DE102009039490A1 - Rotorblatt mit Nabe für Windenergieanlagen mit Messdaten- und Energieübertragungsanordnung sowie Verfahren zur Messdaten- und Energieübertragung - Google Patents

Rotorblatt mit Nabe für Windenergieanlagen mit Messdaten- und Energieübertragungsanordnung sowie Verfahren zur Messdaten- und Energieübertragung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt (1) mit Nabe (2) für Windenergieanlagen (3) mit Messdaten- und Energieübertragungsanordnung (4) sowie ein Verfahren zur Messdaten- und Energieübertragung. In dem Rotorblatt (1) ist mindestens eine Sensoreinheit (8) mit mindestens einem Sensor (9) fixiert, während in der Nabe (2) mindestens eine Zentraleinheit (10) mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (11) angeordnet ist. Die Zentraleinheit (10) und die Sensoreinheit (8) sind über die Messdaten- und Energieübertragungsanordnung (4) miteinander verbunden. Die Messdaten- und Energieübertragungsanordnung (4) weist mindestens einen Lichtwellenleiter (12) auf, wobei der Lichtwellenleiter (12) innerhalb des Rotoblattes (1) angeordnet ist und sich von der Position (13) der Sensoreinheit (8) im Rotorblatt (1) bis zu der Zentraleinheit (10) in der Nabe (2) erstreckt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt mit Nabe für Windenergieanlagen mit Messdaten- und Energieübertragungsanordnung sowie ein Verfahren zur Messdaten- und Energieübertragung. In dem Rotorblatt ist eine Sensoreinheit mit mindestens einem Sensor fixiert, während in der Nabe eine Zentraleinheit mit einer Signalverarbeitungseinrichtung angeordnet ist.
  • Die Zentraleinheit und die Sensoreinheit sind über die Messdaten- und Energieübertragungsanordnung miteinander verbunden. Mit derartigen Sensoren innerhalb des Rotorblattes werden Windenergieanlagen in Bezug auf Schäden und Vereisung oder auf Risse und mechanische Spannungen überwacht. Dabei können beispielsweise über den Sensor die Eigenschwingungen analysiert und eine Aussage über Eisbelag, Rissbildungen und andere Beschädigungen wie Delaminationen getroffen werden. Der Sensor im Inneren des Rotorblattes ist dazu über eine elektrisch leitfähige Verbindung oder über eine Funkverbindung mit einer in der Nähe der Rotornabe angeordneten Zentraleinheit verbunden, die das Signal beispielsweise über WLAN in eine Gondel oder in einen Mast oder einen Mastfuß der Windenergieanlage überträgt.
  • Die für die Verbindung eingesetzten Messdaten- und Energieübertragungsanordnungen sind jedoch aufgrund der elektrisch leitfähigen Verbindungen zwischen der Sensoreinheit und der Zentraleinheit durch die bei Gewitter auftretenden Blitzeinschläge in Windkraftanlagen besonders gefährdet, so dass nicht nur Schäden an der Anlage, den Rotorblättern und weiteren Komponenten auftreten, sondern auch primär die Sensorik, mit der schnell und zuverlässig aufgetretene Schäden an der Anlage analysiert werden sollen, selbst betroffen sein kann, zumal die mit Blitzeinschlägen und Gewitter verbundenen starken elektrischen und magnetischen Felder in die Sensorzuleitungen einkoppeln können und zur Zerstörung des Sensors und/oder der Zentraleinheit führen können. Auch aufwendige Schutzmaßnahmen wie Abschirmungen bieten keine vollständige Sicherheit vor unerwünschtem Einkoppeln derartiger elektrischer und magnetischer Felder. Die Installation von Funkverbindungen von der Sendeeinheit zu der Zentraleinheit ist ebenfalls nachteilig, da einerseits eine autarke Energieversorgung für den Sensor erforderlich wird und andererseits für die Funkverbindung entsprechende Antennen vorgehalten werden müssen, die ebenfalls elektrische und magnetische Felder einkoppeln können.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rotorblatt mit Nabe für Windenergieanlagen mit einer Messdaten- und Energieübertragungsanordnung zu schaffen sowie ein Verfahren zur Messdaten und Energieübertragung anzugeben, womit ein verbesserter Schutz gegen elektrische Entladungen aus Gewitterwolken erreicht werden kann.
