DE102012205153A1

DE102012205153A1 - Prüfvorrichtung und Schwingmassenanordnung für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102012205153A1
Application number: DE201210205153
Authority: DE
Inventors: Markus Werner; Martin Knops
Original assignee: Repower Systems SE
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy Service GmbH
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: DE102012205153B4; WO2013143638A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung (5, 5‘, 5‘‘) für ein Rotorblatt (3) einer Windenergieanlage mit einem durch einen Motor (10) antreibbaren Exzenter (8), wenigstens einer Lastschere zur Befestigung der Prüfvorrichtung (5, 5‘, 5‘‘) an dem Rotorblatt (3) und Mitteln zum Übertragen der Trägheitskräfte des Exzenters (8) auf die wenigstens eine Lastschere. Ferner betrifft die Erfindung eine Schwingmassenanordnung mit einem Massenkörper (13, 13‘) und Befestigungsmitteln zur Befestigung der Schwingmassenanordnung an einem Rotorblatt (3). Die Erfindung ist zum einen dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung (5, 5‘, 5‘‘) eine Wippe (15) umfasst, welche mittels eines Lagers an einem die Gewichtskraft der Prüfvorrichtung (5, 5‘, 5‘‘) tragenden Körper befestigt ist, dass der Motor (10) und der Exzenter (8) auf der Wippe angeordnet sind, und dass die Wippe (15) über eine Koppel mit der wenigstens einen Lastschere verbunden ist. Zum anderen ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingmassenanordnung (26) eine Wippe (27) umfasst, welche mittels eines Lagers (28) an einem die Gewichtskraft der Schwingmassenanordnung (26) tragenden Körper (4) befestigt ist, dass der Massenkörper (13, 13') auf der Wippe (27) angeordnet ist, und dass die Wippe (27) über eine Koppel (29) mit den Befestigungsmitteln (14) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, mit einem durch einen Motor antreibbaren Exzenter, wenigstens einer Lastschere zur Befestigung der Prüfvorrichtung an dem Rotorblatt und Mitteln zum Übertragen der Trägheitskräfte des Exzenters auf die wenigstens eine Lastschere.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schwingmassenanordnung mit einem Massenkörper und Befestigungsmitteln zur Befestigung der Schwingmassenanordnung an einem Rotorblatt.
Solche Prüfvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie bestehen in der Regel aus einem massiven Träger, welcher mittels einer oder mehrerer Lastscheren auf einem waagerecht montierten Rotorblatt befestigt wird. Auf dem Träger ist ein Motor montiert, welcher über ein Getriebe einen Exzenter antreibt. Die durch die Unwucht des Exzenters entstehenden Trägheitskräfte werden über den Träger und die wenigstens eine Lastschere in das Rotorblatt eingeprägt und regen dieses zu Schwingungen an. Auf diese Weise werden die Schwingungseigenschaften des Rotorblattes sowie dessen Widerstandskraft gegen dauernde Wechselbelastung ermittelt. Um durch die Prüfvorrichtung eine gezielte Belastungsverteilung aufzuprägen, werden zum Teil Schwingmassenanordnungen an dem zu prüfenden Rotorblatt angebracht, welche einen Massenkörper aufweisen, welcher mittels Befestigungsmitteln an dem Rotorblatt befestigt werden.
Verwendung finden entsprechende Prüfvorrichtungen hauptsächlich im Zulassungsprozess neuer Windenergieanlagen. Diese müssen für eine Betriebszeit von zwanzig Jahren ausgelegt werden und sind in dieser Zeit unterschiedlichsten Belastungen ausgesetzt. Dabei ist die Belastbarkeit der Rotorblätter der Windenergieanlage ein wesentliches Kriterium. Eine Konstruktion der Rotorblätter mit hohen Festigkeitsreserven, wie sie in anderen Bereichen der Technik üblich sind, verbietet sich aus Gewichts- und Kostengründen, so dass die Widerstandsfähigkeit der Anlagen für jede einzelne Konstruktion nachgewiesen werden muss. Zusätzlich zu den rechnerischen Festigkeitsnachweisen wird im Rahmen der Zertifizierung die Eignung jedes neuen Rotorblatttyps experimentell nachgewiesen. Dazu wird in der Regel ein Prototyp eines neuen Rotorblatts in einer Prüfanlage gezielt belastet und seine Reaktion gemessen.
