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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Der hier beschriebene Gegenstand betrifft allgemein Verfahren und Systeme zur Herstellung von Rotorblättern und insbesondere Verfahren und Systeme zur Herstellung von Rotorblättern für Windkraftanlagen.
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Zumindest einige bekannte Windkraftanlagen weisen einen Turm und eine Gondel, die am Turm montiert ist, auf. Ein Rotor ist drehbar an der Gondel montiert und ist über eine Welle mit einem Generator gekoppelt. Vom Rotor aus erstreckt sich eine Vielzahl von Blättern. Die Blätter sind derart ausgerichtet, dass der Wind, der über die Blätter strömt, den Rotor dreht und die Welle dreht, wodurch der Generator angetrieben wird, um Strom zu erzeugen.
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Rotorblätter für Windkraftanlagen werden üblicherweise hergestellt, indem eine Struktur schichtweise in eine vorgefertigte Form gelegt wird. Die Form selbst umfasst üblicherweise einen oberen und einen unteren Teil, die anschließend miteinander verklebt werden. Die Grenze zwischen den Hälften befindet sich üblicherweise am vorderen Rand (Vorderkante) und hinteren Rand (Hinterkante) des Blattprofils.
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Die Form der Form definiert Eigenschaften des hergestellten Rotorblatts wie Länge, Breite, Dicke, lang gestreckte Krümmung, Vorbiegung und Verdrehwinkel. Die Form selbst umfasst üblicherweise Verbundwerkstoffe wie Glasfasern, Kohlefasern oder Kombinationen davon. Die Form ist ferner relativ einfach zu verformen und wird daher während des Herstellungsprozesses mit einer Stützstruktur stabilisiert, die üblicherweise Stahlelemente umfasst.
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Der Einstellvorgang zur Herstellung der Form ist üblicherweise zeitaufwändig und erfordert ein beträchtliches Maß an Handarbeit. Die zuvor beschriebenen Parameter der Form bestimmen die Eigenschaften und Qualität des hergestellten Blatts. Wenn sich nach der Herstellung der ersten Rotorblätter zeigt, dass die hergestellten Blätter keine zufriedenstellenden Eigenschaften aufweisen, kann eine umständliche und teure Nachbearbeitung der Form erforderlich sein.
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Dieses Problem ist von besonderer Bedeutung angesichts von Rotorblättern mit einer sogenannten Biege-Torsionskopplung. Es hat sich gezeigt, dass sich bei Konstruktionen von Blättern von Windkraftanlagen mit einer Biege-Torsionskopplung die durch Windböen erzeugte Extrem- und Dauerbelastung verringert. Allgemein ausgedrückt besteht das Konzept darin, durch die Kopplung des Biegemoments des Blatts mit der Verdrehung das Blatt entlasten zu können. Schrittweise Erhöhungen des Biegemoments führen zu einer schrittweisen Erhöhung der Verdrehung, durch die die aerodynamisch erzeugte Belastung abnimmt.
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Es hat sich erwiesen, dass der Kopplungsfaktor zwischen der Biegung eines Außenbereichs eines Rotorblatts bei Windböen und einer bewirkten Veränderung eines Verdrehwinkels von mehreren Faktoren abhängt. Es ist schwierig, den Kopplungsfaktor zwischen den beteiligten Parametern während der Konstruktionsphase zu berücksichtigen. Die tatsächlichen Kopplungseigenschaften eines Rotorblatts können sich damit erst zeigen, nachdem ein erstes Blatt hergestellt ist. Wenn bei anschließenden Prüfungen festgestellt wird, dass die Biege-Torsionskopplung nicht zufriedenstellend ist, kann es notwendig sein, den statischen Verdrehwinkel zu verändern, das heißt, seine Verteilung über die Länge des Blatts durch Verändern der Form oder zumindest von Teilen davon zu verändern. Aufgrund der vorgenannten Gründe ist dies jedoch ein umständlicher Prozess.
