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Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Abstandswerts, beispielsweise an einem Rotorblatt einer Wind- oder Gezeitenkraftanlage oder an einem Turm einer Windkraftanlage.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Konventionell wird hier der Einsatz von horizontalen Laser-Abstandsmessverfahren erörtert. Bei diesem erfolgt eine Messung einer Verformung eines Rotorblatts dadurch, dass ein ebener Schirm, der mit dem Rotorblatt mechanisch fest verbunden und um eine bestimmte Achse geneigt ist, mit Hilfe eines Laser-Abstandsmessverfahrens vermessen wird. Tritt nun eine Verformung mit einer Komponente senkrecht zu der betreffenden Verkippungsachse des Schirms auf, ändert sich die Distanz zwischen dem Laser und seinem Auftreffpunkt auf der Ebene, die dann mit Hilfe des Laser-Abstandsmessverfahrens detektiert werden kann. Dieses Verfahren stellt jedoch nur eine begrenzte Messgenauigkeit zur Verfügung.
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Es besteht daher ein Bedarf, eine Vorrichtung zum Erfassen eines Abstandwertes eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt zu schaffen, welches eine effizientere Bestimmung eines Abstandswertes der beiden Punkte voneinander erlaubt.
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Diesem Bedarf tragen eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 Rechnung.
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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, und einen optischen Sensor, der ausgebildet ist, um entlang einer Messstrecke einen Abstand zu dem zweiten Punkt zu erfassen, wobei der optische Sensor derart auf dem Träger angeordnet und ausgerichtet ist, dass bei einer relativen Bewegung des zweiten Punkts bezogen auf den ersten Punkt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung lediglich ein im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung verlaufender Abschnitt der Messstrecke seine Länge ändert.
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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 Bereitstellen eines optischen Sensors, der ausgebildet ist, um entlang einer Messstrecke einen Abstand zu dem zweiten Punkt zu erfassen, wobei der Sensor derart auf dem Träger angeordnet und ausgerichtet ist, dass bei einer Bewegung des zweiten Punkts zu dem ersten Punkt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung lediglich ein Abschnitt der Messstrecke im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung sich hinsichtlich seiner Länge ändert, und ein Erfassen der Länge der Messstrecke oder des Abschnitts der Messstrecke.
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Einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt liegt so die Erkenntnis zu Grunde, dass eine effizientere Bestimmung des Abstandswertes der beiden Punkte voneinander möglich ist, in dem der optische Sensor derart angeordnet und ausgerichtet ist, dass bei einer relativen Bewegung des zweiten Punkt bezogen auf den ersten Punkt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung lediglich ein im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung verlaufender Abschnitt der Messstrecke seine Länge ändert. Um dies zu ermöglichen, weist die Vorrichtung den Träger auf, der mit dem ersten Punkt mechanisch fest verbunden ist und auf dem ein optischer Sensor angeordnet ist, der ausgebildet ist, um entlang der Messtrecke einen Abstand zu dem zweiten Punkt zu erfassen. Anders ausgedrückt kann dadurch, dass lediglich, also nur ein im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung verlaufender Abschnitt der Messtrecke seine Länge ändert, bei einer entsprechenden Bewegung parallel hierzu des zweiten Punkts zu dem ersten Punkt das erfassen des Abstandswertes effizienter gestalte werden.
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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.
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Bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem der erste Punkt und der zweite Punkt entlang der Erstreckungsrichtung voneinander beabstandet sind, kann sich der Träger im Wesentlichen entlang der Erstreckungsrichtung des Bauteils erstrecken. Diese Anordnung des Trägers zu dem Bauteil kann eine Justage und Ausrichtung des optischen Sensors gegebenenfalls vereinfachen.
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Eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ferner eine Auswertungsschaltung umfassen, die mit dem optischen Sensor gekoppelt und ausgebildet ist, um ein von dem optischen Sensor bereitgestelltes Sensorsignal, das eine Information bezüglich der Länge der Messstreckt oder des Abschnitts der Messstrecke umfasst, zu empfangen und ein Auswertungssignal auf Basis des erfassten Sensorsignals bereitzustellen, das einen Information bezüglich des Abstandswertes umfasst. Hierdurch kann es möglich sein, eine Weiterverarbeitung oder Auswertung des Abstandswertes zu erleichtern, da beispielsweise Nichtlinearitäten oder andere eine Signalverarbeitung erschwerenden Umstände gegebenenfalls berücksichtigt und kompensiert werden können. So kann eine entsprechende Auswertungsschaltung beispielsweise eine programmierbare Hardwarekomponente und/oder einen Speicher aufweisen, mit deren Hilfe eine Signalbearbeitung auf Basis einer mathematischen Beziehung oder auf Basis einer Kennlinie oder eines Kennlinienfeldes erfolgen kann. In dem Speicher können so Koeffizienten oder andere Parameter der mathematischen Beziehung, die Kennlinie oder das Kennlinienfeld umfasst sein. Die Auswertungsschaltung kann ferner optional analoge und/oder digitale Komponenten, beispielsweise Verstärkerschaltungen, Filter oder Analog-/Digital-Wandler umfassen.
