DE102008026474A1 - Rotor blade for a wind turbine and wind turbine - Google Patents

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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage, insbesondere für eine Horizontalachsenturbine mit einem aerodynamischen Profil, das eine Druckseite (16) und eine Saugseite (15) aufweist. Die Tiefe (T) des aerodynamischen Profils wird durch den Abstand der Blattvorderkante (13) zur Blatthinterkante (14) bestimmt, und dessen Decke (D) ist durch den Abstand der Saugseite (15) zur Druckseite (16) definiert. Das Rotorblatt erstreckt sich, ausgehend vom Blattanschluss (10), entlang einer Längserstreckungsrichtung zur Blattspitze (11). Gemäß der Erfindung ist auf der Saugseite (15) des Rotorbaltts (6) im Bereich der Vorderkante (13) unter Einhaltung eines Spalts zur Saugseite (15) ein Vorflügel (20) angeordnet, der sich etwa vom Blattanschluss (10) über maximal ein Drittel der Länge des Rotorblatts (6) erstreckt. Mit Hilfe des Vorflügels (209 werden die Leistungsdefizite aufgrund aerodynamisch unvollkommener Profile im angegebenen Bereich wenigstens teilweise kompensiert und dadurch das Leistungspotential eines erfindungsgemäßen Rotorblatts erhöht.The invention relates to a rotor blade for a wind turbine, in particular for a horizontal axis turbine with an aerodynamic profile, which has a pressure side (16) and a suction side (15). The depth (T) of the aerodynamic profile is determined by the distance of the blade leading edge (13) to the blade trailing edge (14), and its ceiling (D) is defined by the distance of the suction side (15) to the pressure side (16). The rotor blade extends, starting from the blade connection (10), along a longitudinal extension direction to the blade tip (11). According to the invention, a slat (20) is arranged on the suction side (15) of the rotor coil (6) in the region of the front edge (13) while maintaining a gap to the suction side (15), which extends approximately from the blade connection (10) over a maximum of one third the length of the rotor blade (6) extends. With the help of the slat (209 the power deficits due to aerodynamically imperfect profiles in the specified range are at least partially compensated and thereby increases the performance potential of a rotor blade according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2 sowie eine Windkraftanlage mit einem erfindungsgemäßen Rotorblatt gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 23.The The invention relates to a rotor blade for a wind turbine according to the preambles of the claims 1 and 2 and a wind turbine with an inventive Rotor blade according to the preamble of the claim 23rd

Angesichts eines in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich steigenden Energiebedarfs, der zur Deckung dieses Energiebedarfs immer knapper werdenden Primärrohstoffe sowie eines gesteigerten Bewusstseins für eine umweltverträgliche Energieerzeugung rücken regenerative Energiequellen immer mehr ins Interesse der Öffentlichkeit. Neben der Nutzung der Wasserkraft und Sonnenenergie bestehen erhebliche Anstrengungen darin, die Windkraft zur Erzeugung von Energie zu nutzen.in view of a continuously increasing energy demand in recent decades, the primary raw materials becoming increasingly scarce to meet this energy demand and increased awareness of environmental sustainability Energy generation is always driven by renewable energy sources more in the public interest. In addition to use Hydropower and solar energy make considerable efforts in using wind power to generate energy.

Zu diesem Zweck bekannte Windkraftanlagen bestehen aus einem Turm, an dessen Ende ein Rotor mit radial ausgerichteten Rotorblättern drehbar gelagert ist. Der auf die Rotorblätter auftreffende Wind versetzt den Rotor in eine Rotationsbewegung, die einen mit dem Rotor gekoppelten Generator zur Stromerzeugung antreibt. Durch ein entsprechend aerodynamisches Design der Rotorblätter ist man dabei bestrebt, einen möglich großen Wirkungsgrad zu erzielen, d. h. die dem Wind innewohnende kinetische Energie mit möglichst geringen Verlusten in elektrische Energie umzuwandeln. Ein Beispiel für eine solche Windkraftanlage ist in der DE 103 00 284 A1 beschrieben.For this purpose known wind turbines consist of a tower, at the end of a rotor is rotatably mounted with radially oriented rotor blades. The wind impinging on the rotor blades causes the rotor to rotate, which drives a generator coupled to the rotor to generate electricity. By a correspondingly aerodynamic design of the rotor blades, efforts are being made to achieve a possible high degree of efficiency, ie to convert the kinetic energy inherent in the wind into electrical energy with as little loss as possible. An example of such a wind turbine is in the DE 103 00 284 A1 described.

Dabei stellt sich als allgemein problematisch heraus, dass Windkraftanlagen mehreren Bedingungen gleichzeitig genügen müssen, die sich teilweise gegenseitig ausschließen und die teilweise in Abhängigkeit weiterer Parameter veränderlich sind. Die Gründe hierfür sind zum Teil konstruktionsbedingt, nämlich dass infolge der Rotation eines Rotorblatts in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse über die Länge des Rotorblattes in Abhängigkeit des jeweiligen radialen Abstandes zur Rotationsachse unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten auftreten. Überlagert werden diese unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten von in der Natur schwankend vorherrschenden Windverhältnissen, so dass ein Rotorblatt im Betrieb sowohl stark schwankenden Anströmgeschwindigkeiten als auch veränderlichen Anströmwinkeln gegenübersteht. Weitere Rahmenbedingungen sind durch Grenzwerte bei Lärmemissionen sowie maximale Abmessungen zur Bewerkstelligung des Transports gegeben. Beim Design eines Rotorblattes besteht die Kunst daher darin, den unterschiedlichen Ausgangsbedingungen und Anforderungen in einem Design gerecht zu werden. Das Design eines Rotorblatts ist daher immer ein bestmöglicher Kompromiss, um allen Erfordernissen gerecht zu werden.there turns out to be generally problematic that wind turbines have to satisfy several conditions simultaneously, partially mutually exclusive and partially variable depending on further parameters are. The reasons for this are partly due to design, namely that as a result of the rotation of a rotor blade in a plane perpendicular to the axis of rotation over the length of the rotor blade in dependence of the respective radial Distance to the axis of rotation different peripheral speeds occur. Superimposed on these different peripheral speeds of prevailing wind conditions in nature, so that a rotor blade in operation both strongly fluctuating flow velocities as well as varying angles of incidence faces. Further framework conditions are due to noise emission limits and given maximum dimensions to accomplish the transport. In the design of a rotor blade, the art is therefore the, different starting conditions and requirements in one To meet design. The design of a rotor blade is therefore always the best possible compromise to all requirements to meet.

Die aerodynamische Optimierung von Rotorblättern in ihrem Außenbereich ist bereits weit fortgeschritten. Hingegen ist der Innenbereich eines Rotorblatts einer weiteren Zwangsbedingung unterworfen, die dessen Optimierung erheblich erschwert. Infolge der auf die Rotorblätter auftreffenden Windlast ergibt sich in Richtung des Anschlussbereichs des Rotorblatts an die Rotornabe eine exponential steigende Momentenbeanspruchung. Beim Design eines Rotorblatts muss dieser Beanspruchung in konstruktiver Hinsicht Rechnung getragen werden, was in der Praxis zu einer erheblichen Verdickung der aerodynamischen Profile im Bereich der Blattwurzel führt. Ab einem bestimmten Dicken-Tiefen-Verhältnis sind diese Profile aerodynamisch nur noch bedingt wirksam, wenn nicht sogar unwirksam und tragen daher nur in geringem Umfang oder gar nicht zur Leistungsausbeute der Windkraftanlage bei. Hinzu kommt, dass die Hinterkante konventioneller Rotorblätter im Blattwurzelbereich oft abgeschnitten ist, was die aerodynamische Leistungsfähigkeit des Rotorblatts prinzipiell beeinträchtigt und in der Folge der aerodynamisch wirksame Nabenradius radial nach außen verlagert wird.The Aerodynamic optimization of rotor blades in their outdoor area is already well advanced. On the other hand is the interior area a rotor blade subjected to another constraint, the its optimization considerably more difficult. As a result of on the rotor blades incident wind load results in the direction of the connection area of the rotor blade to the rotor hub an exponentially increasing moment load. When designing a rotor blade, this stress must be considered constructive Be taken into account, which in practice is a considerable Thickening of the aerodynamic profiles in the area of the leaf root leads. From a certain thickness-depth ratio aerodynamically these profiles are only partially effective, if not even ineffective and therefore carry only a small amount or not at all to the power output of the wind turbine. Come in addition, that the trailing edge of conventional rotor blades in the blade root area Often cut off is what the aerodynamic performance of the rotor blade in principle impaired and in consequence the aerodynamically effective hub radius radially outward is relocated.

