DE102013210737B4

DE102013210737B4 - Befestigung von Vortexgeneratoren

Info

Publication number: DE102013210737B4
Application number: DE102013210737.4A
Authority: DE
Inventors: Bert Gollnick; Tilman Richers; Jens Kulenkampff; Marc Petsche
Original assignee: Senvion GmbH
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy Service GmbH
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2021-06-17
Anticipated expiration: 2033-06-11
Also published as: DE102013210737A1; WO2014198354A1

Abstract

Rotorblattsystem (1) für eine Windenergieanlage umfassend ein Rotorblatt (10) mit einer Oberfläche (12) und umfassend einen Vortexgenerator (21) mit einem Grundkörper (22) und wenigstens einem mit dem Grundkörper (22) verbundenen Flügel (20), wobei der Flügel (20) des Vortexgenerators (21) bestimmungsgemäß an der Oberfläche (12) des Rotorblattes (10) angeordnet ist oder wird, wobei das Rotorblattsystem (1) ferner eine Positionierungseinrichtung (35; 22, 40; 26, 70; 25, 80) zur Ausrichtung von dem Rotorblatt (10) und dem Vortexgenerator (21) relativ zueinander umfasst, wobei die Positionierungseinrichtung (35; 22, 40; 26, 70; 25, 80) eine Aussparung (40) für den Vortexgenerator (21) an der Oberfläche (12) des Rotorblattes (10) umfasst, wobei der Grundkörper (22) an einer bestimmungsgemäß dem Rotorblatt (10) zugewandten Seite wenigstens abschnittsweise formkomplementär zu der Aussparung (40) ausgebildet ist, wobei die Aussparung (40) wenigstens eine schräg zu der angrenzenden Oberfläche (12) des Rotorblattes (10) angeordnete Seitenfläche (42) aufweist, wobei die Seitenfläche (42) der Aussparung (40) eine Neigung zu einer bei der Aussparung (40) angeordneten Oberfläche des Rotorblatts von 1:5 oder weniger hat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rotorblattsystem für eine Windenergieanlage umfassend ein Rotorblatt mit einer Oberfläche und umfassend einen Vortexgenerator mit einem Grundkörper und wenigstens einem mit dem Grundkörper verbundenen Flügel, wobei der Flügel des Vortexgenerators bestimmungsgemäß an der Oberfläche des Rotorblattes angeordnet ist oder wird.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Befestigungseinrichtung für ein Rotorblattsystem einer Windenergieanlage mit einem Rotorblatt, das eine Oberfläche aufweist, und mit einem Vortexgenerator, der einen Grundkörper und einen mit dem Grundkörper verbundenen Flügel aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Rotorblatt und einen Vortexgenerator.
Für moderne Windenergieanlagen sind Rotorblattsysteme mit einem Rotorblatt bekannt, die zur Erhöhung des Auftriebs des Rotorblattes einen Vortexgenerator mit einem Flügel umfassen. Derartige Flügel weisen oft eine dreieckige Grundform auf und sind in der Regel aufrecht stehend an einer Oberfläche des Rotorblatts befestigt. Bei Umströmung des Rotorblattes erzeugt jeder Flügel einen oberflächennahen Wirbel, einen sogenannten Vortex. Diese Wirbel verhindern das Ausbilden einer übermäßig dicken turbulenten Grenzschicht zwischen der Oberfläche des Rotorblatts und der das Rotorblatt umströmenden laminaren Luftströmung, wodurch ein Abreißen oder Ablösen der laminaren Strömung vom Rotorblatt unterdrückt und höhere Auftriebskräfte auf das Rotorblatt ausgeübt werden. Dadurch lässt sich die Energieausbeute der Windenergieanlage erhöhen.
Unter einem Flügel wird im Rahmen der Erfindung der Teil eines Vortexgenerators verstanden, der in Wechselwirkung mit der den Flügel unterströmenden Luft einen Wirbel erzeugt. Unter Flügel wird insbesondere ein Wirbel erzeugender Flächenkörper verstanden.
Rotorblatt und Vortexgenerator sind in der Regel aufeinander abgestimmte Bestandteile eines Rotorblattsystems, wobei die relative Ausrichtung von Rotorblatt und Vortexgenerator für die aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblattsystems von besonderer Bedeutung ist.
Des Weiteren wirken beim Betrieb der Windenergieanlage erhebliche aerodynamische Kräfte auf den Flügel des Vortexgenerators, so dass eine entsprechend feste Verbindung oder Befestigung zwischen Rotorblatt und Vortexgenerator unumgänglich ist.
Bei bekannten Rotorblattsystemen wird der Vortexgenerator in der Regel auf das Rotorblatt aufgeklebt. Hierdurch wird die erforderliche Befestigung zwischen Rotorblatt und Vortexgenerator bereitgestellt, was allerdings große Präzision und Sorgfalt bei der Ausrichtung zwischen Rotorblatt und Vortexgenerator während der Montage erfordert. Des Weiteren ist der Austausch eines Vortexgenerators, beispielsweise bei einem abgerissenen oder abgebrochenen Flügel, mit erheblichem Aufwand verbunden.
US 2012 / 0 100 005 A1 offenbart ein Rotorblatt einer Windenergieanlage mit Vortexgeneratoren. Die Vortexgeneratoren sind auf einer Plattform aufgebracht, die in eine Aussparung eingeklebt wird. Es kann auch eine fixierte mechanische Verbindung vorgenommen sein.
US 2013 / 0 108 457 A1 offenbart ein Rotorblatt einer Windenergiean- lage mit Vortexgeneratoren, die auf Plattformen angeordnet sind, die mit entsprechendem Klebeband fixiert sind.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Befestigung eines Vortexgenerators an einem Rotorblatt zu verbessern, wobei insbesondere bei der Montage die Ausrichtung oder Positionierung von Vortexgenerator und Rotorblatt relativ zueinander vereinfacht und/oder der Austausch eines Vortexgenerators an einem Rotorblatt erleichtert werden sollen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 9 und 16. Erfindungsgemäß ist ein Rotorblattsystem für eine Windenergieanlage umfassend ein Rotorblatt mit einer Oberfläche und umfassend einen Vortexgenerator mit einem Grundkörper und wenigstens einem mit dem Grundkörper verbundenen Flügel vorgesehen, wobei der Flügel des Vortexgenerators bestimmungsgemäß an der Oberfläche des Rotorblattes angeordnet ist oder wird, wobei das Rotorblattsystem ferner eine Positionierungseinrichtung zur Ausrichtung von dem Rotorblatt und dem Vortexgenerator relativ zueinander umfasst.
Der Flügel ist insbesondere ein aerodynamisch relevanter Bestandteil des Vortexgenerators. Der Grundkörper ist insbesondere ein Bestandteil des Vortexgenerators, an dem oder mit dem der Vortexgenerator an einem Rotorblatt befestigt ist oder wird. Der Grundkörper ist beispielsweise als Sockel eines Flügels oder als Grundplatte ausgebildet. Ein Vortexgenerator kann insbesondere mehrere, beispielsweise zwei, Flügel aufweisen, die mit demselben Grundkörper verbunden sind.
Durch die Erfindung wird insbesondere die Ausrichtung zwischen Rotorblatt und Vortexgenerator bei der Montage des Rotorblattsystems, insbesondere bei der Befestigung des Vortexgenerators an dem Rotorblatt, erleichtert. Dabei ist die Positionierungseinrichtung insbesondere mit dem Rotorblatt und/oder dem Vortexgenerator verbunden und/oder verbleibt nach der Montage an dem Rotorblatt und/oder dem Vortexgenerator. Die Positionierungseinrichtung kann auch Merkmale umfassen, die die Ausgestaltung des Rotorblattes und/oder des Vortexgenerators betreffen und die Ausrichtung von Rotorblatt und Vortexgenerator zueinander erleichtern.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Positionierungseinrichtung eine Positionsmarkierung für den Vortexgenerator.
