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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Rotorblatt einer Windenergieanlage
mit einer Rotorblattwurzel, seitens welcher das Rotorblatt an einer
Nabe der Windenergieanlage befestigbar ist, und einer am der Rotorblattwurzel
gegenüberliegenden
Ende des Rotorblattes angeordneten Rotorblattspitze. Zudem bezieht
sich die Erfindung auf eine Windenergieanlage mit solchen Rotorblättern. Ein
entsprechendes Rotorblatt und eine entsprechende Windenergieanlage
gehen aus der
DE 102
59 680 B4 hervor.
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Moderne
Windenergieanlagen bestehend aus einem Turm und einer auf dem Turm
drehbar gelagerten Gondel mit einem Rotor. Solche Windkraftanlagen
haben heutzutage Rotordurchmesser von bis zu 130 m. Ein hoher Wirkungsgrad,
eine minimale Schallemission, ein geringer Materialeinsatz und eine
hohe Lebensdauer sind die Kriterien für die Konzipierung und Optimierung
von solchen Rotoren. Die Anzahl der Rotorblätter ist für den energetischen Wirkungsgrad
einer Windkraftanlage unbedeutend. Je weniger Blätter eingesetzt werden, desto
höher ist die
Drehzahl der Anlage, um in gleicher Zeit die gleiche Fläche nutzen
zu können.
Zur Rotorachse hin sind die Rotorblätter meist als Holmverbindung
ohne aktive Fläche
konstruiert, da das Verhältnis
zwischen Nutzen (in Bezug auf den Hebelarm und die Strömungsfläche) und
Konstruktionsaufwand deutlich ungünstiger wird. Moderne Rotorblatter
werden in der Regel aus glasfaser- oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff
(GFK bzw. CFK) gefertigt.
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Bei
zu hohen Windgeschwindigkeiten kann die maximal zulässige Auslenkung
der Rotorblätter überstiegen
werden, was zu einer Schädigung
oder gar zu einem Bruch führen
kann. Im Extremfall stößt ein übermäßig ausgelenktes
Rotorblatt gegen den Turm der Windkraftanlage mit teilweise dramatischen Konsequenzen.
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Hierbei
kann nicht nur die Windenergieanlage, sondern auch Anlagen und Einrichtungen
im Umfeld zerstört
werden.
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Während Komponenten
innerhalb der Gondel vergleichsweise einfach zu überwachen sind, gestaltet sich
das Überwachen
der Rotorblätter
relativ problematisch. Entsprechende Sensoren müssen an schwierig zu erreichenden
Stellen innerhalb der Blattkonstruktion installiert und mittels
einer Drehkupplung oder per Funk ausgelesen werden.
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In
der Patenschrift
DE
102 59 680 B4 ist eine Vorrichtung angegeben, mit der die
Durchbiegung eines Rotorblattes auf elektrischem Wege erfasst werden
kann. Es wird dabei ausgenutzt, dass eine Durchbiegung des Rotorblatts
stets mit einer Streckung der Tragstruktur verbunden ist und mindestens ein
innerhalb des Rotorblattes in geeigneter Weise verlegter elektrischer
Leiter ebenfalls eine Streckung erfährt, die zu einer Änderung
des elektrischen Widerstands des Leiters führt. Da diese Widerstandsänderung
proportional zur Streckung des Leiters ist, verläuft sie somit auch proportional
zur Durchbiegung des Rotorblatts. Mit der Messung des Leiterwiderstandes
kann also das Rotorblatt überwacht
werden.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
102 19 664 A1 ist eine Anordnung zur Messung der Durchbiegung eines
Rotorblatts auf optischem Wege mittels faseroptischer Dehnungssensoren,
insbesondere Faser-Bragg-Gitter-Sensoren, angegeben. Dabei wird ein
Netzwerk von Sensorfasern in die Tragstruktur des Rotorblatts eingebettet
und aus den lokalen Dehnungen auf die gesamte Dehnungsverteilung
und damit auf die Durchbiegung des Rotorblatts geschlossen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, alternativ zum Stand der Technik ein Rotorblatt
und eine Windenergieanlage anzugeben, welche die Bestimmung der Durchbiegung
des Rotorblattes einfach und kostengünstig auf im Wesentlichen mechanischem
Wege ermöglichen.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird ein Rotorblatt entsprechend den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs
1 angegeben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Rotorblatt
handelt es sich um ein Rotorblatt einer Windenergieanlage mit
- a) einer Rotorblattwurzel, seitens welcher
das Rotorblatt an einer Nabe der Windenergieanlage befestigbar ist,
und
- b) einer am der Rotorblattwurzel gegenüberliegenden Ende des Rotorblattes
angeordneten Rotorblattspitze.