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Eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ferner einen Reflektor umfassen, der mit dem zweiten Punkt mechanisch verbunden ist und auf den die Messstrecke des optischen Sensors ausgerichtet ist. Ein solcher Reflektor kann eine Messgenauigkeit dadurch weiter verbessern, indem durch eine Implementierung eines solchen Reflektors eine definiertere Oberfläche beschaffen werden kann, deren Abstand der optische Sensor erfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel kann es beispielsweise ratsam sein, den Reflektor so auszugestalten, dass dieser eine optische Eigenschaft, welche der optische Sensor ausnutzt, erhält oder vorhersagbar, also deterministisch beeinflusst. So kann es beispielsweise ratsam sein, einen Reflektor zu verwenden, der eine polarisationserhaltende Reflektion ermöglicht, also polarisationserhaltend ist.
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Bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel können der optische Sensor und ein optisches Umlenkbauteil mit dem Träger mechanisch fest verbunden sein. Der optische Sensor und das optische Umlenkbauteil können derart angeordnet und ausgerichtet sein, dass der Abschnitt der Messtrecke zwischen dem optischen Umlenkbauteil und dem zweiten Punkt im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung verläuft, wobei das optische Umlenkbauteil ausgebildet ist, um einen von dem optischen Sensor abgegebenen Strahl wenigstens teilweise hinsichtlich seiner Ausbreitungsrichtung zu ändern. Hierdurch kann es möglich sein, das optische Umlenkbauteil also in dem Bereich des Trägers anzuordnen, der – entlang der Erstreckungsrichtung betrachtet – auf Höhe des zweiten Punktes liegt. Dies kann es ermöglichen, den optischen Sensor an einer anderen Stelle des Sensors, beispielsweise im Bereich des ersten Punktes anzuordnen. Hierdurch kann gegebenenfalls eine leichtere Wartbarkeit und/oder eine leichtere Justierbarkeit erzielt werden. Das optische Umlenkbauteil kann beispielsweise einen Umlenkspiegel oder auch um einen Strahlteiler umfassen oder ein solcher sein, der zumindest einen Anteil des von dem optischen Sensor abgegebenen Strahls hinsichtlich seiner Ausbreitungsrichtung ändert. Anders ausgedrückt kann es sich beispielsweise auch um einen unter einem Winkel angeordneten Strahlteiler handeln.
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Bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der optische Sensor derart mit dem Träger mechanisch verbunden sein, dass die Messstrecke einen weiteren Abschnitt im Wesentlichen konstanter Länger umfasst, der sich im Wesentlichen entlang der Erstreckungsrichtung erstreckt. Eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel ermöglicht es so gerade, eine direkte Messung des Abstands senkrecht zu der Erstreckungsrichtung durchzuführen, während ein Abschnitt entlang der Erstreckungsrichtung im Wesentlichen eine konstante Länge aufweist, also insbesondere keinen signifikanten Einfluss auf das Messergebnis hat.
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Bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das optische Umlenkbauteil einen Strahlteiler umfassen, der ausgebildet ist, um einen ersten Anteil des Strahls hinsichtlich seiner Ausbreitungsrichtung zu ändern und einen zweiten Anteil des Strahls im Wesentlichen unverändert passieren zulassen. Die Vorrichtung kann dann eine weiteres Umlenkbauteil umfassen, das derart ausgebildet und ausgerichtet ist, dass der zweite Anteil des Strahls zu einem dritten Punkt an dem Bauteil abgelenkt wird. Hierdurch kann es möglich sein, mit Hilfe einer einzelnen Strahlungsquelle, die in dem optischen Sensor umfasst ist, gegebenenfalls mehr als einen Abstandwert, nämlich mehr als den Abstandwert zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt zu erfassen. So kann es möglich sein, einen weiteren Abstandswert zwischen dem dritten Punkt und dem ersten Punkt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung des Bauteils zu bestimmen oder zu erfassen. So können bei einem Ausführungsbeispiel der erste, der zweite und der dritte Punkt in einem Innenraum eines Hohlkörpers, beispielsweise an einer Innenfläche des Hohlkörpers angeordnet sein. Ebenso kann an dem dritten Punkt ebenso wie an dem zweiten Punkt ein entsprechender Reflektor, wie er oben beschrieben wurde, angebracht sein. Anders ausgedrückt ist das weitere optische Umlenkbauteil weiter von dem ersten Punkt entfernt als das optische Umlenkbauteil.
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Bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das optische Umlenkbauteil einen Umlenkspiegel umfassen oder ein Umlenkspiegel sein. In einem solchen Fall ermöglicht die Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel die Erfassung von beispielsweise zwei Abstandswerten bezüglich zweier unterschiedlicher Punkte. Selbstverständlich kann bei anderen Ausführungsbeispielen das weitere optische Umlenkbauteil ebenso einen Strahlteiler, wie er zuvor beschrieben wurde, umfassen.
