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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Offenlegung betrifft allgemein Windkraftanlagen-Rotorblätter, und insbesondere auf den Rotorblättern ausgebildete Lärmminderer.
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Hintergrund der Erfindung
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Windkraft wird als eine der saubersten, umweltfreundlichsten der derzeit zur Verfügung stehenden Energiequellen betrachtet, und Windkraftanlagen haben diesbezüglich erhöhte Aufmerksamkeit gefunden. Eine moderne Windkraftanlage enthält typischerweise einen Turm, einen Generator, ein Getriebe, eine Gondel und ein oder mehrere Rotorblätter. Die Rotorblätter gewinnen kinetische Energie des Windes unter Anwendung bekannter Flügelprinzipien und übertragen die kinetische Energie über Rotationsenergie, um eine Welle zu drehen, die die Rotorblätter mit einem Getriebe, oder wenn kein Getriebe verwendet wird, direkt mit dem Generator verbindet. Der Generator wandelt dann die mechanische Energie in elektrische Energie um, die an ein Stromversorgungsnetz geliefert werden kann.
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In vielen Fällen werden verschiedenen Komponenten an den Rotorblättern von Windkraftanlagen befestigt, um verschiedene Funktionen während des Betriebs der Windkraftanlagen auszuführen. Diese Komponenten werden häufig in der Nähe der Hinterkanten der Rotorblätter befestigt. Beispielsweise können Lärmminderer in der Nähe der Hinterkanten der Rotorblätter angebracht werden, um den Lärm zu mindern und den Wirkungsgrad in Verbindung mit den Rotorblättern zu steigern. Jedoch haben typische herkömmliche Lärmminderer eine Vielfalt von Nachteilen und es kann sein, dass sie den Lärm in Verbindung mit typischen Rotorblättern nicht angemessen verringern. Beispielsweise enthalten viele derzeit bekannte Lärmminderer mehrere Zacken. Jedoch kann jede Zacke über die gesamte Breite der Zacke eine konstante Steifigkeit haben. Diese konstante Steifigkeit kann verhindern, dass sich die Zacke in Bezug auf die Windströmung angemessen entlang des Lärmminderers biegt. Somit können die Lärmminderungseigenschaften dieser herkömmlichen Lärmminderer eingeschränkt sein.
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Somit wäre ein verbesserter Lärmminderer für ein Rotorblatt erwünscht. Beispielsweise wäre ein Lärmminderer mit verbesserten Lärmminderungseigenschaften vorteilhaft. Insbesondere wäre ein Lärmminderer mit Lärmminderungsvorrichtungen erwünscht, die ein verbessertes Reaktionsvermögen auf die Windströmung über den Lärmminderer haben.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Aspekte und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der nachstehenden Beschreibung dargestellt oder können aus der Beschreibung ersichtlich sein oder durch die praktische Ausführung der Erfindung erkannt werden.
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In einer Ausführungsform wird eine Rotorblattanordnung für eine Windkraftanlage offengelegt. Die Rotorblattanordnung enthält ein Rotorblatt mit Oberflächen, die eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante definieren, die sich zwischen einer Spitze und einem Fuß erstrecken. Die Rotorblattanordnung enthält ferner einen auf einer Oberfläche des Rotorblattes ausgebildeten Lärmminderer. Der Lärmminderer enthält mehrere Verstärkungselemente und mehrere Lärmminderungsvorrichtungen. Jedes von den mehreren Verstärkungselementen erstreckt sich in Bezug auf das Rotorblatt nach außen. Jede von den mehreren Lärmminderungsvorrichtungen ist mit einem von den mehreren Verstärkungselementen verbunden und definiert eine Breite. Jedes von den mehreren Verstärkungselementen bewirkt, dass die damit verbundene Lärmminderungsvorrichtung eine variable Steifigkeit über wenigstens einen Teil der Breite der damit verbundenen Lärmverringerungsvorrichtung hat.
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Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verständlich. Die beigefügten Zeichnungen, welche in dieser Patentschrift enthalten sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Eine vollständige und grundlegende Offenlegung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsart, die an den Fachmann gerichtet ist, wird nachstehend in der Patentschrift unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Windkraftanlage der vorliegenden Offenlegung ist;
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2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Rotorblattanordnung der vorliegenden Offenlegung ist;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Lärmminderes einer Rotorblattanordnung der vorliegenden Offenlegung ist;
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4 eine Querschnittsansicht entlang den Linien 4-4 von 3 von einer Ausführungsform eines Lärmminderers der vorliegenden Offenlegung ist;
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5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Lärmminderes der vorliegenden Offenlegung ist;
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6 eine Querschnittsansicht entlang den Linien 6-6 von 5 von einer Ausführungsform eines Lärmminderers der vorliegenden Offenlegung ist;
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7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Lärmminderes der vorliegenden Offenlegung ist;
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8 eine Querschnittsansicht entlang den Linien 8-8 von 7 von einer Ausführungsform eines Lärmminderers der vorliegenden Offenlegung ist;
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9 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Lärmminderes der vorliegenden Offenlegung ist;
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10 eine Querschnittsansicht entlang den Linien 10-10 von 7 von einer Ausführungsform eines Lärmminderers der vorliegenden Offenlegung ist;
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11 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Lärmminderes der vorliegenden Offenlegung ist;
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Es wird nun detailliert Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung genommen, wovon ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen dargestellt sind. Jedes Beispiel wird im Rahmen einer Erläuterung der Erfindung und nicht einer Einschränkung der Erfindung bereitgestellt. Tatsächlich dürfte es für den Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Varianten in der vorliegenden Erfindung ohne Abweichung von dem Schutzumfang oder dem Erfindungsgedanken der Erfindung vorgenommen werden können. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte und beschriebene Merkmale bei einer weiteren Ausführungsform genutzt werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Somit soll die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Varianten abdecken, soweit sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.