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Das
Rotorblatt ist dabei gekennzeichnet durch
- c)
mindestens einen nabennahen Bezugspunkt und mindestens einen nabenfernen
Bezugspunkt, wobei eine Verformung des Rotorblattes mit einer Änderung
des Abstandes zwischen den Bezugspunkten verbunden ist,
und
- d) mindestens ein zwischen den Bezugspunkten sich erstreckendes
mechanisches Übertragungsmittel,
wobei
- e) das Übertragungsmittel
ortsfest mit dem mindestens einen nabennahen oder mit dem mindestens
einen nabenfernen Bezugspunkt verbunden ist,
- f) das Übertragungsmittel
bei der Abstandsänderung
zwischen den Bezugspunkten eine entsprechende Längenänderung erfährt,
und
- g) eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die Mittel zur Bestimmung
der Längenänderung
und eines daraus abgeleiteten Messwertes, sowie Mittel zur Bestimmung
der Verformung des Rotorblattes aus dem Messwert enthält.
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Indem
das sich zwischen den Bezugspunkten erstreckende mechanische Übertragungsmittel nur
einseitig entweder nabennah oder nabenfern an mindestens einem Bezugspunkt
ortsfest verbunden ist, tritt bei einer Abstandsänderung des mindestens einen
nabennahen und des mindestens einen nabenfernen Bezugspunktes eine
Längenänderung
des Übertragungsmittel
zwischen den Bezugspunkten auf. Diese Längenänderung wird dabei vom Übertragungsmittel
mechanisch auf den mindestens einen Bezugspunk übertragen, mit welchem das Übertragungsmittel
nicht ortfest verbunden ist. Da eine Abstandsänderung des mindestens einen
nabennahen und des mindestens einen nabenfernen Bezugspunktes auf
eine Biegung des Rotorblattes zurückzuführen ist, kann mit der Erfassung
der mechanisch übertragenen
Längenänderung
auf einfach zu realisierendem Wege auf die Biegung selbst und auch
auf das Ausmaß der
Verformung geschlossen werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Rotorblattes gemäß der Erfindung ergeben sich
aus den von Anspruch 1 abhängigen
Ansprüchen.
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Günstig ist
es insbesondere, wenn ein nabenferner und zwei nabennahe Bezugspunkte
innerhalb des Rotorblattes vorgesehen sind, wobei dem einen nabenfernen
Bezugspunkt ein Übertragungsmittel
zugeordnet ist. Hierbei ergeben sich zwei Strecken zwischen den
Bezugspunkten entlang derer sich das Übertragungsmittel erstreckt.
Bei einer Biegung des Rotorblattes ist das Übertragungsmittel somit mit
zwei Längenänderungen
verbunden. Beispielsweise sind die Längenänderungen bei geeigneter Anordnung
der Bezugspunkte entgegengesetzt und entsprechen insbesondere einander.
Durch die Anordnung im Innern des Rotorblattes ist zum einen das Übertragungsmittel
vor äußeren Einflüssen geschützt und
stört zum
anderen nicht die Aerodynamik des Rotorblattes.
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Günstig ist
auch, wenn mehrere nabenfernen und zwei nabennahe Bezugspunkte innerhalb des
Rotorblattes vorgesehen sind, wobei den nabenfernen Bezugspunkten
jeweils ein Übertragungsmittel
zugeordnet ist. Hierbei ist es möglich
die Verformung des Rotorblattes ortsaufgelöst entlang des Rotorblattes
zu messen, um daraus ein Verformungsprofil des gesamten Rotorblattes
zu erhalten. Auf der anderen Seite erhöhen mehrere Übertragungsmittel die
Redundanz der Verformungsmessungen. So können insbesondere fehlerhafte
Messergebnisse zuverlässig
herausgefiltert werden.
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Dabei
ist von Vorteil, wenn das mindestens eine Übertragungsmittel mit den beiden
nabennahen Bezugspunkten ortsfest verbunden ist, und mit dem mindestens
einen nabenfernen Bezugspunkt, welcher als mindestens ein drehbar
gelagertes Umlenkmittel ausgeführt
ist, in mechanischem Kontakt steht. Dabei ist die Abstandsänderung
zwischen dem mindestens einen Umlenkmittel und den beiden nabennahe
Bezugspunkten mit einer Drehbewegung des mindestens einen Umlenkmittels
verbunden. Zudem sind mittels des mindestens einen Umlenkmittels
der Betrag der entsprechenden Drehbewegung und mittels der Mittel
zur Bestimmung der Längenänderung aus
dem Betrag der entsprechenden Drehbewegung die entsprechende Längenänderung
des mindestens einen Übertragungsmittels
bestimmbar. Durch die Verwendung mindestens einer Umlenkrolle als
mindestens einen nabenfernen Bezugspunk lässt sich das mindestens eine Übertragungsmittel
bei dieser Ausgestaltung des Rotorblattes besonders einfach zwischen
dem mindestens einen nabenfernen und den beiden nabennahen Bezugspunkten
anordnen.
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Es
ist auch von Vorteil, wenn das mindestens eine Übertragungsmittel mit dem mindestens
einen nabenfernen Bezugspunkt ortsfest verbunden ist, und mit den
beiden nabennahen Bezugspunkten, welche als drehbar gelagerte Umlenkmittel
ausgeführt
sind, in mechanischem Kontakt steht. Dabei ist die Abstandsänderung
zwischen den beiden Umlenkmitteln und dem mindestens einen nabenfernen Bezugspunkt
mit einer jeweiligen Drehbewegung der Umlenkmittel verbunden. Zudem
sind mittels der Umlenkmittel der Betrag der jeweiligen Drehbewegung und
mittels der Mittel zur Bestimmung der Längenänderung aus dem Betrag der
jeweiligen Drehbewegung die entsprechende Längenänderung des mindestens einen Übertragungsmittels
bestimmbar. Mit der Anordnung der Umlenkrollen im nabennahen Bereich
ist der Zugang zu den Umlenkrollen erleichtert. Dies erweist sich
als vorteilhaft bei Wartungsarbeiten. Zudem können die Wege zwischen den
Umlenkrollen und der Auswerteeinrichtung möglichst kurz gehalten werden,
wenn diese vorteilhafterweise im Bereich der Nabe angeordnet ist.
Damit das mechanische Übertragungsmittel
vorteilhafterweise stets unter mechanischer Spannung steht, können die Umlenkrollen
insbesondere mit Rückstellelementen, wie
beispielsweise Spiralfedern versehen sein.
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Vorteilhaft
ist auch, wenn das mindestens eine Übertragungsmittel mit dem mindestens
einen nabenfernen Bezugspunkt ortsfest verbunden ist, und mit den
beiden nabennahen Bezugspunkten, welche als drehbar gelagerte Umlenkmittel
ausgeführt
sind, sowie mit einem weiteren drehbar gelagerten Umlenkmittel in
mechanischem Kontakt steht. Dabei ist die Abstandsänderung
zwischen den beiden nabennahen Bezugspunkten und dem mindestens
einen nabenfernen Bezugspunkt mit einer Drehbewegung des weiteren
Umlenkmittels verbunden. Zudem sind mittels des weiteren Umlenkmittels
der Betrag der entsprechenden Drehbewegung und mittels der Mittel
zur Bestimmung der Längenänderung aus
dem Betrag der entsprechenden Drehbewegung die entsprechende Längenänderung
des mindestens einen Übertragungsmittels
bestimmbar. Mit der Anordnung der Umlenkrollen im nabennahen Bereich
ist der Zugang zu den Umlenkrollen erleichtert. Dies erweist sich
als vorteilhaft bei Wartungsarbeiten. Zudem können die Wege zwischen den
Umlenkrollen und der Auswerteeinrichtung möglichst kurz gehalten werden,
wenn diese vorteilhafterweise im Bereich der Nabe angeordnet ist.
Bei dieser Ausgestaltung des Rotorblattes kann auf Rückstellelemente
in den Umlenkrollen verzichtet werden. Zudem muss die Drehbewegung
nur eines Umlenkmittels ausgewertet werden, was die Auswertung vereinfacht.
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Insbesondere
kann das mindestens einen Umlenkmittel zur Bestimmung des entsprechenden Drehbewegungsbetrages
mit einem Drehpotentiometer ausgeführt sein. Mittels eine Drehpotentiometers
lässt sich
sehr einfach und zuverlässig über eine Widerstandsänderung
im Potentiometer eine Drehbewegung erfassen.
