DE10152449A1

DE10152449A1 - Rotor blade for wind turbine is fitted with system for altering its surface, e.g. pivoting flap or section of rotor which can be wound up on to core

Info

Publication number: DE10152449A1
Application number: DE10152449A
Authority: DE
Inventors: Aloys Wobben
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2003-05-15
Also published as: AR037021A1

Abstract

The rotor blade (10) for a wind turbine is fitted with a system for altering its surface. This is e.g. a pivoting flap (14) or a section of the rotor which can be wound up on to a core.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage sowie eine Windenergieanlage mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Rotorblatt. The present invention relates to a rotor blade for a wind turbine as well a wind turbine with at least one rotor blade according to the invention.

Rotorblätter für Windenergieanlagen sind allgemein bekannt und an jeder Windenergieanlage weithin sichtbar. Diese Rotorblätter weisen eine äußere Form auf, die den besonderen aerodynamischen Anforderungen Rechnung trägt. Um Material und Gewicht einzusparen, bestehen diese Rotorblätter allgemein aus einer ersten, inneren Tragstruktur und einer diese erste Tragstruktur umhüllenden, aerodynamisch günstig ausgebildeten Oberfläche. Rotor blades for wind turbines are well known and at everyone Wind turbine visible from afar. These rotor blades have an outer shape, the takes into account the special aerodynamic requirements. To material and To save weight, these rotor blades generally consist of a first, inner support structure and a first supporting structure enveloping this, aerodynamically favorable trained surface.

Bei großen Windenergieanlagen nehmen die Rotorblätter aus Gründen der Aerodynamik beträchtliche Dimensionen an. Dies wirkt sich zum einen auf die Fertigung und den Transport, und zum anderen auf die Lasten aus, welche auf die Windenergieanlage im Betrieb einwirken. Diese ergeben sich insbesondere aus der mit steigender Größe automatisch zunehmenden Blattoberfläche wie auch der vergrößerten von den Rotorblättern überstrichenen Fläche. In large wind turbines take the rotor blades for reasons of Aerodynamics considerable dimensions. This affects the one on the production and on the other hand on the loads, which on the Wind turbine in operation interact. These arise in particular from the with increasing size automatically increasing leaf surface as well as the enlarged area swept by the rotor blades.

Windenergieanlagen müssen nach vorgegebenen Richtlinien für bestimmte Lastfälle ausgelegt werden. Dies sind zum einen die im Betrieb vorkommenden Lasten (sogenannte Betriebslasten) und zum anderen die sogenannten Extremlastfälle. Diese Extremlastfälle werden aus bestimmten Situationen bzw. Störungen wie z. B. einem Netzausfall, einer Störung der Blattverstellung, einer außerordentlichen starken Windbö (50-Jahres-Bö etc.), abgeleitet. Wind turbines must comply with given guidelines for specific load cases be interpreted. These are, on the one hand, the loads occurring during operation (so-called operating loads) and on the other hand the so-called extreme load cases. These extreme load cases are from certain situations or disorders such. B. a power failure, a malfunction of the pitch, an extraordinary strong gusts of wind (50-year squall etc.), derived.

Dabei ist es verständlich, dass die von den Rotorblättern auf die Anlage übertragenen Lasten wesentlich von der dem Wind ausgesetzten Rotorblatt-Oberfläche abhängen. Für die Berechnung der Extremlast wird angenommen, dass die gesamte Rotorblattfläche einem Maximalwind ausgesetzt ist. Entsprechend müssen alle nachfolgenden Komponenten wie Antriebsstrang, Maschinenträger, Turm, Fundament, usw. ausgelegt werden. It is understandable that the rotor blades on the plant transmitted loads substantially from the wind-exposed rotor blade surface depend. For the calculation of the extreme load it is assumed that the whole Rotor blade surface is exposed to a maximum wind. Accordingly, everyone must subsequent components such as powertrain, machine frame, tower, Foundation, etc. are designed.

Daraus ergibt sich, dass, je kleiner die Windangriffsfläche, also insbesondere die Rotorblattfläche ist, um so geringer das Lastniveau ist, für welches die Anlage ausgelegt werden muss. Das bedeutet auch einen geringeren Materialaufwand und damit geringere Kosten. It follows that, the smaller the wind attack surface, so in particular the Rotor blade area is, the lower the load level for which the plant must be interpreted. This also means a lower cost of materials and thus lower costs.