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In Anbetracht des Vorstehenden sind ein Verfahren und Werkzeug zur Herstellung eines Rotorblatts erwünscht, die eine einfache Abwandlung einer Form für eine Windkraftanlage ermöglichen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nach einem Aspekt ist ein Werkzeug für die Herstellung eines Rotorblatts bereitgestellt. Das Werkzeug umfasst mindestens eine Form und mindestens eine Stützstruktur für die mindestens eine Form. Die mindestens eine Form wird von der Stützstruktur gehalten und die Stützstruktur ist derart angepasst, dass ein Verdrehwinkel von mindestens einem Abschnitt der mindestens einen Form einstellbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Ändern eines Verdrehwinkels eines Teils eines Rotorblatts bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Werkzeugs für die Herstellung eines Rotorblatts, das mindestens eine Form und mindestens eine Stützstruktur für die mindestens eine Form aufweist. Die Form wird von der Stützstruktur gehalten und die Stützstruktur ist derart angepasst, dass ein Verdrehwinkel von mindestens einem Abschnitt der Form einstellbar ist. Das Verfahren umfasst ferner das Anpassen des Werkzeugs, sodass der Verdrehwinkel eines Abschnitts der Form abgeändert wird.
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Weitere Aspekte, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine vollständige und nacharbeitbare Offenbarung, einschließlich der für einen Durchschnittsfachmann besten Ausführung derselben, ist insbesondere in der übrigen Beschreibung dargelegt und bezieht sich auf die zugehörigen Figuren, in denen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Windkraftanlage ist.
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2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Abschnitts der Windkraftanlage ist, die in 1 dargestellt ist.
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3 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugs gemäß Ausführungsformen ist.
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4 bis 6 Schnittdarstellungen des Werkzeugs von 3 gemäß Ausführungsformen sind.
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7 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugs gemäß weiteren Ausführungsformen ist.
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8 eine Schnittdarstellung des Werkzeugs von 7 entlang der Linie B ist.
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9 eine weitere Schnittdarstellung des Werkzeugs von 7 ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird nun ausführlich auf die verschiedenen Ausführungsformen Bezug genommen, für die ein oder mehrere Beispiele in jeder Figur veranschaulicht sind. Jedes Beispiel ist zur Erläuterung der Erfindung aufgeführt und nicht als Einschränkung zu verstehen. So können zum Beispiel Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, bei oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um weitere Ausführungsformen zu erzeugen. Die vorliegende Offenbarung soll derartige Abwandlungen und Varianten umfassen.
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Die hier beschriebenen Ausführungsformen umfassen ein Werkzeug für die Herstellung eines Rotorblatts, mit dem ein Verdrehwinkel des Rotorblatts während der Herstellung verändert werden kann.
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Der Begriff ”Sehne” soll hier für eine Linie stehen, die die Vorderkante mit der Hinterkante eines Profils an einer bestimmten Stelle entlang der Länge des Rotorblatts verbindet. Der Begriff ”Verdrehwinkel” soll hier, an einer bestimmten Stelle entlang der Länge des Rotorblatts, für den Winkel zwischen der Sehne und der Drehebene stehen. Der Verdrehwinkel ist üblicherweise in verschiedenen Abschnitten oder Bereichen eines Rotorblatts unterschiedlich. Als nicht umfassendes Beispiel kann der Verdrehwinkel in dem Bereich des Blatts, der die längste Sehne aufweist, zwischen 15° und 20° betragen, während er im Spitzenbereich ungefähr –2° bis 0° betragen kann. Die Ausgestaltung eines Rotorblatts wird in erheblichem Maße von der Größe und Entwicklung des Verdrehwinkels entlang der Länge des Blatts bestimmt. Der Begriff ”Anpassen eines Verdrehwinkels” soll hier folglich für eine Anpassung einer Richtung einer Sehne in mindestens einem Bereich eines Rotorblatts während der Herstellung desselben stehen. Anders ausgedrückt bedeutet das ”Anpassen eines Verdrehwinkels” das Abändern einer Form eines Rotorblatts während der Herstellung durch das Verdrehen eines Abschnitts des Blatts bezogen auf eine Längsachse gegen einen anderen Abschnitt des Blatts, wobei die Änderung höchstens –10° bis 20° oder genauer 0° bis 20° oder noch genauer 0° bis 10° beträgt.