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So können bei einem Ausführungsbeispiel das optische Umlenkbauteil und gegebenenfalls das weitere optische Umlenkbauteil einen Transmissionskoeffizienten entlang der Erstreckungsrichtung des Bauteils aufweisen, der zwischen 10% und 90% liegt. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Transmissionskoeffizient zwischen 25% und 75% liegen. Bei Ausführungsbeispielen kann es gegebenenfalls ratsam sein, einen Transmissionskoeffizienten entlang der Erstreckungsrichtung von 25%, von 33%, von 40%, von 50%, von 60%, von 67% oder von 75% vorzusehen, um beispielsweise möglichst definierte Verhältnisse der Intensitätsverteilungen des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil zu implementieren.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann so das weitere optische Umlenkbauteil entlang der Erstreckungsrichtung wenigstens um 30%, wenigstens um mehr als 50% oder wenigstens um mehr als 75%, beispielsweise um mehr als 100% weiter von dem ersten Punkt entfernt sein als das optische Umlenkbauteil. Hierdurch kann gegebenenfalls eine eingesetzte Auswertungsschaltung bzw. die Messtechnik des optischen Sensors vereinfacht, und/oder eine erzielbare Messgenauigkeit positiv beeinflusst werden. So kann es gegebenenfalls möglich sein, Messverfahren einzusetzen, die ansonsten nur schwer umzusetzen wären.
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Bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Auswertungsschaltung entsprechend ferner ausgebildet sein, um den weiteren Abstandswert auf Basis des Sensorwerts zu bestimmen und das Auswertungssignal derart bereitzustellen, dass dieses die Information bezüglich des weiteren Abstandswerts ebenfalls umfasst.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel ferner einen weiteren optischen Sensor umfassen, der ausgebildet ist, um entlang einer weiteren Messstrecke einen Abstand zu einem dritten Punkt an dem Bauteil zu erfassen, wobei der weitere Sensor derart auf den Träger oder einem weiteren Träger angeordnet und ausgerichtet ist, dass bei einer Bewegung des dritten Punkt zu dem ersten Punkt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung lediglich ein Abschnitt der weiteren Messstrecke im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung sich hinsichtlich seiner Länge ändert. Es kann so möglich sein, anstelle oder ergänzend zu dem weiteren optischen Umlenkbauteil einen weiteren Abstandwert zu dem dritten Punkt auch mit Hilfe eines weiteren Sensors zu bestimmten, wobei der weitere Sensor auf dem gleichen Träger oder einem weiteren Träger angeordnet sein kann. Der dritte Punkt kann – ebenso wie der erste und der zweite Punkt – im Falle eines Hohlkörpers als Bauteil an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Hohlkörpers angeordnet sein.
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Unabhängig davon, wie eine Erfassung des weiteren Abstandswertes zu dem dritten Punkt implementiert ist, kann bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel eine lotrechte Verbindung des zweiten Punktes auf die Erstreckungsrichtung mit einer weiteren lotrechten Verbindungslinie des dritten Punkts auf die Erstreckungsrichtung in unterschiedliche Richtungen weisen, also einen Winkel miteinander einschließen. Die beiden lotrechten Verbindungslinien sind also verschieden. Hierdurch kann es möglich sein, mit Hilfe einer einzigen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mehr als einen Abstandswert hinsichtlich zweier unterschiedlicher Richtungen senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Bauteils zu erfassen und zu bestimmen.
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Bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der optische Sensor eine Strahlquelle und/oder ein Sensorelement umfassen. Bei der Strahlquelle kann es sich beispielsweise um einen Laser oder eine Leuchtdiode und bei dem Sensorelement um eine Fotodiode handeln.
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Ein Ausführungsbeispiel umfasst ferner ein Rotorblatt einer Windkraftanlage mit einer Aufnahme zur Montage an einem Rotor der Windkraftanlage, die 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. Ebenso umfasst ein Ausführungsbeispiel einen Turm einer Windkraftanlage, der eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst, bei der das Bauteil der Turm der Windkraftanlage ist. Auch kann ein Ausführungsbeispiel ein Rotorblatt einer Gezeitenkraftanlage, der eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel umfassen, wie dies im Zusammenhang mit dem einer Windkraftanlage bereits beschrieben wurde.
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Entsprechend kann bei einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt das Bauteil ein Rotorblatt einer Windkraftanlage sein. Der erste und der zweite Punkt können hierbei an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Rotorblatts angeordnet sein, wobei der erste Punkt näher als der zweite Punkt an einer Aufnahme des Rotorblatts zur Montage an einem Rotor einer Windkraftanlage angeordnet ist. Ebenso kann bei einem solchen Verfahren das Bauteil ein Turm einer Windkraftanlage oder auch ein Rotorblatt einer Gezeitenkraftanlage sein.
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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 Hohlkörpers 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.
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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.
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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.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Fig. Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rotorblatts;
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem Rotorblatt;
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3 zeigt eine weitere Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem Rotorblatt; und
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4 zeigt eine weitere Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einem Rotorblatt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Bauteil 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.
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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 ist. 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.
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Wie nachfolgend im Zusammenhang mit 2 bis 4 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.
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2 zeigt eine 1 ähnliche Darstellung des Rotorblatts 100 bzw. des Bauteils 160. Im Unterschied zu der Darstellung in 1 zeigt 2 jedoch ferner eine vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel im Querschnitt. Die Vorrichtung 200 umfasst so einen Träger 210, der mit einem ersten Punkt 220 mechanisch fest verbunden ist.