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1 stellte eine Windkraftanlage 10 herkömmlichen Aufbaus dar. Die Windkraftanlage 10 enthält einen Turm 12 mit einer daran befestigten Gondel 16. Mehrere Rotorblätter 16 sind an einer Rotornabe 18 befestigt, welche wiederum an einem Hauptflansch befestigt ist, der eine Hauptrotorwelle dreht. Die Energieerzeugungs- und Steuerkomponenten der Windkraftanlage sind in der Gondel 14 untergebracht. Die Ansicht von 1 ist für nur für Veranschaulichungszwecke vorgesehen, um die vorliegende Erfindung in ein exemplarisches Anwendungsumfeld zu stellen. Es dürfte erkennbar sein, dass die Erfindung auf keinerlei speziellen Typ einer Windkraftanlage beschränkt ist.
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Bezüglich 2 kann ein Rotorblatt 16 gemäß der vorliegenden Offenlegung eine Druckseite 22 und eine Saugseite 24 (siehe 3 bis 11) definierende Oberflächen haben, die sich zwischen einer Vorderkante 26 und einer Hinterkante 28 erstrecken, und sich von einer Blattspitze 32 zu einem Blattfuß 34 erstrecken können.
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In einigen Ausführungsformen kann das Rotorblatt 16 mehrere einzelne Blattsegmente enthalten, die in einer Ende-an-Ende-Reihenfolge von der Blattspitze 32 zu dem Blattfuß 34 ausgerichtet sind. Jedes von den einzelnen Blattsegmenten kann einzigartig ausgelegt sein, sodass die mehreren Blattsegmente ein vollständiges Rotorblatt 16 mit einem ausgelegten aerodynamischen Profil, Länge und anderen gewünschten Eigenschaften definieren. Beispielsweise kann jedes von den Blattsegmenten ein aerodynamisches Profil haben, das dem aerodynamischen Profil benachbarter Blattsegmente entspricht. Somit können die aerodynamischen Profile der Blattsegmente ein zusammenhängendes Profil des Rotorblattes 16 definieren. Alternativ kann das Rotorblatt 16 als ein einzelnes einteiliges Blatt mit dem ausgelegten aerodynamischen Profil, der Länge und anderen gewünschten Eigenschaften ausgelegt sein.
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Das Rotorblatt 16 kann in exemplarischen Ausführungsformen gekrümmt sein. Die Krümmung des Rotorblattes 16 kann eine Biegung des Rotorblattes 16 im Wesentlichen in Schlagrichtung und/oder im Wesentlichen in Kantenrichtung umfassen. Die Schlagrichtung kann im Wesentlichen als die Richtung (oder die entgegengesetzte Richtung) betrachtet werden, in welcher der aerodynamische Auftrieb auf das Rotorblatt 16 wirkt. Die Kantenrichtung ist im Wesentlichen rechtwinklig zur Schlagrichtung. Die Schlagkrümmung des Rotorblattes 16 ist auch als Vorbiegung bekannt, während die Kantenkrümmung als Krümmung (”Sweep”) bekannt ist. Somit kann das gekrümmte Rotorblatt 16 vorgebogen und/oder vorgekrümmt sein. Die Krümmung kann dem Rotorblatt 16 ermöglichen, besser Belastungen in Schlagrichtung und Kantenrichtung während des Betriebs der Windkraftanlage 10 zu widerstehen und kann ferner für einen Abstand des Rotorblattes 16 von dem Turm (12) während des Betriebs der Windkraftanlage 10 sorgen.
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Gemäß Darstellung in den 2 bis 10 kann die vorliegende Offenlegung ferner auf eine Rotorblattanordnung 100 gerichtet sein. Die Rotorblattanordnung 100 kann einen Lärmminderer 110 und ein Rotorblatt 16 beinhalten. Im Wesentlichen kann der Lärmminderer 110 auf einer Oberfläche des Rotorblattes 10 ausgebildet sein und kann dem von dem Rotorblatt während des Betriebs der Windkraftanlage 10 emittierten aerodynamischen Lärm mindern und/oder den Wirkungsgrad des Rotorblattes 16 steigern. In einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung kann der Lärmminderer 110 auf einer Oberfläche des Rotorblattes 16 angrenzend an die Hinterkante 18 des Rotorblattes 16 ausgebildet sein. Alternativ kann der Lärmminderer 110 auf einer Oberfläche des Rotorblattes 10 angrenzend an die Vorderkante 26 des Rotorblattes 16, oder angrenzend an die Spitze 32 oder den Fuß 34 des Rotorblattes 16, oder an irgendeine andere geeignete Position auf dem Rotorblatt 16 ausgebildet sein.
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In einer exemplarischen Ausführungsform gemäß Darstellung in den 2 bis 8 kann der Lärmminderer 110 so ausgebildet sein, dass er auf der Druckseite 22 des Rotorblattes 16 montiert ist. In alternativen Ausführungsformen kann der Lärmminderer 110 so ausgebildet sein, dass er an der Saugseite 24 montiert ist. In noch weiteren alternativen Ausführungsformen kann der Lärmminderer 110 auf dem Rotorblatt 16 zwischen der Druckseite 22 und der Saugseite 24 ausgebildet sein.
