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Der vorliegende Gegenstand bezieht sich allgemein auf Windkraftanlagen, und besonders auf Windkraftanlagen-Rotorflügel, die eine aerodynamische Winglet Konfiguration haben.
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Windenergie wird als eine der saubersten, jetzt verfügbaren, umweltfreundlichsten Energiequellen betrachtet, und Windkraftanlagen haben vergrößerte Aufmerksamkeit in dieser Beziehung gewonnen. Eine moderne Windkraftanlage weist normalerweise einen Turm, Generator, Getriebe, Gondel, und einen oder mehrere Rotorflügel auf. Die Rotorflügel gewinnen unter Nutzung bekannter Flügelprofile kinetische Energie aus Wind und übertragen die kinetische Energie als Rotationsenergie auf eine Welle, welche die Rotorflügel mit einem Getriebe verbindet, oder, wenn ein Getriebe nicht verwendet wird, direkt zum Generator. Der Generator wandelt dann die mechanische Energie in elektrische Energie um, die in ein Netz eingespeist werden kann.
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Um sicherzustellen, dass Windenergie eine lebensfähige Energiequelle bleibt, sind Anstrengungen gemacht worden, durch Modifikation der Größe und Kapazität von Windkraftanlagen die Energieabgabe zu vergrößern. Eine solche Modifizierung hat die Länge und Fläche der Rotorflügel vergrößert. Jedoch sind die Größe der Biegekräfte und die Belastung eines Rotorblatts eine Funktion der Flügel-Länge, zusammen mit Windgeschwindigkeit, Anlagenbetriebszustand, Flügelsteifigkeit und anderen Variablen allgemein. Diese vergrößerte Belastung erzeugt nicht nur eine Ermüdung der Rotorflügel und anderer Windkraftanlagen-Bestandteile, sondern kann auch die Gefahr eines plötzlichen katastrophalen Defekts der Rotorflügel zum Beispiel vergrößern, wenn die übermäßige Belastung eine Verbiegung eines Flügels verursacht, so dass dieser mit dem Turm kollidiert.
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Lastkontrolle ist so eine entscheidende Maßnahme im Betrieb moderner Windkraftanlagen. Zum Beispiel werden weithin aktive Anstellwinkel-Regelsysteme verwendet, um die Last auf den Rotorflügeln zu reduzieren, indem der Anstellwinkel der Flügel in hohen Belastungszuständen geändert wird. Die
US 2010 / 0 092 288 A1 beschreibt einen im Anstellwinkel verstellbaren Flügel mit einem Fußende-Lager, das eine Anstellwinkel-Achse hat, die in einem Winkel zu der Längsachse des Flügels steht. Mit dieser Konfiguration bewegt sich der Flügel in und aus der Rotor-Ebene, wenn der Anstellwinkel verstellt wird, was im Wesentlichen die wirksame Länge des Flügels ändert. Es ist auch bekannt, die aerodynamischen Eigenschaften der individuellen Rotorflügel als ein Mittel der Lastkontrolle zu ändern, zum Beispiel mit kontrollierbaren Wirbel-Elementen, Klappen, Nasen und ähnlichem, was auf den Flügel-Oberflächen angeordnet wird.
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Die
US 6 972 498 B2 beschreibt verschiedene Windkraftanlagen-Flügel-Konfigurationen, bei denen ein einziehbarer Fortsatz auf einem Grundflügel-Segment bereitgestellt wird, um die wirksame Länge des Flügels in hohen Belastungszuständen zu reduzieren. In einer besonderen Ausführungsform wird der Flügel-Fortsatz mit dem Grundflügel-Segment über Scharniere verbunden und klappt zwischen einer völlig verlängerten Position und einer völlig zurückgenommenen Position, bei der sich die Flügel-Erweiterung in das Grundflügel-Segment faltet. Die Gelenkverbindung verläuft bei diesem Typ der Anordnung in offenen Abschnitten entlang der Flügelkante, was Geräusch erzeugen und die aerodynamische Leistung des Flügels in (teilweise oder völlig) zurückgenommener Position des Flügelfortsatzes nachteilig betreffen kann. Die
DE 10 2005 028 688 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Anpassen aerodynamischer Eigenschaften eines Flügelelements, wobei die Vorrichtung ein Winglet umfasst, wobei das Winglet an dem Flügelelement beweglich befestigbar ist und wobei das Winglet oder Teile des Winglets gegenüber dem Flügelelement derart drehbar ist oder sind, dass eine zugehörige Drehachse mit einer Haupterstreckungsrichtung des Flügelelements (1) einen von 90 Grad unterschiedlichen Winkel einschließt. Weitere Ausführungsformen von Windkraftanlagen-Rotorflügeln mit drehbaren, ausfahrbaren oder verstellbaren Rotorflügelspitzen bzw. Rotorendteilen sind bspw. in der
DE 297 23 456 U1 ,
DE 40 32 614 A1 und der
WO 2006 / 133 715 A1 offenbart.