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Der erste Punkt 220 und ein zweiter Punkt 230 sind in einem Inneren des Bauteils 160, also im Inneren des Rotorblatts 100 angeordnet. Genauer gesagt liegen beide an einer Innenfläche des Rotorblatts 100. Der ersten Punkt 220 und der zweite Punkt 230 sind hierbei senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130 des Holkörpers 160 um einen Abstandswert voneinander beabstandet. Bei anderen Ausführungsbeispielen einer Vorrichtung 200 kann der erste und der zweite Punkt 220, 230 gegebenenfalls auch an einer Außenfläche des Bauteils 160 angeordnet sein.
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Der Träger 210 ist hierbei über eine feste Einspannung 240 mit dem ersten Punkt 220 mechanisch verbunden. Zu diesem Zweck kann der Träger beispielsweise über ein Befestigungsbauteil mit dem Rotorblatt 100 verbunden sein. Das Befestigungsbauteil kann hierbei mit dem Rotorblatt 100 verklebt oder auf andere Art und Weise befestigt sein, während der Träger 210 mit dem Befestigungsbauteil beispielsweise über eine Verschraubung verbunden ist. Eine Verklebung des Befestigungsbauteils mit dem Rotorblatt kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn dieses aufgrund seiner Materialwahl nur schwer mit einem Gewinde oder einer anderen entsprechenden Befestigungsstruktur versehen werden kann. So sind Rotorblätter 100 häufig aus einem laminierten Material gefertigt, welches einen glasfaser- oder kohlefaserverstärkten Kunststoff umfasst.
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Selbstverständlich kann bei anderen Ausführungsbeispielen der Träger 210 bzw. auch das Befestigungsbauteil auf andere Art und Weise mit dem Holkörper 160, auch mit einem Rotorblatt 100 verbunden sein. So kann beispielweise das Rotorblatt 100 oder auch der Holkörper 160 entsprechende Öffnungen oder Bohrungen aufweisen, mit deren Hilfe das Befestigungsbauteil mit diesem verschraubt werden kann. Unabhängig von der verwendeten Befestigungstechnik kann bei einem Ausführungsbeispiel das Befestigungsbauteil gegebenenfalls auch entfallen. So kann gegebenenfalls der Träger 210 unmittelbar mit dem ersten Punkt 220 mechanisch fest verbunden werden. Die Verwendung eines Befestigungsbauteils, gerade im Zusammenhang mit einem aus einem laminierten Material gefertigten Rotorblatt 100 kann jedoch den Vorteil bieten, dass der Träger 210 durch ein einfaches Lösen der Verschraubung entfernt, gewartet oder auch getauscht werden kann.
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Die Vorrichtung 200 umfasst ferner einen optischen Sensor 250, der ausgebildet ist, um entlang einer Messstrecke einen Abstand zu dem zweiten Punkt 230 zu erfassen. Der optische Sensor ist hierbei derart auf dem Träger 210 angeordnet und ausgerichtet, dass bei einer relativen Bewegung des zweiten Punkts 230 bezogen auf den ersten Punkt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130, also beispielsweise bei einer Bewegung entlang einer Richtung 260-1, ein im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130 verlaufender Abschnitt der Messstrecke 270 seine Länge ändert. Eine entsprechende Anordnung des optischen Sensors 250 vorausgesetzt, kann dies ebenfalls für eine zweite in 2 eingezeichnete Richtung 260-2 gelten. Bei einer Blattverformung 190-1 bewegt sich so der zweite Punkt 230 bezogen auf den ersten Punkt 220 entlang der Richtung 260-1, während bei einer Blattverformung 190-2 sich der zweite Punkt 230 entlang der Richtung 260-2 bewegt.
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Der optische Sensor 250 ist hierbei derart auf dem Träger 210 angeordnet und ausgerichtet, dass die Messstecke des optischen Sensors 250 vollständig durch den Abschnitt 270 gegeben ist. Hierdurch ist der optische Sensor 250 also derart auf dem Träger 210 angeordnet und ausgerichtet, dass bei einer relativen Bewegung des zweiten Punkts 230 zu dem ersten Punkt 220 senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130 lediglich sich dieser Abschnitt 270 senkrecht zu der Erstreckungsrichtung hinsichtlich seiner Länge ändert. Diese Längenänderung bzw. Abstandsänderung kann dann von dem optischen Sensor 250 erfasst werden.
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Der optische Sensor 250 umfasst einen Emitter bzw. eine Strahlquelle 280 und ein Sensorelement 290, welches auch als „Sensor“ oder „Empfänger“ bezeichnet wird. Die Strahlquelle 280 kann hierbei als Laser, beispielsweise als eine Laserdiode 300, ausgeführt sein. Sie kann sowohl im sichtbaren wie auch in nicht-sichtbaren Frequenzbereich arbeiten.
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Die Strahlquelle 280, also beispielsweise die Laserdiode 300 sendet hierbei eine Strahlung, also beispielsweise einen Laserstrahl 310 in Richtung auf eine Referenzebene 320 ab. Die Referenzebene 320 kann durch die Innenfläche oder – bei einem anderen Ausführungsbeispiel – durch eine Außenfläche des Rotors 100 im Bereich des zweiten Punkts 230, jedoch auch durch einen Reflektor 330 gebildet werden, der mit dem zweiten Punkt 230 mechanisch verbunden ist. Der Reflektor 330 kann hierbei beispielsweise eine Eigenschaft der Strahlung bzw. des Laserstrahls 310 erhaltend ausgeführt sein. So kann der Reflektor 330 beispielweise polarisierungserhaltend ausgeführt sein, sodass eine von dem Reflektor 330 reflektierte Strahlung eine vorbestimmte Beziehung hinsichtlich ihrer Polarisation zu der der eingestrahlten Strahlung, also des Laserstrahls 310 darstellt.
