DE102016101663A1

DE102016101663A1 - Holmgurt and manufacturing process

Info

Publication number: DE102016101663A1
Application number: DE102016101663.2A
Authority: DE
Inventors: Florian Rubner; Daniel Vinke
Original assignee: Wobben Properties GmbH
Current assignee: Wobben Properties GmbH
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2017-08-03

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Holmgurt für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage mit einer Längserstreckung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende, einer Quererstreckung orthogonal zu der Längserstreckung und einer Dicke orthogonal zur Längserstreckung und zur Quererstreckung. Darüber hinaus ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines eingangs genannten Holmgurts. Der Holmgurt weist eine Längserstreckung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende, eine Quererstreckung orthogonal zur Längserstreckung und einer Dicke orthogonal zur Längserstreckung und zur Quererstreckung, mindestens zwei Lagen eines ersten Faserverbundmaterials, und mindestens eine Lage eines zweiten Faserverbundmaterials auf, wobei das erste Faserverbundmaterial ein anderes Matrixmaterial und/oder andere Fasern aufweist als das zweite Faserverbundmaterial, das zweite Faserverbundmaterial in einem Abschnitt angrenzend an das zweite Ende in Richtung der Dicke zwischen den mindestens zwei Lagen des ersten Faserverbundmaterials angeordnet ist und die mindestens eine Lage des zweiten Faserverbundmaterials vor dem zweiten Ende endet.The invention relates to a Holmgurt for a rotor blade of a wind turbine with a longitudinal extent from a first end to a second end, a transverse extent orthogonal to the longitudinal extent and a thickness orthogonal to the longitudinal extent and to the transverse extent. Moreover, the invention further relates to a method for producing a Holmgurts mentioned above. The spar cap has a longitudinal extent from a first end to a second end, a transverse extent orthogonal to the longitudinal extent and a thickness orthogonal to the longitudinal extent and the transverse extent, at least two layers of a first fiber composite material, and at least one layer of a second fiber composite material, wherein the first fiber composite material another matrix material and / or fibers other than the second fiber composite, the second fiber composite is disposed in a portion adjacent the second end in the thickness direction between the at least two layers of the first fiber composite and the at least one layer of the second fiber composite prior to the second end ends.

Description

Die Erfindung betrifft einen Holmgurt für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage mit einer Längserstreckung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende, einer Quererstreckung orthogonal zu der Längserstreckung und einer Dicke orthogonal zur Längserstreckung und zur Quererstreckung. Die Erfindung betrifft ferner ein Rotorblatt einer Windenergieanlage mit einem eingangs genannten Holmgurt. Zudem betrifft die Erfindung eine Windenergieanlage mit einem Turm, einer Gondel und einem Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mindestens ein Rotorblatt mit einem eingangs genannten Holmgurt aufweist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines eingangs genannten Holmgurts. The invention relates to a Holmgurt for a rotor blade of a wind turbine with a longitudinal extent from a first end to a second end, a transverse extent orthogonal to the longitudinal extent and a thickness orthogonal to the longitudinal extent and to the transverse extent. The invention further relates to a rotor blade of a wind turbine with a Holmgurt mentioned above. In addition, the invention relates to a wind turbine with a tower, a nacelle and a rotor, characterized in that the rotor has at least one rotor blade with a Holmgurt mentioned above. Moreover, the invention relates to a method for producing a Holmgurts mentioned above.

Holmgurte der eingangs genannten Art sind beispielsweise Bestandteile von Rotorblättern, vorzugsweise Rotorblätter von Windenergieanlagen, oder von Flugzeugtragflächen, die insbesondere zur Versteifung in Längsrichtung ausgebildet sind. Eine derartige Versteifung dient insbesondere zur Aufnahme von Kräften, die entlang einer longitudinalen Erstreckung verlaufen, wobei bei Rotorblättern von Windenergieanlagen die zuvor genannte longitudinale Erstreckung von der Wurzel des Rotorblattes bis zur Spitze des Rotorblattes verläuft. Holmgurte sind im Allgemeinen derart gestaltet, dass diese ein erstes und ein zweites Ende aufweisen. Der Holmgurt weist darüber hinaus in der Regel eine flächige Geometrie auf, die durch die Längserstreckung und die Quererstreckung gebildet wird. Orthogonal zu der Quererstreckung und zu der Längserstreckung weist ein Holmgurt eine Dicke auf.Holmgurte of the type mentioned are, for example, components of rotor blades, preferably rotor blades of wind turbines, or of aircraft wings, which are designed in particular for stiffening in the longitudinal direction. Such a stiffening serves, in particular, to absorb forces that run along a longitudinal extent, with rotor blades of wind turbines extending the aforementioned longitudinal extent from the root of the rotor blade to the tip of the rotor blade. Holm straps are generally designed so that they have a first and a second end. The Holmgurt also generally has a planar geometry, which is formed by the longitudinal extent and the transverse extent. Orthogonal to the transverse extent and to the longitudinal extent, a spar cap has a thickness.

Holmgurte können aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein oder diese umfassen. Derzeit ist es insbesondere üblich Holmgurte aus faserverstärkten Materialien, vorzugsweise faserverstärkten Kunststoffen, herzustellen, da diese bei einem vergleichsweise geringen Gewicht eine hohe Steifigkeit aufweisen. Ferner kann die anisotrope Eigenschaft der faserverstärkten Materialien bei der Herstellung eines Holmgurtes genutzt werden, da dadurch insbesondere eine in Längsrichtung gerichtete Steifigkeit bereit gestellt werden kann. Derzeit werden oftmals glasfaserverstärkte Kunststoffe eingesetzt, da diese einen guten Kompromiss aus hoher Steifigkeit und geringen Kosten darstellen.Tie-down straps can be made of or include different materials. At present, it is particularly common to manufacture spar straps made of fiber-reinforced materials, preferably fiber-reinforced plastics, since they have a high rigidity with a comparatively low weight. Furthermore, the anisotropic property of the fiber-reinforced materials can be used in the production of a spar cap, since in particular a longitudinal stiffness can be provided. Currently, glass fiber reinforced plastics are often used, as these are a good compromise of high rigidity and low cost.

Ein Rotorblatt einer Windenergieanlage umfasst in der Regel unter anderem ein oberes und ein unteres Schalenelement. Die Schalenelemente bilden mit ihren äußeren Oberflächen im Wesentlichen die äußere Geometrie des Rotorblattes. Meist enthält das Rotorblatt ein oberes Schalenelement mit einem Holmgurt und/oder ein unteres Schalenelement mit einem Holmgurt. Der Holmgurt ist bzw. die Holmgurte sind in der Regel an einer Innenseite der Schalenelemente angeordnet. Der Holmgurt ist dabei vorzugsweise auf oder an einer inneren Fläche des Schalenelements angeordnet und/oder in das Schalenelement eingebettet. A rotor blade of a wind turbine usually includes, among other things, an upper and a lower shell element. The shell elements form with their outer surfaces substantially the outer geometry of the rotor blade. In most cases, the rotor blade contains an upper shell element with a spar cap and / or a lower shell element with a spar cap. The spar cap or the spar straps are usually arranged on an inner side of the shell elements. The spar cap is preferably arranged on or on an inner surface of the shell element and / or embedded in the shell element.

Die Anforderungen an Holmgurte der eingangs genannten Art sind vielfältig. Um ihrer Funktion der Versteifung des Rotorblatts in Längsrichtung nachzukommen, muss der Holmgurt insbesondere in Richtung seiner longitudinalen Erstreckung eine vergleichsweise hohe Steifigkeit aufweisen. Insbesondere muss diese Steifigkeit höher sein als die Steifigkeit der den Holmgurt umgebenden Elemente, um der Funktion als Längsversteifung gerecht zu werden. Nichtsdestotrotz müssen die Rotorblätter von Windenergieanlagen respektive die in den Rotorblättern enthaltenen Holmgurte trotz der hohen Steifigkeitsanforderung ein geringes Gewicht aufweisen. Ein geringes Gewicht der Rotorblätter reduziert einerseits die Normalkraft an der Nabe der Gondel und andererseits die Fliehkräfte an der Nabe sowie innerhalb der Erstreckung des Rotorblattes. The requirements for Holmgurte of the type mentioned are varied. In order to fulfill its function of stiffening the rotor blade in the longitudinal direction, the spar cap must have a comparatively high rigidity, in particular in the direction of its longitudinal extent. In particular, this rigidity must be higher than the rigidity of the elements surrounding the spar cap, in order to fulfill the function of longitudinal reinforcement. Nevertheless, the rotor blades of wind turbines respectively the spar straps contained in the rotor blades must have a low weight despite the high stiffness requirement. A low weight of the rotor blades reduces on the one hand the normal force on the hub of the nacelle and on the other hand, the centrifugal forces on the hub and within the extension of the rotor blade.

Insbesondere bei dem Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Masse des eingesetzten Materials und den Kosten. Aufgrund der hohen Kosten des faserverstärkten Kunststoffes ist es hier wünschenswert, das eingesetzte Materialvolumen bzw. dessen Masse zu minimieren und dennoch eine hohe Steifigkeit zu erreichen. Eine weitere Anforderung an die Holmgurte der eingangs genannten Art ist, dass diese in das obere und/oder untere Schalenelement des Rotorblattes eingefügt und/oder an den Schalenelementen befestigt werden können.Especially with the use of fiber-reinforced plastics, there is a direct correlation between the mass of the material used and the costs. Due to the high cost of the fiber-reinforced plastic, it is desirable here to minimize the volume of material or its mass used and still achieve high rigidity. Another requirement of the spar straps of the type mentioned is that they can be inserted into the upper and / or lower shell element of the rotor blade and / or attached to the shell elements.

Windenergieanlagen sind aufgrund ihrer Bauhöhe und der exponierten Standorte verstärkt durch Blitzeinschläge bei Gewittern gefährdet. Dabei treten die Blitzeinschläge in der Regel an der höchsten Stelle der Windenergieanlage ein, die in der Regel durch die Blattspitze gebildet wird. Lediglich bei sehr hohen Anlagen besteht die Möglichkeit von Aufwärtsblitzen, die auch an anderen Stellen der Windenergieeinlagen einschlagen können. Bei einem Blitzeinschlag besteht das Risiko, dass der Blitz in die tragende Struktur der Windenergieanlage einschlägt. Daher besteht die Anforderung, dass das Blitzeinschlagrisiko reduziert wird. Due to their height and the exposed locations, wind turbines are increasingly endangered by lightning strikes during thunderstorms. The lightning strikes usually occur at the highest point of the wind turbine, which is usually formed by the blade tip. Only in the case of very high plants is there the possibility of upward flashes, which can also strike at other points of the wind energy deposits. In the event of a lightning strike, there is a risk that the lightning strikes the supporting structure of the wind turbine. Therefore, there is a requirement that the lightning risk be reduced.

Aufgrund des komplexen Schwingungssystems einer Windenergieanlage ist es eine weitere Anforderung an den Holmgurt, dass dieser dynamische Kräfte aufnehmen kann und insbesondere eine gute Dauerfestigkeit aufweist. Diese Dauerfestigkeit ist unter anderem dahingehend wichtig, da die Holmgurte nicht kontinuierlich überwacht werden können und darüber hinaus deren Austausch in der Regel nicht zerstörungsfrei durchgeführt werden kann.Due to the complex vibration system of a wind turbine, it is a further requirement of the Holmgurt that this can absorb dynamic forces and in particular has a good fatigue strength. Among other things, this fatigue strength is important in that the tie-down straps can not be monitored continuously and, moreover, their replacement can generally not be carried out nondestructively.

