-
Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für einen Rotor für Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse.
-
Bei Darrieus-Rotoren werden üblicherweise die an profilierten Rotorblättern bei Umströmung des Rotorblattes mit Wind erzeugten Auftriebskräfte zur Erzeugung einer Drehbewegung ausgenutzt. Derartige Rotoren werden als sogenannte Auftriebsläufer bezeichnet. Windkraftanlagen mit Auftriebsläufern in Form von Darrieus-Rotoren oder H-Darrieus-Rotor sind allgemein aus dem Stand der Technik bekannt. Neben Auftriebsläufern sind für Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse sogenannte Widerstandsläufer allgemein bekannt. Widerstandsläufer nutzen den auf die Rotorblätter wirkenden Staudruck bei Abbremsung der Windströmung durch die Rotorblätter zur Erzeugung einer Drehbewegung aus. Bekannt sind darüber hinaus z. B. aus der
DE 20 2009 007 926 U1 Windkraftanlagen mit einem Rotor mit Rotorblättern, die Auftriebskräfte zur Erzeugung einer Drehbewegung ausnutzen und einem Rotor mit Rotorblättern, die den Staudruck bei Abbremsung der Windströmung ausnutzen.
-
Aus der
DE 35 05 489 A1 ist ein Flügel für eine Windkraftanlage mit um eine vertikale Drehachse drehbarem Rotor bekannt, der aus einem symmetrisch profilierten Hauptflügel zur Nutzung von Auftriebskräften zur Erzeugung einer Drehbewegung und einem in einem bestimmten Abstand vor der Flügelnase des Hauptflügels angeordneten schalenförmigen Vorflügel zur Nutzung des Staudruckes zur Erzeugung einer Drehbewegung besteht. In der
DE 41 20 908 C2 wird ein Strömungsrezeptor als Teil eines Rotors zum Drehen auf einer Kreisbahn um einen festen Drehpunkt beschrieben, der einen im Schnitt u-förmig gekrümmt ausgebildeten Vorflügel und einen blattförmigen, gekrümmten Hauptflügel umfasst, die so zueinander angeordnet sind, dass die konvexe Seite des Vorflügels in Drehrichtung des Rotors und die konkave Seite des Vorflügels zum Hauptflügel zeigt. Strömungen aus Richtung des Hauptflügels werden durch den Hauptflügel in die konkav gekrümmte Seite des Vorflügels geleitet und bewirken hier einen Staudruck, der in eine Drehbewegung umgesetzt wird, und Strömungen aus Richtung des Vorflügels umströmen den blattförmigen, gekrümmten Hauptflügel und erzeugen hier Auftriebskräfte, die ebenfalls in eine Drehbewegung umgesetzt werden.
-
In der
DE 10 2011 118 844 B3 wird ein Rotorblatt für Vertikalwindturbinen beschrieben, welches einen Profilquerschnitt aufweist, der eine in Bewegungsrichtung des Rotors vorlaufend angeordnete Profilnase und zwei beidseitig der Profilnase gegenüberliegende Profilseiten aufweist, wobei eine der Profilseiten als Auftriebsprofilseite mit einem Tragflächenprofil nach Art eines Auftriebsläufers und die andere Profilseite als Widerstandsprofilseite mit einer entgegen der Bewegungsrichtung des Rotorblattes offenen Schaufel nach Art eines Widerstandsläufers ausgebildet ist. Auch dieses Rotorblatt dient der Erzeugung einer Drehbewegung, wobei sowohl die Luftströmung in Bewegungsrichtung des Rotorblattes über den Staudruck auf die offene Schaufel als auch die Luftströmung entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Rotorblattes über Auftriebskräfte durch die das Tragflächenprofil umströmende Luft genutzt werden.
-
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterentwicklung bekannter Rotorblätter für Rotoren für Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse, die sowohl den Staudruck strömender Luft auf das Rotorblatt als auch Auftriebskräfte infolge der das Rotorblatt umströmenden Luft zur Erzeugung einer Drehbewegung ausnutzen.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Rotorblatt für einen Rotor für Windkraftanlagen mit den Merkmalen des 1. Anspruches gelöst. Die Ansprüche 2 bis 6 beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen des Rotorblattes.
