风力涡轮机叶片翼梁帽、风力涡轮机叶片和风力涡轮机的制作方法

本发明涉及一种风力涡轮机叶片翼梁帽（sparcap）、一种包括这样的翼梁帽的风力涡轮机叶片和一种包括这样的风力涡轮机叶片的风力涡轮机。

背景技术：

现代风力涡轮机转子叶片由纤维增强塑料构建。转子叶片通常包括具有圆整的前缘和尖锐的后缘的翼型件。转子叶片利用其叶片根部连接到风力涡轮机的轮毂。此外，转子叶片借助于变桨距轴承连接到轮毂，该变桨距轴承允许转子叶片的变桨距运动。长的转子叶片经受高风力。

转子叶片可由连接到彼此的两个半壳制成。进一步地，腹板（特别是抗剪腹板）可布置在这两个半壳之间，以增强转子叶片。抗剪腹板可布置在两个梁或翼梁帽之间，并且可连接到所述梁或翼梁帽。抗剪腹板、梁和/或翼梁帽可沿风力涡轮机叶片的纵向方向延伸，并且可包括碳。

风力涡轮机的发展不断增加其高度和其叶片的翼展宽度，且因此接近每个风力涡轮机包括了用于吸收雷击并防止损坏风力涡轮机的防雷系统，并且所述防雷系统变得日益相关和必要。风力涡轮机可包括引下线（downconductor），该引下线示例性地通过连接有各个叶片的风力涡轮机的塔架和轮毂建立接地。当将碳元件包括到风力涡轮机叶片中时，那些元件尤其需要连接到引下线，因为碳是导电材料并且在未进行所需电接地的情况下碳元件倾向于在被雷击时燃烧和/或致命分裂并在结构上失效。已在叶片后缘处的叶片的壳叠片处执行了将风力涡轮机叶片（尤其是风力涡轮机叶片翼梁帽）连接到引下线的已知的解决方案。叶片尖端处所需的额外空间给出了不太高效的叶片设计，尤其是在叶片的后缘处。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供不具有这些缺陷或至少部分地不具有这些缺陷的一种风力涡轮机叶片翼梁帽、一种包括这样的翼梁帽的风力涡轮机叶片和一种包括这样的风力涡轮机叶片的风力涡轮机。特别地，本发明的目的是提供一种用于风力涡轮机叶片的风力涡轮机叶片翼梁帽，该风力涡轮机叶片翼梁帽提供了用于风力涡轮机叶片的改进的叶片设计和风力涡轮机的优化的雷电放电系统，其容易组装且维护成本低。

该目的通过专利权利要求解决。因此，该目的通过具有独立权利要求1的特征的一种用于风力涡轮机叶片的风力涡轮机叶片翼梁帽、具有独立权利要求13的特征的一种风力涡轮机叶片和具有独立权利要求15的特征的一种风力涡轮机来解决。本发明的另外的细节从从属权利要求以及说明书和附图展现。

根据本发明的第一方面，该问题通过一种用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片的风力涡轮机叶片翼梁帽来解决，该风力涡轮机叶片包括引下线，该风力涡轮机叶片翼梁帽包括：至少一个碳元件和至少一个导电层，其中，所述至少一个碳元件和所述至少一个导电层被电连接；以及至少一个导电型材（conductiveprofile，或为“导电轮廓件”），其用于将所述至少一个导电层电连接到风力涡轮机叶片的引下线，其中，该导电型材电连接到所述至少一个导电层，并且其中，该导电型材布置在风力涡轮机叶片翼梁帽处。碳元件包括至少一个碳层，尤其主要为或仅为碳层。碳元件尤其被形成和布置为碳梁。所述至少一个导电层有利地布置为与所述至少一个碳元件邻近。导电层电连接到碳元件。导电层能够胶合到或以另一种方式附接到所述至少一个碳元件。本发明的有利实施例包括一定量的碳元件，尤其是与导电层相交的四个或六个碳梁。所述至少一个导电层能够水平地或竖直地布置，尤其是在碳元件之间。尽管碳元件有利地形成纵梁，但是导电层能够形成为条带、线缆或平坦表面。以那种方式设计的导电层更柔韧并且不太可能由于风力涡轮机叶片的运动和扭转而被损坏。导电型材是被设计成将所述至少一个导电层与风力涡轮机的引下线连接的三维型材。导电型材能够具有不同的尺寸和形式，如在本发明的说明书的另外段落中将解释的。导电型材在风力涡轮机叶片翼梁帽处的布置能够被理解为导电型材布置在翼梁帽上、布置在翼梁帽处或布置在翼梁帽中。特别地，导电型材是发明的风力涡轮机叶片翼梁帽的必要组成部分。本发明并不旨在将导电型材布置为与翼梁帽邻近。导电型材能够形成翼梁帽的侧部或侧部的一部分。导电型材也能够是附接到翼梁帽的分离的部分。翼梁帽能够包括另外的结构器件以将腹板附接到翼梁帽和/或将翼梁帽附接到风力涡轮机叶片的壳叠片。以这种方式设计的风力涡轮机叶片翼梁帽是特别有利的，因为它允许通过将引下线和风力涡轮机叶片翼梁帽之间的连接布置成与风力涡轮机叶片的后缘间隔开来改进用于风力涡轮机叶片的叶片设计。此外，这样的风力涡轮机叶片翼梁帽提供了风力涡轮机的优化的雷电放电系统，该雷电放电系统容易组装且维护成本低。

