Die Erfindung betrifft eine Hinterkante für ein Windenergieanlage-Rotorblatt, eine Rotorblatt-Hinterkante und eine Windenergieanlage. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Rotorblatts.

Windenergieanlagen sind allgemein bekannt und beispielsweise wie in Figur 1 ausgestal- tet. Für die Effizienz der Windenergieanlage ist das Design des bzw. der Rotorblätter ein wichtiger Aspekt. Die Rotorblätter einer Windenergieanlage weisen üblicherweise eine Saug- und eine Druckseite auf. Die Saug- und die Druckseite laufen an der Hinterkante des Rotorblatts zusammen. Durch den Druckunterschied zwischen Saug- und Druckseite können Wirbel erzeugt werden, die an der Hinterkante des Rotorblattes für eine Ge- räuschemission und Leistungsminderung sorgen können.

Um die Geräuschemission und die Leistungsminderung zu reduzieren, wurden bereits Hinterkanten mit Zacken vorgeschlagen. Die Effektivität der Geräuschreduktion hängt dabei wesentlich von der Zackengeometrie ab. Das Vorsehen der optimalen Zackengeometrie an der Hinterkante eines Rotorblattes einer Windenergieanlage kann aber auf- wendig sein und es besteht die Gefahr, dass ein so großer Aufwand verursacht wird, der in keinem angemessenen Verhältnis zur Wirkung steht.

In der prioritätsbegründenden deutschen Patentanmeldung hat das Deutsche Patent- und arkenamt den folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 10 2008 037 368 A1 , EP 0 652 367 A1 , WO 2014/086919 A1 , US 2003/0 175 121 A1 und US 5 088 665 A. Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, wenigstens eines der oben genannten Probleme zu adressieren, insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die die Wirksamkeit eines Rotorblattes einer Windenergieanlage weiter steigert und die Geräuschemission reduziert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, die Effizienz eines Rotorblatts ohne Zunahme bzw. bei gleichzeitiger Reduktion von Geräuscheffekten weiter zu steigern. Zumindest soll eine alternative Lösung geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Windenergieanlagen-Rotorblatt nach Anspruch 1 , ein Verfahren zum Herstellen eines Windenergieanlagen-Rotorblattes nach Anspruch 10, eine Windenergieanlage nach Anspruch 9 sowie durch eine Windenergieanlagen- Rotorblatt-Hinterkante nach Anspruch 12 gelöst.

Damit weist ein Windenergieanlagen-Rotorblatt eine Rotorblattspitze, eine Rotorblattwurzel, eine Saugseite, eine Druckseite, eine Rotorblattlänge, eine Profiltiefe und eine Pitch- Drehachse auf. Die Profiltiefe nimmt entlang der Rotorblattlänge von der Rotorblattwurzel zur Rotorblattspitze hin ab. Die Hinterkante weist eine Hinterkantenverlaufslinie auf, welche die Kontur der Hinterkante abbildet. Die Hinterkante weist eine Mehrzahl von Zacken zur Verbesserung eines Strömungsverhaltens an der Hinterkante auf. Die Zacken weisen jeweils eine Zackenspitze, zwei Zackenkanten und eine Winkelhalbierende auf. Die Zackenkanten sind nicht parallel zu einer Anströmrichtung vorgesehen, welche senkrecht zur Pitch-Drehachse steht. Die Zackenkanten stehen nicht senkrecht auf einer Tangente an der Hinterkantenverlaufslinie. Die Hinterkantenverlaufslinie weist eine Mehrzahl von Abschnitten auf, wobei zumindest eine der Abschnitte nicht parallel zu der Pitch- Drehachse verläuft. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Länge der zwei Hinterkanten einer Zacke ungleich und/oder die Winkelhalbierende einer Zacke steht nicht senkrecht zur Pitch-Drehachse und/oder ein Winkel einer Winkelhalbierenden zu einer Tangente an der Hinterkantenverlaufslinie weist einen Winkel zwischen 70 und 110 Grad, insbesondere 90 Grad auf. Das Rotorblatt kann über seine gesamte Blattlänge, also von der Rotorblattwurzel bis hin zur Rotorblattspitze eine Hinterkante mit einer Hinterkantenverlaufslinie aufweisen. Die Hinterkantenverlaufslinie bildet dabei die Kontur der Hinterkante ab, also die Linie, in der sich die Saug- und die Druckseite des Rotorblattes treffen. Insbesondere ist eine solche Hinterkantenverlaufslinie eine gekrümmte Line. An der Hinterkantenverlaufslinie sind die mehreren Zacken nebeneinander angeordnet. Die Zacken sind dabei in Abhängigkeit von der Hinterkantenverlaufslinie vorgesehen bzw. ausgerichtet. D.h., dass bei der Auslegung der Zacken an der Hinterkante die Hinterkantenverlaufslinie berücksichtigt wird und somit die Kontur bzw. die Geometrie der Hinterkante. Demnach werden auch Krümmungen und dergleichen bei der Ausrichtung der Zacken an der Hinterkante berücksichtigt. Dies hat den Vorteil, dass die Zacken optimal an den Hinterkantenverlauf angepasst sind und somit auftretende Wirbel verringert werden können. Dadurch werden ebenfalls die Geräuschemission und ein Leistungsabfall verringert. Die Profile bzw. die Geometrien und somit auch die Hinterkantenverlaufslinie von Rotorblättern verschiedener Windenergieanlagen-Typen sind unterschiedlich ausgestaltet. Die Ausgestaltung ist dabei abhängig von den verschiedenen Standorten, an denen unterschiedliche Windverhältnisse wie Starkwind oder Schwachwind vorherrschen können. Dabei ist die Definition der Zacken von den Geometrie- und Betriebsparametern des Rotorblatts bzw. der Windenergieanlage und somit von der Hinterkantenverlaufslinie abhängig. Durch die Anordnung der Zacken abhängig von der Hinterkantenverlaufslinie, sind die Zacken individuell an das jeweilige Profil des Rotorblatts anpassbar. Die Geräuschemission kann somit optimal reduziert werden und die Leistung der Windenergieanlage gesteigert werden.