Bei der Untersuchung eines Rotorblattes in einer Prüfanlage wird dieses in der Regel zunächst einer statischen Prüfung und anschließend einer dynamischen Prüfung unterzogen. Bei der statischen Prüfung werden an ausgewählten Stellen des Rotorblattes Lastscheren montiert, welche anschließend z.B. durch Seil- oder Kettenzüge belastet werden, die Belastungsrichtung ist dabei zumeist waagerecht. Das Durchbiegungsverhalten des Rotorblattes wird dann z.B. mittels einer Anzahl von Dehnungsmessstreifen ermittelt, welche auf dem zu prüfenden Rotorblatt angeordnet werden.
Die dynamische Prüfung erfolgt mit einer beschriebenen Prüfvorrichtung, dabei erfolgt die Belastung des Rotorblattes in vertikaler, horizontaler oder beiden Richtungen. Das Ziel der dynamischen Prüfung ist dabei hauptsächlich, die Dauerfestigkeit der Rotorblätter nachzuweisen, sowie das Resonanzverhalten zu ermitteln.
Nachteilig an den bekannten Prüfvorrichtungen ist, dass durch die Montage der gesamten Prüfvorrichtung auf dem zu prüfenden Rotorblatt letzteres nicht nur durch die eingebrachten Trägheitskräfte belastet wird, sondern gleichzeitig auch durch die erhebliche Gewichtskraft des Motors und des Getriebes. Dadurch wird das Rotorblatt statisch vorgespannt und schwingt während der dynamischen Prüfung um diesen verschobenen Nullpunkt, was lokal zur unrealistischen Lastüberhöhung führt. Durch ggf. eingesetzte Schwingmassenanordnungen wird dieser Effekt noch weiter erhöht.
Weiterhin besteht das Problem, dass entsprechende Prüfvorrichtungen in der Regel über mehrere Lastscheren montiert werden müssen, um sicher befestigt zu sein. Dabei wird zwischen den Befestigungsstellen der Lastscheren das Rotorblatt durch die Prüfvorrichtung künstlich versteift, so dass zusätzliche Lastspitzen an den Befestigungsstellen entstehen, dadurch steigt die Gefahr einer Beschädigung des Rotorblatts während der Prüfung.
Ebenso ist es mit den bekannten Prüfvorrichtungen nicht möglich, eine gewünschte Belastungsverteilung auf das Rotorblatt aufzuprägen. Die bisherigen Prüfvorrichtungen machen sich die Massenverteilung des Rotorblattes zunutze, um eine Querkraftverteilung über das Rotorblatt aufzubringen. Dies geschieht über die Beschleunigungen, die sich durch das periodische Anregen des Rotorblattes ergeben. Ein beliebiges Rotorblattteilstück der Länge l an der Stelle z erzeugt eine periodische Querkraft Q(z, l, t), durch seine Masse m(l) und die vorherrschende Beschleunigung a(z, t) nach der Formel: Q(z, l, t) = a(z, t)·m(l) (1)
Die Beschleunigung a(z, t) setzt sich aus der Amplitude A(z) sowie der Kreisfrequenz ω zusammen: a(z, t) = –A(z)·ω²·sin(ω·t) (2)
Damit ergibt sich: Q(z, t) = –m(l)·A(z)·ω²·sin(ω·) (3)
Diese sich ergebende Verteilung der Querkraft Q(z, t) kann modifiziert werden, um der gewünschten Querkraftverteilung zu entsprechen. Dazu werden beim bisherigen Aufbau Einzelmassen am Rotorblatt befestigt, die zusätzliche Querkräfte erzeugen. Der Nachteil dieses Verfahrens macht sich in der Nähe der Einspannung des Rotorblattes bemerkbar, an der die Amplituden nur wenige cm betragen. Um an dieser Stelle eine ausreichende Querkraft zu erreichen, müssten Gewichte in der Größenordnung von 100t aufgebracht werden. Das Rotorblatt würde unter dem Gewicht dieser Zusatzmassen zerbrechen.