  • Gelöst wird die Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Rotorblatt mit Nabe für Windenergieanlagen mit Messdaten- und Energieübertragungsanordnung sowie ein Verfahren zur Messdaten- und Energieübertragung geschaffen. In dem Rotorblatt ist mindestens eine Sensoreinheit mit mindestens einem Sensor fixiert, während in der Nabe eine Zentraleinheit mit einer Signalverarbeitungseinrichtung angeordnet ist. Die Zentraleinheit und die Sensoreinheit sind über die Messdaten- und Energieübertragungsanordnung miteinander verbunden. Die Messdaten- und Energieübertragungsanordnung weist mindestens einen Lichtwellenleiter auf, wobei der Lichtwellenleiter innerhalb des Rotorblattes angeordnet ist und sich von der Position der Sensoreinheit im Rotorblatt bis zu der Zentraleinheit in der Nabe erstreckt.
  • Da für die Messdaten- und Energieübertragungsanordnung ein oder mehrere Lichtwellenleiter vorgesehen sind, werden weitere Elemente sowohl in der Sensoreinheit als auch in der Zentraleinheit in der Nabe bereitgestellt, um die üblicherweise als mechanische oder elektrische Messwerte anliegenden Messdaten in optische Signale zu übertragen und außerdem einen Energietransfer von der Rotornabe in das Rotorblatt zu der Sensoreinheit ohne leitende Verbindung zu schaffen. Dafür können kostengünstige Standardkomponenten der Optoelektronik eingesetzt werden.
  • Durch die nicht metallische Verbindung zwischen der Sensoreinheit und der Zentraleinheit kann nun eine erhöhte Sicherheit sowohl für die Sensoreinheit selbst als auch für die Zentraleinheit geschaffen werden, da keine elektromagnetischen Wellen und Störungen in die Messdaten- und Energieübertragungsanordnung eingekoppelt werden können. Außerdem bleibt trotz Blitzeinschlag in eine Windenergieanlage das Sensorsystem erhalten, sodass Beschädigungen wie Delaminationen oder Rissbildungen, die nach einem Blitzeinschlag am Rotorblatt aufgetreten sein können von der erfindungsgemäßen Anordnung erfasst werden können.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Messdaten- und Energieübertragungsanordnung zwei Lichtwellenleiter auf, wobei über einen ersten Lichtwellenleiter die Sensoreinheit in dem Rotorblatt mit Energie versorgt wird und über den zweiten Lichtwellenleiter Messdaten in Form von modulierten Lichtsignalen an die Zentraleinheit übertragen werden. Diese Lichtwellenleiter können im Innern des Rotorblattes verlegt werden, wobei zum Ausgleich von thermomechanischen Spannungen auf der Innenwand des Rotorblattes die Lichtwellenleiter in Wellenform angebracht werden. Dabei kann die Fixierung mit Hilfe von Klipsen oder durch Aufkleben erreicht werden. Außerdem ist es möglich, die Lichtwellenleiter in das Rotorblatt einzulaminieren, so dass über optische Steckverbindungen an die aus dem Laminat nach innen herausragenden Enden Steckverbindungen zum Anschluss sowohl der Sensoreinheit als auch der Zentraleinheit in der Nabe geschaffen werden können. Dabei ist aus Gründen der Zuverlässigkeit und Messwerterfassung eine Sensorposition innerhalb des Rotorblattes im Bereich des mittleren Drittels der Rotorblattlänge vorgesehen.
