DE4225599A1 - Air-foil wing for wind power installation - consists of extruded profile and one or two metal plates of light construction for exploiting average or low wind speeds - Google Patents

Air-foil wing for wind power installation - consists of extruded profile and one or two metal plates of light construction for exploiting average or low wind speeds

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Abstract

The depth, thickness and torsion of the wing can be continuously varied in dependence on the radius. The profile is mfd. from extruded metal or plastics material, the latter being possibly fibre-reinforced, allowing embossing and pliable or plastic bending. One or more strengthening plates (6) can be installed as cross-beams. One or more slots (2,3) extending in the longitudinal direction can be glued or riveted in the appropriate plates (4,5,6). They can be wedge-shaped, the varying widths realising the change in thickness required in the wing. ADVANTAGE - Economical mfr. for 2 to 3 years service. Shape can approach ideal for intended purpose.

Description

Die Tragflügel von Windenergieanlagen sind gewissermaßen die Kollektoren dieser regenerierbaren Energie.The wings of wind turbines are, so to speak Collectors of this renewable energy.

Die gewinnbare Energie ist ähnlich wie bei der Sonnenenergie der "Erntefläche" proportional.The recoverable energy is similar to that of solar energy proportional to the "harvested area".

Eine Fläche von 1 m2 kann durchschnittlich in einem Jahr an einem günstig gelegenen Standort etwa in Holland oder Dänemark 350 kWh "ernten".An area of 1 m 2 can "harvest" an average of 350 kWh in a year at a conveniently located location in Holland or Denmark.

Obwohl die Erntefläche mit der 2. Potenz des von den Tragflächen überstrichenen Durchmessers zunimmt, kommt gerade bei großen Durchmessern aufgrund der zunehmenden Festigkeitsanforderungen einer wirtschaftlichen Bauweise der Tragflächen die größte Bedeutung zu.Although the harvested area has the 2nd power of that of the wings swept diameter increases, comes especially with large Diameters due to increasing strength requirements an economical wing construction is the largest Meaning too.

Die Analyse des mittleren jährlichen Energieangebotes zeigt, daß es wirtschaftlicher ist, die Auslegung eines Windkraftwerkes auf mittlere bis kleinere Windgeschwindigkeiten auszulegen, da dann die gewinnbare Jahresenergiemenge steigt. Dies erfordert entsprechend große und sturmsichere Tragflächen in einer möglichst preiswerten Bauweise.The analysis of the average annual energy supply shows that it is more economical to interpret a Wind power plant on medium to low wind speeds to be interpreted because the amount of annual energy that can be obtained then increases. This requires appropriately large and storm-proof wings in the cheapest possible construction.

Die vorliegende Erfindung hat eine besonders wirtschaftliche Konstruktion von Tragflächen für Windenergieanlagen zum Inhalt. Hiermit wird es möglich, Windenergieanlagen herzustellen, die sich je nach Standort in 2-3 Jahren amortisieren.The present invention has a particularly economical one Construction of wings for wind turbines to the content. This makes it possible to manufacture wind turbines that pay for itself in 2-3 years, depending on the location.

Die allgemein gültigen und bekannten Anforderungen an einen "idealen" Tragflügel für eine Windenergieanlage sind:The generally applicable and known requirements for one "Ideal" wings for a wind turbine are:

  • 1. die Tragflügel müssen proportional zum Radius verwunden sein, entsprechend des sich ändernden Anströmwinkels als Verhältnis von örtlicher Umfangsgeschwindigkeit und konstanter Windgeschwindigkeit.1. The wings must be twisted in proportion to the radius be according to the changing angle of attack as Relationship between local peripheral speed and constant Wind speed.
  • 2. die Profiltiefe (Breite der Tragfläche) muß zur Nabe hin zunehmen bzw. zu den Flügelspitzen hin abnehmen um den Wind gleichmäßig stark abzubremsen.2. The profile depth (width of the wing) must be towards the hub increase or decrease towards the wing tips around the wind slow down evenly.
  • 3. die Profildicke hängt von der Profiltiefe ab, d. h. die Tragfläche ist an der Nabe "dick", an der Flügelspitze "dünn".3. the profile thickness depends on the profile depth, d. H. the The wing is "thick" on the hub and "thin" on the wing tip.

