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Die Erfindung betrifft einen Vortexgeneratorstreifen zur Befestigung an einem Windenergieanlagenrotorblatt. Derartige Vortexgeneratorstreifen werden zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften an Windenergieanlagenrotorblättern befestigt. Sie weisen eine streifenförmige Grundplatte und eine Vielzahl von daran angeordneten Finnen auf. Die Finnen sind der umgebenden Luftströmung ausgesetzt und so geformt und ausgerichtet, dass sie Wirbel erzeugen. Durch diese Wirbel wird energiereichere/schnellere Strömung in die an der Oberfläche des Windenergieanlagenrotorblatts ausgebildete Grenzschicht eingebracht. Dadurch kann Strömungsablösungen entgegengewirkt werden.
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Grundsätzlich können die Finnen auch einzeln oder paarweise an der Oberfläche des Windenergieanlagenrotorblatts befestigt werden. Durch die Verwendung von Vortexgeneratorstreifen kann die Montage jedoch wesentlich vereinfacht werden, weil eine Vielzahl von Finnen gemeinsam befestigt werden kann. Zudem ist es einfacher, eine exakte Ausrichtung der Finnen zueinander und zur Strömungsrichtung zu erzielen.
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Aus der Druckschrift
WO 2014/198353 A1 ist ein Windenergieanlagenrotorblatt mit Vortexgeneratorstreifen bekannt geworden. Die Vortexgeneratorstreifen weisen eine Grundplatte auf, die an einer aerodynamischen Fläche des Rotorblatts befestigt ist, und Finnen, die mittels eines Schwenk- oder Drehlagers an der Grundplatte befestigt sind, so dass sich die Finnen bei großen Windkräften in Strömungsrichtung ausrichten oder an die aerodynamische Oberfläche anlegen.
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Aus der Druckschrift
EP 3 540 212 B1 ist ein Windenergieanlagenrotorblatt mit einem Anbauteil bekannt geworden, das ein streifenförmiges Befestigungselement, das auf eine aerodynamische Fläche des Rotorblatts nahe der Profilendkante aufgeklebt wird, und in Strömungsrichtung hinter einer Profilendkante angeordnete Zähne, sogenannte Serrations, aufweist. Jedem Zahn ist ein rechteckiger Abschnitt des Befestigungselements zugeordnet. Zwischen diesen Abschnitten weist das Befestigungselement elastische Dehnungselemente auf.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2016 012 569 A1 ist ein Windenergieanlagenrotorblatt mit einem Anbauteil bekannt geworden, das ein streifenförmiges Befestigungselement, das auf eine aerodynamische Fläche des Rotorblatts nahe der Profilendkante aufgeklebt wird, und in Strömungsrichtung hinter einer Profilendkante angeordnete Zähne, sogenannte Serrations, aufweist. Das Befestigungselement weist Entlastungskerben auf, die an einem Kerbgrund zwischen zwei benachbarten Zähnen beginnen und sich über einen Teil der Breite des Befestigungselements erstrecken.
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Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Vortexgeneratorstreifen zur Verfügung zu stellen, der einfach aufgebaut ist und eine dauerhafte und sichere Befestigung aller Finnen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Vortexgeneratorstreifen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der Vortexgeneratorstreifen dient zur Befestigung an einem Windenergieanlagenrotorblatt und weist folgendes auf:
- • eine streifenförmige Grundplatte, die eine Länge und eine Breite sowie eine Befestigungsfläche, die zur Verklebung mit einer aerodynamischen Fläche des Windenergieanlagenrotorblatts ausgebildet ist, aufweist, und
- • eine Vielzahl von Finnen, die an einer von der Befestigungsfläche abgewandten Seite der Grundplatte angeordnet sind, wobei
- • die Grundplatte zwischen zwei Finnen eine Sollbruchstelle aufweist, die sich über die gesamte Breite der Grundplatte erstreckt.
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Die streifenförmige Grundplatte kann mit ihrer Befestigungsfläche mit einer Oberfläche des Windenergieanlagenrotorblatt verklebt werden. Hierzu kann zum Beispiel ein flüssiger Klebstoff oder ein Klebeband verwendet werden. Die Befestigungsfläche kann sich zum Beispiel über die gesamte Unterseite der streifenförmigen Grundplatte, die der aerodynamischen Fläche des Windenergieanlagenrotorblatts zugewandt ist, erstrecken. Die streifenförmige Grundplatte kann eine gleichmäßige Breite aufweisen, insbesondere kann sie rechteckig sein.