Bei bisherigen Prüfvorrichtungen wird der mittlere Teil des Rotorblattes um bis zu 15% überlastet, um die ausreichende Lasten in den Einspannungsbereich einzubringen. Dies führt zu unnötigen Schäden am Testblatt, die aufwändig instand gesetzt werden müssen.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Prüfvorrichtung für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schwingmassenanordnung bereitzustellen, welche auch den Bereich der Einspannung korrekt belastet, ohne andere Bereiche zu überlasten. Damit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Prüfvorrichtung und eine Schwingmassenanordnung vorzusehen, die bei der Prüfung eines Rotorblattes das Rotorblatt gleichmäßig belasten und ein verlässlicheres Prüfungsergebnis zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird zum einen gelöst durch eine Prüfvorrichtung für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, mit einem durch einen Motor antreibbaren Exzenter, wenigstens einer Lastschere zur Befestigung der Prüfvorrichtung an dem Rotorblatt und Mitteln zum Übertragen der Trägheitskräfte des Exzenters auf die wenigstens eine Lastschere, welche dadurch weitergebildet ist, dass die Prüfvorrichtung eine Wippe umfasst, welche mittels eines Lagers an einem die Gewichtskraft der Prüfvorrichtung tragenden Körper angeordnet, insbesondere befestigt, ist, wobei der Motor und der Exzenter auf der Wippe angeordnet sind und wobei die Wippe über eine Koppel mit der wenigstens einen Lastschere verbunden ist. Durch diese Ausgestaltung der Prüfvorrichtung wird das Gewicht der Prüfvorrichtung durch den Körper getragen und belastet nicht mehr das Rotorblatt. Es können somit hohe und exakt definierte Kräfte in das Rotorblatt eingebracht werden, ohne dass dieses gleichzeitig durch die erhebliche Gewichtskraft der Prüfvorrichtung belastet ist. Gleichzeitig wird die Gefahr reduziert, dass im Fall einer Beschädigung des Exzenters dieser auf das zu prüfende Rotorblatt fällt und es beschädigt.
Im Rahmen der Erfindung handelt es sich bei einer Lastschere um eine Vorrichtung zum flächigen Einbringen von äußeren Kräften in ein Rotorblatt. Die Lastschere umfasst insbesondere zwei Konturschablonen bzw. besteht aus zwei Konturschablonen, die das Rotorblatt umschließen. Zudem kann ein Rahmen vorgesehen sein, der die Konturschablonen umschließt und gegen die Blattoberfläche drückt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Wippe mittels des Lagers an einem Fundament angeordnet, insbesondere befestigt. Durch die große Masse des Fundaments ist sichergestellt, dass dieses nicht ebenfalls zu Schwingungen angeregt wird, welche das Prüfergebnis verfälschen würden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der Exzenter und der Motor über ein Getriebe miteinander verbunden. Dadurch ist es möglich, den Motor in einem ersten, für den Motor günstigen Drehzahlbereich zu betreiben, und gleichzeitig den Exzenter in einem für das gerade zu prüfende Rotorblatt erforderlichen Drehzahlbereich zu betreiben. Wenn als Getriebe ein verstellbares Getriebe vorgesehen ist, kann die Prüfvorrichtung besonders einfach an unterschiedliche zu prüfende Rotorblätter angepasst werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind der Motor, der Exzenter und ggf. das Getriebe so auf der Wippe montiert, dass die Wippe sich im Gleichgewicht befindet. Auf diese Weise erfolgt die Belastung des zu prüfenden Rotorblatts ausschließlich durch die Trägheitskräfte des Exzenters.
Weiter bevorzugt ist es, dass der Motor, der Exzenter und ggf. das Getriebe so auf der Wippe angeordnet sind, dass die Wippe eine geringe und/oder variable Rotationsträgheit bzw. ein geringes und/oder variables Rotationsträgheitsmoment aufweist. Dadurch werden die durch den Exzenter eingebrachten Trägheitskräfte besonders effektiv an das Rotorblatt weitergegeben. Vorzugsweise ist der Exzenter in einem vorgebbaren Frequenzbereich betreibbar bzw. wird in einem vorgebbaren Frequenzbereich betrieben. Hierdurch können entsprechend vorgebbare Schwingungsmoden bzw. Eigenfrequenzmoden des Rotorblattes angeregt werden.
Wenn der Motor, der Exzenter und für den Fall, dass ein Getriebe vorgesehen ist, das Getriebe so auf der Wippe angeordnet sind, dass die Wippe ein Rotationsträgheitsmoment aufweist, dass keine Eigenschwingfrequenz der Wippe im Bereich der Testfrequenz liegt, verfälscht die Prüfvorrichtung die Prüfung des Rotorblattes nicht. Zudem kann dann die Prüfvorrichtung auch das Rotorblatt nicht durch Auftreten einer Eigenfrequenzschwingung der Prüfvorrichtung beschädigen.