Dadurch wird ermöglicht, die geeignete Position des Vortexgenerators an dem Rotorblatt bereits bei der Fertigung des Rotorblattes, insbesondere der Bereitstellung einer aerodynamisch relevanten Oberfläche des Rotorblattes, zu kennzeichnen oder festzulegen. Dafür ist die Positionsmarkierung vorzugsweise an der Oberfläche des Rotorblattes angeordnet.
Darüber hinaus ermöglicht eine Positionsmarkierung an dem Rotorblatt oder an der Oberfläche des Rotorblattes die exakte und reproduzierbare Ausrichtung des Vortexgenerators relativ zu dem Rotorblatt. Dabei ist die Positionierungsmarkierung insbesondere eine Positionierungsmarkierung für den Grundkörper des Vortexgenerators, wobei der Vortexgenerator insbesondere mit dem Grundkörper an der Oberfläche des Rotorblattes befestigt ist oder wird.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Positionierungsmarkierung als Anlagekante für den Vortexgenerator, insbesondere für den Grundkörper des Vortexgenerators, ausgebildet. Beispielsweise wird der Vortexgenerator, insbesondere mit seinem Grundkörper, auf die Oberfläche des Rotorblattes aufgelegt, gegen die Anlagekante geschoben und dann am Rotorblatt befestigt. Dadurch wird eine besonders einfache und exakte Ausrichtung von Vortexgenerator und Rotorblatt zueinander erreicht.
Des Weiteren besonders vorteilhaft ist, wenn die Oberfläche des Rotorblattes und eine Oberfläche des Vortexgenerators, insbesondere eine bestimmungsgemäß dem Rotorblatt zugewandte Seite des Grundkörpers des Vortexgenerators, wenigstens abschnittsweise formkomplementär zueinander ausgebildet sind, wobei die Oberfläche des Rotorblattes insbesondere gekrümmt ist.
Hierdurch wird eine Sollposition des Vortexgenerators relativ zum Rotorblatt vorgegeben, in der die formkomplementär ausgebildeten Oberflächen von Rotorblatt und Vortexgenerator flächig aufeinanderliegen. Hierdurch wird insbesondere ein gleichmäßiger Abstand der Oberflächen zueinander erreicht, der die betriebssichere Befestigung des Vortexgenerators an dem Rotorblatt erleichtert. Insbesondere ergibt sich in der Sollposition ein gleichmäßig breiter und damit in der Regel vorteilhafter Klebespalt zwischen dem Vortexgenerator und dem Rotorblatt.
Des Weiteren ist die Sollposition, insbesondere bei komplex geformten Oberflächen von Rotorblatt und Vortexgenerator, eine insbesondere metastabile Position oder Lage des Vortexgenerators auf der Oberfläche des Rotorblattes, in der der Vortexgenerator und das Rotorblatt bestimmungsgemäß zueinander ausgerichtet sind. Dadurch wird bei der Montage des Rotorblattsystems die Ausrichtung des Vortexgenerators und des Rotorblattes relativ zueinander weiter erleichtert.
Erfindungsgemäß umfasst die Positionierungseinrichtung eine Aussparung für den Vortexgenerator, insbesondere für den Grundkörper des Vortexgenerators, an der Oberfläche des Rotorblattes, wobei der Grundkörper an einer bestimmungsgemäß dem Rotorblatt zugewandten Seite wenigstens abschnittsweise formkomplementär zu der Aussparung ausgebildet ist.
Hierdurch wird insbesondere eine stabile Sollposition des Vortexgenerators an dem Rotorblatt mit den bereits genannten Vorteilen bere itgeste llt.
Darüber hinaus ergibt sich der weitere Vorteil, dass der Vortexgenerators derart am Rotorblatt befestigt wird oder werden kann, dass eine Oberfläche des Vortexgenerators eine aerodynamische relevante Oberfläche des Rotorblattes fortsetzt oder ergänzt. Dadurch wird einerseits eine feste und betriebssichere Befestigung des Vortexgenerators über seinen Grundkörper an dem Rotorblatt sichergestellt und andererseits eine unerwünschte Beeinflussung der aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblattes durch den Grundkörper des Vortexgenerators, beispielsweise unerwünschte Verwirbelungen an einer Seitenfläche oder Seitenkante des Grundkörpers, verhindert.
Erfindungsgemäß weist die Aussparung wenigstens eine schräg zu der angrenzenden Oberfläche des Rotorblattes angeordnete Seitenfläche auf, die insbesondere als Anlage- oder Gleitfläche für den Vortexgenerator, insbesondere für eine zur Seitenfläche wenigstens abschnittsweise formkomplementäre Gegenfläche am Vortexgenerators, ausgebildet ist. Die Gegenfläche ist beispielsweise eine Au-ßen- oder Oberfläche am Grundkörper des Vortexgenerators.
Dadurch wird erreicht, dass sich ein in die Aussparung eingesetzter Vortexgenerator in der Aussparung automatisch ausrichtet, wodurch insbesondere neben der Position auch die Orientierung des Vortexgenerators relativ zu dem Rotorblatt vorgegeben ist oder wird.
Die Seitenfläche der Aussparung hat erfindungsgemäß eine Neigung zu einer bei der Aussparung angeordneten Oberfläche des Rotorblattes von 1:5 (also beispielsweise 11,5°) oder weniger. Dadurch werden scharfe Kanten und die damit verbundene strukturelle Schwächung des Rotorblattes vermieden. Insbesondere bei einem Rotorblatt, das im Bereich der Oberfläche lasttragende Fasern aufweist, wird vorteilhafterweise eine geradlinige Ausrichtung der Fasern und somit eine von der Aussparung unbeeinträchtigte Tragfähigkeit der Fasern gewährleistet.
Ein weiterer Vorteil einer Seitenfläche mit geringer Neigung besteht darin, dass die Seitenfläche der Aussparung und die angrenzende Oberfläche des Rotorblattes bei der Fertigung des Rotorblattes in einem Arbeitsschritt gemeinsam bearbeitet, beispielsweise geschliffen, werden können. Auch wird eine einfache Bearbeitung aller Innenflächen der Aussparung, beispielsweise zum Aufrauen zum Vorbereiten einer Klebeverbindung des Rotorblattes und des Vortexgenerators, in einem einzigen Arbeitsschritt ermöglicht.
Vorzugsweise ist die Aussparung in einer Richtung quer zur Oberfläche des Rotorblattes konisch ausgebildet. Insbesondere ist die Aussparung derart ausgebildet, dass eine Querschnittsfläche der Aussparung in Abhängigkeit von dem Abstand zu einer an die Aussparung angrenzenden Oberfläche des Rotorblattes kleiner wird.
Des Weiteren vorteilhaft ist es, wenn die Aussparung in einer Richtung längs der Oberfläche des Rotorblattes asymmetrisch ausgebildet ist.
Hierdurch wird verhindert, dass der Vortexgenerator in einer falschen Orientierung in die Aussparung eingesetzt werden kann.
Bevorzugt weist die Aussparung eine Basisfläche auf, an der eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung des Vortexgenerators in der Aussparung angeordnet ist.
