-
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Abstandswerts, beispielsweise an einem Rotorblatt einer Wind- oder einer Gezeitenkraftanlage oder an einem Turm einer Windkraftanlage.
-
In vielen Bereichen der Technik werden als Bauteil Hohlkörper aus unterschiedlichen Beweggründen eingesetzt. So weisen diese beispielsweise im Vergleich zu einer Ausgestaltung aus Vollmaterial eine geringere Masse und damit ein geringeres Gewicht auf. Ebenso können sie es ermöglichen, Komponenten, beispielsweise Kabel, Sensoren, Aktoren oder andere Komponenten, in ihrem Inneren anzuordnen und so platzsparend und von Umgebungseinflüssen geschützt unterzubringen.
-
Hohlkörper werden hierbei in nahezu allen Bereichen des Maschinen- und Anlagenbaus herangezogen. Sie werden sowohl für kleinere und größere Maschinen und Anlagen, bis hin zu Bauwerken eingesetzt.
-
Ein Beispiel stellen so Windkraftanlagen dar, die typischerweise eine auf einem Turm angeordnete Gondel aufweisen, die wiederum einen Rotor umfasst, wobei der Rotor wenigstens ein, häufig mehrere Rotorblätter aufnimmt. Bei modernen Windkraftanlagen werden häufig drei Rotorblätter verwendet.
-
Sowohl der Turm als auch die Rotorblätter stellen Anlagenteile mit einer Länge entlang einer Erstreckungsrichtung der betreffenden Anlagenteile von mehreren zehn Metern dar. Diese sind während des Betriebs einer Vielzahl von Kräften ausgesetzt, zu denen beispielsweise die Schwerkraft und Fliehkräfte, aber ebenso umweltbedingte Kräfte zählen, wie beispielsweise auf sie einwirkende Luftströmungen, Böen und Stürme.
-
Eine Überwachung einer Windkraftanlage im Hinblick auf die auftretenden Kräfte ist aus verschiedenen Gründen ratsam. So kann beispielsweise durch eine Überwachung der auf die betreffende Windkraftanlage oder ihre Komponenten einwirkenden Kräfte eine Gefahr für die Anlage selbst, beispielsweise in Form von Überbelastungen durch Böen und andere Stürme, ebenso detektiert werden, wie beispielsweise auch eine Ausrichtung der Windkraftanlage zu den herrschenden Winden, um einen möglichst hohen Effizienzgrad zu erzielen.
-
So wird beispielsweise bei heutigen Windkraftanlagen eine Ausrichtung der Gondel, die drehbar zu dem Turm gelagert ist, zu den herrschenden Windströmungen beispielsweise mit Hilfe verschiedener Sensoren durchgeführt, die auf der Gondel angebracht sind. Dort befinden sie sich jedoch im Windschatten der Rotoren, weshalb die Rotoren einen Einfluss auf die Messergebnisse dieser Sensoren haben. Zu diesen Sensoren gehören beispielsweise Anemometer und/oder Wetterfahnen. Die Rotoren erzeugen beispielsweise Verwirbelungen und andere Turbulenzen, sodass die von den auf der Gondel angeordneten Sensoren erfassten Messwerte häufig nicht den realen Bedingungen entsprechen.
-
Auch sind diese Sensoren häufig nur bedingt geeignet, um beispielsweise einen Anstellwinkel der Rotorblätter (engl.: Pitch Angle) einzustellen. Eine Steuerung des Anstellwinkels ist nicht nur zur Kontrolle der Ausgangsleistung der betreffenden Windkraftanlage möglich, sondern ermöglicht auch eine Zwangsabschaltung der Windkraftanlage, falls die auf die Windkraftanlage einwirkenden Kräfte durch Böen oder Stürme gewisse Schwellenwerte übersteigen, sodass mit einer Beschädigung der Windkraftanlage zu rechnen ist. Zu diesem Zweck können dann die Rotorblätter beispielsweise um einen bestimmten Winkel, typischerweise 90°, gedreht werden, sodass diese dem Wind eine geringere Angriffsfläche bieten.
-
Rotorblätter weisen so beispielsweise eine komplexe Geometrie auf, deren Design dahin gehend optimiert werden soll, dass einerseits ein Luftwiderstand möglichst gering ist, andererseits jedoch eine Umsetzung der kinetischen Energie der Luftströmung in Rotationsbewegung möglichst effizient stattfinden kann. Gleichzeitig wird versucht, die Rotorblätter möglichst leicht und trotzdem verwindungsarm auszuführen.
-
Aufgrund dieser zum Teil erheblich voneinander abweichenden Zielsetzungen treten sowohl im Bereich der Rotorblätter, aber auch im Bereich des Turms aufgrund der herrschenden Umweltbedingungen häufig Verwindungen und andere mechanische Belastungen auf. Aufgrund der zuvor beschriebenen Problematik der auf den Gondeln angebrachten Sensoren kommt es darüber hinaus zu dem Effekt, dass die Gondel bezogen auf die herrschende Windrichtung eine Fehlstellung von häufig mehreren Grad aufweist, was sich auf den Wirkungsgrad der Windkraftanlage, aber auch auf die Belastungen negativ auswirken kann.
-
Es besteht daher ein Bedarf, bei einem Rotorblatt, aber auch bei einem Turm einer Windkraftanlage, einem Rotorblatt einer Gezeitenkraftanlage sowie bei anderen Hohlkörpern und anderen Bauteilen, eine Verwindung oder eine Verformung des betreffenden Bauteils, also eine Bewegung eines ersten Punkts zu einem zweiten Punkt, die beispielsweise in einem Inneren des Hohlkörpers angeordnet sein können, zu erfassen. Durch einen Ersatz der konventionell auf den Kuppeln von Windkraftanlagen eingesetzten Sensoren und einer direkten Messung bzw. Erfassung der Verformung des Turms bzw. der Rotorblätter können so gegebenenfalls sowohl Beschädigungen vermieden werden, als auch eine Effizienz der Windkraftanlage gesteigert werden. Hierbei sollte die Erfassung der Deformation bzw. Verwindung möglichst zuverlässig und einfach erfolgen.
-
Konventionell wird hier der Einsatz von Laser-Abstandsmessverfahren erörtert. Zu diesem Zweck wird häufig das betreffende Rotorblatt von außerhalb der Windkraftanlage vermessen. Die Messgenauigkeit von Laser-Abstandsmessverfahren ist jedoch häufig gerade für kleinere, durch Verwindungen hervorgerufene Änderungen eines Abstandswertes nicht angemessen. Um eine Blattverformung entlang zweier linear unabhängiger Verformungsrichtungen zu detektieren, würde der Einsatz eines Laser-Abstandsmessverfahrens zweier unterschiedliche Messsysteme voraussetzen.
-
Es besteht daher an dieser Stelle ein Bedarf, eine Vorrichtung zum Erfassen eines Abstandswertes zu schaffen, die eine effizientere Erfassung eines oder mehrerer Abstandswerte entlang linear unabhängiger Richtungen ermöglicht.
-
Diesen Bedarf trägt eine Vorrichtung zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt gemäß Patentanspruch 1 oder ein Verfahren zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt gemäß Patentanspruch 10 Rechnung.