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Gemäß Darstellung in den 9 bis 11 kann der Lärmminderer 110 beispielsweise auf der Hinterkante 28 zwischen der Druckseite 22 und der Saugseite 24 ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform kann das Rotorblatt 16 aus einem oder mehreren Schalenabschnitten aufgebaut sein. Beispielsweise kann ein Schalenabschnitt die Druckseite 22 beinhalten und sich zwischen der Vorderkante 26 und der Hinterkante 28 erstrecken, während ein weiterer Schalenabschnitt die Saugseite 24 beinhalten kann und sich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante 28 erstrecken kann. Der Lärmminderer 1210 kann zwischen diesen Schalenabschnitten so montiert sein, dass ein Abschnitt des Lärmminderers 110 in dem Inneren des Rotorblattes 16 angeordnet ist, während sich ein anderer Abschnitt von dem Rotorblatt 16 weg erstreckt. Alternativ kann sich der Lärmminderer 110 durch einen Schalenabschnitt des Rotorblattes 16 an einer gewünschten Stelle erstrecken, wie z. B. an der Hinterkante 28. In weiteren alternativen Ausführungsformen kann der Lärmminderer 110 direkt an der Außenseite des Rotorblattes 16 zwischen der Druckseite 22 und der Saugseite 24 beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten Klebers oder anderer mechanischer Befestigungselemente montiert sein. Beispielsweise kann der Lärmminderer 110 in exemplarischen Ausführungsformen direkt an der Hinterkante 28 montiert sein.
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Gemäß Darstellung in den 2 bis 11 enthält der Lärmminderer 110 der vorliegenden Offenlegung mehrere Verstärkungselemente 112. Im Wesentlichen erstrecken sich die Verstärkungselemente 112 von dem Rotorblatt 16 nach außen. Beispielsweise kann sich in Ausführungsformen, in welchen der Lärmminderer 110 auf einer Oberfläche des Rotorblattes 16 an die Hinterkante 28 angrenzend ausgebildet ist, jedes Verstärkungselement 112 im Wesentlichen in Auswärtsrichtung von der Hinterkante 28 aus erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann sich jedes Verstärkungselement 112 im Wesentlichen rechtwinklig zu der Hinterkante 28 an der Stelle des Verstärkungselementes 112 erstrecken. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass die vorliegende Offenlegung nicht auf die im Wesentlichen rechtwinkligen Verstärkungselemente 112 beschränkt ist, und dass stattdessen jedes Verstärkungselement 112, das sich in irgendeiner im Wesentlichen nach außen zeigenden Richtung von einem Rotorblatt 16 aus erstreckt, innerhalb des Schutzumfangs und Erfindungsgedankens der vorliegenden Offenlegung befindet.
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In einigen Ausführungsformen kann gemäß Darstellung in den 2 und 4 der Lärmminderer 110 eine Basisplatte 114 enthalten. In diesen Ausführungsformen kann die Basisplatte 114 der Abschnitt des Lärmminderers 110 sein, der an dem Rotorblatt 16 montiert ist, um den Lärmminderer 110 auf einer Oberfläche des Rotorblattes 16 auszubilden. Alternativ können die Verstärkungselemente 112 direkt an dem Rotorblatt 16 gemäß Darstellung in den 9 bis 11 montiert sein, oder können ein integrierter Teil des Rotorblattes 16 sein. Beispielsweise können sich in einigen Ausführungsformen, in welchen der Lärmminderer 110 angrenzend an die Hinterkante 28 montiert ist, die Verstärkungselemente 112 direkt aus der Hinterkante 28 erstrecken.
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Der Lärmminderer 110 kann in einigen Ausführungsformen aus mehreren Lärmminderer-Teilabschnitten bestehen. Jeder Teilabschnitt kann ein oder mehrere Verstärkungselemente 112 enthalten und jeder Teilabschnitt kann einen Basisplattenabschnitt enthalten. Alternativ kann der Lärmminderer 110 eine einzelne einteilige Komponente sein.
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Gemäß Darstellung enthält der Lärmminderer 110 der vorliegenden Offenlegung mehrere Lärmreduzierungsvorrichtungen 116. Im Wesentlichen können die Lärmreduzierungsvorrichtungen 116 mit der Windströmung an dem Lärmminderer 110 in Wechselwirkung treten, wenn sich die Rotorblattanordnung 100 im Betrieb befindet, und können mit der Windströmung in Wechselwirkung treten, um den dem Rotorblatt 16 zugeordneten Lärm zu vermindern. Wie in den 2 bis 11 dargestellt, kann jede von den mehreren Lärmminderungsvorrichtungen 116 mit einem von den mehreren Verstärkungselementen 112 verbunden sein. Beispielsweise können in einigen Ausführungsformen, wie nachstehend diskutiert, die Lärmminderungsvorrichtungen 116 an den Verstärkungselementen 112 montiert oder befestigt sein. In weiteren Ausführungsformen können ein damit verbundenes Verstärkungselement 112 und eine Lärmminderungsvorrichtung 116 eine einteilige Einheit sein.
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Wie nachstehend diskutiert, kann jedes von den Verstärkungselementen 112 bewirken, dass die damit verbundene Lärmminderungsvorrichtung 116 eine variable Steifigkeit über wenigstens einen Abschnitt der Lärmminderungsvorrichtung 116 hat. Insbesondere können die Verstärkungselemente 112 bewirken, dass sich die Steifigkeit in den Lärmminderungsvorrichtungen 116 im Wesentlichen in einer Breitenrichtung verändert. Beispielsweise kann sich jede Lärmminderungsvorrichtung 116 von dem damit verbundenen Verstärkungselement 112 nach außen erstrecken, wie z. B. im Wesentlichen seitlich aus dem Körper des Verstärkungselementes 112, und dadurch eine Breite der Lärmminderungsvorrichtung definieren. Jede Lärmminderungsvorrichtung 116 kann somit eine größere Steifigkeit entlang der Breite an Stellen unmittelbar an dem Verstärkungselement 112 haben und kann eine geringere Steifigkeit entlang der Breite an von dem Verstärkungselement 112 entfernten Stellen haben. Während des Betriebs der Rotorblattanordnung 100 kann die Lärmminderungsvorrichtung 116 somit eine variable Biegung über wenigstens einen Abschnitt der Breite der Lärmminderungsvorrichtung 116 haben, wenn sie mit der Windströmung in Wechselwirkung steht. Diese variable Biegung aufgrund der variablen Steifigkeit über wenigstens einen Abschnitt der Breite kann das Betriebsverhalten der Lärmminderungsvorrichtung 116 und somit die des Lärmminderers 110 bei der Verringerung des dem Rotorblatt 16 zugeordneten Lärms verbessern.