  • Anstelle von zwei Lichtwellenleitern kann auch ein einziger Lichtwellenleiter als Verbindung zwischen der Sensoreinheit und der Zentraleinheit vorgesehen werden, wobei Strahlteiler an den Enden des Lichtwellenleiters dafür sorgen, dass der Strahl auf einen Energieübertragungsteil und auf einen Messdatenübermittlungsteil aufgeteilt wird. Damit können zumindest die Materialkosten für die Installation innerhalb des Rotorblattes vermindert werden.
  • Wie oben bereits erwähnt werden in der Zentraleinheit zusätzliche Komponenten erforderlich, um einerseits Lichtenergie zu dem Sensor über den Lichtwellenleiter zu übertragen und andererseits optische Signale zu empfangen, auszuwerten und zu verarbeiten. Dazu weist die Zentraleinheit eine optische Energiequelle auf, die über eine optische Einkopplungseinheit Energie einer Lichtquelle in einen Lichtwellenleiter einspeist. Die Zentraleinheit kann über eine Modulationseinheit verfügen, sofern Paramenter von der Zentraleinheit zu der Sensoreinheit übertragen werden sollen. Eine derartige Lichtquelle kann eine Laserdiode oder eine Leuchtdiode sein. Außerdem ist für die Zentraleinheit vorzugsweise eine Photodiode vorgesehen, welche die optischen Signale der Messdaten der Sensoreinheit über den Lichtwellenleiter empfängt und der Verarbeitungseinrichtung als elektrische Signale zuleitet. Die Verarbeitungseinrichtung kann die Signale in Messdaten transformieren und die Messdaten zu Funksignalen für eine WLAN-Verbindung zu einer zentralen Verarbeitungs- und Auswerteeinheit beispielsweise in einem Steuergerät in der Gondel, oder in dem Mast oder an dem Mastfuß der Windenergieanlage transformieren.
  • In der Sensoreinheit sind ebenfalls entsprechend zusätzliche Komponenten vorgesehen, wie eine Photodiode oder eine Photozelle, welche die Lichtenergie, die über den Lichtwellenleiter zugeführt wird, nun in eine elektrische Energie umwandelt. Dazu weist die Sensoreinheit neben dem Sensor eine Photodiode oder Photozelle auf.
  • Weiterhin sind die mechanischen oder elektrisch anstehenden Messwerte der Sensoreinheit zunächst in optische Signale umzusetzen, ehe sie dann als optische Signale über einen Lichtwellenleiter an die Zentraleinheit gesendet werden können. Dazu weist in einer ersten Ausführungsform der Messdaten- und Energieübertragungsanordnung die Sensoreinheit eine Lichtquelle auf, die eine Laserdiode oder eine Leuchtdiode sein kann und deren Licht durch eine entsprechende Modulationseinheit moduliert wird und anschließend über eine Einkopplungsoptik in den Lichtwellenleiter einspeist wird. In dieser Ausführungsform der Erfindung muss jedoch die Lichtquelle mit Energie versorgt werden, was bei den nachfolgenden Ausführungsformen der Erfindung jedoch entfallen kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Sensoreinheit einen Reflektor auf, wobei ein Strahlteiler oder auch ”beam-splitter” den ersten Teil des ankommenden Lichtes der Energieübertragung zuführt und einen zweiten Teil des ankommenden Lichtes an dem Reflektor reflektiert und das reflektierte Licht durch eine Modulationseinheit moduliert an die Einkopplungsoptik weitergegeben und über den Lichtwellenleiter der Zentraleinheit zugeführt wird. Mit diesem Reflektor kann auf eine zusätzliche Lichtquelle in der Sensoreinheit verzichtet werden, was einerseits Kosten einspart und andererseits den Energiebedarf der Sensoreinheit vermindert.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Sensoreinheit einen halbdurchlässigen Reflektor auf, der einen Teil des ankommenden Lichtes zur Energieversorgung durchlässt und eine zweiten Teil reflektiert, wobei das reflektierte Licht durch die Modulationseinheit moduliert wird und über die Einkopplungsoptik in den Lichtwellenleiter eingespeist und der Zentraleinheit zugeführt wird. Diese Messdaten- und Energieübertragungsanordnung dieser Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass ein Strahlteiler am Eingang der Sensoreinheit nicht erforderlich ist.