-
Eine Vorrichtung zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt, wobei der erste Punkt und der zweite Punkt an einem Bauteil angeordnet sind und senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Bauteils um den Abstandswert voneinander beabstandet sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst einen Träger, der mit dem ersten Punkt mechanisch fest verbunden ist, ein Übertragungsbauteil, das mit dem zweiten Punkt mechanisch fest verbunden und mit dem Träger derart mechanisch gekoppelt ist, dass das Übertragungsbauteil bei einer Bewegung des zweiten Punkts gegenüber dem ersten Punkt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung eine Kraft auf den Träger ausübt, und einen verformungssensitiven Sensor, der mit dem Träger mechanisch verbunden ist, wobei der Träger ausgebildet ist, um auf die von dem Übertragungsbauteil ausgeübte Kraft mit einer Verformung zu reagieren, und wobei der verformungssensitive Sensor ausgebildet ist, um die Verformung des Trägers zu erfassen.
-
Ein Verfahren zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt, wobei der erste Punkt und der zweite Punkt an einem Bauteil angeordnet sind und senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Bauteils um den Abstandswert voneinander beabstandet sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Bereitstellen eines Trägers, der mit dem ersten Punkt mechanisch fest verbunden ist, ein Ausüben einer Kraft auf den Träger bei einer Bewegung des zweiten Punkts gegenüber dem ersten Punkt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung, sodass der Träger auf die ausgeübte Kraft mit einer Verformung reagiert, und ein Erfassen der Verformung des Trägers.
-
Einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt liegt so die Erkenntnis zugrunde, dass dadurch, dass der Träger mit dem ersten Punkt mechanisch fest verbunden ist und das Übertragungsbauteil mit dem zweiten Punkt mechanisch fest verbunden ist, diese beiden jedoch miteinander verbunden sind, eine Bewegung des zweiten Punktes gegenüber dem ersten Punkt über das Übertragungsbauteil auf den Träger übertragen wird, woraufhin dieser mit einer Verformung reagiert. Diese Verformung kann mit Hilfe des verformungssensitiven Sensors erfasst werden. Aufgrund der mechanischen Kopplung des Übertragungsbauteils mit dem Träger reagiert so der Träger gegebenenfalls nicht nur mit einer Verformung entlang einer Richtung auf die Bewegung des Übertragungsbauteils, sondern auch durch eine Verformung entlang einer zweiten, von der ersten Richtung linear unabhängigen Richtung, wenn der zweite Punkt sich entsprechend entlang der zweiten Richtung gegenüber dem ersten Punkt bewegt.
-
Bei einem Bauteil kann es sich im Zusammenhang mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel beispielsweise um einen Hohlkörper handeln, also beispielsweise um ein Rotorblatt oder einen Turm einer Windkraftanlage. Ebenso kann es sich bei dem Bauteil oder dem Hohlbauteil um ein Rotorblatt einer Gezeitenkraftanlage handeln. Es kann sich jedoch auch um ein Vollmaterialbauteil handeln.
-
Bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der erste Punkt und der zweite Punkt entlang der Erstreckungsrichtung voneinander beabstandet sein. In diesem Fall kann sich der Träger im Wesentlichen entlang der Erstreckungsrichtung des Bauteils erstrecken. In einem solchen Fall kann der Träger und das Übertragungsbauteil derart ausgebildet sein, dass bei einer Bewegung des zweiten Punkts im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung eine Verformung des Trägers eine Verformung des Übertragungsbauteils um mehr als einen vorbestimmten Faktor übersteigt, wobei der vorbestimmte Faktor beispielsweise wenigstens 1, wenigstens 2, wenigstens 5, wenigstens 10, wenigstens 50, wenigstens 100 oder wenigstens 1000 betragen kann. Hierdurch kann die Bewegung des zweiten Punkts bezogen auf den ersten Punkt im Wesentlichen, zumindest jedoch zu einem nicht unerheblichen Anteil, auf den Träger übertragen werden, sodass zumindest dieser Anteil von dem mit dem Träger mechanisch verbundenen verformungssensitiven Sensor erfasst bzw. detektiert werden kann.
-
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass durch eine geeignete Wahl der Geometrie und/oder der Materialwahl des Übertragungsbauteils und des Trägers eine Federkonstante dieser Bauteile bezüglich einer (Verformungs-)Richtung die zuvor genannten Verhältnisse zueinander aufweisen. Die Federkonstante des Übertragungsbauteils kann hierbei beispielsweise von einem Abstand des ersten Punkts zu dem Punkt der mechanischen Kopplung des Übertragungsbauteils und des Trägers im Falle des Trägers und im Falle des Übertragungsbauteils von einem Abstand des zuvor genannten Kopplungspunkts zu dem zweiten Punkt abhängen.
-
So kann bei einem Ausführungsbeispiel der Träger und/oder das Übertragungsbauteil beispielsweise einen Stahl, etwa einen Edelstahl, Titan, einen kohlefaser- oder einen glasfaserverstärkten Kunststoff oder ein anderes Material umfassen.
-
Eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ferner eine Auswertungsschaltung umfassen, die mit dem verformungssensitiven Sensor gekoppelt und derart ausgebildet ist, dass ein von dem verformungssensitiven Sensor bereitgestelltes Sensorsignal, das eine Information bezüglich der Verformung des Trägers umfasst, von dieser empfangen und ein Auswertungssignal auf Basis des erfassten Sensorsignals bereitgestellt werden kann, das eine Information bezüglich des Abstandswertes umfasst. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Weiterverarbeitung oder Nutzung des von der Vorrichtung gelieferten Signals vereinfacht werden, da das Auswertungssignal im Vergleich zu dem Sensorsignal beispielsweise hinsichtlich seiner Signalstärke, seiner Signalimpedanz, seines Wertebereichs oder anderer Parameter angepasst werden kann. Ebenso können gegebenenfalls Nichtlinearitäten und andere Defekte korrigiert werden. Zu diesem Zweck kann die Auswertungsschaltung beispielsweise einen Speicher umfassen, in dem Kennlinienfelder und/oder Parameter oder Koeffizienten hinterlegt sind, die zur Korrektur bzw. Signalanpassung im Rahmen mathematischer Verfahren und Gleichungen eingesetzt werden können.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung kann das Übertragungsbauteil mit dem Träger in einem verformungsfreien Zustand im Wesentlichen einen rechten Winkel einschließen. Hierdurch kann das Übertragungsbauteil beispielsweise entlang einer erwarteten Verformungsrichtung ausgerichtet werden, sodass eine Verformung des Übertragungsbauteils im Vergleich zu der Verformung des Trägers weiter reduziert werden kann.
-
Bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Übertragungsbauteil ein Gelenk mit einem Gehäuse und einem um wenigstens zwei Achsen schwenkbares Bauteil aufweisen. Hierdurch kann es möglich sein, Verformungen und/oder Verspannungen im Falle einer Bewegung des zweiten Punkts zu dem ersten Punkt in dem Übertragungsbauteil zu reduzieren. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das schwenkbare Bauteil gegebenenfalls auch um drei linear unabhängige Achsen schwenkbar sein.
