DE102010026588A1

DE102010026588A1 - Windenergieanlagenrotorblatt mit optimierter Hinterkante

Info

Publication number: DE102010026588A1
Application number: DE102010026588A
Authority: DE
Inventors: Gunter Reinald Fischer
Original assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Current assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: DE102010026588B4

Abstract

Windenergieanlagenrotorblatt mit einem aerodynamischen Profil, einer Druckseite, einer Saugseite, einer Vorderkante und einer Hinterkante, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von entlang der Hinterkante nebeneinander angeordneten Hinterkantenergänzungskörpern, die jeweils folgendes aufweisen: • einen Saugseitenabschnitt, der sich von einem vorderen, von der Hinterkante beabstandeten Ausgangspunkt auf der Saugseite bis zu der Hinterkante erstreckt und eine aerodynamisch wirksame Fläche aufweist, die aus der Saugseite hervorsteht, • einen Druckseitenabschnitt, der sich von einem vorderen, von der Hinterkante beabstandeten Ausgangspunkt auf der Druckseite bis zu der Hinterkante erstreckt und eine aerodynamisch wirksame Fläche aufweist, die aus der Druckseite hervorsteht, und • einen Endabschnitt, der hinter der Hinterkante angeordnet ist und den Saugseitenabschnitt und den Druckseitenabschnitt miteinander verbindet, wobei die aerodynamisch wirksamen Oberflächen des Druckseitenabschnitts und des Saugseitenabschnitts fließend in eine aerodynamisch wirksame Oberfläche des Endabschnitts übergehen und der Endabschnitt sich nach hinten verjüngt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Windenergieanlagenrotorblatt mit einem aerodynamischen Profil, einer Druckseite, einer Saugseite, einer Vorderkante und einer Hinterkante. Derartige Rotorblätter werden bei Windenergieanlagen mit einem Rotor mit horizontaler Achse verwendet, wobei der Rotor häufig zwei oder drei Rotorblätter aufweist.
Um die aerodynamischen Eigenschaften derartiger Rotorblätter insbesondere mit Blick auf die Geräuschentwicklung zu verbessern, sind unterschiedliche Maßnahmen bekannt. Die Geräuschentwicklung entsteht vorwiegend als sogenannter Blattspitzenlärm im Bereich der Blattspitze des Rotorblatts und als Hinterkantenlärm im Bereich der Hinterkante des Rotorblatts.
In der Druckschrift EP 1 112 928 A2 geht es allgemein um die Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften unterschiedlicher Profile, genauer um eine Verbesserung des Verhältnisses aus Auftrieb und Widerstand eines solchen Profils. Ausgangspunkt bilden spezielle Profile mit einer sogenannten divergenten Hinterkante oder einer Gurney-Klappe. Bei einer divergenten Hinterkante ist das Flügelprofil in seinem Endquerschnitt dicker als an einer Stelle vor der Hinterkante. Die Saug- und Druckseite des Profils entfernen sich vor Erreichen der Hinterkante wieder voneinander. Hierdurch bzw. durch die aus dem Rennsport bekannten Gurney-Klappen wird der Druck nahe der Hinterkante auf der Druckseite gesteigert. Dadurch erhöht sich der erzielte Auftrieb. Um Probleme im Zusammenhang mit periodischen Strömungsablösungen im Bereich der Gurney-Klappe bzw. der divergenten Hinterkante zu vermeiden, schlägt die Druckschrift vor, auf der Druckseite Einschnitte oder Stege und auf der Saugseite sich bis zur Hinterkante erstreckende Elemente oder Stege vorzusehen. Allen diesen Stegen oder Elementen ist gemein, dass sie an der Hinterkante des Profils bzw. an der Guerney-Klappe enden. Im Falle einer divergenten Hinterkante wird die Hinterkante von einer die Enden der Saug- und Druckseite verbindenden, etwa quer zur Profilsehne stehenden Fläche gebildet. Alternativ ist an noch hinter der divergenten Hinterkante bzw. der Gurney-Klappe und in einem Abstand davon angeordnete Nachlaufkörper gedacht. Die Nachlaufkörper sind über Stege mit dem Profil verbunden und erstrecken sich in Längsrichtung des Flügels.
Aus der Druckschrift DE 10 2008 037 368 A1 ist ein Windenergieanlagenrotorblatt mit einer gezackten Hinterkante bekannt. Die Zacken sind in einer streifenförmigen Platte ausgebildet, die an die Hinterkante des Rotorblatts angesetzt ist. Die Platte und damit auch die Oberflächen der Zacken können gegenüber einer Tangentialebene an die Druckseite leicht abgewinkelt sein.
