DE102019003968A1

DE102019003968A1 - Modulares Hinterkantenelement

Info

Publication number: DE102019003968A1
Application number: DE102019003968.8A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Wisehart; Swen Streiner
Original assignee: AERO DYNAMIK CONSULT GmbH
Current assignee: AERO DYNAMIK CONSULT GmbH
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2020-12-10

Abstract

Modulares Hinterkantenelement 20 zur aerodynamischen und/oder akustischen Beeinflussung des Rotorblatts 10 und Verfahren zu dessen HerstellungHinterkantenelemente 23 für Rotorblätter 10 werden integral hergestellt. Um eine komplexe Geometrie zu realisieren müssen aufwendige Spritzgussformen verwendet werden oder die Geometrie wird zu Lasten der Festigkeit und zu Lasten der akustischen Beeinflussung sehr einfach gestaltet.Das modulare Hinterkantenelement 20 ermöglicht eine einfache Herstellung sowie große Variabilität. Formkosten können eingespart werden und gleichzeitig kann eine komplexe Geometrie realisiert werden.Das modulare Hinterkantenelement 20 besteht aus einem ersten Modul 11, das mit dem Rotorblatt 10 verbunden ist und zum Übertragen der auftretenden Kräfte dient. Ein zweites Modul 12 umfasst die Vorrichtung zur aerodynamischen und/oder akustischen Strömungsbeeinflussung. Das zweite Modul 12 wird mit dem ersten Modul 11 verbunden.Das modulare Hinterkantenelement 20 ermöglicht eine einfache Herstellung bei hoher Komplexität der Bauteile. Dadurch ist das Hinterkantenelement 20 einfach an unterschiedliche Rotorblatttypen und an verschiedene radiale Rotorblattpositionen anpassbar.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft die Ausgestaltung und Herstellung von Hinterkantenelementen für Rotorblätter von Windkraftanlagen.
STAND DER TECHNIK
Hinterkantenelemente für Rotorblätter von Windkraftanlagen werden nach dem Stand der Technik als Spritzgussteile oder Plattenausschnitte hergestellt. Es entsteht ein Bauteil welches an einer Seite einen zackenförmigen Rand besitzt und an der anderen Seite am Rotorblatt befestigt wird. Es handelt sich dabei um ein integrales Bauteil. Da die Zackenkontur von der Geometrie des jeweiligen Profilschnittes des Rotorblattes abhängig ist, müssen für einen einzelnen Rotorblattentwurf mehrere ähnliche aber unterschiedliche Hinterkantenelemente hergestellt werden. Dies führt zu einer großen Komplexität in der Herstellung. Werden die Hinterkantenelemente als Spritzgussteile hergestellt ergeben sich hohe Kosten, da viele verschiedene Spritzgussformen benötigt werden. Werden die Hinterkantenelemente als Plattenausschnitte hergestellt, so ist die Anbringung unvorteilhaft da die Formgebung stark eingeschränkt ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Modulares Hinterkantenelemente für Windkraftanlagen und Verfahren für dessen Herstellung. Ein erstes Modul dient einer vorteilhaften Anbindung des Hinterkantenelementes an das Rotorblatt. Ein zweites Modul dient der aerodynamischen oder akustischen Beeinflussung der Luftströmung zum Beispiel durch eine gezackte Endkante. Das erste Modul bietet einen Anschluss an das zweite Modul und dient somit als vermittelndes Bauteil zwischen Rotorblatthinterkante und der Vorrichtung zur aerodynamischen und/oder akustischen Strömungsbeeinflussung.
Figurenliste

1 zeigt ein Rotorblatt 10 einer Windkraftanlage mit einem Hinterkantenelement 20. Das Hinterkantenelement 20 besteht aus einem ersten Modul 11 und einem zweiten Modul 12. Das erste Modul 11 ist am Rotorblatt 10 befestigt und mit dem zweiten Modul 12 verbunden. Das zweite Modul 12 beinhaltet eine akustische Vorrichtung zur Geräuschreduktion am Rotorblatt.
2 zeigt das Rotorblatt 10 mit der Endkante 13 sowie die beiden Module des Hinterkantenelements 20. Das erste Modul 11 weist eine relativ komplexe Geometrie auf die sich jedoch in der Rotorblatt Längsrichtung nicht ändert. Das zweite Modul 12 weist ebenfalls eine komplexe aber ebene Geometrie auf.
3 stellt den aktuellen Stand der Technik dar. Das Hinterkantenelement 23 besteht aus einem Bauteil. Diese Bauteil weist in alle Raumrichtungen eine komplexe Geometrie auf.
4 zeigt einen Schnitt quer zur Rotorblatt Längsrichtung. Das Rotorblatt 10 ist mit dem ersten Modul 11 des Hinterkantenelements verbunden. Das zweite Modul 12 ist mit dem ersten Modul verklebt.