-
So kann bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel das Gelenk ein Kugelgelenk sein und das schwenkbare Bauteil ein wenigstens abschnittsweise kugelförmiges Bauteil umfassen. Hierdurch können nicht nur gegebenenfalls auftretende Verformungen des Übertragungsbauteils entlang zweier linear unabhängiger Verformungsrichtungen abgefangen werden, es kann ferner gegebenenfalls auch eine Montage vereinfacht werden, da ein Kugelgelenk häufig ein Gelenk darstellt, welches ein Verschwenken um drei linear unabhängige Achsen ermöglichen kann.
-
Unabhängig von der genauen Ausgestaltung des Gelenks kann bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel das Gehäuse eine selbstschmierende Gleitschale umfassen. Hierdurch kann eine gegebenenfalls bei einem mechanischen System auftretende Neigung zum Ruckgleiten (engl.: Stick-Slip) gegebenenfalls reduziert werden. So kann bei einem solchen Ausführungsbeispiel das Gehäuse und/oder die Gleitschale aus einem Kunststoff, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) gefertigt sein oder den Kunststoff umfassen. Im Falle eines Kugelgelenks kann die Gleitschale beispielsweise eine wenigstens abschnittsweise kugelförmige Gleitfläche aufweisen.
-
Unabhängig von der genauen Ausgestaltung eines solchen Gelenks kann bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel das Gehäuse mit dem zweiten Punkt mechanisch gekoppelt und das schwenkbare Bauteil mit dem Träger verbunden sein. Ebenso kann zur Erleichterung der Montage das Gehäuse mehrteilig, beispielsweise zweiteilig ausgeführt sein.
-
Unabhängig von der genauen Ausprägung eines solchen Gelenks kann bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel das Übertragungsbauteil ein Montagebauteil umfassen, das mit dem Gehäuse des Übertragungsbauteils mechanisch verbunden ist. Durch das Vorsehen eines solchen Montagebauteils kann es möglich sein, die Vorrichtung genauer an die geometrischen Gegebenheiten des Bauteils anzupassen. Auch kann gegebenenfalls eine Montage und/oder eine Wartbarkeit der Vorrichtung dadurch verbessert werden, dass das Montagebauteil mit dem Bauteil verbunden bleiben kann, während das Gehäuse des Gelenks bei Bedarf getauscht werden kann.
-
Bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel können das Übertragungsbauteil und das Montagebauteil derart verbindbar sein, dass eine Gesamthöhe von Montagebauteil und Gehäuse anpassbar ist. Hierdurch kann es möglich sein, die Vorrichtung genauer an die geometrischen Verhältnisse des Bauteils anzupassen, indem beispielsweise das Montagebauteil bzw. das Übertragungsbauteil an unterschiedlichen Punkten an dem Bauteil anbringbar ist. Hierdurch kann gegebenenfalls eine identische Vorrichtung im Zusammenhang mit unterschiedlichen Bauteilen verwendet werden.
-
Zu diesem Zweck können das Gehäuse und das Montagebauteil beispielsweise über ein Gewinde miteinander mechanisch verbindbar sein, welches durch eine Konterung während der Montage hinsichtlich der Gesamthöhe einstellbar ist.
-
Bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Übertragungsbauteil ein Verbindungsbauteil umfassen, das mit dem Träger mechanisch derart verbunden ist, dass nur lineare Bewegungen entlang des Trägers ausgleichbar sind. Hierdurch kann es möglich sein, Verformungen zu reduzieren, gegebenenfalls sogar zu vermeiden, die auftreten, wenn beispielsweise der Träger oder das Bauteil sich entlang der Erstreckungsrichtung aufgrund thermischer oder anderer Effekte in ihrer Ausdehnung ändern. Hierdurch kann eine Messgenauigkeit des verformungssensitiven Sensors gegebenenfalls gesteigert werden.
-
Bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zwischen dem Träger und dem Verbindungsbauteil ein Dichtelement oder ein Abstreifer angeordnet sein, der derart ausgebildet ist, um ein Eindringen von Verunreinigungen in den Träger bzw. in das Verbindungsbauteil zu unterbinden. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Tendenz zu einem Festfressen oder einer anderen mechanischen Beeinträchtigung der linearen Verschiebbarkeit der beiden Komponenten zueinander reduziert werden. Hierdurch kann gegebenenfalls über einen längeren Zeitraum eine höhere Messgenauigkeit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel ermöglicht werden.
-
Bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann so der Träger beispielsweise als Hohlprofil ausgestaltet sein. Das Hohlprofil des Trägers kann sich hierbei entlang der Erstreckungsrichtung beispielsweise verändern. So kann das Hohlprofil beispielsweise im Bereich des verformungssensitiven Sensors eckig oder polygonal ausgeführt sein, um ein Anbringen des verformungssensitiven Sensors auf dem Träger zu erleichtern, während das Hohlprofil im Bereich des Verbindungsbauteils rund bzw. rotationssymmetrisch ausgestaltet ist, um ein Verdrehen des Verbindungsbauteils zu dem Träger zu ermöglichen. Darüber hinaus kann auch eine Materialdicke des Trägers entlang der Erstreckungsrichtung variiert werden, um beispielsweise im Bereich des verformungssensitiven Sensors eine Verformung des Trägers zu erhöhen. So kann beispielsweise das Hohlprofil des Trägers im Bereich des verformungssensitiven Sensors eine geringere Materialstärke als in einem anderen Bereich aufweisen. So kann im Bereich des verformungssensitiven Sensors das Hohlprofil eine Materialstärke aufweisen, die um einen Materialstärkefaktor geringer ist als in dem anderen Bereich, wobei der Materialstärkefaktor beispielsweise wenigstens 1,5, wenigstens zwei, wenigstens 2,5 oder wenigstens drei betragen kann.
-
Bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der verformungssensitive Sensor zwei, eine entlang einer Verformungsrichtung gegenüberliegenden Positionen an den Träger verbundene oder gekoppelte Sensorelemente umfassen. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Messgenauigkeit durch den Einsatz mehrerer entsprechend verschalteter und/oder ausgewerteter Sensorelemente verbessert werden.
-
Eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ferner einen weiteren verformungssensitiven Sensor umfassen, der mit dem Träger mechanisch verbunden ist, wobei der weitere verformungssensitive Sensor derart ausgebildet und angeordnet ist, dass dieser eine Verformung entlang einer weiteren Verformungsrichtung erfassbar macht, die von einer Verformungsrichtung, die der verformungssensitive Sensor erfassbar macht, verschieden ist. Hierdurch ist es möglich, mit Hilfe nur eines Trägers und nur einem Übertragungsbauteil, aber durch den Einsatz wenigstens zweier verformungssensitiver Sensoren, nämlich dem verformungssensitiven Sensor und dem weiteren verformungssensitiven Sensor, zwei linear unabhängige Verformungsrichtungen zu erfassen.
-
Zu diesem Zweck kann bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der weitere verformungssensitive Sensor gegenüber dem verformungssensitiven Sensor bezogen auf die Erstreckungsrichtung des Bauteils um einen Winkel, beispielsweise 30°, beispielsweise 60° oder beispielsweise 90°, versetzt an dem Träger angeordnet sein. Ist beispielsweise der Träger im Bereich des verformungssensitiven Sensors als eckiges bzw. polygonales Hohlprofil ausgestaltet, können hierdurch eine leichtere Herstellung der Vorrichtung und gegebenenfalls eine einfachere Kalibrierung der Vorrichtung erfolgen.