Um auch den Blattwurzelbereich für die Energiegewinnung besser zu nutzen, wird gemäß der DE 103 19 246 A1 vorgeschlagen, ein Rotorblatt im Wurzelbereich mit extrem großen Blatttiefen auszustatten. Auf diese Weise wird das Blattprofil aerodynamisch verbessert, so dass die Häufigkeit von Strömungsabrissen abnimmt und damit Verluste minimiert werden. Zudem wird mit der großen Blatttiefe im Bereich der Blattwurzel eine zusätzliche Ertragsfläche zur besseren Ausnutzung der Windenergie bereitgestellt. Auch entspricht eine große Blatttiefe im Blattwurzelbereich besser der optimalen Blattzirkulationsverteilung mit der Folge einer geringeren induzierten Verlustleistung.In order to make better use of the blade root area for energy production, the DE 103 19 246 A1 proposed to equip a rotor blade in the root area with extremely large blade depths. In this way, the blade profile is aerodynamically improved, so that the frequency of stalls decreases and thus losses are minimized. In addition, with the large blade depth in the area of the blade root, an additional yield area is provided for better utilization of the wind energy. Also, a large blade depth in the blade root area better corresponds to the optimum blade circulation distribution with the result of a lower induced power loss.

Der Nachteil eines solchen Rotorblatts wird vor allem bei Windkraftanlagen mit großem Rotordurchmesser deutlich. So werden bei Rotorblättern mit einer Länge von 50 m bis 70 m Blatttiefen im Wurzelbereich bis zu 8 m erreicht. Solche Rotorblätter sind für einen Transport auf der Straße nicht mehr geeignet. Es ist daher notwendig, derartige Rotorblätter mehrteilig zu konstruieren mit dem damit verbundenen zusätzlichen Aufwand bei der Blattherstellung und den Gefahren einer aerodynamisch problematischen Stoßstelle.Of the Disadvantage of such a rotor blade is mainly in wind turbines with a large rotor diameter clearly. This is how rotor blades are made with a length of 50 m to 70 m leaf depths in the root area up to reached to 8 m. Such rotor blades are for no longer suitable for transport on the road. It is therefore necessary, such rotor blades in several parts to construct with the associated additional Overhead of sheet manufacturing and the dangers of aerodynamic problematic joint.

Schließlich ist auch schon durch Benutzung eine Windkraftanlage mit einem einflügligen Rotor bekannt. Das einzige Rotorblatt der Anlage ist über ein Schlaggelenk an der Rotorwelle befestigt. Das über seine Länge verwindungsfreie Rotorblatt weist einen konstanten Querschnitt auf und besitzt somit über seine gesamte Länge konstante aerodynamische Eigenschaften. Um die Anlage stets im stabilen Bereich betreiben zu können, ist eine Bremseinrichtung zur Begrenzung der Rotordrehzahl vorgesehen. Die Bremseinrichtung sieht einen Vorflügel entlang der Vorderkante des Rotorblatts vor, der bei Überschreiten einer Grenzdrehzahl fliehkraftbetätigt um seine Längsachse schwenkt und das bis zum Nennlastbereich aerodynamisch qualifizierte Profil derart verändert, dass sich die Luftströmung auf der Profiloberseite plötzlich ablöst und damit Bremsleistung erzeugt. Um die Bremsleistung überhaupt erzeugen zu können beträgt die Länge des Vorflügels etwa 75% der Länge des Rotorblatts. Bei kürzeren Vorflügeln überwiegt der im Außenbereich des Rotorblatts erzeugte Vortrieb die dem entgegenwirkende Bremsleistung im Innenbereich, so dass nur ungenügend Bremsleistung zur Verfügung gestellt wird. Dem Vorflügel dieser Windkraftanlagen kommt somit ausschließlich die Funktion einer Überlastsicherung zu.After all is already by using a wind turbine with a einflügligen Rotor known. The only rotor blade of the plant is over a hinged joint attached to the rotor shaft. The above Its length torsion-free rotor blade has a constant Cross-section on and thus has over its entire length constant aerodynamic properties. To keep the system stable To operate area is a braking device intended to limit the rotor speed. The braking device sees a slat along the leading edge of the rotor blade before, the centrifugal force actuated when a limit speed is exceeded pivots about its longitudinal axis and that up to the nominal load range aerodynamically qualified profile changed so that The air flow on the profile top suddenly replaces and thus generates braking power. To the braking power at all to be able to produce is the length of the slat about 75% of the length of the rotor blade. For shorter slats outweighs the Propulsion generated in the outer area of the rotor blade counteracting braking performance indoors, so that only insufficient Braking power is provided. The slat This wind turbine is thus exclusively the function an overload protection.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Windkraftanlagen in ihrer Leistung zu steigern, insbesondere ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage anzugeben, das über seinen gesamten Innenbereich einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist, ohne die vorgenannten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.In front In this background, the object of the invention is to wind turbines to increase in their performance, in particular a rotor blade for specify a wind turbine that will run throughout its entire Interior has improved efficiency, without the to have to accept the aforementioned disadvantages.

Diese Aufgabe wird durch ein Rotorblatt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 2 sowie eine daraus hergestellte Windkraftanlage gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 23 gelöst.These The object is achieved by a rotor blade having the features of the patent claim 1 or 2 and a wind turbine made therefrom according to the Characteristics of claim 23 solved.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous Embodiments emerge from the subclaims.

Die Erfindung löst sich von der im Stand der Technik allgegenwärtigen Vorstellung, eine Windkraftanlage aerodynamisch zu optimieren, indem das Profil des Rotorblatts im Blattwurzelbereich modifiziert wird. Stattdessen beschreitet die Erfindung einen gänzlich anderen Weg, indem Verluste infolge aerodynamisch unvollkommener oder gänzlich unwirksamer Blattwurzelprofile durch die Anordnung eines Vorflügels in dem entsprechenden Bereich ausgeglichen werden.The Invention dissolves from the ubiquitous in the prior art To optimize a wind turbine aerodynamically by the profile of the rotor blade in the blade root area is modified. Instead The invention takes a completely different route by Losses due to aerodynamically imperfect or entirely ineffective leaf root profiles by the arrangement of a slat be compensated in the corresponding area.

Die Anordnung eines Vorflügels erzeugt gewöhnlicherweise, also bei einem Profil mit Druck- und Saugseite, eine Luftströmung mit hoher Geschwindigkeit von der Druckseite des Rotorblatts hin zu dessen Saugseite und führt so der Saugseite kinetische Energie zu. Angereichert mir dieser kinetischen Energie kann die Grenzschicht der Strömung den Druckanstieg im hinteren Bereich der Saugseite weit besser aushalten ohne abzulösen. Ganz besonders geeignet ist der Vorflügel bei Profiltiefen von relativen Dicken D/T von 40% und mehr, das heißt also für sogenannte Strakprofile, die durch den Strak von einem letzten aerodynamisch gesicherten Profil von zum Beispiel 40% relativer Dicke D/T auf das Kreisprofil des unmittelbaren Blattanschlussbereichs entstehen. Selbst im Extremfall eines Kreisprofils, wie es zum Beispiel im Blattanschlussbereich vorhanden ist, wirkt sich der Vorflügel leistungssteigernd aus. Bei diesem per se neutralen Profil (kein Auftrieb, nur Widerstand) erzeugt der Vorflügel eine Unsymmetrie der Umströmung und dadurch eine Saug- und eine Druckseite und somit einen nutzbaren Auftrieb bei nur geringer Widerstandserhöhung. Durch den Vorflügel wird also zum einen der aerodynamisch wirksame Blattbeginn wesentlich in Richtung der Rotorachse verlagert und somit das Rotorblatt über seine Länge besser genutzt.The Arrangement of a slat usually generates, So in a profile with pressure and suction side, an air flow at high speed from the pressure side of the rotor blade to the suction side and thus leads the suction side kinetic Energy too. Enriched me this kinetic energy can be Boundary layer of the flow the pressure rise in the rear The area of the suction side can withstand much better without detaching. Especially suitable is the slat at profile depths relative D / T of 40% and more, that is for so-called Strakprofile by the Strak of a last aerodynamically secured profile of, for example, 40% relative Thickness D / T on the circular profile of the immediate blade connection area arise. Even in the extreme case of a circular profile, as for example is present in the blade connection area, the slat affects performance enhancing. In this per se neutral profile (no buoyancy, resistance only), the slat generates an imbalance the flow around and thereby a suction and a pressure side and thus a useful buoyancy with only a small increase in resistance. By the slat so on the one hand the aerodynamic effective blade beginning substantially shifted in the direction of the rotor axis and thus the rotor blade better over its length used.