根据本发明的优选实施例，有利的是，至少两个碳元件布置为与所述至少一个导电层邻近（尤其是在其周围），其中，所述至少两个碳元件尤其布置在所述至少一个导电层的相对侧部上。由于对风力涡轮机叶片翼梁帽的结构需求非常苛刻，因此具有至少两个碳元件（尤其是两个碳梁）是有利的。为了最好地利用给定的空间，将所述至少一个导电层布置在所述至少两个碳元件之间并电连接到它们中的两个。以这种方式设计的风力涡轮机叶片翼梁帽是特别有利的，这是由于其所需的构造空间减小并且其通过电连接到导电层而使碳元件可靠接地。

在本发明的优选实施例中，有利的是，导电层包括碳和/或铜，尤其是碳和/或铜的内层和/或外层。导电层能够是与碳元件不同的材料或与碳元件相同的材料。有利地，导电层包括高导电率，该高导电率如例如由内部的铜的至少一个层、线缆或一部分给出或作为导电层的一部分给出。导电层使得翼梁帽（尤其是翼梁帽的所述至少一个碳元件）能够以高导电率电连接到导电型材，并且由此电连接到引下线。这允许以改进的叶片设计来改进用于风力涡轮机的防雷系统。

在本发明的另一个优选实施例中，有利的是，导电型材包括至少一个附接器件和/或用于附接器件的至少一个孔以将所述至少一个导电层附接到导电型材。所述至少一个碳元件能够通过相同的附接器件或不同的附接器件被附接。碳元件能够附接到导电层和/或导电型材。导电层和/或碳元件和导电型材之间的结构连接和/或电连接能够通过至少一个附接器件和/或用于附接器件的至少一个孔来建立。这能够通过胶水、铆钉、螺钉、销和/或其他附接器件来实现。由于现有元件中所包括的附接功能，以这种方式设计的风力涡轮机叶片翼梁帽是特别有利的。由此，有利地减小了用于附接件的构造空间，并且牢固地建立了电连接。减少了用于制造以这种方式设计的风力涡轮机叶片翼梁帽的成本和时间。

在本发明的另一个优选实施例中，有利的是，导电层包括至少一个凹部，其中，所述至少一个凹部接触导电型材的至少一个外侧部。为了将导电层和导电型材布置到彼此，包括例如用于限制这两个部件的侵入或相交深度的器件是有利的。导电层中的凹部能够被理解为导电层的一部分，该部分相对于导电层的至少一个侧部的其余部分从该至少一个侧部凹陷。还能够通过将导电层弯曲至少一次（优选地，两次）来产生出凹部，以便产生出与导电层的其余部分的主范围成角度的表面。当将导电层布置在导电型材处/导电型材上或导电型材中时，凹部接触导电型材的至少一个外侧部，并且由此有利地限制该布置。导电型材能够包括呈凸起形式的凹部对应物。由于本发明的前述实施例，用于制造和组装各部件的时间、成本和材料花费得以减少，并且避免了不正确的组装。

在本发明的另一个优选实施例中，有利的是，导电层包括至少一个凸起，其中，所述至少一个凸起至少部分地到达导电型材中。与上一段落类似，导电层可包括凸起，以便通过例如限制两个部件的侵入或相交深度来简化将导电层和导电型材布置到彼此的过程。导电层的凸起能够被理解为导电层的一部分，该部分相对于导电层的至少一个侧部的其余部分从该至少一个侧部凸出。还能够通过将导电层弯曲至少一次（优选地，两次）来产生出凸起，以便产生出与导电层的其余部分的主范围成角度的表面。当将导电层布置在导电型材处/导电型材上或导电型材中时，凸起至少部分地插入或到达导电型材中，并且由此有利地限制该布置。导电型材能够包括呈凹部形式的凸起对应物和/或被成形为u形式。由于本发明的前述实施例，用于制造和组装各部件的时间、成本和材料花费得以减少，并且避免了不正确的组装。当两个方面（凸起和凹部）都被包括进导电层中时，有利的是，仅一者限制两个部件的侵入或相交深度。