-
Ein Ausführungsbeispiel eines Rotorblatts einer Windkraftanlage umfasst eine Aufnahme zur Montage an einem Rotor der Windkraftanlage sowie eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie sie zuvor beschrieben wurde. Das Rotorblatt ist hierbei das Bauteil, wobei der erste und der zweite Punkt an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Rotorblatts liegen. Der erste Punkt ist hierbei näher als der zweite Punkt an der Aufnahme zur Montage an dem Rotor angeordnet. Ebenso umfasst ein Ausführungsbeispiel einen Turm einer Windkraftanlage, bei dem der Turm das Bauteil ist und der erste und der zweite Punkt an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Turms liegen, oder einen Rotorflügel einer Gezeitenkraftanlage, der dem der Windkraftanlage ähnlich ausgeführt sein kann.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erfassen eines Abstandswerts eines ersten Punkts von einem zweiten Wert kann das Bauteil ein Rotorblatt einer Windkraftanlage sein. Ebenso können der erste und der zweite Punkt an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Rotorblatts angeordnet sein. Der Abstandswert kann hierbei einen Rückschluss auf eine Durchbiegung oder eine Verformung des Rotorblatts ermöglichen. So kann gegebenenfalls eine Differenz des erfassten Abstandswertes zu einem Nominalwert die Verformung des Rotorblatts oder eines anderen Bauteils charakterisieren. Entsprechend kann bei einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erfassen eines Abstandswerts eines ersten Punkts und eines zweiten Punkts das Bauteil ebenfalls ein Turm einer Windkraftanlage sein, wobei der erste und der zweite Punkt an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Turms angeordnet sind. Ein Ausführungsbeispiel umfasst daher auch ein Rotorblatt einer Windkraftanlage, welches eine Aufnahme zur Montage an einem Rotor der Windkraftanlage und eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst, wobei das Rotorblatt das Bauteil ist, wobei der erste und der zweite Punkt an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Rotorblatts liegen, und wobei der erste Punkt näher als der zweite Punkt an der Aufnahme zur Montage an dem Rotor angeordnet ist.
-
Bei anderen Ausführungsformen kann ein Hohlbauteil im Sinne der vorliegenden Beschreibung ein solches Bauteil einer Windkraftanlage oder einer anderen Anlage sein, welches im Inneren hohl und zugleich im Wesentlichen entlang der Erstreckungsrichtung lang gestreckt und geradlinig verlaufend ist. Wie diese Definition zeigt, zählen zu entsprechenden Hohlbauteilen bzw. Hohlkörpern insbesondere die Rotorblätter und der Turm sowie entsprechende Abschnitte dieser Bauteile.
-
Eine kraftschlüssige Verbindung kommt durch Haftreibung, eine stoffschlüssige Verbindung durch molekulare oder atomare Wechselwirkungen und Kräfte und eine formschlüssige Verbindung durch geometrische Verbindung der betreffenden Verbindungspartner zustande.
-
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben und erläutert.
-
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rotorblatts zur Illustration möglicher Blattverformungen; und
-
2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden zusammenfassende Bezugszeichen für Objekte, Strukturen und andere Komponenten verwendet werden, wenn die betreffende Komponente an sich oder mehrerer entsprechende Komponenten innerhalb eines Ausführungsbeispiels oder innerhalb mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben werden. Passagen der Beschreibung, die sich auf eine Komponente beziehen, sind daher auch auf andere Komponenten in anderen Ausführungsbeispielen übertragbar, soweit dies nicht explizit ausgeschlossen ist oder sich dies aus dem Zusammenhang ergibt. Werden einzelne Komponenten bezeichnet, werden individuelle Bezugszeichen verwendet, die auf den entsprechenden zusammenfassenden Bezugszeichen basieren. Bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen bezeichnen daher gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
-
Komponenten, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen auftreten, können hierbei bezüglich einiger ihrer technischen Parameter identisch und/oder unterschiedlich ausgeführt oder implementiert werden. Es ist so beispielsweise möglich, dass mehrere Komponenten innerhalb eines Ausführungsbeispiels bezüglich eines Parameters identisch, bezüglich eines anderen Parameters jedoch unterschiedlich ausgeführt sein können.
-
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines Rotorblatts 100 einer Windkraftanlage. Das Rotorblatt 100 weist an einem einem Rotor der Windkraftanlage zugewandten proximalen Ende 110 eine Aufnahme 120 zur Montage des Rotorblatts 100 an dem Rotor der Windkraftanlage auf. Die Aufnahme 120 weist eine im Wesentlichen senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung 130 des Rotorblatts 100 ausgerichtete Montagefläche 140 mit einer Mehrzahl von Bohrungen 150 zur Verschraubung mit dem Rotor auf. Alternativ oder ergänzend können auch Bolzen oder Stehbolzen verwendet werden, die einlaminiert oder geklebt werden können. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Schädigung einer Laminarstruktur des Rotorblatts 100 vermieden werden.
-
Das Rotorblatt 100, das auch einfach als „Blatt“ bezeichnet wird, stellt ein Beispiel eines Bauteils 160 dar, im Rahmen dessen Ausführungsbeispiele zum Einsatz kommen können. Weitere Bauteile 160 umfassen beispielsweise einen Turm einer Windkraftanlage, einen Rotorflügel eines Gezeitenkraftwerks, einen Rumpf eines Flugzeugs, eines Schiffs oder eines Unterseeboots oder auch einen anderen Hohlkörper.
-
1 deutet über mehrere strichpunktierte Konturlinien ein Profil des Rotorblatts 100 schematisch an. So weist das Rotorblatt 100 einen Kantenbereich 170 und einen Flächenbereich 180 auf. Das Rotorblatt 100 ist hierbei nach Montage an dem Rotor (nicht gezeigt in 1) im Wesentlichen um die Erstreckungsrichtung 130 des Rotorblatts 100 bzw. des Bauteils 160 hinsichtlich des Anstellwinkels rotier- oder verschwenkbar. Hierdurch kann der Kantenbereich 170 und der Flächenbereich 180 in einem weiten Bereich an die herrschenden Windbedingungen angepasst und entsprechend an die herrschende Strömung ausgerichtet werden.
-
Wie eingangs bereits beschrieben wurde, wirken hierbei nicht unerhebliche Kräfte auf das Rotorblatt 100 ein. Diese können zu einer Blattverformung 190 führen, wie sie in 1 durch zwei gebogene Pfeile dargestellt sind. Hierbei wird eine Blattverformung 190-1, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Flächenbereich 180 verläuft, als flächenartig (engl.: flapwise), eine Blattverformung 190-2, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Kantenbereich 170 verläuft, als kantenartig (engl.: edgewise) bezeichnet.