Dadurch werden vorteilhafterweise die verschiedenen Funktionen der Aussparung, insbesondere zur Ausrichtung oder Positionierung des Vortexgenerators einerseits und zur Befestigung des Vortexgenerators andererseits, räumlich getrennt und auf verschiedene Flächen der Aussparung aufgeteilt. Insbesondere wird ein Gleiten oder Verschieben des Vortexgenerators quer zu der Befestigungseinrichtung vermieden.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, dass das Rotorblattsystem wenigstens einen ersten Vortexgenerator und einen zweiten Vortexgenerator umfasst, die bestimmungsgemäß nebeneinander am Rotorblatt angeordnet sind oder werden, wobei die Vortexgeneratoren, insbesondere die Grundkörper der Vortexgeneratoren, jeweils eine Stoßkante für den jeweils anderen Vortexgenerator aufweisen, wobei die Stoßkante des ersten Vortexgenerators und die Stoßkante des zweiten Vortexgenerators wenigstens abschnittsweise formkomplementär zueinander ausgebildet sind.
Hierdurch wird insbesondere eine Ausrichtung zwischen dem ersten Vortexgenerator und dem zweiten Vortexgenerator erleichtert, beispielsweise indem die Vortexgeneratoren mit ihren jeweiligen Stoßkanten aneinander positioniert werden. Dadurch wird die Ausrichtung mehrerer Vortexgeneratoren an einem Rotorblatt zueinander sichergestellt.
Darüber hinaus ist ein erster, an einem Rotorblatt befestigter Vortexgenerator insbesondere eine Positionierungseinrichtung für einen weiteren Vortexgenerator. Dadurch wird zumindest für den weiteren Vortexgenerator die Ausrichtung relativ zum Rotorblatt vereinfacht.
Des Weiteren bevorzugt ist es, wenn der erste Vortexgenerator und der zweite Vortexgenerator an den jeweiligen Stoßkanten miteinander, insbesondere lösbar, verbindbar ausgebildet sind.
Dadurch können mehrere Vortexgeneratoren zu einer aufeinander ausgerichteten Baugruppe kombiniert werden, die dann einheitlich an einem Rotorblatt ausgerichtet und befestigt werden. Vorzugsweise ist an den jeweiligen Stoßkanten ein Formschluss vorgesehen.
Ein weiterer Vorteil dabei ist, dass ohne wesentlichen Mehraufwand bei der Montage mehrere kleinere Vortexgeneratoren anstatt eines großen Vortexgenerators vorgesehen sein können. Insbesondere bei der Herstellung von Vortexgeneratoren unter Verwendung eines thermoplastischen Materials hat dies den Vorteil, dass es bei kleineren Bauteilen zu weniger Verzug beim Aushärten kommt und so die Fertigungsungenauigkeiten, insbesondere Form und Ausrichtung des aerodynamisch relevanten Flügels relativ zum Grundkörper, erhöht werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch gelöst durch eine Befestigungseinrichtung eines erfindungsgemäßen Rotorblattsystem einer Windenergieanlage mit einem Rotorblatt, das eine Oberfläche aufweist, und mit einem Vortexgenerator, der einen Grundkörper und einen mit dem Grundkörper verbundenen Flügel aufweist, wobei der Vortexgenerator bestimmungsgemäß mittels der Befestigungseinrichtung lösbar an dem Rotorblatt befestigt ist oder wird, so dass der Flügel des Vortexgenerators an der Oberfläche des Rotorblattes angeordnet ist oder wird.
Die Befestigungseinrichtung ist erfindungsgemäß für eine lösbare Befestigung oder Verbindung ausgebildet. Dadurch wird ein Austausch eines defekten Vortexgenerators, insbesondere im Feld, ermöglicht oder vereinfacht.
Unter einer lösbaren Befestigung wird insbesondere eine Befestigung oder Verbindung verstanden, die ohne Zerstörung der verbundenen Komponenten, insbesondere ohne Zerstörung des Rotorblattes und/oder des Vortexgenerators, gelöst werden kann.
Die Befestigungseinrichtung kann auch Merkmale umfassen, die die Ausgestaltung des Rotorblattes und/oder des Vortexgenerators betreffen und zu einer Befestigung des Vortexgenerators an dem Rotorblatt oder zu einer Verbindung zwischen Vortexgenerator und Rotorblatt beitragen.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, dass die Befestigungseinrichtung für eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Vortexgenerator, insbesondere dem Grundkörper des Vortexgenerators, und dem Rotorblatt ausbildet ist.
Dadurch wird insbesondere eine konstruktiv einfache, leicht lösbare und dennoch feste und betriebssichere Befestigung ermöglicht. Beispielsweise umfasst die Befestigungseinrichtung ein Schienensystem, ein Hakensystem und/oder ein Klettsystem.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung eine schmelzbare Verbindungsschicht umfasst, wobei eine Schmelztemperatur eines Materials der Verbindungsschicht geringer ist als eine Schmelztemperatur eines Materials des Rotorblattes und eine Schmelztemperatur eines Materials des Vortexgenerators.
Die schmelzbare Verbindungsschicht ermöglicht eine mit einer Verklebung vergleichbare Befestigung des Vortexgenerators an dem Rotorblatt, wobei die Befestigung oder Verbindung durch Wärmeeinwirkung einfach wieder lösbar ist. Dabei sind die Schmelztemperaturen der Verbindungsschicht, des Vortexgenerators und des Rotorblattes insbesondere derart aufeinander abgestimmt, dass beim Schmelzen der Verbindungsschicht das Material des Vortexgenerators und des Rotorblattes fest und in seinen mechanischen und strukturellen Eigenschaften unverändert bleibt.
Ein weiterer Vorteil einer schmelzbaren Verbindungsschicht besteht darin, dass die Anwendung relativ robust ist gegen Verschmutzungen, so dass insbesondere auch bei einem Austausch eines Vortexgenerators im Feld eine betriebssichere Befestigung des neuen Vortexgenerators sichergestellt ist.
Ein Material der Verbindungsschicht ist beispielsweise ein Thermoplast mit niedriger Schmelztemperatur.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, dass die Befestigungseinrichtung eine doppelseitig klebende, insbesondere selbstklebende, oder verklebte Zwischenschicht umfasst.
Hierbei handelt es sich beispielsweise um ein Industrieklebeband mit einer doppelseitig selbstklebenden Trägerschicht oder um eine Zwischenschicht aus einem selbstklebenden Material.
Die Zwischenschicht ist vorzugsweise flexibel ausgebildet, wodurch insbesondere kleinere Unebenheiten an den zu verklebenden Oberflächen ausgeglichen werden können.
Dadurch wird eine flächige Verklebung gewährleistet, so dass bereits mit moderater Klebekraft pro Flächeneinheit eine betriebssichere Befestigung des Vortexgenerators sichergestellt ist. Insbesondere werden Klebeverbindungen ermöglicht, die in einer Hauptverbindungsrichtung sehr belastbar sind und durch Belastung in einer anderen Richtung, insbesondere in einer Richtung quer zu der Hauptverbindungsrichtung, lösbar sind.
Die Zwischenschicht oder Trägerschicht umfasst beispielsweise ein Material mit Einlagerungen von Luft- oder Gasbläschen, beispielsweise aus einem aufgeschäumten Kunststoff.
Des Weiteren ist die Zwischenschicht insbesondere dünner als 1,5 mm, insbesondere dünner als 1 mm, um die Festigkeit oder Stabilität der Klebeverbindung, insbesondere bei Quer- oder Scherbelastungen, sicherzustellen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung umfasst die Befestigungseinrichtung ferner eine Dichtungsvorrichtung zwischen dem Vortexgenerator und dem Rotorblatt.
Hierdurch wird insbesondere die mittels der Befestigungseinrichtung zwischen dem Rotorblatt und dem Vortexgenerator hergestellte Verbindung, beispielsweise gegen Schmutz und Witterungseinflüsse wie Feuchtigkeit oder Vereisung, geschützt ist. Damit erlaubt die Erfindung den Einsatz einer leicht lösbaren Befestigungseinrichtung und stellt gleichzeitig sicher, dass ein unbeabsichtigtes Ablösen des Vortexgenerators vom Rotorblatt wirksam verhindert wird.