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Entsprechend würde die Industrie aus einem verbesserten System einen Nutzen ziehen, welches die wirksame Länge eines Windkraftanlagen-Rotorflügels in hohen Belastungszuständen reduziert.
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Aspekte und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt, können sich aus der Beschreibung ergeben oder können durch die praktische Erprobung der Erfindung erfahren werden.
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In Übereinstimmung mit Aspekten der Erfindung wird eine Windkraftanlage geschaffen, die mehrere Rotorflügel aufweist. Jeder Rotorflügel weist einen Fußteil, der mit einer Nabe verbunden ist, und eine Tragflügel-Teil auf, der sich radial nach außen von der Nabe weg erstreckt. Der Tragflügel-Teil schließt weiter einen Hauptflügelabschnitt und ein Winglet ein. Das Winglet ist mit dem Hauptflügelabschnitt schwenkbar verbunden und schwenkt von einer Streckposition, in welcher der Rotorflügel eine erste überstreichende Länge hat, in eine abgewinkelte Position, in welcher der Rotorflügel eine zweite überstreichende Länge hat, die geringer ist als die erste überstreichende Länge. Eine bewegliche Abdeckmanteleinrichtung ist mit dem Winglet verbunden und erstreckt sich zwischen dem Winglet und dem Hauptflügelabschnitt in der abgewinkelten Position des Winglets. Die Abdeckmanteleinrichtung schafft eine aerodynamische Oberfläche, welche die Aussparung zwischen dem Winglet und der Hauptflügelabschnitt in der abgewinkelten Position des Winglets überbrückt und in der Streckposition des Winglets innerhalb des Hauptflügelabschnitts oder des Winglets verstaubar ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann die Abdeckmanteleinrichtung ein vorgebildetes Element, wie z. B. eine bogenförmige Schale sein, die in Streckposition des Winglets in den Hauptflügelabschnitt schwingt und die aus dem Hauptflügelabschnitt schwingt, wenn sich das Winglet zur abgewinkelten Position bewegt. In einer alternativen Ausführungsform kann die Abdeckmanteleinrichtung ein biegsames Material aufweisen, das sich in den Hauptflügelabschnitt oder das Winglet faltet. Zum Beispiel kann das biegsame Material eine Materialbahn, eine Faltenbahn und so weiter sein. In noch einer anderen Ausführungsform kann das biegsame Material eine elastische dünne Platte oder anderes Element sein, das sich in der abgewinkelten Position des Winglets zwischen dem Winglet und dem Hauptflügelabschnitt streckt.
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Jede Art des passenden Betätigungs-Mechanismus kann mit dem Winglet zusammenwirkend konfiguriert werden, um das Winglet zur abgewinkelten Position, zur Streckposition, oder zwischen beiden Positionen zu bewegen. Der Betätigungs-Mechanismus kann zum Beispiel ein Aktor sein, der durch ein Steuersignal betätigt wird, um das Winglet zwischen der Streckposition und abgewinkelten Position zu bewegen. Der Aktor kann zum Beispiel ein elektrischer Aktuator (d. h. ein Motor), eine elektromechanische Einrichtung, eine pneumatische oder hydraulische Einrichtung und so weiter sein.
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In noch weiteren Ausführungsformen kann der Betätigungs-Mechanismus eine Vorspanneinrichtung einschließen, die konfiguriert wird, um das Winglet entweder in die abgewinkelte oder in die Streckpositionen vorzuspannen. Ein Aktor kann verwendet werden, um das Winglet zur anderen jeweiligen Position entgegen der Vorspanneinrichtung zu bewegen.
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Es kann gewünscht werden, einen Sensor vorzusehen, der hinsichtlich des Winglets und des Hauptflügelabschnitts geeignet ist anzuzeigen, wenn das Winglet in der Streckposition ist. Der Sensor kann für jede Weise der Steuerfunktion mit der Anlagensteuerung in Kommunikationsverbindung stehen.