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An der anderen Seite der streifenförmigen Grundplatte sind mehrere Finnen angeordnet, beispielsweise mindestens vier, mindestens sechs oder mindestens acht Finnen. Die Finnen und die Grundplatte können miteinander verbunden oder einteilig hergestellt sein, beispielsweise aus Kunststoff in einem Spritzgießverfahren.
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Bei der Erfindung weist die Grundplatte zwischen zwei Finnen eine Sollbruchstelle auf, die sich über die gesamte Breite der Grundplatte erstreckt. Die Sollbruchstelle kann von jeder der beiden Finnen, zwischen denen sie angeordnet ist, einen Abstand aufweisen. Insbesondere kann der Abstand zwischen der Sollbruchstelle und der nächstgelegenen Finne mindestens 5 mm oder mindestens 10 mm groß sein. Die Sollbruchstelle kann sich insbesondere im rechten Winkel oder ungefähr im rechten Winkel zu einer Längsrichtung der streifenförmigen Grundplatte erstrecken.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die im Betrieb des Windenergieanlagenrotorblatts auftretenden Verformungen zu Beschädigungen im Bereich des Vortexgeneratorstreifens führen können, bzw. die maximal zulässige Länge des Vortexgeneratorstreifens begrenzen und damit den Arbeitsaufwand bei der Montage erhöhen. Dabei kann es nicht nur zu einer Ausbildung von Querrissen in der Verklebung, sondern auch in der Grundplatte des Vortexgeneratorstreifens kommen. Die Erfinder haben erkannt, dass eine solche Rissbildung in der Grundplatte in der Regel dann zum Problem wird, wenn durch den Riss die Stabilität einer der Finnen beeinträchtigt wird, insbesondere, wenn sich der Riss nahe an einer Finne bildet, was durch die im Übergangsbereich zwischen Grundplatte und Finne auftretenden Spannungsspitzen häufig der Fall ist. Um diese kritischen Beschädigungen zu vermeiden, sieht die Erfindung eine Sollbruchstelle in der Grundplatte zwischen zwei Finnen vor, die sich über die gesamte Breite der Grundplatte erstreckt. Eine etwaige Rissbildung tritt dann an der Sollbruchstelle auf und gefährdet nicht die Integrität der benachbart angeordneten Finnen. Dadurch, dass sich die Sollbruchstelle über die gesamte Breite der Grundplatte erstreckt, können sich die zu beiden Seiten der Sollbruchstelle angeordneten Abschnitte der Grundplatte gegebenenfalls vollständig voneinander trennen, sodass die Grundplatte in wahlweise relativ kurze Längsabschnitte unterteilt wird. Wegen der kürzeren Länge dieser verbleibenden Abschnitte reduzieren sich die unter Belastung auftretenden Verformungen im Bereich der Verklebung erheblich, sodass die verbleibenden Abschnitte dauerhaft sicher an der Oberfläche des Windenergieanlagenrotorblatts befestigt sind und die jeweils von ihnen umfassten Finnen in der gewünschten Anordnung verbleiben.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Ausbildung einer Sollbruchstelle in der Grundplatte einfach herzustellen ist und dass sich die Handhabung der Vortexgeneratorstreifen, insbesondere bei der Montage, nicht von herkömmlichen Vortexgeneratorstreifen unterscheidet.
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In einer Ausgestaltung ist die Grundplatte an der Sollbruchstelle derart geschwächt, dass sich zwei zu beiden Seiten der Sollbruchstelle angeordnete Abschnitte der Grundplatte unter Belastung vollständig voneinander trennen. Nach dem Wirksamwerden der Sollbruchstelle sind somit voneinander vollständig getrennte Abschnitte der Grundplatte mit der Oberfläche des Windenergieanlagenrotorblatts verklebt, was zu einer dauerhaft sicheren Befestigung führt.
