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Pendelendanschläge bei Zweiblatt-Windenergieanlagen / Titelei/Inhaltsverzeichnis
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Titelei/Inhaltsverzeichnis
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1–5
1 Einleitung
1–5
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1.1 Motivation und Hintergrund
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1.2 Ziel der Arbeit
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1.3 Aufbau der Arbeit
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6–11
2 Einführung in Zweiblatt-Windenergieanlagen
6–11
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2.1 Zweiblattanlagen: Motivation und Herausforderungen
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2.1.1 Motivation zum Einsatz Zweiblattanlagen
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2.1.2 Dynamische Herausforderungen von Zweiblattanlagen
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2.2 Lastreduzierungskonzepte von Zweiblattanlagen
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2.2.1 Möglichkeiten zur Lastreduzierung von Zweiblattanlagen
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2.2.2 Lastreduzierungskonzepte am Beispiel bestehender Zweiblattanlagen
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12–19
3 Literaturrecherche zu Zweiblatt-Pendelanlagen
12–19
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3.1 Narrativer Teil der Recherche
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3.2 Vorgehen bei der systematischen Literaturrecherche
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3.3 Ergebnisse der systematischen Literaturrecherche
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3.4 Fazit der Literaturrecherche zu Pendelendanschlägen
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20–27
4 Grundlagen der Lastsimulation von Windenergieanlagen
20–27
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4.1 Allgemeine Modellbildung von Windenergieanlagen
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4.2 Möglichkeiten zur Modellierung der Aerodynamik
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4.2.1 Die Blattelementmethode und ihre empirischen Erweiterungen
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4.2.2 CFD
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4.2.3 Free Wake Vortex Modelle (FVM)
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4.3 Strukturdynamische Modellierung von Windenergieanlagen
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4.3.1 Modaler Ansatz
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4.3.2 FEM
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4.4 Modellierung von turbulentem Wind
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28–48
5 Mechanische Grundlagen von Pendelnaben
28–48
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5.1 Kreiselwirkung der Pendelnabe
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5.2 Bewegungsgleichung des Pendelrotors
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5.2.1 Vereinfachte Betrachtung ohne Dämpfung und äußere Anregung
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5.2.2 Möglichkeiten zur Blattwinkelrücksteuerung
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5.2.3 Vollständige Bewegungsgleichung des Pendelrotors
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5.2.4 Berechnung der Größenverhältnisse am Beispiel der CART2
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5.2.5 Energie des Pendelrotors
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5.2.6 Pendelwinkelbetrachtung
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49–51
6 Methodisches Vorgehen
49–51
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52–74
7 Beschreibung der Windenergieanlagen und Ermittlung kritischer Lastfälle
52–74
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7.1 Beschreibung der Windenergieanlagen
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7.1.1 CART2
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7.1.2 SCD3MW
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7.1.3 Gegenüberstellung CART2 - SCD3MW
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7.2 Numerische Ermittlung kritischer Lastfälle für Pendelendanschläge
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7.2.1 Auswahl der Lastannahmen für die Ermittlung von Pendelendanschlägen
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7.2.2 Auswahl Simulationsprogramm
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7.2.3 Modellbildung der CART2 und SCD3MW
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7.2.4 Validierung der Simulationsmodelle
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7.2.5 Lastfallsimulation der CART2 und SCD3MW
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7.2.6 Ergebnisse der Lastfallsimulation der CART2
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7.2.7 Ergebnisse der Lastfallsimulation der SCD3MW
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7.2.8 Gegenüberstellung der Ergebnisse der CART2 und SCD3MW
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7.2.9 Fazit der Lastfallsimulationen von CART2 und SCD3MW
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75–84
8 Analyse von Endanschlägen anhand der Simulationsergebnisse der CART2
75–84
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8.1 Energiebetrachtung und Pendelwinkelverlauf verschiedener Endanschlagslastfälle
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8.2 Fazit der Analyse unterschiedlicher Endanschlagssituationen
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8.3 Konstruktive Aspekte der Analyse unterschiedlicher Endanschlagssituationen
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8.4 Auswahlkriterien für die betrachteten Endanschlagssituationen
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85–94
9 Dimensionsanalyse des Pendelendanschlags
85–94
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9.1 Analytische Beschreibung des Pendelendanschlags
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9.2 Verfahren der Dimensionsanalyse
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9.3 Methode der Differentialgleichung am Beispiel der Bewegungsgleichung ohne Endanschlag