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In bestimmten Ausführungsformen kann es nützlich sein, einen steuerbaren Verriegelungsmechanismus zwischen dem Winglet und dem Hauptflügelabschnitt des Rotorflügels mit dem Winglet vorzusehen, wobei das Winglet nur dann zur abgewinkelten Position beweglich ist, wenn die Verriegelung freigegeben ist. In dieser Ausführungsform kann das Winglet durch einen Federmechanismus oder eine andere Vorspanneinrichtung zur abgewinkelten Position vorgespannt und durch einen aktiven Betätigungs-Mechanismus in die Streckposition zurückgezogen werden.
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In alternativen Ausführungsformen wird eine Windkraftanlage geschaffen, die mehrere Rotorflügel aufweist. Jeder Rotorflügel weist einen Fußteil auf, der eine Nabe mit einem Tragflügel-Teil verbindet, der sich von der Nabe radial nach außen ausstreckt. Der Tragflügel-Teil schließt weiter einen Hauptflügelabschnitt und ein Winglet ein. Das Winglet ist mit dem Hauptflügelabschnitt schwenkbar verbunden und schwenkt aus einer Streckposition, in welcher der Rotorflügel eine erste überstreichende Länge aufweist, zu einer abgewinkelten Position, in welcher der Rotorflügel eine zweite überstreichende Länge hat, die kleiner ist als die erste überstreichende Länge. Ein Scharnier-Gelenk ist zwischen dem Winglet und dem Hauptflügelabschnitt entlang einer Seite des Flügels mit dem Winglet vorgesehen, wobei das Winglet zu der entsprechenden Seite schwenkbar ist. Ein Betätigungs-Mechanismus ist mit dem Winglet betriebsmäßig verbunden, um das Winglet zur abgewinkelten Position zu bewegen, wobei das Winglet in der abgewinkelten Position um nicht mehr als 90 Grad in Bezug auf die Längsachse des Hauptflügelabschnitts geschwenkt ist.
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch einzelne Windkraftanlagen-Rotorflügel, die einige der Winglet-Merkmale oder Ausführungsformen beinhalten, die oben besprochen sind.
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Diese und anderen Eigenschaften, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und zugehörigen Ansprüche besser verstanden. Die Begleitzeichnungen, die zu der Beschreibung gehören und einen Teil derselben bilden, illustrieren Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Grundsätze der Erfindung.
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Eine volle und instruktive Beschreibung der vorliegenden Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsform derselben, die sich an den durchschnittlichen Fachmann richtet, wird in der Beschreibung erläutert, die sich auf die zugehörigen Zeichnungen bezieht, in denen:
- 1 eine Perspektiveansicht von einer Windkraftanlage ist;
- 2A eine Perspektiveansicht einer Windkraftanlage mit Rotorflügeln ist, die Winglets in Streckposition haben;
- 2B eine Perspektiveansicht der Windkraftanlage der 2A mit Winglets in abgewinkelter Position ist, um die vom Rotor überstrichene Fläche zu reduzieren;
- 3 eine Vorderansicht einer Windkraftanlage ist, die Rotorflügel mit Winglets aufweist, und sie illustriert die verschiedenen vom Rotor überstrichenen Flächen für die abgewinkelte und die gestreckte Position der Winglets;
- 4 eine Perspektiveansicht von einem Rotorflügel ist, der ein Winglet aufweist;
- 5 eine Seitenansicht von einem Teil eines Rotorflügels mit einer ersten Ausführungsform eines Winglets ist;
- 6 eine Seitenansicht vom Rotorflügel-Teil der 5 mit dem Winglet in abgewinkelter Position ist;
- 7 eine Seitenansicht von einem Teil eines Rotorflügels mit einer zweiten Ausführungsform eines Winglets ist;
- 8 eine Seitenansicht vom Rotorflügel-Teil der 7 mit dem Winglet in der abgewinkelten Position ist;
- 9 eine Seitenansicht von einem Teil eines Rotorflügels mit einer dritten Ausführungsform eines Winglets ist;
- 10 eine Seitenansicht vom Rotorflügel-Teil der 9 mit dem Winglet in der abgewinkelten Position ist; und
- 11 eine Vorderansicht einer Windkraftanlage mit Rotorflügeln in Übereinstimmung mit Aspekten der Erfindung ist.