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Der Begriff ”Blatt” soll hier für jede Vorrichtung stehen, die, wenn sie in Bewegung ist, bezogen auf ein umgebendes Fluid eine Reaktionskraft aufbringt. Der Begriff ”Windkraftanlage” soll hier für jede Vorrichtung stehen, die Rotationsenergie aus Windenergie erzeugt und insbesondere die kinetische Energie des Winds in mechanische Energie umwandelt. Der Begriff ”Windgenerator” soll hier für jede Windkraftanlage stehen, die elektrischen Strom aus Rotationsenergie erzeugt, die aus Windenergie erzeugt wird, und insbesondere die mechanische Energie, die aus der kinetischen Energie des Winds umgewandelt wird, in elektrischen Strom umwandelt.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Windkraftanlage 10. In dem Ausführungsbeispiel ist die Windkraftanlage 10 eine Horizontalachsen-Windkraftanlage. Alternativ kann die Windkraftanlage 10 eine Vertikalachsen-Windkraftanlage sein. In dem Ausführungsbeispiel weist die Windkraftanlage 10 einen Turm 12 auf, der sich von einem Standsystem 14 aus erstreckt, eine Gondel 16, die am Turm 12 montiert ist, und einen Rotor 18, der mit der Gondel 16 gekoppelt ist. Der Rotor 18 weist eine drehbare Nabe 20 und mindestens ein Rotorblatt 22 auf, das mit der Nabe 20 gekoppelt ist und sich von dort aus nach außen erstreckt. In dem Ausführungsbeispiel weist der Rotor 18 drei Rotorblätter 22 auf. In einer alternativen Ausführungsform weist der Rotor 18 mehr oder weniger als drei Rotorblätter 22 auf. In dem Ausführungsbeispiel ist der Turm 12 aus Stahlrohr hergestellt, um einen Hohlraum (nicht in 1 dargestellt) zwischen dem Standsystem 14 und der Gondel 16 zu definieren. In einer alternativen Ausführungsform ist der Turm 12 jede geeignete Art von Turm, der eine geeignete Höhe aufweist.
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Die Rotorblätter 22 sind mit einem Abstand um die Nabe 20 herum angeordnet, um das Drehen des Rotors 18 zu vereinfachen, so dass kinetische Energie des Windes in nutzbare mechanische Energie und anschließend elektrische Energie umgewandelt werden kann. Die Rotorblätter 22 sind mit der Nabe 20 verbunden, indem ein Blattwurzelabschnitt 24 in einer Vielzahl von Kraftübertragungsbereichen 26 mit der Nabe 20 gekoppelt ist. Die Kraftübertragungsbereiche 26 weisen einen Nabenkraftübertragungsbereich und einen Blattkraftübertragungsbereich auf (beide nicht in 1 dargestellt). Kräfte, die auf die Rotorblätter 22 einwirken, werden über die Kraftübertragungsbereiche 26 auf die Nabe 20 übertragen.
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In einer Ausführungsform weisen die Rotorblätter 22 eine Länge im Bereich von 15 Metern (m) bis etwa 91 m auf. Alternativ können die Rotorblätter 22 jede geeignete Länge aufweisen, die es ermöglicht, dass die Windkraftanlage 10 wie hier beschrieben arbeitet. Beispielsweise umfassen weitere nicht einschränkende Beispiele für Blattlängen 10 m oder kürzer, 20 m, 37 m oder eine Länge, die über 91 m beträgt. Wenn der Wind aus einer Richtung 28 auf die Rotorblätter 22 trifft, wird der Rotor 18 um eine Drehachse 30 gedreht. Wenn die Rotorblätter 22 gedreht und Fliehkräften ausgesetzt werden, sind die Rotorblätter 22 auch verschiedenen Kräften und Momenten ausgesetzt. Die Rotorblätter 22 können sich so von einer Ruheposition oder nicht gebogenen Position in eine gebogene Position biegen und/oder drehen.
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Darüber hinaus kann ein Anstellwinkel oder Einstellwinkel der Rotorblätter 22, d. h. ein Winkel, der das Verhältnis der Rotorblätter 22 zur Richtung 28 des Windes bestimmt, mit einem Winkeleinstellsystem 32 verändert werden, um die Kraft und die Energie, die die Windkraftanlage 10 erzeugt, durch Einstellen der Winkellage von mindestens einem Rotorblatt 22 relativ zu Windvektoren zu beeinflussen. Es sind die Längsachsen 34 für die Rotorblätter 22 dargestellt. Während des Betriebs der Windkraftanlage 10 kann das Winkeleinstellsystem 32 einen Einstellwinkel der Rotorblätter 22 derart verändern, dass die Rotorblätter 22 in eine Fahnenstellung bewegt werden, sodass das Verhältnis von mindestens einem Rotorblatt 22 relativ zu Windvektoren dafür sorgt, dass eine minimale Oberfläche des Rotorblatts 22 zu den Windvektoren ausgerichtet ist, wodurch die Verringerung der Drehzahl des Rotors 18 vereinfacht wird und/oder ein Strömungsabriss am Rotor 18 vereinfacht wird.