In einer besonders bevorzugten Ausführung umfasst die Prüfvorrichtung wenigstens zwei Lastscheren, welche mit der Wippe über ein Koppelgetriebe verbunden sind. Es ist dadurch möglich, die Trägheitskräfte des Exzenters gezielt auf mehrere Befestigungsstellen des zu prüfenden Rotorblatts zu verteilen. Das Koppelgetriebe ermöglicht es dabei, dass Schwingungen des zu prüfenden Rotorblattes an den einzelnen Befestigungsstellen mit unterschiedlichen Amplituden und Phasen angeregt werden, wobei gleichzeitig lokale Belastungsspitzen an den Befestigungsstellen vermieden werden. Wenn das Koppelgetriebe verstellbar ausgeführt ist, ist wiederum eine besonders einfache Anpassung an unterschiedliche zu prüfende Rotorblätter möglich.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung weist zur Verteilung der Trägheitskräfte auf zwei Lastscheren das Koppelgetriebe ein erstes und ein zweites Koppelelement auf, welche jeweils mit der ersten bzw. der zweiten Lastschere verbunden sind, wobei ferner das erste und das zweite Koppelelement mit einem Querkoppelelement verbunden sind, und das Querkoppelelement mit einem dritten Koppelelement verbunden ist, welches seinerseits mit der Wippe verbunden ist. Eine entsprechende Konstruktion des Koppelgetriebes erlaubt eine besonders variable Einprägung der Trägheitskräfte in das zu prüfende Rotorblatt bei möglichst einfachem Aufbau.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das erste Koppelelement gelenkig mit dem Querkoppelelement verbunden, und das zweite Koppelelement und das Querkoppelelement sind zu einer verwindungssteifen Einheit verbunden. Durch eine entsprechende Konstruktion des Koppelgetriebes wird ein störendes Lagerspiel auf ein Minimum reduziert und gleichzeitig eine mechanische Überbestimmung vermieden.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Schwingmassenanordnung mit einem Massenkörper und Befestigungsmitteln zur Befestigung der Schwingmassenanordnung an einem Rotorblatt, welche dadurch weiter gebildet ist, dass die Schwingmassenanordnung eine Wippe umfasst, welche mittels eines Lagers an einem die Gewichtskraft der Schwingmassenanordnung tragenden Körper angeordnet, insbesondere befestigt, ist, wobei der Massenkörper auf der Wippe angeordnet ist und wobei die Wippe über eine Koppel mit den Befestigungsmitteln verbunden ist. Dadurch, dass das Gewicht der Schwingmassenanordnung nicht durch das Rotorblatt getragen wird, kann die Trägheit des Massenkörpers gezielt zur Einstellung der Schwingungsmoden des Rotorblatts eingesetzt werden, ohne dass dieses zusätzlich statisch belastet wird.
Gemäß einer besonderen Weiterbildung der Erfindung umfassen die Befestigungsmittel der Schwingmassenanordnung wenigstens eine Lastschere. Dadurch kann die Schwingmassenanordnung besonders einfach und variabel an dem zu prüfenden Rotorblatt befestigt werden. Vorzugsweise ist die Koppel näher an einer Drehachse der Schwingmassenanordnung angeordnet als der Schwerpunkt eines Massenkörpers der Schwingmassenanordnung. Durch diese Maßnahme kann eine auf das Rotorblatt ausgeübte Querkraft aufgrund der Rotationsträgheit der Schwingmassenanordnung über eine Hebelkraft verstärkt werden. Vorzugsweise dient eine Hilfsmasse, die auf der Wippe verschiebbar angeordnet ist, dazu, die Wippe in ein Gleichgewicht auszutarieren. Vorzugsweise ist die Koppel näher an einer Drehachse der Schwingmessanordnung angeordnet als der Schwerpunkt der Schwingmessanordnung.
Vorzugsweise liegt das Trägheitsmoment bzw. Rotationsträgheitsmoment zwischen 5.000 kgm² und 50.000 kgm², insbesondere zwischen 10.000 kgm² und 30.000 kgm², vorzugsweise bei 20.000 kgm².
Vorzugsweise ist wenigstens ein Massenkörper auf der Wippe verschiebbar angeordnet, Der Massenkörper ist hierzu vorzugsweise lösbar fixierbar bzw. lösbar fixiert und kann zum Verschieben gelöst werden. Vorzugsweise ist der Massenkörper auf einem Schienensystem oder Rollensystem angeordnet, so dass der Massenkörper leicht verschoben werden kann. Anschließend wird der Massenkörper dann wieder auf der Wippe fixiert. Damit der Massenkörper sich nicht von alleine, wenn dieser von der Wippe gelöst ist, in Bewegung setzt, ist vorzugsweise eine Wippenfixiervorrichtung vorgesehen, die die Wippe in der waagerechten Position hält.
