导体接头和导体接头构件的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种用于将铜导体(conductor)连接到碳纤维加热元件上的连接件。更具体而言，本发明涉及将铜导体连接到风力涡轮机叶片中用于电加热的防冰碳纤维加热元件上。本发明为一种用于将铜导体连结到纤维结构加热元件上的导体接头，加热元件的尺寸可为长度》宽度》厚度，并且该加热元件包括碳纤维束，其中铜导体横向地设置到加热元件的纵向方向上，以形成加热元件的两侧上的厚度方向上的分层结构，铜导体包括可与彼此分开的束。
【背景技术】
[0002]本发明旨在于风力涡轮机中使用，其中任何形成冰的环境条件都可由于退化的叶片空气动力而降低风力涡轮机的效率。本发明旨在用于在兆瓦级风力涡轮机中使用，兆瓦级风力涡轮机典型地需要从导体接头的数十千瓦(如，25到45千瓦)的功率传递效率。另外，尽管电加热，但叶片的空气动力性质(也即其形状和刚度)必须保持在对于叶片的制造和设计公差内。这将特殊要求施加在导体接头上，因为导体接头必须为非常细且不明显的形状，但其仍必须传输相当高的电功率。除上述内容之外，风力涡轮机的叶片非常有可能被闪电击中的事实确定了可使用哪类结构。如果叶片或叶片中的加热元件由闪电击中，则产生可能地流过目前的导体接头的巨大的电压和电流峰值。由于非常难以到达导体接头来维护和修理，故导体接头必须也是防闪电的。
[0003]W02012/164167A1从现有技术中获知，公开了用于将电流传递至风力涡轮机叶片中的加热元件的解决方案。具体而言，在说明书的图2b中和在描述内容的对应区段中描述的实施例已证明是技术上成功的解决方案。在那里，加热元件为具有中间导体的多层结构。
【实用新型内容】
[0004]本发明的目的在于改善从现有技术获知的解决方案，并且确保高的电功率从铜导体至碳纤维加热元件的可靠传递。具体目标在于提供解决方案，其中可避免所谓热点，gp，电流的密度与接头的其余部分相比增大且其可开始变得发热的点，可能引起对结构的破坏或以一些其它方式使结构更弱。
[0005]根据本发明的导体接头的特征在于:
[0006]—种导体接头(I)，用于将铜导体(2)连结到纤维结构加热元件(3)上，加热元件
(3)的尺寸为长度》宽度》厚度，并且该加热元件(3)包括碳纤维束(30)，其中铜导体(2)横向地设置到加热元件(3)的纵向方向(L)上，以在加热元件(3)的两侧上形成厚度方向(T)上的分层结构，铜导体(2)包括能与彼此分开的束(20)，其特征在于，其数目和直径适用于传递多于十千瓦的功率的铜导体(2)的束(20)定量地大致均匀地分布在加热元件(3)的两侧上，束(20)以平面方式设置，使得束(20)大致位于一个平面上，邻近彼此，并且束的端部(201)在加热元件(3)的宽度方向(W)上延伸超过加热元件(3)，其中延伸超过加热元件(3)的束的端部(201)的部分彼此重叠，并且电接头形成在这些重叠的束(20)的侧面之间。
[0007]导体接头(I)，其中，铜导体(2)的束(20)在束的端部(201)处延伸超过加热元件
(3)—段距离，此距离是束直径(d)的10倍以上。
[0008]导体接头(I)，其中，距离是束直径(d)的30倍以上。
[0009]导体接头(I)，其中，分层结构还包括在厚度方向(T)上面向为远离加热元件(3)的铜导体(2)的束(20)的侧部上的加热元件(3)的条(31)，其适于补偿加热元件(3)与铜导体
(2)之间的电势，以及增大加热元件(3)与铜导体(2)之间的导电面积。