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In dem Ausführungsbeispiel wird der Einstellwinkel jedes Rotorblatts 22 einzeln mit einer Regeleinheit 36 geregelt. Alternativ kann der Einstellwinkel sämtlicher Rotorblätter 22 gleichzeitig mit der Regeleinheit 36 geregelt werden. In dem Ausführungsbeispiel kann ferner, wenn sich die Richtung 28 ändert, eine Gierrichtung der Gondel 16 um eine Hochachse 38 herum geregelt werden, um die Rotorblätter 22 bezüglich der Richtung 28 zu positionieren.
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In dem Ausführungsbeispiel ist die Regeleinheit 36 mittig in der Gondel 16 angeordnet dargestellt, jedoch kann die Regeleinheit 36 ein über die gesamte Windkraftanlage 10, auf dem Standsystem 14, in einem Windpark und/oder in einer Fernsteuerungseinrichtung verteiltes System sein. Die Regeleinheit 36 weist einen Prozessor 40 auf, der dafür eingerichtet ist, die hier beschriebenen Verfahren und/oder Schritte durchzuführen. Ferner weisen viele der anderen hier beschriebenen Bauteile einen Prozessor auf. Der Begriff ”Prozessor” ist hier nicht auf integrierte Schaltkreise beschränkt, die im Fachgebiet als Computer bezeichnet werden, sondern bezeichnet allgemein einen Controller, einen Mikrocontroller, einen Mikrocomputer, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis und weitere programmierbare Schaltungen und diese Begriffe werden hier austauschbar verwendet. Es sollte sich verstehen, dass ein Prozessor und/oder eine Regeleinheit auch einen Speicher, Eingangskanäle und/oder Ausgangskanäle umfassen kann bzw. können.
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Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen kann zu Speicher ohne Einschränkung ein computerlesbares Medium wie ein Direktzugriffsspeicher (RAM) und ein computerlesbares nichtflüchtiges Medium wie ein Flash-Speicher zählen. Alternativ kann auch eine Diskette, eine CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory), eine magneto-optische Diskette (MOD) und/oder eine DVD (Digital Versatile Disc) verwendet werden. Außerdem umfassen in den hier beschriebenen Ausführungsformen Eingangskanäle ohne Einschränkung Sensoren und/oder Computerperipherie, die einer Benutzerschnittstelle zugehörig ist, beispielsweise eine Maus und eine Tastatur. Ferner können Ausgangskanäle in dem Ausführungsbeispiel ohne Einschränkung eine Steuereinrichtung und einen Benutzerschnittstellen-Monitor und/oder ein Anzeigegerät umfassen.
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Hier beschriebene Prozessoren verarbeiten Informationen, die von einer Vielzahl von elektrischen und elektronischen Einrichtungen übertragen werden, die ohne Einschränkung Sensoren, Stellglieder, Kompressoren, Steuer- und Regelungssysteme und/oder Überwachungseinrichtungen umfassen können. Diese Prozessoren können physisch beispielsweise in einem Steuer- und Regelungssystem, einem Sensor, einer Überwachungseinrichtung, einem Desktop-Computer, einem Laptop, einem SPS-Schrank (speicherprogrammierbare Steuerung) und/oder einem Schrank für ein System mit verteilter Steuerung untergebracht sein. RAM und Speicher speichern und übertragen Informationen und Befehle, die von dem bzw. den Prozessor(en) auszuführen sind. RAM und Speicher können auch verwendet werden, um temporäre Variablen, statische (d. h. sich nicht ändernde) Informationen und Befehle oder andere Zwischeninformationen zu speichern und den Prozessoren während der Ausführung von Befehlen durch den bzw. die Prozessor(en) zur Verfügung zu stellen. Zu Befehlen, die ausgeführt werden, gehören ohne Einschränkung Regelbefehle der Regeleinheit der Windkraftanlage. Die Ausführung von Befehlsfolgen ist nicht auf eine bestimmte Kombination aus Schaltungen und Softwarebefehlen beschränkt.