-
Wie nachfolgend im Zusammenhang mit 2 noch näher erläutert wird, kann einerseits zur Bestimmung der an dem Rotorblatt 100 auftretenden Rotorblattlasten, aber auch zur Ausrichtung der Windkraftanlage an die herrschenden Windströmungen, eine Online-Erfassung der Rotorblattlasten an einer Windkraftanlage ratsam sein. Diese können zur aktiven Anlagensteuerung herangezogen werden, indem beispielsweise der Anstellwinkel des Rotorblatts 100 oder aber auch die Ausrichtung der Gondel auf dem Turm angepasst wird. Hierdurch ist eine bessere Windfeldnachführung der Windkraftanlage als auch eine bessere Blattlastenbegrenzung bei Turbulenzen möglich. Darüber hinaus können die tatsächlichen Rotorlasten aus den gemessenen Blattlasten ermittelt werden.
-
2 zeigt eine schematisch vereinfachte Querschnittsdarstellung durch eine Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts 210 von einem zweiten Punkt 220. Der erste Punkt 210 und der zweite Punkt 220 sind hierbei an einer Innenfläche eines Bauteils 160 angeordnet, bei dem es sich um Rotorblatt 100 handelt. Der erste Punkt 210 und der zweite Punkt 220 sind hierbei senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130 um den Abstandswert voneinander beabstandet. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 200 auch an einer Außenfläche des Bauteils 160 angeordnet sein, sodass dort auch der erste und/oder der zweite Punkt 210, 220 liegen bzw. angeordnet sind.
-
Die Vorrichtung 200 umfasst ferner einen Träger 230, der mit dem ersten Punkt 210 mechanisch fest verbunden ist. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung 200 ein Befestigungsbauteil 240 auf, das über eine Verklebung 250 mit dem Bauteil 160 bzw. dem Rotorblatt 100 stoffschlüssig verbunden ist. Der Träger 230 ist hierbei über eine Verschraubung 260 mit dem Befestigungsbauteil 240 verbunden. Zu diesem Zweck weist das Befestigungsbauteil 240 entsprechende Gewindelöcher und gegebenenfalls fluchtende Öffnungen auf, über die die Schrauben der Verschraubung 260 angezogen werden können. Entsprechend weist auch der Träger 230 entsprechende Öffnungen auf, über die dieser mit dem Befestigungsbauteil 240 verschraubbar ist. Über die Verschraubung 260 ist so der Träger 230 an dem Befestigungsbauteil 240 und damit an dem Bauteil 160 bzw. dem Rotorblatt 100 fest eingespannt.
-
Selbstverständlich können bei anderen Ausführungsbeispielen auch andere Techniken zur mechanischen Verbindung des Trägers 230 mit dem Befestigungsbauteil 240 verwendet werden. Ebenso kann gegebenenfalls das Befestigungsbauteil 240 mit Hilfe einer anderen Befestigungstechnik mit dem Rotorblatt 100 bzw. dem Bauteil 160 verbunden werden. So kann beispielsweise das Befestigungsbauteil 240 ebenso mit dem Bauteil 160 verschraubt werden. Darüber hinaus kann bei Ausführungsbeispielen gegebenenfalls das Befestigungsbauteil 240 vollständig entfernt und der Träger 230 unmittelbar mit dem Bauteil 160 bzw. dem Rotorblatt 100 verbunden werden.
-
Der Einsatz eines Befestigungsbauteils 240 und der Verklebung 250 ermöglichen es jedoch, auf vergleichsweise leichte Art und Weise den Träger 230 in dem Rotorblatt 100 zu montieren. So ist ein Rotorblatt häufig aus einem laminierten Material gefertigt, das glasfaser- oder kohlefaserverstärkte Kunststoffe umfasst. In diese kann das Einbringen von Gewindebohrungen problematisch sein, weshalb eine Verklebung 250 des Befestigungsbauteils 240 mit dem Rotorblatt 100 eine zu Wartungszwecken interessante Möglichkeit darstellt.
-
Zur Erleichterung der Orientierung des Trägers 230 und zur Erleichterung der Befestigung des Trägers 230 an dem Befestigungsbauteil 240 kann dieser im Bereich des Befestigungsbauteils 240 beispielsweise als Hohlprofil mit einem eckigen oder polygonalen Querschnitt ausgeführt sein. So kann der Träger 230 in diesem Bereich beispielsweise quadratisch oder rechteckig ausgeführt sein.
-
Der Träger 230 erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen entlang der Erstreckungsrichtung 130 des Bauteils 160.
-
Die Vorrichtung 200 umfasst ferner ein Übertragungsbauteil 270, das mit dem zweiten Punkt 220 mechanisch fest verbunden ist. Das Übertragungsbauteil 270 ist ferner mit dem Träger 230 derart mechanisch gekoppelt, sodass das Übertragungsbauteil 270 bei einer Bewegung des zweiten Punkts 220 gegenüber dem ersten Punkt 210 senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130 eine Kraft auf den Träger 230 ausübt. Zu diesem Zweck weist das Übertragungsbauteil 270 ein Gelenk 280 mit einem Gehäuse 290 und einen um wenigstens zwei Achsen schwenkbares Bauteil 300 auf. Das Gelenk 280 ist hierbei genauer gesagt als Kugelgelenk ausgeführt, wobei das schwenkbare Bauteil 300 wenigstens abschnittsweise kugelförmig ausgestaltet ist. Zur Erleichterung der Montage des Gelenks 280 ist dieses häufig mehrteilig, also beispielsweise zweiteilig ausgeführt, um eine leichtere Montage des schwenkbaren Bauteils 300 zu ermöglichen.
-
Das Gehäuse 290 umfasst hierbei eine selbstschmierende Gleitschale 310, die so ausgelegt ist, dass eine Neigung des schwenkbaren Bauteils 300 zur Haftreibung reduziert ist. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Neigung zum Ruckgleiten (engl.: Stick-Slip) bei einer Verschwenkung des schwenkbaren Bauteils 300 reduziert werden.
-
Die Gleitschale 310 kann hierbei beispielsweise aus einem Kunststoff, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), gefertigt sein. So weist Polytetrafluorethylen beispielsweise identische Haft- und Gleitreibungskoeffizienten auf, sodass ein Einsetzen eines Ruckgleitens deutlich reduziert werden kann.
-
Das schwenkbare Bauteil 300 kann aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise einer Legierung, oder einem Stahl gefertigt sein. Grundsätzlich kann das schwenkbare Bauteil 300 jedoch auch aus einem Kunststoff gefertigt sein.
-
Die Gleitschale 310 weist aufgrund des zumindest abschnittsweise kugelförmig ausgestalteten schwenkbaren Bauteils 300 ebenfalls eine entsprechende, wenigstens abschnittsweise, kugelförmige Gleitfläche auf. Die Gleitschale 310 kann darüber hinaus, ähnlich wie das Gehäuse 290, zur besseren Montage und Wartbarkeit mehrteilig, also beispielsweise zweiteilig, ausgeführt sein. Das Gelenk 280 weist darüber hinaus zwei umlaufende Dichtelemente 320-1 und 320-2 auf, die die Gleitfläche der Gleitschale 310 und die entsprechende Gegenfläche des schwenkbaren Bauteils 300 vor einem Eintrag von Verunreinigungen schützen. Hierdurch kann gegebenenfalls die Einsatzdauer der Vorrichtung 200 bzw. die Wartungsdauer der Vorrichtung 200 verlängert werden. Gegebenenfalls können die Dichtelemente 320 auch überhaupt erst einen Einsatz einer Vorrichtung 200 in einem schmutzigeren Umfeld ermöglichen.