在本发明的另一个优选实施例中，有利的是，导电型材包括至少两个分离的主体部分，其中，导电层布置在导电型材的所述至少两个分离的主体部分之间。导电型材能够被理解为夹持装置，其将导电层夹在导电型材的所述至少两个分离的主体部分之间。导电型材的主体部分将被理解为导电型材的一部分，该部分包括导电型材的体积和/或质量的至少10％、优选地至少25％、甚至更优选地至少33％、最优选地至少40％。导电型材的所述至少两个主体部分之间的分离有利地是水平的（相对于附图）。附接器件中的任一个或一些可穿透导电层。以这种方式设计的风力涡轮机叶片翼梁帽是特别有利的，因为它允许在导电型材和导电层之间进行结构上和电上的牢固连接。

根据本发明的优选实施例，导电型材包括连接表面，该连接表面可经由连接器（尤其是经由托架形连接器）电连接到风力涡轮机叶片的引下线。风力涡轮机叶片翼梁帽和引下线的部件能够通过彼此直接触碰或通过经由连接器进行连接而被连接。连接器能够是呈其最简单形式中的一种的托架或托架形连接器。连接器能够由至少一条线缆、至少一条导电材料条带制成，和/或能够由风力涡轮机叶片的结构部件（尤其是腹板）提供。连接表面能够是平坦的、弯曲的、销或触点。当导电型材包括至少两个主体部分时，所述部分中的两个或任何一个均能够包括连接表面。利用连接表面和例如托架形的连接器，引下线和导电型材能够布置成彼此分开并且仍然容易电连接。

根据本发明的另一个优选实施例，导电型材、至少一个导电层和/或至少一个碳元件以及连接器包括至少一个共享的附接器件，特别是利用至少一个共享的附接器件固定到彼此。组合风力涡轮机叶片的至少两个部件的附接器件减少了组装的成本和时间。此外，减小了附接器件所需的构造空间。

根据本发明的另外的优选实施例，有利的是，导电型材布置成与风力涡轮机叶片翼梁帽的侧部分开，尤其是相对于风力涡轮机叶片翼梁帽的至少两个侧部在风力涡轮机叶片翼梁帽上居中。导电型材的定位决定了梁帽从何处连接到引下线。那些部件之间的近距离是有利的。居中的导电型材是有利的，例如，当引下线定位于腹板处和/或当导电型材至少部分地接收腹板以作为结构连接件时，如在下一段落中所描述的。在翼梁帽中心的区域从叶片的运动中接收到的扭转最小，并且由此有利于导电型材的定位。

有利地，导电型材是包括高侧部和浅侧部的导电楔形件，其中，导电楔形件的浅侧部被定向为远离风力涡轮机叶片翼梁帽的中心。本发明的导电楔形件将被理解为楔形导电型材。二维显示的导电楔形件形成了三角形。导电楔形件能够被制造为单个部分或包括至少两个主体部分。当包括至少两个主体部分时，楔形件的最上部分小于下部分。导电楔形件优选地形成碳元件和/或导电层的至少一个端部。在有利的实施例中，在碳元件和/或导电层和/或翼梁帽的相对侧部上的两个端部由两个导电楔形件形成。导电楔形件在翼梁帽和壳叠片之间产生出非常有利的过渡部，因为它提供了具有最小应力和最大结构强度的形状和过渡部。导电型材也能够具有不同的形状。特别地，导电楔形件包括连接表面，该连接表面布置在和风力涡轮机叶片的内壳表面一样的平面中。

根据本发明的优选实施例，导电型材是导电端子，其中，导电端子包括用于布置风力涡轮机叶片的腹板的插口。导电端子能够被理解为先进的导电型材，其提供至少一个连接表面和至少一个附加功能，如例如用于至少部分地接收风力涡轮机叶片的腹板的插口和/或附接器件。由导电端子提供的另外的附加功能能够是将结构强度提供给翼梁帽和/或腹板和/或梁、另外的附接器件和/或衰减振动，尤其是在翼梁帽和腹板之间。导电端子有利地被构造为分离的部分，并且将通过附接器件附接到翼梁帽。这些附接器件能够包括插入到终端板（terminationplate）中的螺纹衬套，该终端板附接到所述至少一个碳元件。能够利用螺钉将导电端子螺纹连接到螺纹衬套。