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Günstig ist
auch, wenn das mindestens eine Übertragungsmittel
mit dem mindestens einen nabenfernen Bezugspunkt ortsfest verbunden
ist, und mit den beiden nabennahen Bezugspunkten, welche als linear
auslenkbare Rückstellmittel
ausgeführt sind,
verbunden ist. Dabei ist die Abstandsänderung zwischen den beiden
Rückstellmitteln
und dem mindestens einen nabenfernen Bezugspunkt mit gegenläufigen Auslenkungen
der Rückstellmittel
verbunden. Zudem sind mittels der Rückstellmittel der Betrag der
jeweiligen Auslenkung und mittels der Mittel zur Bestimmung der
Längenänderung
aus dem Betrag der jeweiligen Auslenkungen die entsprechende Längenänderung
des mindestens einen Übertragungsmittelss
bestimmbar. Mit der Anordnung der Rückstellmittel im nabennahen
Bereich ist der Zugang zu den Rückstellmittel
erleichtert. Dies erweist sich als vorteilhaft bei Wartungsarbeiten.
Zudem können
die Wege zwischen den Rückstellmittel
und der Auswerteeinrichtung möglichst
kurz gehalten werden, wenn diese vorteilhafterweise im Bereich der Nabe
angeordnet ist.
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Insbesondere
können
die beiden Rückstellmittel
zur Bestimmung des entsprechenden Auslenkungsbetrages jeweils mit
einem Linearpotentiometer ausgeführt
sein. Mittels eine Linearpotentiometers lässt sich sehr einfach und zuverlässig über eine
Widerstandsänderung
im Potentiometer eine lineare Auslenkung erfassen.
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Vorteilhafterweise
ist mindestens ein seilförmiges,
zugfestes Übertragungsmittel
vorgesehen. Hierbei kommt beispielsweise ein Seil, ein Riemen, ein
Band oder eine aus einzelnen Gliedern bestehende Kette in Frage.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, wenn Mittel zum Führen des mindestens einen Übertragungsmittels
innerhalb des Rotorblattes vorgesehen sind. Damit werden insbesondere
Transversalschwingungen des mindestens einen Übertragungsmittels vermieden,
welche die Verformungsmessung verfälschen würden.
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Hierbei
ist es günstig,
wenn Röhren
oder Ösen
als Mittel zum Führen
des mindestens einen Übertragungsmittels
vorgesehen sind. Sie sind an der Innenseite der Außenhaut
oder auch an der Tragstruktur des Rotorblattes einfach zu installieren und
erfordern keine Umbauten am Rotorblatt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn Mittel zur Bestimmung der Temperatur entlang
des mindestens einen Übertragungsmittels
vorgesehen sind. Da innerhalb des Rotorblattes ein Temperaturgradient
zwischen der dem Wind zugewandten und der dem Wind abgewandten Seite
besteht, können
die auf das mindestens eine Übertragungsmittel
im Mittel einwirkenden Temperaturen unterschiedlich sein und somit zu
einem systematischen Messwertfehler führen. Dies kann mit Hilfe von
elektrischen bzw. nichtelektrischen Temperatursensoren, die in die
Tragstruktur in der Nähe
des mindestens einen Übertragungsmittels eingebracht
werden, kompensiert werden. Ist die Temperatur des mindestens einen Übertragungsmittels
bekannt, kann über
den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Temperatureinfluss rechnerisch kompensiert
werden.
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Vorteilhafterweise
können
auch Materialien für
das mindestens eine Übertragungsmittel
verwendet werden, die keinen oder einen vernachlässigbar kleinen Temperaturgradienten
zw. –20°C und +50°C aufweisen,
so dass eine Temperaturkompensation entbehrlich wird.
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Zur
weiteren Lösung
der Aufgabe wird eine Windenergieanlage mit mindestens einem Rotorblatt gemäß der Erfindung
angegeben.