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9.4 Methode der Differentialgleichung mit der erweiterten Endanschlagsgleichung
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9.5 Kennzahlenvergleich bestehender Pendelanlagen
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95–106
10 Einfaktorielle Kennzahlvariation der CART2 und SCD3MW
95–106
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10.1 Simulationsplanung und -vorbereitung
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10.1.1 Parameterauswahl für Variation der Kennzahlen
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10.1.2 Überprüfung der notwendigen Anzahl an Simulationen pro Parametervariation
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10.1.3 Anpassung der Modelle
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10.2 Einfaktorielle Kennzahlvariation
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10.2.1 Kennzahl K1: Lock-Zahl
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10.2.2 Kennzahl K2
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10.2.3 Kennzahl K3
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10.2.4 Kennzahl K4
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10.2.5 Kennzahl K6
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10.2.6 Ergebnisse der einfaktoriellen Kennzahlvariationen
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107–109
11 Prüfung der Kennzahlen bei Kennzahl-Gleichheit beider Anlagen
107–109
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11.1 Umbau der SCD3MW zu CART2-Kennzahlen
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11.2 Gegenüberstellung des Kennzahlverhaltens bei Kennzahl-Gleichheit
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110–118
12 Multifaktorielle Kennzahlvariation der CART2
110–118
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12.1 Versuchsplan
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12.2 Ergebnisse der multifaktoriellen Kennzahlvariation
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12.3 Grafische Darstellung der Ergebnisse
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12.4 Einfluss des freien und maximalen Pendelwinkels auf die Kennzahl K3
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12.5 Grenzen der Ergebnisse des multifaktoriellen Versuchsplans
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119–124
13 Auswirkungen der Kennzahlen auf alle Extremlasten der CART2 und SCD3MW
119–124
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13.1 Anlagenauslegung
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13.2 Ergebnisse
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13.3 Auswirkungen auf den Ertrag und Betrachtung der Toleranzen der Pendelparameter
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125–136
14 Zusammenfassung der Arbeit und Ausblick
125–136
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14.1 Pendelendanschläge im Allgemeinen
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14.1.1 Relevanz der Forschungsfrage
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14.1.2 Kategorien von Endanschlägen
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14.1.3 Größenordnung des Endanschlags
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14.2 Bedeutung der Kennzahlen für die Intensität des Endanschlags
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14.2.1 Überblick Kennzahlen
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14.2.2 Auswirkung einzelner Kennzahlen auf die Intensität von Pendelendanschlägen
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14.2.3 Lastreduzierende Kennzahlkombinationen
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14.2.4 Ergebnisse im Hinblick auf Auslegungen bestehender und historischer Zweiblattanlagen
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14.3 Zusammenfassung konstruktiver Erkenntnisse
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14.3.1 Feder und Dämpfer des Endanschlags
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14.3.2 Extremlasten - Betriebslasten: Größe des freien und maximalen Pendelwinkels
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14.3.3 Energie des Rotors
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14.3.4 Pendelbremse
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14.3.5 Regelungseinflüsse
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14.4 Ausblick
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137–177
A Anhang
137–177
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A.1 Koordinatensysteme
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A.2 Konstruktionsbeispiele für Pendelnaben
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A.3 Konstruktionsbeispiele für Pendelbremsen
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A.4 Ergänzungen zur Aerodynamik
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A.4.1 2D-Aerodynamik
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A.4.2 BEM-Methode
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A.4.3 Turbulenzen
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A.5 Campbell-Diagramm
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A.6 Vergleich der IEC-Simulation von CART2 und SCD3MW
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A.7 Grafiken zur Kategorisierung von Pendelendanschlägen
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A.8 Berechnung der Kennzahlen bestehender und früherer Anlagen
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A.9 Grafiken des Kennzahlverhaltens bei Kennzahl-Gleichheit
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A.10 Ergebnisse der Simulationsplanung und -vorbereitung
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A.11 Multifaktorielle Simulation der CART2
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178–188
Literatur
178–188
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Pendelendanschläge bei Zweiblatt-Windenergieanlagen
Titelei/Inhaltsverzeichnis
Autoren
Vera Schorbach
DOI
doi.org/10.51202/9783186433015-I
ISBN print: 978-3-18-343301-8
ISBN online: 978-3-18-643301-5
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