Zum anderen lässt sich die optimale Zirkulationsverteilung Γ über die Spannweite des Rotorblatts besser realisieren und somit die induzierte Verlustleistung des Rotors verringern. Mit der Zirkulationsgleichung Γ(r) = ½·weff·t·ca (wobei weff der effektiven lokalen Anströmgeschwindigkeit des betreffenden Profilschnitts entspricht)
zeigt sich, dass die optimale Zirkulation im Blattwurzelbereich sowohl mit vergrößerter Blatttiefe t (wie bei DE 103 19 246 A1 ) als auch mit vergrößertem Auftriebsbeiwert ca realisiert werden kann. Die vorliegende Erfindung zielt auf eine Vergrößerung des ca-Wertes mit Hilfe eines Vorflügels ab.
On the other hand, the optimum circulation distribution Γ over the span of the rotor blade can be better realized and thus reduce the induced power loss of the rotor. With the circulation equation Γ (r) = ½ · w eff · T · c a (where w eff corresponds to the effective local flow velocity of the respective profile section)
shows that the optimal circulation in the leaf root area both with increased blade depth t (as in DE 103 19 246 A1 ) as well as with increased lift coefficient c a can be realized. The present invention aims at increasing the c a value with the aid of a slat.

Diese beiden genannten Vorteile, die der Vorflügel am Innenflügel bewirkt, nämlich bessere Ausnutzung des Rotorblatts und geringere induzierte Verlustleistung durch bessere Anpassung an die optimale radiale Zirkulationsverteilung, addieren sich nicht nur, sondern verstärken sich gegenseitig mit dem Effekt einer überproportionalen Leistungssteigerung der Windturbine.These both advantages mentioned, the slat on the inner wing causes, namely better utilization of the rotor blade and lower induced power loss due to better adaptation the optimal radial circulation distribution, do not add up only, but reinforce each other with the effect a disproportionate performance increase of the wind turbine.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, dass die Leistungssteigerung dank der Erfindung ohne Änderungen am Blattprofil selbst erreicht werden kann. Es ist also möglich, weiterhin Rotorblätter mit verhältnismäßig geringen Tiefen im Blattwurzelbereich herzustellen und zu nutzen mit dem Vorzug einer einfachen und kostengünstigen Herstellung sowie eines einfachen Transports, ohne Einbußen beim Wirkungsgrad einer Windkraftanlage hinnehmen zu müssen.It proves to be particularly advantageous that the increase in performance thanks to the invention without Changes to the leaf profile itself can be achieved. It is therefore possible to continue to produce rotor blades with relatively small depths in the blade root area and to use with the advantage of a simple and cost-effective production and a simple transport without having to accept losses in the efficiency of a wind turbine.

Da der erfindungsgemäße Vorflügel nicht zwangsläufig Modifikationen am Blattprofil voraussetzt, ist es ferner möglich, bestehende Windkraftanlagen in erfindungsgemäßer Weise nachzurüsten, um auch bei bestehenden Anlagen in den Genuss einer erhöhten Leistungsausbeute zu kommen.There the slat according to the invention not inevitably requires modifications to the leaf profile, it is also possible existing wind turbines in inventive Way to retrofit even in existing facilities in to enjoy the benefits of increased performance.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei werden zur Erleichterung des Verständnisses für gleiche oder gleichwirkende Elemente der Erfindung bei allen Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet.The Invention is illustrated below with reference to the drawings Embodiments explained in more detail. These are to facilitate understanding for identical or equivalent elements of the invention in all figures same reference numerals used.

Es zeigtIt shows

1 eine Ansicht auf die Luvseite einer erfindungsgemäße Windkraftanlage, 1 a view of the windward side of a wind turbine according to the invention,

2a eine Draufsicht auf die Saugseite eines erfindungsgemäßen Rotorblatts der in 1 dargestellten Windkraftanlage, 2a a plan view of the suction side of a rotor blade according to the invention of 1 illustrated wind turbine,

2b–f Profilschnitte des in 2a dargestellten Rotorblatts in unterschiedlichen Querschnittsebenen, 2 B -F profile sections of the in 2a represented rotor blades in different cross-sectional planes,

3 eine Teilansicht von schräg hinten auf den Innenbereich des in den 1 und 2a bis f dargestellten Rotorblatts, 3 a partial view of obliquely behind on the interior of the in the 1 and 2a to f illustrated rotor blade,

45 zwei Teilansichten weiterer Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Rotorblatts im Bereich des Innenflügels, 4 - 5 2 partial views of further embodiments of a rotor blade according to the invention in the region of the inner wing,

69 jeweils einen Querschnitt weiterer Ausführungsformen durch ein erfindungsgemäßes Rotorblatt im Bereich des Vorflügels, 6 - 9 each a cross section of further embodiments by an inventive rotor blade in the region of the slat,

1012 jeweils eine Schrägansicht auf weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Rotorblatts im Bereich des Innenflügels, 10 - 12 in each case an oblique view of further embodiments of a rotor blade according to the invention in the region of the inner wing,

1316 jeweils eine Schrägansicht auf weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Rotorblatts im Anschlussbereich an die Rotornabe, 13 - 16 in each case an oblique view of further embodiments of a rotor blade according to the invention in the connection region to the rotor hub,

17 eine Schrägansicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorblatts im Bereich des Innenflügels, 17 an oblique view of a further embodiment of a rotor blade according to the invention in the region of the inner wing,

18 einen Querschnitt durch das in 17 dargestellte Rotorblatt entlang der dortigen Linie XVIII-XVIII, 18 a cross section through the in 17 represented rotor blade along the line there XVIII XVIII,

19 einen Teilquerschnitt durch den Anschlussbereich eines erfindungsgemäßen Rotorblatts mit der Anordnung einer Gurney-Flap und 19 a partial cross section through the connection region of a rotor blade according to the invention with the arrangement of a Gurney flap and

20 einen Teilquerschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rotorblatt mit einer Gurney-Flap im Bereich der Hinterkante. 20 a partial cross section through an inventive rotor blade with a Gurney flap in the region of the trailing edge.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Windkraftanlage 1, die sich zusammensetzt aus einem Turm 2, der mit seinem Fußbereich fest im Untergrund 3 verankert ist. Im Kopfbereich des Turms 2 sieht man einen Rotor 4, der um eine senkrecht zur Darstellungsebene verlaufende Rotationsachse 7 in Richtung eines Pfeils 8 rotiert. Der Rotor 4 setzt sich im Wesentlichen zusammen aus einer Nabe 5, die am Kopf des Turms 2 drehbar gelagert und mit einem Generator zur Stromerzeugung gekoppelt ist. Im Bereich der Nabe 5 sind die Rotorblätter 6 an den Rotor 4 angeschlossen. 1 shows a wind turbine according to the invention 1 which is composed of a tower 2 , with his foot area stuck in the ground 3 is anchored. In the head area of the tower 2 you see a rotor 4 , which is an axis of rotation perpendicular to the plane of representation 7 in the direction of an arrow 8th rotates. The rotor 4 essentially consists of a hub 5 standing at the head of the tower 2 rotatably mounted and coupled to a generator for generating electricity. In the area of the hub 5 are the rotor blades 6 to the rotor 4 connected.

In den 2a bis f ist ein Rotorblatt 6 des Rotors 4 in größerem Maßstab dargestellt. Während 2a eine Draufsicht auf die Saugseite eines erfindungsgemäßen Rotorblatts 6 zeigt, stellen die 2b bis f Querschnitte desselben in den entsprechend benannten Lotebenen zur Blattlängsachse dar.In the 2a to f is a rotor blade 6 of the rotor 4 shown on a larger scale. While 2a a plan view of the suction side of a rotor blade according to the invention 6 shows, put the 2 B to f cross-sections of the same in the correspondingly designated Lotebenen to the blade longitudinal axis.

In 2a ist mit dem Bezugszeichen 9 die Längserstreckungsrichtung des Rotorblatts 6 bezeichnet. In Längserstreckungsrichtung 9 erstreckt sich das Rotorblatt 6 vom nabenseitigen Blattanschluss 10 bis zum freien Ende des Blatts 6, das als Blattspitze 11 bezeichnet ist.In 2a is with the reference numeral 9 the longitudinal extension direction of the rotor blade 6 designated. In the longitudinal direction 9 the rotor blade extends 6 from the hub-side blade connector 10 until the free end of the sheet 6 that as a leaf tip 11 is designated.

Aus 2a ist zudem eine Längsgliederung des Rotorblatts 6 ersichtlich, auf die im weiteren Teil der Beschreibung Bezug genommen wird. Die Bezugsebene für ein erfindungsgemäßes Rotorblatt 6 ist die Blattanschlussebene 12, die den Übergang des Rotorblatts 6 zur Nabe 5 definiert. Der Abstand der Blattanschlussebene 12 zur Rotationsachse 7 ist in 2a mit L1 bezeichnet und entspricht dem Nabenradius. Der kreiszylindrische Teil des Rotorblatts mit der Länge L2 stellt den Abstand von der Blattanschlussebene 12 zum Beginn der Strakprofile des Rotorblatts 6 dar und wird im Weiteren als Blattanschlussbereich bezeichnet. Mit L3 ist der Blattwurzelbereich gekennzeichnet, der dem Abstand der Blattanschlussebene 12 zum aerodynamisch wirksamen Blattbeginn entspricht. Der aerodynamisch wirksame Blattbeginn liegt in der Lotebene zur Längserstreckungsrichtung 9, in der aufgrund eines ausreichend aerodynamisch qualifizierten Profils erstmals ein Beitrag zur Leistungsausbeute der Windkraftanlage 1 erwirtschaftet wird. Der aerodynamisch wirksame Blattbeginn wird auch aerodynamischer Nabenradius genannt. L4 beschreibt schließlich den Abstand der Blattanschlussebene 12 zum ersten Drittelpunkt des Rotorblattes 6, der im weiteren auch als Innenbereich oder Innenflügel bezeichnet ist.Out 2a is also a longitudinal structure of the rotor blade 6 which will be referred to in the rest of the description. The reference plane for a rotor blade according to the invention 6 is the leaf attachment level 12 that the transition of the rotor blade 6 to the hub 5 Are defined. The distance of the sheet connection plane 12 to the axis of rotation 7 is in 2a denoted by L 1 and corresponds to the hub radius. The circular-cylindrical part of the rotor blade with the length L 2 sets the distance from the Blattanschlussebene 12 to the beginning of the Strakprofile of the rotor blade 6 and hereinafter referred to as sheet connection area. L 3 is the blade root area, which is the distance of the Blattanschlussebene 12 corresponds to the aerodynamically effective leaf beginning. The aerodynamically effective sheet beginning lies in the solder plane to the longitudinal direction 9 , in the first due to a sufficiently aerodynamically qualified profile, a contribution to the power output of the wind turbine 1 is generated. The aerodynamically effective leaf beginning is also called aerodynamic hub radius. L 4 finally describes the distance of the sheet connection plane 12 to the first third of the rotor blade 6 , which is also referred to as interior or inner wing.

In 2a ist ferner die Blattvorderkante 13 des Rotorblatts 6 erkennbar, die bei Rotation des Rotors 4 die Anströmkante darstellt. Ihr in Blattebene gegenüberliegend verläuft die Blatthinterkante 14. Der Abstand zwischen Vorderkante 13 und Hinterkante 14 ergibt die Tiefe T, die ausgehend vom Blattanschlussbereich L2 zunimmt bis zu einem Punkt innerhalb des Innenflügels, von wo sie sich zur Blattspitze 11 hin kontinuierlich verringert.In 2a is also the leading edge of the sheet 13 of the rotor blade 6 recognizable during rotation of the rotor 4 represents the leading edge. Its opposite in leaf level runs the leaf trailing edge 14 , The distance between the front edge 13 and trailing edge 14 gives the depth T increasing from the blade terminal area L 2 to a point inside the inner wing from where it becomes the blade tip 11 continuously reduced.

Die in 2a dargestellte Oberseite des Rotorblatts entspricht der Saugseite 15, die darunter liegende Unterseite der Druckseite 16.In the 2a shown top of the rotor blade corresponds to the suction side 15 , the underlying underside of the print side 16 ,

Die 2b2f geben die unterschiedlichen Profilquerschnitte in den angegebenen Abständen zur Blattanschlussebene 12 wieder. In der Blattanschlussebene 12 besitzt demnach das Rotorblatt 6 einen Kreisquerschnitt, mit dem es an die Nabe 5 anschließt. Der Kreisquerschnitt wird in der Regel über den gesamten Blattanschlussbereich L2 beibehalten. Da ein Kreisprofil ohne zusätzliche Maßnahmen keinen Auftrieb liefert, würde in diesem Bereich kein Beitrag zur Energiegewinnung erzeugt werden. Das gilt auch weitgehend für die ersten Strakprofile auf der Strecke L3 bis L2. 2c zeigt einen solchen Profilschnitt, der ohne weitere Maßnahmen praktisch nichts zur Leistung des Rotors beitragen kann.The 2 B - 2f give the different profile cross-sections at the specified distances to the Blattanschlussebene 12 again. In the leaf connection level 12 therefore owns the rotor blade 6 a circular cross-section, with which it attaches to the hub 5 followed. The circular cross-section is usually maintained over the entire blade connection area L 2 . Since a circular profile provides no buoyancy without additional measures, no contribution to energy production would be generated in this area. This also applies to a large extent to the first strake profiles on route L 3 to L 2 . 2c shows such a profile section that can contribute virtually nothing to the performance of the rotor without further measures.

Erst außerhalb von L3 würden die Strakprofile ohne weitere Maßnahme in der Lage sein, Auftrieb zu erzeugen, wenn auch nur in geringem Maße. Hinzu kommt, dass die Hinterkante 14 bekannter Rotorblätter meist abgeschnitten ist, um große Blatttiefen zu vermeiden (vgl. 2d). Durch den Hinterkantenabschnitt erhält man aber große relative Profildicken D/T von z. B. 70%, womit der Auftrieb sowie der wirksame Anstellwinkelbereich sinken und der Widerstand steigt. Diese Probleme lassen sich auch nicht dadurch beheben, dass man ein solches Profil einfach an der Hinterkante zuspitzt, Profildicke und -tiefe aber beibehält. Man würde durch diese Zuspitzung in Richtung der Hinterkante einen Druckanstieg verlangen, den die Grenzschicht nicht darstellen kann. Die Strömung löst auf der Ober- und eventuell auch auf der Unterseite ab und zwar mit schlechterem Ergebnis als bei einem Profil mit gut gewählter endlicher Hinterkantendicke. Mit zunehmender radialer Position erhält man eine immer besser werdende Annäherung an ein aerodynamisch qualifiziertes Profil. Die Profiltiefe nimmt zu, Profildicke und Hinterkantendicke nehmen ab (siehe 2e).Only outside of L 3 would the strut profiles without further action be able to generate buoyancy, albeit to a lesser extent. In addition, the trailing edge 14 known rotor blades is usually cut to avoid large blade depths (see. 2d ). By the trailing edge section but you get large relative profile thickness D / T of z. B. 70%, whereby the buoyancy and the effective Anstellwinkelbereich decrease and the resistance increases. These problems can not be resolved by simply tapering such a profile at the trailing edge, but maintaining profile depth and depth. This taper in the direction of the trailing edge would require an increase in pressure which the boundary layer can not represent. The flow dissolves on the top and possibly also on the underside and with worse results than in a profile with a well-chosen finite trailing edge thickness. With increasing radial position one gets an ever better approximation to an aerodynamically qualified profile. The tread depth increases, tread thickness and rear edge thickness decrease (see 2e ).