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Es wird jetzt im Detail auf Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, wobei in den Zeichnungen ein oder mehrere Beispiele illustriert werden. Jedes Beispiel dient zur Erklärung der Erfindung. Tatsächlich wird es denjenigen, die in dem Fachgebiet erfahren sind, offenbar sein, dass an der vorliegenden Erfindung verschiedene Modifizierungen und Veränderungen gemacht werden können, ohne vom Schutzumfang oder Geist der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform illustriert oder beschrieben sind, als Teil einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen illustriert 1 eine Perspektiveansicht von einer Windkraftanlage 10 mit horizontaler Achse. Es wird darauf hingewiesen, dass die Windkraftanlage 10 auch eine Vertikalachsen-Windkraftanlage sein kann. In der illustrierten Ausführungsform weist die Windkraftanlage 10 einen Turm 12, der sich von einem Boden 14 ausgehend (aufragend) erstreckt, eine Gondel 16, die auf dem Turm 12 montiert ist, und einen Rotor 18 auf, der mit der Gondel 16 verbunden ist. Der Turm 12 kann aus Stahlrohr oder anderem passendem Material hergestellt werden und definiert einen Hohlraum (nicht illustriert) zwischen Boden 14 und der Gondel 16 . Der Rotor 18 schließt eine drehbare Nabe 20 und mit ihr verbundene Rotorflügel 22 ein, die sich von der Nabe 20 radial nach außen ausstrecken. Wie gezeigt, schließt der Rotor 18 drei Rotorflügel 22 ein. Jedoch kann der Rotor 18 in einer alternativen Ausführungsform mehr oder weniger als die drei Rotorflügel 22 einschließen.
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Die Rotorflügel 22 können allgemein jede passende Länge haben, die der Windkraftanlage 10 ermöglicht, gemäß Auslegungskriterien zu fungieren. Zum Beispiel können die Rotorflügel 22 eine Länge im Intervall von ungefähr 15 Metern (m) bis zu ungefähr 91 m haben. Die Rotorflügel 22 sind um die Nabe 20 herum angeordnet, um das Drehen des Rotors 18 zu ermöglichen, um kinetische Energie des Windes in verwendbare mechanische Energie und nachher in elektrische Energie zu wandeln. Speziell kann die Nabe 20 mit einem elektrischen Generator (nicht illustriert) verbunden sein, der zur Elektroenergieerzeugung innerhalb der Gondel 16 angeordnet ist. Weiter werden die Rotorflügel 22 mit der Nabe 20 vereinigt, indem jeweils ein Schaufelfuß-Teil 24 mit der Nabe 20 an einer Mehrzahl von Lastübertragungsstellen 26 gekoppelt wird. So werden Lasten, die auf die Rotorflügel 22 ausgeübt werden, über die Lastübertragungsstellen 26 auf die Nabe 20 übertragen.
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Wie in der illustrierten Ausführungsform gezeigt, kann die Windkraftanlage auch ein Anlagensteuerungssystem oder eine Anlagensteuerung 35 aufweisen, die innerhalb der Gondel 16 angeordnet ist. Jedoch sollte verstanden werden, dass die Anlagensteuerung 35 an jeder Position auf oder in der Windkraftanlage 10, an jeder Position auf dem Boden 14 oder allgemein an jeder anderen passenden Position angeordnet werden kann. Die Anlagensteuerung 35 kann passende Verarbeitungseinrichtungen und/oder andere Verarbeitungsfunktionalität einschließen, die konfiguriert ist, um die Methoden, Schritte, Operationen, Berechnungen und ähnliches durchzuführen, wie hierin beschrieben.
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Zum Beispiel kann die Anlagensteuerung 35 in einer Ausführungsform als ein Computer oder andere zentrale Steuereinheit konfiguriert werden. Weiter kann die Anlagensteuerung 35 auch verschiedene Eingabe- und Ausgabe-Kanäle und/oder - Geräte einschließen, um Eingaben von Sensoren und anderen Messgeräten zu erhalten und um Steuersignale an verschiedene Bestandteile der Windkraftanlage zu senden.
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Zur Ausführung von Windkraftanlagen-Steuerbefehlen kann die Anlagensteuerung 35 allgemein konfiguriert werden, um die verschiedenen Betriebsarten der Windkraftanlage 10 (z. B. Anfahren oder Stilllegung) zu steuern. Die Anlagensteuerung 35 kann auch konfiguriert werden, um den Flügel-Anstellwinkel oder Steigungswinkel von jedem der Rotorflügel 22 (d. h. ein Winkel, der eine Stellung der Rotorflügel 22 in Bezug auf die Richtung 28 des Winds bestimmt), die Last und Kraft zu steuern, die durch die Windkraftanlage 10 erzeugt wird, indem die Winkelposition von mindestens einem Rotorflügel 22 in Bezug auf den Wind verstellt wird. Zum Beispiel kann die Anlagensteuerung 35 den Steigungswinkel der Rotorflügel 22 entweder individuell oder gleichzeitig kontrollieren, indem passende Stellsignale zu einem Anstellwinkel-Verstellantrieb oder einem Stellsystem innerhalb der Gondel 16 übertragen werden. Weiter kann die Anlagensteuerung 35 konfiguriert werden, um, wenn sich die Richtung 28 des Winds ändert, die Position der Gondel 16 in Bezug auf eine Gierachse 38 über einen Gierverstellmechanismus innerhalb der Gondel 16 zu verstellen, um die Rotorflügel 22 in Bezug auf die Richtung 28 des Winds einzustellen.