Eine vergleichbare gezahnte Hinterkantengeometrie ist aus der Druckschrift DE 602 22 079 T2 bekannt. Die streifenförmige Platte ist flexibel ausgebildet, sodass sich der Winkel des gezahnten Teils in Reaktion auf die Luftströmung an der Hinterkante passiv ändern kann.
Aus der Druckschrift DE 10 2006 043 462 A1 ist ein aerodynamisches Bauteil mit einer gewellten Hinterkante bekannt geworden. Die Hinterkante beschreibt eine Zickzacklinie, die in einer im Wesentlichen senkrecht zur Profilsehne verlaufenden Ebene liegt. Die Druck- und die Saugseite gehen unter Ausbildung von im Querschnitt V-förmigen Vertiefungen in die gewellte Hinterkante über.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Windenergieanlagenrotorblatt mit verbesserten aerodynamischen Eigenschaften, insbesondere reduziertem Hinterkantenlärm, zur Verfügung zu stellen. Das Windenergieanlagenrotorblatt soll einfach herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Windenergieanlagenrotorblatt mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den sich anschließenden Unteransprüchen angegeben.
Das Windenergieanlagenrotorblatt hat ein aerodynamisches Profil, eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante sowie eine Vielzahl von entlang der Hinterkante nebeneinander angeordneten Hinterkantenergänzungskörpern, die jeweils folgendes aufweisen:

• einen Saugseitenabschnitt, der sich in von einem vorderen, von der Hinterkante beabstandeten Ausgangspunkt auf der Saugseite bis zu der Hinterkante erstreckt und eine aerodynamisch wirksame Fläche aufweist, die aus der Saugseite hervorsteht,
• einen Druckseitenabschnitt, der sich in von einem vorderen, von der Hinterkante beabstandeten Ausgangspunkt auf der Druckseite bis zu der Hinterkante erstreckt und eine aerodynamisch wirksame Fläche aufweist, die aus der Druckseite hervorsteht, und
• einen Endabschnitt, der hinter der Hinterkante angeordnet ist und den Saugseitenabschnitt und den Druckseitenabschnitt miteinander verbindet, wobei die aerodynamisch wirksamen Oberflächen des Druckseitenabschnitts und des Saugseitenabschnitts fließend in eine aerodynamisch wirksame Oberfläche des Endabschnitts übergehen und der Endabschnitt sich nach hinten verjüngt.

Das aerodynamische Profil des Windenergieanlagenrotorblatts kann symmetrisch oder asymmetrisch sein. Es kann beispielsweise einem herkömmlichen Tragflächenprofil, das auch im Flugzeugbau Verwendung findet, gleichen. Die Druckseite kann in einem vorderen Abschnitt konvex oder in einem hinteren Abschnitt konkav ausgebildet sein. Die Hinterkante ist diejenige Kante des Rotorblatts, in der die Druckseite und die Saugseite zusammenlaufen. Die Vorderkante wird von denjenigen Punkten des aerodynamischen Profils gebildet, die einen maximalen Abstand von der Hinterkante aufweisen.
Abgesehen von den Hinterkantenergänzungskörpern kann das Windenergieanlagenrotorblatt eine übliche Geometrie aufweisen. Soweit von der Hinterkante des Rotorblatts die Rede ist, ist damit die Hinterkante des Rotorblatts ohne die Hinterkantenergänzungskörper gemeint. Es versteht sich, dass die am weitesten hinten befindlichen Kanten des Rotorblatts zum Teil von den Hinterkantenergänzungskörpern gebildet werden, die nach hinten über die Hinterkante des Rotorblatts ohne Hinterkantenergänzungskörper überstehen. Die Richtungsangaben vorn und hinten beziehen sich jetzt und im Folgenden stets auf die Richtung einer Profilsehne, deren vorderes Ende einen Punkt der Vorderkante und deren hinteres Ende einen Punkt der Hinterkante bildet. Das aerodynamische Profil wird im Betrieb des Rotorblatts im Wesentlichen von vorn nach hinten, von der Vorderkante zur Hinterkante, umströmt.
Der Saugseitenabschnitt beginnt an einem vorderen Ausgangspunkt auf der Saugseite. Dieser Ausgangspunkt befindet sich in einem Abstand von der Hinterkante. Von dort aus erstreckt sich der Saugseitenabschnitt nach hinten bis zu der Hinterkante, wo er in den Endabschnitt des Hinterkantenergänzungskörpers übergeht. Die Unterteilung des Hinterkantenergänzungskörpers in einen Saugseitenabschnitt, einen Druckseitenabschnitt und einen Endabschnitt ist lediglich gedanklicher Natur. Die drei Abschnitte können insbesondere von einem einteiligen Werkstück gebildet sein. Mit der aerodynamisch wirksamen Fläche des Saugseitenabschnitts ist ebenso wie bei weiteren aerodynamisch wirksamen Flächen stets eine Oberfläche des betreffenden Körpers gemeint, die der umströmenden Luft ausgesetzt ist.