Vorzugsweise sind die Zacken normal zur Hinterkantenverlaufslinie angeordnet. Dabei weisen die einzelnen Zacken jeweils eine Zackenhöhe auf. Die maximale Zackenhöhe befindet sich hierbei auf einer Normalen zur Hinterkantenverlaufslinie. Solche Zacken können an der Hinterkante auftretende Turbulenzen unterschiedlicher Größe auffangen und somit die Geräuschemission verringern. Bei einer gekrümmten Hinterkantenverlaufslinie sind die Zacken entsprechend ungleich ausgerichtet. Sie weisen somit zumindest teilweise in verschiedene Richtungen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist jede Zacke wenigstens zwei Zackenkanten auf und die Hinterkante einen Zacken-Hinterkantenverlaufswinkel, der durch eine Zackenkante und der normal zur Hinterkantenverlaufslinie vorgesehene Anströmungsrichtung definiert ist. Dabei ist der Zacken-Hinterkantenverlaufswinkel kleiner als 90°, insbesondere kleiner als 45°. Die genannten Werte erzielen ein optimales Strömungsverhalten an der Hinterkante. Dass der Zacken-Hinterkantenverlaufswinkel normal zur Hinterkantenverlaufslinie verläuft ist eine theoretische Annahme. In der Realität kann ein solcher Zacken-Hinterkantenverlaufswinkel durchaus auch durch eine Veränderung der Anströmung größer sein, was nicht zu einem optimalen Strömungsverhalten an der Hinterkante führt. Durch die Ausrichtung der Zacken mit einem Zacken- Hinterkantenverlaufswinkel kleiner als 90, insbesondere kleiner als 45°, können solche Änderungen in der Anströmrichtung aber ausgeglichen werden, so dass dies kaum Einfluss auf die Geräuschentwicklung und/oder Leistung der Windenergieanlage nimmt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zacken-Hinterkantenverlaufswinkel entlang einer Rotorblattlänge variabel, wobei die Rotorblattlänge durch die Länge des Rotorblattes von der Rotorblattwurzel bis zur Rotorblattspitze definiert ist. D.h., der Winkel zwischen einer Zackenkante und der Anströmrichtung, die normal zur Hinterkantenverlaufs- linie vorgesehen ist, ist nicht nur auf einen Wert beschränkt. Vielmehr können sich beispielsweise im Bereich der Rotorblattwurzel andere Werte für den Zacken- Hinterkantenverlaufswinkel ergeben als im Bereich der Rotorblattspitze. Somit kann ein optimales Strömungsverhalten erzielt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Rotorblatt eine Pitch-Achse auf und die Zacken sind normal zu der Pitch-Achse angeordnet. Unter der Pitch-Achse des Rotorblattes ist dabei die Achse zu verstehen, um die der Anstellwinkel, also der Pitch, der Rotorblätter verstellt wird. Der Anstellwinkel oder Pitch-Winkel wird verstellt, um die Leistung der Windenergieanlage zu regeln und bei wechselnden Windgeschwindigkeiten jeweils einen optimalen Wirkungsgrad der Windenergieanlage zu erreichen. Es gibt dabei Theorien, dass sich die Anströmung normal zu dieser Pitch-Achse bzw. Anstellachse verhält. Eine Ausrichtung der Zacken entsprechend der Pitch-Achse bewirkt eine Reduktion der Wirbel und somit eine Geräuschminderung.