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung einer Prüfanlage für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage nach dem Stand der Technik,
2: eine schematische Darstellung einer Prüfanlage für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage mit einer Prüfvorrichtung gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform,
3: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung,
4: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schwingmassenanordnung und
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schwingmassenanordnung.
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
1 zeigt eine Prüfanlage 1 für ein Rotorblatt 3 einer Windenergieanlage. Die Prüfanlage 1 weist einen Montageblock 2 auf, an welchem ein zu prüfendes Rotorblatt 3 befestigt ist. Das Rotorblatt 3 ist dabei waagerecht in einer gewissen Höhe über einem Fundament 4 der Prüfanlage 1 angeordnet, so dass eine vertikale Bewegung des Rotorblatts 3 möglich ist. Auf dem zu prüfenden Rotorblatt 3 ist eine Prüfvorrichtung 5 angeordnet, welche einen massiven Träger 6 umfasst, der mittels zweier Lastscheren 7 an dem Rotorblatt 3 befestigt ist. Auf dem Träger 6 ist ein Exzenter 8 angeordnet, welcher über ein Getriebe 9 von einem Motor 10 angetrieben wird. Die ganze Prüfvorrichtung 5 ist zur Sicherheit von einem Käfig 11 umgeben. Die Prüfvorrichtung 5 kann leicht eine Masse von 6t aufweisen und somit eine erhebliche statische Belastung des Rotorblatts 3 bewirken. Diese Belastung addiert sich während der Prüfung mit den Trägheitskräften des Exzenters 8 und kann so zu einer Überlastung und im schlimmsten Fall zu einer Zerstörung des Rotorblatts 3 führen. Gleichzeitig wird durch die über den Träger 6 steif verbundenen Lastscheren 7 das Rotorblatt 3 im Bereich der Prüfvorrichtung 5 versteift, was zu unnatürlichen Belastungsspitzen an den Befestigungsstellen der Lastscheren 7 führt. Hierdurch wird die Gefahr einer Beschädigung des Rotorblatts 3 noch weiter erhöht.
Am äußeren Ende des Rotorblatts 3 ist eine Schwingmassenanordnung 12 angebracht, um zusätzliche Querkräfte in das Rotorblatt 3 einzubringen. Die Schwingmassenanordnung besteht aus einem Massenkörper 13, welcher mittels einer weiteren Lastschere 14 an dem Rotorblatt 3 befestigt ist. Durch die Gewichtskraft der Schwingmassenanordnung 12 wird das Rotorblatt 3 zusätzlich statisch belastet und die Beschädigungsgefahr somit weiter erhöht.
In 2 ist eine erfindungsgemäße Prüfanlage 1' für ein Rotorblatt 3 einer Windenergieanlage dargestellt. Diese unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Prüfanlage 1 dadurch, dass an Stelle der herkömmlichen Prüfvorrichtung 5 eine Prüfvorrichtung 5' gemäß der Erfindung vorgesehen ist. Die Prüfvorrichtung 5' umfasst ebenfalls zwei Lastscheren 7, 7‘ welche mit einem Abstand zueinander an dem Rotorblatt 3 befestigt sind. Zur Kraftbeaufschlagung der Lastscheren 7, 7‘ ist wiederum ein Exzenter 8 vorgesehen, welcher über ein Getriebe 9 von einem Motor 10 angetrieben wird.
Anders als in der Prüfvorrichtung 5 sind der Motor 10, das Getriebe 9 und der Exzenter 8 auf einer Wippe 15 angeordnet, welche über ein als Lagerbock 16 ausgeführtes Lager schwenkbar auf dem Fundament 4 der Prüfanlage 1' befestigt ist. Die Idee ist es, den Antrieb aus Exzenter 8, Getriebe 9 und Motor 10 auf dem Boden beziehungsweise dem Fundament 4 fest zu installieren und durch eine Kopplung die Energie beziehungsweise die Trägheitskräfte an das Rotorblatt 3 weiter zu leiten. Dazu ist eine Wippe 15 vorgesehen, auf welcher der Motor 10 sowie der Exzenter 8 befestigt werden, und ggf. auch das Getriebe 9. Die Wippe 15 treibt das Rotorblatt 3 mit einer vorgebbaren Frequenz an. Die Lagerung ist dabei so ausgeführt, dass die Wippe 15 etwa im Gleichgewicht ist und ein möglichst variables Rotationsträgheitsmoment aufweist. Die Gewichtskraft des Exzenters 8, des Getriebes 9 und des Motors 10 wird dabei von dem Lagerbock 16 und letztendlich von dem Fundament 4 getragen, ohne dass das Rotorblatt 3 dadurch belastet wird.