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Während des Betriebs der Windkraftanlage 10 trifft Wind die Rotorflügel 22 aus der Richtung 28, was den Rotor 18 veranlasst zu rotieren. Da die Rotorflügel 22 rotieren und Fliehkräften unterworfen sind, werden die Rotorflügel 22 auch verschiedenen Lastkräften und Biegemomenten unterworfen. Wenn aerodynamische Lasten zunehmen, können übermäßige Kräfte und Biegemomente ein oder mehrere der Rotorflügel 22 mit dem Turm 12 kollidieren lassen, was auf bedeutende Schäden und Ausfallzeit hinausläuft. Sogar ohne einen Turm-Schlag können jedoch übermäßige Belastung und Biegemomente bedeutende Ermüdung des Rotorflügels 22 und anderer Windkraftanlagen-Bestandteile verursachen.
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Mit Bezug auf die 3 und 4, wie in der Fachwelt weithin bekannt ist, weisen einzelne Rotorflügel 22 bezüglich einer Drehrichtung 66 der Flügel (3) eine Vorderkante 32 und eine Hinterkante 34 auf. Die Rotorflügel 22 weisen eine Unterdruckseite (Saug-Seite) 38 sowie eine Druck-Seite 36 (5) auf.
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Die 2A und 2B illustrieren eine Ausführungsform einer Windkraftanlage 10, die mehrere Rotorflügel 22 aufweist. Jeder Rotorflügel 22 hat einen Fußteil 24, der mit einer Rotornabe 20 verbunden ist, und weiter weist er einen Tragflügel-Teil 30 auf, der sich von der Nabe radial nach außen erstreckt. Der Tragflügel-Teil 30 weist einen Hauptflügelabschnitt 42 und ein Winglet 46 auf, das die Flügelspitze 40 bildet. Das Winglet 46 ist mit dem Hauptflügelabschnitt 42 schwenkbar verbunden und schwenkt aus einer in 2A illustrierten Streckposition, in der der Rotorflügel eine erste überstreichende Länge 68 aufweist, wie in 3 dargestellt. Das Winglet 46 schwenkt in eine abgewinkelte Position, die in 2B illustriert ist, in welcher der Rotorflügel, wie in 3 illustriert, eine zweite überstreichende Länge 70 hat. So ist aus den 2A, 2B, und 3 ersichtlich, dass in der abgewinkelten Position des Winglets 46 das vom Rotor 18 überstrichene Gebiet bedeutsam reduziert wird, was auf eine verminderte Last auf den individuellen Rotorflügel 22 hinausläuft.
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Mit Bezug auf die 4 kann jede Art eines passenden Betätigungs-Mechanismus 58 an jeder Position innerhalb des Tragflügel-Teils 30 des Flügels 22 angeordnet werden, um das Winglet 46 zwischen der abgewinkelten und der gestreckten Position zu bewegen. 4 zeichnet grafisch den Betätigungs-Mechanismus 58 als einen Kolben, der mit dem Winglet 46 durch irgendeine Art einer passenden Verbindung 59 verbunden ist. Es sollte sogleich erkannt werden, dass der Betätigungs-Mechanismus 58 jede Art eines aktiven Betätigungsmechanismus sein kann, der ein Steuersignal erhält, um das Winglet 46 ein- und/oder auszuschwenken. Zum Beispiel kann der Betätigungs-Mechanismus 56 ein Elektromotor, ein elektromechanischer Aktuator, ein pneumatisches oder hydraulisches System und so weiter sein.
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Es kann gewünscht werden (ist aber nicht notwendig), dass der Betätigungs-Mechanismus strukturell dahingehend konfiguriert und gesteuert ist, um die Auslenk-Position des Winglets 46 zu beschränken, so dass sich das Winglet nicht in eine Position dreht, die größer ist als 90 Grad in Bezug auf die Längsachse des Hauptflügelabschnitts 42 . Mit anderen Worten wird das Winglet 46 daran gehindert, sich in eine Position zu drehen, die das Winglet veranlassen würde, sich zurück über den Hauptflügelabschnitt 42 zu klappen, um mögliche nachteilige Effekte auf den über den Hauptflügelabschnitt gehenden Luftstrom (oder die Leistung des Hauptflügelabschnitts 42 ) zu verhindern. Die 6, 8, und 10 stellen das Winglet 46 in einer abgewinkelten Position von ungefähr 90 Grad hinsichtlich des Hauptflügelabschnitts 42 dar. Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind auch Auslenkungen von größer als 90 Grad denkbar.