Die Dichtungsvorrichtung umfasst beispielsweise eine in den Grundkörper des Vortexgenerators integrierte Dichtlippe. Hierdurch ist insbesondere bei einem mittels eines Spritzgussverfahrens aus Thermoplasten hergestellten Vortexgenerator eine besonders einfache Herstellung gegeben, indem für den Grundkörper und/oder den Flügel ein erstes Thermoplast und für die Dichtlippe ein zweites Thermoplast verwendet wird, wobei insbesondere eine Flexibilität des zweiten Thermoplasts größer ist als eine Flexibilität des ersten Thermoplasts.
Die Dichtungsvorrichtung umfasst beispielsweise eine Dichtmasse, die nach der Befestigung von Rotorblatt und Vortexgenerator aufgetragen ist oder wird. Eine geeignete Dichtmasse umfasst insbesondere ein Silikon.
Die Dichtungsvorrichtung umfasst beispielsweise eine Dichtung, die zwischen Vortexgenerator und Rotorblatt angeordnet ist oder wird und insbesondere bei bestimmungsgemäßer Befestigung des Vortexgenerators am Rotorblatt mittels der Befestigungsvorrichtung einen Spalt zwischen Rotorblatt und Vortexgenerator abdichtet oder in einem solchen Spalt eingeklemmt ist oder wird.
Ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Rotorblattsystem umfasst bevorzugt eine erfindungsgemäße Befestigungseinrichtung. Hierdurch werden insbesondere die Vorteile einer lösbaren Befestigung oder Verbindung von Rotorblatt und Vortexgenerator sowie die Vorteile einer einfachen und genauen Ausrichtung von Rotorblatt und Vortexgenerator zueinander gewährleistet, wobei insbesondere die erfindungsgemäßen Merkmale oder Maßnahmen unter beiden Gesichtspunkten zu den Vorteilen beitragen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Rotorblatt mit einem erfindungsgemäßen Rotorblattsystem.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird außerdem gelöst durch einen Vortexgenerator eines erfindungsgemäßen Rotorblattsystems.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch gelöst durch einen Vortexgenerator eines erfindungsgemäßen Rotorblattsystems einer Windenergieanlage, wobei der Vortexgenerator einen Flügel, der bestimmungsgemäß an einer Oberfläche des Rotorblattes angeordnet ist oder wird, umfasst, wobei der Flügel lösbar mit dem Rotorblatt oder einem Grundkörper des Vortexgenerators verbunden ist oder wird, wobei eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Rotorblatt oder dem Grundkörper des Vortexgenerators einerseits und dem Flügel andererseits vorgesehen ist.
Dadurch wird alternativ oder kumulativ zu einer vereinfachten Austauschbarkeit des Vortexgenerators der Austausch eines einzelnen Flügels an einem Rotorblatt ermöglicht oder vereinfacht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:

1 schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Rotorblattsystems in perspektivischer Darstellung;
2 schematisch einen erfindungsgemäßen Vortexgenerator in perspektivischer Darstellung;
3 schematisch den Übergangsbereich zwischen zwei benachbarten Vortexgeneratoren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht;
4 schematisch den Übergangsbereich zwischen zwei benachbarten Vortexgeneratoren gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht;
5 schematisch eine Schnittdarstellung eines Rotorblattsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6 schematisch eine Schnittdarstellung eines Rotorblattsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
7a-c schematisch Schnittdarstellungen einer Positionierungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung;
8 schematisch eine Schnittdarstellung einer Befestigungseinrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung;
9 schematisch eine Schnittdarstellung einer Befestigungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung;
10 schematisch eine Schnittdarstellung einer Befestigungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung;
11 schematisch eine Schnittdarstellung einer Befestigungseinrichtung mit einer Dichtungsvorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung;
12 schematisch eine Schnittdarstellung einer Befestigungseinrichtung mit einer Dichtungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung;
13 schematisch eine Schnittdarstellung einer Befestigungseinrichtung mit einer Dichtungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung;
14 schematisch eine Draufsicht auf ein Rotorblattsystem 1 gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung;
15 schematisch eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A aus 14;
16 schematisch eine Schnittdarstellung eines Rotorblattsystems gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung; und
17 schematisch eine Schnittdarstellung eines Rotorblattsystems gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung.

In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Rotorblattsystems 1 mit einem Rotorblatt 10 in einer perspektivischen Darstellung. Das Rotorblatt 10 weist einen Querschnitt mit einem aerodynamischen Profil 14 auf und hat eine Druckseite 15 sowie eine Saugseite 16.
Auf der Saugseite 16 des Rotorblattes 10 sind an der Rotorblattoberfläche 12 mehrere Vortexgeneratoren 21 des Rotorblattsystems nebeneinander angeordnet. Die Vortexgeneratoren 21 weisen jeweils kleine Flügel 20 auf. Die Flügel 20 haben beispielsweise eine dreieckige Grundform und sind bis zu 140 mm lang und 35 bis 70 mm hoch.
Das Rotorblatt 10 wird bestimmungsgemäß an der Rotorblattnase 17 angeströmt, wie durch den Pfeil 30 schematisch dargestellt ist. Dabei wird das Rotorblatt 10 von der Rotorblattnase 17 zur Rotorblatthinterkante 18 umströmt.
Dadurch, dass die Flügel 20 quer zur Rotorblattoberfläche 12 und schräg zur Anströmrichtung 30 ausgerichtet sind, entsteht stromabwärts von jedem Flügel 20 ein Wirbel oder Vortex, wobei die Ausrichtung eines Flügels 20 zur Anströmrichtung 30 die Drehrichtung des jeweiligen Wirbels vorgibt. Die Ausrichtung der Flügel 20 ist vorzugsweise wie in 1 gezeigt alternierend, so dass benachbarte Wirbel gegenläufige Drehrichtungen aufweisen.
Ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Vortexgenerator 21 ist in 2 gezeigt. Der Vortexgenerator 21 umfasst zwei gegensätzlich ausgerichtete Flügel 20, die auf einem als Basisplatte oder Grundplatte ausgebildeten Grundkörper 22 angebracht sind. Beispielsweise werden der Grundkörper 22 und die Flügel 21 als einheitliches Bauteil aus einem thermoplastischen Kunststoff in einem Spritzgussverfahren hergestellt.
Die Seitenflächen 23 des Grundkörpers 22 sind formkomplementär zueinander, im gezeigten Beispiel abgerundet, ausgebildet. Dadurch ergeben sich relativ große Berührungsflächen zwischen benachbarten Vortexgeneratoren 21, so dass, wenn mehrere Vortexgeneratoren 21 wie bei dem erfindungsgemäßen Rotorblattsystem 1 gemäß 1 in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind, diese aneinander anliegend zueinander ausgerichtet werden können.
Ist beispielsweise einer der beiden Vortexgenerator 21 bereits an einem Rotorblatt 10 befestigt, so ist dadurch die Position des nächsten Vortexgenerators 21 bis auf eine Drehung relativ zum ersten Vortexgenerator 21 bereits vorgegeben, so dass die Ausrichtung des weiteren Vortexgenerators 21 zum Rotorblatt 10 wesentlich vereinfacht wird.
