zwischen der Blattspitze 8 und der Blattwurzel 9. Für diesen Einsatz ist der erfindungsgemäße Blitzrezeptor 1 insbesondere geeignet, er unterstützt hier die zusätzliche Absicherung eines Rotorblattes 7 gegen Blitzschlag in diesem Bereich. Ferner ist in 2 gut zu sehen, dass der Blitzrezeptor 1 mit seiner Längsausrichtung quer zu der Blattlängsachse des Rotorblattes 7 angeordnet ist, wobei seine Bugseite 5 (vgl. 1) in Richtung der Vorderkante 10 des Rotorblattes 7 weist, seine Heckseite 6 (vgl. 1) in Richtung der rückwärtigen Kante 11 des Rotorblattes 7. Da im Betrieb das Rotorblatt 7 mit der Vorderkante 10 voran durch die Luftmassen streicht, kommt in dieser Einbaulage des Blitzrezeptors 1 dessen stromlinienförmige Ausgestaltung zur Geltung, durch die er die aerodynamische Gestaltung des Rotorblattes 7 weitestgehend unbeeinflusst lässt und zugleich keine, jedenfalls keine wesentlichen zusätzlichen Windgeräusche verursacht.In 2 is shown schematically as an inventive lightning receptor 1 on a rotor blade 7 a wind turbine is mounted or arranged. Good to see here is that the lightning receptor according to the invention 1 not at the tip of the sheet 8th but rather at a central portion between the blade tip 8th and the leaf root 9 , For this use is the lightning receptor according to the invention 1 particularly suitable, it supports the additional protection of a rotor blade here 7 against lightning in this area. Furthermore, in 2 good to see that the lightning receptor 1 with its longitudinal orientation transverse to the blade longitudinal axis of the rotor blade 7 is arranged, with its bow side 5 (see. 1 ) in the direction of the leading edge 10 of the rotor blade 7 points, its tail side 6 (see. 1 ) towards the rear edge 11 of the rotor blade 7 , Since in operation the rotor blade 7 with the front edge 10 passes through the air masses, comes in this mounting position of the lightning receptor 1 its streamlined design to advantage, by which he aerodynamic design of the rotor blade 7 largely unaffected and at the same time causes no, at least no significant additional wind noise.

Wenn in 1 der erfindungsgemäße Blitzrezeptor 1 mit lediglich einem einzigen Zapfen 4 an seiner Unterseite dargestellt ist, so kann dieser selbstverständlich auch zwei oder mehr solche Zapfen aufweisen. Besitzt der Blitzrezeptor 1 an seiner der Rezeptorspitze 3 gegenüberliegenden Unterseite des Korpus zumindest zwei Zapfen 4, so ist eine verdrehsichere Montage in einer wie in 2 dargestellten Position besonders sicher zu erhalten.When in 1 the lightning receptor according to the invention 1 with only a single pin 4 is shown on its underside, it may of course also have two or more such pin. Owns the lightning receptor 1 at its the receptor tip 3 opposite bottom of the body at least two cones 4 , so is a twist-proof assembly in a like in 2 To get particularly secure position shown.

