Konzipierung, Auslegung und Vermessung einer formveränderlichen Hinterkante für ein Windenergierotorblatt

Abstract

Angesichts schwindender fossiler Energiereserven treten regenerative Quellen immer weiter in den Vordergrund. Insbesondere der Windenergie werden große Potentiale bei der Versorgung mit Elektroenergie eingeräumt. Um die begrenzten Standorte bestmöglich zu nutzen und die Kosten pro kWh zu senken, werden Höhe und Rotordurchmesser von Windenergieanlagen immer größer. Dabei wird die Belastung der Struktur durch ihr Eigengewicht immer bedeutsamer. Insbesondere Biegemomente an der Blattwurzel, hervorgerufen durch das Gewicht, Windscherung und Böenlasten begrenzen die Lebensdauer bei zunehmender Größe. Eine Verringerung dieser Lasten würde daher größere Blätter, eine längere Lebensdauer oder eine leichtere Bauweise ermöglichen. Erreicht werden soll die Lastminderung durch ein aerodynamisches Steuerelement am Rotorblatt, der eine höhere Stellgeschwindigkeit besitzt, als die Blattverstellung und somit mehrfach pro Umlauf angesteuert werden kann. Vergleichbar zu Flugzeugen kommt dazu eine Hinterkantenklappe zum Einsatz, welche aus Gründen der Mediendichtigkeit spaltlos und formvariabel ausgeführt wird. Ausgehend von einer Konzeptstudie wird über Finite-Element-Modelle ein Strukturentwurf für eine Hinterkante vorgestellt. Basierend auf diesem Entwurf wird ein Konzeptdemonstrator gebaut und vermessen. Anschließend erfolgt die Skalierung des Bauteils mit dem Ziel, dieses in einem Rotationsversuch mit Zentrifugalkraft einsetzen zu können. Dieses Bauteil wird ebenfalls mit den für den Konzeptdemonstrator erstellten parametrischen Modellen entworfen, gebaut und anschließend statisch im Labor vermessen. Dabei zeigt sich, dass die Hinterkante den geforderten Ausschlagwinkel einhält.