Motor 10, Getriebe 9 und Exzenter 8 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Wellen 17 und 17‘ miteinander verbunden. Anstelle der Wellen 17, 17‘ können ebenso andere Übertragungsmittel Anwendung finden, wie z.B. Ketten oder Treibriemen. Das Getriebe 9 ist als verstellbares Getriebe ausgeführt. Durch Verstellung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 9 kann die Drehzahl des Exzenters 8 bei gleicher Drehzahl des Motors 10 verändert werden. Aber auch bei Verwendung von Elektromotoren kann ein verstellbares Getriebe von Vorteil sein.
Ein Ende der Wippe 15 ist über eine als Koppelgetriebe 18 ausgeführte Koppel mit den Lastscheren 7, 7‘ verbunden. Wird der Exzenter 8 jetzt durch den Motor 10 in Rotation versetzt, so werden die entstehenden Trägheitskräfte über das Koppelgetriebe 18 und die Lastscheren 7, 7‘ in das Rotorblatt 3 eingeprägt, wodurch dieses in Schwingungen versetzt wird und somit auf seine Haltbarkeit und seine Schwingungseigenschaften hin untersucht werden kann.
Die Messvorrichtungen zum Ermitteln der Schwingungsbewegungen des Rotorblattes 3 sind wie im Stand der Technik ausgeführt und der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Das Koppelgetriebe 18 weist zur Übertragung der Trägheitskräfte des Exzenters 8 auf die Lastscheren 7, 7‘ ein erstes Koppelelement 19 und ein zweites Koppelelement 20 auf, die jeweils mit den Lastscheren 7, 7‘ verbunden sind. An der jeweils von den Lastscheren 7, 7‘ abgewandten Seite sind die Koppelelemente 19, 20 durch ein Querkoppelelement 22 verbunden, welches wiederum über ein drittes Koppelelement 21 mit der Wippe 15 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Querkoppelelement 22 und dem dritten Koppelelement 21 kann dabei entlang des Querkoppelelements 22 verstellt werden, hierdurch kann die Verteilung der Trägheitskräfte auf die beiden Lastscheren 7, 7‘ verändert werden. Die Verbindungen der Koppelelemente 19, 20 mit dem Querkoppelelement 22 sind vorzugsweise winkelfest. Die Verbindungen zu den Lastscheren 7, 7‘ und der Wippe 15 sind vorzugsweise mit Gelenken 23 versehen. Hierdurch wird eine Phasen- und/oder Amplitudendifferenz der Schwingungsbewegungen des zu prüfenden Rotorblatts 3 an den Befestigungsstellen der beiden Lastscheren 7, 7‘ möglich. Es ist also eine Lastverzweigung möglich, ohne dass dabei das natürliche Durchbiegungsverhalten des Rotorblatts 3 behindert wird. Die Gelenke 23 sind besonders spiel- und reibungsarm ausgeführt, z.B. als Kreuzfedergelenke.
In 3 ist eine erfindungsgemäße Variante 5'' der Prüfvorrichtung 5' dargestellt. Diese unterscheidet sich von der Prüfvorrichtung 5' dadurch, dass das zweite Koppelelement 20 und das Querkoppelelement 22 durch eine zusätzliche Verstrebung 24 zu einer verwindungssteifen Einheit 25 verbunden sind. Dadurch wird das Spiel des Koppelgetriebes 18 deutlich reduziert, was zu einer Verringerung von Verschleiß an dem Koppelgetriebe 18 führt.
In 4 ist schematisch eine Schwingmassenanordnung 26 gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung dargestellt. Diese unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Schwingmassenanordnung 12 dadurch, dass der Massenkörper 13 nicht von dem Rotorblatt 3 getragen wird, sondern wiederum von einer weiteren Wippe 27, welche mittels eines weiteren als Lagerbock 28 ausgeführten Lagers am Fundament 4 der Prüfanlage befestigt ist. Ein Ende der Wippe 27 ist über eine Koppel 29 mit einer Lastschere 14 verbunden, welche am Rotorblatt 3 befestigt ist. Wird nun das Rotorblatt 3 z.B. durch eine Prüfvorrichtung 5, 5', 5'' in Schwingungen versetzt, so werden diese Schwingungen über die Koppel 29 auf die Wippe 27 übertragen, wobei sich die Trägheit des Massenkörpers 13 zu der Trägheit des Rotorblatts addiert. Bezüglich der Trägheit wirkt die Schwingmassenanordnung 26 also wie die Schwingmassenanordnung 12, ohne allerdings das Rotorblatt 3 statisch zu belasten. Die Beschädigungsgefahr für das Rotorblatt 3 wird dadurch erheblich reduziert. Um die Wippe 27 statisch etwa im Gleichgewicht zu halten, ist zusätzlich zum Massenkörper 13 ein zweiter, etwa gleich schwerer Massenkörper 13' auf der anderen Seite der Wippe 27 vorgesehen. An den Verbindungen der Koppel 29 mit der Wippe 27 und der Lastschere 14 sind wiederum Gelenke 30 vorgesehen.