-
Ein Rotorblatt für einen Rotor für Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse umfasst ein blattförmiges im Querschnitt gekrümmtes Rotorblattsegment, im Folgenden blattförmiges Rotorblattsegment genannt, ein in Bewegungsrichtung des Rotorblattes dem blattförmigen Rotorblattsegment vorgelagertes im Querschnitt u-förmiges erstes Rotorblattsegment, im Folgenden erstes u-förmiges Rotorblattsegment genannt, und ein in Bewegungsrichtung des Rotorblattes vor dem ersten u-förmigen Rotorblattsegment angeordnetes zweites im Querschnitt u-förmiges Rotorblattsegment, im Folgenden zweites u-förmiges Rotorblattsegment genannt. Die beiden u-förmigen Rotorblattsegmente sind so ausgebildet und zueinander angeordnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten u-förmigen Rotorblattsegment ein u-förmig gekrümmter Strömungskanal ausgebildet wird. Das blattförmige Rotorblattsegment und die beiden u-förmigen Rotorblattsegmente sind so zueinander angeodnet, dass sich die in Bewegungsrichtung des Rotorblattes vordere Kante des blattförmigen Rotorblattsegmentes etwa mittig entlang der Öffnung zwischen den beiden Schenkeln des ersten u-förmigen Rotorblattsegmentes erstreckt. Das blattförmige Rotorblattsegment fungiert zum einen als Leitelement, entlang dessen ein das Rotorblatt in Bewegungsrichtung oder schräg zur Bewegungsrichtung des Rotorblattes anströmender Luftstrom in die Öffnung zwischen den beiden Schenkeln des ersten u-förmigen Rotorblattsegmentes und in den u-förmig gekrümmten Strömungskanal geleitet wird. Es fungiert zum anderen in der Art einer Tragfläche als Segment zur Generierung einer Auftriebskraft infolge einer Umströmung durch einen Luftstrom. Die beiden u-förmigen Rotorblattsegmente setzen einem, wie vorstehend beschrieben, eingeleiteten Luftstrom einen Widerstand entgegen, durch den eine Kraft in Bewegungsrichtung des Rotorblattes generiert wird. Bei bestimmungsgemäßer Anordnung eines vorbeschriebenen Rotorblattes an einem Rotor für eine Windkraftanlage mit vertikaler Drehachse wird durch das Rotorblatt bei Anströmung durch einen Luftstrom eine Drehung des Rotors bzw. ein Drehmoment an der Rotorachse sowohl in der Art eines Widerstandsläufers als auch in der Art eines Auftriebsläufers bewirkt. Dabei überwiegt aufgrund der beschriebenen Anordnung von zwei u-förmigen Rotorblattsegmenten der in der Art eines Widerstandsläufers erzeugte Drehmomentanteil. Es hat sich gezeigt, dass die beschriebene Anordnung von zwei u-förmigen Rotorblattsegmenten in Verbindung mit dem blattförmigen Rotorblattsegment eine besonders effektive Ausnutzung eines Luftstromes in Bezug auf die Erzeugung eines Drehmomentes an der Rotorachse eines mit vorbeschriebenen Rotorblättern ausgerüsteten Rotors ermöglicht.
-
Bei einer bevorzugten Ausbildung des Rotorblattes sind die beiden u-förmigen Rotorblattsegmente so ausgebildet und zueinander angeordnet, dass der zwischen dem ersten und dem zweiten u-förmigen Rotorblattsegment ausgebildete u-förmig gekrümmte Strömungskanal eine entlang des Strömungskanales gleichbleidende Querschnittsfläche aufweist.
-
Bei einer weiterhin bevorzugten Ausbildung des Rotorblattes entspricht die Krümmung des blattförmigen Rotorblattsegmentes der Krümmung einer Kreisbahn, entlang derer sich das Rotorblatt bei Anordnung an einem Rotor bei Drehung des Rotors bewegt.
-
Bei einer Ausbildung des Rotorblattes ist das blattförmige Rotorblattsegment so gekrümmt, dass seine Krümmung einer Kreisbahn entspricht, entlang derer sich das Rotorblatt bei Anordnung an einem Rotor bei Drehung des Rotors bewegt.
-
Bei einer anderen Ausbildung des Rotorblattes ist die Krümmung des blattförmige Rotorblattsegmentes so ausgebildet, dass der Querschnitt des blattförmigen Rotorblattsegmentes dem Querschnitt eines Tragflächenprofiles zur Generierung einer Auftriebskraft entspricht.
-
Bevorzugt sind an den Stirnseiten des Rotorblattes Kappen angeordnet, mittels derer der u-förmig gekrümmte Strömungskanal zwischen dem ersten und dem zweiten u-förmigen Rotorblattsegment und der Raum innerhalb des ersten u-förmigen Rotorblattsegmentes in Längsrichtung des Rotorblattes verschlossen wird. Zweckmäßig sind die Kappen zur Positionierung und mechanischen Halterung der Rotorblattsegmente ausgebildet.
-
Bei einer ebenfalls bevorzugten Ausbildung des Rotorblattes sind im u-förmig gekrümmten Strömungskanal zwischen dem ersten und dem zweiten u-förmigen Rotorblattsegment und im Raum innerhalb des ersten u-förmigen Rotorblattsegmentes Sperrelemente angeordnet, mittels derer der u-förmig gekrümmte Strömungskanal und der Raum innerhalb des ersten u-förmigen Rotorblattsegmentes in Längsrichtung des Rotorblattes unterteilt ist. Durch diese Unterteilung des u-förmig gekrümmten Strömungskanales und des Raumes innerhalb des ersten u-förmigen Rotorblattsegmentes in Längsrichtung werden Luftströmungen in Längsrichtung des Rotorblattes weitgehend unterbunden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles weiter erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
-
1: schematisch ein Rotorblatt, in
-
2: den Querschnitt des Rotorblattes gemäß 1 und in
-
3: den Querschnitt eines Rotors mit erfindungsgemäßen Rotorblättern.