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2 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Abschnitts der Windkraftanlage 10. In dem Ausführungsbeispiel weist die Windkraftanlage 10 eine Gondel 16 und eine Nabe 20 auf, die drehbar mit der Gondel 16 gekoppelt ist. Die Nabe 20 ist insbesondere drehbar mit einem elektrischen Generator 42, der in der Gondel 16 platziert ist, über die Rotorwelle 44 (manchmal entweder als Hauptwelle oder langsam laufende Welle bezeichnet), ein Getriebe 46, eine schnell laufende Welle 48 und eine Kupplung 50 gekoppelt. In dem Ausführungsbeispiel ist die Rotorwelle 44 koaxial zur Längsachse 116 angeordnet. Die Drehbewegung der Rotorwelle 44 treibt drehend das Getriebe 46 an, das anschließend die schnell laufende Welle 48 antreibt. Die schnell laufende Welle 48 treibt drehend den Generator 42 mit der Kupplung 50 an und die Drehbewegung der schnell laufenden Welle 48 erleichtert die Erzeugung von elektrischem Strom durch den Generator 42. Das Getriebe 46 und der Generator 42 werden von einem Halter 52 und einem Halter 54 gehalten. In dem Ausführungsbeispiel wird bei dem Getriebe 46 eine Zweiwegegeometrie zum Antrieb der schnell laufenden Welle 48 verwendet. Alternativ ist die Rotorwelle 44 direkt über die Kupplung 50 mit dem Generator 42 gekoppelt.
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Die Gondel 16 weist auch einen Gierantriebsmechanismus 56 auf, der verwendet werden kann, um die Gondel 16 und die Nabe 20 auf der Hochachse 38 (in 1 dargestellt) zu drehen, um das Verhältnis der Rotorblätter 22 zur Richtung 28 des Windes zu steuern. Die Gondel 16 weist auch mindestens einen Windmessmast 58 auf, der eine Windfahne und ein Anemometer (beide nicht in 2 dargestellt) umfasst. Der Mast 58 liefert Informationen an die Regeleinheit 36, die die Windrichtung und/oder Windgeschwindigkeit umfassen können. In dem Ausführungsbeispiel weist die Gondel 16 auch ein vorderes Haupttraglager 60 und ein hinteres Haupttraglager 62 auf.
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Das vordere Traglager 60 und das hintere Traglager 62 erleichtern den radialen Halt und die Ausrichtung der Rotorwelle 44. Das vordere Traglager 60 ist nahe der Nabe 20 mit der Rotorwelle 44 gekoppelt. Das hintere Traglager 62 befindet sich auf der Rotorwelle 44 nahe dem Getriebe 46 und/oder dem Generator 42. Alternativ weist die Gondel 16 eine beliebige Zahl von Traglagern auf, mit denen die Windkraftanlage 10 wie hier offenbart funktionieren kann. Die Rotorwelle 44, der Generator 42, das Getriebe 46, die schnell laufende Welle 48, die Kupplung 50 und alle zugehörigen Befestigungs-, Halte- und/oder Sicherungsvorrichtungen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf den Halter 52 und/oder den Halter 54 und das vordere Traglager 60 und das hintere Traglager 62 werden manchmal als Antriebsstrang 64 bezeichnet.
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In dem Ausführungsbeispiel weist die Nabe 20 eine Einstellwinkelanordnung 66 auf. Die Einstellwinkelanordnung 66 weist ein oder mehrere Einstellwinkelantriebssysteme 68 und mindestens einen Sensor 70 auf. Jedes Einstellwinkelantriebssystem 68 ist mit einem entsprechenden Rotorblatt 22 (in 1 dargestellt) gekoppelt, um den Einstellwinkel des zugehörigen Rotorblatts 22 entlang der Längsachse 34 anzupassen. In 2 ist nur eins von drei Einstellwinkelantriebssystemen 68 dargestellt.
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In dem Ausführungsbeispiel weist die Einstellwinkelanordnung 66 mindestens ein Blattlager 72 auf, das mit der Nabe 20 und dem jeweiligen Rotorblatt 22 (in 1 dargestellt) gekoppelt ist, um das jeweilige Rotorblatt 22 um die Längsachse 34 zu drehen. Das Einstellwinkelantriebssystem 68 weist einen Einstellwinkelantriebsmotor 74, ein Einstellwinkelantriebsgetriebe 76 und ein Einstellwinkelantriebsritzel 78 auf. Der Einstellwinkelantriebsmotor 74 ist mit dem Einstellwinkelantriebsgetriebe 76 derart gekoppelt, dass der Einstellwinkelantriebsmotor 74 eine mechanische Kraft auf das Einstellwinkelantriebsgetriebe 76 überträgt. Das Einstellwinkelantriebsgetriebe 76 ist mit dem Einstellwinkelantriebsritzel 78 derart gekoppelt, dass das Einstellwinkelantriebsritzel 78 von dem Einstellwinkelantriebsgetriebe 76 gedreht wird. Das Blattlager 72 ist mit dem Einstellwinkelantriebsritzel 78 derart gekoppelt, dass durch die Drehbewegung des Einstellwinkelantriebsritzels 78 das Blattlager 72 gedreht wird. In dem Ausführungsbeispiel ist insbesondere das Einstellwinkelantriebsritzel 78 mit dem Blattlager 72 derart gekoppelt, dass durch die Drehbewegung des Einstellwinkelantriebsgetriebes 76 das Blattlager 72 und das Rotorblatt 22 um die Längsachse 34 gedreht werden, um den Einstellwinkel des Blatts 22 zu verändern.
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Das Einstellwinkelantriebssystem 68 ist mit der Regeleinheit 36 gekoppelt, um den Einstellwinkel des Rotorblatts 22 beim Empfang von ein oder mehreren Signalen von der Regeleinheit 36 anzupassen. In dem Ausführungsbeispiel ist der Einstellwinkelantriebsmotor 74 jeder geeignete Motor, der mit elektrischem Strom betrieben wird, und/oder ein hydraulisches System, mit dem die Einstellwinkelanordnung 66 wie hier beschrieben funktionieren kann. Alternativ kann die Einstellwinkelanordnung 66 eine geeignete Struktur, Konfiguration, Anordnung und/oder Bestandteile wie, jedoch nicht beschränkt auf, Hydraulikzylinder, Federn und/oder Servomechanismen umfassen. Die Einstellwinkelanordnung 66 kann darüber hinaus mit jedem geeigneten Mittel angetrieben werden, beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf Hydraulikflüssigkeit, und/oder mit mechanischer Kraft, beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf, induzierte Federkräfte und/oder elektromagnetische Kräfte. In bestimmten Ausführungsformen wird der Einstellwinkelantriebsmotor 74 mit Energie betrieben, die aus einem Trägheitsmoment der Nabe 20 stammt, und/oder einer Quelle gespeicherter Energie (nicht dargestellt), die Bestandteilen der Windkraftanlage 10 Energie liefert.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugs 260 für die Herstellung eines Rotorblatts 200 gemäß Ausführungsformen. Das Werkzeug umfasst eine Form 270 und eine Stützstruktur 280 (nur schematisch dargestellt), die die Form 270 hält. Das Rotorblatt wird üblicherweise mit dem bekannten Verfahren des schichtweisen Hineinlegens der Blattstruktur in die Form hergestellt. Die Form ist üblicherweise derart gestaltet, dass lediglich eine Hälfte des Blatts hergestellt wird, wodurch anschließend die beiden Hälften miteinander verklebt werden, um das Rotorblatt zu bilden. Sämtliche hier beschriebenen Ausführungsformen betreffen eine Form für eine Hälfte eines Rotorblatts.
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In der Ausführungsform ist in einem Bereich der Form 270, der einen Außenbereich des Rotorblatts darstellt, ein Einstellmechanismus vorgesehen. Der Einstellmechanismus eignet sich zum Einstellen des Verdrehwinkels des jeweiligen Bereichs des Rotorblatts, das hergestellt werden soll, bezogen auf andere Bereiche des Blatts 200.
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In der Ausführungsform wird der einstellbare Teil der Form von einem Scharnier 300 gehalten, um das herum dieser Teil der Form gedreht werden kann. Auf einer Seite der Form gegenüber dem Scharnier wird die Form von mehreren höhenverstellbaren Stützen 320 gehalten, die in einer z-Richtung, die in 3 senkrecht zur Zeichnungsebene ist, eingestellt werden können. In dem Bereich der Form, in dem der Verdrehwinkel einstellbar und durch die Länge des Scharniers 300 definiert ist, wird die Form ferner von den Stützelementen 340 gehalten.
