Warum haben Windräder so schmale Rotorblätter?

 - (Physik, Strom, Windkraft)

3 Antworten

Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet

Das ist mehr eine Frage der Aerodynamik, der Flächenbelastung, der Biegesteifigkeit bei Sturm usw. bei großen Flächen der Rotorblätter wird die ganze Angelegt schwerfällig und es kommt zu starken Belastungen am Turm. Die Verhältnisse zueinander sind fein abgestimmt und man eher Wert auf Drehzahl als auf zu großes Moment, das sich automatisch als Biegekraft auf den Turm auswirkt. Die konstruktive Auslegung der Rotorblätter folgt daher der Technik wie bei der Auslegung von Tragflächen von Flugzeugen und nicht der sehr langsam laufenden Windmühlen

Siehe auch:

Rotorblätter sind das Herzstück einer Windenergieanlage. Sie bestimmen den maximalen Energieertrag, der dem Wind entzogen werden kann. Ihre volle Funktionsfähigkeit und Ermüdungssicherheit ist über einen Zeitraum von wenigstens 20 Jahren zu gewährleisten. Inzwischen werden sie auch mit dem sich rasant entwickelnden Markt - immer größer. Um dem im Rahmen der Entwicklung der Konstruktion und des Baus von Rotorblättern zu begegnen, ist eine umfassende Kenntnis der spezifischen Grundlagen wie z.B. der äußeren und inneren Beanspruchungen, Berechnungsmethoden und Materialkennwerte erforderlich. Langlebige Konstruktionen und optimierte Fertigungstechnologien sind deshalb ebenso wesentliche Voraussetzungen für lange Inspektionsintervalle, wie neue und neu zu entwickelnde Methoden der Zustandsüberwachung. Die Erfahrung zeigt, dass noch vergleichsweise viele Schäden an existierenden Rotorblättern entstehen können und viele Probleme hier noch ungelöst sind. Auch die Lösung des Problems der Entsorgung steckt noch in den Kinderschuhen.

Ein wissenschaftlicher Bericht dazu ist bei der Universität Stuttgart zu finden http://www.mh-aerotools.de/company/paper_5/windkraft.htm

Die Frage kann man nicht pauschal beantworten. Wie die Rotorblätter geformt sind, hängt im wesentlichen davon ab, worauf die die Windkraftanlage ausgelegt ist. Zwei wichtige Fragen sind:

Soll es sich um einen Schnell- oder Langsamläufer handeln? (Schnellläufer = geringes Drehmoment und hohe Drehzahl, Langsamläufer = hohes Drehmoment und geringe Drehzahl) Bei einem Schnellläufer sind die Rotorblätter schmal. Bei einem Langsamläufer dick. 

Zweitens ist die Windgeschwindigkeit entscheidend. Bei hohen Windgeschwindigkeiten werden optimal Wirkungsgrade mit dicken Rotorblättern erzeugt. (Der Belastbarkeit ist dies natürlich auch nicht abträglich)

Wir die dick die Rotorblätter sein müssen, um optimal Wirkungsgrade zu erzielen, kann man genau berechnen und zwar nach der Betz-Formel. Auf der folgenden Webseite kann man sich den Rotor einer Windkraftanlage online als 3D-Modell berechnen lassen:

http://www.educational-animation.com/kis/downloads/Konstruktion-Windkraftanlage/download.php?aid=44

Der Grund, warum Du überwiegend Windräder mit dünnen Rotorblättern gesehen hast, hängt damit zusammen, dass wir auf dem Land geringe Windgeschwindigkeiten haben. Rotorblätter, die in der Nordsee stehen, sind wesentlich dicker.

Stimmt - würden dem Wind aber auch mehr Widerstand leisten und damit sich langsamer drehen bzw. mehr Energie "schlucken". Damals waren die Mühlblätter so breit weil mein keine große Ahnung von Aerodynamik hatte. Heute werden diese Rotorenblätter optimal am Computer designt um optimale Effizient zu bieten.

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Nu ma nich so überheblich!

Die hatten aus ihrer Erfahrung excellente Kenntnisse, die sie mit den damaligen Möglichkeiten von Material und Fertigungstechniken optimal umsetzten.

Das war damals genauso Hightech wie die Plastikflügel heute.

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@Ostkurve

Dies ist ausnahmsweise nicht überheblich. Als Otto Lilienthal anfing mit seinen Versuchen, mußten die Grundlagen der Aerodynamik erst erforscht werden. Die alten Windmühlen wurden eher aus dem Bauchgefühl heraus konstruiert. In diesem Punkt hat die moderne Ingenieurwissenschaft doch erhebliche Fortschritte und neue Erkenntnisse gebracht.

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