Dem gegenüber steht allerdings eine aus aerodynamischen Gründen benötigte, minimale Oberflächengröße, um die erforderlichen Kräfte für den Betrieb der Windenergieanlage - die Drehung des Generators - aufbringen zu können. Dabei ist es bei den bekannten Rotorblättern nachteilig, dass insbesondere im Blattwurzelnahen Bereich eine mit zunehmender Rotorblattgröße ebenfalls zunehmende Rotorblattiefe benötigt wird. Diese Tiefe wird dabei so groß, dass bereits ein Straßentransport eines solchen Rotorblattes nicht mehr, bzw. nur noch mit unverhältnismäßig hohem Aufwand möglich ist. On the other hand there is a need for aerodynamic reasons, minimum surface area to provide the necessary forces for the operation of the Wind turbine - the rotation of the generator - can muster. It is it disadvantageous in the known rotor blades that in particular in Leaf root near area also increasing with increasing rotor blade size Rotor blade depth is needed. This depth is so great that already one Road transport of such a rotor blade no longer, or only with disproportionate effort is possible.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Rotorblatt anzugeben, bei dem die beschriebenen Nachteile vermieden werden und welches die aerodynamisch erforderliche Oberfläche aufweist. The object of the present invention is therefore to provide a rotor blade at the disadvantages described are avoided and which the having aerodynamically required surface.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Rotorblatt mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben. The object is according to the invention with a rotor blade with the features Claim 1 solved. Advantageous developments are in the further claims described.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass im Normalbetrieb der Windenergieanlage eine bestimmte Rotorblattfläche (Nennfläche) erforderlich ist, während diese bei Extremwind und z. B. in einer Transportsituation u. U. zu groß ist. The invention is based on the finding that in normal operation of the Wind turbine requires a certain rotor blade area (nominal area), while these are in extreme wind and z. B. in a transport situation u. U. is too big.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, ein Rotorblatt der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein Teil der Oberfläche aktiv verformbar oder bewegbar ist. According to the invention, therefore, a rotor blade of the aforementioned is proposed Form such a way that a part of the surface actively deformable or is movable.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Teil der Oberfläche aus einem verformbaren Material gebildet, das Teil eines geschlossenen Behälters ist. Dieser geschlossene Behälter kann z. B. mit einem gasförmigen Medium gefüllt werden, wobei dieses gasförmige Medium mit einem vorgebbaren Druck beaufschlagt wird. Dadurch ergibt sich eine teilweise aufblasbare Oberfläche des Rotorblattes, die während des Transportes oder bei Auftreten von Extremwind entlüftet werden kann und somit weniger Raum beansprucht bzw. unter dem Winddruck nachgibt. Dadurch wird die wirksame Oberfläche des Rotorblattes und damit die Angriffsfläche für den Wind kleiner. Gleichzeitig sinkt die Belastung der nachfolgenden Komponenten einschließlich des Turmes. In a preferred embodiment of the invention, a part of the surface is made formed a deformable material which is part of a closed container. This closed container can, for. B. filled with a gaseous medium be, with this gaseous medium with a predetermined pressure is charged. This results in a partially inflatable surface of the Rotor blade that vents during transport or when extreme wind occurs can be and thus less space claimed or under the wind pressure gives way. As a result, the effective surface of the rotor blade and thus the Attack surface for the wind smaller. At the same time the burden of the subsequent components including the tower.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Rotorblatt eine an sich und/oder in sich bewegbare zweite Tragstruktur auf. In a particularly preferred embodiment of the invention, the Rotor blade on a per se and / or in itself movable second support structure.

Dabei kann das verformbare Material an vorgebenen Stellen dieser zweiten Tragstruktur befestigt sein. Weiterhin kann das verformbare Material mit einer Seite an einem drehbaren Wickelkern befestigt sein. In this case, the deformable material at predetermined points of this second Be attached support structure. Furthermore, the deformable material with one side be attached to a rotatable winding core.

Im Normalbetrieb der Windenergieanlage kann nun die zweite Tragstruktur ausgefahren sein, d. h., Faltarme können vollständig gestreckt oder teleskopartige Arme voll ausgefahren sein. Das verformbare Material kann mit einer Seite an einem drehbaren Wickelkern befestigt sein. Soll nun die Rotorblattfläche verringert werden, wird - analog zu einer Markise - der Wickelkern so gedreht, dass er das verformbare Material aufwickelt. Gleichzeitig werden die Faltarme gefaltet und verkleinern die zweite Tragstruktur im Bereich der verkleinerbaren Oberfläche, so dass sich die Oberfläche des Rotorblattes entsprechend verringert. In normal operation of the wind turbine now the second support structure be extended, d. h., folding arms can be fully extended or telescopic arms be fully extended. The deformable material can with one side at one be attached rotatable winding core. If now the rotor blade surface is reduced be, is - analogous to an awning - the hub rotated so that he deformable material wound up. At the same time the folding arms are folded and reduce the second support structure in the area of the reducible surface, so that the surface of the rotor blade is reduced accordingly.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung besteht ein Teil der Oberfläche des Rotorblattes aus lamellenartigen Streifen, die jeweils auf einer um die eigene Längsachse schwenkbaren Tragschiene angeordnet sind. Dabei sind diese Lamellen im Normalbetrieb so ausgerichtet, dass sie die aerodynamisch wirksame Oberfläche des Rotorblattes vergrößern. Für den Transport und/oder bei Extremlasten können die Tragschienen so geschwenkt werden, dass diese Lamellen z. B. in den Windschatten des verbleibenden Rotorblattes gelangen und dadurch wird die Oberfläche des Rotorblattes verringert. In an alternative embodiment of the invention is a part of the surface of the rotor blade of lamellar stripes, each one on its own Longitudinal axis pivotable mounting rail are arranged. These are lamellae in normal operation aligned so that they have the aerodynamically effective surface of the rotor blade increase. For transport and / or extreme loads can the support rails are pivoted so that these slats z. Tie Wind shadow of the remaining rotor blade pass and thereby the surface of the rotor blade reduced.

In einer insbesondere bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht ein beweglicher Teil der aerodynamisch wirksamen Oberfläche des Rotorblattes aus einem einzelnen Flächenelement, welches in Richtung der Tiefe des Rotorblattes verschiebbar ist. Im Normalbetrieb verlängert dieses Flächenelement die Oberfläche des Rotorblattes, bevorzugt an der Saugseite, um eine große, aerodynamisch wirksame Oberfläche zu schaffen. In a particularly preferred embodiment of the invention is a movable part of the aerodynamically effective surface of the rotor blade a single surface element, which is in the direction of the depth of the rotor blade is displaceable. During normal operation, this surface element extends the surface of the rotor blade, preferably on the suction side, to a large, aerodynamic to create effective surface.