Mit Hilfe der Wippe 27 kann ein horizontal ausgerichtetes Blatt gestützt werden. Hierbei wird die Wippe mit einem entsprechenden Massenkörper so beladen, dass die Wippe von sich aus nicht im Gleichgewicht steht, sondern eine konstante Kraft auf das Rotorblatt ausübt, also beispielsweise das Rotorblatt konstant nach oben drückt, Damit lässt sich der Mittelwert, um den die Schwingung beim dynamischen Blatttest erfolgt, einstellen. Durch die statische Kraft, die durch eine derartige Beladung der Wippe, die für ein Ungleichgewicht sorgt, wird die Vorspannung, die auf das Rotorblatt wirkt, eingestellt. Insbesondere kann die Vorspannung aufgrund der Schwerkraft des Rotorblattes vermindert werden.
5 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Schwingmassenanordnung. Hierbei ist dargestellt, dass die Massenkörper 13 und 13‘ auf der Wippe 27 verschiebbar angeordnet sind, und zwar, wenn die Wippe beispielsweise im Waagerechten steht in der 5 waagerecht nach links und rechts. Hierdurch ergibt sich ein variables Trägheitsmoment bzw. Rotationsträgheitsmoment der Wippe, die um die Drehachse 31 verdrehbar ist. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Koppel 29 zwischen den Massen 13 und 13‘ angeordnet ist und insbesondere zwischen einer Masse 13 und der Drehachse 31 der Wippe 27. Hierdurch kann bei kleinen Auslenkungen des Rotorblattes eine effiziente Messung durchgeführt werden. Insbesondere kann hiermit ein hohes Rotationsträgheitsmoment ausgenutzt werden. Zudem kann mit einer sehr hohen Querkraft gearbeitet werden, da eine Hebelwirkung ausgenutzt werden kann. Nach dem Hebelgesetz ergibt sich ein Verstärkungsfaktor durch den Quotienten des Abstands des Massenschwerpunktes des Massenkörpers 13 zur Drehachse 31 und des Abstands der Koppel 29 zur Drehachse 31. Mit dem Abstand ist der horizontale Abstand gemeint.
Bei einem dynamischen Blatttest ist es notwendig, dynamische Querkräfte in das Rotorblatt einzuleiten, um die geforderte Biegemomentenverteilung zu erreichen. An der Blattwurzel können keine Querkräfte mit dem bisherigen Verfahren eingeleitet werden. Insbesondere an der Blattwurzel ist eine Trägheitswippe gemäß der Erfindung geeignet, hohe Querkräfte einzuleiten. Es können insbesondere durch die Zusatzmassen hohe Beschleunigungskräfte hervorgerufen werden. Alternativ können die Querkräfte auch durch Hydraulikzylinder aufgebracht werden. Bevorzugt ist allerdings die Variante mit den Massen auf der Wippe.
Gemäß der Erfindung kann eine Querkraft mit bewegten Massen erzeugt werden, die das Blatt nicht statisch belasten. Hierzu wird eine oder werden entsprechende Massen auf einer Wippe 27 vorzugsweise befestigt, die mit dem Rotorblatt gekoppelt werden. Die Wippe wird durch das Rotorblatt in Bewegung versetzt und übt auf das Rotorblatt infolge ihrer Rotationsträgheit Querkräfte auf das Blatt aus. Die Größe der Querkraft kann beispielsweise durch den Kopplungspunkt der Koppel 29 auf der Wippe 27 verstärkt werden, und zwar, wie oben dargestellt wurde, über Hebelgesetze. Damit kann eine hohe Querkraft insbesondere in der Blattwurzel bei einem dynamischen Test eingeleitet werden, ohne das Rotorblatt zu überlasten. Zudem können die Schwingmassenanordnung, insbesondere die Wippe 27, und die Massen auf einfache Art auf andere Rotorblätter eingestellt werden. Besonders bevorzugt ist noch eine Variante, bei der eine Hilfsmasse bzw. eine Zusatzmasse 13‘‘ dazu dient, die Wippe 27 mit der Koppel 29 und der Lastschere, die in 5 nicht dargestellt ist, in ein Gleichgewicht auszutarieren.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.
