DE102015222324A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer Unwucht - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer Unwucht Download PDF

Info

Publication number
DE102015222324A1
DE102015222324A1 DE102015222324.8A DE102015222324A DE102015222324A1 DE 102015222324 A1 DE102015222324 A1 DE 102015222324A1 DE 102015222324 A DE102015222324 A DE 102015222324A DE 102015222324 A1 DE102015222324 A1 DE 102015222324A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
imbalance
rotatable component
sensor
control
mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102015222324.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Daniel Wolf
Johannes Schaefer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Priority to DE102015222324.8A priority Critical patent/DE102015222324A1/de
Publication of DE102015222324A1 publication Critical patent/DE102015222324A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0066Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by exciting or detecting vibration or acceleration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00Testing of machine parts
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0016Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings of aircraft wings or blades
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0033Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining damage, crack or wear
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D15/00Transmission of mechanical power
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D17/00Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/80Diagnostics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/83Testing, e.g. methods, components or tools therefor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Erzeugen einer Unwucht in mindestens einem rotierbaren Bauteil (2), wobei die Vorrichtung (1) eine Massenträgheitsvorrichtung (3), eine Betätigungseinrichtung (6), eine Sensorvorrichtung (7), eine Energie- und Signalübertragungseinrichtung (8) sowie eine Steuer- und Auswerteinrichtung (9) umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der zuvor genannten Vorrichtung (1), umfassend die Verfahrensschritte Implementieren von Referenzdaten in die Steuer- und Auswerteinrichtung (9), Erzeugen einer jeweiligen Unwucht in mindestens einem rotierbaren Bauteil (2) mittels Massenträgheitsvorrichtung (3), Messen der Auswirkungen der erzeugten Unwucht und Generieren von Messdaten mittels Sensorvorrichtung (7), Übertragen der Messdaten mittels Energie- und Signalübertragungseinrichtung (8) von der Sensorvorrichtung (7) auf die Steuer- und Auswerteinrichtung (9), und Vergleichen der Messdaten, hinsichtlich der jeweiligen Unwucht mit den in der Steuer- und Auswerteinrichtung (9) hinterlegten Referenzdaten, um ein mögliches Versagen des rotierbaren Bauteils (2), insbesondere aufgrund einer strukturellen Schwächung zu prognostizieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Unwucht und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung insbesondere in einer Windkraftanlage verwendbar ist.
  • Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik sind Vorrichtungen zum Ausgleich einer Unwucht an einem rotierbaren Bauteil wohl bekannt. Vornehmlich erstreckt sich die erfindungsgemäße Lehre auf Windkraftanlagen, insbesondere auf Getriebe, Wellen und Rotoren von Windkraftanlagen. Des Weiteren erstreckt sich die erfindungsgemäße Lehre auch auf Industriegetriebe.
  • Aus der DE 10 2004 014 992 A1 geht eine Auswuchtvorrichtung zur Kompensation der Unwucht von mit Rotorblätter ausgestatteten Rotoren von Windkraftanlagen hervor. Die Auswuchtvorrichtung umfasst wenigstens ein Unwuchtsensormodul zum Messen der Unwucht des Rotors, wenigstens ein Auswuchtmodul zum Auswuchten der Unwucht des Rotors, wenigstens ein Antriebsmodul zum Erzeugen der Antriebsenergie für das Auswuchtmodul und wenigstens ein Leistungsmodul zum Erzeugen eines Leistungssignales für den Betrieb des Antriebsmoduls. Ferner umfasst die Auswuchtvorrichtung einen Rechner zum Erfassen der Signale des Unwuchtsensormoduls und des Auswuchtmoduls und zum Berechnen eines Steuersignals für das Leistungsmodul. Das Auswuchtmodul umfasst eine radial zur Rotationsachse des Rotors verstellbare Kompensationsmasse zum Ausgleich der Unwucht des Rotors, ein Verstellmodul zum Verstellen der Kompensationsmasse, und ein Positionsbestimmungsmodul zum Bestimmen der Position der Kompensationsmasse. Über den Unwuchtsensor wird die Unwucht des Rotors erfasst. Ein Rechner berechnet fortlaufend die notwendige Stellung der Kompensationsmasse zum Ausgleich der Unwucht des Rotors anhand der Signale des Positionsbestimmungsmoduls. Mit Hilfe dieser Signale wird ein Signal für das Leistungsmodul erzeugt, um das Antriebsmodul entsprechend ansteuern zu können und die Kompensationsmasse so zu verfahren, dass die Unwucht eines Rotorblattes ausgeglichen wird.