Zur Verringerung der Oberfläche kann dieses Flächenelement, vergleichbar mit dem Klappensystem einer Flugzeugtragfläche so verfahren werden, dass es entweder in das Rotorblatt hinein verschoben wird und somit von der verbleibenden Oberfläche des Rotorblattes abgedeckt ist, oder auf die Oberfläche des Rotorblattes verschoben wird und seinerseits die Oberfläche des Rotorblattes abdeckt. In jedem Fall ergibt sich hieraus eine Verringerung der Oberfläche des Rotorblattes. To reduce the surface area of this surface element, comparable to the Flap system of an aircraft wing are moved so that it either in the rotor blade is moved in and thus from the remaining surface the rotor blade is covered, or on the surface of the rotor blade is moved and in turn covers the surface of the rotor blade. In any case this results in a reduction of the surface of the rotor blade.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann dieses Flächenelement mit einer Seite schwenkbar an der ersten Tragstruktur bzw. der Hinterkante des Rotorblattes angelenkt sein. Zur Veränderung der Größe der Rotorblatt-Oberfläche kann dieses Element um diese Schwenkachse herum entweder zur Saugseite oder zur Druckseite des Rotorblattes hin geschwenkt werden. In an alternative embodiment of the invention, this surface element with one side pivotally on the first support structure and the trailing edge of the Be hinged rotor blade. To change the size of the rotor blade surface can this element around this pivot axis either to the suction side or be pivoted to the pressure side of the rotor blade.

Eine Schwenkung dieses Flächenelementes um etwa 90° bewirkt dabei, dass dieses Element im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung der Luftströmung am Rotorblatt steht und eine entsprechende Bremswirkung entfaltet, da es für die auf der Oberfläche des Rotorblattes entlang strömende Luft ein Hindernis bildet. A pivoting of this surface element by about 90 ° causes it this element is substantially perpendicular to the direction of air flow at Rotor blade stands and unfolds a corresponding braking effect, since it is responsible for the the surface of the rotor blade along flowing air forms an obstacle.

Im Folgenden werden mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: In the following, several embodiments of the invention will be described with reference to FIG attached drawings explained in more detail. Showing:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes vollständiges Rotorblatt; Fig. 1 is a plan view of an inventive complete rotor blade;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den vorderen Teil eines erfindungsgemäßen Rotorblattes; Fig. 2 is a plan view of the front part of a rotor blade according to the invention;

Fig. 3 eine vereinfachte Querschnitts-Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorblattes; Fig. 3 is a simplified cross-sectional view of a first embodiment of a rotor blade of the invention;

Fig. 4 eine vereinfachte Querschnitts-Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorblattes; Fig. 4 is a simplified cross-sectional view of a second embodiment of a rotor blade of the invention;

Fig. 5a, 5b eine vereinfachte Querschnitts-Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorblattes; Fig. 5a, 5b is a simplified cross-sectional view of a third embodiment of a rotor blade according to the invention;

Fig. 6 eine vereinfachte Querschnitts-Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorblattes; Fig. 6 is a simplified cross-sectional view of a fourth embodiment of a rotor blade of the invention;

Fig. 7 eine vereinfachte Querschnitts-Darstellung einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorblattes; Fig. 7 is a simplified cross-sectional view of a fifth embodiment of a rotor blade of the invention;

Fig. 8a, 8b vereinfachte Querschnitts-Darstellungen einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorblattes; Figs. 8a, 8b simplified cross-sectional views of a sixth embodiment of a rotor blade according to the invention;

Fig. 9 Draufsicht auf eine Konstruktionsvariante eines erfindungsgemäßen Rotorblattes. Fig. 9 top view of a construction variant of a rotor blade according to the invention.

In Fig. 1 ist eine Draufsicht eines vollständigen, erfindungsgemäßen Rotorblattes vereinfacht dargestellt. Das Rotorblatt 10 ist in zwei Bereiche aufgeteilt. Dabei ist das Rotorblatt 10 in wesentlichen Teilen konventionell aufgebaut. In einem der Rotorblattwurzel 12 benachbarten Bereich, nämlich dem Bereich mit der größten Blatttiefe ist jedoch eine Teilung des Rotorblattes erkennbar. Diese Teilung markiert den Bereich des Rotorblattes 14, dessen Oberfläche bei Bedarf verringert und somit der Einwirkung des Windes entzogen werden kann. In Fig. 1 is a simplified plan view of a complete, inventive rotor blade. The rotor blade 10 is divided into two areas. The rotor blade 10 is constructed conventionally in essential parts. In one of the rotor blade root 12 adjacent area, namely the area with the largest blade depth, however, a pitch of the rotor blade can be seen. This division marks the area of the rotor blade 14 , the surface of which can be reduced as required and thus removed from the action of the wind.

Der feste Teil des Rotorblattes 10, dessen Oberfläche unverändert bleibt, ist in Fig. 2 gezeigt. Wie in dieser Figur deutlich erkennbar ist, ist die aerodynamisch wirksame Oberfläche des Rotorblattes 10 deutlich verringert, und dadurch ist auch die Belastung, insbesondere in Extremwind-Situationen, deutlich geringer als bei einem in konventioneller Weise aufgebauten Rotorblatt. The fixed part of the rotor blade 10 , the surface of which remains unchanged, is shown in FIG . As can be clearly seen in this figure, the aerodynamically effective surface of the rotor blade 10 is significantly reduced, and thereby the load, especially in extreme wind situations, significantly lower than in a rotor blade constructed in a conventional manner.

Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Querschnitts-Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Dabei ist das Rotorblatt 10 in einen vorderen Bereich 11 und einen Hinterkasten 14 aufgeteilt. Dieser Hinterkasten 14 besteht aus zwei Bahnen verformbaren Materials 18, die zusammen mit der Rückwand des vorderen Bereiches 11 einen geschlossenen Behälter 16 bilden. Wird nun dieser geschlossene Behälter 16 unter Druck mit einem gasförmigen Medium befüllt, bildet das verformbare Material 18 einen Teil (in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 14 kenntlich gemacht) der im Normalbetrieb aerodynamisch wirksamen Oberfläche des erfindungsgemäßen Rotorblattes 10. Fig. 3 shows a simplified cross-sectional view of a first embodiment of the invention. In this case, the rotor blade 10 is divided into a front region 11 and a rear box 14 . This rear box 14 consists of two sheets of deformable material 18 , which together with the rear wall of the front portion 11 form a closed container 16 . If now this closed container 16 is filled under pressure with a gaseous medium, the deformable material 18 forms a part (identified in FIG. 1 by the reference numeral 14 ) of the aerodynamically effective surface of the rotor blade 10 according to the invention in normal operation.

Durch eine geeignete Wahl des Fülldruckes ergibt sich eine solche Stabilität dieses Teils des Rotorblattes 10, dass er bei normalen Windverhältnissen seine normale Wirkung entfaltet. In einer Extremwind-Situation ist der Winddruck auf diesen Teil des Rotorblattes 10 jedoch größer, so dass dann der äußere Druck größer als der Innendruck ist, und somit kommt es zu einer Verformung des Rotorblattes im Bereich des Hinterkastens 14 und das Rotorblatt gibt dem äußeren Winddruck nach. Dadurch wird die Angriffsfläche für diesen Extremwind geringer und damit die Lasten auf die nachfolgende Konstruktion kleiner. Ergänzend sei ausgeführt, dass dieser Teil des Hinterkastens (in dem das Füllmedium untergebracht ist), z. B. beim Überschreiten einer vorgegebenen Windgeschwindigkeit aktiv entleert werden kann, um die Oberfläche des Rotorblattes zu verkleinern. Diese aktive Entleerung hat den Vorteil, dass die Form des Rotorblattes jederzeit definiert ist, während bei einem Nachgeben des Hinterkastens infolge äußeren Druckes unbestimmte Situationen auftreten könnten. By a suitable choice of the filling pressure results in such a stability of this part of the rotor blade 10 that it develops its normal effect in normal wind conditions. In an extreme wind situation, however, the wind pressure on this part of the rotor blade 10 is greater, so that then the external pressure is greater than the internal pressure, and thus there is a deformation of the rotor blade in the region of the rear box 14 and the rotor blade gives the external wind pressure after. As a result, the attack surface for this extreme wind is lower and thus the loads on the subsequent construction smaller. In addition, it should be noted that this part of the Hinterkastens (in which the filling medium is housed), z. B. can be actively emptied when exceeding a predetermined wind speed in order to reduce the surface of the rotor blade. This active evacuation has the advantage that the shape of the rotor blade is defined at any time, while indefinable situations could occur in the case of a yielding of the rear box due to external pressure.

Um Beschädigungen insbesondere des Behälters 16 zu vermeiden, kann z. B. ein (nicht dargestelltes) Überdruckventil vorgesehen sein, durch welches ein sich im Behälter 16 bildender Überdruck entweichen kann. To avoid damage, in particular of the container 16 , z. B. a (not shown) pressure relief valve may be provided, through which a pressure in the container 16 can escape.

Durch die Verwendung eines Kompressors 17 kann der für den Normalbetrieb erforderliche Druck wieder hergestellt werden. Werden weiterhin (ebenfalls nicht dargestellte) steuerbare Ventile und/oder Drucksensoren vorgesehen, kann der Fülldruck in dem Behälter 16 auch bei Schwankungen des Winddruckes nachgeführt werden, um so stets optimale Betriebsbedingungen beizubehalten. By using a compressor 17 , the pressure required for normal operation can be restored. If further controllable valves (also not shown) and / or pressure sensors are provided, the filling pressure in the container 16 can be tracked even in the event of fluctuations in the wind pressure so as to always maintain optimum operating conditions.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher anstelle eines vollständigen Hinterkastens 14 die Oberfläche der Saugseite des Rotorblattes 10 verlängert ist. Diese Verlängerung ist ein Flächenelement 24, welches sich an die Oberfläche des vorderen Bereiches 11 anschliesst. Fig. 4 shows a second embodiment of the present invention, in which instead of a complete rear box 14, the surface of the suction side of the rotor blade 10 is extended. This extension is a surface element 24 , which adjoins the surface of the front portion 11 .