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In einigen Ausführungsformen gemäß den 2 bis 8 weist jede von den Lärmminderungsvorrichtungen 116 eine Zacke 120 auf. Obwohl in exemplarischen Ausführungsformen die Zacken 120 im Wesentlichen V-förmig sind, können in alternativen Ausführungsformen die Zacken 120 U-förmig sein oder können jede andere Form oder Ausgestaltung haben, die für die Reduzierung des von dem Rotorblatt 16 während des Betriebs der Windkraftanlage 10 emittierten Lärms geeignet ist.
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Gemäß Darstellung in den 3, 5 und 7 kann jede von den Zacken 120 eine Zackenbreite 122 definieren. Zusätzlich kann eine Zackenlänge 124 für jede Zacke 120 definiert sein. Die Länge 124 kann zwischen einer Basis 126 und einer Spitze 128 der Zacke 120 gemessen werden. Gemäß Darstellung kann sich die Breite 122 über die gesamte Länge 124 der Zacke 120 ändern. Ferner kann jede von den Zacken 120 eine Mittellinie 130 definieren. Die Mittellinie 130 kann sich durch die Spitze 128 der Zacke 120 dergestalt, wie z. B. durch die Mitte der Spitze 128 und durch die Basis 126 der Zacke 120, wie z. B. durch die Mitte der Basis 126, erstrecken und kann im Wesentlichen die Zacke 120 zweiteilen.
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Es dürfte sich verstehen, dass, obwohl exemplarische Ausführungsformen der Zacken 120 nachstehend diskutiert werden, eine Zacke 120 gemäß der vorliegenden Offenlegung jede geeignete Eigenschaft, wie z. B. Breite 122, Länge 124, Form, oder Ausrichtung abhängig von den gewünschten Lärmminderungseigenschaften für den Lärmminderer 110 haben kann. Ferner kann in exemplarischen Ausführungsformen jede einzelne Zacke 120 individuelle Eigenschaften nach Bedarf zum Erreichen optimaler Lärmminderungseigenschaften haben. In alternativen Ausführungsformen können jedoch verschiedene Gruppen von Zacken 120 ähnliche Eigenschaften haben, oder alle Zacken 120 können ähnliche Eigenschaften abhängig von den gewünschten Lärmminderungseigenschaften für den Lärmminderer 110 haben.
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3 und 4 veranschaulichen eine Ausführungsform des Lärmminderers 110 der vorliegenden Offenlegung. In dieser Ausführungsform weist jede von den Lärmminderungsvorrichtungen 114 eine Zacke 120 auf. Ferner ist jedes von den Verstärkungselementen 112 ein Steg 140. Gemäß Darstellung erstreckt sich der Steg 140 in Bezug auf das Rotorblatt 16 nach außen, wie z. B. in Bezug auf die Hinterkante 28. Der Steg 140 erstreckt sich wenigstens über einen Abschnitt der Länge 124 der Zacke. Ferner unterbricht der Steg 140 im Wesentlichen die Oberfläche der Zacke 120 und verstärkt die Zacke über wenigstens einen Abschnitt der Länge der Zacke 120. In exemplarischen Ausführungsformen hat der Steg 140 im Wesentlichen eine gekrümmte Querschnittsfläche. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass die vorliegende Offenlegung nicht auf die im Wesentlichen gekrümmten Stege 140 beschränkt ist. Stattdessen kann jeder geeignete Steg 140, wie z. B. ein V-förmiger Steg, ein stufenartiger Steg oder jeder andere geeignet geformte Steg innerhalb des Schutzumfangs und Erfindungsgedankens der vorliegenden Offenlegung liegen.
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Der Steg 140 kann beispielsweise in die Zacke 120 durch Wärme eingeformt sein oder die Zacke 120 kann mit dem darin enthaltenen Steg spritzgeformt sein. Alternativ kann der Steg 140 in die Zacke 120 unter Verwendung irgendeiner geeigneten Technik eingeformt sein. In exemplarischen Ausführungsformen sind der Steg 140 und die Zacke 120 aus demselben Material geformt und der Steg 140 und die Zacke 120 sind somit eine einteilige Einheit. Alternativ können jedoch der Steg 140 und die Zacke 120 aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein und aneinander unter Verwendung irgendeiner geeigneten Befestigungsvorrichtung oder eines Verfahren, wie z. B. durch Verwendung eines Klebers, eines mechanischen Befestigungselementes oder irgendeiner geeigneten Klebetechnik befestigt sein.
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In exemplarischen Ausführungsformen kann sich der Steg 140 gemäß Darstellung entlang der Mittellinie 130 der Zacke 120 erstrecken. Beispielsweise kann sich in einigen Ausführungsformen der Steg 140 entlang der Mittellinie 130 von der Basis 126 zu der Spitze 128 erstrecken und kann sich somit über die gesamte Länge 124 der Zacke 120 erstrecken. Alternativ kann sich der Steg 140 nur über einen Abschnitt der Länge 124, wie z. B. von der Basis 126 über einen Abschnitt der Länge 124 oder über einen Abschnitt der Länge 124 bis zu der Spitze 128 erstrecken. Ferner kann in einigen alternativen Ausführungsformen der Steg 140 gegenüber der Mittellinie 130 versetzt sein und/oder kann sich in einem Winkel zu der Mittellinie 130 erstrecken.