-
Das schwenkbare Bauteil 300 ist hierbei mit dem Träger 230 über ein Verbindungsbauteil 330 mechanisch verbunden, während das Gehäuse 290 (mittelbar) mit dem zweiten Punkt 220 mechanisch gekoppelt ist. So weist das Übertragungsbauteil 270 ein Montagebauteil 340 auf, das mit dem Gehäuse 290 des Übertragungsbauteils 270 mechanisch verbunden ist. Die Verbindung dieser beiden Komponenten ist hierbei über ein Gewinde 350 ausgestaltet, sodass das Montagebauteil 340 und das Gehäuse 290 des Gelenks 280 so verbindbar sind, dass eine Gesamthöhe von Montagebauteil 340 und Gehäuse 290 anpassbar sind. Hierdurch kann das Übertragungsbauteil 270 an unterschiedliche Abstände senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130 in einem unverspannten Zustand des Bauteils 160 angepasst werden. Die Gesamthöhe von Montagebauteil 340 und Gehäuse 290 kann hierbei über eine Konterung fixiert werden. Selbstverständlich können bei anderen Ausführungsbeispielen auch andere Varianten der Einstellbarkeit der Gesamthöhe von Montagebauteil 340 und Gehäuse 290 implementiert werden. Zu diesen zählen beispielsweise kraftschlüssige Verbindungen, also beispielsweise Verklemmungen. Ebenso kann eine stoffschlüssige Verbindung geschaffen werden, also beispielsweise eine Verklebung oder eine Verschweißung. Diese Verbindungstechniken können auch ergänzend oder alternativ zur Konterung des Gewindes 350 herangezogen werden.
-
Das Montagebauteil 340 kann hierbei auf unterschiedliche Art und Weise mit dem Bauteil 160 bzw. dem Rotorblatt 100 verbunden werden. So kann, wie in 2 auch dargestellt ist, das Montagebauteil 340 beispielsweise über eine Verklebung 360 mit dem Rotorblatt 100 im Bereich des zweiten Punkts 220 verbunden sein. Alternativ oder ergänzend kann das Montagebauteil 340 auch unmittelbar mit dem Bauteil 160 über eine Verschraubung 370 mechanisch verbunden sein. Eine Verschraubung 370, wie sie in 2 angedeutet ist, kann jedoch gerade bei Rotorblättern 100 aufgrund der zuvor beschriebenen Problematik gegebenenfalls weniger interessant sein.
-
Das Verbindungsbauteil 330, das das schwenkbare Bauteil 300 mit dem Träger 230 mechanisch verbindet, ist hierbei derart ausgestaltet, dass das Verbindungsbauteil 330 nur lineare Bewegungen entlang des Trägers ausgleichbar macht. Anders ausgedrückt ist das Verbindungsbauteil 330 derart mit dem Träger 230 verbunden, dass nur lineare Bewegungen entlang des Trägers 230 ausgleichbar sind. Der Verbindungsteil 330 ist daher linear verschiebbar in dem Träger 230 geführt.
-
Um ein Eindringen von Verunreinigungen in dem Bereich zwischen Träger 230 und Verbindungsteil 330 zu unterbinden, zumindest jedoch zu minimieren, ist zwischen dem Träger 230 und dem Verbindungsteil 330 ein Dichtelement 380 bzw. ein Abstreifer implementiert und vorgesehen, der bei einem Auftreten einer linearen Bewegung zwischen Verbindungsteil 330 und Träger 230 an dem Verbindungsteil 330 anhaftende Verunreinigungen, also beispielsweise feste oder flüssige Partikel, abstreift. Ein entsprechender Abstreifer oder ein entsprechendes Dichtelement 380 können so beispielsweise als Membran ausgeführt sein.
-
Um ein Eindringen des Verbindungsteils 330 in den Träger 230 zu ermöglichen, ist der Träger 230 als Hohlprofil ausgestaltet. Das Verbindungsteil 330 ist hierbei, um Rotationen um die Erstreckungsrichtung des Trägers 230 herum zu ermöglichen, häufig rotationssymmetrisch, also beispielsweise rund, ausgestaltet. Entsprechend kann auch der Träger 230 zumindest in diesem Bereich rund bzw. rotationssymmetrisch ausgestaltet sein. Im Unterschied hierzu kann der Träger 230, wie bereits zuvor erwähnt wurde, beispielsweise im Bereich des Befestigungsbauteils 240 eckig oder polygonal ausgeführt sein.
-
Die Vorrichtung 200 umfasst ferner einen verformungssensitiven Sensor 390, der mit dem Träger 230 mechanisch verbunden ist und ausgebildet ist, um eine Verformung des Trägers 230 zu erfassen. Der Träger 230 ist hierbei so ausgebildet, dass dieser auf eine von dem Übertragungsbauteil ausgeübte Kraft mit einer entsprechenden Verformung reagiert. Zu diesem Zweck kann das Hohlprofil des Trägers 230 beispielsweise im Bereich des verformungssensitiven Sensors 390 eine geringere Materialstärke aufweisen, als dies an einem anderen Punkt oder in einem anderen Bereich des Trägers 230 der Fall ist. So kann die Materialstärke des Hohlprofils des Trägers 230 im Bereich des verformungssensitiven Sensors 390 sich von der Materialstärke an dem entsprechenden anderen Punkt oder Bereich um einen Materialstärkefaktor unterscheiden, der wenigstens 1,5, wenigstens 2, wenigstens 2,5 oder wenigstens 3 beträgt und angibt, um wie viel das entsprechende Material im Bereich des verformungssensitiven Sensors 390 des Trägers 230 dünner ist.
-
So kann durch seine geometrische Ausgestaltung, die Materialwahl und andere Parameter der Träger 230 beispielsweise so ausgestaltet sein, dass auf eine Kraft entlang einer Richtung 400 hin der Träger 230 mit einer Verformung reagiert, die um einen vorbestimmten Faktor größer ist als eine entsprechenden Verformung des Übertragungsbauteils 270. Dieser vorbestimmte Faktor sollte wenigstens 1 betragen, kann jedoch insbesondere aufgrund der freien Ausgestaltung der betreffenden Komponenten deutlich größer sein. So kann bei anderen Ausführungsbeispielen der vorbestimmte Faktor auch Werte von mehr als 10, mehr als 100 oder mehr als 1000 aufweisen.
-
Aufgrund der geometrischen Ausgestaltung des Trägers 230 und der Tatsache, dass der verformungssensitive Sensor 390 auf diesem aufgebracht ist, wird der Träger 230 auch als Sensor-Träger-Profil bezeichnet. Da das Übertragungsbauteil die Bewegung entlang der Richtungen 400 des Rotorblatts 100 überträgt, wird dieses auch als „Blatt-Bewegungs-Übertrager“ bezeichnet.