Allgemein bekannt ist, daß der aerodynamisch ideale Flügel wirtschaftlich nicht herstellbar ist; reale Flügel sind immer ein Kompromiß aus den zahlreichen miteinander konkurrierenden Optimierungskriterien.It is generally known that the aerodynamically ideal wing is not economically feasible; real wings are always a compromise between the numerous competing with each other Optimization criteria.

Auf die vielen unterschiedlichen Herstellungsverfahren soll hier nicht eingegangen werden.The aim of the many different manufacturing processes not be discussed here.

Die der Erfindung zugrundeliegende Idee geht von einem Metall- oder Kunststoffprofil gemäß Fig. 1 aus, welches im wesentlichen die Nase des Tragflügels darstellt.The idea on which the invention is based is based on a metal or plastic profile according to FIG. 1, which essentially represents the nose of the wing.

Derartige Profile lassen sich wirtschaftlich durch Strang­ pressen von Metallen oder durch Extrudieren von Kunststoffen - auch faserverstärkten - herstellen.Such profiles can be economically stranded pressing metals or by extruding plastics - also fiber-reinforced - manufacture.

Die Fig. 1 zeigt den vorderen Teil eines Tragflächenprofils - in diesem Fall als stranggepreßtes Aluminiumprofil - mit eini­ gen besonders wirtschaftlich herstellbaren zusätzlichen Struk­ turelementen. Fig. 1 shows the front part of an airfoil profile - in this case as an extruded aluminum profile - with some particularly economically producible additional structural elements.

1 stellt die Außenhaut des Profils dar, während 2 und 3 Schlitze darstellen in die zur Herstellung des vollständigen Flügels entsprechende Aluminiumbleche oder Kunststoffplatten (GFK oder CFK ) eingeklebt oder eingenietet werden können. 1 shows the outer skin of the profile, while 2 and 3 represent slots in which aluminum sheets or plastic plates (GRP or CFRP) can be glued or riveted to produce the complete wing.

Fig. 2 zeigt in den Schlitzen 3 ein Holmblech 6 und in den Schlitzen 2 die obere Tragflächenverkleidung 4 und die untere Tragflächenverkleidung 5. Die Bleche oder Kunststoffplatten 4 und 5 können auf der Flügelhinterkante unmittelbar durch Kleben, Nieten oder Schrauben oder aber wie hier dargestellt, mit einem weiteren Profil 7 durch Nieten 11 verbunden werden. Zusätzlich zum Nieten kann natürlich immer auch noch geklebt werden. In Fortführung dieses Gedankens kann auch Teil 4 und 5 aus nur einem gekanteten Stück Blech bestehen; das Profil 7 ist dann nicht erforderlich. Fig. 2 shows the slots 3 in a rail plate 6 and in the slots 2, the upper wing panel 4 and the lower wing panel 5. The sheets or plastic plates 4 and 5 can be connected directly to the wing trailing edge by gluing, riveting or screwing or, as shown here, with a further profile 7 by rivets 11 . In addition to riveting, you can of course also always glue. In continuation of this idea, parts 4 and 5 can also consist of only one folded piece of sheet metal; profile 7 is then not required.

Fig. 3 zeigt dieses Profil 7 nochmals in einer anderen Ausbildungsform, wobei die Schlitze hier ausgebildet sind, wie in Fig. 1. FIG. 3 shows this profile 7 again in a different embodiment, the slots being formed here, as in FIG. 1.

Eine abgewandelte Form dieser Schlitze ist in Fig. 4 dargestellt; das Blech schließt hierbei aerodynamisch günstiger an das Profil an. Beide Arten lassen sich beliebig kombinieren. Zusätzlich zum Kleben läßt sich natürlich auch bei entsprechend gestalteten und dimensionierten Schlitzen die Verbindung durch Nieten 11 oder Schrauben herstellen.A modified form of these slots is shown in Fig. 4; the sheet connects to the profile more aerodynamically. Both types can be combined as desired. In addition to gluing, the connection can of course also be made by rivets 11 or screws in the case of appropriately designed and dimensioned slots.

Das Profil nach Fig. 1 läßt sich erfindungsgemäß aber noch wesentlich weitreichender einsetzen und ermöglicht es, den oben erwähnten Idealflügel technisch auf wirtschaftliche Weise her­ zustellen.The profile of FIG. 1 can be used even more far according to the invention and enables the above-mentioned ideal wing to be produced technically in an economical manner.