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Bevorzugte,
jedoch keinesfalls einschränkende
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung
ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und
gewisse Aspekte sind schematisiert dargestellt. Im Einzelnen zeigen
die
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1 eine
Windenergieanlage,
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2a)
ein nicht belastetes Rotorblatt mit zwei nabennahen, einem nabenfernen
Bezugspunkt und einem mechanischen Übertragungsmittel und
b)
das Rotorblatt gemäß 2a unter
Belastung,
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3a)
ein nicht belastetes Rotorblatt mit zwei nabennahen, mehreren nabenfernen
Bezugspunkte und mehreren mechanischen Übertragungsmitteln und
b)
das Rotorblatt gemäß 3a unter
Belastung,
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4a)
ein nicht belastetes Rotorblatt gemäß 2a mit
einem nabenfernen Umlenkmittel mit Drehpotentiometer und
b)
das Rotorblatt gemäß 4a unter
Belastung,
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5a)
ein nicht belastetes Rotorblatt gemäß 2a mit
zwei nabennahen Umlenkmitteln mit Drehpotentiometern und
b)
das Rotorblatt gemäß 5a unter
Belastung,
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6a)
ein nicht belastetes Rotorblatt gemäß 2a mit
drei nabennahen Umlenkmitteln, wobei ein Umlenkmittel ein Drehpotentiometer
aufweist und
b) das Rotorblatt gemäß 6a unter
Belastung, und
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7a)
ein nicht belastetes Rotorblatt gemäß 2a mit
zwei nabennahen linear auslenkbaren Rückstellmitteln mit Linearpotentiometern
und
b) das Rotorblatt gemäß 7a unter
Belastung.
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Einander
entsprechende Teile sind in den 1 bis 7 mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
eine Windenergieanlage 10 mit einem erfindungsgemäßen Rotorblatt 32 schematisch
dargestellt. Die Windenergieanlage 10 weist einen Turm 11 und
eine auf dem Turm 11 drehbar gelagerte Gondel 12 auf.
Die Drehachse der Gondel 12 fällt in der Regel mit der Längsachse
des Turmes 11 zusammen. An der Gondel 12 ist ein
drehbar gelagerter Rotor 13 über eine im Wesentlichen horizontal angeordnete
Rotorwelle 33 mit der Gondel 12 verbunden. Die
Rotationsenergie des Rotors 13 wird dabei über die
Rotorwelle 33 an einen innerhalb der Gondel 12 angeordneten
Generator zur Energieerzeugung weiterge leitet. Vorzugsweise ist
zwischen Rotor 13 und Generator ein Getriebe angeordnet,
um die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors 13 an einen
optimalen Generatorbetrieb anpassen zu können. Der Übersicht halber sind das Getriebe
und der Generator in 1 nicht dargestellt. Der Rotor 13 selbst
weist eine Nabe 31 und zwei oder mehr an der Nabe 31 befestigten
Rotorblätter 32 auf.
Schematisch angedeutet sind innerhalb eines abgebildeten Rotorblatts 32 im
Bereich der Rotorblattwurzel 32W zwei nabennahe und in
Richtung der Rotorblattspitze 325 ein nabenferner Bezugspunkt
A1, A2, B angeordnet. Die Bezugspunkte A1, A2, B sind über ein oder
mehrere mechanische Übertragungsmittel 5B miteinander
verbunden (vgl. 2). Innerhalb der Nabe 31 ist
eine Auswerteeinrichtung 40, die aus den im Rotorblatt 32 gemessenen
Messwerten die Verformung des Rotorblattes 32 bei Belastung
bestimmt.
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In 2a und 2b sind
schematisch ein mechanisch unbelastetes (2a) und
mechanisch belastetes (2b) erfindungsgemäßes Rotorblatt 32 dargestellt.
Je nach Richtung der Rotorblattverformung verläuft im Rotorblatt 32 eine
neutrale Ebene 6, deren Ausdehnung sich bei Verformung
des Rotorblattes 32 nicht verändert. Das Rotorblatt 32 kann
somit in zwei Teilbereiche 321, 322 eingeteilt
werden, wobei sich bei entsprechender Verformung des Rotorblatts 32 ein
Teilbereich 321 dehnt, während der andere Teilbereich 322 gestaucht
wird. Im Bereich der Rotorblattwurzel 32W sind nabennah
zwei Bezugspunkte A1, A2 jeweils in einem Rotorblattteilbereich 321, 322 angeordnet.
In Richtung Rotorblattspitze 32S ist weiter ein nabenferner
Bezugspunkt B vorzugsweise innerhalb der neutralen Ebene 6 angeordnet.
Der Bezugspunkt B kann aber auch neben der neutralen Ebene 6 liegen.