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Aufgrund der Anordnung des optischen Sensors 250 auf dem Träger wird dieser auch als Sensorträger-Profil bezeichnet. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich hierbei der Träger 210 im Wesentlichen entlang der Erstreckungsrichtung 130 des Bauteils 160, also entlang der Erstreckungsrichtung des Rotorblatts 100. Der erste Punkt 220 und der zweit Punkt 230 sind hierbei entlang der Erstreckungsrichtung voneinander beabstandet.
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Von dem Reflektor 330 wird eine reflektierte Strahlung 340 zu dem optischen Sensor 250 bzw. zu seinem Sensorelement 290 zurückgeworfen. Das Sensorelement detektiert die reflektierte Strahlung 340, sodass der optische Sensor 250 über ein Anschlusskabel 350 ein Sensorsignal an eine in 2 nicht gezeigte Auswertungsschaltung bereitstellen kann, wobei das Sensorsignal eine Information über einen Abstand d umfasst, der dem Abschnitt 270 der Messstrecke des Sensors 250 im Wesentlichen entspricht.
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Die Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie sie in 2 gezeigt ist, nutzt ein erstes Messprinzip. Die Messeinheit, also der optische Sensor 250, wird in einem festzulegendem Abstand im Blattinneren direkt am Ende des Trägers 210 montiert. Der Laser bzw. die Laserdiode 300 wird auf die Referenzfläche bzw. Referenzebene 320 an der Blattinnenwand senkrecht zu der Blattlängsachse (Erstreckungsrichtung 130) gerichtet. Der Abstand d und damit der Abschnitt 270 der Messstrecke variiert in Abhängigkeit von der anliegenden Blattlast. Die Laufzeit des Laserstrahls 310 zwischen Referenzfläche und optischen Sensor 250 wird über die Messsensorik bestimmt, wodurch auch die anliegende Blattlast geschlossen werden kann.
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Die Laufzeit des Laserstrahls kann hierbei – je nach konkreter Implementierung, Aufwand, Geometrie und benötigter Auflösung – gegebenenfalls direkt gemessen werden, oder aber es kann eine, beispielsweise auf einer Interferenz oder Modulation beruhenden Technik eingesetzt werden.
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Der Laufzeitunterschied des Laserstrahls 310 in Abhängigkeit der Rotorblattverbiegung 190 zwischen einer Spitze des Trägers 210, an der der optische Sensor 250 bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel montiert ist, und der Referenzebene 320 an der Innenwand des Rotorblatts 100 wird also über eine Laufzeitmessung oder eine verwandte Messtechnik des Laserstrahls 310 erfasst. Der optische Sensor 250 umfasst hierbei gegebenenfalls die notwendige Messsensorik. Der Träger 210 ist hierbei fest im Bereich der Blattwurzel fixiert, sodass sich eine Verbiegung des Rotorblatts 100 nicht auf den Profilträger 210 auswirkt. Die Fixierung kann dabei über einen Schnellverschluss, beispielsweise eine Verschraubung, realisiert werden, wie dies bereits zuvor erläutert wurde. Hierdurch ist eine lasergestützte Erfassung des Abstandswertes der beiden Punkte 220, 230 und damit eine Erfassung einer Rotorblattlast möglich.
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Eine Vorrichtung 200, wie sie beispielsweise in 2 gezeigt ist, kann so sehr robust und mit einer langen Lebensdauer ausgestaltet werden. Die verwendeten Laserdioden bzw. Laser weisen heute als Standardbauteile eine entsprechende Betriebssicherheit auf. Darüber hinaus können sie kostengünstig implementiert werden. Auch kann die Vorrichtung ferner ein Gehäuse umfassen, in dem diese vollständig angeordnet ist. Hierdurch kann also der Aufbau gekapselt ausgeführt werden, sodass Störeinflüsse durch Staub, Schmutz und ähnliche Störquellen vermieden werden können. Ebenso kann aufgrund der verwendeten Messtechnik eine Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem vergleichsweise geringen Energiebedarf betrieben werden.
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Darüber hinaus kann eine Vorrichtung 200, wie sie in 2 gezeigt ist, auch gegebenenfalls ohne zusätzliche optische Bauteile, wie beispielsweise Spiegel betrieben werden. Ebenso kann gegebenenfalls der Einsatz eines dedizierten Reflektors 330, bei dem es sich also um eine optionale Komponente handelt, entfallen. So kann grundsätzlich eine Messung oder Bestimmung des Abstandswertes direkt mit einer Ausrichtung auf die Blattinnenseite möglich sein, ohne dass eine spezielle Referenzebene, also beispielsweise ein Reflektor 330 im Blatt 100 angebracht werden muss.
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Ebenso kann eine Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel es ermöglichen, die gemessenen Laufzeitunterschiede direkt als Steuergrößen für Aktoren zum Nachführen der Windkraftanlage oder anderer Komponenten zu verwenden. Es kann gegebenenfalls eine Signalumwandlung oder auch eine Signalverarbeitung eingespart oder zumindest als Teil der Auswertungsschaltung kompakt ausgeführt werden.