  • Ein Verfahren zur Messdaten- und Energieübertragung zwischen einem Rotorblatt und einer Nabe einer Windenergieanlage weist nachfolgende Verfahrensschritte auf. Zunächst wird in einer Zentraleinheit in der Nabe des Rotorblattes eine Lichtenergiequelle bereitgestellt. Danach wird das Licht der Energiequelle gegebenenfalls moduliert und in einen Lichtwellenleiter zur Versorgung eines Sensors in einer Sensoreinheit im Innern des Rotorblattes mit Energie eingekoppelt. Anschließend erfolgt die Umwandlung der ankommenden Lichtenergie in elektrische Energie in der Sensoreinheit mittels eines Energiewandlers. Außerdem werden elektrische oder mechanische Messdaten der Sensoreinheit in optische Signale transformiert und eine entsprechende Lichtquelle in der Sensoreinheit wird mittels einer Modulationseinheit moduliert, um die Messdaten als optische Signale über den Lichtwellenleiter der Zentraleinheit in der Rotornabe zuzuführen. Die optischen Signale werden dann von der Zentraleinheit empfangen und in elektrische Signale mittels eines Energiewandlers wie einer Photodiode transformiert. Schließlich erfolgt eine Verarbeitung der Messungen und ein Weiterleiten der Ergebnisse an ein Steuergerät in einer Gondel oder in einem Mast oder einem Mastfuß der Windenergieanlage.
  • Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die gesamte Messdaten- und Energieübertragung zwischen der Sensoreinheit im Innern des Rotorblattes und der Zentraleinheit im Nabenbereich des Rotorblattes über eine Lichtwellenleitung erfolgt, so dass elektromagnetische Störfälle nicht in die Sensoreinheit und/oder in die Zentraleinheit sowie in nachgeordnete Steuergeräte einkoppeln können, womit die gesamte Windkraftanlage zuverlässiger arbeiten kann, zumal bei Schäden durch Blitzeinschlag keine Gefahr mehr für die Sensoreinheit bzw. die Zentraleinheit besteht und deshalb aufgetretene Beschädigungen sofort erfasst und auf diese Beschädigungen entsprechend reagiert werden kann.
  • Vorzugsweise wird in der Sensoreinheit eine Photodiode oder eine Photozelle vorgesehen, die optische Energie in elektrische Energie wandeln und damit den Sensor der Sensoreinheit versorgen kann. Die erforderliche Lichtenergie wird über eine Lichtquelle in der Zentraleinheit und über eine Modulationseinheit sowie eine Einkopplungsoptik in den Lichtwellenleiter eingekoppelt und von der Sensoreinheit empfangen. Als Energiequelle dient eine Laserdiode oder eine Leuchtdiode, die zum einen in der zentralen Steuereinheit eingerichtet ist. Zum anderen wird zur Übersendung der Messdaten von der Sensoreinheit zur Zentraleinheit ebenfalls eine Laserdiode oder Leuchtdiode als Lichtquelle verwendet. Jedoch wird es bevorzugt, dass ein Teil des an den Sender gesandten Lichtes durch einen Strahlteiler ausgekoppelt wird. Über einen Reflektor und eine Modulationseinheit können dann die Daten mit Hilfe dieses Anteils des Lichtes an die Zentraleinheit moduliert zurückreflektiert werden.
  • Eine weitere Verbesserung des Verfahrens bringt das Einführen eines halbdurchlässigen Reflektors, durch den der Energieübertragungsanteil transmittiert wird und ein reflektierter Anteil moduliert und mit Messdaten versehen über den Lichtwellenleiter an die Zentraleinheit übermittelt wird.
  • Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Rotorblattes mit Nabe einer Windenergieanlage mit Messdaten- und Energieübertragungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 zeigt eine Prinzipskizze einer Messdaten- und Energieübertragungsanordnung gemäß 1;
  • 3 zeigt eine Prinzipskizze einer Messdaten- und Energieübertragungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 zeigt eine Prinzipskizze einer Messdaten- und Energieübertragungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
  • 5 zeigt eine Prinzipskizze einer Messdaten- und Energieübertragungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Rotorblattes 1 mit Nabe 2 einer Windenergieanlage 3 mit Messdaten- und Energieübertragungsanordnung 4 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Rotorblatt 1 ist über eine Pitchwinkeleinstellmechanik 30 mit der Rotornabe 2 mechanisch verbunden. Die Nabe 2 wird von einer Gondel 27 gehalten, wobei die Gondel mindestens einen Antriebsstrang, einen Generator und einen Frequenzumformer aufweist. Außerdem weist die Gondel 27 ein Steuer- und Überwachungsgerät 26 auf. Zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Rotorblattes 1 ist im Innern des Rotorblattes 1 eine Sensoreinheit 8 angeordnet. Die Sensoreinheit 8 ist vorzugsweise in einer Position 13 im mittleren Drittel der Rotorlänge angeordnet.
  • In der Nabe 2, die mit dem Antriebsstrang der Gondel 27 verbunden ist, ist eine Zentraleinheit 10 angeordnet, wobei die Messdaten der Sensoreinheit zu der Zentraleinheit über eine Messdaten- und Energieübertragungsanordnung 4 übertragen werden, die als Übertragungsleitungen Lichtwellenleiter 12 aufweist. In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung sind im Innern des Rotorblattes 1 zwei Lichtwellenleiter 12 angeordnet, wobei ein Lichtwellenleiter 12 der Energieversorgung der Sensoreinheit 8 dient. Der zweite Lichtwellenleiter 12 überträgt optisch die Messdaten des Sensors der Sensoreinheit 8 an die Zentraleinheit 10 in der Nabe 2, wobei über eine WLAN-Verbindung 31 verarbeitete Messdaten an das Steuer- und Überwachungsgerät 26 in der Gondel 27 übertragen wird. Um die Lichtwellenleiter vor Schwingungen und vor thermischen Dehnungen des Rotorblattes im Betrieb zu schützen, sind die Lichtwellenleiter 12 wellenförmig auf der Innenseite des Rotorblattes 1 angeordnet. Sie können dort angeklipst, angeklebt oder auch in das Rotorblattmaterial einlaminiert sein. Die Welligkeit schützt die Lichtwellenleiter vor vorzeitigem Bruch unter der Zugbelastung, die durch Schwingungen und Dehnungen des Rotorblattes in Betrieb auftreten.
  • Das Steuer- und Überwachungsgerät 26 kann auch in dem Mast 29 der Windenergieanlage 3 angeordnet sein oder auch im Mastfuß, der hier nicht näher gezeigt ist.
  • 2 zeigt eine Prinzipskizze einer Messdaten- und Energieübertragungsanordnung 4 gemäß 1 im Detail. Für die optische Übertragung von Energie- und Messdaten weist die Zentraleinheit neben einer Signalverarbeitungseinrichtung 11 zusätzliche Komponenten auf, genauso wie die Sensoreinheit 8, die außer dem Sensor 9 weitere Komponenten für die optische Übertragung besitzt. Zwischen der in der Nabe angeordneten Zentraleinheit 10 und der in dem Rotorblatt angeordneten Sensoreinheit 8 mit dem Sensor 9 sind zwei Lichtwellenleiter 12 und 12' in dieser ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen.