Um die Leistungsausbeute eines erfindungsgemäßen Rotorblatts 6 im Bereich aerodynamisch ungünstiger Profilquerschnitte zu erhöhen, ist gemäß der Erfindung ein Vorflügel 20 vorgesehen, der, wie 2a zeigt, sich auf der Saugseite 15 in Längserstreckungsrichtung 9 mindestens über die ganze Strecke L3 erstreckt. Nach innen hin kann der Vorflügel 20, soweit es die Nabengeometrie erlaubt, über den Blattanschluss 12 überstehen und die Nabe überlappen, wie 2a zeigt. Nach außen hin wird man ihn soweit fortsetzen, bis er Profilschnitte genügender aerodynamischer Qualifikation erreicht. In der Regel werden das Profilschnitte mit einer relativen Dicke bis annähernd 40% sein, entsprechend einer relativen radialen Position r/R (R ist der Blattradius) von durchschnittlich 20% bis 25%, je nach Blattdesign. Wesentliche Verlängerungen des Vorflügels über diese radiale Position hinaus, also bis zu Profilschnitten deutlich unter 40% relativer Dicke D/T, können sich als schädlich erweisen, da hier der Vorflügel zuviel zum Auftrieb beiträgt und damit die optimale Zirkulationsverteilung nicht erfüllen hilft wie weiter innen, sondern diese verletzt mit dem Ergebnis einer unnötig hohen induzierten Verlustleistung.To the power yield of a rotor blade according to the invention 6 to increase in the aerodynamically unfavorable profile cross sections, according to the invention is a slat 20 provided, which, like 2a shows up on the suction side 15 in the longitudinal direction 9 extends over at least the entire distance L 3 . Inward, the slat can 20 as far as the hub geometry allows, over the blade connection 12 survive and the hub overlap, like 2a shows. Outwardly, you will continue until he reaches profile sections of sufficient aerodynamic qualification. Typically, the profile cuts will have a relative thickness of up to approximately 40%, corresponding to a relative radial position r / R (R is the blade radius) of on average 20% to 25%, depending on the blade design. Substantial extensions of the slat beyond this radial position, ie up to profile sections significantly below 40% relative thickness D / T, may prove to be detrimental since here the slat contributes too much to buoyancy and thus does not fulfill the optimal circulation distribution as further inside, but this violates the result of an unnecessarily high induced power loss.

Die Vorderkante des Vorflügels 20 verläuft etwa parallel zur Vorderkante 13 des Rotorblatts 6. Wie aus den 2a bis 2e ersichtlich, liegt der Vorflügel 20 unter Einhaltung eines Spalts zur Saugseite 15 hin mit seiner Vorderkante in etwa auf Höhe der Vorderkante 13 des Rotorblatts 6 und endet etwa im Bereich der größten Dicke D des Rotorblatts 6.The leading edge of the slat 20 runs approximately parallel to the front edge 13 of the rotor blade 6 , Like from the 2a to 2e can be seen, lies the slat 20 while maintaining a gap to the suction side 15 with its leading edge approximately at the height of the front edge 13 of the rotor blade 6 and ends approximately in the region of the largest thickness D of the rotor blade 6 ,

3 zeigt den Innenflügel des in 2a bis f dargestellten Rotorblatts 6 aus einer anderen Perspektive, nämlich von schräg oben auf die Hinterkante 14. Die in gestrichelter Darstellung erkennbaren Profilquerschnitte werden zum Blattanschlussbereich L2 hin immer dicker und verlangen daher nach großen Tiefen um aerodynamisch effektiver zu sein. Da sich große Blatttiefen bei der Herstellung und dem Transport von Rotorblättern 6 nachteilig auswirken, ist die Hinterkante 14 in diesem Bereich abgeschnitten, wobei in Kauf genommen wird, dass die dadurch entstehenden Profile nur bedingt Vortrieb entwickeln. Zur Leistungssteigerung dieses Bereichs ist im Abstand zur Saugseite 15 entlang der Vorderkante 13 des Rotorblatts 6 ein Vorflügel 20 angeordnet. Da der Vorflügel auch dem Kreiszylinder einen Auftrieb verleiht, kann der Vorflügel sogar auch den zylindrischen Blattanschlussbereich L2 überdecken und überlappt dabei nach innen gegebenenfalls die Nabe des Rotors soweit wie möglich. 3 shows the inner wing of the in 2a to f illustrated rotor blade 6 from a different perspective, namely from diagonally above the trailing edge 14 , The profile cross sections recognizable in dashed representation become ever thicker towards the blade connection region L 2 and therefore require great depths in order to be more aerodynamically effective. As there are large blade depths in the manufacture and transport of rotor blades 6 detrimental effect is the trailing edge 14 cut in this area, it being accepted that the resulting profiles develop only limited propulsion. To increase the performance of this area is at a distance to the suction side 15 along the front edge 13 of the rotor blade 6 a slat 20 arranged. Since the slat also gives the circular cylinder a buoyancy, the slat can even cover the cylindrical blade connection area L 2 and thereby overlaps the inside of the hub of the rotor possibly as far as possible.

Während der in den 2a bis f dargestellte Vorflügel 20 in der Draufsicht einen rechteckförmigen Grundriss besitzt, d. h. also mit einer konstanten Tiefe TVF ausgestattet ist, besitzt die in den 4 und 5 dargestellte Ausführungsform des Vorflügels 20 eine vom Blattwurzelbereich in Richtung der Blattspitze 11 abnehmende Tiefe, d. h. der Vorflügel 20 ist nach außen hin verjüngt. Die Verjüngung kann dabei sowohl einen linearen als auch gekrümmten Verlauf aufweisen. Mit einer solchen Ausbildung des Vorflügels 20 wird berücksichtigt, dass das Profil des Rotorblatts 6 zur Blattspitze 11 hin aerodynamisch leistungsfähiger wird, so dass ein Ausgleich der profilbedingten Leistungsdefizite mit Hilfe des Vorflügels 20 nicht mehr in dem Maße notwendig ist.While in the 2a to f shown slats 20 has a rectangular plan view in plan view, ie is equipped with a constant depth T VF , which has in the 4 and 5 illustrated embodiment of the slat 20 one from the blade root area towards the blade tip 11 decreasing depth, ie the slat 20 is rejuvenated to the outside. The taper can have both a linear and a curved course. With such a design of the slat 20 takes into account that the profile of the rotor blade 6 to the blade tip 11 aerodynamically more efficient, so that a balance of profile-related performance deficits using the slat 20 is no longer necessary to the extent.

Aus den 4 und 5 ist ferner ersichtlich, dass das innere Ende 31 des Vorflügels 20 sowie dessen äußeres Ende 32 jeweils einen elliptisch geformten Randbogen 21 und 22 aufweisen, um die induzierte Verlustleistung möglichst gering zu halten.From the 4 and 5 It can also be seen that the inner end 31 of the slat 20 as well as its outer end 32 each an elliptical shaped edge bow 21 and 22 have to keep the induced power loss as low as possible.

Die 6, 7, 8 und 9 zeigen Querschnitte durch ein erfindungsgemäßes Rotorblatt 6 im Bereich des Vorflügels 20. Demnach besitzt der Vorflügel 20 ein aerodynamisches Profil, d. h. bei einer Luftumströmung wird am Vorflügel 20 ein Zusatzauftrieb erzeugt, der zusätzlich zum Auftrieb des Rotorblatts 6 wirksam ist und zur Leistungssteigerung insgesamt beiträgt.The 6 . 7 . 8th and 9 show cross sections through an inventive rotor blade 6 in the area of the slat 20 , Accordingly, the slat has 20 an aerodynamic profile, ie at an air flow is on the slat 20 generates an additional buoyancy, in addition to the buoyancy of the rotor blade 6 is effective and contributes to overall performance.

Geeignete Profile für einen Vorflügel 20 besitzen eine konvexe Saugseite 23 und eine konkave Druckseite 24, wobei letztere unter Einhaltung eines sich verjüngenden Spalts 25 der Saugseite 15 des Rotorblatts 6 folgt. Mit seiner Vorderkante, die etwa parallel zur Vorderkante 13 des Rotorblatts 6 verläuft, bildet der Vorflügel 20 einen Lufteintritt 26 aus. In diesem Bereich weist der Spalt 25 seine größte Höhe auf und wird in Richtung des stromabwärts liegenden Luftaustritts 27 enger. Auf diese Weise findet eine Beschleunigung der Luftströmung im Spalt 25 statt, die die Neigung zur Strömungsablösung auf der Saugseite 15 des Rotorblatts 6 reduziert.Suitable profiles for a slat 20 have a convex suction side 23 and a concave pressure side 24 the latter being in compliance with a tapered gap 25 the suction side 15 of the rotor blade 6 follows. With its front edge, which is approximately parallel to the front edge 13 of the rotor blade 6 runs, forms the slat 20 an air intake 26 out. In this area, the gap points 25 its highest altitude and is towards the downstream air outlet 27 close. In this way, there is an acceleration of the air flow in the gap 25 instead, the tendency for flow separation on the suction side 15 of the rotor blade 6 reduced.