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Der Steg 140 kann bewirken, dass die Zacke 120 eine variable Steifigkeit über wenigstens einen Abschnitt der Breite 122 der Zacke 120 hat. Beispielsweise kann, wie vorstehend diskutiert, der Steg 140 eine größere Steifigkeit entlang der Breite 122 an Stellen unmittelbar an dem Steg 140 haben, und kann eine geringere Steifigkeit entlang der Breite 122 an von dem Steg 140 entfernten Stellen haben. Während des Betriebs der Rotorblattanordnung 100 kann die Zacke 120 somit eine variable Biegung über wenigstens einen Abschnitt der Breite 122 haben, wenn sie mit der Windströmung in Wechselwirkung steht. Diese variable Biegung aufgrund der variablen Steifigkeit über wenigstens einen Abschnitt der Breite 122 kann das Betriebsverhalten der Zacke 120 und somit den Lärmminderer 120 bei der Reduzierung des dem Rotorblatt 16 zugeordneten Lärms verbessern.
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Ferner kann der Steg 140 selbst eine Biegung in Spannweitenrichtung haben. Während des Betriebs der Rotorblattanordnung 100 kann die Biegung in Spannweitenrichtung des Stegs 140 ferner das Betriebsverhalten der Zacke 120 und somit den Lärmminderer 110 bei der Reduzierung des dem Rotorblatt 16 zugeordneten Lärms verbessern.
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Gemäß Darstellung in den 2 und 4 kann der Lärmminderer 110 in einigen Ausführungsformen, wie vorstehend diskutiert, eine Basisplatte 114 enthalten. In einigen exemplarischen Ausführungsformen ist die Basisplatte 114 gemäß Darstellung an der Druckseite 22 des Rotorblattes 16 montiert. Ferner kann die Basisplatte 114 in einigen Ausführungsformen einen im Wesentlichen gekrümmten Querschnitt gemäß Darstellung in 4 haben. Somit kann die Basisplatte 114 im Wesentlichen an das aerodynamische Profil des Rotorblattes 16, wie z. B. gemäß Darstellung an die Druckseite 22, angepasst sein. Alternativ kann jedoch die Basisplatte 114 einen im Wesentlichen geradlinigen Querschnitt haben oder kann jeden anderen geeigneten Querschnitt haben. Ferner können das Verstärkungselement 112, wie z. B. der Steg 140, und/oder die Lärmminderungsvorrichtung 116, wie z. B. die Zacke 120, in einigen Ausführungsformen einen gebogenen Querschnitt gemäß Darstellung in 4 haben. Somit können das Verstärkungselement 112 und/oder die Lärmminderungsvorrichtung 116 gemäß Darstellung an das aerodynamische Profil des Rotorblattes 16, wie z. B. an sie Saugseite 24 und/oder die Druckseite 22, angepasst sein. Alternativ können jedoch das Verstärkungselement 112 und/oder die Lärmminderungsvorrichtung 116 einen im Wesentlichen geradlinigen Querschnitt haben oder kann jeden anderen geeigneten Querschnitt haben.
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2 bis 8 veranschaulichen alternative Ausführungsformen des Lärmminderers 110 der vorliegenden Offenlegung. In diesen Ausführungsformen weist jede von den Lärmminderungsvorrichtungen 114 eine Zacke 120 auf. Ferner ist jedes von den Verstärkungselementen 112 ein Dornelement 150. Gemäß Darstellung erstreckt sich das Dornelement 150 in Bezug auf das Rotorblatt 16, wie z. B. in Bezug auf die Hinterkante 28, nach außen. Das Dornelement 150 erstreckt sich über wenigstens einen Abschnitt der Länge 124 der Zacke. Das Dornelement 150 verstärkt im Wesentlichen die Zacke über wenigstens einen Abschnitt der Länge der Zacke 120. In exemplarischen Ausführungsformen hat das Dornelement 150 im Wesentlichen einen ovalen oder kreisförmigen Querschnitt. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass die vorliegende Offenlegung nicht auf im Wesentlichen ovale oder kreisförmige Dornelemente 150 beschränkt ist. Stattdessen liegt jedes geeignete Dornelement, wie z. B. ein rechteckiges oder quadratisches Dornelement, ein dreieckiges Dornelement oder jedes geeignete polygonal geformte Dornelement in dem Schutzumfang und Erfindungsgedanken der vorliegenden Offenlegung.
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In einigen Ausführungsformen kann gemäß Darstellung in den 5 und 6 das Dornelement 150 einen Abschnitt der Zacke 120 einschließen. In diesen Ausführungsformen kann sich die Zacke 120 in einer Breitenrichtung von im Allgemeinen gegenüberliegenden Seiten des Dornelementes 150 nach außen erstrecken, um die Breite 122 zu definieren. Die Zacke 120 kann eine variable Steifigkeit über all diese Abschnitte der Zacke 120 außerhalb des Dornelementes 150 haben und somit über einen Abschnitt der Breite 122 der Zacke 120. In weiteren Ausführungsformen gemäß Darstellung in den 7 und 8 kann die Zacke 120 angrenzend an das Dornelement 150 befestigt sein. Beispielsweise kann, gemäß Darstellung, das Dornelement 150 angrenzend an die Oberfläche des Dornelementes 150 angeordnet sein, das sich in unmittelbarer Nähe zu der Druckseite 22 des Rotorblattes 16 befindet. Alternativ kann das Dornelement 150 angrenzend an die Oberfläche des Dornelementes 150 angeordnet sein, das sich in unmittelbarer Nähe der Saugseite 24 befindet. Die Zacke 120 kann in diesen Ausführungsformen eine variable Steifigkeit über wenigstens einen Abschnitt der gesamten Breite 122 der Zacke 120 haben.