-
1 zeigt schematisch ein Rotorblatt 1 mit einem ersten u-förmigen Rotorblattsegment 2, einem zweiten u-förmigen Rotorblattsegment 3 und einem blattförmigen Rotorblattsegment 4. Das erste u-förmige Rotorblattsegment 2 ist in der u-förmigen Öffnung des zweiten u-förmigen Rotorblattsegmentes 3 so angeordnet, dass zwischen beiden u-förmigen Rotorblattsegmenten 2, 3 ein u-förmig gekrümmter Strömungskanal 5 ausgebildet wird. Die beiden u-förmigen Rotorblattsegmente 2, 3 sind so bemessen, dass der u-förmig gekrümmte Strömungskanal 5 entlang des Strömungskanales eine gleichbleidende Querschnittsfläche aufweist. Das zweite u-förmige Rotorblattsegment 3 bildet in Bewegungsrichtung des Rotorblattes 1 die Profilnase des Rotorblattes. Das blattförmige Rotorblattsegment 4 ist mit seiner vorderen Kante etwa mittig entlang der Öffnung zwischen den beiden Schenkeln des ersten u-förmigen Rotorblattsegmentes 2 positioniert. Es erstreckt sich gebogen entgegen der Bewegungsrichtung des Rotorblattes 1. Die hintere Kante des blattförmigen Rotorblattsegmentes 4 bildet die hintere Kante des Rotorblattes 1. Die Krümmung des blattförmigen Rotorblattsegmentes 4 entspricht einer Kreisbahn, und zwar bevorzugt der Kreisbahn, entlang derer sich ein an einem Rotor 6 angeordnetes Rotorblatt 1 bewegt (vgl. hierzu 3). An den Stirnseiten des Rotorblattes 1 sind Kappen 7 angeordnet. Mittels der Kappen 7 werden die beiden u-förmigen Rotorblattsegmente 2, 3 und das blattförmige Rotorblattsegment 4 zueinander positioniert und mechanisch gehalten. In Längsrichtung des Rotorblattes 1 sind im u-förmig gekrümmten Strömungskanal 5 sowie innerhalb des ersten u-förmigen Rotorblattsegmentes 1 Sperrelemente 8 angeordnet.
-
2 zeigt den Querschnitt des Rotorblattes 1 entlang der Schnittlinie A-A.
-
3 zeigt schematisch einen 5-armigen Rotor 6 mit Rotorblättern 1 gemäß 1 im Querschnitt. Ein Pfeil 9 veranschaulicht die Drehrichtung des Rotors 1. Die weiteren in 3 gezeigten Pfeile 10 veranschaulichen Luftströmungen. Bei einer Stellung der Rotorblätter 1, wie sie in der rechten Bildhälfte gezeigt ist, strömt die Luft die beiden Rotorblätter 1 von hinten bzw. schräg von hinten an. Der Luftstrom 10 wird durch das blattförmige Rotorblattsegment 4 zum einen in den u-förmig gekrümmten Strömungskanal 5 und zum anderen in den Raum zwischen den beiden Schenkeln des ersten u-förmigen Rotorblattsegmentes 2 geleitet. Sowohl das erste u-förmige Rotorblattsegment 2 als auch das zweite u-förmige Rotorblattsegment 3 setzen dem Luftstrom 10 einen Widerstand entgegen, so dass eine die Rotorblätter 1 in Bewegungsrichtung antreibende Kraft generiert wird. Bei der in der linken Bildhälfte gezeigten Stellung der Rotorblätter 1 werden die Rotorblätter 1 durch den Luftstrom 10 von vorn bzw. schräg von vorn angeströmt. Der Luftstrom 10 umströmt in der Stellung des äußerst links gezeigten Rotorblattes 1 sowie des unten dargestellten Rotorblattes 1 das blattförmige Rotorblattsegment 4. Bei der Umströmung des blattförmigen Rotorblattsegmentes 4 wird eine Auftriebskraft generiert, die die Drehung des Rotors 6 unterstützt. Bei der Stellung, den das links oben gezeigte Rotorblatt 1 innehat, wird das blattförmige Rotorblattsegment 4 durch den Luftstrom 10 schräg von unten angeströmt. Das blattförmige Rotorblattsegment 4 setzt in dieser Stellung dem Luftstrom 10 einen Widerstand entgegen, der ebenfalls eine das Rotorblatt 1 in Bewegungsrichtung antreibende Kraft generiert.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Rotorblatt
- 2
- erstes u-förmiges Rotorblattsegment
- 3
- zweites u-förmiges Rotorblattsegment
- 4
- blattförmiges Rotorblattsegment
- 5
- u-förmig gekrümmter Strömungskanal
- 6
- Rotor
- 7
- Kappe
- 8
- Sperrelement
- 9
- Pfeil Drehrichtung des Rotors 6
- 10
- Luftströmung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 202009007926 U1 [0002]
- DE 3505489 A1 [0003]
- DE 4120908 C2 [0003]
- DE 102011118844 B3 [0004]