Hierzu ist in Fig. 5 dargestellt, wie verschiedene Profiltiefen T bei sich entsprechend verringernder Profildicke D hergestellt werden können; das Holmblech 6 wird entsprechend der Profil­ dicke stetig schmaler, Fig. 6.For this purpose, in Figure 5 is shown how different profile depths T in accordance with of decreasing thickness profile D may be prepared. the spar plate 6 becomes continuously narrower in accordance with the profile thickness, FIG. 6.

Nach dem Verkleben bzw. Verschrauben der Rippe 6 mit dem Profil 1 in den Schlitzen 3 entsteht ein steifer Hohlkörper mit einem hohen Widerstandsmoment; dadurch ist die Verwindungsfestigkeit dieses nach dem Fügen entstehenden Integralholmes hoch.After the rib 6 has been glued or screwed to the profile 1 in the slots 3 , a rigid hollow body with a high section modulus is created; As a result, the torsion resistance of this integral spar, which is created after joining, is high.

Am Beispiel des Tragflügelprofils Gö 624 soll stellvertretend für die zahlreichen möglichen Profile an drei verschiedenen Radien eines Windradflügels dargestellt werden, wie sich das Strangprofil einsetzen läßt:Using the example of the wing profile Gö 624, it should be representative for the numerous possible profiles on three different Radii of a wind turbine wing are shown as how The extruded profile can be used:

Da die Profildicke D z. B. proportional von der Profiltiefe T abhängt, muß auch das Nasenprofil gemäß Fig. 1 seine Dicke verändern. Das ist bekanntermaßen nicht durch Strangpressen unmittelbar herstellbar. Aus diesem Grunde muß das Profil der Breite des Holmbleches 6, das ja in den Schlitzen 3 gemäß Fig. 1 befestigt ist, entsprechen; Fig. 2 und Fig. 6.Since the profile thickness D z. B. depends proportionally on the profile depth T, the nose profile according to FIG. 1 must change its thickness. As is known, this cannot be produced directly by extrusion. For this reason, the profile must correspond to the width of the side plate 6 , which is fastened in the slots 3 according to FIG. 1; Fig. 2 and Fig. 6.

Damit sich das Profil gemäß Fig. 1 so verformen läßt, daß es dem Querschnitt des Tragflügelprofils Gö 624 in jedem Bereich des Flügels entspricht, müssen in Längsrichtung des Strang- oder Extrusionsprofils gemäß Fig. 1 schwächere Bereiche 8 und 9 eingebracht werden, um die sich das Profil definiert mit dem erforderlichen Radius R biegen läßt. Das Holmblech gemäß Fig. 6 weist den selben Radius auf, damit es sich bei der Verformung des Nasenprofils gemäß Fig. 7 problemlos in die Schlitze 3 gem. Fig. 1 einfügen läßt, Fig. 2. Can deform so that the profile of FIG. 1 in that it 624 in each region corresponding to the cross-section of the airfoil profile Gö of the wing, of the strand or extrusion profile have in the longitudinal direction in FIG. 1 weaker regions 8 and introduced 9, about which allows the profile to bend defined with the required radius R. The Holm sheet of FIG. 6 has the same radius, so that it is in the deformation of the nose profile in accordance with Fig. 7 easily in accordance with the slots 3. Fig. 1 can be inserted, Fig. 2nd

Im Falle eines Aluminiumprofils wird die Verformung plastisch erfolgen, während im Fall von extrudierten Kunststoffprofilen die Verformung elastisch erfolgen wird.In the case of an aluminum profile, the deformation becomes plastic take place while in the case of extruded plastic profiles the deformation will be elastic.

Erfindungsgemäß läßt sich sowohl die plastische als auch die elastische Verformung des Nasenprofils verwenden.According to the invention, both the plastic and the Use elastic deformation of the nose profile.

In Fig. 7 sind die Querschnitte eines Tragflügels von 2 m Radius bei den Radien 1, 1.5 und 2 m mit dem Profil Gö 624 gemäß der berechneten Werte dargestellt.In Fig. 7 the cross-sections of a wing of 2 m radius for the radii of 1, 1.5 and 2 m with the profile Gö 624 according to the calculated values are displayed.