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Das Dornelement 150 kann beispielsweise in die oder auf die Zacke 120 wärmegeformt sein, oder die Zacke 120 kann mit dem Dornelement 150 darin oder darauf enthalten spritzgeformt sein. Alternativ kann das Dornelement 150 in die oder angrenzend an die Zacke 120 unter Anwendung irgendeiner geeigneten Technik eingeformt sein. In exemplarischen Ausführungsformen können das Dornelement 150 und die Zacke 120 aus demselben Material geformt sein und das Dornelement 150 und die Trennung 120 sind somit eine einteilige Einheit. Alternativ können jedoch das Dornelement 150 und die Zacke 120 aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein und können aneinander unter Verwendung irgendeiner geeigneten Befestigungsvorrichtung oder eines Verfahren, wie z. B. mittels eines Klebers, eines mechanischen Befestigungselementes oder irgendeiner geeigneten Verbindungstechnik befestigt sein.
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In exemplarischen Ausführungsformen kann sich gemäß Darstellung das Dornelement 150 entlang der Mittellinie 130 der Zacke 120 erstrecken. Beispielsweise kann sich in einigen Ausführungsformen das Dornelement 150 entlang der Mittellinie 130 von der Basis 126 bis zu der Spitze 128 erstrecken und kann sich somit über die gesamte Länge 124 der Zacke 120 erstrecken. Alternativ kann sich das Dornelement 150 nur über einen Abschnitt der Länge 124, wie z. B. von der Basis 126 über einen Abschnitt der Länge 124 oder über einen Abschnitt der Länge 124 bis zu der Spitze 128 erstrecken. Ferner kann in einigen alternativen Ausführungsformen das Dornelement 150 gegenüber der Mittellinie 130 versetzt sein und/oder kann sich in einem Winkel zu der Mittellinie 130 erstrecken.
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Das Dornelement 150 kann bewirken, dass die Zacke 120 eine variable Steifigkeit über wenigstens einen Abschnitt der Breite 122 der Zacke 120 hat. Beispielsweise kann, wie vorstehend diskutiert, das Dornelement 150 eine größere Steifigkeit entlang der Breite 122 an Stellen unmittelbar an dem Dornelement 150 haben, und kann eine geringere Steifigkeit entlang der Breite 122 an von dem Dornelement 150 entfernten Stellen haben. Während des Betriebs der Rotorblattanordnung 100 kann die Zacke 120 somit eine variable Biegung über wenigstens einen Abschnitt der Breite 122 haben, wenn sie mit der Windströmung in Wechselwirkung steht. Diese variable Biegung aufgrund der variablen Steifigkeit über wenigstens einen Abschnitt der Breite 122 kann das Betriebsverhalten der Zacke 120 und somit den Lärmminderer 120 bei der Reduzierung des dem Rotorblatt 16 zugeordneten Lärms verbessern.
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In einigen Ausführungsformen kann gemäß Darstellung in 8 der Lärmminderer 110 ferner mehrere Hilfsverstärkungselemente 160 enthalten. Jedes von den mehreren Hilfsverstärkungselementen 160 kann sich über wenigstens einen Abschnitt von einem der Verstärkungselemente 112, wie z. B. durch eines der Dornelemente 150, erstrecken. Beispielsweise kann sich in exemplarischen Ausführungsformen das Hilfsverstärkungselement 160 im Wesentlichen in Längsrichtung durch das Verstärkungselement 112 erstrecken. Ferner kann das Verstärkungselement 112 ein oder mehrere Hilfsverstärkungselemente 160 darin enthalten. Die Hilfsverstärkungselemente 160 können den Verstärkungselementen 112 Stabilität verleihen und somit die Lärmminderungsvorrichtungen 116 unmittelbar an den Verstärkungselementen 112 weiter versteifen. Ferner können in Ausführungsformen, in welchen der Querschnitt der Lärmminderungsvorrichtung 116, wie z. B. der Zacke 120 im Wesentlichen krummlinig oder anderweitig gebogen ist, das Hilfsverstärkungselement 160 das Verstärkungselement 112 und die Lärmminderungsvorrichtung 116 unterstützen, während es gleichzeitig diese Biegung zulässt.
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In einigen Ausführungen, wie sie in 5 und 6 dargestellt sind, können sich ein Verstärkungselement 112 oder Verstärkungselemente 112 zur Verbindung mit der zugeordneten Lärmminderungsvorrichtung 116 oder den Vorrichtungen 116, wie z. B. mit der zugeordneten Zacke 120 oder den Zacken 120 verjüngen. Beispielsweise kann gemäß Darstellung das Querschnittsprofil eines Verstärkungselementes 112 sich verjüngende Abschnitte enthalten, welche sich von dem Verstärkungselement 112 zu der Oberfläche der Lärmminderungsvorrichtung 116 hin erstrecken. Ein verjüngter Abschnitt des Verstärkungselementes 112 kann sich aus jedem Abschnitt des Profils des Verstärkungselementes 112 zu jeder Oberfläche der Lärmminderungsvorrichtung 116 hin erstrecken. Die verjüngten Abschnitte können wie dargestellt krummlinig sein oder können geradlinig sein oder jede andere geeignete Konfiguration haben. Die Verjüngung des Verstärkungselementes 112 kann den Übergang zwischen dem Verstärkungselement 112 und der Lärmminderungsvorrichtung 116 erleichtern und somit die Verstärkungseigenschaften des Verstärkungselementes 112 verbessern.