Aus der Darstellung insbesondere in 1, aber auch in Zusammenschau mit 2 wird darüber hinaus deutlich, dass sich der erfindungsgemäße Blitzrezeptor 1 auch in der gezeigten Ausgestaltungsvariante besonders gut für eine Nachrüstung eignet. Dabei ist an dem Rotorblatt lediglich eine, bei mehreren Zapfen 4 sind mehrere Bohrungen in entsprechender Anzahl anzubringen, durch die dann der bzw. die Zapfen 4 des Blitzrezeptors 1 hindurchgeführt werden kann bzw. können. Es ist hier selbstverständlich, dass die Unterseite des Rezeptorkorpus 2, von der aus der Zapfen 4 vorsteht, in ihrer Form an den Verlauf der Oberfläche des Rotorblattes 7 angepasst ist und nicht notwendiger Weise eben verläuft, wie dies in 1 schematisch dargestellt ist. Der Blitzrezeptor 1 wird dann also bei einem Nachrüsten mit seinem (seinen) Zapfen 4 durch die entsprechende Bohrungen) geführt, und die Zapfen wird bzw. die Zapfen werden von der Innenseite des Rotorblattes 7 her z. B. mit einer Überwurfmutter bzw. mit Überwurfmuttern gesichert und dann an eine bestehende Blitzschutzleitung angeschlossen, bzw. es wird eine entsprechende Blitzschutzleitung geschaffen und mit dem (den) Zapfen 4 verbunden.From the representation in particular in 1 , but also in synopsis with 2 In addition, it becomes clear that the lightning receptor according to the invention 1 Also in the embodiment shown is particularly suitable for retrofitting. It is on the rotor blade only one, with several pins 4 are several holes to install in a corresponding number, then by the pin or the 4 of the lightning receptor 1 can be passed or can. It goes without saying that the underside of the receptor body 2 , from which the pin 4 protrudes, in its shape to the course of the surface of the rotor blade 7 is adjusted and does not necessarily go exactly as in 1 is shown schematically. The lightning receptor 1 Will be so when retrofitting with his (his) pin 4 passed through the corresponding holes), and the pin is or the pins are from the inside of the rotor blade 7 heart. B. secured with a union nut or with union nuts and then connected to an existing lightning protection line, or it is created a corresponding lightning protection line and with the (the) pin 4 connected.

Auch und insbesondere nach Betrachten der Figuren und Studium der voranstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels dürfte es für einen Fachmann ohne weiteres klar sein, dass die hier gezeigte Form eines erfindungsgemäßen Blitzrezeptors 1 nicht etwa die einzig mögliche ist. Vielmehr eröffnen sich eine Vielzahl von Variationen und Gestaltungsmöglichkeiten, in denen ein Blitzrezeptor bestehend aus Rezeptorkorpus und Rezeptorspitze stromlinienförmig gestaltet werden kann, um die Ziele der Erfindung zu erreichen und die zugrunde liegend Aufgabe zu lösen.Also and especially after considering the figures and studying the foregoing description of the embodiment, it should be readily apparent to one skilled in the art that the shape of a lightning receptor of the invention shown here 1 not the only one possible. Rather, opens up a variety of variations and design options in which a lightning receptor consisting of receptor body and receptor tip can be streamlined designed to achieve the objectives of the invention and to solve the underlying problem.

11

Blitzrezeptorlightning receptor

22

Rezeptorkorpusreceptor body

33

Rezeptorspitzereceptor peak

44

Zapfenspigot

55

Bugseitebow side

66

Heckseiterear side

77

Rotorblattrotor blade

88th

Blattspitzeblade tip

99

Blattwurzelblade root

1010

Vorderkanteleading edge

1111

rückwärtige Kanterear edge

Claims (9)