Zur Verringerung der aerodynamisch wirksamen Fläche kann dieses Flächenelement 24 in der Richtung des Pfeiles verschoben werden. Dieses Verschieben kann z. B. hydraulisch, nämlich mit entsprechenden Hydraulikzylindern, pneumatisch, mit Pneumatikzylindern, durch Elektroantriebe oder auf andere geeignete Weise erfolgen. Dazu müssen natürlich entsprechende (jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Figur nicht dargestellte) Pumpen, Kompressoren oder Antriebe (Aktuatoren) vorgesehen sein. To reduce the aerodynamically effective surface of this surface element 24 can be moved in the direction of the arrow. This move can z. B. hydraulically, namely with appropriate hydraulic cylinders, pneumatically, with pneumatic cylinders, by electric drives or in any other suitable manner. For this purpose, of course, appropriate (but not shown for reasons of clarity in the figure) pumps, compressors or actuators (actuators) must be provided.

Dabei kann dieses Verschieben in den vorderen Bereich hinein erfolgen, so dass die Oberfläche des vorderen Bereiches 11 das Flächenelement 24 überdeckt. Alternativ kann die Verschiebung auch auf der Oberfläche des vorderen Bereiches 11 erfolgen, so dass das Flächenelement 24 seinerseits den entsprechenden Teil der Oberfläche des vorderen Bereiches 11 überdeckt. In beiden Fällen ergibt sich eine Verringerung der aerodynamisch wirksamen Oberfläche des Rotorblattes 10. In this case, this displacement can take place in the front region, so that the surface of the front region 11 covers the surface element 24 . Alternatively, the displacement can also take place on the surface of the front region 11 , so that the surface element 24 in turn covers the corresponding part of the surface of the front region 11 . In both cases, there is a reduction in the aerodynamically effective surface of the rotor blade 10 .

Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 5a und 5b gezeigt. Fig. 5a Zeigt einen Wickel 20 eines verformbaren Materials und das Bezugszeichen 30 bezeichnet Faltarme, die im gefalteten Zustand sind. Die Mechanik kann hier vergleichbar mit derjenigen einer Markise sein. A third embodiment of the present invention is shown in Figs. 5a and 5b. Fig. 5a shows a winding 20 of a deformable material and the reference numeral 30 denotes folding arms, which are in the folded state. The mechanism here can be comparable to that of an awning.

In Fig. 5b ist diese Ausführungsform im Zustand des Normalbetriebs gezeigt. Die Faltarme 30 sind gestreckt, und da das verformbare Material 18 daran befestigt ist, wurde dieses beim Ausfahren der Faltarme 30 von dem Wickel 20 abgewickelt, so dass der Wickelkern 21 jetzt nicht mehr den gesamten Materialwickel trägt. In Fig. 5b, this embodiment is shown in the state of normal operation. The folding arms 30 are stretched, and since the deformable material 18 is attached thereto, this was unwound when extending the folding arms 30 of the winding 20 , so that the winding core 21 now no longer carries the entire material coil.

In dieser abgewickelten Situation ist das verformbare Material 18 einerseits an dem Wickelkern 21 und andererseits an den in der Figur nach rechts weisenden Enden der Faltarme 30 befestigt. Diese Enden der Faltarme 30 können wiederum durch einen nicht dargestellten Steg verbunden sein, um einerseits eine höhere Festigkeit der Konstruktion zu erreichen und andererseits das verformbare Material zu fixieren. In this developed situation, the deformable material 18 is fastened, on the one hand, to the winding core 21 and, on the other hand, to the ends of the folding arms 30 pointing to the right in the figure. These ends of the folding arms 30 may in turn be connected by a web, not shown, on the one hand to achieve a higher strength of the construction and on the other hand to fix the deformable material.

Um ein Nachgeben des verformbaren Materials 18 zwischen dem Wickelkern 21 und den äußeren Enden der Faltarme 30 zu verhindern, kann unterhalb des verformbaren Materials 18 eine (nicht dargestellte) scherengitterartige Vorrichtung vorgesehen sein, die synchron mit den Faltarmen 30 betätigt wird und das verformbare Material 18 im ausgefahrenen Zustand stützt. In order to prevent yielding of the deformable material 18 between the winding core 21 and the outer ends of the folding arms 30 , underneath the deformable material 18 may be provided a scissors-type device (not shown) which is actuated synchronously with the folding arms 30 and the deformable material 18 in the extended state.

Ein Verringern der wirksamen Oberfläche verläuft in umgekehrter Weise; die Faltarme 30 und das (nicht dargestellte) Scherengitter werden eingefahren (gefaltet) und gleichzeitig wird das verformbare Material 18 auf dem Wickelkern 21 aufgewickelt, so dass sich schließlich wieder der in Fig. 5a dargestellte Wickel 20 ergibt und die wirksame Oberfläche des Rotorblattes 10 verringert ist. Reducing the effective surface is the reverse; the folding arms 30 and the scissor lattice (not shown) are retracted (folded) and at the same time the deformable material 18 is wound on the winding core 21 , so that finally the winding 20 shown in FIG. 5a results and the effective surface of the rotor blade 10 is reduced is.

In einer in Fig. 6 gezeigten vierten Ausführungsform der Erfindung ist das Flächenelement 24 an der Rückseite des vorderen Bereiches 11 schwenkbar angelenkt und verlängert somit die Saugseite dieses vorderen Bereiches 11. Dabei wird das Flächenelement 24 von einer Druckfeder 28 gestützt, die zwischen dem Flächenelement 24 und der Tragkonstruktion des vorderen Bereiches 11 angeordnet ist. In a fourth embodiment of the invention shown in FIG. 6, the surface element 24 is pivoted on the rear side of the front region 11 and thus extends the suction side of this front region 11 . In this case, the surface element 24 is supported by a compression spring 28 which is arranged between the surface element 24 and the supporting structure of the front region 11 .