Vorzugsweise weist die Hinterkante einen Zacken-Pitchwinkel auf, der an einer vorgege- benen Position auf der Hinterkantenverlaufslinie durch eine Tangente definiert ist. Die Hinterkantenverlaufslinie weist für jede Position entlang der Spannweite des Rotorblatts verschiedene Punkte auf. Das Hineinlegen einer Tangente in den jeweiligen Punkt ergibt viele verschiedene Tangenten und somit verschiedene Zacken-Pitchwinkel entlang der Spannweite des Rotorblatts. Der Winkel zwischen der Pitch-Achse und der jeweiligen Tangente definiert den Zacken-Pitchwinkel. Dieser ist somit ebenfalls in Abhängigkeit der Hinterkantenverlaufslinie berechnet. Durch die Anpassung an die Hinterkantenverlaufslinie können auftretende Wirbel reduziert werden, wodurch auch die Geräuschemission verringert wird.

Vorzugsweise sind die mehreren Zacken und/oder Zackenkanten entlang einer bzw. der Rotorblattlänge an der Hinterkante unsymmetrisch angeordnet. Dadurch, dass die Hinterkantenverlaufslinie eine gekrümmte Form aufweisen kann und die Zacken abhängig von der Hinterkantenverlaufslinie ausgerichtet sind, sind die Zacken an verschiedenen Positionen entlang der Rotorblattlänge verschieden ausgerichtet und somit nicht symmetrisch. Insbesondere die zwei Zackenkanten einer Zacke können dabei im Ver- hältnis zu der Anströmung verschiedene Winkel aufweisen. Dadurch können verschiedene Wirbel ausgeglichen werden.

In einer besonders bevorzugten Ausfühmngsform verläuft die Hinterkantenverlaufslinie zumindest teilweise über die Spannweite des Rotorblatts gekrümmt, also nicht gerade. Da aerodynamische Profile eine sehr komplexe Geometrie zur Erzielung der optimalen Leistung aufweisen, ist es teilweise notwendig, dass die Hinterkantenverlaufslinie an einigen Stellen entlang der Rotorblattlänge nicht gerade, also gekrümmt verlaufen. Dadurch, dass die Zacken an die Hinterkantenverlaufslinie angepasst sind bzw. abhängig davon berechnet sind, wird eine solche Krümmung mit berücksichtigt, Das Rotorblatt kann somit hinsichtlich seines Profils und der optimalen Anordnung der Zacken an der Hinterkante bzw. der Zackengeometrie ausgelegt werden.

Vorzugsweise weist das Rotorblatt eine Rotorblattwurzel und eine Rotorblattspitze auf, wobei der Zacken-Hinterkantenverlaufswinkel bei den Zackenkanten, die zur Rotorblatt- wurzel zeigen, von der Rotorblattwurzel zur Rotorblattspitze zunimmt und/oder bei den Zacken, die von der Rotorblattwurzel wegzeigen, von der Rotorblattwurzel zur Rotorblattspitze abnimmt. D.h., der Zacken-Hinterkantenverlaufswinkel verringert sich einerseits auf der Seite der Zacken, die in Richtung der Rotorblattspitze zeigen und erhöht sich andererseits auf der Seite der Zacken, die der Rotorblattwuzel zugewandt sind. Aufgrund der verschiedenen Anströmbedingungen, wie Reynoldzahl, Machzahl, Anstellwinkel usw., die an der Rotorblattwurzel und der Rotorblattspitze auftreten, werden nahe der Hinterkante Wirbel in verschiedenen Größen erzeugt. Für große Wirbel sind beispielsweise große Zacken-Hinterkantenverlaufswinkel effektiv und für kleine Wirbel kleine Zacken- Hinterkantenverlaufswinkel. Durch die erfindungsgemäße Anordnung können somit die kleinen und die großen Wirbel abgedeckt werden. Zudem weist eine solche Anordnung bei mittel großen Wirbeln zumindest eine durchschnittlich gute Effektivität auf.

Zudem wird zur Lösung der Aufgabe ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage vorgeschlagen, umfassend wenigstens eine Hinterkante gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen. Ein solches Rotorblatt ist dabei insbesondere ein Rotorblatt eines Luv- läufers mit aktiver Blattverstellung. Das Rotorblatt ist dabei bei Windenergieanlagen aller Leistungsklassen, insbesondere in Leistungsklassen in einem Megawatt-Bereich anwendbar. Es ergeben sich somit die Zusammenhänge, Erläuterungen und Vorteile gemäß wenigstens einer Ausführungsform der beschriebenen Hinterkante. Weiterhin wird eine Windenergieanlage mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Rotorblatt, vorzugsweise mit drei erfindungsgemäßen Rotorblättern vorgeschlagen.

Ferner wird ein Verfahren zum Berechnen einer Zackengeometrie an einer Hinterkante eines Rotorblatts eines aerodynamischen Rotors einer Windenergieanlage vorgeschlagen. Dabei weist die Hinterkante eine Hinterkantenverlaufslinie auf, die die Kontur der Hinterkante abbildet, und die Zackengeometrie wird in Abhängigkeit von der Hinterkantenverlaufslinie berechnet. Jede Zacke weist dabei eine Zackenhöhe, Zackenbreite und wenigstens zwei Zackenkanten auf. Die Zackenkanten verlaufen dabei von der Zackenbreite zur Zackenspitze. Sie können sich in der Zackenspitze berühren oder alternativ kann die Zackenspitze auch rund oder mit einer weiteren Kante ausgeführt sein. Die Zackengeometrie wird durch das vorliegende Verfahren insbesondere über die Anordnung der Zackenkanten zu der Hinterkantenverlaufslinie definiert.