Bezugszeichenliste

1, 1': Prüfanlage
2: Montageblock
3: Rotorblatt
4: Fundament
5, 5', 5'': Prüfvorrichtung
6: Träger
7, 7‘: Lastschere
8: Exzenter
9: Getriebe
10: Motor
11: Käfig
12: Schwingmassenanordnung
13, 13', 13‘‘: Massenkörper
14: Lastschere
15: Wippe
16: Lagerbock
17, 17‘: Welle
18: Koppelgetriebe
19, 20, 21: Koppelelemente
22: Querkoppelelement
23: Gelenk
24: Verstrebung
25: Einheit
26: Schwingmassenanordnung
27: Wippe
28: Lagerbock
29: Koppel
30: Gelenk
31: Drehachse

Claims

Prüfvorrichtung für ein Rotorblatt (3) einer Windenergieanlage, mit einem durch einen Motor (10) antreibbaren Exzenter (8), wenigstens einer Lastschere (7, 7‘) zur Befestigung der Prüfvorrichtung (5, 5', 5'') an dem Rotorblatt (3) und Mitteln zum Übertragen der Trägheitskräfte des Exzenters (8) auf die wenigstens eine Lastschere (7, 7‘), dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung (5, 5', 5'') eine Wippe (15) umfasst, welche mittels eines Lagers (16) an einem die Gewichtskraft der Prüfvorrichtung (5, 5', 5'') tragenden Körper (4) angeordnet, insbesondere befestigt, ist, wobei der Motor (10) und der Exzenter (8) auf der Wippe (15) angeordnet sind, und wobei die Wippe (15) über eine Koppel (18) mit der wenigstens einen Lastschere (7, 7‘) verbunden ist.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippe (15) mittels des Lagers (16) an einem Fundament (4) angeordnet, insbesondere befestigt, ist.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das der Exzenter (8) und der Motor (10) über ein Getriebe (9), insbesondere ein verstellbares Getriebe (9), miteinander verbunden sind.
Prüfvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (10), der Exzenter (8) und für den Fall, dass ein Getriebe (9) vorgesehen ist, das Getriebe (9) so auf der Wippe (15) angeordnet ist, dass die Wippe (15) sich im Gleichgewicht befindet.
Prüfvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter in einem vorgebbaren Frequenzbereich betreibbar ist oder betrieben wird.
Prüfvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung (5', 5'') wenigstens zwei Lastscheren (7, 7‘) umfasst, welche mit der Wippe (15) über ein, insbesondere verstellbares, Koppelgetriebe (18) verbunden sind.
Prüfvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verteilung der Trägheitskräfte auf zwei Lastscheren (7, 7‘) das Koppelgetriebe (18) ein erstes und ein zweites Koppelelement (19, 20) aufweist, welche jeweils mit einer ersten bzw. einer zweiten der Lastscheren (7, 7‘) verbunden sind, wobei ferner das erste und das zweite Koppelelement (19, 20) mit einem Querkoppelelement (22) verbunden sind und das Querkoppelelement (22) mit einem dritten Koppelelement (21) verbunden ist, welches seinerseits mit der Wippe (15) verbunden ist.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Koppelelement (19) gelenkig mit dem Querkoppelelement (22) verbunden ist, und das zweite Koppelelement (20) und das Querkoppelelement (22) zu einer verwindungssteifen Einheit (25) verbunden sind.
Schwingmassenanordnung mit einem Massenkörper (13, 13‘) und Befestigungsmitteln zur Befestigung der Schwingmassenanordnung an einem Rotorblatt (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingmassenanordnung (26) eine Wippe (27) umfasst, welche mittels eines Lagers (28) an einem die Gewichtskraft der Schwingmassenanordnung (26) tragenden Körper (4) angeordnet, insbesondere befestigt, ist, und dass der Massenkörper (13, 13') auf der Wippe (27) angeordnet ist, und dass die Wippe (27) über eine Koppel (29) mit den Befestigungsmitteln (14) verbunden ist.
Schwingmassenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (14) wenigstens eine Lastschere (14) umfassen.
Schwingmassenanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppel (29) näher an einer Drehachse (31) der Schwingmassenanordnung (26) angeordnet ist als der Schwerpunkt eines Massenkörpers (13, 13‘) der Schwingmassenanordnung (26).
Schwingmassenanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Massenkörper (13, 13‘) auf der Wippe (27) verschiebbar angeordnet ist.