Blitzrezeptor für ein Rotorblatt (7) für die Anordnung in einem zwischen einer Blattwurzel (9) und einer Blattspitze (8) gelegenen, mittleren Abschnitt des Rotorblattes (7) einer Windenergieanlage, mit einem Rezeptorkorpus (2) und einer von diesem abstehenden Rezeptorspitze (3), wobei Rezeptorkorpus (2) und Rezeptorspitze (3) aus elektrisch leitendem Material, insbesondere Metall bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rezeptorkorpus (2) und die Rezeptorspitze (3) als eine insgesamt stromlinienförmige Einheit gebildet sind, wobei der Blitzrezeptor insgesamt die Form einer Finne bzw. Haifisch-Rückenflosse aufweist mit einer die Rezeptorspitze (3) bildenden, schmaleren Abschnitt nahe der Spitze der Finne bzw. Haifisch-Rückenflosse und einem den Rezeptorkorpus (2) bildenden breiteren Abschnitt nahe der Basis der Finne bzw. Haifisch-Rückenflosse.Lightning receptor for a rotor blade ( 7 ) for the arrangement in one between a leaf root ( 9 ) and a blade tip ( 8th ) located mid section of the rotor blade ( 7 ) of a wind turbine, with a receptor body ( 2 ) and a protruding from this receptor tip ( 3 ), where receptor body ( 2 ) and receptor tip ( 3 ) made of electrically conductive Material, in particular metal, characterized in that the receptor body ( 2 ) and the receptor tip ( 3 ) are formed as an overall streamlined unit, wherein the lightning receptor as a whole in the form of a fin or shark dorsal fin with a receptor tip ( 3 ) forming a narrower section near the tip of the fin or shark dorsal fin and a receptor body ( 2 ) forming a broader portion near the base of the fin or shark dorsal fin. Blitzrezeptor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er auf der der Rezeptorspitze (3) gegenüberliegenden Seite des Rezeptorkorpus (2) wenigstens ein Zapfen (4) oder Bolzen aus einem leitenden Material angeformt ist zur Ableitung des Blitzstroms und zur Befestigung des Blitzrezeptors (1) an einem Rotorblatt (7).Lightning receptor according to claim 1, characterized in that it is located on the receptor tip ( 3 ) opposite side of the receptor body ( 2 ) at least one pin ( 4 ) or bolt is formed of a conductive material for dissipating the lightning current and for attaching the lightning receptor ( 1 ) on a rotor blade ( 7 ). Blitzrezeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einstückig gebildet ist.Lightning receptor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it is in one piece is formed. Blitzrezeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Rezeptorkorpus (2) und die Rezeptorspitze (3) aus Aluminium, Kupfer oder einer Aluminiumlegierung besteht, vorzugsweise aus einem Aluminiumgussmaterial.Lightning receptor according to one of the preceding claims, characterized in that at least the receptor body ( 2 ) and the receptor tip ( 3 ) consists of aluminum, copper or an aluminum alloy, preferably of an aluminum casting material. Blitzrezeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine für die schadlose Aufnahme der bei einem Blitzeinschlag freiwerdenden thermischen Energie ausreichende Masse aufweist.Lightning receptor according to one of the preceding claims, characterized that he has a for the harmless recording of the liberated in a lightning strike thermal energy has sufficient mass. Blitzrezeptor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Masse von 0,5 bis 2,5 kg, vorzugsweise 1 bis 1,5 kg aufweist.Lightning receptor according to claim 5, characterized in that that it has a mass of 0.5 to 2.5 kg, preferably 1 to 1.5 kg having. Rotorblatt für den Rotor einer Windenergieanlage, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen Blitzrezeptor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.Rotor blade for the rotor of a wind turbine, characterized in that it has at least one lightning receptor ( 1 ) according to one of the preceding claims. Rotorblatt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Blitzrezeptor (1) in einem mittleren Abschnitt zwischen der Blattspitze (8) und der Blattwurzel (9), insbesondere in etwa mittig zwischen Blattspitze (8) und Blattwurzel (9), angeordnet ist.Rotor blade according to claim 7, characterized in that the at least one lightning receptor ( 1 ) in a middle section between the blade tip ( 8th ) and the leaf root ( 9 ), in particular approximately in the middle between the blade tip ( 8th ) and leaf root ( 9 ) is arranged. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Blitzrezeptor (1) mit einer senkrecht zu seinem strömungsgünstigen Angriffsquerschnitt verlaufenden Längsachse quer, insbesondere unter einem Winkel von 90° zu der Blattlängsachse des Rotorblattes (7) angeordnet ist.Rotor blade according to one of claims 7 or 8, characterized in that the lightning receptor ( 1 ) with a perpendicular to its flow-favorable attack cross-section longitudinal axis transversely, in particular at an angle of 90 ° to the blade longitudinal axis of the rotor blade ( 7 ) is arranged.