DE20301445U1

DE20301445U1 - Rotorblatt

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Publication number: DE20301445U1
Application number: DE20301445U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2013-01-31
Also published as: US7566203B2; WO2004067956A1; CA2514064A1; US20060018759A1; CA2514064C; CN1745245A; EP1592884A1

Abstract

Rotorblatt, vorzugsweise zum Einsatz in einem Windrad, bestehend aus einem Rotortlügel, gekennzeichnet durch mindestens einen nahe dem freien Ende des Rotorflügels angeordneten und über die Oberfläche des Rotorflügels hinausragenden Formkörper.

Description

Die Leistung von Windkraftanlagen, wie sie heute zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden, hängt von einer Reihe von Faktoren ab, nämlich unter anderem insbesondere von der Windgeschwindigkeit, der Umfangsgeschwindigkeit, den Auftriebskräften und den Widerstandskräften.
Der geeignete Windradtyp muss nach den herrschenden Windverhältnissen und Leistungserfordernissen ausgewählt werden.
Allen Windkraftanlagen ist eine wirtschaftliche Kennlinie gemeinsam, welche sich aus den örtlichen Verhältnissen und der Leistungsausbeute ergibt, welche wiederum auf die bauliche Ausführung rückbezogen ist. Ein Faktor von hoher Wichtigkeit ist dabei die Ausbildung der Rotorblätter des Windrades. Diese Ausbildung ist ein wichtiger Faktor der Wirtschaftlichkeitsrechnung, wobei anzustreben ist, die vorhandene Windkraft möglichst effizient aufzunehmen und umzusetzen.
Zu den am häufigsten eingesetzten Rotorausbildungen in Windrädern gehören die sogenannten Propeller. Diese Rotoren, die im wesentlichen eine horizontale Achse aufweisen und die aerodynamisch schon weitgehend optimiert sind, erbringen eine vergleichsweise hohe Leistung. Bis zu 48% der zugeführten Windleistung können grundsätzlich in nutzbare mechanische oder elektrische Arbeit umgeformt werden. Es wurden nun viele Bestrebungen unternommen, die Form von Windrädern zu optimieren.
So wurde beispielsweise in der DE 42 01 425 C2 vorgeschlagen, den Windfangteil eines Rotorblattes teilweise rinnen- oder schalenförmig auszubilden. Aus der DE 31 50 604 A1 ist ein Rotorblatt für ein Windrad bekannt, bei dem die Windangriffsfläche aus einer Klappe und einem damit verbundenen schräg zur Klappe angeordneten Windleitblatt besteht, wobei die Klappe mit dem Windleitblatt um eine Achse senkrecht zur Längsachse des Rotorarms aus einer geschlossenen Stellung parallel zur Längsachse des Rotorarms in eine geöffnete Stellung zum Rotorarm hin verschwenkbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein bekanntes Windrotorblatt derart weiterzubilden, dass der Wirkungsgrad der durch das Windrotorblatt nutzbar gemachten Windleistung verbessert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Windrotorblatt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demnach besteht das Windrotorblatt aus einem üblich geformten Rotorflügel, der erfindungsgemäß mindestens einen nahe dem freien Ende des Rotorflügels angeordneten und über die Oberfläche des Rotorflügels hinausragenden Formkörper aufweist.
Dieser Formkörper dient einerseits zur Verhinderung der Ausbildung von Wirbelschleppen an der Rotorblattspitze. Andererseits dient er dazu, die entlang des Rotorblatts nach außen strömende Tangentialströmung zusätzlich zum Vortrieb des Rotors zu nutzen.
Besondere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
Demnach ist der Formkörper als aerodynamisch formangepasste Platte ausgebildet, die in einem Winkel α ≥90° zur Windrotorblattoberfläche angestellt ist. Zusätzlich kann der Formkörper als aerodynamisch formangepasste Platte ausgebildet sein, die innerhalb der von dem Windrotorblatt aufgespannten Ebene gegenüber der Rotorlängsachse in einem Winkel β ≤90° angestellt ist (vergleiche 1). Vorteilhaft kann das Rotorblatt aus einem Kunststoffformkörper beispielsweise einem Composite-Werkstoff bestehen.
Zur Optimierung der Ausrichtung des Formkörpers kann ein entsprechender Verstellmechanismus vorgesehen sein, über den der Formkörper gegenüber dem Rotorblatt in seiner entsprechenden Ausrichtung zu dem Rotorblatt veränderbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können mehrere Formkörper nebeneinander entlang des Rotorblattes angeordnet sein.
Schließlich kann die Rotorblattoberfläche Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen. Ganz besonders vorteilhaft sind diese Erhebungen entsprechend der EP 07 24 691 B1 geformt.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1: den Teil eines erfindungsgemäßen Rotorblatts in perspektivischer Darstellung,
2: eine Darstellung gemäß 1 mit in der Kontur angedeuteten unterschiedlich großen Formkörper,
3: eine Modifikation der Ausführungsform gemäß 1 mit zusätzlich angeordnetem Formkörper,
4: eine schematisch dargestellte Variation des erfindungsgemäßen Rotorblatts mit einer Erhebungen aufweisenden Oberfläche,
5: eine Draufsicht und mehrere Schnittdarstellungen einer modifizierten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Rotorblatts,
6: eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Rotorblatts im Querschnitt,
7: Draufsichten und zwei Querschnitte durch eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Rotorblattes,