  • Der erste Lichtwellenleiter 12 dient hier der Energieübertragung, während der zweite Lichtwellenleiter 12' der Messsignalübertragung dient. Für die Energieübertragung weist die Zentraleinheit 10 eine Lichtenergiequelle 25 auf, die hier durch eine Leuchtdiode 14 realisiert ist, die jedoch auch eine Laserdiode sein kann. Das Licht der Leuchtdiode 14 wird über eine Modulationseinheit 15 und eine Einkopplungsoptik in den Lichtwellenleiter 12 eingespeist, wobei im Übergang zwischen der Nabe zu dem Rotorblatt, wie es in 1 mit der Pitchwinkeleinstellmechanik 30 gezeigt wird, eine Steckverbindung 16 im Bereich des Lichtwellenleiters 12 und eine weitere Steckverbindung 17 im Bereich des Lichtwellenleiters 12' angeordnet sind. Diese Steckverbindungen 16 und 17 erleichtern die Montage der üblicherweise drei Rotorblätter an der Nabe, indem entsprechend viele optische Steckverbindungen an der Zentraleinheit vorgesehen sind.
  • Außerdem weist die Zentraleinheit einen Photoempfänger in Form einer Photodiode 19 auf, der optische Signale, die über den Lichtwellenleiter 12' von der Sensoreinheit 8 kommen, in elektrische Signale für die Signalverarbeitungseinrichtung 11 transformiert.
  • Die Sensoreinheit 8 weist als weitere Komponenten der Messdaten- und Energieübertragungsanordnung 4 eine Photodiode 20 oder eine Photozelle als Energiewandler 28 auf, der die Lichtenergie in elektrische Versorgungsenergie für den Sensor 9 umwandelt. Außerdem ist in der Sensoreinheit 8 eine Lichtquelle 18 vorgesehen, die hier durch eine Leuchtdiode 21 realisiert ist. Das Licht dieser Leuchtdiode wird durch eine mit dem Sensor 9 in Verbindung stehende Modulationseinheit in optische Signale moduliert, die über den Lichtwellenleiter 12 und über die optische Steckverbindung 17 der Empfangsphotodiode 19 übermittelt werden.
  • Während in dieser ersten Ausführungsform noch zwei Lichtwellenleiter 12 und 12' eingesetzt sind, wird in den nachfolgenden Figuren lediglich ein einziger Lichtwellenleiter 12 zur Übertragung der Messdaten und der Energie eingesetzt. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorherigen 1 und 2 werden in den nachfolgenden 3 bis 5 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
  • 3 zeigt eine Prinzipskizze einer Messdaten- und Energieübertragungsanordnung 5 einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Der Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform besteht darin, dass die Messdaten- und Energieübertragungsanordnung 5 lediglich einen Lichtwellenleiter 12 aufweist, der über eine optische Steckverbindung in Form eines Lichtwellenleitersteckers 16 die Sensoreinheit 8 im Innern des Rotors mit der Zentraleinheit 10 im Innern der Nabe verbindet. Dafür wird sowohl für die Sensoreinheit 8 als auch für die Zentraleinheit 10 jeweils zusätzlich ein Strahlteiler 23 bzw. ”beam-splitter” vorgesehen. Dieser Strahlteiler 23 teilt das in dem Lichtwellenleiter transferierte Licht bzw. die darin enthaltenen Lichtinformationen in einen Energieübertragungsanteil und in einen Messdatenübertragungsanteil auf. Die Zusatzkomponenten, wie sie bereits für die 2 erörtert wurden, sind bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung unverändert geblieben.
  • 4 zeigt eine Prinzipskizze einer Messdaten- und Energieübertragungsanordnung 6 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Diese unterscheidet sich von der vorhergehenden Messdaten- und Energieübertragungsanordnung darin, dass anstelle der Lichtquelle in der Sensoreinheit 8 nun lediglich ein Reflektor 22 vorgesehen ist, der den Anteil für die Messdatenübertragung des Strahlteils reflektiert und über die Modulationseinheit 15 moduliert und über die Ankopplungsoptik und den Strahlteiler 23 in den Lichtwellenleiter 12 optische Signale entsprechende Messdaten einkoppelt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung entfällt eine zusätzliche Lichtquelle zur Versorgung der Messdatenmodulationseinheit 15.