Alle Figuren stellen Ausführungsvarianten der Erfindung dar und schränken diese in keinster Weise ein.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist ein Hinterkantenelement für Rotorblätter von Windkraftanlagen, das sowohl individuell an die Endkante der Rotorblätter angepasst werden kann und gleichzeitig eine freie Gestaltung der Geometrie des Hinterkantenelements zulässt. Außerdem muss die Herstellung des Hinterkantenelements kostengünstig sein.
Die Erfindung löst diese Aufgabe indem das Hinterkantenelement aus zwei Modulen aufgebaut ist. Durch diese Aufteilung kann sowohl Geometrie als auch der Fertigungsprozess auf die jeweiligen Teilbereiche unabhängig voneinander angepasst werden. Ein erstes Modul ist an der Hinterkante des Rotorblatts befestigt. Es beinhaltet die Verbindung zum Rotorblatt sowie die Verbindung zum zweiten Modul. Das zweite Modul beinhaltet die Vorrichtungen zum Verändern der Aerodynamik und/oder der Akustik des Rotorblatts.
Das erste Modul, welches mit dem Rotorblatt verbunden wird, weist eine relativ komplexe Form auf. Es enthält eine Verbindungsstelle zum Rotorblatt sowie eine weitere Verbindungsstelle zum zweiten Modul. Zudem bestimmt es den Anstellwinkel des zweiten Moduls. Über das erste Modul müssen alle Kräfte vom und zum Rotorblatt übertragen werden. Dementsprechend muss die Struktur des ersten Modus entsprechend robust gegen Extrem- und Betriebslasten ausgelegt sein.
Das erste Modul kann so gestaltet werden, dass es an verschiedenen radialen Rotorblattpositionen sowie an verschieden Rotorblatttypen unverändert eingesetzt werden kann. Ein geeignetes Verfahren für die Herstellung des ersten Moduls ist zum Beispiel die Extrusion. Dabei wird eine hohe Qualität und Formtreue bei sehr hoher Stückzahl erreicht.
Mithife des Extrusionsverfahrens kann das erste Modul als Meterware hergestellt werden. Abhängig von den individuellen Montagebedürfnissen wird es entsprechend abgelängt. So können zum Beispiel längere Stücke für die Montage der Hinterkantenelemente am Boden hergestellt werden. Für die Montage an der Windkraftanlage mit einem Monteur, der sich für die Montage mit einem Seil am Rotorblatt ablässt werden entsprechend kürzere Stücke gefertigt.
Das zweite Modul beinhaltet die aerodynamisch und akustisch wirksamen Vorrichtungen des Hinterkantenelements. Diese Vorrichtungen sind typischer Weise komplexe aber ebene Geometrien. Die Geometrie der Vorrichtungen sind stark von der radialen Position am Rotorblatt abhängig. Zudem unterscheiden sie sich zwischen verschiedenen Rotorblatttypen.
Das zweite Modul beinhaltet zusätzlich noch die Anbindung an das erste Modul. Wird die Komplexität der Anbindung im ersten Modul realisiert, kann das Gegenstück im zweiten Modul einfach und vor allem eben gestaltet werden.
Dadurch eignet sich der Einsatz von Platten Halbzeugen für die Herstellung des zweiten Moduls. Die Geometrien des zweiten Moduls können aus den Platten zum Beispiel heraus geschnitten werden. So ist es mit geringem Aufwand möglich das zweite Modul individuell an verschiedene Rotorblatttypen sowie unterschiedliche radiale Positionen am Rotorblatt anzupassen.
Die Herstellung und Montage der Endkantenelemente kann unter anderem folgendermaßen erfolgen. Das erste Modul wird im Extrusionsverfahren als Meterware hergestellt und auf die gewünscht Länge abgeschnitten. Das zweite Modul mit der aerodynamisch und/oder akustisch wirksamen Vorrichtung kann aus Platten ausgeschnitten werden. Um die Montage an der Windkraftanlage zu erleichtern werden die zwei Module vormontiert. Dazu können sie zum Beispiel miteinander verklebt werden. In einem abschließenden Schritt wird das so zusammengesetzte Hinterkantenelement mit dem Rotorblatt verbunden.

Claims

Hinterkantenelement 20 zur Modifikation der Hinterkante 13 eines Rotorblattes 10 einer Windkraftanlage wobei das Hinterkantenelement 20 aus mindestens einem ersten 11 und einem zweiten Modul 12 besteht wobei das erste Modul 11 über eine erste Verbindungsanordnung mit dem Rotorblatt verbindbar ist und über eine zweite Verbindungsanordnung mit dem zweiten Modul 12 verbindbar ist wobei das zweite Modul 12 eine Vorrichtung aufweist welche dafür geeignet ist, die Akustik des Rotorblatts zu beeinflussen.
Hinterkantenelement 20 nach Anspruch 1, wobei das zweite Modul 12 eine maximale Dicke von 5 mm aufweist.
Hinterkantenelement 20 nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Modul 12 eine Ebenheit von mindestens 5 mm aufweist.
Hinterkantenelement 20 nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Modul 11 und das zweite Modul 12 formschlüssig miteinander verbunden sind, und/oder das erste Modul 11 und das zweite Modul 12 kraftschlüssig miteinander verbunden sind, und/ oder das erste Modul 11 und das zweite Modul 12 stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Hinterkantenelement 20 nach einem der vorherigen Ansprüche wobei das zweite Modul 12 aus mehreren Teilstücken besteht, die in ihrer Gesamtheit die Funktion des zweiten Moduls 12 erfüllen, und/oder das erste Modul 11 aus mehreren Teilstücken besteht, die in Ihrer Gesamtheit die Funktion des ersten Moduls 11 erfüllen.
Verfahren zur Herstellung eines Hinterkantenelements 20 mit den Arbeitsschritten ◯ Befestigung eines ersten Moduls 11 des Hinterkantenelements 20 am Rotorblatt 10 ◯ Befestigung eines zweiten Moduls 12 des Hinterkantenelements 20 am ersten Modul 11 des Hinterkantenelements 20
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das erste Modul 11 des Hinterkantenelements 20 durch Extrusion hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei das zweite Modul 12 des Hinterkantenelements 20 aus einer Platte hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das erste 11 und das zweite Modul 12 miteinander verklebt werden und/oder das erste 11 und das zweite Modul 12 miteinander verschweißt werden
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei ein Hinterkantenelement 20 nach einem der Ansprüche 1 bis 4 verwendet wird.