Die aerodynamisch wirksame Fläche des Saugseitenabschnitts steht aus der Saugseite des Rotorblatts hervor. Dabei ist mit dem Begriff Saugseite, ebenso wie im Folgenden mit dem Begriff Druckseite, stets eine Oberfläche des Windenergieanlagenrotorblatts ohne Hinterkantenergänzungskörper gemeint. Die Saugseite ist im Bereich der Hinterkante im Wesentlichen eben. Sie kann im Verlauf des aerodynamischen Profils eine leichte Krümmung aufweisen. Aus dieser im Wesentlichen ebenen Fläche steht die aerodynamisch wirksame Fläche des Saugseitenabschnitts hervor, d. h. sie bildet gegenüber der Saugseite eine Erhebung.
Der Druckseitenabschnitt beginnt ebenfalls an einem vorderen Ausgangspunkt in einem Abstand von der Hinterkante des Windenergieanlagenrotorblatts, jedoch auf der Druckseite. Der Druckseitenabschnitt erstreckt sich nach hinten bis zur Hinterkante und weist eine aerodynamisch wirksame Fläche auf, die aus der Druckseite hervorsteht. Mit anderen Worten bildet die der umströmenden Luft ausgesetzte Oberfläche des Druckseitenabschnitts eine Erhebung relativ zur Druckseite des Windenergieanlagenrotorblatts ohne Hinterkantenergänzungskörper.
Nach hinten an den Saugseitenabschnitt und den Druckseitenabschnitt schließt sich ein Endabschnitt an, der in Umströmungsrichtung hinter der Hinterkante angeordnet ist. Der Endabschnitt steht nach hinten über die Hinterkante über. Er verbindet den Saugseitenabschnitt und den Druckseitenabschnitt miteinander. Die aerodynamisch wirksamen Oberflächen des Druckseitenabschnitts und des Saugseitenabschnitts gehen fließend in die aerodynamisch wirksame Oberfläche des Endabschnitts über, d. h. ohne Ausbildung von Kanten oder Sprüngen. Die genannten Flächen gehen krümmungsstetig, d. h. in mathematischem Sinne stetig und stetig differenzierbar, ineinander über. Der Endabschnitt verjüngt sich nach hinten.
Bei der Hinterkante handelt es sich um eine konvergente Hinterkante, bei der Druckseite und Saugseite aufeinander zulaufen. Bei einer sogenannten dünnen Hinterkante beträgt die Dicke der Hinterkante wenige Millimeter oder weniger und ist im Wesentlichen so dünn ausgeführt, wie es die Festigkeitserfordernisse erlauben. Alternativ kann es sich um eine dicke Hinterkante handeln, bei der an der Hinterkante eine im Wesentlichen orthogonal zur Profilsehne ausgerichtete, rückwärtige Fläche mit einer Höhe von beispielsweise 1% der Profildicke oder mehr ausgebildet ist. Auch eine dicke Hinterkante kann mit den erfindungsgemäßen Hinterkantenergänzungskörpern ausgerüstet sein, wobei sich dann der Endabschnitt über die Höhe der dicken Hinterkante erstreckt.
Durch die erfindungsgemäß ausgestalteten Hinterkantenergänzungskörper kann der an der Hinterkante des Rotorblatts entstehende Lärm deutlich reduziert werden. Hierfür sind mutmaßlich zwei Effekte entscheidend. Zum einen verhindern die Hinterkantenergänzungskörper die Ausbildung von Querströmungen an der Hinterkante und geben eine maximale Größe von Wirbelstrukturen vor, die sich an der Hinterkante ausbilden können. Zum anderen führen sie selbst bei weitgehend laminarer Anströmung zu einem Übergang zwischen laminarer und turbulenter Strömung in einem definierten Bereich vor der Hinterkante. Hierdurch und durch die „Auflösung” der Hinterkante von einer geraden Linie in eine dreidimensionale Struktur wird die Lärm verursachende Interaktion einer laminaren Strömung mit einer „festen” Hinterkante vermieden.