-
Die in 2 eingezeichneten Richtungen 400-1 und 400-2 entsprechen den Bewegungsrichtungen des zweiten Punkts 220 zu dem ersten Punkt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130 des Bauteils 160 bzw. des Rotorblatts 100 sowie der entsprechenden mit dieser Bewegung verbundenen Kraftrichtungen. Anders ausgedrückt stimmen die in 2 dargestellten Richtungen 400-1 und 400-2 mit den Blattverformungsrichtungen 190-1 und 190-2 überein. Die Richtung 400-1 beschreibt so wiederum die blattweise Verformung, während die Richtung 400-2 die kantenweise Richtung bezeichnet.
-
Kommt es nun aufgrund eines äußeren Einflusses auf das Rotorblatt 100 oder einem anderen Grund zu einer Verformung des Hohlkörpers 160, sodass sich der zweite Punkt 220 zu dem ersten Punkt entlang einer der Richtungen 400 bewegt, wird über die durch das Gelenk 280 gebildete spielfreie Gelenk-Verbindung eine Kraft auf den Träger 230 ausgeübt, sodass dieser sich in der beschriebenen Art und Weise verformt. Diese Verformung kann über den oder die verformungssensitiven Sensor 390 detektiert werden.
-
Als entsprechende Biegespannungs-Sensoren können Dehnungsmessstreifen, piezoelektrische Sensoren oder auch optische Sensoren, etwa Faser-Bragg-Gitter verwendet werden. Bei den Dehnungsmessstreifen kommt es aufgrund der mechanischen Beanspruchung derselben zu einer Verlängerung und/oder einer Verjüngung von Widerstandsstreifen, die zu einer Erhöhung des entsprechenden elektrischen Widerstandswerts führen, der dann über eine entsprechende Auswertungsschaltung detektiert werden kann. Bei piezoelektrischen Sensoren kommt es aufgrund der mechanischen Beanspruchung zu der Ausbildung einer Spannung, die ebenfalls durch eine entsprechende Auswertungsschaltung detektierbar ist. Bei Faser-Bragg-Gittern ändert sich durch die Verformung des Trägers und damit durch die Verformung des verformungssensitiven Sensors 390 eine Gitterkonstante des entsprechenden Gitters, was durch eine (selektive) Frequenzverschiebung einer an dem Gitter gebrochenen bzw. reflektierten Strahlung detektierbar ist. Diese Messmethode basiert darauf, dass bei vorbestimmten Winkelverhältnissen ein breitbandiges Strahlungsspektrum in das Gitter eingestrahlt wird. Ebenso kann gegebenenfalls eine monochromatische Einstrahlung verwendet werden.
-
Um ein Sensorsignal des verformungssensitiven Sensors 390 zu verstärken, kann der verformungssensitive Sensor zwei, an entlang einer Verformungsrichtung, also beispielsweise der Richtung 400-1, einander gegenüberliegenden Positionen an dem Träger 230 Sensorelemente umfassen. So umfasst das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200 zwei Sensorelemente 410-1 und 410-2, die zusammen den verformungssensitiven Sensor 390 bilden. Die beiden Sensorelemente 410 können hierbei auf Basis ihrer Verschaltung oder auf Basis einer Auswertung bzw. Verarbeitung ihrer individuellen Sensorsignale im Rahmen der nicht in 2 gezeigten Auswertungsschaltung miteinander derart kombiniert werden, dass insgesamt eine größere Signalamplitude zur Verfügung steht, sodass hierdurch gegebenenfalls eine genauere Erfassung der Verformung möglich ist.
-
So kann eine Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel ferner eine nicht in 2 gezeigte Auswertungsschaltung umfassen, die mit dem verformungssensitiven Sensor 390 gekoppelt und ausgebildet ist, um ein von diesem bereitgestelltes Sensorsignal zu empfangen und ein Auswertungssignal auf Basis des erfassten Sensorsignals bereitzustellen. Das Sensorsignal des verformungssensitiven Sensors 390 umfasst hierbei eine Information bezüglich der Verformung des Trägers, während das von der Auswertungsschaltung bereitgestellte Auswertungssignal eine Information bezüglich des Abstandswertes umfasst. Eine solche Auswertungsschaltung kann beispielsweise eine analoge und/oder eine digitale Komponente umfassen. So kann die Signalverarbeitung beispielsweise analog, genauso gut jedoch digital erfolgen. Weist beispielsweise der verformungssensitive Sensor 390 eine stark nichtlineare Kennlinie auf, kann es gegebenenfalls ratsam sein, diese in ein entsprechendes linearisiertes Ausgangssignal umzusetzen, bei dem es sich dann beispielsweise um das Auswertungssignal handeln kann. Eine solche Umsetzung kann beispielsweise auf Basis einer mathematischen Beziehung oder auf Basis einer Kennlinie oder eines Kennlinienfeldes erfolgen. Je nachdem welche Technik eingesetzt wird, kann die Auswertungsschaltung so einen Speicher aufweisen, der die notwendigen Parameter, Koeffizienten, Kennlinien oder Kennlinienfelder umfasst.
-
Um bei einer Bewegung des Übertragungsbauteils 270 entlang einer der Richtungen 400, insbesondere entlang der Richtung 400-1, in die sich auch das Übertragungsbauteil mit seiner Gesamthöhe erstreckt, eine möglichst geringe Verformung des Übertragungsbauteils 270 selbst zu bewirken, kann es bei Ausführungsbeispielen ratsam sein, zumindest in einem verformungsfreien Zustand das Übertragungsbauteil 270 und den Träger 230 derart anzuordnen, dass diese im Wesentlichen einen rechten Winkel miteinander einschließen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann selbstverständlich eine abweichende Geometrie verwendet werden.
-
Wie bereits eingangs erwähnt wurde, kann mit Hilfe einer Vorrichtung 200 gegebenenfalls nicht nur eine Verformung des Rotorblatts 100 bzw. des Bauteil 160 entlang der Richtung 400-1 erfasst werden, sondern gegebenenfalls auch entlang einer weiteren Verformungsrichtung oder Richtung, die mit der Richtung 400-1 einen endlichen Winkel einschließt, also von dieser verschieden ist. Zu diesem Zweck weist das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200 einen weiteren verformungssensitiven Sensor 420 auf, der ebenfalls mit dem Träger 230 mechanisch verbunden ist. Der weitere verformungssensitive Sensor 420 ist hierbei derart ausgebildet und angeordnet, dass dieser eine Verformung entlang einer weiteren Verformungsrichtung, nämlich der Richtung 400-2 erfassen kann. Diese ist verschieden von der Verformungsrichtung, die der Richtung 400-1 entspricht, und auf die der verformungssensitive Sensor 390 anspricht. Der weitere verformungssensitive Sensor 420 ist so bezogen auf die Erstreckungsrichtung 130 des Bauteils 160 um einen Winkel versetzt an dem Träger 230 angeordnet.
-
Ähnlich dem verformungssensitiven Sensor 390 weist auch der weitere verformungssensitive Sensor 420 zwei an gegenüberliegenden Seiten des Trägers 230 angebrachte Sensorelemente 430 auf, von denen jedoch in 2 lediglich eines zu sehen ist. Der weitere verformungssensitive Sensor 420 kann hierbei auf Basis der gleichen Technologie wie der verformungssensitive Sensor 390 arbeiten. Selbstverständlich können aber auch unterschiedliche Messkonzepte eingesetzt werden, was beispielsweise dann ratsam sein kann, wenn aus Kostengründen und/oder Genauigkeitsgründen hinsichtlich der Erfassung der entsprechenden Abstandswerte entlang den unterschiedlichen Richtungen 400 unterschiedliche Anforderungsprofile an die Vorrichtung 200 gestellt werden.