Zwischen den Bezugspunkten A1, A2, B ist mindestens ein mechanisches Übertragungsmittel 5B angeordnet,
das mit den Bezugspunkten A1, A2, B zumindest in mechanischem, insbesondere
kraftschlüssigem
Kontakt steht. Das mindestens eine mechanische Übertragungsmittel 5B kann
entsprechend der beiden nabennahen Bezugspunkte A1, A2 in zwei Abschnitte 5B1, 5B2 aufgeteilt
werden, wobei die Länge
des jeweiligen Abschnittes 5B1, 5B2 dem jewei ligen
Abstand der nabennahen Bezugspunkte A1, A2 zum nabenfernen Bezugspunkt
B entspricht. In 2a sind zur besseren Erläuterung
die beiden sich ergebenden Abstände
und damit die beiden Übertragungsabschnitte 5B1, 5B2 gleich
lang. Sie können
aber auch im verformungslosen Zustand des Rotorblattes 32 unterschiedliche
Längen
aufweisen. Bei Belastung und einhergehender Verformung des Rotorblattes 32 durch
beispielsweise eine von außen
auf das Rotorblatt 32 wirkende Kraft, insbesondere Windkraft,
die durch Pfeile 7 in 2b angedeutet
ist, verlängert sich
der Abstand zwischen dem Bezugspunkt A1 und Bezugspunkt B, während sich
der Abstand zwischen Bezugspunkt A2 und Bezugspunkt B verkürzt. Im gleichen
Maße verlängert bzw.
verkürzt
sich somit auch der entsprechende Übertragungsmittelabschnitt 5B1, 5B2 des Übertragungsmittels 5B.
Diese Längenänderung
lässt sich
mittels der in den 4 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Rotorblattes 32 bestimmen
und hieraus mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 40 die Verformung,
d.h. das Ausmaß der
Verformung des Rotorblattes 32 ermitteln.
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Die 3a und 3b zeigen
ein Rotorblatt 32, das sich gegenüber den in 2a und 2b darin
unterscheidet, dass mehrere nabenferne Bezugspunkte B, C, D nacheinander
in Richtung Rotorblattspitze 32S angeordnet sind. Jedem
Bezugspunkt B, C, D ist dabei jeweils ein mechanisches Übertragungsmittel 5B, 5C, 5D,
welches jeweils zwei Abschnitte 5B1, 5B2, 5C1, 5C2, 5D1, 5D2 aufweist zugeordnet.
Durch die weiteren Bezugspunkte C, D und Übertragungsmittel 5C, 5D wird
auf der einen Seite die Redundanz der zu erfassenden Messsignale
erhöht.
Auf der anderen Seite können
mehrere an unterschiedlichen Orten zur Rotorblattspitze 32S hin angeordnete
Bezugspunkte B, C, D und Übertragungsmittel 5B, 5C, 5D die
Bestimmung eines ortsaufgelösten
Verformungsprofils ermöglichen.
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In 4a und 4b ist
ein Ausführungsbeispiel
eines Rotorblattes 32 gemäß 2 ohne (4a)
und mit (4b) Belastung gezeigt. Das mechanische Übertragungsmittel 5B ist
hierbei mit seinen Enden ortsfest an den beiden nabenna hen Bezugspunkten
A1, A2 verbunden. Der nabenferne Bezugspunkt B ist als drehbar gelagertes
Umlenkmittel BUP ausgeführt,
um welches das Übertragungsmittel 5B insbesondere
unter mechanischer Spannung angeordnet wird, so dass das Übertragungsmittel 5B und
das Umlenkmittel BUP insbesondere kraftschlüssig in mechanischem Kontakt
stehen. Das Übertragungsmittel 5B ist
hierbei seilförmig
und zugfest ausgeführt.