8: eine perspektivische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung des Rotorblattes und
9: eine Draufsicht auf zwei weitere Modifikationen des erfindungsgemäßen Rotorblattes in schematischer Darstellung.
Wie in 1 dargestellt, besteht das Rotorblatt 10 gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem bauüblichen Rotorflügel 12, wie er beispielsweise bei Windpropellern von handelsüblichen Windkraftanlagen Einsatz findet. Erfindungsgemäß ist nahe dem freien Ende 14 des Rotorflügels ein über die Oberfläche des Rotorflügels hinausragender Formkörper 16 angeordnet. Wie insbesondere der 1 zu entnehmen, besteht dieser Formkörper 16 aus einer aerodynamisch formangepassten Platte, die an allen Seiten über den Rotortlügel 12 hinausragt, wobei der Formkörper vereinfacht gesagt die Form eines Dreiecks mit abgerundeten Ecken aufweist.
Aus der 2 ist ersichtlich, dass die Form des Formkörpers 16 variieren kann. In durchgezogenen Linien ist ein vergleichsweise schmaler Formkörper dargestellt, der aber auch eine Form entsprechend der jeweils unterschiedlich gestrichelten Linien annehmen kann. Der Formkörper 16 ist, wie in 1 dargestellt in einem Winkel α ≥ 90° zur Windrotorblattoberfläche angestellt. Das bedeutet, dass die durch den Formkörper verlaufende Mittelebene gegenüber der durch den Rotorflügel 12 definierten Ebene leicht schräg angestellt sein kann, also entweder senkrecht steht oder leicht nach außen wegkippt. Andererseits kann der entsprechende Formkörper 16 innerhalb der von dem Rotorblatt aufgespannten Ebene gegenüber der Rotorlängsachse um einen Winkel β ≤90° angestellt sein, wobei die Ausrichtung des Winkels β in der 1 dargestellt ist, also ausgehend von der Rotorlängsachse 18 in Richtung zur Hinterkante 20 des Rotorflügels 12. Das wiederum bedeutet, dass der Formkörper 16 in Richtung zum hinteren Ende 20 des Rotorflügels 12 leicht nach innen geneigt sein kann.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist auf dem Rotorflügel 12 im Bereich seiner Hinterkante 20 neben dem Formkörper 16 eine Reihe kleinerer Formkörper 22, 24, 26 und 28 ausgebildet, wobei diese jeweils parallel zum Formkörper angeordnet sind. Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsvariante ist das Windrotorblatt 10 gemäß der 1 mit einer Oberfläche versehen, wie sie aus der EP 724 691 B1 bekannt ist, auf die hier inhaltlich Bezug genommen wird. Die Darstellung gemäß 4 ist hier nur schematisch. Durch diese zusätzliche Oberfläche werden zusätzlich die oberflächennahen Tangentialströmungskräfte zum Vortrieb des Flügels ausgenutzt.
Eine weitere alternative Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus dem Rotorblatt 10 gemäß der 5. In der Draufsicht wird deutlich, dass neben dem Formkörper 16 eine Reihe kleinerer Formkörper 30 angeordnet ist, wobei diese Formkörper, wie den Schnitten gemäß der 5a, 5b und 5c quer durch den Rotorflügel 12 zeigen (hier nicht maßstabsgetreu), eine unterschiedliche Formgebung aufweisen.
Bei der Ausgestaltung gemäß 6 ist der hintere Bereich des Formkörpers 16 wellenförmig gestaltet. Ansonsten entspricht das Rotorblatt 10 im wesentlichen der 1.
In den 7a und 7b ist eine Ausführungsvariante gezeigt, in der der Formkörper 16 und parallel zu diesem angeordnete Formkörper 32 mittels eines „Handschuh" auf einem üblichen Rotorflügel 12 aufgebracht werden. Diese Ausführungsvariante eignet sich insbesondere für die Nachrüstung eines üblichen Rotorflügels 12. In 7c und 7d sind jeweils Querschnitte durch den in den 7a bzw. 7b gezeigten Draufsichten auf die Rotorflügelteile 12 gezeigt.
Das in der 8 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Rotorblatts entspricht im wesentlichen der in 1 dargestellten Form mit einem Rotorflügel 12 und einem Formkörper 16, wobei jedoch jeweils die hinteren Randbereiche 20 des Rotorflügels 12 und der hintere Bereich des Formkörpers 16 wellenförmig ausgestaltet sind. Entsprechend der in den 9a und 9b dargestellten Rotorblätter 10 sind jeweils die Gesamtkonturen der Rotortlügel 12 mit den Formkörpern 16 und den parallel hierzu angeordneten Formkörpern 34 bzw. 36 zu einer integrierten Gesamtform verschmolzen.

Claims

Rotorblatt, vorzugsweise zum Einsatz in einem Windrad, bestehend aus einem Rotortlügel, gekennzeichnet durch mindestens einen nahe dem freien Ende des Rotorflügels angeordneten und über die Oberfläche des Rotorflügels hinausragenden Formkörper.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper als aerodynamisch formangepaßte Platte ausgebildet ist, die in einem Winkel α ≥ 90° zur Rotorblattobertläche angestellt ist.
Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper als aerodynamisch formangepaßte Platte ausgebildet ist, die innerhalb der von dem Rotorblatt aufgespannten Ebene gegenüber der Rotorlängsachse in einem Winkel β ≤90° angestellt ist
Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Kunststofformkörper besteht.
Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung des Formkörpers gegenüber dem Rotorblatt veränderlich ist.
Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Formkörper nebeneinander entlang des Rotorblattes angeordnet sind.
Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblattoberfäche Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweist.