Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Enteisen eines Rotorblattes einer Windenergieaniage, das miteinander kommunizierende Hohlräume aufweist. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein zur Durchführung des Verfahrens vorteilhaft geeignetes Rotorblatt.

Aus DE-PS-842 330 ist ein Windkraftwerk mit Rotorblättern bekannt, die gegen Eisbildung an den Rotorblattspitzen geschützt werden sollen. Hierzu weist das Rotorblatt im Bereich der Vorderkante innenseitig Hohlräume auf, die parallel zur Rotorblattlängsachse über Durchbrechungen der Verstei¬ fungselemente strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Erwärmte Luft gelangt ausgehend von der Rotorblattnabe somit in etwa parallel zur Rotorblattlängsachse über die Strömungskanäle in den Bereich der Rotor¬ blattspitze und wird dann über steuerbare Ausläße nach draußen abgege¬ ben. Die erwärmte Luft wird somit aus dem Zentralbereich der Windkraft¬ anlage radial in den Endbereich einer Rotorblattspitze geführt und unter Abgabe der Wärmeenergie des Wärmeträgermediums wird die Blattvor¬ derkante erwärmt, wodurch die Eisbildung zu verhindern versucht wird.

Der Eisansatz an den Oberflächen von Rotorbiättern einer Windenergie¬ anlage kann zu unerwünschten Unwuchten mit den sich daraus ergebenden mechanischen Belastungen der Anlage, aber auch zu aerodynamischen Störungen führen, die sich nachteilig auf die Leistung der Anlage auswirken können. Darüber hinaus stellt eine bei laufender Anlage sich bildende Ver¬ eisung eine Unfallgefahr dar, weil das Eis abplatzen kann und dann Eis¬ brocken unter Umständen weit in die Umgebung der Anlage geworfen werden.

Windenergieanlagen sollen mit möglichst geringen Kosten erstellt und mit hohem Nutzen betrieben werden. Zusätzliche

Maßnahmen zur Verhinderung einer Vereisung sollen sich zwar möglichst nicht, weder auf die Erstellungskosten noch auf den Nutzen, nachteilig auswirken, jedocr. laßt sich aufgrund eines dafür notwendigen Konstruktions- und Bauaufwandes eine Auswirkung auf die Erstellungskosten kaum vermeiden. Be¬ sondere Probleme konstruktiver Art bereiten diesbezüglich die zu Eisansatz neigenden Rotorblätter, da sie sich gegenüber feststehenden Bauteilen der Anlage bewegen und deshalb Übergänge zwischen stillstehenden und beweglichen Teilen der Windenergieanlage konstruktiv berücksichtigt und sicher beherrscht werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, em in konstruk¬ tiver Hinsicht möglichst einfaches und damit kostengünstiges, dabei jedoch effektives Verfahren zur Vermeidung der sich aus Vereisungen der Rotorblätter ergebenden Nachteile zu finden, sowie ein entsprechendes, dafür geeignetes Rotorblatt zu schaffen.

Diese Aufgabe ist bei einem Rotorblatt der vorbezeichneten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß em gegebenenfalls zuvor wenig, und zwar auf etwa + 1" C bis + 5 ^β C erwärmtes Wärmeträgermedium durch die Hohlräume geleitet wird.

Bei Außentemperaturen um den Gefrierpunkt, zum Beispiel von +2 ^β bis -5 ^β C und auch nur dann wenn der Luftfeuchtegehalt der Luft entsprechend hoch ist, können sich Vereisungen bilden. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt mit Vorteil aus, daß am Rotorblatt angesetztes Eis eine Isolationsschicht zwischen der Blattoberfläche und der Umgebungsluft bildet. Dadurch ist es

mit relativ wenig Wärmeleistung möglich, die vereiste Oberfläche der jeweiligen Blattwand soweit anzuwärmen, daß das Eis antaut und selbsttätig vom Rotor ^¬ blatt abfällt. Für die erfindungsgemäße Enteisung wird das Rotorblatt nicht beheizt, d. h. eine Vereisung wird nicht generell, wie in der oben erwähnten DE- PS-842 330, verhindert, sondern es wird bereits entstandenes Eis wieder entfernt.

Vereisungen eines Rotorblattes entstehen insbesondere an der der Laufrichtung zugekehrten Blattnasen-Kante sowie der äußeren Blattspitze. Erfindungsgemäß wird deshalb so vorgegan¬ gen, daß das erwärmte Wärmeträgermedium nach Durchströmen eines blattnasenseitigen Hohlraumes mit entsprechender Wärme¬ abgabe an Bereiche der Blattwand in einen dazu benachbarten Hohlraum, vorzugsweise einen blatthinterkantenseitigen Hohl¬ raum, gelenkt und daraus abgeleitet wird.

Sind in den Rotorblättern parallel zur Blattlängsachse verlaufende Versteifungsschotten vorhanden, können diese besonders vorteilhaft genutzt werden, um Strömungswege für einzuleitendes Wärmeträgermedium auszubilden, das zunächst durch den blattnasenseitigen Hohlraum strömt und dort seine Wärme an die Blattwand, insbesondere die Blattnase abgibt, um daran angesetztes Eis anzutauen. Danach kann das Wärmeträger¬ medium auch noch weitere Hohlräume durchströmen, in die es nacheinander geleitet wird, bevor eine Ableitung erfolgt. Selbstverständlich können kommunizierende Hohlräume auch durch z.B. eingebettete oder eingebaute Rohre, Rohrstücke und dergleichen ausgebildet sein.

Mit besonderem Vorteil wird das Wärmeträgermedium in einem

mit einer Roternabe verbindbarer. Fußbereich des Rotorblattes eingeleitet und im Bereich der Rotorblattspitze m den entsprechenden Hohlraum, namlich eine blatthmterkantenseitige Kammer umgelenkt und wieder zum Fußbereich abgeleitet. Damit ist auf einfachste Weise eine Zirkulation des Warmeträgerme- diums innerhalb des Rotorblattes gegeben. Dabei kann als Wär- metragermedium die im Rotorblatt befindliche Luft verwendet werden. Denkbar ist es jedoch auch, Rotorblatter mit spe¬ ziellen, zweckdienlicheren Eigenschaften als Luft aufweisenden Gasen oder Dämpfen zu füllen, die beispielsweise in Tempe¬ raturbereichen, in denen die Gefahr des Eisansatzes besteht, Kondensationswärme freisetzen können, um den Energieaufwand für eine gegebenenfalls notwendige Erwärmung des im Rotorblatt zirkulierenden Wärmeträgermediums zu verringern. Em elek¬ trisch nicht leitendes Wärmeträgermedium wie Luft ist darüber hinaus vorteilhaft hinsichtlich des Blitzschutzes für die Windenergieanlage, im Gegensatz zu elektrischer Beheizung über zum Beispiel Widerstandsdrähte.

Um das abgeleitete Wärmeträgermedium nach seinem Abströmen aus dem letzten Hohlraum, der blatthmterkantenseitigen Kammer, gegebenenfalls einer Aufwärmung zu unterwerfen und anschließend erneut m den ersten Hohlraum die blattnasenseitige Kammer einzuleiten, können zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der Warmetragermedium-Zirkulation im Rotor¬ blatt elektrische Geblase sowie m der erzeugten Strömung des Wärmetragermediums angeordnete Heizelemente verwendet werden.

Da die Geblase sowie die gegebenenfalls in die Gebläse

integrierten Heizelemente m den Fußbereich des Rotorblattes angeordnet sind, sitzen sie mit Vorteil m der Nar.e der Rota¬ tionsachse und laufen demzufolge mit geringer Umfangs- gescnwmdigkeit um, so daß statische und dynamische Beein¬ trächtigungen durch den Einbau der Gebläse sowie der Heiz¬ elemente praktiscn vernachlässigbar sind. Daraus ergibt sich insbesondere der Vorteil, daß bereits konstruierte und ge¬ fertigte Rotorblatter, die sich im Einsatz bewährt haben, in konstruktiver Hinsicht nicht wesentlich abgeändert werden müssen, um die erfindungsgemäße Enteisung nutzen zu können. Elektrische Geblase sowie Heizelemente mit entsprechend geringer Leistung, die voll ausreichen, die Zirkulation der erwärmten Luft durch die Hohlräume bzw. Kammern im Rotorblatt aufrechtzuerhalten, weisen geringe Bauabmessungen auf und sind als industrielle Serienteile erhältlich.

Die elektrischen Zuleitungen zu den im Rotorblatt instal¬ lierten elektrischen Gebläsen sowie den zugeordneten Heizele¬ menten sind ebenfalls einfach ausführbar. Die benötigte elek¬ trische Energie ist relativ gering.

Damit bei auftretender Eisbildung an Rotorblattern der Windenergieanlage die Enteisung selbsttätig ablaufen kann, ist nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß bei laufender Windenergieanlage Vibrationen aufgrund von Unwuchten, die durch Eisbildung an den Rotorblattern entstehen, meßtechnisch erfaßt und in ein Schaltsignal zur Stillegung des Rotors der Windenergieanlage sowie zur Inbetriebsetzung der Warmetragermedium-Zirkulation

ERSATZBLÄΠ (REGEL26)

in den Rotorblättern und gegebenenfalls der zugeordneten Heizelemente umgesetzt werden, daß, nach einer vorbestimmten Wirkzeit der Zirkulation und der Heizelemente, die Windenergieanlage wieder eingeschaltet wird und daß die Vorgänge gegebenenfalls so oft wiederholt werden, bis die Windenergieanlage aufgrund erfolgter Enteisung vibrationsfrei läuft.

Es können Maßnahmen getroffen werden, daß Außentemperatur, Temperatur des Wärmeträgermediums, Rotordrehzahl, Windge¬ schwindigkeit und Vibrationen mit entsprechenden Sensoren erfaßt und in einer programmgesteuerten Automatik zu entspre¬ chenden, eine Enteisung einleitenden und steuernden Schalt¬ signalen verarbeitet werden.

Ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes Rotorblatt, für welches auch selbständiger Schutz beansprucht wird, das miteinander kommunizierende Hohlräume aufweist, zeichnet sich dadurch aus, daß im mit einer Rotornabe verbindbaren Fußbereich des Rotorblattes Mittel zur Einleitung eines Wärmeträgermediums in zumindest einen blattnasenseitigen Hohlraum vorgesehen sind, und daß sich im blattspitzenseitigen Endbereich der Kammern wärmeträgerme¬ diumleitende, zueinander benachbarte Hohlräume verbindende Strömungswege befinden.

Bei einem erfindungsgemäßen Rotorblatt können die Hohlräume dadurch gebildet sein, daß ein von einer äußeren Blattwand umschlossener Blatt-Innenraum durch wenigstens ein parallel zur 31attlängsachse verlaufendes Versteifungsschott in

Kammern, zumindest eine blattnasenseitige Kammer und eine biatthinterkantenseite Kammer geteilt ist.

Die verbindenden Strömungswege können einfache Durchbrüche in den die Hohlräume bzw. Kammern abteilenden Versteifungs¬ schotten sein. Wird in die blattnasenseitige Kammer im Fu߬ bereich des Rotorblattes Wärmeträgermedium eingeleitet, strömt dieses in der blattnasenseitigen Kammer bis zu dessen blatt¬ spitzenseitigen Endbereich und tritt dort in die jeweils benachbarte Kammer, vorzugsweise die blatthinterkantenseitige Kammer über, in der es zum Beispiel zum Fußbereich des Rotor¬ blattes zurückströmen kann.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Strömungswege im Rotorblatt im Bereich seiner Blattspitze so auszubilden, daß das Wärmeträgermedium den gesamten blattspitzenseitigen Endbereich des Innenraums des Rotorblattes umspült.

Die Mittel zur Einleitung eines Wärmeträgermediums umfassen wenigstens ein elektrisches Gebläse mit integrierten Heizele¬ menten, wobei die Saugseite jedes Gebläses an einen zuletzt durchströmten Hohlraum, die blatthinterkantenseitige Kammer, und die Druckseite jedes Gebläses an den ersten Hohlraum, die blattennasenseitige Kammer angeschlossen sind.

Elektrische Gebläse mit integrierten Heizelementen können mit Vorteil so gering dimensioniert werden, daß sie problem¬ los, auch in Mehrfachanordnung, in einem Innenraum eines Rotorblattes, und zwar in dessen Fußbereich, eingebaut werden können. Die Leistung auch kleinster elektrischer Gebläse dürfte ausreichen, um eine Luftzirkuiation durch die Hohlräume

im Rotorblatt in Gang zu setzen und aufrechtzuerhalten. Als Heizelemente lassen sich einfache Widerstandsheizungen mit Heizwendeln oder dergleichen einsetzen, die in jedes Gebläse integriert werden. Falls sich herausstellt, daß die Leistung eines elektrischen Gebläses mit Heizelementen nicht ausreicht, können auch mehrere entsprechend gering dimensionierte Gebläse mit jeweils integrierten Heizelementen zu einem Einbausatz zusammengefaßt werden, so daß sich die Leistungen der Gebläse addieren.

Damit eine optimale Zirkulation im Innenraum eines Rotor¬ blattes gewährleistet ist, ist die dem Fußbereich des Rotor¬ blattes zugekehrte Endseite des blattnasenseitigen Hohlraumes mit einem Verschlußdeckel gegenüber dem zum blatthintersei- tigen Hohlraum hin offenen Innenraum dichtsetzbar.

Der Verschlußdeckel kann mit besonderem Vorteil als Träger für die elektrischen Gebläse mit Heizelementen genutzt werden, indem er wenigstens einen Durchbruch aufweist, in den ein Schachtteil mit darin aufgenommenem Gebläse eingesetzt ist.

Dabei ist jedes Schachtteil so in einen Durchbruch des Verschlußdeckels gesetzt, daß es zur Blattnasenkante hin geneigt ist und in die blattnasenseitige Kammer vorsteht. Damit ist der bei Betrieb des Gebläses erzeugte Luftaustritt zur Blattnase gelenkt und befindet sich in vorteilhafter Entfernung vom Fußbereich des Rotorblattes, wodurch dessen unerwünschte Aufwärmung während der Enteisung vermieden wird. Als Schachtteile können zum Beispiel Schläuche verwendet werden.

Warmeverluste lassen sich desweiteren noch dadurch reduzie¬ ren, daß im ^' Jbergangsbereich zwiscnen dem fußbereichsseitigen Ende άes Rotcrblattes und einem dem Anschluß an eine Rotornabe dienendem Blattadapter eine Innenraumauskleidung aus isolie¬ renden Werkstoffen vorgesehen ist. Die Innenraumauskleidung kann zum Beispiel eine in das fußbereichsseitige Ende des Rotorblattes formschlüssig eingesetzte Schaumstoffplatte sein, die etwa parallel zum Verschlußdeckel steht.

Ist der Verschlußdeckel ebenfalls aus isolierendem Werk¬ stoff gebildet, ist der Innenraum auf der Saugseite der Gebläse weitgenend isoliert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist m der Zeichnung darge¬ stellt. Es zeigen:

Fig. 1 den Fußbereich eines Rotorblattes im Längsschnitt

Fig. 2 eine Ansicht eines Rotorblattes im Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1

Fig. 3 eine Ansicnt des Rotorblattes im Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 3 und

Fig. 4 em Schaltschema für eine automatische Steuerung der Enteisung.

In Fig. 1 ist der untere Teil eines Rotorblattes, sein Fußbereich, m einem schematischen Längsschnitt dargestellt. Der Pfeil 1 gibt die Anströmungsπcntung an, wodurch die Blattnasen-Kante 2 des Rotorblattes verdeutlicht wird. Die Blatthinterkante ist mit 3 bezeichnet.

Dem Anschluß des Rotorblattes an eine nicht weiter darge-

stellte Rotornabe dient ein. Blattadapter 4, an den wiederum das fußbereichsseitige Ende des Rctorblattes angesetzt ist. Im ubergangsbereich zwischen dem fußbereicnsseitigen Ende und dem Blattadapter 4 ist eine Schaumstoffplatte 5 eingesetzt.

Das Rotorblatt ist hohl ausgebildet und der von der äußeren Blattwand 6 umschlossene Innenraum 7 ist durch wenigstens ein parallel zur Blattlängsachse verlaufendes Versteifungsschott 8 bzw. 8a, 8b in Kammern, zumindest eine blattnasenseitige Kammer 9 und eine blatthinterkantenseitige Kammer 10, geteilt. Das Versteifungsschott 8a endet kurz vor der Rotorblattspitze 11. Durch den Pfeil 12 ist hier verdeutlicht, daß eine Durchgangsverbindung von der blattnasenseitigen Kammer 9 zur blatthinterkantenseitigen Kammer 10 im Bereich der Blattspitze 11 im Rotorblatt gegeben ist.