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit welchen insbesondere ein mögliches Versagen eines rotierbaren Bauteils, insbesondere aufgrund einer strukturellen Schwächung prognostizierbar ist. Dabei ist unter einer strukturellen Schwächung, beispielsweise ein gewachsener Riss oder eine Materialveränderung, insbesondere eine Versprödung oder eine Aufweichung des Werkstoffs zu verstehen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der Patentansprüche 1 und 7. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen einer Unwucht in mindestens einem rotierbaren Bauteil, umfasst eine Massenträgheitsvorrichtung mit mindestens einer aktiv verstellbaren Masse und mit einer Verstellvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, durch Verschieben der mindestens einen aktiv verstellbaren Masse eine Unwucht zu erzeugen, eine Betätigungseinrichtung, die dazu vorgesehen ist, die Verstellvorrichtung zu betätigen, eine Sensorvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, Messungen durchzuführen und Messdaten zu generieren, eine Energie- und Signalübertragungseinrichtung, die dazu vorgesehen ist, zumindest die Betätigungseinrichtung und die Sensorvorrichtung mit elektrischer Energie zu versorgen sowie die Messdaten von der Sensorvorrichtung weiterzuleiten, und eine Steuer- und Auswerteinrichtung, die dazu vorgesehen ist, zumindest die Betätigungseinrichtung zu steuern und die empfangenen Messdaten auszuwerten, um ein mögliches Versagen des rotierbaren Bauteils, insbesondere aufgrund einer strukturellen Schwächung zu prognostizieren.
  • Die erzeugte Unwucht dient zur frühzeitigen Auffindung struktureller Schwächungen, durch Risse aber auch durch Versprödung oder Aufweichung des Werkstoffs. Dazu wird das Übertragungsverhalten der Unwucht im System mit der Sensorvorrichtung geprüft. Strukturelle Schwächungen ändern die Steifigkeit und das Dämpfungsverhalten des Systems, wobei sich insbesondere die Schwingungsfrequenz und die Amplitude der jeweiligen Frequenz ändern. Die von der Sensorvorrichtung aufgezeichneten Messdaten, insbesondere die Frequenzen und Amplituden der jeweiligen Frequenzen der Schwingungen werden an die Steuer- und Auswerteeinrichtung übertragen und dort analysiert. Die Messdaten werden mit Referenzdaten verglichen. Die Referenzdaten umfassen Messdaten über Auswirkungen einer jeweiligen Unwucht auf das mindestens eine rotierbare Bauteil ebenso wie Auswirkungen einer jeweiligen Unwucht auf das gesamte System, insbesondere dem Getriebe und/oder der Windkraftanlage. Diese Messdaten umfassen Auswirkungen einer jeweiligen Unwucht auf ein strukturell einwandfreies System aber auch Auswirkungen einer jeweiligen Unwucht auf ein System mit Defekten. Solche Defekte können beispielsweise Risse in Getriebekomponenten aber auch unzureichend geschmierte Lagerelemente sein. Die Referenzdaten sind vorzugsweise aus Computersimulationen und realen Versuchen am System gebildet. Sofern die Messdaten mit den Referenzdaten übereinstimmen, die ein fehlerfreies System diagnostizieren, ist davon auszugehen, dass das System fehlerfrei, insbesondere strukturell einwandfrei ist. Mithin sind keine Defekte oder Fehlermechanismen feststellbar.
  • Eine Abweichung der Messdaten von den Referenzdaten, die ein fehlerfreies System diagnostizieren, generiert ein Warnsignal mittels Steuer- und Auswerteinrichtung. So kann beispielsweise die Frequenz der Schwingung abweichen oder die Amplitude der jeweiligen Frequenz höher oder niedriger sein. Unter einem Warnsignal ist ein optisches und/oder akustisches Signal zu verstehen, dass von der Steuer- und Auswertvorrichtung vorzugsweise an eine Zentrale zur Steuerung des Systems oder an einem Server gesendet wird, um eine Prüfung des Systems oder ein Abschalten des Systems zu veranlassen. Insbesondere können die Messdaten von den Referenzdaten, die ein fehlerfreies System diagnostizieren, abweichen, jedoch mit Referenzdaten für bekannte Fehlermechanismen übereinstimmen. In diesem Fall wird neben dem Warnsignal vorzugsweise auch der mögliche Fehlermechanismus ausgegeben und ggf. direkt die notwendigen Gegenmaßnahmen eingeleitet. Die notwendigen Gegenmaßnahmen können, insbesondere auf dem Server zusammen mit den Referenzdaten für bekannte Fehlermechanismen hinterlegt sein.