Als mechanisches Übertragungsmittel 5B kann
beispielsweise ein Seil, ein Band, ein Riemen oder eine Kette verwendet
werden. Bei einer Verformung des Rotorblattes 32 verkürzt sich
ein Übertragungsmittelabschnitt 5B2,
während
sich der andere Übertragungsmittelabschnitt 5B1 verlängert. Da
das Übertragungsmittel 5B mit
dem Umlenkmittel BUP in mechanischem Kontakt steht, führt das
drehbar gelagerte Umlenkmittel BUP entsprechend der Längenänderung
der Übertragungsmittelabschnitte 5B1, 5B2 eine
Drehbewegung aus. Dies ist in 4a und 4b durch
die Senkrechtstellung im belastungslosen Fall und die Schrägstellung
des dem Umlenkmittel BUP zugeordneten Pfeils 8 bei Belastung bildlich
dargestellt. Das Umlenkmittel BUP ist weiter mit einem Drehpotentiometer
ausgeführt,
wobei jeder Drehposition des Umlenkmittels BUP ein entsprechender
Widerstandswert zugeordnet ist. Mit der Auswerteeinrichtung 40,
welche Mittel zur Bestimmung der Längenänderung enthält, wird
aus dem Widerstandswert ein Messwert für die Längenänderung bestimmt. Dieser Messwert
wird mittels Mitteln zur Bestimmung der Verformung mit zuvor aufgenommenen
in Tabellenform vorliegenden Eichwerten verglichen und hieraus die
Verformung bzw. das Ausmaß der
Verformung des Rotorblattes 32 bestimmt. Die Auswerteeinrichtung 40 ist
dabei vorzugsweise über eine
elektrische Leitung mit dem Drehpotentiometer verbunden. Es ist
aber auch denkbar, die Widerstandswerte drahtlos per Funk an die
Auswerteeinrichtung 40 zu übermitteln.
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In 5a und 5b sind
ein Ausführungsbeispiel
eines Rotorblattes 32 gemäß 2a und 2b ohne
(5a) und mit (5b) Belastung dargestellt.
Das mechanische Übertragungsmittel 5B ist
hierbei ortsfest am nabenfernen Bezugspunkt B verbunden. Die beiden
nabennahen Bezugspunkte A1, A2 sind dabei als drehbar gelagerte
Umlenkmittel A1UP, A2UP ausgeführt,
mit welchen das Übertragungsmittel 5B jeweils
insbesondere unter mechanischer Spannung stehend in mechanischem
Kontakt steht. Wird ein seilartiges, zugfestes Übertragungsmittel 5B verwendet,
sind die beiden Umlenkmittel A1UP, A2UP mit Rückstellmitteln, wie beispielsweise Spiralfedern,
ausgestaltet, um die mechanische Spannung im Übertragungsmittel 5B aufrechtzuerhalten.
Werden anstelle der beiden seilförmigen,
zugfesten Übertragungsmittelabschnitte 5B1, 5B2 zwei starre Übertragungsmittel
verwendet, kann auf das jeweilige Rückstellmittel der beiden nabennahen
Umlenkmittel A1UP, A2UP verzichtet werden. Hierzu kann ein kraftschlüssiger Kontakt,
der zu einer Drehbewegung der entsprechenden Umlenkmittel A1UP, A2UP
führt, über eine
Zahnstruktur am jeweiligen starren Übertragungsmittel 5B1, 5B2 und
am jeweiligen Umlenkmittel A1UP, A2UP verwirklicht werden.
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Die
beiden Umlenkmittel A1UP, A2UP sind jeweils mit einem Drehpotentiometer
versehen. Die Auswerteeinrichtung 40 ermittelt auch hier
aus der Position der Drehpotentiometer die Längenänderung und damit das Ausmaß der Verformung
des Rotorblattes 32.
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In 6a und
b ist das Ausführungsbeispiel gemäß 5a und
b dahingehend abgeändert,
dass ein weiteres drehbar gelagertes Umlenkmittel A3UP zwischen
die beiden narbennahen Umlenkmittel A1U, A2U angeordnet ist. Hierbei
weist nur dieses zusätzliche
Umlenkmittel A3UP ein Drehpotentiometer auf, welches von der Auswerteeinrichtung 40 zur Bestimmung
des Ausmaßes
der Verformung ausgewertet wird. Hierbei eignet sich vorzugsweise
ein seilförmiges,
zugfestes Übertragungsmittel 5B.
Bei einer Verformung des Rotorblattes 32 verkürzt sich
wie zuvor beschrieben einer von beiden Übertragungsmittelabschnitten 5B1, 5B2,
während
sich der andere verlängert.
Diese Längenänderung
wird über
die ursprünglichen
beiden nabennahen, drehbar gelagerten Umlenkmittel A1U, A2U an das
zusätzliche,
mit dem Drehpotentiometer ausgeführte
Umlenkmittel A3UP übertragen,
so dass dieses eine entsprechende Drehbewegung ausführt.