Im Normalbetrieb stützt diese Druckfeder 28 das Flächenelement 24 so, dass es die gewünschte Position beibehält. Ergibt sich nun jenseits der normalen Betriebsbedingungen ein Winddruck auf der Oberseite des Rotorblattes 10, steigt der Druck auf die Oberfläche des Flächenelementes 24 und überwindet die Kraft der Feder 28, so dass das Flächenelement 24 in der Fig. 6 nach unten gedrückt wird, dem Winddruck also nachgibt, und somit die aerodynamisch wirksame Oberfläche entsprechend verringert. During normal operation, this compression spring 28 supports the surface element 24 so that it retains the desired position. If, beyond the normal operating conditions, a wind pressure on the upper side of the rotor blade 10 then arises, the pressure on the surface of the surface element 24 rises and overcomes the force of the spring 28 , so that the surface element 24 is pressed down in FIG. 6, the wind pressure So gives way, and thus reduces the aerodynamically effective surface accordingly.

Alternativ zu der Feder 28 können natürlich entsprechende teleskopische Elemente wie hydraulische oder pneumatische Vorrichtungen oder mechanische Vorrichtungen zur aktiven Verstellung des Flächenelements gebildet sein; z. B. können Gewindestangen und Schneckenantrieb o. ä. verwendet werden, um das Flächenelement 24 in einer ersten vorgegebenen Position zu halten oder in eine zweite vorgegebene Position zu verfahren. Für die Betätigung dieser Stellglieder müssen natürlich entsprechende Pumpen, Kompressoren oder Antriebe vorgesehen sein, die in dieser Figur wiederum zur Verbesserung der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. As an alternative to the spring 28 of course corresponding telescopic elements such as hydraulic or pneumatic devices or mechanical devices for active adjustment of the surface element may be formed; z. B. threaded rods and worm drive o. Ä. Can be used to hold the surface element 24 in a first predetermined position or to move in a second predetermined position. Of course, corresponding pumps, compressors or drives must be provided for the operation of these actuators, which in turn are not shown in this figure for the sake of clarity.

Ebenso kann wiederum die Windlast erfasst werden, die auf das Flächenelement 24 einwirkt und abhängig von dieser erfassten Windlast kann das Flächenelement 24 um die Schwenkachse herum geschwenkt werden, um eine für die momentanen Betriebsbedingungen optimale Einstellung vorzunehmen. Likewise, in turn, the wind load can be detected, which acts on the surface element 24 and depending on this detected wind load, the surface element 24 can be pivoted about the pivot axis around to make an optimal for the current operating conditions setting.

Fig. 7 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. In dieser fünften Ausführungsform ist das Flächenelement 24 anstelle einer schwenkbaren Anlenkung an der Rückseite des vorderen Bereiches 11 auf einer um ihre eigene Längsachse drehbaren Schwenkachse 22 angeordnet. In der in Fig. 7 gezeigten Position verlängert das Flächenelement 24 wiederum die aerodynamisch wirksame Oberfläche des Rotorblattes 10. Fig. 7 shows a fifth embodiment of the invention. In this fifth embodiment, instead of a pivotable articulation on the rear side of the front region 11 , the surface element 24 is arranged on a pivot axis 22 which is rotatable about its own longitudinal axis. In the position shown in FIG. 7, the surface element 24 in turn extends the aerodynamically effective surface of the rotor blade 10 .

Zur Verringerung dieser Oberfläche wird nun die Schwenkachse 22 mit dem daran befestigten Flächenelement 24 um ihre Längsachse derart gedreht, dass sich das äußere Ende des Flächenelementes 24 in einer der beiden durch den Doppelpfeil gezeigten Richtungen bewegt. Dies führt wiederum zu einer Verringerung der aerodynamisch wirksamen Oberfläche des Rotorblattes 10 und damit einhergehend zu einer Veränderung der Windlast auf das Rotorblatt 10 und alle nachfolgenden Komponenten der Windenergieanlage. To reduce this surface, the pivot axis 22 is now rotated with the attached surface element 24 about its longitudinal axis such that the outer end of the surface element 24 moves in one of the two directions shown by the double arrow. This in turn leads to a reduction of the aerodynamically effective surface of the rotor blade 10 and, consequently, to a change in the wind load on the rotor blade 10 and all subsequent components of the wind turbine.

Eine Variante der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform ist in den Fig. 8a und 8b dargestellt. Dabei ist das in Fig. 7 mit 24 bezeichnete Flächenelement in Fig. 8a in drei lamellenartige Elemente 26 aufgeteilt. Diese sind in Fig. 8a absichtlich mit einem Abstand dargestellt, um diese Aufteilung zu verdeutlichen. In einer tatsächlichen Ausführungsform sind diese drei Elemente natürlich so angeordnet, dass sie eine möglichst geschlossene Fläche bilden, die wiederum möglichst glatt an den vorderen Bereich 11 des Rotorblattes 10 anschließt. A variant of the embodiment shown in Fig. 7 is shown in Figs. 8a and 8b. In this case, the surface element denoted by 24 in FIG. 7 is divided into three lamellar elements 26 in FIG. 8 a. These are deliberately shown in Fig. 8a with a distance to illustrate this division. In an actual embodiment, these three elements are of course arranged so that they form a closed surface as possible, which in turn connects as smoothly as possible to the front portion 11 of the rotor blade 10 .