Bei der Erfindung können die beiden genannten Effekte wirksam werden, ohne dass die Strömungsverhältnisse am Rotorblatt im Übrigen nennenswert beeinträchtigt werden. Grund hierfür ist die nach vorn und hinten zusammenlaufende bzw. sich verjüngende Geometrie der Hinterkantenergänzungskörper. Nach vorn laufen sowohl der Druckseitenabschnitt als auch der Saugseitenabschnitt jeweils in einem vorderen Ausgangspunkt aus. In diesem Bereich bildet sich bei der Umströmung kein Staupunkt, sondern die Strömung kann seitlich entlang der aerodynamisch wirksamen Oberflächen von Druckseitenabschnitt und Saugseitenabschnitt strömen. Der hinter der Hinterkante angeordnete Endabschnitt verjüngt sich, sodass auch hier ein aerodynamisch weitgehend verlustfreies Umströmen der Hinterkantenergänzungskörper möglich ist.
Von den Hinterkantenergänzungskörpern ist eine Vielzahl entlang der Hinterkante ausgebildet. Dabei kann die gesamte Hinterkante des Rotorblatts mit Hinterkantenergänzungskörpern versehen sein. Möglich ist auch ein nur abschnittsweiser Einsatz der Hinterkantenergänzungskörper in einem bestimmten Abschnitt der Hinterkante, etwa ausschließlich in einem blattspitzennahen Bereich oder unter Aussparung eines solchen Bereichs.
In einer Ausgestaltung laufen aerodynamisch wirksame Oberflächen des Endabschnitts an einem hinteren Endpunkt des Endabschnitts unter Ausbildung eines spitzen Winkels zusammen. Bei den aerodynamisch wirksamen Oberflächen kann es sich um beliebige Teilflächen der Oberfläche des Endabschnitts handeln, beispielsweise um seitlich gegenüberliegende Teilflächen oder im Wesentlichen parallel zur Druckseite bzw. zur Saugseite verlaufenden Teilflächen. Die zusammenlaufenden Flächen können eben oder gekrümmt sein, beispielsweise konvex oder konkav gekrümmt. Sie können auch in mehreren Richtungen gekrümmt sein, beispielsweise zweifach konvex gekrümmt. Das spitzwinklige Zusammenlaufen ermöglicht eine besonders verlustarme Umströmung des Endabschnitts.
In einer Ausgestaltung laufen die aerodynamisch wirksamen Oberflächen des Endabschnitts unter Ausbildung eines spitzen Winkels zu einer Endkante zusammen. In dieser Ausgestaltung endet der Endabschnitt hinten in einer Endkante. Die Endkante kann beispielsweise parallel zur Hinterkante oder orthogonal dazu angeordnet sein. Abhängig insbesondere von der Profildicke und der Dicke der Hinterkante kann mit Hilfe einer Endkante ein verlustarmes Umströmen der Hinterkantenergänzungskörper mit relativ kurzen Endabschnitten und unter Vermeidung zu starker Krümmungen der zusammenlaufenden Oberflächen erzielt werden.
In einer Ausgestaltung laufen die aerodynamisch wirksamen Oberflächen des Endabschnitts unter Ausbildung eines spitzen Winkels zu einem Endpunkt zusammen. Dadurch kann unter Umständen der Ausbildung zusätzlicher Verwirbelungen am hinteren Ende des Endabschnitts entgegengewirkt werden.
In einer Ausgestaltung liegen der vordere Ausgangspunkt des Saugseitenabschnitts und der vordere Ausgangspunkt des Druckseitenabschnitts eines Hinterkantenergänzungskörpers einander gegenüber. Die beiden Ausgangspunkte befinden sich dann in einem im Wesentlichen gleichen Abstand von der Hinterkante. Grundsätzlich können die Saugseitenabschnitte länger als die Druckseitenabschnitte ausgebildet sein oder umgekehrt. Die vorderen Ausgangspunkte des Saugseitenabschnitts und des Druckseitenabschnitts können auch in Längsrichtung des Rotorblatts versetzt angeordnet sein. Für die hier angestrebten Effekte hat sich jedoch eine gegenüberliegende Anordnung als sinnvoll erwiesen.
In einer Ausgestaltung beträgt die Länge der Hinterkantenergänzungskörper zwischen 1% und 10% der Profiltiefe des Rotorblatts. Die Länge wird dabei, ebenso wie bei der nachfolgenden Betrachtung der Länge der Endabschnitte, in Richtung der Profilsehne gemessen. Beispielsweise können die Hinterkantenergänzungskörper bei einem Rotorblatt mit einer Länge von 40 m bis 50 m und einer üblichen Profiltiefe eine Länge im Bereich von 3 cm bis 10 cm aufweisen, insbesondere von etwa 5 cm.