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In 7a und
b ist das Ausführungsbeispiel gemäß 5a und
b dahingehend abgeändert,
dass die beiden nabennahen Umlenkmittel A1UP, A2UP durch zwei linear
auslenkbare Rückstellmittel
A1LP, A2LP mit Linearpotentiometern ersetzt sind. Bei einer Verformung
des Rotorblattes 32 verkürzt sich, wie zuvor beschrieben,
einer von beiden seilförmigen,
zugfesten Übertragungsmittelabschnitten 5B1. 5B2,
während
sich der andere verlängert.
Diese Längenänderung
wird direkt an die beiden Rückstellmittel
A1LP, A2LP übertragen,
so dass diese entsprechend gegenläufig linear ausgelenkt werden.
Dies ist durch die beiden Pfeile 9 angedeutet. Da beide
Rückstellmittel
A1LP, A2LP mit Linearpotentiometern versehen sind, ergibt sich hierbei
ein Paar von Widerstandswerten, das mittels der Auswerteeinrichtung 40 einem
Maß für die Rotorblattverformung
zugeordnet werden kann. Es ist auch denkbar, zwei starre Übertragungsmittel
anstelle der beiden seilförmigen, zugfesten Übertragungsmittelabschnitte 5B1, 5B2 zu verwenden.
In diesem Falle werden dann Linearpotentiometer ohne Rückstellmittel
als nabennahe Bezugspunkte A1 und A2 eingesetzt.
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Die
in den 4 bis 7 dargestellten
Ausführungsbeispiele
sind nicht nur in Bezug auf die 2 zu
betrachten. Sie lassen sich ebenfalls auch gemäß 3 erweitern.
Dabei werden mehrere nabenferne Bezugspunkte B, C, D nacheinander
in Richtung Rotorblattspitze 32S angeordnet und jedem nabenfernen
Bezugspunkt B, C, D wird ein Übertragungsmittel 5B, 5C, 5D zugeordnet.
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Zur
Befestigung und Führung
der Übertragungsmittelabschnitte 5B1, 5B2 können diese
entweder in Röhren
innerhalb der Tragstruktur des Rotorblattes 32 oder auf
der Innenseite direkt unter der Außenhaut des Rotorblattes 32 geführt werden.
Es ist aber auch denkbar, die Übertragungsmittelabschnitte 5B1, 5B2 mittels
einer Vielzahl von Ösen
zu führen.
Dabei ist zu beachten, dass sich die Übertragungsmittelabschnitte 5B1, 5B2 stets
unter Vorspannung befinden, um möglichst
genaue Messergebnisse erzielen zu können.
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Innerhalb
des Rotorblattes 32 kann zwischen der dem Wind zugewandten
und der dem Wind abgewandten Seite ein Temperaturgradient vorliegen.
Die auf die einzelnen Übertragungsmittelabschnitte 5B1, 5B2 im
Mittel einwirkenden Temperaturen sind somit unterschiedlich und
können
zu einem systematischen Messfehler beitragen. Dies kann mit Hilfe
von elektrischen oder auch nicht elektrischen Temperatursensoren,
wie beispielsweise Thermoelemente oder Faser-Bragg-Gitter-Sensoren,
die in die Tragstruktur des Rotorblattes 32 in der Nähe der Übertragungsmittelabschnitte 5B1, 5B2 eingebracht werden,
kompensiert werden. Kennt man die Temperatur des jeweiligen Übertragungsmittelabschnittes 5B1, 5B2,
kann über
den zugeordneten linearen Ausdehnungskoeffizienten der Temperatureinfluss
rechnerisch mittels der Auswerteeinrichtung 40 kompensiert
werden. Es ist jedoch auch denkbar, von vornherein Materialien für die Übertragungsmittelabschnitte 5B1, 5B2 zu
verwenden, die keinen bzw. einen vernachlässigbar kleinen Temperaturgradienten beispielsweise
zwischen –20°C und +50°C aufweisen.
So kann auf eine Temperaturkompensation verzichtet werden.
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Die
Radialbeschleunigung, welche sich aus der Rotation des Rotors 13 ergibt,
hat auf das erfindungsgemäße Rotorblatt 32 keinen
die Messwerte verfälschenden
Einfluss, da die Radialbeschleunigung auf die Übertragungsmittelabschnitte 5B1, 5B2 gleichsam
wirkt, wobei sich die zugeordneten Kräfte kompensieren. Demnach wird
nur die durch die Rotorblattdurchbiegung bzw. Rotorblattverformung
festzustellende Längenänderung
der Übertragungsmittelabschnitte 5B1, 5B2 gemessen.