Jede der Lamellen 26 ist auf einer eigenen Schwenkachse angeordnet. Jede dieser Schwenkachsen 28 ist um ihre eigene Längsachse drehbar und gestattet so durch ein Drehen der Schwenkachse 28 um die Längsachse ein Verschwenken der Lamellen 26. Each of the fins 26 is arranged on a separate pivot axis. Each of these pivot axes 28 is rotatable about its own longitudinal axis and thus allows pivoting of the slats 26 by rotating the pivot axis 28 about the longitudinal axis.

Fig. 8b zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Situation, in welcher diese Lamellen so geschwenkt sind, dass die aerodynamisch wirksame Oberfläche des Rotorblattes 10 verringert ist. Dabei sind die Lamellen 26 in den Strömungsschatten des vorderen Bereiches 11 geschwenkt. Dadurch wirken sie einerseits nicht mehr als Rotorblatt-Oberfläche, sind andererseits aber auch dem Angriff des Windes entzogen und damit keinen erhöhten Belastungen ausgesetzt. Fig. 8b shows the device according to the invention in the situation in which these blades are pivoted so that the aerodynamically effective surface of the rotor blade 10 is reduced. In this case, the slats 26 are pivoted in the flow shadows of the front region 11 . As a result, on the one hand they no longer act as a rotor blade surface, but on the other hand are also deprived of the wind and thus not exposed to increased loads.

Eine solche Anordnung wird erreicht, indem neben einer Drehung der Schwenkachsen 28 um ihre Längsachsen außerdem der Abstand zwischen der in der Figur linken Schwenkachse 28 und dem vorderen Bereich 11 des Rotorblattes 10 einerseits und zwischen den Schwenkachsen 28 untereinander andererseits verringert . wird. Such an arrangement is achieved by, in addition to a rotation of the pivot axes 28 about their longitudinal axes also reduces the distance between the left in the figure pivot axis 28 and the front portion 11 of the rotor blade 10 on the one hand and between the pivot axes 28 on the other hand. becomes.

Sofern in den Figuren nur eine Verlängerung der Saugseite der Oberfläche dargestellt ist, kann natürlich alternativ oder ergänzend die Oberfläche der Druckseite entsprechend verändert werden. If in the figures, only an extension of the suction side of the surface is shown, of course, alternatively or additionally, the surface of the printed page be changed accordingly.

Wird eine Windenergieanlage mit den vorbeschriebenen Rotorblättern ausgestattet, so ist es möglich, dass bei Auftreten einer Extremwind-Situation nicht nur die große Windstärke festgestellt wird, was mittels Windgeschwindigkeitsmessgeräten erfolgen kann, sondern dass auch durch eine entsprechende Steuerung die Größe der Oberfläche des Rotorblattes dann deutlich verringert wird. Wie in Fig. 1 und 2 zu erkennen, ist beispielsweise die Fläche des Rotorblattes nach Fig. 1 um mehr als 10% größer als die Oberfläche des Rotorblattes nach Fig. 2. Während die Normalgröße des Rotorblattes im Nennbetrieb der Windenergieanlage eingestellt wird, beispielsweise bei einer Windgeschwindigkeit im Bereich von 2-20 m/s Windgeschwindigkeit, kann die Oberflächengröße bei einer Windgeschwindigkeit von oberhalb von 20 m/s verringert werden, so dass die Oberflächengröße deutlich - wie in Fig. 2 dargestellt - abnimmt. If a wind turbine equipped with the above rotor blades, so it is possible that when extreme wind situation occurs not only the large wind speed is determined, which can be done by means of wind speed gauges, but that by an appropriate control the size of the surface of the rotor blade then clear is reduced. As can be seen in FIGS. 1 and 2, the surface of the rotor blade according to FIG. 1, for example, is greater than the surface of the rotor blade of FIG a wind speed in the range of 2-20 m / s wind speed, the surface size can be reduced at a wind speed of above 20 m / s, so that the surface area decreases significantly - as shown in Fig. 2.

Die Steuerung ist bevorzugt computergestützt und sorgt im Bedarfsfall für die jeweils optimal eingestellte Oberflächengröße des Rotorblattes. The control is preferably computer-aided and, if necessary, provides for each optimally set surface size of the rotor blade.

Fig. 14 zeigt eine weitere Konstruktionsvariante eines erfindungsgemäßen Rotorblattes. Dabei wird die Struktur durch verschwenkbare Bügel 32 aufgebaut, die mit einer wiederum verformbaren Folie bespannt sein können und in Lagepunkten 34 schwenkbar gelagert sind. Durch eine Bewegung in Richtung der Rotorblattspitze (Pfeil) können diese Schwenkbügel nun beispielsweise um die Lagerpunkte 34 herumgeschwenkt werden und somit das Hinterkasten-Profil verändern. Fig. 14 shows a further construction variant of a rotor blade according to the invention. The structure is constructed by pivotable bracket 32 , which can be covered with a turn deformable film and are pivotally mounted in position points 34 . By a movement in the direction of the rotor blade tip (arrow), these swivel bracket can now be swung around, for example, around the bearing points 34 and thus change the rear box profile.

Die weiteren Fig. 9a bis 14b zeigen weitere alternative bzw. ergänzende Ausführungsformen zu den bisherigen Fig. 3 bis 8b. The further FIGS. 9a to 14b show further alternative or supplementary embodiments to the previous FIGS. 3 to 8b.