根据本发明的第二方面，该问题通过一种具有前缘和后缘的风力涡轮机叶片来解决。风力涡轮机叶片包括至少一个腹板、至少一个引下线和至少一个根据第一方面的风力涡轮机叶片翼梁帽，其中，每个风力涡轮机叶片翼梁帽的至少一个导电型材电连接到引下线。因此，根据本发明的风力涡轮机叶片具有与上文详细描述的优点相同的优点。以这种方式设计的风力涡轮机叶片是特别有利的，因为它允许通过将引下线和风力涡轮机叶片翼梁帽之间的连接布置成与风力涡轮机叶片的后缘间隔开来改进叶片设计。

根据本发明的优选实施例，风力涡轮机叶片的壳叠片至少部分地包围风力涡轮机叶片翼梁帽，特别地在风力涡轮机叶片翼梁帽的连接表面周围包括凹口。由于风力涡轮机叶片翼梁帽通常被风力涡轮机叶片的壳叠片包围，因此留出在连接表面周围的区域以更容易将其连接到引下线是有利的。引下线通常布置在风力涡轮机叶片的腹板处，并且由此基本上沿着沿风力涡轮机叶片的纵向方向的中心线而布置在壳叠片外部和风力涡轮机叶片内部。

根据本发明的第三方面，该问题通过一种风力涡轮机来解决，该风力涡轮机包括至少两个根据第二方面的风力涡轮机叶片。以这种方式设计的风力涡轮机是特别有利的，因为它允许通过将引下线和风力涡轮机叶片翼梁帽之间的连接布置成与风力涡轮机叶片的后缘间隔开来改进防雷系统且使叶片设计更高效。因此，根据本发明的风力涡轮机具有与上文详细描述的优点相同的优点。

附图说明

本发明的另外的优点、特征和细节从以下描述中展现，其中通过参考附图，详细描述了本发明的工作示例。由此，来自权利要求的特征以及说明书中提到的特征基本上对于本发明能够单独地或以任意组合采用。在附图中：

图1示出了风力涡轮机叶片的示意性侧视图，该风力涡轮机叶片具有风力涡轮机叶片翼梁帽、风力涡轮机叶片腹板和引下线，

图2示出了风力涡轮机叶片翼梁帽的示意性侧视图，该风力涡轮机叶片翼梁帽具有六个碳元件、两个导电层以及呈具有附接器件的导电楔形件形式的导电型材，

图3示出了导电型材和导电层的示意性立体图，该导电型材呈具有两个主体部分、连接表面和附接器件的导电楔形件形式，所述导电层具有凹部和凸起，

图4示出了风力涡轮机叶片翼梁帽、涡轮机叶片的腹板、壳叠片和连接器的示意性立体图，该风力涡轮机叶片翼梁帽具有碳元件、导电层以及呈具有连接表面和附接器件的导电楔形件形式的导电型材，该壳叠片具有用于翼梁帽的连接表面的凹口，该连接器用于将翼梁帽的导电型材的连接表面与引下线连接，

图5示出了风力涡轮机叶片翼梁帽和壳叠片的示意性立体图，该风力涡轮机叶片翼梁帽具有碳元件、导电层以及呈导电端子形式的导电型材，该导电端子具有连接表面、用于风力涡轮机叶片的腹板的插口、以及附接器件，以及

图6示出了导电型材、涡轮机叶片的腹板和引下线、以及连接器的示意性立体图，该导电型材呈具有连接表面、用于风力涡轮机叶片的腹板的插口、以及附接器件的导电型材形式，该连接器用于将翼梁帽的导电型材的连接表面与风力涡轮机叶片的引下线连接。

具有相同功能和有效性的元件各自在图1至图6中用相同的附图标记来标示。

具体实施方式

在图1中，示出了风力涡轮机叶片100，其具有两个风力涡轮机叶片翼梁帽1、风力涡轮机叶片腹板120和引下线110。风力涡轮机叶片100包括前缘102和后缘104。腹板120、引下线110和风力涡轮机叶片翼梁帽1沿风力涡轮机叶片100的纵向方向延伸。风力涡轮机叶片翼梁帽1布置在风力涡轮机叶片腹板120的相对侧部处。引下线110通常布置在风力涡轮机叶片100的腹板120处，并且由此基本沿着沿风力涡轮机叶片100的纵向方向的中心线而布置在壳叠片106外部和风力涡轮机叶片100内部。