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In einer Ausgestaltung weist die Grundplatte an der Sollbruchstelle eine Schwächungslinie auf, die sich über die gesamte Breite der Grundplatte erstreckt. In diesem Fall gibt die Schwächung der Grundplatte die Anordnung der Sollbruchstelle über die gesamte Breite der Grundplatte exakt vor. Die Schwächungslinie kann sich insbesondere im rechten Winkel oder ungefähr im rechten Winkel zu einer Längsrichtung der streifenförmigen Grundplatte erstrecken.
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In einer Ausgestaltung ist die Schwächungslinie von einer Nut in der Grundplatte gebildet. Im Bereich der Nut weist die Grundplatte eine geringere Materialstärke auf, wodurch die Rissbildung in der Nut begünstigt wird. Außerhalb der Nut kann die Grundplatte bevorzugt eine gleichmäßige Materialstärke aufweisen.
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In einer Ausgestaltung ist die Nut an der Seite der Grundplatte ausgebildet, an der die Befestigungsfläche angeordnet ist. In diesem Fall ist die aerodynamisch wirksame Außenseite der Grundplatte, an der auch die Finnen angeordnet sind, glatt ausgebildet, sodass die Nut die Strömung nicht beeinträchtigt.
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In einer Ausgestaltung ist die Nut an der Seite der Grundplatte ausgebildet, an der die Finnen angeordnet sind. In diesem Fall kann die Nut zwar die Umströmung des Vortexgeneratorstreifens beeinflussen, was jedoch insbesondere bei einer orthogonal zur Längsrichtung verlaufenden Nut in der Regel unproblematisch ist. Gleichzeitig kann die Befestigungsfläche an der anderen Seite der Grundplatte ohne Nut ausgeführt werden, sodass eine großflächige und lückenlose Verklebung möglich ist.
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In einer Ausgestaltung ist die Nut im Querschnitt trapezförmig oder gerundet. Dadurch können insbesondere nach außen weisende Kanten gebrochen oder abgeschwächt werden, was aerodynamisch vorteilhaft ist.
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In einer Ausgestaltung weist die Nut eine Breite und eine Tiefe auf, wobei die Breite größer ist als die Tiefe. Insbesondere ist die Breite mindestens doppelt so groß wie die Tiefe, insbesondere ist die Breite mindestens 5 mal so groß wie die Tiefe. Diese Lösung kann ebenfalls aerodynamisch vorteilhaft sein und stellt eine wirksame Schwächung der Grundplatte dar.
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In einer Ausgestaltung ist die Schwächungslinie von zwei einander gegenüberliegenden Nuten in der Grundplatte gebildet. Dadurch wird eine besonders wirksame Schwächung erzielt, während die möglicherweise abträglichen Einflüsse auf die Aerodynamik bzw. auf die Verklebung reduziert werden.
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In einer Ausgestaltung beträgt eine Materialstärke der Grundplatte im Bereich der Schwächungslinie weniger als 50 % der Materialstärke der Grundplatte im Bereich der Finnen. Dadurch wird eine Beschädigung der Grundplatte im Bereich der Finnen besonders zuverlässig verhindert. Wie erwähnt, kann die Materialstärke der Grundplatte über die gesamte Länge des Vortexgeneratorstreifens gleichmäßig groß sein, mit Ausnahme der Bereiche der Schwächungslinien.
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In einer Ausgestaltung ist die Schwächungslinie von einer Perforation in der Grundplatte gebildet. Die Grundplatte weist also eine Reihe von Durchgangslöchern auf, die eine Schwächung der Grundplatte bewirken. Die Durchgangslöcher können insbesondere entlang einer geraden Linie angeordnet sein und/oder entlang einer über die gesamte Breite der Grundplatte erstreckten und/oder orthogonal zu einer Längsrichtung der Grundplatte erstreckten Linie angeordnet sein. Die Durchgangslöcher können kreisförmig sein. Ebenfalls möglich ist eine Ausbildung von Langlöchern. Die Langlöcher können so über die Grundplatte verteilt angeordnet sein, wie vorstehend zu den Durchgangslöchern allgemein beschrieben. Werden Langlöcher verwendet, können diese insbesondere entlang ihrer Längsrichtung aneinandergereiht sein.