Es ergeben sich somit die Zusammenhänge, Erläuterungen und Vorteile gemäß wenigstens einer Ausführungsform der beschriebenen Hinterkante.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren

- die lokale Anströmung als Normale zu dem Hinterkantenverlauf angenommen und/oder

ein Zacken-Hinterkantenverlaufswinkel, der durch die Anströmung und eine Zackenkante definiert ist, berechnet,

wobei der Zacken-Hinterkantenverlaufswinkel kleiner als 90° ist, vorzugsweise kleiner als 60°, insbesondere kleiner als 45°.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Anströmungsrichtung als normal zur Pitch-Achse des Rotorblatts angenommen und/oder

mehrere Zacken werden normal zur Pitch-Achse ausgerichtet, wobei ein Zacken-Pitchwinkel berechnet wird, der zwischen der Pitch-Achse und einer Zackenkante dem Winkel einer Tangente an einer Position der Hinterkante entspricht.

Die Hinterkantenverlaufslinie weist für jede Position entlang der Spannweite des Rotorblatts verschiedene Punkte auf. Das Hineinlegen einer Tangente in den jeweiligen Punkt ergibt viele verschiedene Tangenten und somit verschiedene Zacken-Pitchwinkel entlang der Rotorblattlänge. Der Winkel zwischen der Pitch-Achse und der jeweiligen Tangente definiert den Zacken-Pitchwinkel. Dieser ist somit ebenfalls in Abhängigkeit der Hinterkantenverlaufslinie berechnet. Durch die Anpassung an die Hinterkantenverlaufslinie können auftretende Wirbel reduziert werden, wodurch auch die Geräuschemission verringert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren zum Berechnen einer Zackengeometrie für eine Hinterkante nach wenigstens einer der vorher beschriebenen Ausführungsformen verwendet. Den Berechnungen liegen dabei folgende Überlegungen zugrunde.

Die Strouhal-Zahl ist sehr viel kleiner als 1. Die Strouhal-Zahl ist dabei eine dimensionslose Kenngröße der Aerodynamik, mit der bei instationärer Strömung die Ablösefrequenz von Wirbeln beschrieben werden kann. Die Strouhal-Zahl wird unter anderem von der Zackenhöhe beeinflusst. Für die Zackenhöhe ergibt sich dabei der folgende Zusammenhang:

r

H(- = 2h = c2- A _p3 '

R)

C2 weist dabei einen Wert von 2 bis 15 auf und eine Konstante. Die Zackenhöhe berechnet sich somit aus der Kohärenzlängenskala A _p3 der turbulenten Druckfluktuation unter der Verwendung eines konstanten Faktors c2. Der Faktor c2 kann empirisch ermittelt werden, bspw. aus Testmessungen oder aus Erfahrungswerten.

Das Verhältnis der Zackenhöhe zu der Zackenbreite wird als — > 0,5 , wobei

λ

λ - H/c3 ist und c3 = 0,5 bis 6 eine empirische Konstante ist.

Der Winkel zwischen der lokalen Anströmrichtung und der Zackenkante, also der Za- cken-Hinterkantenverlaufswinkel ist Φ ₍ < 90° . dabei wird vorausgesetzt, dass die

Anströmung normal zu der Pitch-Achse des Rotorblatts ist, vorliegend also Φ, = Φ ±Θ, . Wobei 6 _t der Zacken-Pitchwinkel ist. Dabei variiert der Zacken-Pitchwinkel entlang der Rotorblattlänge abhängig von dem Hinterkantenverlauf.

Nachfolgend wird die Erfindung exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine Windenergieanlage schematisch in einer perspektivischen Ansicht.

Figur 2 zeigt schematisch ein Rotorblatt mit einer Hinterkante mit einem gezackten

Verlauf mit mehreren Zacken gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Figur 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Rotorblatts mit einer Zackengeometrie der Hinterkante entlang der Spannweite.

Figur 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Rotorblatts der Figur 3. Figur 5 zeigt einen weiteren vergrößerten Ausschnitt des Rotorblatts der Figur 3.

Figur 6 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Rotorblatts mit zwei verschiedenen

Zackengeometrien an der Hinterkante.

Figur 7 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Rotorblatts der Figur 6.

Figur 8 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Rotorblatts gemäß dem ersten

Ausführungsbeispiel.

Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Rotorblatts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Es ist zu beachten, dass gleiche Bezugszeichen eventuell ähnliche, nicht identische Elemente auch unterschiedlicher Ausführungsformen bezeichnen können.