3 zeigt den Übergangsbereich zwischen zwei Vortexgeneratoren 21 gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung. In diesem Fall sind die Seitenflächen 23 der Grundkörper 22 der Vortexgeneratoren 21 derart ausgebildet, dass sie in der Draufsicht einer Zickzack-Linie entsprechen. Dadurch wird auch ein Verdrehen der beiden Vortexgeneratoren 21 zueinander wirksam unterbunden, so dass der erste Vortexgenerator 21 die Ausrichtung des zweiten Vortexgenerators eindeutig vorgibt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 4 gezeigt, wo ebenfalls eine schematische Draufsicht auf den Übergangsbereich zwischen zwei Vortexgeneratoren 21 dargestellt ist. In diesem Fall sind die Seitenflächen 23 der Grundkörper 22 derart geformt, dass die Grundkörper 22 der nebeneinander angeordneten Vortexgeneratoren 21 ineinandergreifen, so dass die Vortexgeneratoren 21 miteinander verbunden werden. Dadurch können insbesondere mehrere Vortexgeneratoren 21 verbunden und im Verbund gemeinsam relativ zu einem Rotorblatt 10 ausgerichtet werden.
Die in den 2, 3 und 4 gezeigten erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der Seitenflächen 23 sind insbesondere als beispielhaft zu verstehen, wobei beliebige andere formkomplementäre Ausgestaltungen der Seitenflächen 23, mit denen die beschriebene Wirkung der Erfindung erreicht wird, ebenfalls als erfindungsgemäß angesehen werden.
5 zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Rotorblattsystems 1 mit einer entlang der Anströmrichtung 30 ausgerichteten Schnittebene. Dargestellt ist ein Ausschnitt eines Rotorblattes 10 sowie ein Vortexgenerator 21 mit einem Flügel 20 und einem als Grundplatte oder Basisplatte ausgebildeten Grundkörper 22.
Die Oberfläche 12 des Rotorblattes 10 entspricht im Wesentlichen einem aerodynamischen Profil 14, wobei der Grundkörper 22 an seiner Unterseite formkomplementär zu der Wölbung der Oberfläche 12 bzw. des aerodynamischen Profils 14 geformt ist.
An der Oberfläche 12 ist ferner eine Erhebung mit einer Anlagefläche 35 für den Vortexgenerator 21 bzw. den Grundkörper 22 des Vortexgenerators 21 vorgesehen, wobei die Erhebung über das aerodynamische Profil 14, dessen Fortsetzung als gepunktete Linie dargestellt ist, erhoben ist.
Im Bereich des Vortexgenerators 21 und der Erhebung wird die Oberfläche 12 des Rotorblattes 10 fortgesetzt durch die Oberseite 24 des Grundkörpers 22 des Vortexgenerators sowie die Oberseite der Erhebung. In diesem Bereich weicht die effektive Oberfläche des Rotorblattsystems 1 entsprechend von dem aerodynamischen Profil 14 des Rotorblattes ab.
6 zeigt eine zu 5 vergleichbare Darstellung eines Rotorblattsystems 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Hier weist das Rotorblatt 10 einen Einschnitt für den Vortexgenerator auf. Die Fortsetzung des aerodynamischen Profils 14 des Rotorblattes 10 ist im Bereich des Einschnitts als gepunktete Linie dargestellt.
Der Einschnitt weist in Anströmrichtung hinten eine Kante auf, die als Anlagefläche 35 für einen Vortexgenerator 21 ausgebildet ist. Die Grundfläche des Einschnitts ist, ebenso wie die Unterseite des Vortexgenerators, eben, insbesondere plan, ausgebildet.
In dieser Ausführungsform setzt die Oberseite 24 des Vortexgenerators 21 die Rotorblattoberfläche 12 derart fort, dass die effektive Oberfläche des Rotorblattsystems 1, gebildet aus Rotorblattoberfläche 12 und Oberseite 24 des Grundkörpers 22 des Vortexgenerators 21, dem aerodynamischen Profil 14 entspricht.
Ein Rotorblattsystem 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in den 7a bis 7c gezeigt, wobei jeweils eine zu den 5 und 6 vergleichbare Schnittebene dargestellt ist.
Das Rotorblattsystem 1 umfasst ein Rotorblatt 10 und einen Vortexgenerator 21, wobei in 7a das Rotorblattsystem 1 vor der Befestigung des Vortexgenerators 21 am Rotorblatt 10 dargestellt ist.
Das Rotorblatt 10 weist an der Rotorblattoberfläche 12 eine Aussparung 40 mit Seitenflächen 42 und einer Basisfläche 41 auf. Dabei ist die Basisfläche 41 der Aussparung 40 im Wesentlichen parallel zu der Rotorblattoberfläche 12 ausgerichtet. Die Seitenflächen 42 verbinden die Rotorblattoberfläche 12 und die Basisfläche 41, wobei die Seitenflächen 42 eine Neigung gegenüber Rotorblattoberfläche 12 bzw. Basisfläche 41 aufweisen. Die Neigung ist vorzugsweise gering, beispielsweise geringer als 1:5. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Seitenflächen 42 jeweils abgewinkelt gegenüber der Rotorblattoberfläche 12 und der Basisfläche 41 ausgerichtet sind, wobei der entsprechende Winkel jeweils kleiner als etwa 11,3° ist.
Die Aussparung ist beispielsweise asymmetrisch ausgebildet. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Aussparung eine asymmetrische Form und/oder eine asymmetrische geformte Querschnittsfläche aufweist. Insbesondere weisen zwei Seitenflächen 42 jeweils eine unterschiedliche Neigung zu der Rotorblattoberfläche 12 bzw. zu der Basisfläche 41 auf.
Der Vortexgenerator 21 umfasst einen Grundkörper 22 und wenigstens einen Flügel 20. Der Grundkörper 22 ist an der Unterseite wenigstens abschnittsweise formkomplementär zu der Aussparung 40 ausgebildet. Insbesondere weist der Grundkörper 22 Gegenflächen auf, die formkomplementär zu den Seitenflächen 42 der Aussparung geformt oder ausgebildet sind.
Durch die asymmetrische Form oder die asymmetrisch geformte Querschnittsfläche der Aussparung 40 und die entsprechende formkomplementäre Ausgestaltung des Vortexgenerators 21 wird sichergestellt, dass der Vortexgenerator 21 ausschließlich in der korrekten Orientierung in die Aussparung 40 eingesetzt ist oder wird.
7b zeigt das Rotorblattsystem 1 nach Einsetzen des Vortexgenerators 21 in die Aussparung 40. Dabei ist die Größe des Vortexgenerators 21 bzw. des Grundkörpers 22 des Vortexgenerators 21 derart gewählt, dass von der Aussparung 40 zwischen dem Rotorblatt 10 und dem Vortexgenerator 21 ein Klebespalt 44 verbleibt. Der Klebespalt 44 ist vorzugsweise gleichmäßig weit und wird beispielsweise mit einem Flüssigkleber verfüllt.
7c zeigt eine zu 7b vergleichbare Darstellung einer ähnlichen Ausführungsform der Erfindung. Hier ist insbesondere vorgesehen, dass der Grundkörper 22 derart ausgebildet ist, dass die Gegenflächen an dem Grundkörper 22 jeweils an einer Seitenfläche 42 der Aussparung 40 abgestützt werden. Dadurch wird bereits vor beim Einsetzen des Vortexgenerators 21 in die Aussparung 40 eine eindeutige Lage für den Vortexgenerator 21 vorgegeben.
Außerdem wird so ein Spalt zwischen Rotorblattoberfläche 12 und Oberseite 24 des Grundkörpers 22 vermieden, so dass ein aerodynamisch optimaler Übergang zwischen der Rotorblattoberfläche 12 und der Oberseite 24 des Grundkörpers 22 gewährleistet ist.