Der größte Vorteil dieser Tragflächenkonstruktion liegt aber auch noch darin, daß die erforderliche Verwindung des Profils nahezu ohne weiteren Aufwand realisiert werden kann, indem vor dem Kleben bzw. Nieten das noch nicht geschlossene und noch nicht ausgeschäumte Profil tordiert wird, Fig. 8.The greatest advantage of this wing construction is that the required twisting of the profile can be achieved almost without any additional effort by twisting the not yet closed and not yet foamed profile before gluing or riveting, Fig. 8.

Da ein offenes Profil ein sehr geringes Widerstandsmoment aufweist, bedeutet dies im vorliegenden Fall, daß sich die gewünschte Verwindung technisch mit einfachen Mitteln herstel­ len läßt und das Profil nach dem Nieten bzw. nach dem Aushärten des Klebers und des Schaumstoffes 10 gemäß Fig. 8 extrem verwin­ dungssteif ist.Since an open profile has a very low section modulus, in the present case this means that the desired torsion can be produced technically with simple means and the profile after riveting or after curing of the adhesive and the foam 10 according to FIG. 8 is extreme is torsionally rigid.

Dieser so hergestellte Tragflügel benötigt keinerlei Rippen; trotzdem ist es sinnvoll, an beiden Enden u. a. zum Schutz der im Hinblick auf die anzuwendende Leichtbauweise verwendeten dünnen Bleche, eine Abschlußrippe zu verwenden.This wing thus manufactured does not require any ribs; nevertheless, it makes sense to u. a. to protect the used with regard to the lightweight design to be used thin sheets to use a finishing rib.

Im Bereich der Nabe des Windrades kann die dortige Rippe entfallen, da ihre Funktion von dem Verbindungsstück zur Nabe zweckmäßigerweise gleich mit übernommen werden kann, Fig. 9. Fig. 9 läßt deutlich erkennen, daß ein weiterer großer Vorteil dieser Konstruktion darin besteht, daß keinerlei Holme in den Tragflügeln erforderlich sind, da der Kraftfluß gleichmäßig in die Deckbleche 4 und 5 eingeleitet wird. Der Schaum 10 sorgt für die ausreichende punktförmige Belastbarkeit der Bleche 4 und 5.In the area of the hub of the wind turbine, the rib there can be dispensed with, since its function from the connecting piece to the hub can be expediently carried out at the same time, FIG. 9. FIG. 9 clearly shows that another great advantage of this construction is that none Spars in the wings are required because the flow of force is evenly introduced into the cover plates 4 and 5 . The foam 10 ensures that the sheets 4 and 5 have sufficient punctiform resilience.

In der einfachsten Form der Ausführung eines solchen Tragflügels kann sogar auf das Profil gemäß Fig. 1 verzichtet werden, wenn gemäß Fig. 10 die bisher beschriebenen Teile 1, 4 und 5 zu nur noch einem entsprechend verformten Blechstück 12 zusammengefaßt werden.In the simplest form of the design of such a wing, the profile according to FIG. 1 can even be dispensed with if, according to FIG. 10, the parts 1, 4 and 5 described so far are combined into only one correspondingly deformed sheet metal piece 12 .

Claims (12)