Die Erläuterung der Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erfolgt im Wesentlichen schematisch und die Elemente, die in der jeweiligen Figur erläutert werden, können darin zur besseren Veranschaulichung überzeichnet und andere Elemente vereinfacht sein. So veranschaulicht beispielsweise Figur 1 eine Windenergieanlage als solche schematisch, so dass die vorgesehene zackenförmige Hinterkante an dem Rotorblatt nicht eindeutig erkennbar ist.

Figur 1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 200 und einem Spinner 1 10 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an. Der Pitch der drei Rotorblätter ist z.B. jeweils durch einen Pitchantrieb einstellbar.

Figur 2 zeigt schematisch ein Windenergieanlagen-Rotorblatt 200 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einer Rotorblatthinterkante 201 , die vereinfachend auch als Hinterkante bezeichnet wird. Das Rotorblatt 200 weist eine Rotorblattwurzel 209 und eine Rotorblattspitze 210 auf. Die Länge zwischen der Rotorblattspitze 210 und der Rotorblattwurzel 209 wird als Rotorblattlänge L bezeichnet. Das Rotorblatt 200 weist eine Pitch-Drehachse 200a auf. Die Pitch-Drehachse 200a ist die Drehachse des Rotorblattes, wenn der Pitch des Rotorblattes verstellt wird. Das Rotorblatt 200 weist eine Saugseite 200b, eine Druckseite 200c, und eine Vorderkante 202 auf. Das Rotorblatt 200 weist eine Profiltiefe 200d auf, welche entlang der Länge L des Rotorblattes (zur Rotorblattspitze hin) abnimmt.

Das Rotorblatt 200 weist eine Außenschale 200g unter anderem mit einem Faserverbundwerkstoff, wie z.B. GFK (Glasfaser verstärkter Kunststoff) oder CFK (Kohlenfaser verstärkter Kunststoff) auf. Zusätzlich können Stege 200h zwischen der Saugseite und der Druckseite vorgesehen sein.

Die Hinterkante 201 ist (entlang der Länge L des Rotorblattes) nicht gerade, sondern weist eine Mehrzahl von Abschnitten auf, welche unterschiedlich zur Pitch-Drehachse 200a ausgerichtet sein können. An dem Rotorblatt 200 ist eine Hinterkante 201 vorgesehen, die einen gezackten Verlauf mit mehreren Zacken 205 aufweist, die beispielhaft an einem Abschnitt des Rotorblatts 200 entlang des Rotorblatts 200 nebeneinander angeordnet sind. Jede Zacke 205 weist jeweils eine Zackenspitze 206 sowie zwei Zackenkanten 207 auf, die sich in der Zackenspitze 206 berühren. Jeweils eine Seite einer Zackenkante 207 berührt ebenfalls eine benachbarte Zackenkante 207 und berührt auf der entgegengesetzten Seite, also im Bereich der Zackenspitze 206 wieder die zweite zu der jeweiligen Zacke 205 gehörigen Zackenkante 207 usw. Es sei angemerkt, dass der dargestellte Ausschnitt des Rotorblatts 200 nur ein Ausführungsbeispiel ist. Die Zacken 205 können beispielsweise auch in einem oder mehreren weiteren Abschnitten oder über die gesamte Blattlänge L des Rotorblatts 200 vorgesehen sein. Ferner ist es möglich, dass die Zacken 205 auch weiter über die Hinterkante 201 des Rotorblatts 200 verlaufen.

Gemäß der Erfindung kann eine Hinterkante mit der Mehrzahl der Zacken 205 als ein separates Teil 201 a ausgestaltet sein. Damit kann ein Hinterkantenabschnitt 201 a mit der Mehrzahl der Zacken 205 auch bei einem bestehenden Rotorblatt nachgerüstet werden. Ferner kann dieser Hinterkantenabschnitt 201 a separat hergestellt werden, um während der Produktion des Rotorblattes an der Hinterkante befestigt werden. Dazu kann es nötig sein, dass ein Abschnitt oder Ausschnitt aus der Hinterkante des bereits hergestellten Rotorblattes entfernt bzw. herausgesägt oder herausgetrennt werden muss.

Figur 3 zeigt einen Ausschnitt 252 eines Rotorblatts 200 wie es beispielsweise in Figur 2 abgebildet ist mit einer Hinterkantenverlaufslinie, die vorliegend vereinfachend auch als Hinterkantenverlauf 250 bezeichnet wird. Eine Kurve entlang der Punkte MOEN kennzeichnet den Hinterkantenverlauf 250 des Rotorblattes 200 als eine Funktion verschiede- ner radialer Positionen, also verschiedener Positionen entlang der Rotorblattlänge bzw. der Spannweite des Rotorblatts 200.

In Figur 3 ist zudem die Richtung der lokalen Anströmungsrichtung A ^' und A zu erkennen. Die lokale Anströmungsrichtung A' und A unterscheidet sich durch zwei verschiede- ne Annahmen. Bei der lokalen Anströmungsrichtung A ^' wird angenommen, dass sie normal zu der Hinterkante verläuft. Die lokale Anströmungsrichtung A ist normal zu der Pitch-Achse 200a des Rotorblatts 200 vorgesehen. Entlang des Hinterkantenverlaufs 250 sind mehrere Zacken 255 angeordnet, die jeweils eine Zackenspitze 256 sowie jeweils zwei Zackenkanten 257 aufweisen. Zudem weisen die Zacken 255 eine Zackenhöhe H sowie eine Zackenbreite λ auf.