  • Je nach Abweichung der Messdaten von den Referenzdaten kann auf den jeweiligen Defekt geschlossen werden und dadurch das System einer Prüfung unterzogen werden bzw. abgeschaltet werden. Ferner ist es denkbar die Belastung des Systems herabzusetzen, um beispielsweise die Lebensdauer des strukturell geschwächten Bauteils zu erhöhen. Insbesondere kann bei entlegenen Windkraftanlagen, beispielsweise in Offshore-Windparks, durch das Herabsetzen der Belastung des Systems, insbesondere der Windkraftanlage, der Betrieb des Systems bis zur Wartung oder Reparatur des Defekten Bauteils weitergeführt werden. Ferner kann je nach diagnostiziertem Fehlermechanismus das Wartungsintervall angepasst werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine aktiv verstellbare Masse radial zu dem mindestens einen rotierbaren Bauteil verstellbar. Insbesondere ist das mindestens eine rotierbare Bauteil ein Rotorblatt einer Windkraftanlage, wobei die mindestens eine aktiv verstellbare Masse radial zu einer Rotornabe im Rotorblatt verstellbar ist. Mit anderen Worten wird die Unwucht durch eine Verschiebung der aktiv verstellbaren Masse im Rotorblatt realisiert. Dazu sind vorzugsweise in jedem Rotorblatt eine aktiv verstellbare Masse und eine jeweilige Verstellvorrichtung angeordnet. Insbesondere ist die Verstellvorrichtung ein linear wirkendes Getriebe, vorzugsweise ein Spindelgetriebe, ein Bewegungsschraubengetriebe, ein Zahnstangengetriebe oder ein Zugmittelgetriebe. Die aktiv verstellbare Masse ist dazu vorgesehen, linear an der Verstellvorrichtung bewegt zu werden, um in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors und der jeweiligen Position im Rotorblatt eine charakteristische Unwucht zu erzeugen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine aktiv verstellbare Masse in Umfangsrichtung an dem mindestens einen rotierbaren Bauteil verstellbar, wobei mindestens eine zweite Masse an dem mindestens einen rotierbaren Bauteil angeordnet ist. Insbesondere ist das mindestens eine rotierbare Bauteil eine zumindest mittelbar mit einem Getriebe verbundene Welle, wobei die mindestens eine aktiv in Umfangsrichtung verstellbare Masse an der Welle angeordnet ist, und wobei die mindestens eine zweite Masse an der Welle angeordnet ist. Ferner ist die Massenträgheitsvorrichtung in unmittelbarer Nähe des Getriebes angeordnet. Dabei eignet sich insbesondere die Anordnung der Massenträgheitsvorrichtung an der Getriebeeingangswelle. Die beiden Massen sind vorzugsweise an einer Außenumfangsfläche der Welle angeordnet. Ferner ist es aber auch denkbar die beiden Massen stirnseitig an der Welle anzuordnen. Die Verstellvorrichtung ist dazu vorgesehen, mindestens eine der beiden Massen in Umfangsrichtung entlang der Außenumfangsfläche zu verschieben und dadurch eine Unwucht in der Welle zu erzeugen. Dadurch kann insbesondere ein Defekt im Getriebe oder an weiteren mit der Welle verbundenen Bauteilen, wie Naben oder Lager entdeckt werden.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Betätigungseinrichtung einen Elektromotor umfasst, der zur Verschiebung der mindestens einen aktiv verstellbaren Masse mit der Verstellvorrichtung zusammenwirkt. Insbesondere weist der Elektromotor eine Ansteuervorrichtung auf, die die Signale der Betätigungseinrichtung in Positionssignale für die Verstellvorrichtung umwandelt und dadurch die Position der mindestens einen aktiv verstellbaren Masse bestimmt. Anstatt eines Elektromotors können auch andere Motoren zum Antrieb eingesetzt werden, beispielsweise ein hydraulischer oder pneumatischer Motor. Auch ist es in weiteren Ausführungen denkbar, dass anstatt eines Motors ein hydraulisch oder pneumatisch betriebener Verstellmechanismus verwendet wird. Dabei ist die aktiv verstellbare Masse anstatt indirekt über einen Motor direkt durch den Verstellmechanismus verstellbar.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die wenigstens eine aktiv verstellbare Masse in axialer Richtung verstellt werden. Dabei beschreibt die axiale Verstellung eine Lageänderung entlang einer Längsachse des rotierbaren Bauteils. In besonderem Maße kann diese Ausführung bei Wellen eingesetzt werden. Als Welle wird insbesondere ein zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten beziehungsweise Drehbewegungen verstanden.