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4 bis 6 zeigen Schnittdarstellungen des Werkzeugs 260 gemäß der Ausführungsform von 3 entlang der Linie A-A. 4 zeigt das Werkzeug 260 mit einem nicht veränderten Verdrehwinkel. Die Form 270 wird auf einer Seite von dem Scharnier 300 und auf der gegenüberliegenden Seite von den Stützen 320 gehalten. Die Stützstruktur 280, die üblicherweise Stahl enthält, hält die Form 270. Ein Teil der Stützstruktur sind die Stützelemente 340, die höhenverstellbar sind. Wenn der Verdrehwinkel der Form 270 über das Werkzeug 260 verändert wird, wird die Höhe der Stützen 320 verändert, üblicherweise vergrößert, was vereinfacht in 5 dargestellt ist.
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Während die Seite der Form 270, die von den Stützen 320 gehalten wird, angehoben wird, bleibt das andere Ende der Form, das von dem Scharnier 300 gehalten wird, auf derselben Höhe. Der sich ergebende Höhenunterschied zwischen beiden Seiten sorgt für eine Neigung des jeweiligen Teils der Form 270, was zu einem unterschiedlichen Verdrehwinkel α des hergestellten Rotorblatts in dem Bereich, der von dem Werkzeug 260 beeinflusst wird, führt. Gleichzeitig mit der Veränderung der Höhe der Stützen 320 muss auch die Höhe der Stützelemente 340 vergrößert werden, sodass die gesamte Breite der relativ instabilen Form 270 ausreichend gestützt ist.
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Die Stützelemente 340 können auf unterschiedliche Weise ausgeführt sein. Zur Veranschaulichung sind sie lediglich vereinfacht in 3 bis 6 dargestellt. Sie können beispielsweise als untereinander verbundenes Gitter aus Metallstreben ausgeführt sein, von denen ein Teil längenverstellt sein kann, sodass die Höhe von Teilen der entstehenden Struktur abgeändert werden kann. In einer weiteren Ausführungsform umfassen die Stützelemente 340 eine Vielzahl von Metallröhren, die in einer Längsrichtung der Form vorstehen und an der Form angeklebt sind. Die Röhren werden von senkrechten Streben gehalten, die von einem Stahlrahmen gehalten sind.
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Wenn der Verdrehwinkel α in einer anderen Richtung verändert werden soll, werden die Stützen 320 herabgesenkt statt angehoben, wie es in dem vorigen Beispiel und in 5 und 6 dargestellt ist. Die jeweilige Seite der Form wird herabgesenkt, sodass der Winkel α entsprechend verändert wird.
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7 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform. In 8 ist eine Schnittdarstellung entlang der Strichlinie B dargestellt. In der Ausführungsform wird die Einstellung des Verdrehwinkels über die Einstellelemente 340 ermöglicht. Diese sind so auf den Streben 370 angeordnet, dass die Streben längenverstellbar sind. In 9 ist eine detaillierte Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels der Stützstruktur von 8 dargestellt. Darin ermöglichen die Gelenke 390, dass sich die verschiedenen Stützelemente zueinander bewegen, wenn die Einstellelemente 340 eingestellt werden, um den Verdrehwinkel zu ändern. Die Strichlinie symbolisiert den Umriss der Form 270 mit einem Verdrehwinkel, der um einen Winkel α verändert wurde.
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Bei Ausführungsformen wirkt sich der Einstellmechanismus üblicherweise auf einen Bereich aus, der von einer Spitze des hergestellten Rotorblatts bis zu einer Länge von ungefähr einem Drittel des Rotorblatts in der Richtung zur Wurzel des Blatts hin reicht. Der vom Einstellmechanismus beeinflusste Bereich kann dadurch im Spitzenbereich des Blatts beginnen und kann eine Länge in einer Richtung des hergestellten Rotorblatts aufweisen, die von einem Sechstel der Blattlänge bis zur Hälfte der Blattlänge beträgt.
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Die zuvor beschriebenen Systeme und Verfahren vereinfachen einen Einstellmechanismus und ein Verfahren, die eine einfache Möglichkeit zur Änderung eines Verdrehwinkels eines äußersten Teils oder Bereichs des Rotorblatts während dessen Herstellung bieten.