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9 bis 11 veranschaulichen weitere alternative Ausführungsformen des Lärmminderers 110 der vorliegenden Offenlegung. In diesen Ausführungsformen weist jede von den Lärmminderungsvorrichtungen 116 mehrere Borsten 220 auf. Somit enthält der Lärmminderer 110 gemäß diesen Ausführungsformen mehrere Borsten 220, und wenigstens ein Abschnitt von den mehreren Borsten 220 ist mit jedem von den mehreren Verstärkungselementen 112 verbunden. Obwohl in exemplarischen Ausführungsformen jede Vielzahl von mit dem Verstärkungselement 112 verbundenen Borsten 220 im Wesentlichen V-förmig angeordnet ist, kann in alternativen Ausführungsformen jede Vielzahl von Borsten 220 U-förmig sein oder jede andere Form oder Ausgestaltung haben, die für die Verringerung des von dem Rotorblatt während des Betriebs der Windkraftanlage 10 emittierten Lärms geeignet sind. Ferner können gemäß Darstellung in 11 die Borsten 220 um das Verstärkungselement 112 herum angeordnet sein, um mehr als nur eine V-förmige, U-förmige oder andere geformte Vielzahl von Borsten 220 um den Umfang des Verstärkungselementes 112 herum auszubilden.
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Gemäß Darstellung in den 9 und 11 kann jede Vielzahl von Borsten 220, die mit einem Verstärkungselement 112 verbunden ist, eine Borstenbreite 222 definieren. Zusätzlich kann eine Borstenlänge 224 für jede Vielzahl von Borsten 220 definiert sein. Die Länge 224 kann zwischen einer Basis 226 und einer Spitze 228 der mehreren Borsten gemessen werden. Gemäß Darstellung kann sich die Breite 222 über die gesamte Länge 224 der mehreren Borsten 220 ändern. Beispielsweise kann jede Vielzahl von Borsten 220 eine Mittellinie 230 definieren. Die Mittellinie 230 kann sich durch die Spitze 228 der mehreren Borsten 220 hindurch erstrecken wie z. B. durch die Mitte der Spitze 228 und durch die Basis 226 der mehreren Borsten 20, wie z. B. durch die Mitte der Basis 226 und kann im Wesentlichen die mehreren Borsten 220 zweiteilen.
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Es dürfte sich verstehen, dass, obwohl nachstehend exemplarische Ausführungsformen der Borsten 220 diskutiert werden, jede Vielzahl von Borsten 220, die mit dem Verstärkungselement 112 gemäß der vorliegenden Offenlegung verbunden ist, geeignete Eigenschaften, wie z. B. die Breite 222, Länge 224, Gestalt oder Ausrichtung abhängig von den gewünschten Lärmminderungseigenschaften für den Lärmminderer 110 haben können. Ferner kann in exemplarischen Ausführungsformen jede Vielzahl von Borsten 220 individuelle Eigenschaften nach Bedarf zum Erzielen optimaler Lärmminderungseigenschaften haben. In alternativen Ausführungsformen können jedoch verschiedene Gruppen von mehreren Borsten 220 ähnliche Eigenschaften haben, oder jede Vielzahl von Borsten 220 kann ähnliche Eigenschaften abhängig von den gewünschten Lärmminderungseigenschaften für den Lärmminderer 110 haben.
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Gemäß Darstellung in den 9 bis 11 ist in einigen Ausführungsformen, in welchen jede von den Lärmminderungsvorrichtungen 114 mehrere Borsten 220 aufweist, jedes von den Verstärkungselementen ein Dornelement 250. Gemäß Darstellung erstreckt sich das Dornelement 250 in Bezug auf das Rotorblatt 16, wie z. B. in Bezug auf die Hinterkante 28, nach außen. Ein Abschnitt von den mehreren Borsten 220 erstreckt sich von jedem Dornelement 250 aus. Ferner kann jede Borste 220 im Wesentlichen an dem Dornelement 250 befestigt sein. Beispielsweise kann das Dornelement 250 einen Abschnitt jeder Borste 220, wie z. B. ein Ende der Borste oder einen Mittelpunkt der Borste, umfassen. Somit kann sich eine Borste 220 von der Oberfläche des Dornelementes 250 aus erstrecken, wie z. B. von der Oberfläche des Körpers des Dornelementes 250, oder kann sich alternativ durch das Dornelement hindurch und aus im Wesentlichen gegenüberliegenden Oberflächen des Dornelementes 250 erstrecken. Eine sich durch das Dornelement 250 und aus im Wesentlichen gegenüberliegenden Oberflächen erstreckende Borste 220 kann somit die Breite 222 definieren oder gegenüberliegende Borsten 220, die sich jeweils aus gegenüberliegenden Oberflächen erstrecken können die Breite 222 definieren.
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Die Borsten 220 können mit dem darin enthaltenen Dornelement 250 spritzgeformt werden. Alternativ können die Borsten 220 hergestellt und in eine Form eingelegt werden und das Dornelement 250 um die Borsten 220 herum spritzgeformt werden. Alternativ können das Dornelement 250 und die Borsten 220 unter Anwendung jeder geeigneten Technik geformt werden. In exemplarischen Ausführungsformen sind das Dornelement 250 und die Borsten 220 aus demselben Material hergestellt und das Dornelement 250 und die Borsten 220 sind somit eine einteilige Einheit. Alternativ können jedoch das Dornelement 150 und die Borsten 220 aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein und können aneinander unter Anwendung einer beliebigen Befestigungsvorrichtung oder eines Verfahrens, wie z. B. unter Verwendung eines Klebers, eines mechanischen Befestigungselementes oder irgendeiner anderen geeigneten Verbindungstechnik befestigt sein.