在图2中，示出了风力涡轮机叶片翼梁帽1的示意性侧视图，该风力涡轮机叶片翼梁帽具有六个碳元件10、两个导电层12以及呈具有附接器件24的导电楔形件18a形式的导电型材18。导电层12布置在碳元件10之间并且电连接到碳元件10，以便实现从碳元件10到导电型材18的最佳导电率。导电楔形件18a由两个主体部分组成，并且导电层12放置在它们之间。上导电层10被弯曲两次以产生出凹部16和凸起14，该凸起接触导电型材18的一个外表面。附接器件24穿透导电层10并将导电层10和导电型材18两者固定在位。以这种方式设计的风力涡轮机叶片翼梁帽1是特别有利的，因为它允许通过将引下线110和风力涡轮机叶片翼梁帽1之间的连接布置成与风力涡轮机叶片100的后缘104间隔开来改进用于风力涡轮机200的风力涡轮机叶片100的设计。

在图3中，示出了导电型材18和两个导电层12的示意性立体图，该导电型材呈具有两个主体部分、连接表面20和附接器件24的导电楔形件18a的形式，所述导电层具有凹部16和凸起14。上导电层10被弯曲两次以产生出凹部16和凸起14，该凹部接触导电型材18的一个外表面，该凸起到达导电楔形件18a的两个主体部分之间。凹部16以及凸起14以及附接器件24使得在相对于彼此布置这些部分时能够容易以最小的错误风险来组装风力涡轮机叶片翼梁帽1。连接表面20包括用于连接器30（未示出）的附接器件24，以将导电楔形件18a电连接到风力涡轮机叶片100（未示出）的引下线110（未示出）。

在图4中，示出了风力涡轮机叶片翼梁帽1的示意性立体图，该风力涡轮机叶片翼梁帽具有碳元件10、导电层12以及呈具有连接表面20和附接器件24的导电楔形件18a形式的导电型材18。进一步地，示出了涡轮机叶片100（未示出）的腹板120、壳叠片106和连接器30，该壳叠片具有用于翼梁帽1的连接表面20的凹口108，该连接器用于将翼梁帽1的导电型材18的连接表面20与风力涡轮机叶片100（未示出）的引下线110连接。连接器30是托架形连接器30，以将下部风力涡轮机叶片翼梁帽1和上部风力涡轮机叶片翼梁帽1（未示出）连接到风力涡轮机叶片100的引下线110。呈导电楔形件18a形式的导电型材18允许在风力涡轮机叶片100的壳叠片106中平滑且无应力的过渡，从而导致更稳定的风力涡轮机叶片100。

在图5中，示出了风力涡轮机叶片翼梁帽1和壳叠片106的示意性立体图，该风力涡轮机叶片翼梁帽具有碳元件10、导电层12以及呈导电端子18b形式的导电型材18，该导电端子具有连接表面20、用于风力涡轮机叶片100的腹板120的插口22、以及附接器件24。导电层12被构造为跨越碳元件10的平坦条带。导电端子18b放置在导电层12的顶部，以将其电连接到导电层10。之后，施加壳叠片106，或者留出或随后去除用于导电端子18b和导电层12之间的连接的空间。导电端子18b提供至少一个连接表面20和至少一个插口22和/或附接器件24，以用于至少部分地接收风力涡轮机叶片100（未示出）的腹板120（未示出）。导电端子18b有利地被构造为分离的部分，并且将通过附接器件24附接到翼梁帽1。导电端子18b提供了到壳叠片106的平滑过渡部以及另外的附接器件或其他插口以用于将腹板120附接到翼梁帽1。当引下线110（未示出）定位于腹板120（未示出）处时，居中的导电型材18是有利的。在翼梁帽1中心的区域从风力涡轮机叶片100的运动中接收到的扭转最小，并且由此有利于导电型材18的定位。

在图6中，示出了导电型材18、涡轮机叶片100的腹板120和引下线110、以及连接器30的示意性立体图，该导电型材呈具有连接表面20、用于风力涡轮机叶片100的腹板120的插口22、以及附接器件24的导电端子18b形式，该连接器用于将翼梁帽1的导电型材18的连接表面20与风力涡轮机叶片100的引下线110连接。除了图5的描述之外，以螺钉和垫圈的形式示出了用于将导电端子18b附接到风力涡轮机叶片翼梁帽1的附接器件24。图示了连接器30，该连接器具有用于将连接表面20连接到引下线110的另外的附接器件24。