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3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Vorrichtung 200 zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt im Zusammenhang mit einem Bauteil 160, bei dem es sich um ein Rotorblatt 100 handelt. Die Vorrichtung 200 unterscheidet sich hierbei von der in 2 gezeigten Vorrichtung nur geringfügig, weshalb auf die Beschreibung der Vorrichtung 200 im Zusammenhang mit 2 verwiesen wird.
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Die Vorrichtung 200, wie sie in 3 gezeigt ist, umfasst ferner ein optisches Umlenkbauteil 360, bei dem es sich beispielsweise um einen Ablenk- oder Umlenkspiegel 370 handeln kann. Der Umlenkspiegel 370 und der optische Sensor 250 sind mit dem Träger 210 mechanisch fest verbunden. Im Unterschied zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der optische Sensor 250 jedoch im Bereich des ersten Punkts 220 mit dem Träger 210 verbunden.
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Der optische Sensor 250 und das optische Umlenkbauteil 360, also der Umlenkspiegel 370 sind hierbei derart angeordnet und ausgerichtet, dass der Abschnitt 270 der Messstrecke zwischen dem optischen Umlenkbauteil 360 und dem zweiten Punkt 230 bzw. dem gegebenenfalls implementierten Reflektor 330 im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130 verläuft. Das optische Umlenkbauteil 360 ist allgemein häufig so ausgebildet, dass ein von dem optischen Sensor 250 abgegebener Strahl, also beispielsweise der Laserstrahl 310, wenigstens teilweise hinsichtlich seiner Ausbreitungsrichtung geändert wird. Bei der Verwendung des Umlenkspiegels 370 wird – abgesehen von geringen Verlusten – der von dem optischen Sensor 250 abgegebene Strahl im Wesentlichen vollständig umgelenkt, also hinsichtlich seiner Ausbreitungsrichtung geändert.
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Der optische Sensor 250 ist hierbei mit dem Träger 210 derart mechanisch verbunden, sodass die Messstrecke einen weiteren Abschnitt 380 umfasst, der im Wesentlichen eine konstante Länge aufweist. Der weitere Abschnitt 380 erstreckt sich hierbei ebenso im Wesentlichen entlang der Erstreckungsrichtung 130 des Bauteils 160.
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Entsprechend sind im Vergleich zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200 sowohl die Strahlquelle 280 als auch das Sensorelement 290 im Wesentlichen um 90° gedreht. So strahlt bzw. empfängt die Strahlquelle 280 bzw. das Sensorelement 290 bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel die Strahlung im Wesentlichen entlang der Erstreckungsrichtung 130. Im Unterschied hierzu sendet bzw. empfängt die Strahlquelle 280 und das Sensorelement 290 bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die Strahlung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130.
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3 zeigt so ein zweites Messprinzip, bei dem ein optisches Umlenkbauteil 360 als Ablenk- bzw. Umlenkspiegel 370 ausgeführt ist. Bei diesem Messprinzip ist die Messeinheit, also der optische Sensor 250 auf dem Träger 210 im Bereich der Blattwurzel, also im Bereich des ersten Punkts 220 montiert. Der Laserstrahl 310 verläuft zuerst koaxial zu dem Sensor-Profilträger 210. Am Ende des Profilträgers, also etwa auf Höhe des zweiten Punkts 230, lenkt ein Spiegel 370 den Laserstrahl 310 um einen Winkel von etwa 90° in Richtung auf die Referenzfläche 320 an der Blattinnenwand ab. Abhängig von der Blattlast, also der Blattverformung 190, bewegt sich der zweite Punkt 230 entlang einer der Richtungen 260, beispielsweise entlang der Richtung 260-1, sodass sich der Abstand senkrecht zur Blattlängsachse, also senkrecht zur Erstreckungsrichtung 130 ändert. Abhängig von diesem Abstand verkürzt sich oder verlängert sich der Abschnitt 270 der Messtrecke, der im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung 130 verläuft, sodass sich die Laufzeit des Laserstrahls zwischen der Referenzfläche 320 und dem Spiegel 370 entsprechend ändert. Hierdurch kann auch die anliegende Blattlast geschlossen werden.
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Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung 200, wie sie im Zusammenhang mit den 2 und 3 beschrieben wurden, können hierbei sowohl zur Detektion kantenartiger Blattverformungen 190-2, wie auch zur Detektion flächenartiger Blattverformungen 190-1 eingesetzt werden. Darüber hinaus kann eine Vorrichtung 200 unabhängig von dem eingesetzten Verfahren ferner einen weiteren optischen Sensor umfassen, der ausgebildet ist, um entlang einer weiteren Messstrecke einen Abstand zu einem dritten Punkt an dem Bauteil zu erfassen. Der weitere Sensor kann derart auf dem Träger 210 oder auf einem weiteren Träger angeordnet und ausgerichtet sein, dass bei einer Bewegung des dritten Punkts zu dem ersten Punkt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130 sich auch hier lediglich ein Abschnitt der weiteren Messstrecke hinsichtlich seiner Länge ändert. Der Abschnitt der weiteren Messstrecke erstreckt sich hierbei ebenso im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130. Es kann also im Rahmen einer Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel auch mehr als ein optischer Sensor und entsprechend eine Mehrzahl von Abschnitten 270 zum Erfassen eines oder mehrerer Abstandswerte verwendet werden.