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In exemplarischen Ausführungsformen kann sich gemäß Darstellung das Dornelement 250 entlang der Mittellinie 230 der damit verbundenen Borsten 220 erstrecken. Beispielsweise kann sich in einigen Ausführungsformen das Dornelement 250 entlang der Mittellinie 230 von der Basis 226 zu der Spitze 228 erstrecken, und kann sich somit über die gesamte Länge 224 der mehreren Borsten 220 erstrecken. Alternativ kann sich das Dornelement 150 nur über einen Abschnitt der Länge 224, wie z. B. von der Basis 226 über einen Abschnitt der Länge 224 oder über einen Abschnitt der Länge 224 bis zu der Spitze 228, erstrecken. Ferner kann in einigen alternativen Ausführungsformen das Dornelement 250 gegenüber der Mittellinie 230 versetzt sein und/oder kann sich in einem Winkel zu der Mittellinie 230 erstrecken.
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Das Dornelement 250 kann ferner eine Längsachse 252 definieren. In exemplarischen Ausführungsformen kann sich jede von der Vielzahl der Borsten 220 aus einem Dornelement 250 in einem Winkel 254 in einem Bereich zwischen ca. 5 Grad und ca. 90 Grad von der Längsachse 252 des Dornelementes 250 erstrecken.
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Gemäß Darstellung in 10 können das Verstärkungselement 212, wie z. B. das Dornelement 250 und/oder die Lärmminderungsvorrichtung 116, wie z. B. die mehreren Borsten 220, in einigen Ausführungsformen einen im Wesentlichen krummlinigen Querschnitt haben. Somit können das Verstärkungselement 112 und/oder die Lärmminderungsvorrichtung 116 im Wesentlichen an das aerodynamische Profil des Rotorblattes 16, wie z. B. an die Saugseite 24 und/oder die Druckseite 22, gemäß Darstellung angepasst sein. Alternativ können jedoch das Verstärkungselement 112 und/oder die Lärmminderungsvorrichtung 116 einen im Wesentlichen geradlinigen Querschnitt haben oder können jeden beliebigen anderen geeigneten Querschnitt haben.
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Das Dornelement 250 kann bewirken, dass die mehrere damit verbundenen Borsten 220 eine variable Steifigkeit über wenigstens einen Abschnitt der Breite 122 der mehreren Borsten 220 haben. Beispielsweise kann, wie vorstehend diskutiert, das Dornelement 250 eine größere Steifigkeit entlang der Breite 122 an Stellen unmittelbar an dem Dornelement 550 haben, und kann eine geringere Steifigkeit entlang der Breite 122 an von dem Dornelement 250 entfernten Stellen haben. Während des Betriebs der Rotorblattanordnung 100 können die Borsten 220 somit eine variable Biegung über wenigstens einen Abschnitt der Breite 122 haben, wenn sie mit der Windströmung in Wechselwirkung steht. Diese variable Biegung aufgrund der variablen Steifigkeit über wenigstens einen Abschnitt der Breite 122 kann das Betriebsverhalten der Borsten 220 und somit den Lärmminderer 120 bei der Reduzierung des dem Rotorblatt 16 zugeordneten Lärms verbessern.
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Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich der besten Ausführungsart offenzulegen, und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
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Es wird eine Rotorblattanordnung 100 für eine Windkraftanlage 10 offengelegt. Die Rotorblattanordnung 100 enthält ein Rotorblatt 16 mit Oberflächen, die eine Druckseite 22, eine Saugseite 24, eine Vorderkante 26 und eine Hinterkante 28 definieren, die sich zwischen einer Spitze 32 und einem Fuß 34 erstrecken. Die Rotorblattanordnung 100 enthält ferner einen auf einer Oberfläche des Rotorblattes 16 ausgebildeten Lärmminderer 110. Der Lärmminderer 110 enthält mehrere Verstärkungselemente 112 und mehrere Lärmminderungsvorrichtungen 116. Jedes von den mehreren Verstärkungselementen 112 erstreckt sich in Bezug auf das Rotorblatt 16 nach außen. Jede von den mehreren Lärmminderungsvorrichtungen 116 ist mit einem von den mehreren Verstärkungselementen 112 verbunden und definiert eine Breite 122, 222. Jedes von den mehreren Verstärkungselementen 112 bewirkt, dass die damit verbundene Lärmminderungsvorrichtung 116 eine variable Steifigkeit über wenigstens einen Teil der Breite 122, 222 der damit verbundenen Lärmverringerungsvorrichtung 116 hat.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Windkraftanlage
- 12
- Turm
- 14
- Gondel
- 16
- Rotorblatt
- 18
- Rotornabe
- 22
- Druckseite
- 24
- Saugseite
- 26
- Vorderkante
- 28
- Hinterkante
- 32
- Blattspitze
- 34
- Blattfuß
- 100
- Rotorblattanordnung
- 110
- Lärmminderer
- 112
- Verstärkungselement
- 114
- Basisplatte
- 116
- Lärmminderungsvorrichtung
- 120
- Zacke
- 122
- Zackenbreite
- 124
- Zackenlänge
- 126
- Zackenbasis
- 128
- Zackenspitze
- 130
- Zackenmittellinie
- 140
- Steg
- 150
- Dornelement
- 160
- Hilfsverstärkungselement
- 220
- Borste
- 222
- Borstenbreite
- 224
- Borstenlänge
- 226
- Borstenbasis
- 228
- Borstenspitze
- 230
- Borstenmittellinie
- 250
- Dornelement
- 252
- Längsachse
- 254
- Winkel