1. Tragflügel für Windenergieanlage gemäß Fig. 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel in Leichtbauweise unter Verwendung eines stranggepreßten oder extrudierten Profils gemäß Fig. 1 und einem oder zwei Blechen in einfachster Weise hergestellt werden kann, wobei die Flügeltiefe, die Flügeldicke und die Verwindung des Flügels in Abhängigkeit des Radius kontinuierlich verändert werden kann.1. Wing for wind turbine according to FIG. 2, characterized in that the wing can be manufactured in a simple manner using an extruded or extruded profile according to FIG. 1 and one or two sheets, the wing depth, the wing thickness and the torsion of the wing can be changed continuously depending on the radius. 2. Tragflügel für Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Erfindung wesentlich prägende stranggepreßte oder extrudierte Profil gemäß Fig. 1 eine oder mehrere in Längsrichtung verlaufende dünnere Bereiche (8) und (9) der Wandstärke aufweist, damit die Flügeldicke durch elastisches oder plastisches Biegen um diese Bereiche verändert werden kann.2. hydrofoil for wind turbine according to claim 1, characterized in that the extruding or extruded profile according to FIG. 1, which essentially characterizes the invention, has one or more longitudinally extending thinner areas ( 8 ) and ( 9 ) of the wall thickness, so that the wing thickness by elastic or plastic bending around these areas can be changed. 3. Tragflügel für Windenergieanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Erfindung wesentlich prägende stranggepreßte oder extrudierte Profil gemäß Fig. 1 eine oder mehrere in Längsrichtung verlaufende Schlitze (2) und (3) enthält, in die entsprechende Bleche oder Platten (4, 5 und 6) eingeklebt oder eingenietet werden können.3. hydrofoil for wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the extruding or extruded profile according to FIG. 1, which essentially characterizes the invention, contains one or more longitudinally extending slots ( 2 ) and ( 3 ) into the corresponding sheets or plates ( 4 , 5 and 6 ) can be glued or riveted. 4. Tragflügel für Windenergieanlage gemäß Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere in Längsrichtung des Tragflügels verlaufende Versteifungsbleche (6) in der Funk­ tion eines Holmes in die entsprechenden ebenfalls in Längs­ richtung verlaufende Schlitze (3) im Profil gemäß Anspruch 3 eingeklebt oder eingenietet werden können.4. wing for wind turbine according to claim 1, 2 and 3, characterized in that one or more extending in the longitudinal direction of the wing stiffening plates ( 6 ) in the func tion of a spar in the corresponding also in the longitudinal direction slots ( 3 ) in profile Claim 3 can be glued or riveted. 5. Tragflügel für Windenergieanlage gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Bleche, die gemäß Fig. 2 in den Schlitzen (3) eingeklebt werden können, keilförmig ihre Breite verändern können, um eine Dickenänderung des Tragflügels zu realisieren.5. Wing for wind power plant according to claim 4, characterized in that the sheet or plates, which can be glued in accordance with FIG. 2 in the slots ( 3 ), can change their width in a wedge shape in order to realize a change in thickness of the wing. 6. Tragflügel für Windenergieanlage gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (4) und (5) gemäß Fig. 2, die in die Schlitze (2) gemäß Fig. 1 eingeklebt oder eingenietet werden, ihre Breite verändern können, um eine Tiefenänderung des Tragflügels zu erreichen.6. Wing for wind power plant according to claim 1 to 5, characterized in that the sheets ( 4 ) and ( 5 ) according to FIG. 2, which are glued or riveted into the slots ( 2 ) according to FIG. 1, can change their width, to achieve a change in the depth of the wing. 7. Tragflügel für Windenergieanlage gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel der Tragfläche durch Verwinden des noch offenen Profils gemäß Fig. 1 und der darin eingesteckten Bleche (4, 5, und 6) vor dem Verkleben oder Vernieten problemlos tordiert werden kann; diese Torsion erfordert durch die Offenheit des Profils geringe Verformungs­ kräfte. Nach Erreichen des gewünschten Torsionsgrades wird das Profil verklebt oder vernietet, um es in diesem Zustand zu fixieren. 7. Wing for wind power plant according to claim 1 to 6, characterized in that the angle of attack of the wing by twisting the still open profile according to FIG. 1 and the plates inserted therein ( 4 , 5 , and 6 ) are easily twisted before gluing or riveting can; Due to the openness of the profile, this torsion requires low deformation forces. After the desired degree of torsion has been reached, the profile is glued or riveted in order to fix it in this state. 8. Tragflügel für Windenergieanlage gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel Rippen enthalten kann vorzugsweise aber nur an den beiden Enden.8. wing for wind turbine according to claim 1 to 7, characterized in that the wing can contain ribs but preferably only at the two ends. 9. Tragflügel für Windenergieanlage gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel mittels eines die Funktion einer Rippe übernehmenden Teiles mit der Nabe gemäß Fig. 9 verbunden ist.9. wing for wind turbine according to claim 8, characterized in that the wing is connected by means of a function taking over a rib part with the hub of FIG. 9. 10. Tragflügel für Windenergieanlage gemäß Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des Flügels ausge­ schäumt ist.10. wing for wind turbine according to claim 3 and 4, characterized in that the cavity of the wing out is foaming. 11. Tragflügel für Windenergieanlage gemäß Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragflügel keine Holme im herkömmlichen Sinn enthält.11. wing for wind turbine according to claim 1 to 9, characterized in that the wing no spars in contains conventional sense. 12. Tragflügel für Windenergieanlage gemäß Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragflügel im einfachsten Fall aus einem einzigen entsprechend verformten Blech (12) bestehen kann, Fig. 10.12. Wing for wind power plant according to claim 6 to 11, characterized in that the wing in the simplest case can consist of a single appropriately deformed sheet ( 12 ), Fig. 10th
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