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Im Falle einer solchen Implementierung einer Vorrichtung 200 kann eine lotrechte Verbindung des zweiten Punkts 220 auf die Erstreckungsrichtung 130 mit einer weiteren lotrechten Verbindungslinie des dritten Punkts auf die Erstreckungsrichtung 130 in unterschiedliche Richtungen weisen, also einen Winkel mit dieser einschließen. Noch anders ausgedrückt können die beiden lotrechten Verbindungslinien voneinander verschieden sein. So kann mit beiden bisher vorgestellten Messprinzipien auch eine Kombination einer Erfassung einer blattartigen und einer kantenartigen Blattverformung 190 umgesetzt werden.
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Im Vergleich zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200 kann beispielsweise an die Position des dort dargestellten Umlenkspiegels 370 ein optischer Strahlteiler positioniert werden. Hierdurch kann über einen weiteren Spiegel an einer zweiten, abweichenden Position in Verlängerung des koaxialen Laserstrahls 310 eine zusätzliche Messstrecke realisiert werden.
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So zeigt 4, eine Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die im Zusammenhang mit einem Rotorblatt 100 als Bauteil 160 eingesetzt wird, bei der das optische Umlenkbauteil 360 einen Strahlteiler 390 umfasst. Der Strahlteiler 390 ist hierbei ausgebildet, um einen ersten Anteil des Strahls hinsichtlich seiner Ausbreitungsrichtung zu ändern, und so zu der Referenzebene 320 bzw. dem optionalen Reflektor 330 abzulenken. Darüber hinaus ist der Strahlteiler 390 jedoch auch ausgebildet, um einen zweiten Anteil des Strahls im Wesentlichen unverändert passieren zu lassen. Dieser zweite Anteil trifft dann auf ein weiteres optisches Umlenkbauteil 400, das ähnlich dem optischen Umlenkbauteil 360 derart ausgebildet und ausgerichtet ist, dass der zweite Anteil des Strahls zu einem dritten Punkt 410 im Inneren des Bauteils 160, also an einer Innenfläche des Rotorblatts 100 abgelenkt wird. Das weitere optische Umlenkbauteil 400 umfasst hierbei wiederum einen Umlenkspiegel 370.
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Im Bereich des dritten Punkts 410 bildet sich so eine weitere Referenzebene 420, an die optional ein weiterer Reflektor 430 angebracht werden kann. Ist kein weiterer Reflektor 430 implementiert, kann die Innenfläche des Rotorblatts 100 bzw. eine entsprechende Oberfläche des Bauteils 160 im Bereich des dritten Punkts 410 die weitere Referenzebene 420 bilden.
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Durch die Einführung des Strahlteilers 390 im Rahmen des optischen Umlenkbauteils 360 ergibt sich so bei dieser Vorrichtung 200 neben dem Abschnitt 270 der Messstrecke ein Abschnitt 440 einer weiteren Messstrecke. Kommt es aufgrund einer Blattverformung 190 zu einer Bewegung des dritten Punkts 410 gegenüber dem ersten Punkt 220 senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130 ändert sich lediglich der Abschnitt 440 der weiteren Messstrecke, nicht jedoch ein weiterer Abschnitt der weiteren Messstrecke 450, der im Wesentlichen eine konstante Länge aufweist und parallel zu der Erstreckungsrichtung 130 verläuft. Der Abschnitt 440 der weiteren Messstrecke verhält sich also wie der Abschnitt 270 der Messstrecke.
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Der Strahlteiler 390 des optischen Umlenkbauteils 360, kann einen Transmissionskoeffizienten entlang der Erstreckungsrichtung 130 aufweisen, der in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,9 also zwischen 10% und 90% liegt. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Transmissionskoeffizient beispielsweise zwischen 25% und 75% oder auch zwischen 33% und 67% liegen. So kann beispielsweise ein Strahlteiler 390 mit einem Transmissionskoeffizienten von 50% aber auch ein Strahlteiler mit einem Transmissionskoeffizienten von 25% bzw. 75% oder auch von 33% bzw. 67% verwendet werden.
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Die ebenfalls in 4 nicht gezeigte Auswertungsschaltung kann entsprechend ausgebildet sein, sodass das von der Auswertungsschaltung bereitgestellte Auswertesignal ebenfalls eine Information bezüglich des weiteren Abstandswerts senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130 zwischen dem ersten Punkt 220 und dem dritten Punkt 410 umfasst. Zu diesem Zweck kann der Sensor 250 ausgebildet sein, um ein Sensorsignal bereitzustellen, das ferner eine Information bezüglich einer Länger der weiteren Messstrecke bzw. des Abschnitts 440 der weiteren Messstrecke umfasst.