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In einer Ausgestaltung sind die Finnen paarweise angeordnet, wobei die beiden Finnen eines Paars symmetrisch zu einer zwischen den beiden Finnen in Richtung der Breite der Grundplatte verlaufenden Mittellinie angeordnet sind, wobei zwischen mindestens zwei benachbarten Paaren von Finnen eine Sollbruchstelle und zwischen den beiden Finnen eines jeden Paars keine Sollbruchstelle angeordnet ist. Mit „paarweise angeordnet“ ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass die beiden Finnen, die ein Paar bilden, einen geringeren Abstand voneinander aufweisen als von den übrigen Finnen. Durch diese spezielle Anordnung der Sollbruchstelle bzw. der Sollbruchstellen bleiben Längsabschnitte der Grundplatte, die jeweils ein Paar von Finnen tragen, als zusammenhängende Abschnitte bestehen, auch wenn sämtliche Sollbruchstellen brechen. Dadurch wird die optimale Anordnung und somit die aerodynamische Wirksamkeit der beiden Finnen eines Paars dauerhaft sichergestellt.
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In einer Ausgestaltung weisen die Finnen eine plattenförmige Grundform mit einer variierenden Höhe auf, wobei die Enden der Finnen, die eine geringere Höhe aufweisen, dichter an der Mittellinie angeordnet sind, als die Enden der Finnen, die eine größere Höhe aufweisen. Diese Konfiguration paarweise angeordneter Finnen ist aerodynamisch günstig.
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In einer Ausgestaltung richtet sich die Erfindung auf ein Windenergieanlagenrotorblatt mit einem Vortexgeneratorstreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Vortexgeneratorstreifen im Bereich eines Hauptgurts des Windenergieanlagenrotorblatts mit einer Druckseite oder mit einer Saugseite des Windenergieanlagenrotorblatts verklebt ist. Bei dieser Anordnung des Vortexgeneratorstreifen kann ausgeschlossen werden, dass die Oberfläche des Windenergieanlagenrotorblatts bei einer Rissbildung entlang einer Sollbruchstelle im Vortexgeneratorstreifen in Mitleidenschaft gezogen wird, weil das Windenergieanlagenrotorblatt im Bereich des Hauptgurts eine sehr hohe Festigkeit aufweist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Vortexgeneratorstreifen in einer perspektivischen Ansicht,
- 2 den Vortexgeneratorstreifen aus 1 in einer Ansicht von oben,
- 3 einen weiteren Vortexgeneratorstreifen in einer Ansicht von oben,
- 4 noch einen weiteren Vortexgeneratorstreifen in einer Ansicht von vorn,
- 5 den Vortexgeneratorstreifen aus 5 in einer perspektivischen Ansicht,
- 6 noch einen weiteren Vortexgeneratorstreifen in einer Ansicht von vorn,
- 7 den Vortexgeneratorstreifen aus 6 in einer perspektivischen Ansicht, und
- 8 noch einen weiteren Vortexgeneratorstreifen in einer perspektivischen Ansicht.
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Der Vortexgeneratorstreifen 10 aus 1 weist eine streifenförmige Grundplatte 12 auf, an deren in der 1 verdeckten Unterseite eine Befestigungsfläche 20 zur Verklebung mit einer Oberfläche eines Windenergieanlagenrotorblatts angeordnet ist. Die Grundplatte 12 ist rechteckig und hat eine Länge 16 sowie eine über die Länge 16 gleichmäßige Breite 18. Entlang der Längsrichtung der Grundplatte 12 verlaufen eine vordere Längskante 24 und eine hintere Längskante 26 der Grundplatte 12. An den Längskanten 24, 26 ist die Oberseite 22 der Grundplatte 12 abgeschrägt, ansonsten weist sie eine gleichmäßige Materialstärke auf.
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An der von der Befestigungsfläche 20 abgewandten Oberseite 22 sind sechs Finnen 14 angeordnet. Jeweils zwei der Finnen 14 bilden ein Paar und sind symmetrisch zu einer Mittellinie 28 angeordnet. Die Finnen 14 sind plattenförmig, etwa senkrecht zur Oberseite 22 der Grundplatte 12 ausgerichtet und weisen eine zur vorderen Längskante 24 hin abnehmende Höhe auf. Die vorderen Enden der Finnen 14 eines Paars sind in einem geringeren Abstand voneinander angeordnet als die hinteren Enden dieser Finnen 14.