Zwischen der Basisfläche 41 und dem Vortexgenerator 21 bzw. der Grundfläche des Grundkörpers 22 ist eine Befestigungseinrichtung 46; 52, 54, 56 zur Befestigung des Vortexgenerators am Rotorblatt 10 bzw. in der Aussparung 40 vorgesehen. Zum Schutz der Befestigungseinrichtung 46; 52, 54, 56 vor Schmutz, Feuchtigkeit und Witterungseinflüssen kann zwischen den Seitenflächen 42 der Aussparung 40 und den entsprechenden Gegenflächen an dem Vortexgenerator 21 eine Dichtungsvorrichtung vorgesehen sein. Bevorzugte Ausführungen der Befestigungseinrichtung 46; 52, 54, 56 sind in den 8 bis 10, bevorzugte Ausführungen der Dichtungsvorrichtung 62, 64, 66 in den 11 bis 13 schematisch gezeigt.
In den 8, 9 und 10 werden schematisch jeweils im Rahmen der Erfindung bevorzugte Vorrichtungen 52, 54, 56 zur lösbaren Befestigung eines Vortexgenerators 21 mit einem Grundkörper 22 und wenigstens einem Flügel 20 an einem Rotorblatt 10 gezeigt. Insbesondere sind die gezeigten Vorrichtungen 52, 54, 56 vorteilhaft als Befestigungseinrichtung 46; 52, 54, 56 in 7a bis 7c verwendbar.
In den 8, 9 und 10 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit im Einzelfall gegebenenfalls vorhandene Maßnahmen oder Ausgestaltungen zur Verbesserung der Aerodynamik am Übergang zwischen Rotorblatt 10 und Vortexgenerator 12 jeweils nicht gezeigt.
8 zeigt eine Befestigung des Vortexgenerators 21 mittels einer Klebeschicht 52. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine chemisch oder physikalisch lösbare Klebeverbindung zwischen dem Rotorblatt 10 und dem Vortexgenerator 21, die als Dickschichtverklebung oder als Dünnschichtverklebung ausgeführt sein kann.
Die Klebeschicht 52 ist beispielsweise als Schaumtape mit einer beidseitig mit Klebstoff versehenen Zwischenschicht aus aufgeschäumtem Kunststoff ausgebildet. Die Zwischenschicht ist dabei vorzugsweise geringfügig formbar, so dass kleine Unebenheiten am Rotorblatt 10 oder am Vortexgenerator 21 ausgeglichen werden können.
Die Klebeschicht 52 kann insbesondere auch ein flexibles, klebendes Material umfassen. Derartige Klebelösungen sind beispielsweise von der Firma tesa SE aus Hamburg, Deutschland, unter der Markenbezeichnung Powerstrips verfügbar. Ein besonderer Vorteil hiervon besteht darin, dass die Klebeverbindung zwischen Rotorblatt 10 und Vortexgenerator 21 durch dehnende Verstreckung der Klebeschicht in Richtung der Klebeebene lösbar ist, während die Klebeverbindung bei den üblicherweise im Betrieb einer Windenergieanlage auftretenden Belastungen fest und betriebssicher ist.
9 zeigt eine Befestigung eines Vortexgenerators 21 an einem Rotorblatt 10 mittels eines formschlüssig wirkenden Verbundsystems 54. Das Verbundsystem 54 umfasst zwei Flächenabschnitte, von denen einer am Rotorblatt 10 und der andere am Vortexgenerator 21 befestigt ist. Die Flächenabschnitte weisen jeweils eine Vielzahl Haltelemente auf, die lösbar formschlüssig mit den entsprechenden Halteelementen des jeweils anderen Flächenabschnitts zusammenwirken.
Derartige Verbundsysteme 54 sind in vielfältigen Ausführungen in Industriequalität am Markt erhältlich. Dabei kommen im Rahmen der Erfindung sowohl symmetrische als auch asymmetrische Verbundsysteme 54 zum Einsatz.
Unter einem symmetrischen Verbundsystem 54 wird insbesondere verstanden, dass die beiden Flächenabschnitte gleiche Halteelemente aufweisen. Beispielsweise wird von der Firma 3M ein entsprechendes symmetrisches Verbundsystem 54 unter der Markenbezeichnung Dual Lock angeboten, bei dem die Halteelemente jeweils einen pilzförmigen Querschnitt aufweisen.
Unter einem asymmetrischen Verbundsystem 54 wird insbesondere ein Verbundsystem 54 verstanden, bei dem die beiden Flächenabschnitte unterschiedliche Halteelemente aufweisen, beispielsweise Häkchen einerseits und Schlaufen andererseits.
In 10 ist eine Schmelzverbindung mittels einer schmelzbaren Zwischenschicht 56 zur Befestigung eines Vortexgenerators 21 an einem Rotorblatt 10 gezeigt. Die Zwischenschicht 56 umfasst insbesondere ein schmelzbares Material und ist beispielsweise in Form eines in die Rotorblattoberfläche 12 eingearbeiteten Streifens ausgebildet. Zum Befestigen des Vortexgenerators 21 wird die Zwischenschicht 56 bis zum Schmelzen erwärmt und der Vortexgenerator 21 in dem wenigstens teilweise flüssigen Material der Zwischenschicht 56 positioniert. Nach Abkühlen und Erstarren des Materials ergibt sich eine feste und betriebssichere Verbindung zwischen Rotorblatt 10 und Vortexgenerator 21. Gleichzeitig ist eine einfache Austauschbarkeit des Vortexgenerators 21 gewährleistet, da die Schmelzverbindung durch Erwärmen der Zwischenschicht 56 leicht wieder gelöst werden kann.
Dabei ist ein Material der Zwischenschicht 56 insbesondere derart auf ein Material des Rotorblatts 10 und ein Material des Vortexgenerators 21 abgestimmt, dass die Schmelztemperatur des Materials der Zwischenschicht 56 insbesondere geringer ist als die jeweilige Schmelztemperatur des Materials des Rotorblatts 10 und des Materials des Vortexgenerators 21. Dadurch wird insbesondere sichergestellt, dass beim Erwärmen oder Aufschmelzen der Zwischenschicht Struktur und Form des Rotorblattes 10 und des Vortexgenerators 21 erhalten bleiben.
Ein besonderer Vorteil in der Schmelzverbindung besteht darin, dass die Festigkeit der Verbindung kaum beeinträchtigt wird durch Verschmutzungen oder Fremdkörper. Dadurch kann insbesondere im Feld ein Vortexgenerator 21 ohne besondere Schutzmaßnahmen ausgetauscht werden.
Eine Befestigungseinrichtung 46; 52, 54, 56 wird bevorzugt mittels einer Dichtungsvorrichtung 62, 64, 66 vor Schmutz, Witterungseinflüssen und Feuchtigkeit geschützt. Beispielhafte Ausgestaltungen einer entsprechenden Dichtungsvorrichtung 62, 64, 66 sind schematisch jeweils in den 11, 12 und 13 gezeigt.
In den 11, 12, und 13 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit im Einzelfall gegebenenfalls vorhandene Maßnahmen oder Ausgestaltungen zur Verbesserung der Aerodynamik am Übergang zwischen Rotorblatt 10 und Vortexgenerator 12 jeweils nicht gezeigt.
11 zeigt beispielhaft eine mittels Dichtmasse 62 ausgebildete Dichtungsvorrichtung 62, 64, 66. Die Dichtmasse 62 ist insbesondere nach Befestigung des Vortexgenerators 21 am Rotorblatt 10 im Bereich eines Übergangs zwischen Rotorblatt 10 und Vortexgenerator 21 aufgebracht. Dabei ist die Dichtmasse 62 beispielsweise flüssig oder zähflüssig und härtet nach dem Auftragen wenigstens teilweise aus, so dass sich eine mit dem Rotorblatt 10 einerseits und dem Vortexgenerator 21 andererseits verbundene Dichtung ergibt. Vorzugsweise ist die Dichtung bzw. die Dichtmasse 62 nach dem Aushärten immer noch flexibel.