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Es sollte auch erkannt werden, dass das Winglet 46 hinsichtlich des Hauptflügelabschnitts veränderlich abgewinkelt werden kann. Zum Beispiel kann das Winglet 46 hinsichtlich des Hauptflügelabschnitts 42 in jede Position innerhalb eines Bereichs von größer als 0 Grad zu nicht mehr als 90 Grad geschwenkt werden.
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Es wird besonders auf die 5 und 6 verwiesen; die Rotorflügel 22 weisen eine bewegliche Abdeckmanteleinrichtung 50 (z. B. Schlauchhülse) auf, die zwischen dem Winglet 46 und dem Hauptflügelabschnitt 42 angeordnet ist. Die Abdeckmanteleinrichtung 50 ist eingerichtet, sich in der abgewinkelten Position des Winglets von einem Ende 48 des Winglets 46 zu einem Ende 44 des Hauptflügelabschnitts 42 zu erstrecken, wie besonders in 6 veranschaulicht ist. Die Abdeckmanteleinrichtung 50 schafft so über dem Spalt, der sonst in der abgewinkelten Position des Winglets 46 zwischen dem Winglet 46 und dem Hauptflügelabschnitt 42 klaffen würde, eine aerodynamische Oberfläche. Zusätzlich zur Ausbildung einer aerodynamischen Oberfläche reduziert die Abdeckmanteleinrichtung 50 gleichzeitig ein Geräusch, das durch den Spalt (sowie durch die in dem Spalt exponierte Struktur) erzeugt würde, wenn das Winglet 46 in der abgewinkelten Position ist.
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Die 5 und 6 illustrieren eine Ausführungsform, in der die Abdeckmanteleinrichtung 50 eine vorgebildete bogenförmige Form hat. Die Abdeckmanteleinrichtung 50, kann zum Beispiel ein relativ starres oder halbstarres Schalenelement 52 sein, das in der Streckposition des Winglets 46 in den Hauptflügelabschnitt 42, wie in 5 illustriert, und das aus dem Hauptflügelabschnitt 42 schwingt, wenn sich das Winglet 46 zur abgewinkelten Position bewegt, wie in 6 illustriert. Das Schalenelement 52 kann komprimierbar sein, um in den Hauptflügelabschnitt zu passen, aber seine vorgebildete bogenförmige Form nach dem Abwinkeln annehmen, um gleichzeitig den Spalt zwischen dem Ende 48 des Winglets 46 und dem Ende 44 des Hauptflügelabschnitts 42 zu überbrücken und dadurch eine vorgebildete aerodynamische Oberfläche zu schaffen.
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Die 7 und 8 illustrieren eine alternative Ausführungsform der Abdeckmanteleinrichtung 50 . In dieser Ausführungsform wird die Abdeckmanteleinrichtung 50 durch jede Art von biegsamen Materialien 54 gebildet. Die Materialien 54 können zum Beispiel eine Leinwand oder anderes passendes Folien- oder Stoffmaterial, ein Plisseematerial, ein zusammenfaltbares Material und so weiter sein. Das Material 54 ist somit „geschmeidig“ und es ist dazu fähig, wie in 7 illustriert, gefaltet oder sonst in der Größe vermindert in einer verstauten Position entweder innerhalb des Hauptflügelabschnitts 42 und/oder des Winglets 46 untergebracht zu werden. 8 illustriert das geschmeidige Material 54, wie es sich zwischen dem Ende 44 des Hauptflügelabschnitt 42 und dem Ende 48 des Winglets 46 erstreckt. Das Material 54 kann bis zu einem gewissen Grad eine vorgebildete Struktur haben (z. B. als ein Plisseematerial), um eine bogenförmige Form in der abgewinkelten Position des Winglets 46 zu bilden, wie in 8 dargestellt.
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In der Ausführungsform von 9 und 10 wird die Abdeckmanteleinrichtung 50 durch eine elastische Platte oder anderes elastisches Element 55 geschaffen. Das elastische Element 55 erstreckt sich in der abgewinkelten Position des Winglets im Wesentlichen zwischen dem Ende 44 des Hauptflügelabschnitts 42 und dem Ende 48 des Winglets 46, wie in 10 illustriert. Das elastische Element 55 benötigt somit wenig Stauraum innerhalb des Hauptflügelabschnitts 42, erbringt aber eine weniger bogenförmige Oberfläche in der abgewinkelten Position des Winglets 46, wie in der 10 gesehen werden kann.
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Mit Bezug auf die verschiedenen Figuren ist das Winglet 46 an einem Scharnier-Gelenk 56 zentral schwenkbar, das durch jede passende Scharnier-Struktur, wie ein mechanisches Scharnier, ein Filmscharnier und so weiter definiert werden kann. In einer besonderen Ausführungsform schwenkt das Winglet 46 an dem Scharnier 56, das auf der Druck-Seite 36 des Flügels 22 gebildet ist. Auf diese Weise dreht sich das Winglet zu der Druck-Seite 36, wie in 2B besonders veranschaulicht ist. In einer besonderen Ausführungsform schwenkt das Winglet 46 mindestens ungefähr 90 Grad in Bezug auf die Längsachse des Hauptflügelabschnitts 42 . Sich zur Druck-Seite 36 des Flügels 22 drehend stellt das Winglet 46 in der abgewinkelten Position keine Gefahr hinsichtlich der Flügelkollision mit dem Turm 12 dar, wie aus 2B abgelesen werden kann. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann das Winglet 46 auch zur Saugseite 38 schwenken.
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Wie erwähnt, kann der Betätigungs-Mechanismus 58 jede Art eines passenden Aktuators enthalten. Zum Beispiel kann der Betätigungs-Mechanismus 58 jede Art von Aktoren umfassen, die das Winglet 46 zwischen der Streckposition und der abgewinkelten Position bewegen können. Mit anderen Worten kann der Betätigungs-Mechanismus 58, zum Beispiel, ein bewegender oder mechanischer Aktuator sein, der mit dem Winglet 46 durch jede Weise einer passenden Getriebeverbindung 59 verbunden sein kann, um das Winglet 46 zurückzunehmen und einzusetzen. In alternativen Ausführungsformen kann der Betätigungs-Mechanismus 58 einen passiven Bestandteil, wie eine Feder oder andere Vorspannelemente beinhalten. Dieser passive Bestandteil kann genutzt werden, um das Winglet 46 entweder in die abgewinkelte oder in die gestreckte Positionen vorzuspannen. Ein aktives Gerät, wie ein Motor, Kolben, oder Ähnliches, kann verwendet werden, um das Winglet 46 in der jeweiligen entgegengesetzten Richtung gegen die Neigungskraft des Federapparats oder anderen Vorspannelements zu bewegen.
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Mit Bezug auf die Figuren im Allgemeinen kann es in bestimmten Ausführungsformen gewünscht werden, an irgendeiner passenden Position entlang der Scharnier-Linie 56 zwischen dem Winglet 46 und dem Hauptflügelabschnitt 42 einen Sensor 60 vorzusehen. Dieser Sensor 60 kann jede Art von Kontakt-Schalter, Reedschalter und ähnlichem sein, der ein Signal erzeugt, das die Relativposition des Winglets 46 anzeigt. Zum Beispiel kann der Sensor 60 anzeigen, wenn das Winglet 46 in seiner Streckposition ist, wie in 9 illustriert. Alternativ kann der Sensor 60 anzeigen, wenn das Winglet 46 in der abgewinkelten Position der 10, oder jeder Position außer der Streckposition der 9 ist. Der Sensor 60 kann verwendet werden, um der Anlagensteuerung 35 für jede Art der Steuerfunktion in Bezug auf die Windkraftanlage 10 ein Eingangssignal zur Verfügung zu stellen.
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In bestimmten Ausführungsformen kann es auch gewünscht werden, einen Verriegelungsmechanismus zwischen dem Winglet 46 und dem Hauptflügelabschnitt 42 vorzusehen. In den Figuren wird dieser Verriegelungsmechanismus mit dem Sensor 60 verbunden, dieser kann aber auch zusätzlich mit einem gesonderten Sensor 60 verbunden sein. Der Verriegelungsmechanismus kann zum Beispiel ein elektromagnetisches Schloss sein, das geöffnet wird, um dem Winglet 46 zu erlauben, sich nach Empfang eines Steuersignals durch das Schloss zu seiner abgewinkelten Position zu drehen. In dieser Ausführungsform kann ein Vorspannelement, wie ein Federapparat oder ein ähnliches Element, als ein Bestandteil des Betätigungs-Mechanismus 58 vorgesehen sein, so dass nach der Entriegelung des Schlosses das Winglet 46 unter der Kraft des Vorspannelements automatisch zu seiner abgewinkelten Position schwenkt. Um das Winglet 46 zur Streckposition zurückzubewegen, kann der Betätigungs-Mechanismus 58 jeden passenden Apparat und jede Art der Getriebeverbindung 59 nutzen, um das Winglet zur Streckposition zurückzufahren, wobei in dieser Position das Schloss betätigt wird, um das Winglet 46 in einer sicheren und verriegelten Streckposition zu behalten.
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11 veranschaulicht eine Windkraftanlage 10, in der jeder Rotorflügel 22 wie hier beschrieben mit einem Winglet 46 ausgerüstet ist. Es sind Steuer- und/oder Energieübertragungsleitungen 62 für eine koordinierte Steuerung der verschiedenen Winglets 46 durch die Anlagensteuerung 35 vorgesehen. Die Anlagensteuerung 35 kann abwechselnd jede Art der Eingabe von verschiedenen Sensoren 64 erhalten, die passend angeordnet und konfiguriert sind, um verschiedene Betriebsbedingungen auf den Flügeln 22 zu fühlen, wie äußerste oder stoßartige von den Flügeln erfahrene Belastungszustände. Bei solchen Belastungszuständen kann die Anlagensteuerung 35 über die Steuer- und/oder Energieübertragungsleitungen 62 und den Betätigungs-Mechanismus 58 (mit passender Getriebeverbindung 59) die Winglets 46 für die Flügel 22 auf eine kontrollierte und koordinierte Weise antreiben. Um das gesamte Gleichgewicht des Rotors 20 und der Flügel 22 aufrechtzuerhalten, werden die Winglets 46 über ihren jeweiligen Betätigungs-Mechanismus 58 einheitlich angetrieben.
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Am Ende des vorübergehenden oder äußersten Belastungszustands können die Winglets 46 über die Anlagensteuerung 35, Getriebe-/Antriebsstrang, und die Betätigungs-Mechanismen 58 in ihre Streckposition zurück überführt werden.
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Diese schriftliche Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich der besten Ausführungsform zu beschreiben und auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung, einschließlich der Ausbildung und Verwendens aller Einrichtungen oder Systeme und des Durchführens aller zugehörigen Verfahren, auszuüben.
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Eine Windkraftanlage 10 weist mehrere Rotorflügel 22 auf, wobei jeder Rotorflügel 22 einen mit einer Nabe 20 verbundenen Fußteil 24 und einen Tragflügel-Teil 30 aufweist, der sich von der Nabe radial nach außen erstreckt. Der Tragflügel-Teil 30 weist weiter einen Hauptflügelabschnitt 42 und ein Winglet 46 auf, das mit dem Hauptflügelabschnitt schwenkbar verbunden ist, um sich von einer Streckposition, in der die Rotorflügel eine erste überstreichende Länge 68 festlegen, in eine abgewinkelte Position zu drehen, in der der Rotorflügel eine zweite überstreichende Länge 70 festlegt. In der abgewinkelten Position kann sich das Winglet zu nicht mehr als 90 Grad zu einer Längsachse des Hauptflügelabschnitts drehen. Eine Abdeckmanteleinrichtung 50 kann mit dem Winglet verbunden werden, um sich in der abgewinkelten Position des Winglets zwischen dem Winglet und dem Hauptflügelabschnitt zu erstrecken. Die Abdeckmanteleinrichtung ist in der Streckposition des Winglets innerhalb des Hauptflügelabschnitts und/oder des Winglets verstaut.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Windkraftanlage
- 12
- Turm
- 14
- Boden
- 16
- Gondel
- 18
- Rotor
- 20
- Nabe
- 22
- Rotorflügel
- 24
- Flügelfußabschnitt
- 26
- Lastübertragungsstellen
- 28
- Windrichtung
- 30
- Tragflügel-Teil
- 32
- Vorderkante
- 34
- Hinterkante
- 35
- Anlagensteuerung
- 36
- Druckseite
- 38
- Saugseite
- 40
- Flügelspitze
- 42
- Hauptflügelabschnitt
- 44
- Wände des Hauptbügelabschnitts
- 46
- Winglet
- 48
- Ende des Winglets
- 50
- Abdeckeinrichtung
- 52
- Schalenelement
- 54
- Faltbares Material
- 55
- Elastisches Element
- 56
- Scharniergelenk
- 58
- Betätigungseinrichtung
- 59
- Getriebeverbindung
- 60
- Sensor
- 62
- Übertragungsleitungen
- 64
- Sensorsystem
- 66
- Drehrichtung
- 68
- Überstrichene Fläche
- 70
- Reduzierte überstrichene Fläche