Während der in den 6, 7 und 8 dargestellte Querschnitt des Vorflügels 20 einen über seine Tiefe TVF veränderlichen Dickenverlauf besitzt, ist die in 9 gezeigte Ausführungsform des Vorflügels 20 durchgehend aus einem Blech gedrückt, das im Bereich der Anströmkante umgebördelt ist. Die auf diese Weise sehr einfach herzustellende Verdickung im Bereich der Vorderkante des Vorflügels 20 ergibt eine Annäherung an ein aerodynamisch qualifiziertes Profil und erhöht somit die Leistung des Vorflügels 20 im Vergleich zu einem Flügel aus einem einfachen Blech.While in the 6 . 7 and 8th illustrated cross-section of the slat 20 has a variable over its depth T VF thickness course, which is in 9 shown embodiment of the slat 20 pressed continuously from a metal sheet, which is flanged in the area of the leading edge. The thus easily produced thickening in the leading edge of the slat 20 gives an approximation to an aerodynamically qualified profile and thus increases the performance of the slat 20 compared to a wing made of a simple sheet metal.

Wie aus den 6, 7 und 9 hervorgeht, können zur Befestigung des Vorflügels 20 am Rotorblatt 6 Abstandhalter 28 vorgesehen sein. Die Abstandhalter 28 können selbst ein in Anströmrichtung aerodynamisches Profil aufweisen und sind zwischen der Saugseite 15 des Rotorblatts 6 und der Druckseite 24 des Vorflügels 20 zwischengeschoben, um die Geometrie des Spalts 25 sicher zu stellen. Mittels Schrauben 29, die sich durch den Vorflügel 20 und die Abstandshalter 28 bis in das Rotorblatt 6 erstrecken, wird der Vorflügel 20 in seiner bestimmungsgemäßen Lage fixiert.Like from the 6 . 7 and 9 it can be used to attach the slat 20 on the rotor blade 6 spacer 28 be provided. The spacers 28 can even have an aerodynamic profile in the direction of flow and are between the suction side 15 of the rotor blade 6 and the print side 24 of the slat 20 interposed to the geometry of the gap 25 to make sure. By means of screws 29 passing through the slat 20 and the spacers 28 into the rotor blade 6 extend, the slat becomes 20 fixed in its intended position.

Eine hierzu alternative Ausführungsform ist in 8 dargestellt. Dort wird der Flügel mittels Rippen 30, die in regelmäßigen Abständen über die Länge des Vorflügels 20 angeordnet sind, am Rotorblatt 6 befestigt. Die Rippen 30 sind präzise in den Spalt 25 eingepasst, so dass sich für den Vorflügel 20 eine größere Auflagefläche ergibt mit dem Vorteil, dass die exakte relative Lage des Vorflügels 20 gegenüber dem Rotorblatt 6 besser eingehalten werden kann.An alternative embodiment to this is in 8th shown. There is the wing by means of ribs 30 at regular intervals over the length of the slat 20 are arranged on the rotor blade 6 attached. Ribs 30 are precise in the gap 25 fitted in, so for the slat 20 a larger bearing surface results in the advantage that the exact relative position of the slat 20 opposite the rotor blade 6 can be better maintained.

Im Hinblick auf die Minimierung der induzierten Verlustleistung und damit Erhöhung der Rotorleistung kommt dem Anschluss der Enden 31 und 32 des Vorflügels 20 an das Rotorblatt 6 bzw. an die Nabe 5 eine besondere Bedeutung zu. Gemäß einer ersten in 10 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ruht der Vorflügel 20 auf in regelmäßigen axialen Abständen angeordneten Abstandhaltern 28 oder Rippen 30, wobei das innere Ende 31 und das äußere Ende 32 frei fahrend ausgebildet sind, d. h. diese Enden kragen mit einem Teil ihrer Länge über die äußeren Befestigungspunkte aus. Wie bereits unter den 4 und 5 erwähnt, erweist es sich als vorteilhaft, bei einer solchen Ausführungsform die Enden 31 und 32 als elliptische Randbögen auszubilden.In terms of minimizing the induced power loss and thus increasing the rotor power comes the connection of the ends 31 and 32 of the slat 20 to the rotor blade 6 or to the hub 5 a special meaning too. According to a first in 10 shown embodiment of the invention rests the slat 20 arranged at regular axial spacers 28 or ribs 30 , where the inner end 31 and the outer end 32 are freely driving formed, ie, these ends collar with a portion of their length on the outer attachment points. As already under the 4 and 5 mentioned, it proves to be advantageous in such an embodiment, the ends 31 and 32 form as elliptical margins.

Bei der in 11 dargestellten Ausführungsform der Erfindung schließt der Vorflügel 20 im Bereich seiner Enden 31 und 32 durch die Anordnung von bündig mit dem Vorflügel 20 abschließenden Endrippen 33 an das Rotorblatt 6 an. Auf diese Weise wird die induzierte Verlustleistung minimiert.At the in 11 illustrated embodiment of the invention closes the slat 20 in the area of its ends 31 and 32 by the arrangement of flush with the slat 20 final end ribs 33 to the rotor blade 6 at. In this way, the induced power loss is minimized.

12 zeigt eine weitere Möglichkeit des Anschlusses der Enden 31 und 32 des Vorflügels 20 an das Rotorblatt 6. Dort sind die Enden 31 und 32 zweifach in entgegengesetzter Richtung gekröpft und mit dem auf diese Weise entstehenden, zum Rotorblatt 6 parallelen Endabschnitt mittels Befestigungsschrauben angeschraubt. 12 shows another way of connecting the ends 31 and 32 of the slat 20 to the rotor blade 6 , There are the ends 31 and 32 bent twice in the opposite direction and with the resulting in this way, to the rotor blade 6 parallel end section screwed by means of fastening screws.

Die in den 10 bis 12 beschriebenen Varianten zum Anschluss des Vorflügels 20 an ein Rotorblatt 6 stellen eine nicht abschließende Aufzählung von Beispielen dar, so dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung, den Anschluss des inneren Endes 31 des Vorflügels 20 anders zu gestalten als den Anschluss des äußeren Endes 32. Auch können die in den 10 bis 12 aufgezeigten Varianten miteinander kombiniert werden.The in the 10 to 12 variants described for connecting the slat 20 to a rotor blade 6 are a non-exhaustive list of examples, so the invention is not limited thereto. It is also within the scope of the invention, the connection of the inner end 31 of the slat 20 different from the connection of the outer end 32 , Also in the 10 to 12 shown variants are combined.

Die 13 bis 16 betreffen die relative Lage des inneren Endes 31 des Vorflügels 20 zur Nabe 5. Bei Windkraftanlagen mit Pitch-Verstellung der Rotorblätter 6 ist es notwendig, eine Relativbewegung zwischen Rotorblatt 6 und Nabe 5 zu ermöglichen. Um dennoch einen aerodynamisch optimal arbeitenden Vorflügel 20 zu erhalten, ist bei der in 13 dargestellten Ausführungsform eines Rotors 4 vorgesehen, den in Längserstreckungsrichtung 9 ankommenden Vorflügel 20 im Blattanschlussbereich L2 beispielsweise mittels eines Abstandhalters 28 oder einer Rippe 30 zu halten und im weiteren Verlauf unter Überlappung der Nabe 5 frei auskragen zu lassen. Dadurch wird ein kleinst möglicher aerodynamisch wirksamer Blattbeginn erreicht und somit die nutzbare Rotorfläche vergrößert und die induzierte Verlustleistung reduziert.The 13 to 16 concern the relative position of the inner end 31 of the slat 20 to the hub 5 , For wind turbines with pitch adjustment of the rotor blades 6 it is necessary to have a relative movement between the rotor blade 6 and hub 5 to enable. Nevertheless, an aerodynamically optimally working slat 20 to receive is at the in 13 illustrated embodiment of a rotor 4 provided, in the longitudinal direction 9 incoming slats 20 in the blade connection area L 2, for example by means of a spacer 28 or a rib 30 and in the further course under overlapping of the hub 5 freely cantilever. As a result, a smallest possible aerodynamically effective sheet start is achieved and thus increases the usable rotor area and reduces the induced power loss.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung dieser Ausführungsform wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, an der Nabe 5 im Bereich des inneren Endes 31 des Vorflügels 20 eine zusätzliche Rippe 35 vorzusehen. Dabei erstreckt sich der Vorflügel 20 unter Einhaltung eines geringen Luftspaltes bis zur Rippe 35, so dass die induzierte Verlustleistung zusätzlich reduziert wird (14).In a further advantageous embodiment of this embodiment, the invention proposes to the hub 5 in the area of the inner end 31 of the slat 20 an additional rib 35 provided. In this case, the slat extends 20 while maintaining a small air gap to the rib 35 so that the induced power loss is additionally reduced ( 14 ).