Die dem Fußbereich des Rotorblattes zugekehrte Endseite der blattnasenseitigen Kammer 9 und bei diesem Ausführungsbeispiel auch der danebenliegenden, funktionslosen Kammer, die sich zwischen den Versteifungsschotten 8 und 8a befindet, ist mit einem Verschlußdeckel 13 gegenüber dem zur blatthinterkanten¬ seitigen Kammer 10 hin offenen Innenraum 7 dichtgesetzt.

Der Verschlußdeckel dient als Träger für Schachtteile 14, 15, die zur Blattnasenkante 2 hin geneigt smd und in die blattnasenseitige Kammer 9 vorstehen.

In jedem Schachtteil ist em Gebläse Iβ bzw. 16' mit inte¬ griertem Heizelement angeordnet. Mit 17 ist eine hier ledig¬ lich angedeutete elektrische Zuleitung zur Versorgung der Gebläse und der Heizelemente bezeichnet.

ERS _A TZBLAπ(REGEL26)

Fig. 3 zeigt eine Ansicht des Fußbereiches des Rotorblattes in einem Schnitt entlang der Linie III-III m Fig. 1. Gleiche Bauteile sind wieder mit gleichen Ξezugszahlen bezeichnet. '

Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Rotorblattes im Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 bezeichnet.

Fig. 3 verdeutlicht, daß der Verschlußdeckel 13 als Träger für insgesamt vier Schachtteile 14, 15, bzw. 14', 15' dient. Die Schachtteile 14, 15 bzw. 14' , 15' mit den Gebläsen sind in einem Montageeinsatz 18 befestigt, der wiederum als Einheit in einen entsprechenden Durchbruch 19 im als Träger für den Montageeinsatz 18 dienenden Verschlußdeckel 13 formschlüssig einpassbar ist .

Fig. 4 zeigt ein schematisches Schaltdiagramm für eine Ausführungsmöglichkeit einer Steuerung der Enteisung von drei Rotorblättern eines Rotors einer Windenergieanlage. Jedes Rotorblatt 19, 20 und 21 ist durch ein durch gestrichelte Linien gezeichnetes rechteckiges Feld versinnbildlicht und entspricht in seiner Ausbildung einem Rotorblatt gemäß den Fig. 1 bis 3. In jedes Rotorblatt sind Sensoren 22, 23 bzw. 24 zur Erfassung der Temperatur eines Wärmeträgermediums einge¬ baut. In jedes Rotorblatt 19, 20 bzw. 21 sind ebenfalls elektrische Gebläse 25, 26 bzw. 27 eingesetzt (entsprechend Gebläse 16 und 16' in Fig. 1), die jeweils mit zugeordneten Heizelementen 28, 29 bzw. 30 m einer Baueinheit zusammengefaßt sind, wobei die Baueinheiten Mittel zur Einleitung eines Wärmetragermediums in jeweils die

blattnasenseitige Kammer des Innenraums jedes Rotorbiattes bilden, dessen Temperaturen jeweils von den Sensoren 22, 23 bzw. 24 erfaßt werden. Die Messung der Temperatur des Wärmeträgermediums im Rotorblatt mit den Sensoren 22, 23 bzw. 24 dient der Funktionsüberwachung der Gebläse 25, 26, 27 sowie der Heizelemente 28, 29 und 30 sowie dem Schutz der Rotorblätter gegen Überhitzung.

Die Temperaturen werden von einer programmgesteuerten Automatik 31 abgefragt. Die programmgesteuerte Automatik 31 erfaßt auch über einen Sensor 32 die Außentemperatur sowie mit Sensor 33 die Windgeschwindigkeit, mit Sensor 34 die Rotordrehzahl und mit Sensor 35 Vibrationen, zum Beispiel Turmschwingungen.

Sobald die Windgeschwindigkeit für den Betrieb der Anlage ausreicht und die Außentemperatur in einem Bereich liegt, in dem Eisbildung an den Rotorblättern möglich ist, werden die Heizelemente und Gebläse umfassenden Einheiten in jedem Rotor¬ blatt durch die Automatik eingeschaltet. Nach einer bestimmten Zeit wird die Windenergieanlage dann gestartet. Sollte durch ungleichmäßige Enteisung der Rotorblätter eine Unwucht im Rotor gegeben sein, so wird die daraus resultierende Vibration bei drehendem Rotor durch Messung der Turmschwingungen er¬ kannt, die Anlage abgeschaltet und die Enteisung der Blätter bei stehendem Rotor wiederholt.