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Wie bereits im Zusammenhang mit 3 erläutert wurde, kann auch hier die lotrechte Verbindung des zweiten Punkts 230 auf die Erstreckungsrichtung 130 mit einer weiteren lotrechten Verbindungslinie des dritten Punkts 410 auf die Erstreckungsrichtung 130 in eine unterschiedliche Richtung weisen. So kann auch mit Hilfe der in 4 dargestellten Vorrichtung 200 entlang unterschiedlicher Richtungen die Blattverformung bzw. die Blattlasten parallel und/oder zeitgleich erfasst werden. Es können also – eine entsprechende Orientierung oder Anordnung der Punkte 220, 230, 410 vorausgesetzt – eine Blattverformung bzw. eine Blattlast sowohl kantenweise als auch flächenweise bestimmt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200, wie es in den 3 und 4 gezeigt ist, kann so eine einfach zugängliche Messsensorik in Form des optischen Sensors 250 ermöglichen, wodurch ein potentieller Austausch dieser Messsensorik vereinfacht werden kann. Mit Hilfe eines in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels können darüber hinaus durch den Einsatz des optischen Strahlteilers 390 gegebenenfalls als auch mehrere Messpunkte (zweiter Punkt 230, dritter Punkt 410) hinsichtlich ihres Abstands zu dem ersten Punkt 220 erfasst werden. Je nach konkret implementierter Messtechnik kann es bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200 beispielsweise ratsam sein, das weitere optische Umlenkbauteil 400 um mehr als 30%, mehr als 50%, mehr als 75% oder beispielsweise um mehr als 100% von dem optischen Sensor 250 entfernt anzuordnen, als das optische Umlenkbauteil 360. Ebenso kann es bei manchen Messverfahren gegebenenfalls ratsam sein, in den optischen Sensor, der gegebenenfalls auch mehr als ein Sensorelement 290 umfassen kann, einen Polarisationsfilter, ein polarisationsänderndes Bauteil oder auch ein anderes optisches Bauteil zu integrieren. Ebenso kann der Reflektor 330 sowie der weiterer Reflektor 430 und die beiden optischen Umlenkbauteile 360, 400 gegebenenfalls entsprechende optische Bauteile umfassen. Ebenso kann es gegebenenfalls ratsam sein, die Strahlführung der einzelnen Strahlen um wenige Grad gegeneinander zu verkippen, um gegebenenfalls eine räumliche Trennung der einzelnen Strahlen zu erzielen. Selbstverständlich kann der optische Sensor 250 auch mehr als eine Strahlquelle 280, also beispielsweise mehr als eine Laserdiode 300 umfassen.
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Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung 200 können so beispielsweise im Zusammenhang mit Rotorblättern 100 in Windkraftanlagen, aber auch im Zusammenhang mit Türmen von Windkraftanlagen eingesetzt werden. Ebenso können sie im Rahmen von Gezeitenturbinen Verwendung finden.
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Ein Ausführungsbeispiel umfasst so ein Rotorblatt 100 einer Windkraftanlage mit einer Aufnahme 120 zur Montage an einem Rotor der Windkraftanlage. Das Rotorblatt 100 umfasst dann eine Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei das Rotorblatt 100 das Bauteil 160 darstellt. Der erste und der zweite Punkt 220, 230 sowie gegebenenfalls der dritte Punkt 410 sind hierbei an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Rotorblatts 100 angeordnet, wobei der erste Punkt näher als der zweite Punkt an der Aufnahme 120 zur Montage an dem Rotor liegt.
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Ein Verfahren zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts 220 von einem zweiten Punkt 230, wobei der erste Punkt 220 und der zweite Punkt 230 an einem Bauteil 160 angeordnet sind und senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung 130 des Bauteils 160 um den Abstandwert voneinander beabstandet sind, umfasst ein Bereitstellen eines Trägers 210, der mit dem ersten Punkt 220 mechanisch fest verbunden ist. Es umfasst ferner das Bereitstellen eines optischen Sensors 250 in der oben beschriebenen Art und Weise. Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens umfasst so ebenso ein Erfassen der Länger der Messstrecke oder des Abschnitts 270 der Messstrecke.
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Bei einem solchen Verfahren kann das Bauteil 160 ein Rotorblatt 100 einer Windkraftanlage sein. Ein Ausführungsbeispiel kann so eine Blattänderungsmessung mit Hilfe einer Lasermessung ermöglichen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Rotorblatt
- 110
- proximales Ende
- 120
- Aufnahme
- 130
- Erstreckungsrichtung
- 140
- Montagefläche
- 150
- Bohrung
- 160
- Bauteil
- 170
- Kantenbereich
- 180
- Führungsbauteil
- 190
- Blattverformung
- 200
- Vorrichtung
- 210
- Träger
- 220
- erster Punkt
- 230
- zweiter Punkt
- 240
- feste Einspannung
- 250
- optischer Sensor
- 260
- Richtung
- 270
- Abschnitt der Messstrecke
- 280
- Strahlquelle
- 290
- Sensorelement
- 300
- Laserdiode
- 310
- Laserstrahl
- 320
- Referenzebene
- 330
- Reflektor
- 340
- reflektierter Strahl
- 350
- Anschlusskabel
- 360
- optisches Umlenkbauteil
- 370
- Umlenkspiegel
- 380
- weiterer Abschnitt
- 390
- Strahlteiler
- 400
- weiteres optisches Umlenkbauteil
- 410
- dritter Punkt
- 420
- weitere Referenzebene
- 430
- weiterer Reflektor
- 440
- Abschnitt der weiteren Messstrecke
- 450
- weiterer Abschnitt der weiteren Messstrecke