Ein ähnlicher Effekt lässt sich mit der in 15 dargestellten Ausführungsform der Erfindung zeigen. Dort ist das in den Bereich der Nabe 5 auskragende innere Ende 31 des Vorflügels 20 zur Nabe 5 hin abgekröpft. Ein dabei eingehaltener geringer Spalt ermöglicht Relativbewegungen des Rotorblatts 6 und damit auch des Vorflügels 20 gegenüber dem Kreisquerschnitt der Nabe 5.A similar effect can be seen with the in 15 illustrated embodiment of the invention show. There it is in the area of the hub 5 cantilevered inner end 31 of the slat 20 to the hub 5 bent over. A small gap maintained thereby allows relative movements of the rotor blade 6 and thus also the slat 20 opposite the circular cross-section of the hub 5 ,

Die in 16 dargestellte Ausführungsform der Erfindung zeigt den Anschluss eines Vorflügels 20 an die Nabe 5 bei einem Rotor 4 mit starrer Befestigung der Rotorblätter 6, wie es bei Windkraftanlagen mit Stallregelung üblich ist. Ähnlich wie bereits unter 11 beschrieben, ist das innere Ende 31 des Vorflügels 20 zweimal wechselseitig gekröpft und mit seinem Endabschnitt an die Nabe 5 geschraubt.In the 16 illustrated embodiment of the invention shows the connection of a slat 20 to the hub 5 with a rotor 4 with rigid attachment of the rotor blades 6 , as is customary in wind turbines with stable control. Similar to already under 11 described, is the inner end 31 of the slat 20 twice alternately cranked and with its end section to the hub 5 screwed.

Die 17 und 18 zeigen eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung eines Vorflügels 20 an einem Rotorblatt 6. Die Besonderheit dieser Ausführungsform liegt darin, dass der Vorflügel 20 integraler Bestandteil des Rotorblatts 6 ist, d. h. Vorflügel 20 und Rotorblatt 6 bilden eine monolithische Einheit, die durch Herausformen des Vorflügels 20 und gegebenenfalls auch der Rippen aus einem Ganzen entstanden ist. Auf diese Weise ist ein aerodynamisch hochqualifiziertes Profil erhältlich.The 17 and 18 show another way to form a slat 20 on a rotor blade 6 , The peculiarity of this embodiment is that the slat 20 integral part of the rotor blade 6 is, ie slats 20 and rotor blade 6 form a monolithic unit by forming the slat 20 and possibly also the ribs has arisen from a whole. In this way, an aerodynamically high profile is available.

19 und 20 zeigen schließlich die Kombination einer Gurney-Flap 36 in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Rotorblatt 6 mit Vorflügel 20. Die Gurney-Flap 36 ist auf der Druckseite 16 des Rotorblatts 6 entlang der Hinterkante 14 über einen der Länge des Vorflügels 20 entsprechenden eventuell auch kürzeren oder auch längeren Längsabschnitt angebracht. Deren von der Druckseite 16 des Rotorblatts 6 abstehender Schenkel bewirkt eine Auftriebserhöhung des Rotorblatts 6 und trägt auf diese Weise zusätzlich zur Leistungssteigerung der Windkraftanlage 1 bei. 19 and 20 finally show the combination of a Gurney flap 36 in conjunction with a rotor blade according to the invention 6 with slat 20 , The gurney flap 36 is on the print side 16 of the rotor blade 6 along the trailing edge 14 over one of the length of the slat 20 appropriate possibly also shorter or longer longitudinal section attached. Theirs from the pressure side 16 of the rotor blade 6 protruding Thigh causes a lift increase of the rotor blade 6 and thus contributes in addition to the increase in performance of the wind turbine 1 at.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die in den einzelnen Figuren dargestellten und mit den Patentansprüchen beanspruchten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr liegen auch Merkmalskombinationen unterschiedlicher Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung, soweit sie an den Sinn und Zweck der Erfindung anschließen. Bezugszeichenliste: 1 Windkraftanlage 2 Turm 3 Untergrund 4 Rotor 5 Nabe 6 Rotorblatt 7 Rotationsachse 8 Drehsinn 9 Längserstreckungsrichtung 10 Blattanschluss 11 Blattspitze 12 Blattanschlussebene 13 Vorderkante 14 Hinterkante 15 Saugseite 16 Druckseite 17 - unbesetzt - 18 - unbesetzt - 19 - unbesetzt - 20 Vorflügel 21 Elliptischer Randbogen innen 22 Elliptischer Randbogen außen 23 Saugseite Vorflügel 24 Druckseite Vorflügel 25 Spalt 26 Lufteintritt 27 Luftaustritt 28 Abstandhalter 29 Schraube 30 Rippen 31 Inneres Ende Vorflügel 32 Äußeres Ende Vorflügel 33 Abschlussrippe 34 - unbesetzt - 35 Rippe an Nabe 36 Gurney-Flap It is understood that the invention is not limited to the embodiments shown in the individual figures and claimed with the patent claims. Rather, feature combinations of different embodiments are within the scope of the invention, as far as they follow the spirit and purpose of the invention. LIST OF REFERENCE NUMBERS 1 Wind turbine 2 tower 3 underground 4 rotor 5 hub 6 rotor blade 7 axis of rotation 8th rotation 9 Longitudinal extension 10 blade connection 11 blade tip 12 Blade attachment level 13 leading edge 14 trailing edge 15 suction 16 pressure side 17 - unoccupied - 18 - unoccupied - 19 - unoccupied - 20 vane 21 Elliptical edge arc inside 22 Elliptical rim arc outside 23 Suction side slat 24 Print side slat 25 gap 26 air inlet 27 air outlet 28 spacer 29 screw 30 ribs 31 Inner end slat 32 Outer end slat 33 terminating rib 34 - unoccupied - 35 Rib to hub 36 Gurney flap

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10300284 A1 [0003] DE 10300284 A1 [0003]
  • - DE 10319246 A1 [0006, 0014] - DE 10319246 A1 [0006, 0014]

Claims (27)