Fig. 11 b (Fig. 11 a entspricht im Wesentlichen Fig. 6) ist in Ergänzung zu Fig. 6 ein Element 25 an der Druckseite dargestellt. Da der Angriffspunkt für die Feder 28 nicht gegenüber der Darstellung in Fig. 6 bzw. 11 a geändert wurde, müssen die Elemente 24 und 25 an der Blatthinterkante zusammenhängen, so dass sie um einen Anlenkpunkt 26 schwenkbar sind. Unter Umständen bietet es sich bei dieser Lösung an, eine Überlappung von dem Rotorblattkasten 11 über das Element 25 entlang der Rotorblattlänge auszubilden. FIG. 11 b ( FIG. 11 a substantially corresponds to FIG. 6) is shown in addition to FIG. 6, an element 25 on the pressure side. Since the point of application for the spring 28 has not been changed with respect to the representation in FIGS. 6 and 11 a, the elements 24 and 25 must be connected to the blade trailing edge, so that they can pivot about an articulation point 26 . Under certain circumstances, this solution makes it possible to form an overlap of the rotor blade box 11 via the element 25 along the rotor blade length.

Fig. 12b (Erweiterung von dem, was in Fig. 7 bzw. Fig. 12a dargestellt ist) ist ebenfalls ein druckseitiges Element 25 dargestellt, dass in dem dargestellten Fall über eine mechanische Verbindung ebenso wie das saugseitige Element 24 an einer gemeinsamen Welle 12 befestigt ist. Fig. 12b (extension of what is shown in Fig. 7 and Fig. 12a) is also a pressure-side member 25 shown that in the illustrated case via a mechanical connection as well as the suction-side member 24 attached to a common shaft 12 is.

Die Fig. 13a und 13b zeigen eine Weiterentwicklung dessen, was bereits in den Fig. 8a und 8b dargestellt ist. Dabei sind für entsprechende Elemente an der Druckseite teils eigene Wellen 28 dargestellt. Fig. 13a zeigt analog zu Fig. 8a ein Rotorblatt im Normalbetrieb, Fig. 13b zeigt eine Situation, in der der Hinterkasten durch eine entsprechende Rotation bzw. durch Verfahren der Wellen 28 nicht mehr wirksam ist. Figs. 13a and 13b show a development of what is already shown in Figs. 8a and 8b. In this case, own shafts 28 are shown for corresponding elements on the pressure side. FIG. 13a shows, analogously to FIG. 8a, a rotor blade in normal operation, FIG. 13b shows a situation in which the rear box is no longer effective by a corresponding rotation or by movement of the shafts 28 .

Claims

1. rotor blade of a wind turbine, wherein the rotor blade has a certain surface which is exposed to the wind during operation of the rotor blade, characterized by means for changing the size of the surface of the rotor blade.

2. Rotor blade according to claim 1, characterized in that the rotor blade has a first support structure and one of these The first support structure enveloping, aerodynamically designed surface wherein the size of the surface of the rotor blade at Extreme wind situations and / or during transport in certain sections of the rotor blade is significantly lower than in the normal operation of the rotor blade and wherein the Means for changing the size of the surface of the rotor blade so formed are that with them the cross section of the rotor blade changeable, deformable and / or is movable.

3. Rotor blade according to one of claims 1 or 2, characterized in that the means for changing the size of the surface by a deformable part of the surface ( 14 ) are formed, which is part of a closed container ( 16 ).

4. Rotor blade according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the means for changing the size of the surface are formed by a per se and / or in itself movable second support structure in a predetermined region of the surface ( 14 ) of the rotor blade ,

5. Rotor blade according to claim 4, characterized by at least pointwise attachment of the deformable material ( 18 ) at predetermined locations of the second support structure ( 30 ).

6. Rotor blade according to claim 4, characterized in that the deformable material ( 18 ) is fixed with one side to a rotatable winding core ( 21 ).

7. Rotor blade according to claim 4, characterized by at least one pivotable about its own longitudinal axis support rail ( 22 , 28 ), wherein on each support rail ( 22 , 28 ) a sheet-like element ( 24 , 26 ) is arranged.

8. Rotor blade according to claim 7, characterized by a plurality of its own longitudinal axis pivotable support rails ( 28 ) and on the support rails ( 28 ) arranged, sheet-like elements ( 26 ), wherein the distance between the support rails in the radial direction is variable.

9. Rotor blade according to claim 4, characterized by a surface element ( 24 ), which is articulated on one side pivotably on the first support structure.

10. Rotor blade according to one of claims 1 or 2, characterized by a in the direction of the depth of the rotor blade ( 10 ) movable part of the surface.

11. Rotor blade according to one of the preceding claims, characterized in that by the means for changing the size of the surface, in particular the part of the surface of the rotor blade can be changed, which close in the area of the rotor blade root or the rotor blade part (14; Fig. 1 ) lies.

12. Wind turbine with at least one rotor blade according to one of preceding claims.

13. Wind energy plant according to claim 12, characterized in that a control is provided, by which the means be adjusted to change the size of the surface.

14. Wind energy plant according to claim 13, characterized in that means are formed by means of which a Extreme wind situation is detectable and that these means of controlling the means to Change in the size of the surface are coupled and that at one Extreme wind situation, z. B. at a wind force of more than 20 m / s the size of Surface of the rotor blade or the rotor blades is less than in a Wind speed below 20 m / s.

15. Blade of a wind turbine, with a first support structure and a first supporting structure enveloping this, aerodynamically favorable surface, characterized by means for changing the size of the surface ( 11 , 14 ).