  • 5 zeigt eine Prinzipskizze einer Messdaten- und Energieübertragungsanordnung 7 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Diese unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsformen dadurch, dass in der Sensoreinheit 8 kein Strahlteiler vorgesehen ist, sondern ein teiltransparenter bzw. halbdurchlässiger Reflektor 24 die Lichtenergie zum Energietransfer durchlässt und einen jedoch geringeren Anteil des Lichtes reflektiert und über die Modulationseinheit 15 Messdaten des Sensors moduliert und als optische Signale in den Lichtwellenleiter 12 einkoppelt. Die Zentraleinheit 10 weist den gleichen Aufbau wie in den vorhergehenden 3 und 4 auf.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Rotorblatt
    2
    Nabe
    3
    Windenergieanlage
    4
    Messdaten- und Energieübertragungsanordnung
    5
    Messdaten- und Energieübertragungsanordnung
    6
    Messdaten- und Energieübertragungsanordnung
    7
    Messdaten- und Energieübertragungsanordnung
    8
    Sensoreinheit
    9
    Sensor
    10
    Zentraleinheit
    11
    Signalverarbeitungseinrichtung
    12
    Lichtwellenleiter
    13
    Position der Sensoreinheit
    14
    Leuchtdiode oder Laserdiode als Energiequelle
    15
    Modulationseinheit (für Messdaten)
    16
    Lichtwellenleiterstecker
    17
    Lichtwellenleiterstecker
    18
    Lichtquelle (Sensor)
    19
    Photodiode (Zentraleinheit)
    20
    Photodiode
    21
    Leuchtdiode (Sensor)
    22
    Reflektor
    23
    Strahlteiler bzw. „beam-splitter”
    24
    halbdurchlässiger Reflektor
    25
    Energiequelle (Zentraleinheit)
    26
    Steuergerät (Gondel)
    27
    Gondel
    28
    Energiewandler
    29
    Mast
    30
    Pitchwinkeleinstellmechanik
    31
    WLAN-Verbindung

Claims (15)

  1. Rotorblatt mit Nabe (2) für Windenergieanlagen (3) mit einer Messdaten- und Energieübertragungsanordnung (4), wobei – in dem Rotorblatt (1) mindestens eine Sensoreinheit (8) mit mindestens einem Sensor (9) fixiert ist, – in der Nabe (2) mindestens eine Zentraleinheit (10) mit mindestens einer Signalverarbeitungseinrichtung (11) angeordnet ist, – die Zentraleinheit (10) und die Sensoreinheit (8) über die Messdaten- und Energieübertragungsanordnung (4) miteinander verbunden sind, und – die Messdaten- und Energieübertragungsanordnung (4) mindestens einen Lichtwellenleiter (12) aufweist, wobei der Lichtwellenleiter (12) innerhalb des Rotorblattes (1) angeordnet ist und sich von der Position (13) der Sensoreinheit (8) im Rotorblatt (1) bis zu der Zentraleinheit (10) in der Nabe (2) erstreckt.
  2. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten- und Energieübertragungsanordnung (4) zwei Lichtwellenleiter (12) aufweist, wobei über einen ersten Lichtwellenleiter (12) die Sensoreinheit (8) in dem Rotorblatt (1) mit Energie versorgt wird und über den zweiten Lichtwellenleiter (12) Messdaten in Form von Lichtsignalen übertragen werden.
  3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (10) als Energiequelle für die Sensoreinheit (8) einen Halbleiterlaser oder eine Leuchtdiode (14) aufweist.
  4. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (10) eine Modulationseinheit (15) und eine Einkopplungseinheit mit einer Lichtwellenleitersteckerverbindung (16) aufweist, welche die Energie der Lichtquelle (18) in den ersten Lichtwellenleiter (12) einspeist.
  5. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (10) eine Photodiode (19) oder Photozelle aufweist, die Messdaten der Sensoreinheit (8) über den zweiten Lichtwellenleiter (12) und über eine Lichtwellenleitersteckerverbindung (17) empfängt und einer Signalverarbeitungseinheit (11) zuleitet.