Rotorblatt für eine Windkraftanlage (1), insbesondere für eine Horizontalachsenwindturbine mit einem eine Druckseite (16) und eine Saugseite (15) aufweisenden aerodynamischen Profil, dessen Tiefe (T) durch den Abstand der Blattvorderkante (13) zur Blatthinterkante (14) und dessen Dicke (D) durch den Abstand der Saugseite (15) zur Druckseite (16) definiert ist und das sich ausgehend vom Blattanschluss (10) entlang einer Längserstreckungsrichtung zur Blattspitze (11) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Saugseite (15) des Rotorblatts (6) im Bereich der Blattvorderkante (13) und unter Einhaltung eines Spalts zur Saugseite (15) ein Vorflügel (20) angeordnet ist, der sich etwa vom Blattanschluss (10) über maximal ein Drittel der Länge des Rotorblatts (6) erstreckt.Rotor blade for a wind turbine ( 1 ), in particular for a horizontal axis wind turbine with a pressure side ( 16 ) and a suction side ( 15 aerodynamic profile whose depth (T) is defined by the distance of the leading edge of the blade ( 13 ) to the leaf trailing edge ( 14 ) and its thickness (D) by the distance of the suction side ( 15 ) to the print side ( 16 ) and that starting from the leaf connection ( 10 ) along a longitudinal direction to the blade tip ( 11 ), characterized in that on the suction side ( 15 ) of the rotor blade ( 6 ) in the area of the leading edge of the leaf ( 13 ) and keeping a gap to the suction side ( 15 ) a slat ( 20 ) located approximately from the leaf connection ( 10 ) over a maximum of one third of the length of the rotor blade ( 6 ). Rotorblatt für eine Windkraftanlage (1), insbesondere für eine Horizontalachsenwindturbine mit einem eine Druckseite (16) und eine Saugseite (15) aufweisenden aerodynamischen Profil, dessen Tiefe (T) durch den Abstand der Blattvorderkante (13) zur Blatthinterkante (14) und dessen Dicke (D) durch den Abstand der Saugseite (15) zur Druckseite (16) definiert ist und das sich ausgehend vom Blattanschluss (10) entlang einer Längserstreckungsrichtung zur Blattspitze (11) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Saugseite (15) des Rotorblatts (6) im Bereich der Blattvorderkante (13) und unter Einhaltung eines Spalts zur Saugseite (15) ein Vorflügel (20) angeordnet ist, der sich über einen Längsabschnitt des Rotorblatts (6) erstreckt, in dem das Blattprofil eine relative Dicke von D/T ≥ 40% besitzt, vorzugsweise eine relative Dicke D/T zwischen 60% und 100%.Rotor blade for a wind turbine ( 1 ), in particular for a horizontal axis wind turbine with a pressure side ( 16 ) and a suction side ( 15 aerodynamic profile whose depth (T) is defined by the distance of the leading edge of the blade ( 13 ) to the leaf trailing edge ( 14 ) and its thickness (D) by the distance of the suction side ( 15 ) to the print side ( 16 ) and that starting from the leaf connection ( 10 ) along a longitudinal direction to the blade tip ( 11 ), characterized in that on the suction side ( 15 ) of the rotor blade ( 6 ) in the area of the leading edge of the leaf ( 13 ) and keeping a gap to the suction side ( 15 ) a slat ( 20 ) is arranged, which extends over a longitudinal section of the rotor blade ( 6 ) in which the blade profile has a relative thickness of D / T ≥ 40%, preferably a relative thickness D / T between 60% and 100%. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Vorflügel (20) über maximal 25% der Länge des Rotorblatts (6) erstreckt.Rotor blade according to claim 1 or 2, characterized in that the slat ( 20 ) over a maximum of 25% of the length of the rotor blade ( 6 ). Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) starr gegenüber dem Rotorblatt (6) angeordnet ist.Rotor blade according to one of claims 1 to 3, characterized in that the slat ( 20 ) rigidly opposite the rotor blade ( 6 ) is arranged. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Vorflügel (20) ausgehend vom Blattanschluss (10) bis maximal zum Bereich der größten Profiltiefe (T) erstreckt.Rotor blade according to one of claims 1 to 4, characterized in that the slat ( 20 ) starting from the leaf connection ( 10 ) extends to a maximum extent to the region of the largest tread depth (T). Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Vorflügel (20) ausgehend vom Blattanschluss (10) bis maximal zum aerodynamisch wirksamen Nabenradius erstreckt.Rotor blade according to one of claims 1 to 5, characterized in that the slat ( 20 ) starting from the leaf connection ( 10 ) extends to at most the aerodynamically effective hub radius. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) über seine Länge einen konstanten Querschnitt besitzt, vorzugsweise aus einem strangpressgezogenen Profil besteht.Rotor blade according to one of claims 1 to 6, characterized in that the slat ( 20 ) has a constant cross-section over its length, preferably consists of an extruded profile. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) über seine Länge einen variablen Tiefen-, Wölbungs-, Spalt- oder Dickenverlauf aufweist.Rotor blade according to one of claims 1 to 6, characterized in that the slat ( 20 ) has a variable depth, curvature, gap or thickness over its length. Rotorblatt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe und/oder Dicke des Vorflügels (20) in Richtung der Blattspitze (11) verjüngt sind.Rotor blade according to claim 8, characterized in that the depth and / or thickness of the slat ( 20 ) in the direction of the blade tip ( 11 ) are tapered. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des Vorflügels (20) etwa 10% bis 14% der Tiefe des Rotorblatts (6) entspricht, vorzugsweise 12%.Rotor blade according to one of claims 1 to 9, characterized in that the depth of the slat ( 20 ) about 10% to 14% of the depth of the rotor blade ( 6 ), preferably 12%. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Norflügel (20) ein aerodynamisches Profil besitzt.Rotor blade according to one of claims 1 to 10, characterized in that the Norflügel ( 20 ) has an aerodynamic profile. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass das innere Ende (31) und/oder das äußere Ende (32) des Vorflügels (20) frei fahrend sind.Rotor blade according to one of claims 1 to 11, characterized in that the inner end ( 31 ) and / or the outer end ( 32 ) of the slat ( 20 ) are free to drive. Rotorblatt nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) an seinem inneren und/oder äußeren Ende (31, 32) mit einem elliptischen Randbogen (21, 22) abschließt.Rotor blade according to claim 12, characterized in that the slat ( 20 ) at its inner and / or outer end ( 31 . 32 ) with an elliptical arc ( 21 . 22 ) completes. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) an seinem inneren Ende (31) und/oder äußeren Ende (32) mit einer Rippe (33) abschließt, die mit dem Rotorblatt (6) verbunden ist.Rotor blade according to one of claims 1 to 11, characterized in that the slat ( 20 ) at its inner end ( 31 ) and / or outer end ( 32 ) with a rib ( 33 ) with the rotor blade ( 6 ) connected is. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) an seinem inneren Ende (31) und/oder äußeren Ende (32) in Richtung des Rotorblatts (6) abgekröpft und an dieses angeschlossen ist.Rotor blade according to one of claims 1 to 11, characterized in that the slat ( 20 ) at its inner end ( 31 ) and / or outer end ( 32 ) in the direction of the rotor blade ( 6 ) and bent at this connected. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) mit Abstandhalter (28) oder Rippen (30) am Rotorblatt (6) befestigt ist.Rotor blade according to one of claims 1 to 15, characterized in that the slat ( 20 ) with spacers ( 28 ) or ribs ( 30 ) on the rotor blade ( 6 ) is attached. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) aus einem Blech gedrückt ist.Rotor blade according to one of claims 1 to 16, characterized in that the slat ( 20 ) is pressed out of a metal sheet. Rotorblatt nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech an der die Vorderkante des Vorflügels (20) bildende Kante zu einer Nase umgebördelt ist.Rotor blade according to claim 17, characterized in that the sheet metal at the the leading edge of the slat ( 20 ) forming edge is crimped to a nose. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel aus einem strangpressgezogenen Profil besteht.Rotor blade according to one of claims 1 to 18, characterized in that the slat of an extruded Profile exists. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) monolithisch aus dem Rotorblatt (6) herausgeformt ist.Rotor blade according to one of claims 1 to 11, characterized in that the slat ( 20 ) monolithically from the rotor blade ( 6 ) is shaped out. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Längsabschnitts des Rotorblatts (6), an dem ein Vorflügel (20) angeordnet ist, auf der Druckseite (16) in der Nähe der Hinterkante (14) des Rotorblatts (6) eine Gurney-Flap (36) angeordnet ist.Rotor blade according to one of claims 1 to 20, characterized in that within the longitudinal section of the rotor blade ( 6 ), on which a slat ( 20 ) is arranged on the pressure side ( 16 ) near the trailing edge ( 14 ) of the rotor blade ( 6 ) a Gurney flap ( 36 ) is arranged. Rotorblatt nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Gurney-Flap (36) auf dem Kreisprofil des Blattanschlussbereichs (L2) des Rotorblatts (6) so abgeordnet ist, dass die Gurney-Flap (36) etwa diametral zum Vorflügel (20) zu liegen kommt und die Lage des freien Randes der Gurney-Flap (36) dabei eine Position von etwa 120° gegenüber der lokalen effektiven Anströmgeschwindigkeit aufweist.Rotor blade according to claim 21, characterized in that the Gurney flap ( 36 ) on the circular profile of the blade connection area (L 2 ) of the rotor blade ( 6 ) so that the Gurney flap ( 36 ) approximately diametrically to the slat ( 20 ) and the location of the free edge of the Gurney flap ( 36 ) has a position of about 120 ° with respect to the local effective flow velocity. Windkraftanlage mit einem Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) mindestens ein, vorzugsweise drei Rotorblätter (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 22 besitzt.Wind turbine with a rotor, characterized in that the rotor ( 4 ) at least one, preferably three rotor blades ( 6 ) according to one of claims 1 to 22. Windkraftanlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) einen Nabenkörper (5) besitzt und der Vorflügel (20) unter Einhaltung eines geringen Spalts oder mittels einer Dichtung an den Nabenkörper (5) anschließt.Wind turbine according to claim 23, characterized in that the rotor ( 4 ) a hub body ( 5 ) and the slat ( 20 ) while maintaining a small gap or by means of a seal to the hub body ( 5 ). Windkraftanlage nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Ende des Vorflügels (20) den Blattanschluss (10) und teilweise den Nabenkörper (5) überdeckt.Wind turbine according to claim 23 or 24, characterized in that the inner end of the slat ( 20 ) the leaf connection ( 10 ) and partly the hub body ( 5 ) covered. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Ende gerade verläuft oder abgekröpft ist.Wind turbine according to one of the claims 23 to 25, characterized in that the inner end is straight or bent. Windkraftanlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblatt starr an die Nabe anschließt und der Vorflügel mit seinem inneren Ende starr an den Nabenkörper anschließt.Wind power plant according to claim 23, characterized that the rotor blade rigidly connects to the hub and the Slat with its inner end rigidly to the hub body followed.
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