DE19719221C1

DE19719221C1 - Rotorblatt, insbesondere für Windkraftanlagen

Info

Publication number: DE19719221C1
Application number: DE19719221A
Authority: DE
Inventors: Roland Stelzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1997-05-07
Publication date: 1998-10-29
Anticipated expiration: 2017-05-08

Description

In Windkraftanlagen werden heutzutage in der Regel mehrflüge lige Rotoren eingesetzt, die an Masten montiert sind. Die Blätter dieser Rotoren sind in ihrer Querschnittsform der in dem entsprechenden Gebiet herrschenden mittleren Windgeschwin digkeit optimal angepaßt. Für schwächere Winde sind hingegen andere Querschnittsformen zur optimalen Ausnutzung der Luft strömung erforderlich. Dies führt dazu, daß Windkraftanlagen erst ab einer bestimmten Mindestgeschwindkeit arbeiten können. Andererseits bestimmt die Mindestgeschwindigkeit einer Wind kraftanlage deren Wirtschaftlichkeit.

Im Artikel "Genial oder nicht?" in Flug- und Modelltechnik, 9/91, Seite 14, wird ein Flügel beschrieben, der insgesamt elastisch ausgebildet ist. Der Einsatz eines solchen Flügels in Windkraftanlagen ist jedoch problematisch, da der Flügel den Turm der Anlage bei Windböen streifen kann, was zu großen Schäden führt. In der DE 44 28 731 A1 sowie in der DE-PS 91 544 werden jeweils Flügel beschrieben, deren vom Wind überstrichene Fläche veränderlich ist. Beim Flügel der DE 44 28 731 A1 handelt es sich dabei um einen längenverstell baren Flügel und beim Flügel der DE-PS 91 544 um einen klapp baren Flügel. Die Änderung der vom Wind überstrichenen Fläche ist in beiden Fällen mit relativ aufwendigen mechanischen Verstellkonstruktionen verbunden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rotorblatt zu schaffen, das unter Vermeidung der obengenannten Nachteile an unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten an paßbar ist.

Die Aufgabe wird mit einem Rotorblatt, insbesondere für Wind kraftanlagen gelöst, dessen Oberfläche mindestens bereichs weise aus einem flexiblen Material gefertigt ist und dessen Inneres mindestens teilweise mit einem im Druck variierbaren Medium angefüllt ist, so daß die Querschnittsform des Blattes durch Druckänderungen des Mediums veränderbar ist. Zweckmäßi gerweise kann dabei die der Strömung zugewandte Oberfläche aus einem flexiblen Material gefertigt sein. Aber auch die Rück seite kann flexibel ausgebildet sein. Durch eine entsprechende Anpassung der Querschnittsform des Rotorblattes kann dieses an unterschiedliche Strömungsverhältnisse angepaßt werden, wo durch sich beispielsweise die erforderliche Mindestwindge schwindigkeit von Windkraftanlagen deutlich reduzieren läßt, ohne die Eigenschaften des Rotorblattes bei höheren Windge schwindigkeiten zu beeinträchtigen. Durch ein solches erfin dungsgemäßes Rotorblatt läßt sich die Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen deutlich steigern. Die Anwendung des Rotor blattes ist dabei jedoch nicht auf Windkraftanlagen be schränkt. Die flexiblen Oberflächenbereiche können zweckmä ßigerweise aus einem textilen Flächengebilde gefertigt sein, das zweckmäßigerweise beschichtet sein kann. Textile Flächen gebilde zeichnen sich durch eine hohe Reißfestigkeit aus. Die Beschichtung sorgt für die notwendige Abdichtung und die glat te Oberfläche. Falls dennoch eine vorzeitige Alterung oder ein Verschleiß der flexiblen Oberflächenbereiche auftreten sollte, können diese austauschbar angeordnet sein, so daß lediglich diese Bereiche, nicht jedoch das gesamte Rotorblatt ausge tauscht werden müssen. Zur Stabilisierung und zur Unterstüt zung der Formgebung des Rotorblattes können im Inneren Ver stärkungselemente angeordnet sein. Als im Druck variierbares Medium bietet sich die Verwendung von Luft an, die einfach aus der Umgebung entnommen und an diese wieder abgegeben werden kann. Zur Druckregulierung des Mediums können sensor- oder auch zwangsgesteuerte Ventile vorgesehen sein.

