Rotor

Rotor

Der Rotor kann einerseits als Teil des Triebstrangs betrachtet werden, wird aber andererseits wegen seiner Wichtigkeit und speziellen Bauform als eigene Hauptkomponente angesehen. Der WEA-Rotor besteht hauptsächlich aus der Rotornabe und den Rotorblättern.

Rotornabe

Die Nabe verbindet die Rotorblätter mit dem Rest der Maschine und überträgt die Leistung auf die Rotorwelle.

Man findet vier verschiedene Nabenbauformen:

  • Starr: werden bei stall geregelten Windenergieanlagen eingesetzt.
  • Starr und pitchend: ermöglicht die Blattverstellung um die Längsachse (siehe Pitch-System) für die Leistungsregelung.
  • Schlagend: wurden bei kleinen Leeläufigen Anlagen benutzt, um die Blätter und die Rotorwelle vom Biegemoment an der Blattwurzel zu entlasten.
  • Pendelnd: entlastet die Rotorwelle vom Rotorschub durch ungleichmäßige Anströmungen durch das vertikale Windprofil und den Turmschatten.

Heutzutage ist die große Mehrheit der Anlagen mit starren oder pitchenden Naben ausgestattet.

Rotorblatt

Das Rotorblatt stellt die Hauptkomponente für die Umwandlung von Windenergie in mechanische Energie dar. Die Auslegung und Konstruktion erfolgt einerseits hinsichtlich der aerodynamischen Eigenschaften (siehe Auftriebsläufer) und andererseits müssen die entstehenden Lasten durch die mechanische Struktur aufgenommen werden. Während die grundlegende Idee schon in der Theorie nach Betz beschrieben sind, werden heutzutage Rotorblätter nach Aspekten der Festigkeit, des Leichtbaus und der Lebendauerabschätzung ausgelegt.

Die Blattwinkelverstellung 

Eine Leistungsbegrenzung bei hohen Windgeschwindigkeiten ist für alle Windenergieanlagen erforderlich, um eine Überlastung der Anlage zu vermeiden. Die große Mehrheit der Anlagen sind heute Pitch-geregelte Windenergieanlagen. Diese verdrehen die Blätter um die Längsachse, um die Leistung der Anlage zu kontrollieren. Jedes Blatt kann einzeln gedreht und somit auch als aerodynamische Bremse benutzt werden.
Das Blattwinkelverstellsystem hat die Aufgabe die Blätter in die richtige Position zu stellen, aber auch die Blätter im Notfall in eine sichere Position zu bringen. Diese Notabschaltung muss, im Falle eines Netzausfalls, ohne Fremdenergie funktionieren.

Drei technische Lösungen sind bei der Blattverstellung möglich: mechanisch, hydraulisch und elektrisch:

  • Kleinere Windenergieanlagen werden oft mit mechanischen Systemen gebaut, die mit Federn und Gewichten arbeiten und über Fliehkräfte auf die Rotordrehzahl reagieren.
  • Hydraulische Blattwinkelverstellungen befinden sich entweder in der Gondel oder in der Nabe. Über eine Schubstange werden die Blätter verstellt. 
  • Elektrische Blattwinkelverstellungen werden bei großen Windenergieanlagen (ab eine Nennleistung von 500 kW) verwendet.

Bei den Motoren handelt es sich in der Regel um Gleichstrommotoren mit integriertem Getriebe, Tachometer, Absolutwertgeber und Motorbremse. Alle Antriebskomponenten sind innerhalb der Nabe installiert. Die Motoren verstellen die Blätter um 5 bis 10° pro Sekunde.

Ein Batteriesatz oder Hochleistungskondensatoren (Super-Caps) versorgen die Motoren im Falle eines Stromausfalles mit Spannung, um eine netzunabhängige Steuerung der Blätter sicherzustellen. Die Blätter können meist individuell gesteuert werden, was eine größere Sicherheit bietet. Die Verdrehung eines Blattes reicht aus, um die Anlage nahezu zum Stillstand (trudeln) zu bringen.



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Quelle: www.wind-energie.de/infocenter/technik/konstruktiver-aufbau/rotor