[0010]导体接头(I)，其中，束(20)由直的未编织且非绝缘的铜丝构成。
[0011]导体接头(I)，其中，电流传递能力的大小选择成允许数十千瓦的电功率穿过导体接头(I)。
[0012]导体接头(I)，其中，电功率为25到45千瓦。
[0013]导体接头(1)，其中，所需的束(20)的数目由以下公式计算:n=k*4*AAid2，其中A为由需要多高的电流传递能力来确定的铜导体的横截面面积。
[0014]—种导体接头构件，用于制作导体接头(I)，其中，铜导体(2)的束(20)能除去地固定到辅助基底上，束(20)以平面方式设置在辅助基底上，使得束(20)大致在一个平面上邻近彼此延伸。
[0015]导体接头构件，其中，辅助基底为粘附带。
[0016]因此，本发明为一种用于将铜导体连结到纤维结构加热元件上的导体接头，加热元件的尺寸为长度》宽度》厚度，并且该加热元件包括碳纤维束，其中铜导体横向地设置到加热元件的纵向方向上，以形成在加热元件的两侧上的厚度方向上的分层结构，铜导体包括可与彼此分开的束。其数目和直径典型地适用于传递多于十千瓦的功率的铜导体的束在加热元件的两侧上定量地大致均匀分布，束以平面方式设置，使得束大致位于一个平面上，邻近彼此，并且束的端部在加热元件的宽度方向上延伸超过加热元件，其中延伸超过加热元件的束的端部的部分彼此重叠，并且电接头形成在这些重叠的束的侧面之间。
[0017]借助于常规数学运算符，关于加热元件的尺寸，上文示出了加热元件的长度典型地远大于其宽度，其宽度继而又远大于其厚度。作为实际的示例，加热元件的长度、宽度和厚度可分别变化为从数米至数十米，从十厘米至一米，以及从小于毫米至一毫米。在一些情况中，如果仅需要在小区域中局部地加热，则宽度和长度可为大致相同大小。
[0018]在实施例中，加热元件包括可能彼此横切的碳纤维束，或加热元件可由单向碳纤维垫制成。横切的碳纤维束例如可定位成关于纵向方向成45°角，导致加热元件相对于其余的叶片结构的非常中性的行为。也即，加热元件并不使叶片结构变硬。总体上，所使用的加热元件的类型对于导体接头几乎没有任何重要性。解决方案还适用于具有比铜更低的导电率的其它电加热元件，其中由于较低的导电率，导体接头在面积上增大且在形状上类似于上文所解释的。
[0019]本发明的特殊特征在于其提供了结构的厚度方向上的低轮廓导体接头。如果铜导体的束直径和加热元件的厚度分别为0.3mm和0.2mm，则将获得特别有功能的结构。分层结构的厚度因此为2*0.3mm+3*0.2mm，总计1.2mm。当然，本发明不限于这些尺寸，而是其它尺寸是可能的。所需的束的数目由以下公式给出:n=k*4*AAid2，其中A为铜导体的横截面面积，其由需要多高的电流传递能力基于关于电安全性和安装的标准和规则来确定，而k为基于与所需的束的数目有关的经验的束数目常数，典型地，k=0.9-1.1。
[0020]铜导体束的上述数目定量地大致均匀分配在加热元件的两侧上，束以平面方式设置来大致位于一个平面上，与彼此相邻。当然，当束在数目上非常充足时，准确性不是绝对的，而是它们中的45%可设置在一侧，并且它们中的55%可设置在另一侧上，而没有在导体接头上的任何大的重要性。平面性提供了铜导体的束与加热元件的碳纤维束之间的最大面积。与此同时，避免了可能有助于热点的由跨过彼此的束所引起的任何电交叉流。即，横跨彼此的束引起减小的导电接触区域和在非常导电的点上的电流的局部累积，导致非期望的增大的局部电流流动。
[0021]另外，束的端部在加热元件的宽度方向上延伸超过加热元件，其中延伸超过加热元件的