-
2 zeigt so eine Vorrichtung 200, die als Biegespannungs-Sensoreinheit zur blattlasten Erfassung einsetzbar ist. Die Blatteinfederung wird bei dieser über das spielfreie Kugelgelenk 280 auf ein Biegeprofil, nämlich den auch als Sensorträgerprofil bezeichneten Träger 230 übertragen. An einem Fußpunkt des Biegeprofils (Träger 230) kann dann die Biegespannung beispielsweise in zwei Ebenen, beispielsweise parallel zu der Fläche des Rotorblatts 100 und parallel zu der Kante des Rotorblatts 100, gemessen werden. Die von dem oder den verformungssensitiven Sensoren 390, 420 generierte Biegespannung kann hierbei direkt als Steuergröße zur Nachführung der Windkraftanlage gegebenenfalls eingesetzt werden. Die Verwendung eines metallischen Trägers 230 ermöglicht den Einsatz von Dehnungsmessstreifensensoren, die auf glasfaserverstärkten Kunststoffen häufig nur schwer zu realisieren sind. Die Vorrichtung 200, wie sie in 2 gezeigt ist, ermöglicht aufgrund der Implementierung der beiden verformungssensitiven Sensoren 390, 420 eine parallele und/oder zeitgleiche Erfassung der kantenartigen (edgewise) und flächenartigen (flapwise) Blattverformungen bzw. Blattlasten.
-
Ein Ausführungsbeispiel umfasst so auch ein Rotorblatt 100 einer Windkraftanlage mit einer Aufnahme zur Montage an einem Rotor der Windkraftanlage, das eine Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst. Das Rotorblatt 100 stellt hierbei das Bauteil 160 dar, wobei der erste und der zweite Punkt 210, 220 an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Rotorblatts 100 liegen. Der erste Punkt 210 ist hierbei näher als der zweite Punkt 220 an der Aufnahme zur Montage an dem Rotorblatt angeordnet.
-
Neben einem Einsatz im Rahmen eines Rotorblatts einer Windkraftanlage können Ausführungsbeispiele jedoch auch bei anderen Bauteilen 160 eingesetzt werden. So kann eine Vorrichtung 100 beispielsweise auch zur Turmüberwachung einer Windkraftanlage herangezogen werden. Entsprechend umfasst ein Ausführungsbeispiel ebenso einen Turm einer Windkraftanlage mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei der Turm das Bauteil 160 darstellt.
-
Grundsätzlich können jedoch auch bei völlig anderen Bauteile 160 entsprechende Vorrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet werden, auch wenn zuvor im Wesentlichen Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit Windkraftanlagen beschrieben wurden. So können grundsätzlich Ausführungsbeispiele auch im Rahmen von Gezeitenkraftwerken (z.B. bei Rotorblättern), Rohren, Flugzeugen, Schiffshöhlen und anderen Systemen verwendet werden. Gegebenenfalls kann es hierbei ratsam sein, die Vorrichtung 200 von einem an oder in dem entsprechenden Bauteil 160 angeordneten oder fließenden Medium zu isolieren, um eine unbeabsichtigte Beeinflussung der Vorrichtung 200 zu vermeiden.
-
Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts 210 von einem zweiten Punkt 220 umfasst so ein Bereitstellen eines Trägers 230, der mit dem ersten Punkt 210 mechanisch verbunden ist. Der erste Punkt 210 und der zweite Punkt 220 sind hierbei wiederum an einer Innenfläche oder einer Außenfläche eines Bauteils 160 angeordnet und senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung 130 des Bauteils 160 um den Abstandswert voneinander beabstandet. Ein solches Verfahren umfasst ferner ein Ausüben einer Kraft auf den Träger 230 bei einer Bewegung des zweiten Punkts 220 gegenüber dem ersten Punkt 210 senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130, sodass der Träger auf die ausgeübte Kraft hin mit einer Verformung reagiert. Das Verfahren umfasst ferner ein Erfassen der Verformung des Trägers 230, was beispielsweise über einen entsprechenden verformungssensitiven Sensor 390 bzw. 420 geschehen kann.
-
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
-
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blue-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
-
Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, ein Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.
-
Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
-
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten können bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ferner ein Datenstrom, eine Signalfolge oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom, die Signalfolge oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, um über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet oder ein anderes Netzwerk, transferiert zu werden. Ausführungsbeispiele sind so auch Daten repräsentierende Signalfolgen, die für eine Übersendung über ein Netzwerk oder eine Datenkommunikationsverbindung geeignet sind, wobei die Daten das Programm darstellen.
-
Ein Programm gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Verfahren während seiner Durchführung beispielsweise dadurch umsetzen, dass dieses Speicherstellen ausliest oder in diese ein Datum oder mehrere Daten hinein schreibt, wodurch gegebenenfalls Schaltvorgänge oder andere Vorgänge in Transistorstrukturen, in Verstärkerstrukturen oder in anderen elektrischen, optischen, magnetischen oder nach einem anderen Funktionsprinzip arbeitenden Bauteile hervorgerufen werden. Entsprechend können durch ein Auslesen einer Speicherstelle Daten, Werte, Sensorwerte oder andere Informationen von einem Programm erfasst, bestimmt oder gemessen werden. Ein Programm kann daher durch ein Auslesen von einer oder mehreren Speicherstellen Größen, Werte, Messgrößen und andere Informationen erfassen, bestimmen oder messen, sowie durch ein Schreiben in eine oder mehrere Speicherstellen eine Aktion bewirken, veranlassen oder durchführen sowie andere Geräte, Maschinen und Komponenten ansteuern.
-
So umfasst ein Ausführungsbeispiel auch ein Programm mit einem Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, wenn das Programm auf einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft.
-
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Rotorblatt
- 110
- proximales Ende
- 120
- Aufnahme
- 130
- Erstreckungsrichtung
- 140
- Montagefläche
- 150
- Bohrung
- 160
- Bauteil
- 170
- Kantenbereich
- 180
- Führungsbauteil
- 190
- Blattverformung
- 200
- Vorrichtung
- 210
- erster Punkt
- 220
- zweiter Punkt
- 230
- Träger
- 240
- Befestigungsbauteil
- 250
- Verklebung
- 260
- Verschraubung
- 270
- Übertragungsbauteil
- 280
- Gelenk
- 290
- Gehäuse
- 300
- schwenkbares Bauteil
- 310
- Gleitschale
- 320
- Dichtelement
- 330
- Verbindungsteil
- 340
- Montagebauteil
- 350
- Gewinde
- 360
- Verklebung
- 370
- Verschraubung
- 380
- Dichtelement
- 390
- verformungssensitiver Sensor
- 400
- Richtung
- 410
- Sensorelemente
- 420
- weiterer verformungssensitiver Sensor
- 430
- Sensorelement