  6. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (8) neben einem Sensor (9) eine Photodiode (20) oder eine Photozelle aufweist, die optische Energie in elektrische Energie wandelt und den Sensor (9) der Sensoreinheit (8) versorgt.
  7. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (8) neben einem Sensor (9) eine Laserdiode oder eine Leuchtdiode (21) aufweist, die Messdaten über eine Modulationseinheit (15) und eine Einkopplungsoptik in den zweiten Lichtwellenleiter (12) einspeist.
  8. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten- und Energieübertragungsanordnung (4) für die Energieübertragung und die Messdatenübertragung einen einzigen Lichtwellenleiter (12) aufweist, der im Multiplexverfahren betrieben wird.
  9. Rotorblatt nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (8) einen Reflektor (22) und einen Strahlteiler (23) aufweist, wobei der Strahlteiler (23) einen ersten Teil des ankommenden Lichtes der Energieübertragung zuführt und einen zweiten Teil des ankommenden Lichtes an dem Reflektor (22) reflektiert und das reflektierte und durch die Modulationseinheit (15) modulierte Licht über den einzigen Lichtwellenleiter (12) der Zentraleinheit (10) zuführt.
  10. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (8) einen halbdurchlässigen Reflektor (24) aufweist, der einen Teil des ankommenden Lichtes zur Energieversorgung durchlässt und einen zweiten Teil reflektiert und das reflektierte und durch die Modulationseinheit (15) modulierte Licht über einen Lichtwellenleiter (12) der Zentraleinheit (10) zuführt.
  11. Verfahren zur Messdaten- und Energieübertragung zwischen einem Rotorblatt (1) und einer Nabe (2) einer Windenergieanlage (3), das folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen einer Energiequelle (25) in einer Zentraleinheit (10) in der Nabe (2) des Rotorblattes (1); – Einkoppeln des Lichtes der Energiequelle (25) in einen Lichtwellenleiter (12) zur Versorgung eines Sensors (9) in einer Sensoreinheit (8) im Inneren des Rotorblattes (1) mit Energie; – Umwandeln der ankommenden Lichtenergie in elektrische Energie in der Sensoreinheit (8) mittels eines Energiewandlers (28); – Transformieren von elektrischen oder mechanischen Messdaten der Sensoreinheit (8) in optische Signale einer Lichtquelle (18) mittels einer Modulationseinheit (15) der Sensoreinheit (8); – Senden der Messdaten des Sensors (9) als optische Signale über einen Lichtwellenleiter (12) an die Zentraleinheit (10) in der Rotornabe (2); – Empfangen der optischen Signale in der Zentraleinheit (10) und Transformieren derselben in elektrische Signale mittels eines optoelektronischen Signalwandlers; – Verarbeiten der Messungen und Weiterleiten der Ergebnisse an ein Steuergerät (26) in eine Gondel (27), einen Mast (29) oder einen Mastfuß der Windenergieanlage (3).
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass über einen ersten Lichtwellenleiter (12) die Energie zur Versorgung des Sensors (9) übertragen wird und über einen zweiten Lichtwellenleiter (12) die Messdaten des Sensors (9) übertragen werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragung und die Messdatenübertragung über einen einzigen Lichtwellenleiter (12) übertragen werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Lichtes zur Energieübertragung mittels eines Strahlteilers (23) an einen Reflektor (22) in der Sensoreinheit (8) übertragen wird und dieser Teil des Lichtes zur Übertragung der Messdaten moduliert und über einen Lichtwellenleiter (12) an die Zentraleinheit (10) übertragen wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sensoreinheit (8) ein halbdurchlässiger Reflektor (24) einen ersten Teil des ankommenden Lichtes zur Energieversorgung durchlässt und einen zweiten Teil reflektiert und das reflektierte Licht mit den Messdaten moduliert und über einen Lichtwellenleiter (12) der Zentraleinheit (10) zuführt.
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