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Ausführungsbeispiele für Systeme und Verfahren für ein Werkzeug für die Herstellung eines Rotorblatts sind zuvor ausführlich beschrieben. Die Systeme und Verfahren sind nicht auf die hier beschriebenen konkreten Ausführungsformen beschränkt, sondern vielmehr können Bestandteile der Systeme und/oder Schritte der Verfahren unabhängig und getrennt von anderen hier beschriebenen Bestandteilen und/oder Schritten verwendet werden. Das Werkzeug und die Verfahren können beispielsweise zur Herstellung von Rotorblättern verwendet werden, die nicht mit der Erzeugung von Windenergie in Zusammenhang stehen, und sind nicht auf den Einsatz nur bei den Windkraftanlagesystemen, die hier beschrieben sind, beschränkt. Das Ausführungsbeispiel kann vielmehr in Verbindung mit vielen anderen Rotorblattanwendungen ausgeführt und verwendet werden.
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Obwohl konkrete Merkmale verschiedener Ausführungsformen der Erfindung möglicherweise in einigen Zeichnungen dargestellt sind und in anderen nicht, dient dies lediglich der Vereinfachung. Gemäß den Grundsätzen der Erfindung kann jedes Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit einem Merkmal einer anderen Zeichnung genannt und/oder beansprucht werden.
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In dieser schriftlichen Beschreibung werden Beispiele verwendet, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsform, zu offenbaren und auch um es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung anzuwenden, einschließlich der Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung von darin enthaltenen Verfahren. Auch wenn vorstehend verschiedene konkrete Ausführungsformen beschrieben wurden, erkennt der Fachmann, dass der Geist und Geltungsbereich der Ansprüche gleichermaßen wirksame Abwandlungen zulässt. Es können insbesondere sich gegenseitig nicht ausschließende Merkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden. Der patentierbare Geltungsbereich der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, an die der Fachmann denkt. Diese weiteren Beispiele sollen in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die nicht vom genauen Wortlaut der Ansprüche abweichen oder wenn sie gleichwertige Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden zum genauen Wortlaut der Ansprüche umfassen.
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Ein Werkzeug für die Herstellung eines Rotorblatts umfasst mindestens eine Form und mindestens eine Stützstruktur für die mindestens eine Form. Die Form wird von einer Stützstruktur gehalten, wobei die Stützstruktur derart angepasst ist, dass ein Verdrehwinkel von mindestens einem Abschnitt der Form einstellbar ist. Es ist ferner ein Verfahren zum Ändern eines Verdrehwinkels eines Rotorblatts bereitgestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Windkraftanlage
- 12
- Turm
- 14
- Standsystem
- 16
- Gondel
- 18
- Rotor
- 20
- Drehbare Nabe
- 22
- Rotorblätter
- 24
- Blattwurzelabschnitt
- 26
- Kraftübertragungsbereiche
- 28
- Richtung
- 30
- Drehachse
- 32
- Winkeleinstellsystem
- 34
- Längsachsen
- 36
- Regeleinheit
- 38
- Hochachse
- 40
- Prozessor
- 42
- Elektrischer Generator
- 44
- Rotorwelle
- 46
- Getriebe
- 48
- Schnell laufende Welle
- 50
- Kupplung
- 52
- Halter
- 54
- Halter
- 56
- Gierantriebsmechanismus
- 58
- Windmessmast
- 60
- Vorderes Traglager
- 62
- Hinteres Traglager
- 64
- Antriebsstrang
- 66
- Winkeleinstellanordnung
- 70
- Sensor
- 72
- Blattlager
- 74
- Einstellwinkelantriebsmotor
- 76
- Einstellwinkelantriebsgetriebe
- 78
- Einstellwinkelantriebsritzel
- 80
- Überdrehzahlschutzsystem
- 82
- Kabel
- 84
- Elektrischer Generator
- 86
- Hohlraum
- 88
- Innenfläche
- 90
- Außenfläche
- 116
- Längsachse
- 200
- Rotorblatt
- 260
- Werkzeug
- 270
- Form
- 300
- Scharnier
- 320
- Stütze
- 340
- Stützelement
- 280
- Stützstruktur
- 340
- Einstellelement
- 370
- Strebe
- 390
- Gelenk