Eine Länge im genannten Bereich ist für die angestrebten Effekte ausreichend und führt nur zu einer geringfügigen Beeinflussung der Leistung des Rotorblatts.
In einer Ausgestaltung beträgt die Länge der Endabschnitte in Umströmungsrichtung zwischen 5% und 20% der Länge der zugehörigen Hinterkantenergänzungskörper. Beispielsweise können die Endabschnitte eine Länge von etwa 1 cm aufweisen. Die genannten, relativ kleinen Abmessungen der Hinterkantenergänzungskörper und der Endabschnitte führen, soweit es noch zu einer periodischen Ablösung von Wirbeln kommt, zu einer relativ hochfrequenten Schallemission. Diese wird als weniger störend empfunden bzw. ist nicht mehr hörbar.
In einer Ausgestaltung ist der Querschnitt eines Saugseitenabschnitts und/oder der Querschnitt eines Druckseitenabschnitts an der Hinterkante in Richtung der Hinterkante größer als orthogonal dazu. Der betrachtete Querschnitt steht dabei senkrecht auf die Umströmungsrichtung bzw. auf die Profilsehne. Mit anderen Worten sind der Saugseitenabschnitt und/oder der Druckseitenabschnitt breiter als hoch ausgebildet. Eine relativ flache Ausbildung der Hinterkantenergänzungskörper hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.
In einer Ausgestaltung ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Hinterkantenergänzungskörpern kleiner als die Breite jedes der beiden angrenzenden Hinterkantenergänzungskörper. Beispielsweise kann der Abstand ungefähr 50% der Breite eines angrenzenden Hinterkantenergänzungskörpers betragen. Bei dieser relativ eng benachbarten Anordnung der Hinterkantenergänzungskörper werden Querströmungen und damit einhergehende Verwirbelungen insbesondere im Blattspitzenbereich besonders wirksam verhindert.
In einer Ausgestaltung ist der Querschnitt des Saugseitenabschnitts und/oder der Querschnitt des Druckseitenabschnitts dreieckig, trapez- oder halbkreisförmig. Dabei ist die Basis des Dreiecks, die längere Parallelseite des Trapezes oder der Durchmesser des Halbkreises an die Oberfläche der Saug- bzw. Druckseite angrenzend ausgebildet.
In einer Ausgestaltung sind die Hinterkantenergänzungskörper mit dem Rotorblatt verklebt. Grundsätzlich können sie auch einteilig mit dem Rotorblatt gefertigt sein. Hierzu können beispielsweise Vertiefungen in den Formen für die Herstellung von Ober- und Unterschalen des Rotorblatts, insbesondere im Laminierverfahren mit faserverstärktem Kunststoff, ausgebildet sein. Bei einem Verkleben mit dem Rotorblatt können bestehende Rotorblätter einfach nachgerüstet werden bzw. bei der Fertigung neuer Rotorblätter können die bestehenden Fertigungsformen weiter verwendet werden. Die Hinterkantenergänzungskörper können insbesondere einteilig vorgefertigt sein, sodass sie einfach mit einer Hinterkante verklebt werden können.
In einer Ausgestaltung bestehen die Hinterkantenergänzungskörper aus einem verformbaren Material. Das verformbare Material kann beispielsweise ein Silikon aufweisen. Es kann auch Gummi oder ein thermoplastisches Elastomer verwendet werden. Die Verformbarkeit des Materials soll so ausgeprägt sein, dass im Bereich der Hinterkante auftretende Druckschwankungen weiter reduziert werden. Insbesondere bei turbulenter Umströmung wirken die Druckschwankungen mit den aerodynamisch wirksamen Flächen des Hinterkantenergänzungskörpers unter Verformung derselben zusammen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Rotorblatt in einer perspektivischen Ansicht,
2 einen Ausschnitt der Hinterkante des Rotorblatts aus 1 in einer perspektivischen Ansicht,
3 einen Querschnitt durch das Rotorblatt aus 1 in einer orthogonal zur Profilsehne verlaufenden Ebene nahe der Hinterkante,
4 einen Ausschnitt des Rotorblatts aus 1 in einer Draufsicht auf die Saugseite,
5 einen Querschnitt des Rotorblatts aus 1 in der in der 4 mit A-A bezeichneten Ebene,
6 einen Querschnitt durch ein anderes Windenergieanlagenrotorblatt in einer der 3 entsprechenden Ansicht,
7 einen Ausschnitt des Rotorblatts aus 6 in einer Draufsicht auf die Saugseite,
8 einen Querschnitt durch das Rotorblatt aus 6 in der in der 7 mit B-B bezeichneten Ebene.
Es werden für alle Ausführungsbeispiele für sich entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt ein Windenergieanlagenrotorblatt 1 in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung. Das Rotorblatt weist eine Vorderkante 10 und eine Hinterkante 12 auf. Die Saugseite 14 befindet sich in der 1 oben, die Druckseite 16 unten, sodass sie in der 1 nicht sichtbar ist. Einer gedachten Rotorachse zugewandt ist die Blattwurzel 18 des Rotorblatts. Sie ist im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet und kann einen Befestigungsflansch aufweisen. Ausgehend vom kreisförmigen Querschnitt an der Blattwurzel 18 geht der Querschnitt des Rotorblatts in Richtung zu der Blattspitze 20 hin in ein aerodynamisches Profil über, dessen Profiltiefe zur Blattspitze 20 hin abnimmt. Über einen Abschnitt der Hinterkante 12, der in einem Abstand von der Blattwurzel 18 von beispielsweise einigen Meter beginnt und sich bis nahe an die Blattspitze 20 oder bis zur Blattspitze 20 erstreckt, sind eng benachbart Hinterkantenergänzungskörper 22 nebeneinander angeordnet. Ein blattwurzelnaher Bereich des Rotorblatts weist keine Hinterkantenergänzungskörper 22 auf.
Die sich im Betrieb einstellende Umströmungsrichtung 24 ist ebenfalls in 1 eingezeichnet. Sie verläuft auf kürzestem Weg von der Vorderkante 10 zur Hinterkante 12, im Wesentlichen in Richtung einer nicht eingezeichneten Profilsehne.
In der Vergrößerung der 2 ist die Hinterkante 12 des Rotorblatts mit den Hinterkantenergänzungskörpern 22 besser erkennbar. Die Hinterkante 12 wird ohne Berücksichtigung der Hinterkantenergänzungskörper 22 im Wesentlichen von einer geraden bzw. leicht gekrümmten Linie gebildet. Am vorderen Rand der 2 ist das typische Aufeinanderzulaufen von Saugseite 14 und Druckseite 16 an der Hinterkante 12 gut erkennbar.
Jeder Hinterkantenergänzungskörper 22 hat einen Saugseitenabschnitt 26, der sich ausgehend von einem vorderen Ausgangspunkt 28, der sich in einem Abstand von der Hinterkante 12 auf der Saugseite befindet, in Umströmungsrichtung nach hinten bis an die Hinterkante 12 heran erstreckt. Die aerodynamisch wirksame Fläche des Saugseitenabschnitts 26 wird von zwei unter einem Winkel zueinander angeordneten Teilflächen 30, 32 gebildet. Beide Teilflächen 30, 32 stehen aus der Saugseite 14 des Rotorblatts hervor. Nach hinten gehen die aerodynamisch wirksamen Teilflächen 30, 32 des Saugseitenabschnitts 26 fließend, ohne Sprünge oder Kanten, in Teilflächen 34, 36 der aerodynamisch wirksamen Oberfläche des Endabschnitts 38 über.
Der Endabschnitt 38 beginnt an der Hinterkante 12 und erstreckt sich nach hinten bis zu einem Endpunkt 40, in dem die Teilflächen 34, 36 unter Ausbildung eines spitzen Winkels zusammenlaufen. Die Teilflächen 34, 36 erstrecken sich in der 2 nach unten über die von der Hinterkante 12 und der Profilsehne definierte Ebene hinaus. Dort gehen sie nach vorn fließend in aerodynamisch wirksame Flächen eines in der Figur fast vollständig verdeckten Druckseitenabschnitts 42 über.
Wie in der 2 erkennbar, sind die Hinterkantenergänzungskörper 22 eng benachbart nebeneinander ausgebildet, wobei zwischen den Hinterkantenergänzungskörpern 22 sowohl im Bereich der Hinterkante 12 als auch auf der Saugseite 14 und der Druckseite 16 jeweils Freiräume 44 verbleiben.
3 zeigt einen Querschnitt durch das Rotorblatt aus 1 in einer Ebene, die orthogonal zur Profilsehne ausgerichtet ist. Die Schnittebene befindet sich in einem Abstand von wenigen Zentimetern von der Hinterkante 12. In der Figur erkennbar sind die Druckseite 14 und die Saugseite 16. Zwischen den beiden befindet sich ein Abstand von einigen Millimeter bis wenigen Zentimetern, der der Profildicke in der Querschnittsebene entspricht.