Figur 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt 252 des Rotorblatts 200 der Figur 3 an den Punkten E und I auf der Hinterkantenverlaufslinie 250. Zudem ist die Zackenhöhe H _E sowie die Zackenbreite λ _Ε an dem Punkt E eingezeichnet. Der Punkt G ist in der Zackenspitze 256 eingezeichnet. Der Punkt F ist der Schnittpunkt der lokalen Anströmrichtung A ^' und der Verlängerungslinie des Punktes G, die in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind.

Die Zackenkante 257 bildet an dem Punkt E gemeinsam mit der lokalen Anströmungsrichtung A ^' einen Zacken-Hinterkantenverlaufswinkel Φ _Ε . Für eine gegebene Definition der Zackenhöhe H _E und Zackenbreite λ _Ε an dem Punkt E kann der Winkel Φ _Ε errechnet werden. Aus dem Dreieck EFG in Figur 4 ergibt sich damit:

H,

und mit E 2 folgt

λ 1

tan( _£ ) =—— = - . Daraus folgt

1H _E 4

Φ _Ε = 14,03° Wenn somit entlang der gesamten Spannweite des Rotorblatts Η _Ε /λ _Ε = 2 konstant bleibt, bleibt Φ _Ε = 14,03 ebenfalls konstant. Es hat sich gezeigt, dass die maximale Lärmreduktion erzielt werden kann, wenn der Winkel zwischen der Hauptanströmungs- richtung und der Zackenkante (bzw. Linie EG in Fig. 4) weniger als 90°, insbesondere weniger als 45° ist. Somit liegt der für Figur 4 berechnete Winkel Φ _Ε in dem genannten Bereich. Es ist ebenfalls möglich, den Winkel Φ zu variieren, z.B. durch die Variation des

Verhältnisses von Η/λ oder der Anströmungsrichtung. Bei der Variation von

H/A = [0.5,1,2,4,6,8] und der Annahme, dass die Anströmungsrichtung konstant ist, würde für Φ die folgenden Werte ergeben: 45; 26,56; 14,03; 7,12; 4,76; 3,57 Grad. Dies setzt voraus, dass die Anströmungsrichtung unverändert bleibt. Die lokale Strömungsrichtung variiert aber bei Betrieb der Windenergieanlage.

Daher wird eine Beziehung zwischen der Line ΑΈ und AE hergestellt. Dies erlaubt eine Verteilung von nicht-symmetrischen Zackengeometrien, in denen der Winkel Φ entlang der Spannweite des Rotorblatts variiert. Figur 5 zeigt dabei einen weiteren Ausschnitt 252 des Rotorblatts 200 der Figur 3 mit dem Hinterkantenverlauf 250. Zusätzlich zur Figur 4 zeigt Figur 5 eine durch den Punkt E durchgehende Tangente 258. Die Zacken 255 sind normal (zur Tangente 258 der Hinterkante) zur Hinterkante ausgerichtet. Die Normale zu der Hinterkante erzeugt einen Za- cken-Pitchwinkel Θ _Ε mit der Anströmungsrichtung normal zur Pitch-Achse 200a. Der Zacken-Pitchwinkel Θ _Ε wird über die Tangente an dem Punkt E (Linie XE 258) ermittelt. Wenn die Tangente 258 an jeder Position der Hinterkante 250 verschieden ist, variiert der Zacken-Pitchwinkel Θ _Ε vom Beginn des Rotorblattes 200 bis zum Ende der Rotorblattspitze bzw. von der Rotorblattwurzel bis hin zur Rotorblattspitze abhängig von dem jeweiligen Hinterkantenverlauf 250. Es kann aus Figur 5, insbesondere an den Positionen E und I, erkannt werden, dass der Winkel zwischen der lokalen Anströmungsrichtung und den Zackenkanten 257 sich aus Φ _Ε + Θ _Ε bzw. Φ, - θ| berechnet. Die Zackenkanten 257 sind nicht symmetrisch über die Anströmungsrichtungslinie AE, weil der Winkel Φ + Θ _Ε nicht identisch zu dem Winkel Φ - θ| ist. Dies zeigt an, dass der lokale Anströmungswinkel zwischen der Anströmungsrichtung und der Zackenkante 257 an dem Punkt E und an dem Punkt I nicht identisch sein wird. Dies gilt nur, wenn die lokale Anströmungsrichtung normal zu der Pitch-Achse wie in Figur 4 ist. Die exakte lokale Anströmungsrichtung ist allerdings immer unbekannt. Sie kann bestenfalls durch eine Annahme angenähert werden. Daher ist es ebenfalls möglich, die Zackengeometrie derart zu ändern, dass ein optimales Φ und H/U erzielt wird.