  • Weiter ist es denkbar, mehrere axial aktiv verstellbare Massen vorzusehen, welche idealerweise diametral zueinander an dem rotierbaren Bauteil angeordnet sind. Dabei können die aktiv verstellbaren Massen axial in die gleiche Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen verstellt werden, um eine Unwucht zu generieren. Insbesondere durch die Verstellung zweier diametral zueinander angeordneter axial aktiv verstellbarer Bauteile kann eine Unwucht zweiter Ordnung, das heißt in Bezug auf die Rotationsachse und in Bezug auf die Hochachse, erzeugt werden.
  • In weiteren Ausführungsformen können die verschiedenen Ausgestaltungen zur Erzeugung einer Unwucht in einem System miteinander kombiniert werden.
  • Vorzugsweise umfasst die Sensorvorrichtung mindestens zwei Sensorelemente, wobei ein erstes Sensorelement dazu vorgesehen ist, die Position der mindestens einen aktiv verstellbaren Masse zu bestimmen, und wobei ein zweites Sensorelement dazu vorgesehen ist, Schwingungen zu erfassen. Insbesondere ist das erste Sensorelement als Inkrementalgeber oder Wegsensor ausgebildet. Dem gegenüber ist das zweite Sensorelement als Beschleunigungssensor oder Schwingungssensor, umfassend einen piezoelektrischen Vibrationsaufnehmer, ausgebildet. Die Sensorvorrichtung ist vorzugsweise an den Lagerstellen der Welle oder an der Rotornabe bzw. am Rotorblatt angeordnet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst im Wesentlichen die Verfahrensschritte Implementieren von Referenzdaten in die Steuer- und Auswerteinrichtung, Erzeugen einer jeweiligen Unwucht in mindestens einem rotierbaren Bauteil mittels Massenträgheitsvorrichtung, Messen der Auswirkungen der erzeugten Unwucht und Generieren von Messdaten mittels Sensorvorrichtung, Übertragen der Messdaten mittels Energie- und Signalübertragungseinrichtung von der Sensorvorrichtung auf die Steuer- und Auswerteinrichtung, und Vergleichen der Messdaten, hinsichtlich der jeweiligen Unwucht mit den in der Steuer- und Auswerteinrichtung hinterlegten Referenzdaten. Durch das aktive Generieren der Unwucht kann das Übertragungsverhalten der Unwucht im System analysiert werden und bei einer Abweichung von einem Referenzwert auf einen Defekt geschlossen werden.
  • Vorzugsweise stellen die Referenzdaten Auswirkungen einer jeweiligen Unwucht auf zumindest das mindestens eine rotierbare Bauteil dar. Die Referenzdaten sind vorzugsweise durch mathematische Modelle und oder vorherige Messversuche generierbar. Insbesondere eignet sich eine grobe Bestimmung der Referenzdaten mittels mathematischer Modelle und eine nachfolgende Feinjustierung der Referenzdaten mittels realer Versuche am System. Ferner ist es auch denkbar nach der Montage des Systems eine Referenzmessung durchzuführen, die zum Vergleich nachfolgender Messungen verwendbar ist.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung, in welcher gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Hierbei zeigt
  • 1 eine vereinfachte schematische Teildarstellung einer Windkraftanlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen einer Unwucht,
  • 2 eine vereinfachte schematische Teilschnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 3 eine vereinfachte schematische Teilschnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
  • 4 einen schematischen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Gemäß 1 weist eine erfindungsgemäße Windkraftanlage 11 einen Turm 16 mit einer horizontal drehbar gelagerten Gondel 17 auf. Die Gondel 17 umfasst einen drehbaren Rotor 18, der eine Rotornabe 15 und drei daran zumindest teilweise drehbar gelagerte Rotorblätter 10 aufweist. Ferner umfasst die Windkraftanlage eine – in 2 dargestellte – erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Erzeugen einer Unwucht in den Rotorblättern 10. Mit anderen Worten ist in jedem Rotorblatt 10 eine – in 2 dargestellte – Massenträgheitsvorrichtung 3 angeordnet.