Beispielhaft dargestellt sind ein Saugseitenabschnitt 26 und ein Druckseitenabschnitt 42. Beide weisen einen dreieckigen Querschnitt auf, wobei die Dreiecke gleichschenklig sind und die Grundseite der Dreiecke an die Saugseite 14 bzw. an die Druckseite 16 angrenzen. Im gezeigten Querschnitt ist die Grundseite des Dreiecks, die in Richtung der Hinterkante verläuft, länger als die senkrecht dazu verlaufende Höhe des Querschnitts. Mit anderen Worten sind der Saugseitenabschnitt 26 und der Druckseitenabschnitt 42 im Querschnitt jeweils breiter als hoch.
4 zeigt eine Draufsicht auf die Hinterkantenergänzungskörper 22 der 1 bis 3. Gut erkennbar ist das spitze Zusammenlaufen der Saugseitenabschnitte in ihrem vorderen Ausgangspunkt 28 und das Zusammenlaufen der aerodynamisch wirksamen Seitenflächen 34, 36 des Endabschnitts 38 unter Ausbildung eines spitzen Winkels 46 zwischen den beiden gestrichelt eingezeichneten Linien.
Im unteren Teil der Figur ist die gedankliche Trennung zwischen Saugseitenabschnitt 26 und Endabschnitt 38 durch eine punktierte Linie, die im Bereich der Hinterkante 12 verläuft, angedeutet.
Weiterhin dargestellt ist der Abstand 44 zwischen den beiden dargestellten benachbarten Hinterkantenergänzungskörpern 22. Der Abstand 44 ist kleiner als die Breite 48 eines Hinterkantenergänzungskörpers 22.
5 zeigt eine Querschnittsansicht durch das Windenergieanlagenrotorblatt der 1 bis 4 entlang der in 4 mit A-A bezeichneten Linie. Man erkennt Saugseite 14 und Druckseite 16 des Rotorblatts sowie den in der Querschnittsebene befindlichen, von Saugseitenabschnitt 26, Druckseitenabschnitt 42 und Endabschnitt 38 gebildeten Hinterkantenergänzungskörper 22. Die gedankliche Trennung in die drei Abschnitte ist wiederum durch eine punktierte Linie angedeutet, die senkrecht zu einer nicht eingezeichneten Profilsehne verläuft. Ebenfalls gut erkennbar ist das spitze Zusammenlaufen des Saugseitenabschnitts 26 vorn in einem vorderen Ausgangspunkt 28, des Druckseitenabschnitts 42 vorn in einem vorderen Ausgangspunkt 50 sowie des Endabschnitts 38 in dem Endpunkt 40. Die Länge des Endabschnitts 38 in Richtung der Profilsehne beträgt im Beispiel ungefähr 1 cm.
Eine Ansicht des Windenergieanlagenrotorblatts der 1 bis 5 von unten, d. h. auf die Druckseite 16, ist nicht dargestellt. Die in dieser Ansicht sichtbaren Druckseitenabschnitte 42 gleichen in einer solchen Draufsicht den in 4 dargestellten Saugseitenabschnitten 26. Es ist auch ein der Ansicht der 4 entsprechender Abstand zwischen zwei benachbarten Druckseitenabschnitten 42 vorgesehen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird anhand der 6 bis 8 erläutert. 6 zeigt einen Querschnitt in einer der 3 entsprechenden Ebene. Erkennbar sind Saugseite 14 und Druckseite 16 eines Rotorblatts mit einem angrenzenden Saugseitenabschnitt 26 und einem angrenzenden Druckseitenabschnitt 42. Der Saugseitenabschnitt 26 und der Druckseitenabschnitt 42 sind jeweils im Querschnitt halbkreisförmig. Der Durchmesser des Halbkreises des Saugseitenabschnitts 26 grenzt an die Saugseite 14 an und der Durchmesser des Halbkreises des Druckseitenabschnitts 42 grenzt an die Druckseite 16 an.
7 zeigt eine Draufsicht auf die Saugseite 14 des Ausführungsbeispiels aus 6. Der dargestellte Saugseitenabschnitt 26 läuft nach vom spitz zu einem vorderen Ausgangspunkt 28 zusammen, wobei der Saugseitenabschnitt 26 überall einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist. An den Saugseitenabschnitt 26 schließt sich nach hinten ein Endabschnitt 38 mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt an, der sich nach hinten bis zu einem Endpunkt 40 verjüngt. Dabei bildet der Endabschnitt einen spitzen Winkel aus, der durch die gestrichelten Linien verdeutlicht wird. Auch bei dieser Ausgestaltung befindet sich der Endabschnitt 38 hinter der Hinterkante 12 des Rotorblatts.
In der 8 ist ein Querschnitt in der in 7 mit B-B bezeichneten Ebene dargestellt. Das Rotorblatt weist eine Saugseite 14 und eine Druckseite 16 auf, zwischen denen eine dicke Hinterkante 52 ausgebildet ist. Der Endabschnitt 38 erstreckt sich über die Höhe der dicken Hinterkante 52, wobei der Querschnitt des Endabschnitts 38 im an die dicke Hinterkante 52 angrenzenden Bereich einen rechteckigen Abschnitt aufweist. Ober- und unterhalb des Rechtecks schließen sich die halbkreisförmigen Querschnitte, die in die hinteren Enden des Saugseitenabschnitts 26 und des Druckseitenabschnitts 42 übergehen, an. In der Schnittebene der 8 gehen die äußeren Konturen des Saugseitenabschnitts 26 und des Druckseitenabschnitts 42 unter Ausbildung einer Rundung, nicht eines spitzen Winkels, ineinander über.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1112928 A2 [0003]
DE 102008037368 A1 [0004]
DE 60222079 T2 [0005]
DE 102006043462 A1 [0006]

Claims

Windenergieanlagenrotorblatt (1) mit einem aerodynamischen Profil, einer Druckseite (16), einer Saugseite (14), einer Vorderkante (10) und einer Hinterkante (12), gekennzeichnet durch eine Vielzahl von entlang der Hinterkante (12) nebeneinander angeordneten Hinterkantenergänzungskörpern (22), die jeweils folgendes aufweisen: • einen Saugseitenabschnitt (26), der sich von einem vorderen, von der Hinterkante (12) beabstandeten Ausgangspunkt (28) auf der Saugseite (14) bis zu der Hinterkante (12) erstreckt und eine aerodynamisch wirksame Fläche aufweist, die aus der Saugseite (14) hervorsteht, • einen Druckseitenabschnitt (42), der sich von einem vorderen, von der Hinterkante (12) beabstandeten Ausgangspunkt (50) auf der Druckseite (16) bis zu der Hinterkante (12) erstreckt und eine aerodynamisch wirksame Fläche aufweist, die aus der Druckseite (16) hervorsteht, und • einen Endabschnitt (38), der hinter der Hinterkante (12) angeordnet ist und den Saugseitenabschnitt (26) und den Druckseitenabschnitt (42) miteinander verbindet, wobei die aerodynamisch wirksamen Oberflächen des Druckseitenabschnitts (42) und des Saugseitenabschnitts (26) fließend in eine aerodynamisch wirksame Oberfläche des Endabschnitts (38) übergehen und der Endabschnitt (38) sich nach hinten verjüngt.
Windenergieanlagenrotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aerodynamisch wirksame Oberflächen (34, 36) des Endabschnitts (38) an einem hinteren Endpunkt (40) des Endabschnitts (38) unter Ausbildung eines spitzen Winkels (46) zusammenlaufen.
Windenergieanlagenrotorblatt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aerodynamisch wirksamen Oberflächen (34, 36) des Endabschnitts (38) unter Ausbildung eines spitzen Winkels (46) zu einer Endkante zusammenlaufen.
Windenergieanlagenrotorblatt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aerodynamisch wirksamen Oberflächen (34, 36) des Endabschnitts (38) unter Ausbildung eines spitzen Winkels (46) zu einem Endpunkt (40) zusammenlaufen.
Windenergieanlagenrotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Ausgangspunkt (28) des Saugseitenabschnitts (26) und der vordere Ausgangspunkt (50) des Druckseitenabschnitts (42) einander gegenüberliegen.
Windenergieanlagenrotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Hinterkantenergänzungskörper (22) zwischen 1% und 10% der Profiltiefe des Rotorblatts beträgt.
Windenergieanlagenrotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge eines Endabschabschnitts zwischen 5% und 20% der Länge des zugehörigen Hinterkantenergänzungskörpers (22) beträgt.
Windenergieanlagenrotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Saugseitenabschnitts (26) und/oder der Querschnitt des Druckseitenabschnitts (42) an der Hinterkante (12) in Richtung der Hinterkante (12) größer ist als orthogonal dazu.
Windenergieanlagenrotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (46) zwischen zwei benachbarten Hinterkantenergänzungskörpern (22) kleiner ist als die Breite (48) jedes der beiden angrenzenden Hinterkantenergänzungskörper (22).
Windenergieanlagenrotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Saugseitenabschnitts (26) und/oder der Querschnitt des Druckseitenabschnitts (42) dreieckig, trapez- oder halbkreisförmig ist.
Windenergieanlagenrotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterkantenergänzungskörper (22) mit dem Rotorblatt (1) verklebt sind.
Windenergieanlagenrotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterkantenergänzungskörper (22) aus einem verformbaren Material bestehen.