Neben der optimalen Anpassung des Rotorblattquerschnittes an unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten hat das erfin dungsgemäße Rotorblatt auch den Vorteil, daß Vereisungen der Rotorblattoberfläche durch Druckänderungen des Mediums und damit Bewegung der flexiblen Oberflächenteile auf einfache Weise entfernt werden können. Ein erfindungsgemäßes Rotorblatt erhöht somit auch die Wintertauglichkeit von Windkraftanlagen. Darüber hinaus sind die flexiblen Oberflächenbereiche weniger empfindlich gegen Hagelschlag. Ihre Nachgiebigkeit verhindert ein Reißen oder auch Platzen der Oberfläche.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorblattes anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Rotorblattes;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Rotorblatt nach Fig. 1 entlang der Linie II-II in vergrößerter Darstellung.

Fig. 1 zeigt ein Rotorblatt 10 in der Seitenansicht, wobei das Rotorblatt 10 im Anschlußbereich 11 an einen nicht näher dar gestellten Rotor sowie im Bereich der Spitze jeweils aus star ren Rotorteilen 12 und 13 gefertigt ist. Der mittlere Be reich 14 des Rotorblattes 10 hingegen weist bereichsweise eine flexible Oberfläche auf, wie in der Schnittdarstellung nach Fig. 2 zu erkennen ist. Die obere Hälfte 15 des Rotorblatt teilstückes 14 besteht aus einer glasfaserverstärkten Kunst stoffschale. Längs dieser Kunststoffschale 15 sind Axialkraft träger 16 angeordnet, die dem Rotorblatt 10 die notwendige Längssteifigkeit verleihen. An die starre Kunststoffschale 15 schließt auf der dem Wind zugewandten Seite eine flexible Oberfläche 17 an, die ein flexibles textiles Flächengebilde ist. Zwischen der Schale 15 und der flexiblen Oberfläche 17 befindet sich im inneren Hohlraum 18 des Rotorblatteilstüc kes 14 Luft, deren Druck variierbar ist. Bei einem relativ hohen Luftdruck im Inneren 18 nimmt die Oberfläche 17 die mit durchgezogenen Linien gezeigte Position ein. Wird der Druck im Inneren 18 reduziert, so erhält die Oberfläche 17 die gestri chelt gezeichnete Einbuchtung und ist damit an geringe Windge schwindigkeiten sehr gut angepaßt. Zur Formgebung der flexi blen Oberfläche 17 sowie zur Stabilisierung sind im Inneren 18 des Rotorblatteilstückes 14 außerdem Stützspanten 19 und 20 angeordnet, die sich über die gesamte Länge des Blattteil stückes 14 erstrecken.

Das Rotorblatt 10 könnte auch über seine gesamte Länge auf der windzugewandten Seite mit einer flexiblen Oberfläche versehen sein. Die flexible Oberfläche könnte sich jedoch auch nur über einen Teilbereich der windzugewandten Seite erstrecken.

Anstelle der windzugewandten Seite könnte auch die abgewandte Seite flexibel sein, um die Strömungsablösung beeinflussen zu können. Selbstverständlich können jedoch auch auf beiden Ro torblattseiten flexible Bereiche vorgesehen sein.

Claims

1. Rotorblatt, insbesondere für Windkraftanlagen, dessen Oberfläche mindestens bereichsweise aus einem flexiblen Material (17) gefertigt ist und dessen Inneres (18) minde stens teilweise mit einem im Druck variierbaren Medium angefüllt ist, so daß die Querschnittsform des Blat tes (10) durch Druckänderung des Mediums veränderbar ist.

2. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Strömung zugewandte Oberfläche (17) aus einem flexiblen Material gefertigt ist.

3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Oberflächenbereiche (17) aus einem tex tilen Flächengebilde gefertigt sind.

4. Rotorblatt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das textile Flächengebilde beschichtet ist.

5. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die flexiblen Oberflächenbereiche (17) austauschbar angeordnet sind.

6. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß sein Inneres (18) mindestens teilweise mit Luft gefüllt ist.

7. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Druckregulierung des Mediums sensor- oder zwangsgesteuerte Ventile vorgesehen sind.

8. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß in seinem Inneren (18) Verstärkungsele mente (19, 20) angeordnet sind.