  • Gemäß 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Erzeugen einer Unwucht exemplarisch an einem Rotorblatt 10 dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Erzeugen einer Unwucht umfasst eine Massenträgheitsvorrichtung 3 mit einer aktiv verstellbaren Masse 5a und mit einer Verstellvorrichtung 4. Die Verstellvorrichtung 4 ist dazu vorgesehen, durch lineares Verschieben der aktiv verstellbaren Masse 5a eine Unwucht im jeweiligen Rotorblatt 10 zu erzeugen. Die jeweilige aktiv verstellbare Masse 5a ist radial zur Rotornabe 15 im jeweiligen Rotorblatt 10 verstellbar. Ferner ist die Verstellvorrichtung 4 mit einer Betätigungseinrichtung 6 verbunden, die dazu vorgesehen ist, die Verstellvorrichtung 4 zu betätigen. Dazu umfasst die Betätigungseinrichtung 6 einen Elektromotor 14, der zur Verschiebung der aktiv verstellbaren Masse 5a mit der Verstellvorrichtung 4 zusammenwirkt. Insbesondere wird die aktiv verstellbare Masse 5a bei einer Verdrehung der Verstellvorrichtung 4 linear verfahren. Eine Sensorvorrichtung 7, die an der Rotornabe 15 angeordnet ist umfasst zwei Sensorelemente 7a, 7b. Ein erstes Sensorelement 7a ist dazu vorgesehen, die Position der aktiv verstellbaren Masse 5a an der Verstellvorrichtung 4 zu bestimmen, wobei ein zweites Sensorelement 7b dazu vorgesehen ist, durch die Unwucht eingeleitete Schwingungen zu erfassen. Die Sensorvorrichtung 7 ist dazu vorgesehen, Messungen durchzuführen und Messdaten zu generieren, wobei die Messdaten von der Sensorvorrichtung 7 über eine damit verbundene Energie- und Signalübertragungseinrichtung 8 an eine räumlich von der – hier nur teilweise dargestellten – Windkraftanlage 11 getrennten Steuer- und Auswerteinrichtung 9 weiterzuleiten. Ferner ist die Energie- und Signalübertragungseinrichtung 8 dazu vorgesehen, zumindest die Betätigungseinrichtung 6 und die Sensorvorrichtung 7 mit elektrischer Energie zu versorgen. Demgegenüber ist die Steuer- und Auswerteinrichtung 9 dazu vorgesehen, zumindest die Betätigungseinrichtung 6 zu steuern und die empfangenen Messdaten auszuwerten, um ein Versagen des Rotorblattes 10, beispielsweise aufgrund einer strukturellen Schwächung zu prognostizieren.
  • Gemäß 3 umfasst die – in 1 dargestellte – Gondel 17 die Rotornabe 15 an der die Rotorblätter 10 angeordnet sind. Die Rotornabe 15 ist über eine Welle 12, die als Getriebeeingangswelle vorgesehen ist, mit dem Getriebe 13 verbunden, wobei die Welle 12 über zwei Lagerstellen 21a, 21b drehbar im Gehäuse 22 gelagert ist. Ferner ist ein Generator 19 über eine Getriebeausgangswelle 20 mit dem Getriebe 13 verbunden. Die erfindungsgemäße Massenträgheitsvorrichtung 3 umfasst zwei aktiv verstellbare Massen 5a, 5b, die an einer Außenumfangsfläche der Welle 12 angeordnet sind. Die beiden Massen 5a, 5b sind in Umfangsrichtung aktiv verstellbar. Mit anderen Worten werden die beiden aktiv verstellbaren Masse 5a, 5b über die Verstellvorrichtung 4 relativ zueinander verdreht, wodurch eine Unwucht in der Welle 12 generiert wird.