Beispielsweise umfasst ein Material der Dichtmasse Silikon.
Bei Austausch des Vortexgenerators 21 wird die Dichtung bzw. die Dichtmasse 62 in der Regel zerstört, so dass Rückstände, zumindest am Rotorblatt 10, entfernt werden müssen, bevor ein neuer Vortexgenerator 21 montiert werden kann.
12 zeigt eine Dichtungsvorrichtung 62, 64, 66 im Rahmen der Erfindung, bei der diese Problematik vermieden wird. Hier umfasst der Vortexgenerator 21, insbesondere ein Grundkörper 22 des Vortexgenerators 21, eine Dichtlippe 64, die bei bestimmungsgemäßer Befestigung des Vortexgenerators 21 am Rotorblatt 10 anliegt.
Wenn der Vortexgenerator 21 oder der Grundkörper 22 des Vortexgenerators in einem Spritzgussverfahren hergestellt ist oder wird, so lässt sich eine Dichtlippe 64 beispielsweise besonders einfach durch die Verwendung verschiedener Thermoplaste mit unterschiedlicher Flexibilität herstellen. Insbesondere wird für den Grundkörper 22 ein im erkalteten Zustand relativ festes und für die Dichtlippe 64 ein im erkalteten Zustand relativ flexibles Thermoplast verwendet.
13 zeigt eine Dichtungsvorrichtung 62, 64, 66 im Rahmen der Erfindung mit einem zwischen den Vortexgenerator 21 und das Rotorblatt 10 eingelegten Dichtungselement 66. Das Dichtungselement 66 ist unabhängig von der Materialwahl und dem Herstellungsverfahren des Vortexgenerators 21 und des Rotorblatts10, so dass in Einzelfällen der Mehraufwand für Montage und Funktionskontrolle eines separaten Dichtungselements 66 in Kauf genommen werden kann.
Ein Rotorblattsystem 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in 14 und 15 gezeigt. Dabei zeigt 14 eine schematische Draufsicht auf eine Rotorblattoberfläche 12 eines Rotorblatts 10 und 15 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 14.
An dem Rotorblatt 10, insbesondere an der Rotorblattoberfläche 12, ist eine Schiene 70 mit einem Unterschnitt angeordnet, die mit dem Rotorblatt verbunden ist, beispielsweise mittels einer Befestigungseinrichtung 46; 52, 54, 56.
Das Rotorblattsystem 1 umfasst ferner einen Vortexgenerator 21 mit einer Grundplatte 22 und einem Flügel 20. Der Flügel 20 ist in dem gezeigten Beispiel trapezförmig ausgebildet, wobei im Rahmen der Erfindung auch andere Flügelformen zum Erreichen der gewünschten aerodynamischen Eigenschaften des Flügels 20 Verwendung finden.
Der Vortexgenerator 21 weist, insbesondere an seinem Grundkörper 22, eine Halteplatte 26 auf, die in den Unterschnitt der Schiene 70 eingreift. Die Schiene 70 weist ferner eine verschließbare Erweiterungsöffnung 72 an der Führungsrille 74 auf, wo der Vortexgenerator 21 mit der Halteplatte 26 eingesetzt ist oder wird. Somit ist der Vortexgenerator 21 insbesondere entlang der Schiene 70 bzw. der Führungsrille 74 verschiebbar.
Während der Montage wird der Vortexgenerator 21 insbesondere geeignet gegen Verschieben in der Schiene 70 gesichert. Dadurch wird eine exakte Positionierung des Vortexgenerators 21 nach der Montage gewährleistet und gleichzeitig eine einfache Austauschbarkeit des Vortexgenerators 21 sichergestellt. Die Austauschbarkeit des Vortexgenerators 21 ist dabei auch gewährleistet, wenn die Schiene 70 fest, insbesondere nicht zerstörungsfrei lösbar, mit dem Rotorblatt 10 verbunden ist.
Mittels einer Schiene 70 sind insbesondere mehrere Vortexgeneratoren 21 an einem Rotorblatt 10 befestigbar. Wenn die Vortexgeneratoren 21 insbesondere zueinander formkomplementäre Seitenflächen 23 aufweisen, stützen sich die Vortexgeneratoren 21 dabei gegeneinander ab, so dass lediglich die in einer Reihe äußersten Vortexgeneratoren 21 gegen Verschieben in der Schiene 70 bzw. der Führungsrille 74 gesichert werden müssen. Dadurch wird die Montage und Ausrichtung einer Vielzahl von Vortexgeneratoren 21 an einem Rotorblatt 10 weiter vereinfacht.
In 16 ist ein weiteres Beispiel für ein Rotorblattsystem 1 gemäß der Erfindung gezeigt, wobei die dargestellte Schnittebene derjenigen aus 15 entspricht.
In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Schiene 70 für einen Vortexgenerator 21 vorgesehen, die in ein Rotorblatt 10, insbesondere an einer Rotorblattoberfläche 12, integriert ist. Dabei greift insbesondere ein als Grundplatte ausgebildeter Grundkörper 22 des Vortexgenerators 21 in die Schiene 70 ein.
Vorteilhafterweise sind die Schiene 70 und der Grundkörper 22 derart geformt, dass eine Oberseite 24 des Vortexgenerators 21 oder des Grundkörpers 22 die Rotorblattoberfläche 12 aerodynamisch optimal oder optimiert fortsetzt.
In 17 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorblattsystems, ebenfalls in einer schematischen Schnittdarstellung, gezeigt. In diesem Beispiel weist der Vortexgenerator 21 einen Grundkörper 22 und Flügel 20 mit geschwungener Oberkante auf. Auch diese Flügelform ist insbesondere beispielshaft zu verstehen und kann im Einzelfall bedingt durch die gewünschte Flügelaerodynamik abweichen.
Der Vortexgenerator 21 weist, insbesondere an einer Unterseite des Grundkörpers 22, flexible Haken 25 auf. Hierbei kann es sich auch um Doppelhaken oder Spreizhaken, insbesondere sogenannte Schwalbenschwänze, handeln.
An einem Rotorblatt 10 des Rotorblattsystems 1 ist ein Sockel 80 befestigt, beispielsweise mittels einer Befestigungseinrichtung 46; 52, 54, 56. Der Sockel 80 weist Öffnungen auf, in die die Haken 25 am Vortexgenerator 21 lösbar eingreifen. Die Anordnung der Öffnungen am Sockel 80 und die insbesondere darauf abgestimmte Anordnung der Haken 25 am Vortexgenerator 21 geben dabei die Position und Ausrichtung des Vortexgenerators 21 relativ zum Rotorblatt 10 vor.
Dadurch wird eine exakte Positionierung des Vortexgenerators 21 relativ zum Rotorblatt 10 gewährleistet und gleichzeitig eine einfache Austauschbarkeit des Vortexgenerators 21 sichergestellt. Die Austauschbarkeit des Vortexgenerators 21 ist dabei auch dann gewährleistet, wenn der Sockel 80 fest, insbesondere nicht zerstörungsfrei lösbar, mit dem Rotorblatt 10 verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Befestigung eines Vortexgenerators 21 mittels Haken 25 ist insbesondere auch geeignet, um einen einzelnen Flügel 20 an einem Grundkörper 22 eines Vortexgenerators 21 zu befestigen, wobei insbesondere der Grundkörper 22 als Sockel 80 ausgebildet ist. Dadurch wird insbesondere eine Austauschbarkeit eines einzelnen Flügels ermöglicht.
Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Befestigung mittels Haken 25 zur Befestigung eines einzelnen Flügels 20 an einem Rotorblatt 10 geeignet. In diesem Fall ist insbesondere der Flügel 20 als Vortexgenerator 21 und das Rotorblatt 10 als Sockel 80 ausgebildet.
Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere“ oder „vorzugsweise“ gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
Bezugszeichenliste

1: Rotorblattsystem
10: Rotorblatt
12: Rotorblattoberfläche
14: Rotorblattprofil
15: Druckseite
16: Saugseite
17: Rotorblattnase
18: Hinterkante
20: Flügel
21: Vortexgenerator
22: Grundkörper
23: Seitenfläche
24: Oberseite
25: Haken
26: Halteplatte
30: Anströmrichtung
35: Anlagefläche
40: Aussparung
41: Basisfläche
42: Seitenfläche
44: Klebespalt
46: Befestigungseinrichtung
52: Klebeschicht
54: Verbundsystem
56: Schmelzschicht
62: Dichtmasse
64: Dichtlippe
66: Dichtungselement
70: Schiene
72: Einsetzöffnung
74: Führungsrille
80: Sockel

Claims

Rotorblattsystem (1) für eine Windenergieanlage umfassend ein Rotorblatt (10) mit einer Oberfläche (12) und umfassend einen Vortexgenerator (21) mit einem Grundkörper (22) und wenigstens einem mit dem Grundkörper (22) verbundenen Flügel (20), wobei der Flügel (20) des Vortexgenerators (21) bestimmungsgemäß an der Oberfläche (12) des Rotorblattes (10) angeordnet ist oder wird, wobei das Rotorblattsystem (1) ferner eine Positionierungseinrichtung (35; 22, 40; 26, 70; 25, 80) zur Ausrichtung von dem Rotorblatt (10) und dem Vortexgenerator (21) relativ zueinander umfasst, wobei die Positionierungseinrichtung (35; 22, 40; 26, 70; 25, 80) eine Aussparung (40) für den Vortexgenerator (21) an der Oberfläche (12) des Rotorblattes (10) umfasst, wobei der Grundkörper (22) an einer bestimmungsgemäß dem Rotorblatt (10) zugewandten Seite wenigstens abschnittsweise formkomplementär zu der Aussparung (40) ausgebildet ist, wobei die Aussparung (40) wenigstens eine schräg zu der angrenzenden Oberfläche (12) des Rotorblattes (10) angeordnete Seitenfläche (42) aufweist, wobei die Seitenfläche (42) der Aussparung (40) eine Neigung zu einer bei der Aussparung (40) angeordneten Oberfläche des Rotorblatts von 1:5 oder weniger hat.
Rotorblattsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (40) für den Vortexgenerator (21) eine Aussparung (40) für den Grundkörper (22) des Vortexgenerators (21) ist und/oder dass die Positionierungseinrichtung (35; 22, 40; 26, 70; 25, 80) eine Positionsmarkierung (35), insbesondere eine Anlagekante, für den Vortexgenerator (21), insbesondere für den Grundkörper (22) des Vortexgenerators (21), insbesondere an der Oberfläche (12) des Rotorblattes (10), umfasst.
Rotorblattsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (12) des Rotorblattes (10) und eine Oberfläche des Vortexgenerators (21), insbesondere eine bestimmungsgemäß dem Rotorblatt (10) zugewandte Seite des Grundkörpers (22) des Vortexgenerators (21), wenigstens abschnittsweise formkomplementär zueinander ausgebildet sind, wobei die Oberfläche (12) des Rotorblattes (10) insbesondere gekrümmt ist.
Rotorblattsystem (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die Seitenfläche (42) als Anlage- oder Gleitfläche für den Vortexgenerator (21), insbesondere für eine zur Seitenfläche (42) wenigstens abschnittsweise formkomplementäre Gegenfläche am Vortexgenerator (21), ausgebildet ist.
Rotorblattsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (40) in einer Richtung längs der Oberfläche (12) des Rotorblattes (10) asymmetrisch ausgebildet ist.
Rotorblattsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (40) eine Basisfläche (41) aufweist, an der eine Befestigungseinrichtung (46; 52, 54, 56) zur Befestigung des Vortexgenerators (21) in der Aussparung (40) angeordnet ist.
Rotorblattsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblattsystem (1) wenigstens einen ersten Vortexgenerator (21) und einen zweiten Vortexgenerator (21) umfasst, die bestimmungsgemäß nebeneinander am Rotorblatt (10) angeordnet sind oder werden, wobei die Vortexgeneratoren (21), insbesondere die Grundkörper (22) der Vortexgeneratoren (21), jeweils eine Stoßkante (23) für den jeweils anderen Vortexgenerator (21) aufweisen, wobei die Stoßkante (23) des ersten Vortexgenerators (21) und die Stoßkante (23) des zweiten Vortexgenerators (21) wenigstens abschnittsweise formkomplementär zueinander ausgebildet sind.
Rotorblattsystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vortexgenerator (21) und der zweite Vortexgenerator (21) an den jeweiligen Stoßkanten (23) miteinander, insbesondere lösbar, verbindbar ausgebildet sind.
Befestigungseinrichtung (46; 52, 54, 56) eines Rotorblattsystems (1) einer Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem Rotorblatt (10), das eine Oberfläche (12) aufweist, und mit einem Vortexgenerator (21), der einen Grundkörper (22) und einen mit dem Grundkörper (22) verbundenen Flügel (20) aufweist, wobei der Vortexgenerator (21) bestimmungsgemäß mittels der Befestigungseinrichtung (46; 52, 54, 56) lösbar an dem Rotorblatt (10) befestigt ist oder wird, so dass der Flügel (20) des Vortexgenerators (21) an der Oberfläche (12) des Rotorblattes (10) angeordnet ist oder wird.
Befestigungseinrichtung (46; 52, 54, 56) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (46; 52, 54, 56) für eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Vortexgenerator (21), insbesondere dem Grundkörper (22) des Vortexgenerators (21), und dem Rotorblatt (10) ausgebildet ist.
Befestigungseinrichtung (46; 52, 54, 56) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (46; 52, 54, 56) eine schmelzbare Verbindungsschicht (56) umfasst, wobei eine Schmelztemperatur eines Materials der Verbindungsschicht (56) geringer ist als eine Schmelztemperatur eines Materials des Rotorblattes (10) und eine Schmelztemperatur eines Materials des Vortexgenerators (21).
Befestigungseinrichtung (46; 52, 54, 56) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (46; 52, 54, 56) eine doppelseitig klebende, insbesondere selbstklebende, oder verklebte Zwischenschicht (52) umfasst.
Befestigungseinrichtung (46; 52, 54, 56) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (46; 52, 54, 56) ferner eine Dichtungsvorrichtung (62, 64, 66) zwischen dem Vortexgenerator (21) und dem Rotorblatt (10) umfasst.
Rotorblattsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblattsystem (1) eine Befestigungseinrichtung (46; 52, 54, 56) nach einem der Ansprüche 9 bis 13 umfasst.
Rotorblatt (10) eines Rotorblattsystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 14.
Vortexgenerator (21) eines Rotorblattsystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 14.
Vortexgenerator (21) eines Rotorblattsystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 14, wobei der Vortexgenerator (21) einen Flügel (20), der bestimmungsgemäß an einer Oberfläche (12) des Rotorblattes (10) angeordnet ist oder wird, umfasst, wobei der Flügel (20) lösbar mit dem Rotorblatt (10) oder einem Grundkörper (22) des Vortexgenerators (21) verbunden ist oder wird, wobei eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Rotorblatt (10) oder dem Grundkörper (22) des Vortexgenerators (21) einerseits und dem Flügel (20) andererseits vorgesehen ist.