Holmgurte der eingangs genannten Art sind seit langer Zeit hinlänglich bekannt, insbesondere aus dem Windenergieanlagenbau und dem Flugzeugbau. Aufgrund der steigenden wirtschaftlichen Anforderungen an Windenergieanlagen ist der Trend zu erkennen, dass die Anlagen, hinsichtlich der Nabenhöhe und des Rotordurchmessers, kontinuierlich größer werden. Der Rotordurchmesser steht dabei in einem direkten Zusammenhang mit der Länge der einzelnen Rotorblätter. Holmgurte of the type mentioned are well known for a long time, especially from the wind turbines and aircraft. Due to the increasing economic demands on wind turbines, the trend can be seen that the plants, with regard to the hub height and the rotor diameter, are continuously increasing. The rotor diameter is directly related to the length of the individual rotor blades.

Die steigende Größe der Windenergieanlagen wiederum führt zur immer höheren mechanischen Belastungen der einzelnen Komponenten, unter anderem der Komponenten in den Rotorblättern. Durch die steigende Länge der Rotorblätter werden die Fliehkräfte größer und somit auch die einzelnen Kräfte innerhalb solcher Komponenten, die die Längskräfte aufnehmen. Aufgrund dieser steigenden Kräfte ist ein Trend dahingehend zu erkennen, dass die längskraftaufnehmenden Holmgurte an einzelnen Bereichen mit einem größeren Querschnitt orthogonal zur Längsrichtung versehen werden, um die Steifigkeit zur erhöhen. Diese steigende Dicke steht jedoch in einem Zusammenhang mit einem steigenden Gewicht des Holmgurtes.The increasing size of the wind turbines in turn leads to ever higher mechanical loads on the individual components, including the components in the rotor blades. Due to the increasing length of the rotor blades, the centrifugal forces are greater and thus also the individual forces within such components that absorb the longitudinal forces. Due to these increasing forces, a trend can be seen in that the longitudinal force-absorbing spar straps are provided at individual areas with a larger cross-section orthogonal to the longitudinal direction in order to increase the rigidity. However, this increasing thickness is related to an increasing weight of the spar cap.

Aufgrund der steigenden Nabenhöhe und der längeren Rotorblätter steigt das Risiko eines Blitzeinschlages deutlich. Eine Schwierigkeit der heutigen Holmgurte bzw. der Rotorblätter, in denen die Holmgurte eingebaut sind, ist, dass diese anfällig für einen Blitzeinschlag sind. Spezielle Maßnahmen zur Reduktion des Blitzeinschlagrisikos sowie zur Erhöhung der Steifigkeit des Holmgurtes sind oftmals mit hohen Kosten verbunden. Die existierenden Vorrichtungen und Verfahren bieten verschiedene Vorteile, jedoch sind weitere Verbesserungen wünschenswert.Due to the increasing hub height and the longer rotor blades, the risk of lightning strike increases significantly. One difficulty with today's tie-bars or rotor blades incorporating spar straps is that they are susceptible to lightning strikes. Special measures to reduce the risk of lightning strike and to increase the stiffness of the Holmgurtes are often associated with high costs. The existing devices and methods offer several advantages, but further improvements are desirable.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Holmgurt und ein Verfahren zur Herstellung eines Holmgurtes bereitzustellen, welche einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindern oder beseitigen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Holmgurt und ein Verfahren zur Herstellung eines Holmgurtes bereitzustellen, welche eine steifere Konfiguration des Holmgurts und damit auch des Rotorblattes ermöglichen. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Rotorblatt mit einem verringerten Blitzeinschlagrisiko bereitzustellen. It is therefore an object of the present invention to provide a spar cap and a method of making a spar cap which alleviate or eliminate one or more of the stated disadvantages. In particular, it is an object of the invention to provide a spar cap and a method for producing a spar cap, which allow a stiffer configuration of the spar belt and thus also of the rotor blade. In addition, it is an object of the invention to provide a rotor blade with a reduced lightning impact risk.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch einen Holmgurt für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, mit einer Längserstreckung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende, einer Quererstreckung orthogonal zur Längserstreckung und einer Dicke orthogonal zur Längserstreckung und zur Quererstreckung, mindestens zwei Lagen eines ersten Faserverbundmaterials, und mindestens eine Lage eines zweiten Faserverbundmaterials, wobei das erste Faserverbundmaterial ein anderes Matrixmaterial und/oder andere Fasern aufweist als das zweite Faserverbundmaterial, das zweite Faserverbundmaterial in einem Abschnitt angrenzend an das zweite Ende in Richtung der Dicke zwischen den mindestens zwei Lagen des ersten Faserverbundmaterials angeordnet ist, die mindestens eine Lage des zweiten Faserverbundmaterials vor dem zweiten Ende endet. The object of the invention is achieved according to a first aspect by a spar cap for a rotor blade of a wind turbine, with a longitudinal extent from a first end to a second end, a transverse extent orthogonal to the longitudinal extent and a thickness orthogonal to the longitudinal extent and to the transverse extent, at least two layers of a first A fiber composite material, and at least one layer of a second fiber composite material, wherein the first fiber composite material of a different matrix material and / or other fibers than the second fiber composite material, the second fiber composite material in a portion adjacent to the second end in the thickness direction between the at least two layers of the first Fiber composite material is arranged, which ends at least one layer of the second fiber composite material before the second end.

Die Längserstreckung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende ist eine Längserstreckung in eine Richtung des Holmgurtes, die der längsten Ausdehnung des Holmgurtes entspricht. Die Quererstreckung erstreckt sich in einer Richtung orthogonal zur Längserstreckung und weist eine größere Abmessung auf als die Dicke. Dies geht einher mit der Erkenntnis, dass der Holmgurt im Wesentlichen als ein flächiges Element mit einer geringen Dicke ausgebildet ist. Die flächige Erstreckung des Holmgurtes wird demnach durch die Längserstreckung und durch die Quererstreckung gebildet. The longitudinal extent from the first end to the second end is a longitudinal extension in a direction of the spar cap corresponding to the longest extent of the spar cap. The transverse extent extends in a direction orthogonal to the longitudinal extent and has a larger dimension than the thickness. This is accompanied by the knowledge that the spar cap is essentially formed as a flat element with a small thickness. The areal extent of the Holmgurtes is therefore formed by the longitudinal extent and by the transverse extent.

Die Dicke des Holmgurtes verläuft in eine Richtung, die orthogonal zur zuvor beschriebenen Fläche und somit in eine orthogonale Richtung zur Längserstreckung sowie gleichzeitig in eine orthogonale Richtung zur Quererstreckung verläuft. Um den speziellen Belastungen des Holmgurtes gerecht zu werden, wird die Abmessung der Quererstreckung und/oder die Abmessung der Dicke entlang der Längserstreckung variiert. Dabei nimmt insbesondere die Abmessung der Dicke hin zum zweiten Ende und/oder zum ersten Ende hin ab. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass das Dehnungsniveau zur Spitze des Rotorblattes abnimmt.The thickness of the spar cap extends in a direction orthogonal to the previously described surface and thus in an orthogonal direction to the longitudinal extent and at the same time in an orthogonal direction to the transverse extent. In order to meet the special loads of the spar cap, the dimension of the transverse extent and / or the dimension of the thickness along the longitudinal extent is varied. In particular, the dimension of the thickness decreases towards the second end and / or towards the first end. This is made possible in particular by the fact that the expansion level to the tip of the rotor blade decreases.

Der Holmgurt umfasst mindestens zwei Lagen eines ersten Faserverbundmaterials. Die Lagen sind im Wesentlichen als Schichten eines Materials zu verstehen, die eine flächige Geometrie mit einer geringen Dicke aufweisen. Eine Lage besteht dabei aus mindestens zwei flächig angeordneten Fasern und aus dem die Fasern umgebenden Matrixmaterial. Die Lagen des Faserverbundmaterials sind im Wesentlichen planparallel zur zuvor genannten flächigen Ausdehnung des Holmgurtes angeordnet. Ferner umfasst der erfindungsgemäße Holmgurt mindestens eine Lage eines zweiten Faserverbundmaterials, wobei die Lagen des zweiten Faserverbundmaterials ebenfalls im Wesentlichen als Schichten eines Materials zu verstehen sind, die eine flächige Geometrie mit einer geringen Dicke aufweisen. The spar cap comprises at least two layers of a first fiber composite material. The layers are essentially to be understood as layers of a material which have a flat geometry with a small thickness. A layer consists of at least two fibers arranged in a planar manner and of the matrix material surrounding the fibers. The layers of the fiber composite material are arranged substantially plane-parallel to the aforementioned areal extent of the Holmgurtes. Further, the Holmgurt invention comprises at least one layer of a second fiber composite material, wherein the layers of the second fiber composite material are also essentially to be understood as layers of a material having a flat geometry with a small thickness.

Ein Holmgurt mit derartigen Faserverbundlagen kann vorzugsweise vollständig starr sein und keine Biegung um irgendeine Achse zulassen. Ferner vorzugsweise ist ein derartiger Holmgurt bezüglich bestimmter Achsen in gewisser Weise elastisch. Beispielsweise kann der Holmgurt aufgrund der großen Abmessung seiner Längserstreckung bezüglich einer Achse parallel zur Quererstreckung elastisch sein. Eine möglichst minimale Elastizität ist vorzugsweise in Längsrichtung der Längserstreckung zu realisieren, d.h. bezüglich einer Achse parallel zur Längserstreckung.A spar cap with such fiber composite layers may preferably be completely rigid and allow no bending about any axis. Further preferably, such a spar cap is somewhat elastic with respect to certain axes. For example, due to the large dimension of its longitudinal extension, the spar cap may be elastic with respect to an axis parallel to the transverse extent. A minimum possible elasticity is preferably to be realized in the longitudinal direction of the longitudinal extent, ie with respect to an axis parallel to the longitudinal extent.

Die Bestandteile des ersten Faserverbundmaterials sind dabei erfindungsgemäß verschieden von den Bestandteilen des zweiten Faserverbundmaterials. Faserverbundmaterialien der eingangs genannten Art weisen im Wesentlichen zwei Hauptbestandteile auf. Die Hauptbestandteile sind ein Matrixmaterial und Fasern, wobei die Hauptbestandteile derartige Wechselwirkungen miteinander aufweisen, dass das Faserverbundmaterial vorzugsweise höherwertige Eigenschaften aufweist als jede der beiden einzelnen, beteiligten Hauptbestandteile. Die Fasern sind dabei in das Matrixmaterial eingebettet. Dem Einsatz von unterschiedlichen Bestandteilen in den zwei Faserverbundmaterialien des Holmgurtes liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Einsatz mehrerer Materialien vorteilhaft hinsichtlich der zu erzielbaren Eigenschaften des Holmgurtes ist, da die spezifischen Charakteristika der Materialien, wie beispielsweise Steifigkeit, spezifisches Gewicht oder elektrische Leitfähigkeit gezielt genutzt werden können.The constituents of the first fiber composite material are inventively different from the components of the second fiber composite material. Fiber composite materials of the type mentioned initially have essentially two main components. The main constituents are a matrix material and fibers, the main constituents of which interact with one another in such a way that the fiber composite material preferably has higher properties than either of the two main constituents involved. The fibers are embedded in the matrix material. The use of different components in the two fiber composite materials of the Holmgurt is based on the finding that the use of several materials is advantageous in terms of achievable properties of the Holmgurtes, since the specific characteristics of the materials, such as stiffness, specific gravity or electrical conductivity are used selectively can.

Das Matrixmaterial bildet die Matrix aus, die die Fasern in ihrer Position halten und Spannungen zwischen den Fasern übertragen und verteilen. Darüber hinaus dient die Matrix dem Schutz der Fasern vor äußeren mechanischen und chemischen Einflüssen. Die Fasern erhöhen die Festigkeit des Materials, die in Abhängigkeit des Faserverlaufs in der Matrix entweder richtungsabhängig (anisotrop) oder richtungsunabhängig (isotrop) ist. Die unterschiedlichen Bestandteile des ersten Faserverbundmaterials und des zweiten Faserverbundmaterials beziehen sich im Wesentlichen auf die Fasern und/oder das Matrixmaterial. The matrix material forms the matrix, which hold the fibers in place and transfer and distribute stresses between the fibers. In addition, the matrix serves to protect the fibers from external mechanical and chemical influences. The fibers increase the strength of the material, which is either direction-dependent (anisotropic) or direction-independent (isotropic) depending on the fiber course in the matrix. The different constituents of the first fiber composite material and of the second fiber composite material essentially relate to the fibers and / or the matrix material.

Mit anderen Fasern sind hier verschiedene bzw. unterschiedliche Fasern im Sinne von Faserarten bzw. Fasermaterialien gemeint. Die Fasern des ersten Faserverbundmaterials und/oder des zweiten Faserverbundmaterials können unterschiedliche Faserarten umfassen oder aus diesen bestehen. Potenzielle Faserarten können organische Fasern, und/oder anorganische Fasern, und/oder Naturfasern sein. Anorganische Fasern sind beispielsweise Glasfasern, Basaltfasern, Borfasern, Keramikfasern oder Stahlfasern. Organische Fasern sind beispielsweise Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyesterfasern und Polyethylenfasern (insbesondere High Performance Polyethylene (HPPE) Fasern, wie beispielsweise Dyneema-Fasern). Naturfasern sind beispielsweise Hanffasern, Flachsfasern oder Sisalfasern. With other fibers here different or different fibers in the sense of fiber types or fiber materials meant. The fibers of the first fiber composite material and / or the second fiber composite material may comprise or consist of different types of fibers. Potential fiber types may be organic fibers, and / or inorganic fibers, and / or natural fibers. Inorganic fibers are, for example, glass fibers, basalt fibers, boron fibers, ceramic fibers or steel fibers. Organic fibers include, for example, aramid fibers, carbon fibers, polyester fibers and polyethylene fibers (especially high performance polyethylene (HPPE) fibers, such as Dyneema fibers). Natural fibers are, for example, hemp fibers, flax fibers or sisal fibers.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante umfasst das erste und/oder das zweite Faserverbundmaterial jeweils ausschließlich eine einzelne Faserart. In einer weiteren bevorzugten Variante umfassen die Fasern des ersten Faserverbundmaterials und/oder des zweiten Faserverbundmaterials jeweils zwei Faserarten, beispielsweise organische Fasern und anorganische Fasern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante umfassen das erste Faserverbundmaterial und/oder das zweite Faserverbundmaterial jeweils mehr als zwei unterschiedliche Faserarten.In a preferred embodiment variant, the first and / or the second fiber composite material in each case exclusively comprises a single type of fiber. In a further preferred variant, the fibers of the first fiber composite material and / or of the second fiber composite material each comprise two types of fibers, for example organic fibers and inorganic fibers. In a particularly preferred embodiment, the first fiber composite material and / or the second fiber composite material each comprise more than two different fiber types.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, die weiter unten noch im Detail beschrieben wird, bei der die Fasern des ersten Faserverbundmaterials nicht elektrisch leitfähige Fasern, wie beispielsweise Glasfasern, umfassen oder sind, und die Fasern des zweiten Faserverbundmaterials Kohlenstofffasern umfassen oder sind.Particularly preferred is an embodiment, which will be described in further detail below, in which the fibers of the first fiber composite material include or are non-electrically conductive fibers, such as glass fibers, and the fibers of the second fiber composite material comprise or are carbon fibers.

Die Fasern des ersten und/oder des zweiten Faserverbundmaterials können innerhalb des Matrixmaterials auf unterschiedlichste Weise angeordnet sein. Die Fasern können als Gewebe, und/oder Gelege, und/oder Multiaxialgelege, und/oder Gesticke, und/oder Fließstoff, und/oder Matten, und/oder Geflechte, und/oder Faserbündel, vorzugsweise Rovings, innerhalb des Matrixmaterials angeordnet sein. The fibers of the first and / or the second fiber composite material can be arranged in the most varied manner within the matrix material. The fibers may be arranged as a woven fabric, and / or scrim, and / or Multiaxialgelege, and / or embroidery, and / or non-woven, and / or mats, and / or braids, and / or fiber bundles, preferably rovings, within the matrix material.

Diese Anordnung der Fasern bestimmt unter anderem den Herstellungsprozess, insbesondere die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsprozesses, sowie die Anisotropie des Faserverbundmaterials. Je nach Anforderungen an den Holmgurt kann durch die Anordnung der Fasern eine starke Anisotropie oder auch eine starke Isotropie erreicht werden, so dass die Steifigkeit in Längsrichtung, in Querrichtung und auch in Richtung der Dicke durch die Ausrichtung der in den Faserverbundmaterialien enthaltenen Fasern beeinflusst werden kann. Anisotrope Eigenschaften des Holmgurts sind vorzugsweise zu realisieren, da es eine Aufgabe des Holmgurts ist die Aufnahme von Kräften in Längsrichtung zu gewährleisten. Zu diesem Zweck werden die Fasern vorzugsweise mit einer Ausrichtung in Längsrichtung in das Matrixmaterial eingebettet.Among other things, this arrangement of the fibers determines the production process, in particular the economy of the production process, as well as the anisotropy of the fiber composite material. Depending on the requirements of the Holmgurt, the arrangement of the fibers can achieve a strong anisotropy or a strong isotropy, so that the stiffness in the longitudinal direction, in the transverse direction and also in the direction of the thickness can be influenced by the orientation of the fibers contained in the fiber composite materials , Anisotropic properties of the tie-bar are preferably to be realized, since it is an object of the tie-bar to ensure the absorption of forces in the longitudinal direction. For this purpose, the fibers are preferably embedded with a longitudinal orientation in the matrix material.

Erfindungsgemäß ist das zweite Faserverbundmaterial in einem Abschnitt angrenzend an das zweite Ende des Holmgurtes in Richtung der Dicke zwischen den mindestens zwei Lagen des ersten Faserverbundmaterials angeordnet. Die Lagen des ersten Faserverbundmaterials und die Lagen des zweiten Faserverbundmaterials sind demnach im Wesentlichen planparallel übereinander angeordnet. Der Holmgurt besteht aus mindestens drei Schichten, wobei zwei äußere Schichten und mindestens eine innere Schicht vorhanden sind. Eine Schicht besteht dabei aus einer oder mehrerer Lagen des Faserverbundmaterials. Die zwei äußeren Schichten bestehen dabei aus Lagen des ersten Faserverbundmaterials und, im Falle von insgesamt drei Schichten, die zwischen diesen äußeren Schichten angeordnete innere Schicht besteht aus Lagen des zweiten Faserverbundmaterials. According to the invention, the second fiber composite material is arranged in a section adjacent to the second end of the spar belt in the direction of the thickness between the at least two layers of the first fiber composite material. The layers of the first fiber composite material and the layers of the second fiber composite material are therefore arranged substantially plane-parallel one above the other. The spar cap consists of at least three layers, with two outer layers and at least one inner layer. A layer exists thereby one or more layers of the fiber composite material. The two outer layers consist of layers of the first fiber composite material and, in the case of a total of three layers, the inner layer disposed between these outer layers consists of layers of the second fiber composite material.

Die Dicke des Holmgurtes wird durch die planparallel, übereinander angeordneten Lagen des ersten Faserverbundmaterials und die planparallel, übereinander angeordneten Lagen des zweiten Faserverbundmaterials gebildet. Die Dicke des Holmgurtes ist daher im Wesentlichen linear zu der Anzahl der Lagen des ersten Faserverbundmaterials und zu der Anzahl der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials. Durch die Anzahl der Lagen kann das Gewicht des Holmgurtes wesentlich beeinflusst werden, da die Dicke in Verbindung mit der flächigen Ausdehnung, bestimmt durch die Längserstreckung und Querstreckung, und das spezifische Gewicht der Faserverbundmaterialien das Gewicht des Holmgurtes bestimmt.The thickness of the Holmgurtes is formed by the plane-parallel, superimposed layers of the first fiber composite material and the plane-parallel, superimposed layers of the second fiber composite material. The thickness of the spar cap is therefore substantially linear with the number of layers of the first fiber composite and the number of layers of the second fiber composite. The number of layers can significantly influence the weight of the spar cap, since the thickness in conjunction with the areal extent, determined by the longitudinal extent and transverse extent, and the specific weight of the fiber composite materials determine the weight of the spar cap.

Die innere Schicht, welche aus dem zweiten Faserverbundmaterial besteht, ist erfindungsgemäß in einem Abschnitt angrenzend an das zweite Ende angeordnet, so dass die innere Schicht bzw. der Abschnitt aufweisend die innere Schicht von dem zweiten Ende im Wesentlichen in Längsrichtung beabstandet ist. Die Abmessung dieser Beabstandung kann vorzugsweise 2%, ferner vorzugsweise 5%, ferner vorzugsweise 7,5%, ferner vorzugsweise 10%, ferner vorzugsweise 12,5%, ferner vorzugsweise 15%, ferner vorzugsweise 17,5%, ferner vorzugsweise 20%, ferner vorzugsweise mehr als 20% der Abmessung der longitudinalen Holmgurterstreckung betragen. Dieser Abschnitt kann sich ferner bis zum ersten Ende des Holmgurtes erstrecken. In einer weiteren bevorzugten Variante ist dieser Abschnitt ebenfalls von dem ersten Ende des Holmgurtes beabstandet. The inner layer, which consists of the second fiber composite material, is arranged according to the invention in a section adjacent to the second end, so that the inner layer or the section comprising the inner layer is spaced from the second end substantially in the longitudinal direction. The dimension of this spacing may preferably be 2%, further preferably 5%, further preferably 7.5%, further preferably 10%, further preferably 12.5%, further preferably 15%, further preferably 17.5%, further preferably 20%, more preferably more than 20% of the dimension of the longitudinal beam straightening. This section may further extend to the first end of the spar cap. In a further preferred variant, this section is also spaced from the first end of the spar cap.

Erfindungsgemäß endet daher die mindestens eine Lage des zweiten Faserverbundmaterials vor dem zweiten Ende des Holmgurtes. Es ergibt sich demnach weiter, dass der zuvor genannte Abschnitt, aufweisend das zweite Faserverbundmaterial, stets von dem zweiten Ende beabstandet ist. Ferner ergibt sich, dass das zweite Ende im Wesentlichen durch Lagen des ersten Faserverbundmaterials gebildet wird. Es ist daher eine erfindungsgemäße Voraussetzung, dass am zweiten Ende des Holmgurtes mindestens eine Lage des ersten Faserverbundmaterials vorhanden ist.According to the invention therefore ends the at least one layer of the second fiber composite material before the second end of the spar belt. It is therefore further apparent that the aforesaid portion comprising the second fiber composite material is always spaced from the second end. Furthermore, it follows that the second end is formed essentially by layers of the first fiber composite material. It is therefore a prerequisite according to the invention that at least one layer of the first fiber composite material is present at the second end of the spar belt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Holmgurtes reduziert sich die Anzahl der Lagen des ersten Faserverbundmaterials zum zweiten Ende hin. Diese Reduktion der Lagen des ersten Faserverbundmaterials zum zweiten Ende hin ist dahingehend vorteilhaft, dass durch die Anzahl der Lagen das Gewicht des Holmgurtes maßgeblich beeinflusst wird und eine derartige Lagenreduktion zu einer Gewichtsersparnis führen kann. Mit der Reduktion der Lagen und der damit verbundenen Gewichtsersparnis geht ferner eine Reduktion der Steifigkeit einher. Eine solche Reduktion der Anzahl der Lagen kann auch als Abschäftung oder Zurückschäftung bezeichnet werden.In a preferred embodiment of the spar cap, the number of layers of the first fiber composite reduces toward the second end. This reduction of the layers of the first fiber composite material towards the second end is advantageous in that the weight of the spar cap is significantly influenced by the number of layers and such a layer reduction can lead to weight savings. With the reduction of the layers and the associated weight savings is also accompanied by a reduction in stiffness. Such a reduction in the number of layers can also be referred to as a levy or repayment.

Die Reduktion der Lagen des ersten Faserverbundmaterials kann jedoch nur insofern erfolgen, dass in dem oben genannten Bereich, enthaltend Lagen des ersten und des zweiten Faserverbundmaterials, zwei äußere Lagen, bestehend aus dem ersten Faserverbundmaterial, verbleiben, damit die Lage oder die Lagen des zweiten Faserverbundmaterials zwischen diesen zwei äußeren Lagen des ersten Faserverbundmaterials angeordnet sind. Im Bereich des zweiten Endes, an dem keine Lagen des zweiten Faserverbundmaterials angeordnet sind, kann die Anzahl der Lagen des ersten Faserverbundmaterials bis auf eins reduziert werden. The reduction of the layers of the first fiber composite material, however, can only take place in that in the above-mentioned area containing layers of the first and second fiber composite material, two outer layers consisting of the first fiber composite material, so that the position or the layers of the second fiber composite material are arranged between these two outer layers of the first fiber composite material. In the region of the second end, where no layers of the second fiber composite material are arranged, the number of layers of the first fiber composite material can be reduced to one.

Eine Reduktion der Lagen des ersten Faserverbundmaterials zum zweiten Ende hin ist insbesondere vorteilhaft, da die notwendige Längssteifigkeit des Holmgurts zum zweiten Ende hin, aufgrund der sich reduzierenden Fliehkräfte zur Spitze des Rotorblattes hin, abnimmt und somit die erzielte Gewichtsersparnis mit keinen Nachteilen hinsichtlich der Steifigkeitsanforderungen einher geht.A reduction of the layers of the first fiber composite material to the second end is particularly advantageous since the necessary longitudinal stiffness of the spar belt towards the second end, due to the reducing centrifugal forces towards the tip of the rotor blade decreases, and thus the weight savings achieved with no disadvantages in terms of stiffness requirements goes.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Holmgurtes weist dieser mindestens zwei Lagen des zweiten Faserverbundmaterials auf, wobei die Anzahl der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials sich zum zweiten Ende hin reduziert. Diese Ausführungsvariante berücksichtigt den Umstand, dass auch die Lagen des zweiten Faserverbundmaterials das Gewicht des Holmgurtes beeinflussen und somit in Abschnitten des Holmgurtes mit geringeren Festigkeitsanforderungen reduziert werden können. In a further preferred embodiment of the Holmgurtes this has at least two layers of the second fiber composite material, wherein the number of layers of the second fiber composite material is reduced towards the second end. This embodiment takes into account the fact that the layers of the second fiber composite material also affect the weight of the spar cap and thus can be reduced in sections of the spar cap with lower strength requirements.

Eine Reduktion der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials zum zweiten Ende hin ist insbesondere vorteilhaft, da die notwendige Längssteifigkeit des Holmgurts zum zweiten Ende hin, aufgrund der sich reduzierenden Fliehkräfte zur Spitze des Rotorblattes hin, abnimmt. Auf diese Weise kann eine Gewichtsersparnis erzielt werden. Gleichzeitig wird die Reduktion der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials und/oder die Reduktion der Lagen des ersten Faserverbundmaterials zum zweiten Ende hin vorzugsweise derart aufeinander und/oder auf die an der jeweiligen Stelle des Holmgurts herrschenden Anforderungen abgestimmt, dass ungünstige durch die Abschäftung verursachte Steifigkeitssprünge im Holmgurt reduziert oder vermieden werden. Dies kann insbesondere dadurch vermieden oder reduziert werden, dass bei die Reduktion der Lagen des ersten und zweiten Faserverbundmaterials nicht exakt an den gleichen Stellen erfolgt, sondern versetzt. A reduction of the layers of the second fiber composite material toward the second end is particularly advantageous since the necessary longitudinal stiffness of the spar belt decreases towards the second end due to the reducing centrifugal forces towards the tip of the rotor blade. In this way, a weight saving can be achieved. At the same time, the reduction of the layers of the second fiber composite material and / or the reduction of the layers of the first fiber composite material towards the second end are preferably tuned to each other and / or to the requirements prevailing at the respective location of the spar girth, such that unfavorable stiffness jumps in the spar girth caused by the bumping be reduced or avoided. This can In particular avoided or reduced by the fact that in the reduction of the layers of the first and second fiber composite material is not exactly at the same place, but offset.

Eine weitere bevorzugte Fortbildung des erfindungsgemäßen Holmgurtes sieht vor, dass dieser mindestens drei oder mehr Lagen des ersten Faserverbundmaterials und/oder mindestens drei oder mehr Lagen des zweiten Faserverbundmaterials umfasst. Diese Ausführungsvariante wird in einem Großteil der Anwendung für Holmgurte angewandt, da in der Regel eine Vielzahl an Faserverbundmateriallagen notwendig ist, um die gewünschten Steifigkeitseigenschaften eines Holmgurtes zu erreichen. A further preferred refinement of the hollow belt according to the invention provides that it comprises at least three or more layers of the first fiber composite material and / or at least three or more layers of the second fiber composite material. This embodiment is used in a large part of the application for spar straps, since a variety of fiber composite material layers is usually necessary to achieve the desired stiffness properties of a Holmgurtes.

In einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Holmgurtes ist vorgesehen, dass die mindestens eine Lage des zweiten Faserverbundmaterials zwei äußere, sich gegenüberliegende Seiten aufweist, die jeweils durch eine flächige Ausdehnung der Lagen in Längs- und Quererstreckung gebildet werden, wobei auf den beiden Seiten der mindestens einen Lage des zweiten Faserverbundmaterials die gleiche Anzahl an Lagen des ersten Faserverbundmaterials angeordnet ist. Die zwei äußeren Schichten, bestehend aus Lagen des ersten Faserverbundmaterials, weisen demnach jeweils die gleiche Anzahl an Lagen des ersten Faserverbundmaterials auf. In a particularly preferred variant of the Holmgurtes invention is provided that the at least one layer of the second fiber composite material has two outer, opposite sides, which are each formed by a two-dimensional extent of the layers in the longitudinal and transverse extent, wherein on the two sides of at least a layer of the second fiber composite material, the same number of layers of the first fiber composite material is arranged. Accordingly, the two outer layers, consisting of layers of the first fiber composite material, each have the same number of layers of the first fiber composite material.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Holmgurts ist vorgesehen, dass die Fasern des zweiten Faserverbundmaterials Kohlenstofffasern umfassen oder sind. Kohlenstofffaserverstärkte Faserverbundmaterialien haben den besonderen Vorteil einer sehr hohen Steifigkeit, wobei diese gleichzeitig ein äußerst geringes spezifisches Gewicht aufweisen. Die Steifigkeit des kohlenstofffaserverstärkten Faserverbundmaterials ist insbesondere stark anisotrop einstellbar und kann somit gezielt die Steifigkeit in Längsrichtung des Holmgurtes erhöhen. Die Steifigkeit in Längsrichtung wird ferner vorteilhaft beeinflusst, wenn Endlosfasern eingesetzt werden.According to a further preferred embodiment of the invention Holmgurts is provided that the fibers of the second composite fiber material comprise or are carbon fibers. Carbon fiber reinforced fiber composites have the particular advantage of very high stiffness, while at the same time having an extremely low specific weight. The rigidity of the carbon fiber reinforced fiber composite material is particularly highly anisotropic adjustable and thus can specifically increase the stiffness in the longitudinal direction of the spar belt. The stiffness in the longitudinal direction is also advantageously influenced when continuous fibers are used.

Die Kohlenstofffasern können dabei in unterschiedlichen Matrixmaterialien eingebettet sein, wobei bei der Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen insbesondere die Anwendung von thermoplastischen oder duroplastischen Matrixmaterialien vorteilhaft ist. Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff zeichnet sich ferner durch gute Dämpfungseigenschaften, eine hohe Schlagzähigkeit in Verbindung mit einer gezielt einstellbaren thermischer Ausdehnung aus. Ferner zeichnet sich kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff durch eine im Vergleich zum glasfaserverstärkten Kunststoff stark erhöhte elektrische und thermische Leitfähigkeit aus. The carbon fibers may be embedded in different matrix materials, with the use of fiber-reinforced plastics in particular the use of thermoplastic or thermosetting matrix materials is advantageous. Carbon fiber reinforced plastic is also characterized by good damping properties, a high impact strength in conjunction with a specifically adjustable thermal expansion. Furthermore, carbon fiber reinforced plastic is distinguished by a greatly increased in comparison to the glass fiber reinforced plastic electrical and thermal conductivity.

Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass das Blitzeinschlagrisiko durch elektrisch leitfähige Materialien im bzw. am Rotorblatt erhöht wird. Die hinsichtlich der Steifigkeit und des spezifischen Gewichts besondere Vorteilhaftigkeit des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs wird durch diese Erkenntnis eingeschränkt, da durch die zuvor erläuterte hohe elektrische Leitfähigkeit des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs das Blitzeinschlagrisiko durch dessen Verwendung erhöht wird. Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass das erhöhte Blitzeinschlagrisiko bei der Verwendung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff im Holmgurt reduziert werden kann, wenn der kohlenstofffaserverstärkte Kunststoff von einem nicht oder weniger elektrisch leitfähigen Material umgeben ist. Dabei kann ferner das Risiko eines Überschlags des Blitzes im Verlauf der inneren Ableitung zum Rotorblattflansch minimiert werden.The invention is further based on the finding that the lightning impact risk is increased by electrically conductive materials in or on the rotor blade. The particular advantage of the carbon fiber reinforced plastic in terms of stiffness and specific gravity is limited by this finding, since the above-mentioned high electrical conductivity of the carbon fiber reinforced plastic increases the risk of lightning strike by its use. The invention is further based on the finding that the increased risk of lightning strike can be reduced when using carbon fiber reinforced plastic in the spar cap, when the carbon fiber reinforced plastic is surrounded by a non or less electrically conductive material. In addition, the risk of flashover in the course of the internal discharge to the rotor blade flange can be minimized.

Auf die zuvor beschriebene Erkenntnis in Bezug auf elektrisch leitfähige Materialien im bzw. am Rotorblatt und des damit einhergehenden Blitzeinschlagrisikos geht ferner die Erkenntnis der Vorteilhaftigkeit einer Zurückschäftung des elektrisch leitfähigen Materials zurück. Daher ist die zuvor beschriebene Beabstandung des zweiten Faserverbundmaterials vom zweiten Ende des Holmgurts eine weitere Lösung zur Reduktion des Blitzeinschlagrisikos.On the above-described knowledge with respect to electrically conductive materials in or on the rotor blade and the concomitant Blitzitzeinschlagrisikos also goes back to the knowledge of the Vorteilhaftigkeit a Rückschäftung the electrically conductive material. Therefore, the above-described spacing of the second fiber composite material from the second end of the spar belt is another solution for reducing the lightning impact risk.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Fasern des ersten Faserverbundmaterials anorganische Fasern, insbesondere nicht elektrisch leitfähige Fasern, wie beispielsweise Glasfasern, umfassen oder sind. Anorganische Fasern bieten in der Regel den Vorteil, dass diese trotz ihrer guten Materialeigenschaften lediglich geringe Materialkosten verursachen und die Verarbeitung ebenfalls kostengünstig durchzuführen ist. Dies gilt insbesondere im direkten Vergleich zu kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen. Bevorzugte anorganische Fasern sind neben Glasfasern unter anderem Basaltfasern, Borfasern oder Keramikfasern. Glasfasern werden besonders bevorzugt als Fasern in faserverstärkten Kunstoffen eingesetzt, wobei hier überwiegend duroplastische oder thermoplastische Matrixmaterialien zum Einsatz kommen.In a further preferred embodiment, it is provided that the fibers of the first fiber composite material comprise or are inorganic fibers, in particular non-electrically conductive fibers, such as glass fibers. Inorganic fibers usually offer the advantage that, despite their good material properties, they only cause low material costs and the processing is also inexpensive to carry out. This is especially true in direct comparison to carbon fiber reinforced plastics. Preferred inorganic fibers are, in addition to glass fibers, among others basalt fibers, boron fibers or ceramic fibers. Glass fibers are particularly preferably used as fibers in fiber-reinforced plastics, with predominantly thermoset or thermoplastic matrix materials being used here.

Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass in Holmgurten der Einsatz von elektrisch nicht leitfähigen Materialien einige Vorteile bieten. Diese Vorteile zeigen sich beispielsweise dadurch, dass das Blitzeinschlagrisiko bei der Verwendung von nicht leitfähigen Holmgurtmaterialien reduziert wird. Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Verwendung von zwei Holmgurtmaterialien die Möglichkeit besteht, ein elektrisch leitfähiges und ein nicht oder gering elektrisch leitfähiges Material zu verwenden. Im Falle, dass das nicht oder kaum elektrisch leitfähige Material das elektrisch leitfähige Material im Wesentlichen umschließt, besteht die Möglichkeit das leitfähige Material vollständig oder überwiegend zu isolieren und somit das Blitzeinschlagrisiko zu reduzieren.The invention is further based on the finding that in Holmgurten the use of electrically non-conductive materials offer some advantages. These advantages are manifested, for example, in reducing the risk of lightning strike when using non-conductive spar pad materials. The invention is further based on the finding that with the use of two Holmgurtmaterialien the possibility exists to use an electrically conductive and a non or low electrically conductive material. In the case that the hardly or hardly electrically conductive material that electrically essentially encloses conductive material, it is possible to completely or predominantly isolate the conductive material and thus reduce the risk of lightning.

In einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Holmgurts ist vorgesehen, dass das Matrixmaterial des ersten Faserverbundmaterials und/oder des zweiten Faserverbundmaterials Kunststoff umfasst oder daraus besteht, und der Kunststoff vorzugsweise ein Thermoplast und/oder ein Duroplast umfasst oder daraus besteht, und/oder dass das Matrixmaterial des ersten Faserverbundmaterials und/oder des zweiten Faserverbundmaterials Zement umfasst oder daraus besteht, und/oder Beton umfasst oder daraus besteht, und/oder Keramik umfasst oder daraus besteht.In a further embodiment variant of the hollow belt according to the invention, it is provided that the matrix material of the first fiber composite material and / or the second fiber composite material comprises or consists of plastic, and the plastic preferably comprises or consists of a thermoplastic and / or a thermoset, and / or that the matrix material Cement comprises or consists of the first fiber composite material and / or the second fiber composite material and / or concrete comprises or consists of, and / or comprises or consists of ceramic.

Eine Kunststoffmatrix aus einem thermoplastischen Matrixmaterial hat den Vorteil, dass sich der erzeugte Holmgurt noch umformen und/oder verschweißen lässt. Dies hat insbesondere seine Ursache darin, dass das thermoplastische Matrixmaterial mehrfach aufgeschmolzen werden kann. Dies kann vorteilhaft bei der Befestigung des Holmgurtes im Hohlraum des Rotorblattes sein. Holmgurte, die ein Duroplast als Matrixmaterial aufweisen oder aus diesem bestehen, zeichnen sich dagegen durch eine besonders hohe Festigkeit aus. Nachteilig ist bei einem duroplastischen Matrixmaterial, dass dieses nach dem Aushärten nur schwer weiterzuverarbeiten ist und ein abermaliges Aufschmelzen nicht möglich ist. A plastic matrix of a thermoplastic matrix material has the advantage that the produced Holmgurt can still transform and / or weld. This is due in particular to the fact that the thermoplastic matrix material can be melted several times. This can be advantageous in the attachment of the Holmgurtes in the cavity of the rotor blade. Holm straps which comprise or consist of a duroplastic as matrix material, on the other hand, are characterized by a particularly high strength. A disadvantage of a thermosetting matrix material that this is difficult to process further after curing and a repeated melting is not possible.

Der Einsatz von Zement, Beton, Metall, Keramik und/oder Kohlenstoff ermöglicht die Nutzung der spezifischen Vorteile der genannten Materialien die sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf deren Steifigkeiten hinsichtlich Zug und/oder Druckkräfte, deren spezifisches Gewicht, deren elektrische und/oder thermische Leitfähigkeit und/oder deren Verarbeitbarkeit beziehen.The use of cement, concrete, metal, ceramics and / or carbon allows the use of the specific advantages of said materials, in particular, but not exclusively, their stiffnesses in terms of tensile and / or compressive forces, their specific gravity, their electrical and / or refer to thermal conductivity and / or their processability.

Bei dem erfindungsgemäßen Holmgurt besteht die Möglichkeit, dass das erste Faserverbundmaterial ein anderes Matrixmaterial als das zweite Faserverbundmaterial aufweist. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, dass das erste Faserverbundmaterial ein thermoplastisches Matrixmaterial umfasst, um die Vorteile dieses Materials hinsichtlich der Elastizität und Verarbeitbarkeit zu nutzen. Ferner besteht die Möglichkeit, dass das zweite Faserverbundmaterial ein duroplastisches Matrixmaterial umfasst, um die Möglichkeit einer hohen Festigkeit durch dieses Material zu nutzen. Matrizen aus Kunststoff und/oder Keramik bieten im vorliegenden Anwendungsfeld den besonderen Vorteil, dass es sich um elektrisch nicht bzw. gering leitfähige Materialien handelt, so dass das Blitzeinschlagrisiko reduziert werden kann, wenn diese Matrixmaterialien insbesondere für das erste Faserverbundmaterial eingesetzt werden. In the case of the hollow belt according to the invention, there is the possibility that the first fiber composite material has a different matrix material than the second fiber composite material. For example, there is the possibility that the first fiber composite material comprises a thermoplastic matrix material to take advantage of this material in terms of elasticity and processability. Further, there is the possibility that the second fiber composite material comprises a thermosetting matrix material to take advantage of the possibility of high strength by this material. Plastic and / or ceramic matrices have the particular advantage in the present field of application that they are electrically non-conductive or low-conductivity materials, so that the risk of lightning strike can be reduced if these matrix materials are used in particular for the first fiber composite material.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Holmgurts ist vorgesehen, dass die Lagen des ersten Faserverbundmaterials und des zweiten Faserverbundmaterials zwischen zwei äußeren Lagen des ersten Faserverbundmaterials angeordnet sind. In dieser Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass zwischen den äußeren Faserverbundmateriallagen des ersten Faserverbundmaterials, vermischt übereinander Lagen des ersten Faserverbundmaterials und des zweiten Faserverbundmaterials angeordnet sein können. In a further particularly preferred embodiment of the invention Holmgurts is provided that the layers of the first fiber composite material and the second fiber composite material between two outer layers of the first fiber composite material are arranged. In this embodiment, it is provided that layers of the first fiber composite material and of the second fiber composite material can be arranged in a superposed manner between the outer fiber composite material layers of the first fiber composite material.

In dieser Ausführungsvariante sind demnach mehr als die zwei Schichten, bestehend aus einer oder mehrerer Lagen des ersten Faserverbundmaterials, und die eine Schicht, bestehend aus einer oder mehrerer Lagen des zweiten Faserverbundmaterials, angeordnet. Zwischen den zwei äußeren Schichten, bestehend aus Lagen des ersten Faserverbundmaterials, können eine Vielzahl an Schichten, bestehend aus Lagen des ersten Faserverbundmaterials und Lagen des zweiten Faserverbundmaterials, angeordnet sein. Hier sind die zwei unterschiedlichen Materialien demnach schichtweise vermischt. Vorzugsweise weisen das erste und das zweite Faserverbundmaterial die gleichen Matrixmaterialien auf.Accordingly, more than the two layers consisting of one or more layers of the first fiber composite material and the one layer consisting of one or more layers of the second fiber composite material are arranged in this embodiment variant. Between the two outer layers, consisting of layers of the first fiber composite material, a plurality of layers, consisting of layers of the first fiber composite material and layers of the second fiber composite material, may be arranged. Here, the two different materials are therefore mixed in layers. Preferably, the first and second fiber composite materials comprise the same matrix materials.

Eine derartige Anordnung ist dahingehend vorteilhaft, dass Steifigkeitssprünge im Holmgurt reduziert werden können und somit keine oder schwächere Spannungsspitzen vorhanden sind. Das Vorsehen von zwei äußeren Lagen des ersten Verbundmaterials ist dahingehend notwendig, dass diese Lagen spezifische technische Aufgaben übernehmen. Insbesondere ist hier an die notwendige Bedingung zu verweisen, dass der Holmgurt in das Rotorblatt eingefügt werden muss und somit das erste Faserverbundmaterial mit einem weiteren Material vorzugsweise stoffschlüssig zu verbinden ist. Darüber hinaus ist der bereits erwähnte Vorteil hier umsetzbar, dass das erste Faserverbundmaterial aus einem nichtleitfähigen Material besteht, das das zweite Faserverbundmaterial isoliert und somit das Blitzeinschlagrisiko reduziert werden kann.Such an arrangement is advantageous in that stiffness jumps can be reduced in the spar cap and thus no or weaker voltage spikes are present. The provision of two outer layers of the first composite material is necessary in that these layers assume specific technical tasks. In particular, it is here to refer to the necessary condition that the spar cap must be inserted into the rotor blade and thus the first fiber composite material with a further material is preferably to connect materially. Moreover, the aforementioned advantage is realizable here in that the first fiber composite material is made of a nonconductive material which can insulate the second fiber composite material and thus reduce the risk of lightning strike.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht ferner vor, dass die Fasern des ersten Faserverbundmaterials und/oder des zweiten Faserverbundmaterials im Wesentlichen parallel zur Richtung der Längserstreckung verlaufen. Ein derartiger Faserverlauf resultiert darin, dass insbesondere die Zugsteifigkeit des Holmgurts in Längsrichtung maximiert wird. A preferred embodiment also provides that the fibers of the first fiber composite material and / or of the second fiber composite material extend substantially parallel to the direction of the longitudinal extent. Such a fiber shape results in that, in particular, the tensile stiffness of the spar belt in the longitudinal direction is maximized.

Für weitere Vorteile, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails des erfindungsgemäßen Holmgurts und seiner Fortbildungen wird auch auf die unten folgende Beschreibung zu den Merkmalen des zugehörigen Herstellungsverfahrens verwiesen. For further advantages, embodiments and design details of the invention Holmgurts and its training is also on the below the following description of the features of the associated manufacturing process referenced.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Rotorblatt einer Windenergieanlage mit einem Holmgurt nach dem zuvor beschriebenen Aspekt. Das Vorsehen eines erfindungsgemäßen Holmgurts in einem Rotorblatt einer Windenergieanlage ist hinsichtlich unterschiedlicher Belange vorteilhaft. Insbesondere zeichnet sich ein derartiges Rotorblatt durch ein geringeres Gewicht und gegebenenfalls durch eine höhere Steifigkeit aus. Ferner besteht bei der Wahl der entsprechenden Faserverbundmaterialien die Möglichkeit der Reduktion des Blitzschlagrisikos. Dieser ist insbesondere zu realisieren, wenn für ein erstes Faserverbundmaterial ein Material genutzt wird, das eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist.According to a further aspect of the invention, the object mentioned at the outset is achieved by a rotor blade of a wind energy plant with a spar cap according to the aspect described above. The provision of a Holmgurts invention in a rotor blade of a wind turbine is advantageous in terms of different concerns. In particular, such a rotor blade is characterized by a lower weight and optionally by a higher rigidity. Furthermore, there is the possibility of reducing the risk of lightning strike when choosing the corresponding fiber composite materials. This is to be realized in particular if a material is used which has a low electrical conductivity for a first fiber composite material.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Windenergieanlage mit einem Turm, einer Gondel und einem Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mindestens ein Rotorblatt mit einem Holmgurt nach mindestens einem der vorherigen Aspekte aufweist. Neben den bereits genannten Vorteilen, ist eine Windenergieanlage, umfassend einen erfindungsgemäßen Holmgurt, dahingehend vorteilhaft, dass diese mit einer höheren Nabenhöhe und einer größeren Rotorspannweite vorgesehen werden kann. Darüber hinaus können die Gesamtkosten einer Windenergieanlage durch das Vorsehen eines erfindungsgemäßen Holmgurtes reduziert werden. According to a further aspect of the invention, the object mentioned is achieved by a wind energy plant with a tower, a nacelle and a rotor, characterized in that the rotor has at least one rotor blade with a Holmgurt according to at least one of the previous aspects. In addition to the advantages already mentioned, a wind energy plant comprising a Holmgurt invention is advantageous in that it can be provided with a higher hub height and a larger rotor span. In addition, the total cost of a wind turbine can be reduced by providing a Holmgurt invention.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Holmgurts mit einer Längserstreckung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende, einer Quererstreckung orthogonal zur Längserstreckung und einer Dicke orthogonal zur Längserstreckung und zur Quererstreckung, das Verfahren umfassend die Schritte Verlegen von mindestens zwei Lagen eines ersten Faserverbundmaterials, Verlegen von mindestens einer Lage eines zweiten Faserverbundmaterials derart, dass das zweite Faserverbundmaterial in einem Abschnitt angrenzend an das zweite Ende in Richtung der Dicke zwischen mindestens zwei Lagen des ersten Faserverbundmaterials angeordnet ist, und die mindestens eine Lage des zweiten Faserverbundmaterials vor dem zweiten Ende endet, wobei das erste Faserverbundmaterial ein anderes Matrixmaterial und/oder andere Fasern aufweist als das zweite Faserverbundmaterial. According to a further aspect of the invention, the object mentioned at the outset is achieved by a method for producing a hollow belt having a longitudinal extent from a first end to a second end, a transverse extent orthogonal to the longitudinal extent and a thickness orthogonal to the longitudinal extent and to the transverse extent Laying at least two layers of a first fiber composite material, laying at least one layer of a second fiber composite material such that the second fiber composite material is disposed in a portion adjacent to the second end in the thickness direction between at least two layers of the first fiber composite material, and the at least one Position of the second fiber composite material ends before the second end, wherein the first fiber composite material comprises a different matrix material and / or other fibers than the second fiber composite material.

Das Verlegen der Lagen des ersten und/oder zweiten Faserverbundmaterials erfolgt derart, dass die flächigen Seiten dieser Lagen jeweils überwiegend planparallel, übereinander angeordnet werden. Das Verlegen erfolgt ferner derart, dass die Lagen des zweiten Faserverbundmaterials zwischen den Lagen des ersten Faserverbundmaterials verlegt werden. Ferner vorzugsweise sind auf den zwei äußeren, sich gegenüberliegenden Lagen des zweiten Faserverbundmaterials jeweils gleich viele Lagen des ersten Faserverbundmaterials angeordnet. The laying of the layers of the first and / or second fiber composite material takes place in such a way that the flat sides of these layers are each arranged predominantly plane-parallel, one above the other. The laying is further carried out such that the layers of the second fiber composite material are laid between the layers of the first fiber composite material. Furthermore, preferably the same number of layers of the first fiber composite material are arranged on the two outer, opposite layers of the second fiber composite material.

Am zweiten Ende des Holmgurtes werden die Lagen des ersten Faserverbundmaterials und die Lagen des zweiten Faserverbundmaterials derart verlegt, so dass die Lagen des ersten Faserverbundmaterials bis zum zweiten Ende hinreichen und die Lagen des ersten Faserverbundmaterials bereits vor dem zweiten Ende enden. Das zweite Ende wird daher vorzugsweise ausschließlich durch Lagen des ersten Faserverbundmaterials hergestellt. At the second end of the spar cap, the layers of the first fiber composite and the layers of the second fiber composite are laid so that the layers of the first fiber composite extend to the second end and the layers of the first fiber composite terminate prior to the second end. The second end is therefore preferably produced exclusively by layers of the first fiber composite material.

Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Holmgurts erfolgt ferner durch die Nutzung eines ersten Faserverbundmaterials und eines zweiten Faserverbundmaterials, wobei das erste Faserverbundmaterial ein anderes Material ist als das zweite Faserverbundmaterial. Diese Andersartigkeit zeigt sich insbesondere bei den verwendeten Fasern und/oder dem verwendeten Matrixmaterial. Vorzugsweise wird für das erste Faserverbundmaterial ein Material verwendet, das lediglich gering oder nicht elektrisch leitfähig ist. Ferner vorzugsweise wird für das zweite Faserverbundmaterial ein Material genutzt, das insbesondere eine sehr hohe Steifigkeit aufweist.The method for producing the spar belt according to the invention is further carried out by the use of a first fiber composite material and a second fiber composite material, wherein the first fiber composite material is a different material than the second fiber composite material. This difference manifests itself in particular in the fibers used and / or the matrix material used. Preferably, a material is used for the first fiber composite material, which is only slightly or not electrically conductive. Further preferably, a material is used for the second fiber composite material, which in particular has a very high rigidity.

Das Verlegen der Lagen der Faserverbundmaterialien kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, beispielsweise wird die Faserwickeltechnik, die Autoklavpresstechnik oder das Handlaminierverfahren angewendet. In Abhängigkeit der gewählten Fasern und/oder des gewählten Matrixmaterials können im Anschluss an den zuvor dargelegten Herstellungsprozess noch weitere Herstellungsschritte folgen. Diese Schritte können beispielsweise das Aushärten eines Matrixmaterials und/oder die Verdichtung des Faserverbundmaterials umfassen.The laying of the layers of the fiber composite materials can be done in different ways, for example, the fiber winding technique, the Autoklavpresstechnik or Handlaminierverfahren is applied. Depending on the selected fibers and / or the selected matrix material, further production steps may follow subsequent to the production process set out above. These steps may include, for example, curing a matrix material and / or densifying the fiber composite material.

Eine bevorzugte Fortbildung des zuvor erläuterten Herstellungsverfahrens sieht vor, dass die Anzahl der Lagen des ersten Faserverbundmaterials zum zweiten Ende hin reduziert werden, wobei die Reduktion der Lagen entweder kontinuierlich oder in definierten Abständen erfolgt. Dabei wird im Wesentlichen die Anzahl der übereinander angeordneten Lagen des ersten Faserverbundmaterials reduziert, so dass zwei Schichten, bestehend aus Lagen des ersten Faserverbundmaterials, angeordnet an den äußersten Flächen des zweiten Faserverbundmaterials, zum zweiten Ende hin eine in Richtung der Dicke geringer werdende Abmessung aufweist. A preferred development of the above-described manufacturing method provides that the number of layers of the first fiber composite material are reduced towards the second end, wherein the reduction of the layers takes place either continuously or at defined intervals. In this case, essentially the number of layers of the first fiber composite material arranged one above the other is reduced, so that two layers consisting of layers of the first fiber composite material arranged on the outermost surfaces of the second fiber composite material, towards the second end has a decreasing in the thickness direction dimension.

Durch diesen Herstellungsschritt wird die Dicke des Holmgurtes entlang der Längserstreckung reduziert. Durch die sehr geringe Dicke der einzelnen Lagen kann im Allgemeinen ein sehr homogener Übergang der einzelnen Lagen gewährleistet werden, so dass der Holmgurt eine stetige Geometrie aufweisen kann. By this manufacturing step, the thickness of the spar belt along the longitudinal extent reduced. Due to the very small thickness of the individual layers, a very homogeneous transition of the individual layers can generally be ensured, so that the hollow belt can have a continuous geometry.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Herstellungsverfahrens sieht vor, dass mindestens zwei Lagen des zweiten Faserverbundmaterials derart verlegt werden, dass sich die Anzahl der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials zum zweiten Ende hin reduziert. Auch hier wird aufgrund der reduzierten Lagenanzahl des zweiten Faserverbundmaterials auf die spezifischen Belastungssituationen entlang der Längserstreckung des Holmgurts eingegangen. Bei dem Verlegen der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials ist zu beachten, dass die Lagen des zweiten Faserverbundmaterials nicht bis zum zweiten Ende hin verlegt werden, sondern das Verlegen bereits vor dem zweiten Ende beendet wird. Durch diese Art des Verlegens wird sichergestellt, dass das zweite Faserverbundmaterial nicht bis zum zweiten Ende reicht, und somit das zweite Ende im Wesentlichen ausschließlich durch die Lagen des ersten Faserverbundmaterials gebildet wird.A preferred embodiment of the manufacturing method provides that at least two layers of the second fiber composite material are laid such that the number of layers of the second fiber composite material reduces towards the second end. Here too, due to the reduced number of layers of the second fiber composite material, the specific load situations along the longitudinal extent of the spar belt are addressed. When laying the layers of the second fiber composite material is to be noted that the layers of the second fiber composite material are not laid down to the second end, but the laying is completed before the second end. This type of laying ensures that the second fiber composite material does not extend to the second end, and thus that the second end is formed essentially exclusively by the layers of the first fiber composite material.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren und seine Fortbildungen weisen Merkmale auf, die sie insbesondere dafür geeignet machen, einen erfindungsgemäßen Holmgurt und seine Fortbildungen herzustellen. Zu den Vorteilen, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails des Herstellungsverfahrens wird daher auch auf die vorangegangene Beschreibung zu den entsprechenden Vorrichtungsmerkmalen des Holmgurts und seiner Fortbildungen verwiesen.The manufacturing method according to the invention and its further developments have features that make them particularly suitable for producing a Holmgurt according to the invention and its further developments. For the advantages, embodiments and details of the manufacturing process is therefore also referred to the preceding description of the corresponding device features of the spar belt and its training.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen: Preferred embodiments of the invention will be explained by way of example with reference to the accompanying figures. Show it:

1: eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage; 1 : a schematic representation of a wind turbine;

2: eine schematische Querschnittsansicht in Richtung einer Längs- und Quererstreckung eines Holmgurts; 2 a schematic cross-sectional view in the direction of a longitudinal and transverse extent of a spar belt;

3: eine schematische Querschnittsansicht in Richtung einer Längserstreckung und der Dicke eines Holmgurts; 3 a schematic cross-sectional view in the direction of a longitudinal extent and the thickness of a spar belt;

4: eine schematische Querschnittsansicht in Richtung einer Quererstreckung und einer Dicke eines Holmgurts; 4 a schematic cross-sectional view in the direction of a transverse extent and a thickness of a spar belt;

5: eine schematische Querschnittsansicht in Richtung einer Quererstreckung und einer Dicke eines Holmgurts im Bereich der Zurückschäftung. 5 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in the direction of a transverse extent and a thickness of a tie-bar in the region of the backstroke. FIG.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage. 1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an. 1 shows a schematic representation of a wind turbine. 1 shows a wind turbine 100 with a tower 102 and a gondola 104 , At the gondola 104 is a rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 110 arranged. The rotor 106 is set in operation by the wind in a rotary motion and thereby drives a generator in the nacelle 104 at.

Erfindungsgemäße Holmgurte 200 werden insbesondere für die Längsversteifung der Rotorblätter 108 eingesetzt. Zu diesem Zweck wird mindestens ein Holmgurt 200, vorzugsweise zwei Holmgurte 200, im Inneren des Rotorblattes 108 angeordnet und bevorzugt an einer zum Inneren des Rotorblattes 108 gewandten Seite befestigt.Inventive Holmgurte 200 be especially for the longitudinal stiffening of the rotor blades 108 used. For this purpose, at least one Holmgurt 200 , preferably two spar straps 200 , inside the rotor blade 108 arranged and preferably at one to the interior of the rotor blade 108 attached to the side.

2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht in Richtung einer Längserstreckung L und Quererstreckung Q eines Holmgurts 200. Der Holmgurt erstreckt sich longitudinal entlang seiner Längserstreckung L von einem ersten Ende 210 zu einem zweiten Ende 220. Das erste Ende 210 repräsentiert vorzugsweise das Ende des Holmgurtes 200, das im Bereich einer Rotorblattwurzel angeordnet ist. Das zweite Ende 220 repräsentiert hingegen das Ende der Holmgurtes 200, das im Bereich einer Rotorblattspitze angeordnet ist. Die Abmessung der Quererstreckung Q kann entlang der Längserstreckung L hin zum zweiten Ende 220 abschnittsweise abnehmen. Die Reduktion der Abmessung der Querstreckung Q kann alternativ vorzugsweise auch kontinuierlich erfolgen. 2 shows a schematic cross-sectional view in the direction of a longitudinal extension L and transverse extent Q of a spar belt 200 , The spar cap extends longitudinally along its longitudinal extent L from a first end 210 to a second end 220 , The first end 210 preferably represents the end of the spar cap 200 , which is arranged in the region of a rotor blade root. The second end 220 on the other hand represents the end of the Holmgurtes 200 , which is arranged in the region of a rotor blade tip. The dimension of the transverse extent Q can be along the longitudinal extent L towards the second end 220 decrease in sections. The reduction of the dimension of the transverse extent Q may alternatively be carried out preferably also continuously.

Der Holmgurt 200 ist im Wesentlichen aus Faserverbundmaterialien hergestellt, die in Form von sogenannten Lagen verarbeitet werden und in dieser Form auch im hergestellten Holmgurt 200 vorliegen. Eine Lage umfasst im Wesentlichen Fasern und ein Matrixmaterial, wobei eine Lage insbesondere als Schicht ausgebildet ist. Das heißt, dass eine Lage eine flächige Geometrie mit einer geringen Dicke aufweist. Die flächige Geometrie der Lagen ist insbesondere durch eine Fläche in Richtung der Längserstreckung L und der Quererstreckung Q ausgebildet.The Holmgurt 200 is essentially made of fiber composite materials, which are processed in the form of so-called layers and in this form also in the manufactured Holmgurt 200 available. A layer essentially comprises fibers and a matrix material, wherein a layer is formed in particular as a layer. This means that a layer has a flat geometry with a small thickness. The planar geometry of the layers is formed in particular by a surface in the direction of the longitudinal extent L and the transverse extent Q.

Daher sind in der 2, 3, 4 und 5 die Lage bzw. die Lagen eines ersten Faserverbundmaterials 300 und die Lage bzw. die Lagen eines zweiten Faserverbundmaterials 400 abgebildet. Die Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 umfassen oder sind vorzugsweise Glasfasern und die Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 umfassen oder sind vorzugsweise Kohlenstofffasern. Therefore, in the 2 . 3 . 4 and 5 the position or the layers of a first fiber composite material 300 and the layer or layers of a second fiber composite material 400 displayed. The layers of the first fiber composite material 300 include or are preferably glass fibers and the layers of the second fiber composite material 400 include or are preferably carbon fibers.

In der 2 sind im Wesentlichen eine Lage des ersten Faserverbundmaterials 300 und eine Lage des zweiten Faserverbundmaterials abgebildet. Die Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 umschließen überwiegend die Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 in Richtung der Längserstreckung L und in Richtung der Quererstreckung Q. In the 2 are essentially a layer of the first fiber composite material 300 and depicting a ply of the second fiber composite material. The layers of the first fiber composite material 300 mainly enclose the layers of the second Fiber composite material 400 in the direction of the longitudinal extent L and in the direction of the transverse extent Q.

Insbesondere weist der Holmgurt 200 eine Zurückschäftung 410 der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 auf. Diese Zurückschäftung 410 zeigt sich insbesondere dadurch, dass die Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 vom zweiten Ende 220 des Holmgurtes 200 beabstandet sind. Diese Beabstandung reduziert das Risiko eines Blitzeinschlages für den Fall, dass das erste Faserverbundmaterial eine geringe oder keine elektrische Leitfähigkeit und das zweite Faserverbundmaterial eine, im Vergleich zum ersten Faserverbundmaterial, hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Ferner wird durch eine derartige Isolierung das Risiko eines Überschlags im Verlauf der inneren Ableitung zum Rotorblattflansch reduziert.In particular, the Holmgurt 200 a retraction 410 the layers of the second fiber composite material 400 on. This backsliding 410 shows in particular the fact that the layers of the second fiber composite material 400 from the second end 220 of the spar cap 200 are spaced. This spacing reduces the risk of lightning strike in the event that the first fiber composite material has little or no electrical conductivity and the second fiber composite material has high electrical conductivity compared to the first fiber composite material. Furthermore, such insulation reduces the risk of a flashover in the course of the internal discharge to the rotor blade flange.

Die schematische Darstellung des Holmgurtes 200 in 2 zeigt eine Quererstreckung Q der Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 und der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400.The schematic representation of the Holmgurtes 200 in 2 shows a transverse extent Q of the layers of the first fiber composite material 300 and the layers of the second fiber composite material 400 ,

3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht in Richtung einer Längserstreckung L und einer Dicke D eines Holmgurts 200. In dieser Ansicht sind insbesondere die schematisch dargestellten Lagen und deren Anzahl abgebildet. Die Lagen sind in einer Perspektive orthogonal zu ihrer flächigen Ausdehnung und orthogonal zur ihrer Längserstreckung abgebildet. Die Dicke D des Holmgurtes wird bestimmt durch die Anzahl der übereinander angeordneten Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 und durch die Anzahl der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400. Der Bereich der Zurückschäftung 410 der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 ist in dieser Perspektive ebenfalls dargestellt. 3 shows a schematic cross-sectional view in the direction of a longitudinal extent L and a thickness D of a Holmgurts 200 , In this view, in particular the schematically illustrated layers and their number are shown. The layers are imaged in a perspective orthogonal to their areal extent and orthogonal to their longitudinal extent. The thickness D of the Holmgurtes is determined by the number of superimposed layers of the first fiber composite material 300 and by the number of layers of the second fiber composite material 400 , The area of retraction 410 the layers of the second fiber composite material 400 is also shown in this perspective.

Ferner ist die longitudinale Erstreckung der einzelnen Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 und die longitudinale Erstreckung der einzelnen Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 abgebildet, wobei die Abmessungen deren jeweiliger longitudinaler Erstreckung nicht gleich ist. Durch die Zurückschäftung der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 entstehen bei der Wahl eines steiferen Materials für das zweite Faserverbundmaterial als für das erste Faserverbundmaterial Steifigkeitssprünge. Durch die Reduktion der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 an einer Stelle entlang der Längserstreckung L können die Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 in Summe eine höhere Steifigkeit aufweisen als die Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400, so dass die Steifigkeitssprünge weitestgehend minimiert werden können. Further, the longitudinal extent of the individual layers of the first fiber composite material 300 and the longitudinal extent of the individual layers of the second fiber composite material 400 shown, wherein the dimensions of their respective longitudinal extent is not equal. By the zurückschäftung the layers of the second fiber composite material 400 arise in the choice of a more rigid material for the second fiber composite material than for the first fiber composite material stiffness jumps. By reducing the layers of the second fiber composite material 400 at a position along the longitudinal extent L, the layers of the first fiber composite material 300 in sum, have a higher rigidity than the layers of the second fiber composite material 400 , so that the stiffness jumps can be minimized as far as possible.

Ferner kann durch eine derartige Reduktion der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 auch die Anzahl der Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 zum zweiten Ende 220 hin reduziert werden. Dadurch wiederum kann, bei einem sich reduzierenden Dehnungsniveau, der Holmgurt 200 zum zweiten Ende 220 hin mit insgesamt weniger übereinander angeordneten Lagen hergestellt werden. Eine reduzierte Anzahl der übereinander angeordneten Lagen resultiert in einer kompakteren Bauweise, geringeren Materialkosten und einer beschleunigten Herstellungszeit sowie letztlich in einem geringeren Gewicht des Holmgurtes 200.Further, by such reduction of the layers of the second fiber composite material 400 also the number of layers of the first fiber composite material 300 to the second end 220 be reduced. In turn, this can, at a reducing strain level, the Holmgurt 200 to the second end 220 produced with a total of less superimposed layers. A reduced number of superimposed layers results in a more compact design, lower material costs and an accelerated production time and ultimately in a lower weight of the spar cap 200 ,

Darüber hinaus ist dargestellt, dass die Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 in Richtung der Dicke zwischen Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 angeordnet sind. Ferner ist in diesem speziellen Ausführungsbeispiel abgebildet, dass die Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 zwei äußere, sich gegenüberliegende Seiten aufweisen, die jeweils durch eine flächige Ausdehnung der Lagen in Längserstreckung L und Quererstreckung Q gebildet werden, wobei auf den beiden äußeren Seiten der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 die gleiche Anzahl an Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 angeordnet ist. Für die 3 bedeutet dies, dass in vertikaler Richtung, über und unter der drei Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 vorzugsweise jeweils die gleiche Anzahl an Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 angeordnet ist. In addition, it is shown that the layers of the second fiber composite material 400 in the thickness direction between layers of the first fiber composite material 300 are arranged. Furthermore, in this particular embodiment, the layers of the second fiber composite material 400 have two outer, opposite sides, which are each formed by a planar extension of the layers in the longitudinal direction L and transverse extent Q, wherein on the two outer sides of the layers of the second fiber composite material 400 the same number of layers of the first fiber composite material 300 is arranged. For the 3 this means that in the vertical direction, above and below the three layers of the second fiber composite material 400 preferably in each case the same number of layers of the first fiber composite material 300 is arranged.

4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht in Richtung einer Quererstreckung Q und einer Dicke D eines Holmgurts 200. Der gezeigte Querschnitt ist insbesondere aus einem Bereich entlang der Längserstreckung L in dem die Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 und Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400, analog zur Beschreibung der 3, nicht reduziert sind. Daher sind drei Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 im Inneren und an deren flächigen, äußeren Seiten sind jeweils zwei Lagen des ersten Faserverbundmaterials angeordnet. Die Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 und der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400 erstrecken sich ferner vorzugsweise vollständig entlang der Quererstreckung Q. 4 shows a schematic cross-sectional view in the direction of a transverse extent Q and a thickness D of a spar belt 200 , The cross-section shown is in particular from a region along the longitudinal extent L in which the layers of the first fiber composite material 300 and layers of the second fiber composite material 400 , analogous to the description of 3 , are not reduced. Therefore, there are three layers of the second fiber composite material 400 in the interior and on the flat, outer sides of each two layers of the first fiber composite material are arranged. The layers of the first fiber composite material 300 and the layers of the second fiber composite material 400 further preferably extend completely along the transverse extent Q.

5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht in Richtung einer Quererstreckung und einer Dicke eines Holmgurts. Der gezeigte Querschnitt ist insbesondere aus einem Bereich der Zurückschäftung 410 entlang der Längserstreckung L in dem die Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 und Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400, analog zur Beschreibung der 3, reduziert sind, da hier lediglich Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 abgebildet sind. Es ist ferner ein Bereich der Zurückschäftung 410 abgebildet, der, angrenzend an das zweite Ende 220 und nicht aufweisend Lagen des zweiten Faserverbundmaterials 400, im Wesentlichen aus Lagen des ersten Faserverbundmaterials 300 besteht oder diese umfasst. 5 shows a schematic cross-sectional view in the direction of a transverse extent and a thickness of a spar belt. The cross section shown is in particular from a region of Rückschäftung 410 along the longitudinal extent L in which the layers of the first fiber composite material 300 and layers of the second fiber composite material 400 , analogous to the description of 3 , are reduced, since here only layers of the first fiber composite material 300 are shown. It is also an area of regression 410 pictured, the, adjacent to the second end 220 and not having layers of the second fiber composite material 400 , essentially layers of the first fiber composite material 300 exists or includes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: Windenergieanlage Wind turbine
102102: Turm tower
104104: Gondel gondola
106106: Rotor rotor
108108: Rotorblätter rotor blades
110110: Spinner crackhead
200200: Holmgurt spar cap
210210: erstes Ende first end
220220: zweites Ende second end
300300: Lage(n) erstes Faserverbundmaterial Position (s) of the first fiber composite material
400400: Lage(n) zweites Faserverbundmaterial Position (s) second fiber composite material
410410: Bereich der Zurückschäftung Area of retraction
LL: Längserstreckung longitudinal extension
QQ: Quererstreckung transverse extension
DD: Dicke thickness

Claims

Holmgurt (200) für ein Rotorblatt (108) einer Windenergieanlage (100), mit – einer Längserstreckung (L) von einem ersten Ende (210) zu einem zweiten Ende (220), einer Quererstreckung (Q) orthogonal zur Längserstreckung L und einer Dicke D orthogonal zur Längserstreckung (L) und zur Quererstreckung (Q), – mindestens zwei Lagen eines ersten Faserverbundmaterials (300), und – mindestens eine Lage eines zweiten Faserverbundmaterials (400), wobei – das erste Faserverbundmaterial ein anderes Matrixmaterial und/oder andere Fasern aufweist als das zweite Faserverbundmaterial, – das zweite Faserverbundmaterial in einem Abschnitt angrenzend an das zweite Ende (220) in Richtung der Dicke zwischen den mindestens zwei Lagen des ersten Faserverbundmaterials angeordnet ist, – die mindestens eine Lage des zweiten Faserverbundmaterials (400) vor dem zweiten Ende (220) endet.Holmgurt ( 200 ) for a rotor blade ( 108 ) of a wind turbine ( 100 ), having - a longitudinal extent (L) from a first end ( 210 ) to a second end ( 220 ), a transverse extent (Q) orthogonal to the longitudinal extension L and a thickness D orthogonal to the longitudinal extent (L) and to the transverse extent (Q), - at least two layers of a first fiber composite material (Q) 300 ), and - at least one layer of a second fiber composite material ( 400 ), wherein - the first fiber composite material comprises a different matrix material and / or fibers than the second fiber composite material, - the second fiber composite material in a section adjacent to the second end ( 220 ) is arranged in the direction of the thickness between the at least two layers of the first fiber composite material, - the at least one layer of the second fiber composite material ( 400 ) before the second end ( 220 ) ends.

Holmgurt (200) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei ein Bereich am zweiten Ende (220) mindestens eine Lage des ersten Faserverbundmaterials (300) umfasst.Holmgurt ( 200 ) according to the preceding claim, wherein an area at the second end ( 220 ) at least one layer of the first fiber composite material ( 300 ).

Holmgurt (200) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Lagen des ersten Faserverbundmaterials (300) sich zum zweiten Ende (220) hin reduziert.Holmgurt ( 200 ) according to at least one of the preceding claims, wherein the number of layers of the first fiber composite material ( 300 ) to the second end ( 220 ) reduced.

Holmgurt (200) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, mit mindestens zwei Lagen des zweiten Faserverbundmaterials (400), wobei die Anzahl der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials (400) sich zum zweiten Ende (220) hin reduziert.Holmgurt ( 200 ) according to at least one of the preceding claims, with at least two layers of the second fiber composite material ( 400 ), wherein the number of layers of the second fiber composite material ( 400 ) to the second end ( 220 ) reduced.

Holmgurt (200) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, mit mindestens drei oder mehr Lagen des ersten Faserverbundmaterials (300) und/oder mindestens drei oder mehr Lagen des zweiten Faserverbundmaterials (400). Holmgurt ( 200 ) according to at least one of the preceding claims, with at least three or more layers of the first fiber composite material ( 300 ) and / or at least three or more layers of the second fiber composite material ( 400 ).

Holmgurt nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Lage des zweiten Faserverbundmaterials (400) zwei äußere, sich gegenüberliegende Seiten aufweist, die jeweils durch eine flächige Ausdehnung der Lagen in Längserstreckung (L) und Quererstreckung (Q) gebildet werden, wobei auf den beiden Seiten der mindestens einen Lage des zweiten Faserverbundmaterials (400) die gleiche Anzahl an Lagen des ersten Faserverbundmaterials angeordnet ist (300).Holmgurt according to at least one of the preceding claims, wherein the at least one layer of the second fiber composite material ( 400 ) has two outer, opposite sides, which are each formed by a planar expansion of the layers in the longitudinal direction (L) and transverse extent (Q), wherein on the two sides of the at least one layer of the second fiber composite material ( 400 ) the same number of layers of the first fiber composite material is arranged ( 300 ).

Holmgurt (200) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Fasern des zweiten Faserverbundmaterials Kohlenstofffasern umfassen oder sind und/oder wobei die Fasern des ersten Faserverbundmaterials anorganische Fasern, insbesondere Glasfasern, umfassen oder sind.Holmgurt ( 200 ) according to at least one of the preceding claims, wherein the fibers of the second fiber composite material comprise or are carbon fibers and / or wherein the fibers of the first fiber composite material comprise or are inorganic fibers, in particular glass fibers.

Holmgurt (200) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Matrixmaterial des ersten Faserverbundmaterials und/oder des zweiten Faserverbundmaterials – Kunststoff umfasst oder daraus besteht und der Kunststoff vorzugsweise ein Thermoplast und/oder ein Duroplast umfasst oder daraus besteht und/oder – Zement umfasst oder daraus besteht, und/oder – Beton umfasst oder daraus besteht, und/oder – Keramik umfasst oder daraus besteht.Holmgurt ( 200 ) according to at least one of the preceding claims, wherein the matrix material of the first fiber composite material and / or the second fiber composite material - comprises or consists of plastic and the plastic preferably comprises or consists of a thermoplastic and / or thermoset and / or - comprises or consists of cement , and / or - concrete comprises or consists of, and / or - comprises or consists of ceramic.

Holmgurt (200) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Lagen des ersten Faserverbundmaterials (300) und die Lagen des zweiten Faserverbundmaterials (400) zwischen mindestens zwei äußeren Lagen des ersten Faserverbundmaterials (300) angeordnet sind.Holmgurt ( 200 ) according to at least one of the preceding claims, wherein layers of the first fiber composite material ( 300 ) and the layers of the second fiber composite material ( 400 ) between at least two outer layers of the first fiber composite material ( 300 ) are arranged.

Holmgurt (200) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Fasern des ersten Faserverbundmaterials und/oder des zweiten Faserverbundmaterials im Wesentlichen parallel zur Richtung der Längserstreckung (L) verlaufen. Holmgurt ( 200 ) according to at least one of the preceding claims, wherein the fibers of the first fiber composite material and / or of the second fiber composite material extend substantially parallel to the direction of the longitudinal extent (L).

Rotorblatt (108) einer Windenergieanlage (100) mit einem Holmgurt (200) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche. Rotor blade ( 108 ) of a wind turbine ( 100 ) with a Holmgurt ( 200 ) according to at least one of the preceding claims.

Windenergieanlage (100) mit einem Turm (102), einer Gondel (104) und einem Rotor (106), dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (106) mindestens ein Rotorblatt mit einem Holmgurt nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche 1–10 aufweist.Wind energy plant ( 100 ) with a tower ( 102 ), a gondola ( 104 ) and a rotor ( 106 ), characterized in that the rotor ( 106 ) At least one rotor blade with a Holmgurt after at least one of the preceding claims 1-10.

Verfahren zur Herstellung eines Holmgurts (200) mit einer Längserstreckung (L) von einem ersten Ende (210) zu einem zweiten Ende (220), einer Quererstreckung (Q) orthogonal zur Längserstreckung (L) und einer Dicke D orthogonal zur Längserstreckung (L) und zur Quererstreckung (Q), das Verfahren umfassend die Schritte – Verlegen von mindestens zwei Lagen eines ersten Faserverbundmaterials (300), – Verlegen von mindestens einer Lage eines zweiten Faserverbundmaterials (400) derart, dass – das zweite Faserverbundmaterial in einem Abschnitt angrenzend an das zweite Ende (220) in Richtung der Dicke D zwischen mindestens zwei Lagen des ersten Faserverbundmaterials (300) angeordnet ist, und – die mindestens eine Lage des zweiten Faserverbundmaterials (400) vor dem zweiten Ende (220) endet, wobei das erste Faserverbundmaterial ein anderes Matrixmaterial und/oder andere Fasern aufweist als das zweite Faserverbundmaterial.Method for producing a hollow belt ( 200 ) having a longitudinal extent (L) from a first end ( 210 ) to a second end ( 220 ), a transverse extent (Q) orthogonal to the longitudinal extent (L) and a thickness D orthogonal to the longitudinal extent (L) and to the transverse extent (Q), the method comprising the steps of - laying at least two layers of a first fiber composite material ( 300 ), - laying at least one layer of a second fiber composite material ( 400 ) in such a way that - the second fiber composite material in a section adjacent to the second end ( 220 ) in the direction of the thickness D between at least two layers of the first fiber composite material ( 300 ), and - the at least one layer of the second fiber composite material ( 400 ) before the second end ( 220 ), wherein the first fiber composite material comprises a different matrix material and / or different fibers than the second fiber composite material.

Verfahren zur Herstellung eines Holmgurts (200) nach dem vorherigen Anspruch, wobei sich die Anzahl der Lagen des ersten Faserverbundmaterials (300) zum zweiten Ende (220) hin reduziert.Method for producing a hollow belt ( 200 ) according to the preceding claim, wherein the number of layers of the first fiber composite material ( 300 ) to the second end ( 220 ) reduced.

Verfahren zur Herstellung eines Holmgurts (200) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 13–14, wobei mindestens zwei Lagen des zweiten Faserverbundmaterials (400) derart verlegt werden, dass sich die Anzahl der Lagen des zweiten Faserverbundmaterials (400) zum zweiten Ende (220) hin reduziert. Method for producing a hollow belt ( 200 ) according to at least one of the preceding claims 13-14, wherein at least two layers of the second fiber composite material ( 400 ) are laid in such a way that the number of layers of the second fiber composite material ( 400 ) to the second end ( 220 ) reduced.