  • Die Sensorvorrichtung 7 umfasst vier Sensorelemente 7a7d. Ein erstes Sensorelement 7a ist dazu vorgesehen, die Position der aktiv verstellbaren Masse 5a an der Verstellvorrichtung 4 zu bestimmen. Die restlichen drei Sensorelemente 7b7d sind zur Erfassung der Unwucht vorgesehen, wobei ein zweites Sensorelement 7b an der Welle 12 angeordnet ist, ein drittes Sensorelement 7c am Gehäuse 22 angeordnet ist und ein viertes Sensorelement 7d am Lagerelement 21b angeordnet ist. Die von der Sensorvorrichtung 7 generierten Messdaten werden über eine damit verbundene Energie- und Signalübertragungseinrichtung 8 an eine räumlich von der – hier nur teilweise dargestellten – Windkraftanlage 11 getrennten Steuer- und Auswerteinrichtung 9 weitergeleitet. Die Steuer- und Auswerteinrichtung 9 ist dazu vorgesehen, zumindest die Betätigungseinrichtung 6 mittelbar über die Energie- und Signalübertragungseinrichtung 8 zu steuern und die empfangenen Messdaten auszuwerten, um ein Versagen der Welle 12, eines Lagerelements 21a, 21b oder des Getriebes 13, beispielsweise aufgrund einer strukturellen Schwächung zu prognostizieren. Insbesondere kommuniziert die Steuer- und Auswerteinrichtung 9 zur Bestimmung des Defekts und Einleitung der diesbezüglich notwendigen Schritte mit einem Server 23.
  • 4 zeigt schematisch den Ablauf des Verfahrens zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 nach 2 oder 3. In einem ersten Verfahrensschritt 100 werden Referenzdaten in die Steuer- und Auswerteinrichtung implementiert. Diese Referenzdaten werden insbesondere durch mathematische Modelle, Computersimulationen und realen Testläufen an der Windkraftanlage generiert. Die Referenzdaten stellen Auswirkungen einer jeweiligen Unwucht auf ein strukturell einwandfreies System dar.
  • Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt 200 eine jeweilige Unwucht in mindestens einem rotierbaren Bauteil, nämlich dem Rotorblatt 10 gemäß 2 oder die Welle 12 gemäß 3, mittels Massenträgheitsvorrichtung erzeugt. Die Unwucht bewirkt im Wesentlichen Schwingungen im System.
  • In einem dritten Verfahrensschritt 300 werden die Auswirkungen der erzeugten Unwucht, somit insbesondere die Schwingungen gemessen und Messdaten mittels Sensorvorrichtung generiert. Die Messdaten umfassen zumindest die jeweilige Position der aktiv verstellbaren Massen, sowie die Frequenzen und die jeweiligen Amplituden der jeweiligen Frequenz.
  • In einem vierten Verfahrensschritt 400 werden die Messdaten mittels Energie- und Signalübertragungseinrichtung von der Sensorvorrichtung auf die Steuer- und Auswerteinrichtung übertragen.
  • Abschließend werden in einem fünften Verfahrensschritt 500 die Messdaten, hinsichtlich der jeweiligen Unwucht mit den in der Steuer- und Auswerteinrichtung hinterlegten Referenzdaten verglichen, um ein mögliches Versagen des rotierbaren Bauteils aufgrund einer strukturellen Schwächung zu prognostizieren. Die Verfahrensschritte 200 bis 500 werden in definierten Intervallen regelmäßig wiederholt, sodass die Windkraftanlage je nach Betriebsart öfter oder seltener einer solchen Prüfung unterzogen wird.