Figur 6 zeigt dabei schematisch einen Ausschnitt 252 eines Rotorblatts 200 mit zwei verschiedenen Zackengeometrien. Die erste Geometrie, nämlich die Zacken 255 sind normal zu der Hinterkante 250 des Rotorblattes 200 ausgerichtet. Die zweite Geometrie, nämlich die Zacken 259 sind normal zu der Pitch-Achse 200a des Rotorblatts 200 ausgerichtet. Die Zacken 259 sind dabei mit einer Strichpunktlinie dargestellt. Für diesen Fall ist der Winkel zwischen der Anströmungsrichtung und der Zackenkante an Punkt E und I Θ _Ε bzw. θ|.

Figur 7 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt 252 des Rotorblatts 200. Die Zackengeometrie wird über eine Koordinatentransformation der Zackendaten von den Zacken, die normal zur Hinterkante angeordnet sind, durchgeführt.

In Figur 7 sind somit zum einen die Zacken 255 mit den Zackenspitzen 256 und den Zackenkanten 257 gezeigt, wobei eine Winkelhalbierende 255a-255e dieser Zacken senkrecht auf der Hinterkantenverlaufslinie 250 steht. Eine Winkelhalbierende 259a der Zacken 259 steht senkrecht auf der Pitch-Drehachse bzw. der Pitch-Achse 200a.

Geräuschfeldermessungen wurden für drei Rotorblattkonfigurationen durchgeführt: 1. für ein Rotorblatt ohne Zacken, 2. für ein Rotorblatt mit Zacken, die normal zur Rotorblatthin- terkante ausgerichtet sind und 3. für ein Rotorblatt mit Zacken, die normal zur Pitch- Achse ausgerichtet sind. Aus den Daten hat sich ergeben, dass die jeweiligen Rotorblätter mit den Zacken an dem Rotorblatt geräuschärmer waren als die Rotorblätter ohne Zacken an dem Rotorblatt. Besonders bevorzugt ist zudem die Ausrichtung der Zacken abhängig von dem Hinterkantenverlauf des Rotorblattes. Diese Anordnung erzielt beson- ders gute Geräuschreduzierungen beispielsweise bei Zunahme, insbesondere in radialer Position = 1,3,5... N- l , und Abnahme, insbesondere in radialer Position i = 2,4,6,. ,.N , des Winkels Φ| entlang der Spannweite. Dies resultiert daher, dass aufgrund verschiedener lokaler Anströmungsbedingungen wie verschiedene Reynoldszahlen, Machzahlen und Anstellwinkel an den verschiedenen Positionen der Rotorblatt verschieden große Wirbel nahe der Hinterkante erzeugt werden, d.h. für größere turbulente Wirbel sind Zacken mit einem Φ, effektiver, wie beispielsweise am Punkt E i = 17 als kleinere Winkel. Für kleinere Wirbel sind Zacken mit kleinem Φ,, z.B. am Punkt I, = 18 , effektiver als Zacken mit einem großen Winkel. Andererseits sind für mittelgroße Wirbel beide Zackengeometrien effektiv. Für optimale Ergebnisse sollten zudem die folgenden Bedingungen erfüllt sein:

und c2 = 2 bis 15 eine Konstante ist,

II. Länge zu Weiteverhältnis— > 0,5 , wobei λ = Hl c3 ist und c3 = 0,5 bis 6

A

eine empirische Konstante ist,

III. der Zacken-Hinterkantenverlaufswinkel zwischen der lokalen Anströmrichtung und der Zackenkante Φ ₍ < 90° , dabei wird vorausgesetzt, dass die Anströmung normal zu der Pitch-Achse des Rotorblatts ist, vorliegend also Φ, = Φ + #, gemäß Figur 5. Dabei variiert der Zacken-Pitchwinkel 0 _j entlang der Spannweite abhängig von dem Hinterkantenverlauf.

Figur 8 zeigt zusätzlich zur Figur 6 eine Turbulenz bzw. einen Wirbel 260, der sich der Hinterkante nähert. Die Turbulenz 260 ist dabei vereinfacht als Ellipse dargestellt. Nach den theoretischen Annahmen würde sich die Turbulenz 260 weiter in Richtung Z bewegen. In Realität würde die Turbulenz 260 sich jedoch weiter in Richtung Z bewegen. Eine solche Turbulenz ist dabei ein unerwartetes, unstetiges aerodynamisches Phänomen, das in der Realität durchaus auftreten kann. In solchen Situationen wird die Bedingung

Φ _; < 90° gestört. Die dargestellten Zacken 255 und 259 können aber auch solche

Turbulenzen 260 ausgleichen und reduzieren somit auch noch im Falle einer solchen Turbulenz 260 die Geräuschentwicklung am Rotorblatt 200.

Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Rotorblatts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Rotorblatt 200 weist eine Pitch- Drehachse 200a und einen Hinterkantenverlauf 250 auf. Des Weiteren weist das Rotorblatt eine Mehrzahl von Zacken 255 an dem Hinterkantenverlauf 250 auf. Die Zacken 255 weisen jeweils eine Zackenspitze 256 sowie zwei Zackenkanten 257 und eine Winkelhalbierende 255a auf. Die Hinterkante eines Rotorblattes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann einen Hinterkantenabschnitt aufweisen (wie in Figur 2 gezeigt), welcher unabhängig von dem Rotorblatt hergestellt wird und beim Herstellungsprozess des Rotorblattes an der Hinterkante befestigt wird. Ein derartiger Hinterkantenabschnitt ist somit ein separates Teil und kann dazu verwendet werden, das bereits gefertigte Rotorblatt mit einer Zackengeometrie an der Hinterkante nachzurüsten.

In Figur 9 sind fünf verschiedene mögliche Zackengeometrien gezeigt. Diese Zacke 255 weisen jeweils eine Zackenspitze 256a-256e auf. Jede der Zacken 255 weist ferner eine Winkelhalbierende 255a-255e auf. Ferner ist eine Anströmrichtung 200b, 200c darge- stellt, welche senkrecht auf der Pitch-Drehachse 200a steht. Das Rotorblatt 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann auf einem Rotorblatt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel basieren und betrifft ein Rotorblatt, welches eine Zackengeometrie aufweist, wobei die Winkelhalbierenden 255a-255e beispielsweise senkrecht auf einer Tangente an der Hinterkante 250 vorgesehen ist. Die Zackengeometrie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel betrifft einen Geometriebereich, wobei die Extremfälle die Zacken 255 mit den Zackenspitzen 256b und 256d darstellen, die jedoch nicht in dem erfindungsgemäßen Geometriebereich enthalten sind. Bei diesen beiden Extremfällen ist eine der Zackenkante 257 parallel zu der Anströmrichtung 200b, 200c ausgerichtet.

Gemäß der Erfindung kann die Winkelhalbierende 255a optional im Wesentlichen senk- recht auf dem Hinterkantenverlauf 250, insbesondere kann der Winkel zwischen der Winkelhalbierenden der Zacken und dem Hinterkantenverlauf zwischen 70 und 1 10 Grad betragen.

Gemäß der Erfindung ist die Ausrichtung der Flanken der Zacken ein wichtiger Parameter. Dadurch, dass der Hinterkantenverlauf des erfindungsgemäßen Rotorblattes nicht gerade ist, hat dies auch Auswirkungen auf die Geometrie der Zacken.

Das Vorsehen der Zacken an der Rotorblatthinterkante kann dazu führen, dass der Abströmungsvektor anders ausgerichtet ist als der Anströmungsvektor. Dies kann insbesondere im Bereich der Rotorblattspitze relevant werden, weil im Bereich des äußeren Abschnitts bzw. Durchmessers des Rotorblattes sich der Hinterkantenverlauf entlang der Länge des Rotorbiattes stärker ändert. Aufgrund von Zentrifugaleffekten kann es dazu kommen, dass die Anströmung nicht mehr zweidimensional, sondern dreidimensional ist. Gemäß der Erfindung können die Zacken so ausgestaltet sein, dass die Zackenspitzen außermittig vorgesehen sind.

Gemäß der Erfindung können die Zacken zumindest abschnittsweise entlang der Länge des Rotorblattes so ausgestaltet sein, dass die Zacken nicht symmetrisch sind bzw., dass die beiden Zackenkanten 257 nicht die gleiche Länge aufweisen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung steht die Winkelhalbierende, welche durch die Zackenspitze verläuft, senkrecht auf einer Tangente an der Hinterkante. Alternativ bzw. zusätzlich dazu kann die Länge der Zackenkanten 257 einer Zacke unterschiedlich sein, so dass die Zacke nicht symmetrisch ausgestaltet ist. Die Erfindung betrifft ein Windenergieanlagen-Rotorblatt, welches an seiner Hinterkante einen Hinterkantenabschnitt aufweist, welcher eine Mehrzahl von Zacken, jeweils mit einer Zackenspitze, zwei Zackenkanten und einer Winkelhalbierenden aufweist. Der Hinterkantenabschnitt kann separat gefertigt sein oder zusammen mit dem Rest des Rotorblattes gefertigt werden. Die Winkelhalbierenden einiger der Zacken der Mehrzahl der Zacken ist in einem Winkel zwischen 70 und 110 Grad bezogen auf einer Tangente an einer Hinterkantenverlaufslinie angeordnet. Vorzugsweise steht die Winkelhalbierende im Wesentlichen senkrecht auf der Tangente an der Hinterkantenverlaufslinie.

Optional kann die Hinterkante des Rotorblattes, zumindest abschnittsweise nicht parallel zu einer Pitch-Drehachse des Rotorblattes angeordnet sein. Damit muss die Winkelhal- bierende der zumindest einiger der Zacken der Mehrzahl der Zacken nicht senkrecht auf der Pitch-Drehachse stehen.