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Zwischen den Paaren von Finnen 14 ist jeweils eine Sollbruchstelle 30 ausgebildet, die sich über die gesamte Breite 18 der Grundplatte 12 erstreckt. Im gezeigten Beispiel weist die Sollbruchstelle 30 eine Schwächungslinie 34 auf, die sich ebenfalls über die gesamte Breite 18 der Grundplatte 12 erstreckt und von einer Perforation mit einer geradlinigen Reihe von Durchgangslöchern 32 gebildet ist.
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In der 2 ist der Vortexgeneratorstreifen 10 aus 1 in einer Ansicht von oben und unter Verwendung derselben Bezugszeichen dargestellt. Man erkennt insbesondere die paarweise Anordnung der Finnen 14 und die zwischen den Paaren angeordneten Sollbruchstellen 30. Die Durchgangslöcher 32 sind kreisförmig.
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In der 3 ist ein weiterer Vortexgeneratorstreifen 10 gezeigt, der bis auf die Form der Durchgangslöcher 32 demjenigen aus den 1 und 2 gleicht. Die Durchgangslöcher 32 sind Langlöcher, deren Längsrichtungen in Richtung der Schwächungslinie 34 ausgerichtet sind.
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Die 4 und 5 zeigen einen weiteren Vortexgeneratorstreifen 10, der sich von denjenigen aus den 1 bis 3 durch die Ausbildung der Sollbruchstellen 30 unterscheidet. Statt einer Perforation sind in der Grundplatte 12 im Bereich jeder Sollbruchstelle 30 zwei einander gegenüberliegende Nuten 36 mit gerundetem Querschnitt ausgebildet, die eine Schwächungslinie 43 bilden. Dadurch verringert sich die Materialstärke der Grundplatte 12 um mindestens 50%. Die Breite der Nuten 36 ist um ein Vielfaches größer als die Tiefe. Davon abgesehen sind die Finnen 14 und die Grundform der Grundplatte 12 unverändert.
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Die 6 und 7 zeigen einen Vortexgeneratorstreifen 10, der bis auf die Ausführung der Sollbruchstellen 30 dem Vortexgeneratorstreifen 10 aus den 4 und 5 entspricht. Hier ist an jeder Sollbruchstelle 30 nur eine Nut 36 ausgebildet, und zwar in der Oberseite 22 der Grundplatte 12. Die Nut 36 ist so tief ausgebildet, dass sich auch hier die Materialstärke der Grundplatte 12 um mindestens 50% verringert. Die Unterseite der Grundplatte 12 mit der Befestigungsfläche 20 ist eben ausgebildet.
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8 zeigt einen weiteren Vortexgeneratorstreifen 10, bei dem die Sollbruchstellen 30 jeweils durch zwei einander gegenüberliegend angeordnete Kerben 38 in der vorderen Längskante 24 bzw. in der hinteren Längskante 26 gebildet ist. Durch den verringerten Querschnitt und die Kerbwirkung am Kerbgrund gibt es demnach eine sich über die gesamte Breite der Grundplatte zwischen den Kerben 38 erstreckende Schwächungslinie. Obwohl es in diesem Ausführungsbeispiel entlang der Schwächungslinie keine Verringerung der Materialstärke gibt, ist die Grundplatte 12 wegen der Kerben 38 dazu ausgebildet, sich im Bereich der zugehörigen Sollbruchstelle 30 in zwei vollständig voneinander getrennte Teile zu beiden Seiten der Sollbruchstelle 30 zu trennen.
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Liste der Bezugszeichen
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- 10
- Vortexgeneratorstreifen
- 12
- Grundplatte
- 14
- Finne
- 16
- Länge
- 18
- Breite
- 20
- Befestigungsfläche
- 22
- Oberseite
- 24
- vordere Längskante
- 26
- hintere Längskante
- 28
- Mittellinie
- 30
- Sollbruchstelle
- 32
- Durchgangsloch
- 34
- Schwächungslinie
- 36
- Nut
- 38
- Kerbe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014198353 A1 [0003]
- EP 3540212 B1 [0004]
- DE 102016012569 A1 [0005]