  • Gemäß einem sechsten Verfahrensschritt 600 wird bei einer Abweichung der Messdaten von den Referenzdaten ein Warnsignal mittels Steuer- und Auswerteinrichtung generiert. Je nach identifiziertem Defekt wird die Windkraftanlage abgeschaltet oder die Betriebsart, insbesondere die Belastung des defekten Bauteils angepasst, um die Lebensdauer des defekten Bauteils zumindest bis zur nächsten Wartung der Windkraftanlage zu verlängern.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Vorrichtung
    2
    rotierbares Bauteil
    3
    Massenträgheitsvorrichtung
    4
    Verstellvorrichtung
    5a, 5b
    aktiv verstellbare Masse
    6
    Betätigungseinrichtung
    7
    Sensorvorrichtung
    7a, 7b
    Sensorelement
    8
    Energie- und Signalübertragungseinrichtung
    9
    Steuer- und Auswerteinrichtung
    10
    Rotorblatt
    11
    Windkraftanlage
    12
    Welle
    13
    Getriebe
    14
    Elektromotor
    15
    Rotornabe
    16
    Turm
    17
    Gondel
    18
    Rotor
    19
    Generator
    20
    Getriebeausgangswelle
    21a, 21b
    Lagerelement
    22
    Gehäuse
    23
    Server
    100
    erster Verfahrensschritt
    200
    zweiter Verfahrensschritt
    300
    dritter Verfahrensschritt
    400
    vierter Verfahrensschritt
    500
    fünfter Verfahrensschritt
    600
    sechster Verfahrensschritt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102004014992 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Vorrichtung (1) zum Erzeugen einer Unwucht in mindestens einem rotierbaren Bauteil (2), umfassend – eine Massenträgheitsvorrichtung (3) mit mindestens einer aktiv verstellbaren Masse (5a) und mit einer Verstellvorrichtung (4), die dazu vorgesehen ist, durch Verschieben der mindestens einen aktiv verstellbaren Masse (5a) eine Unwucht zu erzeugen, – eine Betätigungseinrichtung (6), die dazu vorgesehen ist, die Verstellvorrichtung (4) zu betätigen, – eine Sensorvorrichtung (7), die dazu vorgesehen ist, Messungen durchzuführen und Messdaten zu generieren, – eine Energie- und Signalübertragungseinrichtung (8), die dazu vorgesehen ist, zumindest die Betätigungseinrichtung (6) und die Sensorvorrichtung (7) mit elektrischer Energie zu versorgen sowie die Messdaten von der Sensorvorrichtung (7) weiterzuleiten, und – eine Steuer- und Auswerteinrichtung (9), die dazu vorgesehen ist, zumindest die Betätigungseinrichtung (6) zu steuern und die empfangenen Messdaten auszuwerten, um ein mögliches Versagen des rotierbaren Bauteils (2), insbesondere aufgrund einer strukturellen Schwächung zu prognostizieren.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (6) einen Elektromotor (14) umfasst, der zur Verschiebung der mindestens einen aktiv verstellbaren Masse (5a) mit der Verstellvorrichtung (4) zusammenwirkt.
  3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (7) mindestens zwei Sensorelemente (7a, 7b) umfasst, wobei ein erstes Sensorelement (7a) dazu vorgesehen ist, die Position der mindestens einen aktiv verstellbaren Masse (5a) zu bestimmen, und wobei ein zweites Sensorelement (7b) dazu vorgesehen ist, Schwingungen zu erfassen.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine aktiv verstellbare Masse (5a) radial zu dem mindestens einen rotierbaren Bauteil (2) verstellbar ist.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine aktiv verstellbare Masse (5a) in Umfangsrichtung an dem mindestens einen rotierbaren Bauteil (2) verstellbar ist, wobei mindestens eine zweite Masse (5b) an dem mindestens einen rotierbaren Bauteil (2) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine aktiv verstellbare Masse (5a) axial entlang einer Rotationsachse des rotierbaren Bauteils (2) verstellbar ist.
  7. Verwendung der Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 bis 6, insbesondere in einer Windkraftanlage (11).
  8. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 bis 6, umfassend die Verfahrensschritte (100) Implementieren von Referenzdaten in die Steuer- und Auswerteinrichtung (9), (200) Erzeugen einer jeweiligen Unwucht in mindestens einem rotierbaren Bauteil (2) mittels Massenträgheitsvorrichtung (3), (300) Messen der Auswirkungen der erzeugten Unwucht und Generieren von Messdaten mittels Sensorvorrichtung (7), (400) Übertragen der Messdaten mittels Energie- und Signalübertragungseinrichtung (8) von der Sensorvorrichtung (7) auf die Steuer- und Auswerteinrichtung (9), und (500) Vergleichen der Messdaten, hinsichtlich der jeweiligen Unwucht mit den in der Steuer- und Auswerteinrichtung (9) hinterlegten Referenzdaten, um ein mögliches Versagen des rotierbaren Bauteils (2), insbesondere aufgrund einer strukturellen Schwächung zu prognostizieren.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten Auswirkungen einer jeweiligen Unwucht auf zumindest das mindestens eine rotierbare Bauteil (2) darstellen.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte (200) bis (500) in definierten Intervallen regelmäßig wiederholt werden.
DE102015222324.8A 2015-11-12 2015-11-12 Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer Unwucht Withdrawn DE102015222324A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015222324.8A DE102015222324A1 (de) 2015-11-12 2015-11-12 Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer Unwucht

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015222324.8A DE102015222324A1 (de) 2015-11-12 2015-11-12 Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer Unwucht

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015222324A1 true DE102015222324A1 (de) 2018-03-22

Family

ID=61301931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015222324.8A Withdrawn DE102015222324A1 (de) 2015-11-12 2015-11-12 Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer Unwucht

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015222324A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020038654A1 (de) * 2018-08-21 2020-02-27 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und system zur unmittelbaren ermittlung einer theoretischen schädigung mindestens einer komponente einer vorrichtung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004014992A1 (de) 2004-03-26 2005-10-13 Hofmann Mess- Und Auswuchttechnik Gmbh & Co. Kg Auswuchtvorrichtung zur Kompensation der Unwucht von Rotoren von Windkraftanlagen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004014992A1 (de) 2004-03-26 2005-10-13 Hofmann Mess- Und Auswuchttechnik Gmbh & Co. Kg Auswuchtvorrichtung zur Kompensation der Unwucht von Rotoren von Windkraftanlagen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020038654A1 (de) * 2018-08-21 2020-02-27 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und system zur unmittelbaren ermittlung einer theoretischen schädigung mindestens einer komponente einer vorrichtung
US11841001B2 (en) 2018-08-21 2023-12-12 Zf Friedrichshafen Ag Method and system for direct determination of theoretical damage to at least one component of a device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011117468B4 (de) Verfahren, Recheneinheit und Einrichtung zur Überwachung eines Antriebstrangs
DE10065314B4 (de) Verfahren und Einrichtung zur Überwachung des Zustandes von Rotorblättern an Windkraftanlagen
EP2937560B1 (de) Windenergieanlagen-diagnosevorrichtung für generatorkomponenten
EP2470782B1 (de) Betriebsführungssystem einer windenergieanlage und verfahren unter verwendung des betriebsführungssystems
WO2013060420A2 (de) Verfahren zur bestimmung einer mechanischen beschädigung eines rotorblatts einer windenergieanlage
WO2002053910A1 (de) Verfahren und einrichtung zur überwachung des zustandes von rotorblättern an windkraftanlagen
DE102013227055A1 (de) Verfahren zum Bestimmen einer Drehwinkelstellung und/oder einer Drehzahl
EP3447469B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung eines gleitlagers
EP2169224A2 (de) Verfahren zum Überwachen einer Triebstrangkomponente einer Windenergieanlage
WO2020099336A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur ermittlung des zustandes mindestens einer zahnpaarung und / oder mindestens eines zahnes in einem mechanischen system
WO2013072005A1 (de) Verfahren zur dämpfung von torsionsschwingungen in einer energieerzeugungsanlage
WO2013075777A1 (de) Verfahren und recheneinheit zur bestimmung einer gesamtschädigung wenigstens einer rotierenden komponente eines antriebsstrangs
DE10343801A1 (de) Verfahren zum Auswuchten eines Turboladerrotors mit elektrischer Rotationsmaschine
DE102009016105B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Beanspruchung rotierender Wellen
DE102015222324A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer Unwucht
EP1524433B1 (de) Drehzahlregelung in einer Windenergieanlage mit zwei Näherungssensoren für die Drehzahlmessung
DE102010050174B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer elektromechanischen Lenkung
DE102007017708A1 (de) Motor mit Schwingungsaufnehmer
DE102013221401A1 (de) Verfahren zur Erkennung einer Zustandsänderung einer Anlage
DE102014225638A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer Windenergieanlage
DE19800217A1 (de) Verfahren zur automatisierten Diagnose von Diagnoseobjekten
DE102012205214A1 (de) Windturbine mit einer Überwachungsvorrichtung
DE102016221127B4 (de) Antriebsanordnung für einen Hubschrauber
EP3388809A1 (de) Verfahren und anordnung zum detektieren einer unwucht eines rotierenden maschinenelements
DE102019207256B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Eigendiagnose einer Überwachungsvorrichtung eines Bauteils, sowie Gasturbinentriebwerk mit einer Vorrichtung zur Eigendiagnose einer Überwachungsvorrichtung eines Bauteils

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee