DE102019111307A1

DE102019111307A1 - Bearing device for supporting a rotor shaft of a wind turbine

Info

Publication number: DE102019111307A1
Application number: DE102019111307.5A
Authority: DE
Inventors: Kai Lubenow; Stefan Schemmert
Original assignee: Eickhoff Antriebstechnik GmbH
Current assignee: Eickhoff Antriebstechnik GmbH
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2019-05-02
Publication date: 2019-11-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung (100) zum Abstützen einer Rotorwelle (101) einer Windkraftanlage (110), die ein Stützelement (10) zur Aufnahme der Rotorwelle (101), mindestens ein Befestigungselement (20) zur Befestigung des Stützelements (10) an einem Maschinenträger (102) für die Rotorwelle (101) und eine Sensoreinheit (30) zum Erfassen von Belastungszuständen der Windkraftanlage (110) aufweist, wobei die Sensoreinheit (30) innerhalb der Lagervorrichtung (100) angeordnet ist, und wobei die Sensoreinheit (30) mindestens zwei Sensorelemente (31) aufweist.

The invention relates to a bearing device (100) for supporting a rotor shaft (101) of a wind turbine (110) comprising a support element (10) for receiving the rotor shaft (101), at least one fastening element (20) for fastening the support element (10) to a A machine carrier (102) for the rotor shaft (101) and a sensor unit (30) for detecting load conditions of the wind turbine (110), wherein the sensor unit (30) within the storage device (100) is arranged, and wherein the sensor unit (30) at least comprising two sensor elements (31).

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung zum Abstützen einer Rotorwelle einer Windkraftanlage nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen von Belastungszuständen der Windkraftanlage nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs. Ferner betrifft die Erfindung ein Überwachungssystem für eine Windkraftanlage nach dem Oberbegriff des unabhängigen Systemanspruchs.The invention relates to a bearing device for supporting a rotor shaft of a wind turbine according to the independent device claim. In addition, the invention relates to a method for detecting load conditions of the wind turbine according to the preamble of the independent method claim. Furthermore, the invention relates to a monitoring system for a wind turbine according to the preamble of the independent system claim.

Bei bekannten Windkraftanlagen werden die Triebstränge zumeist im Rahmen eines Zertifizierungsprozesses einer Belastungsmessung unterzogen. Das Ziel der Belastungsmessung ist der Nachweis der Auslegungsberechnung und die direkte Ermittlung von Belastungen unter den spezifischen Bedingungen. Üblicherweise erfolgt eine Applikation geeigneter Messsensorik im Hauptlastpfad des Triebstranges. Dies geschieht bei gängigen Triebstrangkonzepten an drehenden Strukturbauteilen, was zum einen den Nachteil hat, dass der Messaufbau zeitlich begrenzt ist. Zum anderen hat ein solcher Aufbau der Messsensorik an drehenden Strukturbauteilen den Nachteil, dass die Messmittel kostenintensiv sind.In known wind turbines, the drive trains are usually subjected to a load measurement as part of a certification process. The aim of the load measurement is the proof of the design calculation and the direct determination of loads under the specific conditions. Usually, an application of suitable measuring sensors takes place in the main load path of the drive train. This happens in common drivetrain concepts on rotating structural components, which has the disadvantage that the measurement setup is limited in time. On the other hand, such a structure of the measuring sensors on rotating structural components has the disadvantage that the measuring means are expensive.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Belastungsmessung einer Windkraftanlage die oben genannten Nachteile zumindest zum Teil zu überwinden. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Belastungsmessung eines Getriebes einer Windkraftanlage zu ermöglichen, die zeitlich unbegrenzt und kostengünstig ist.It is therefore the object of the present invention, at least partially to overcome the above-mentioned disadvantages in a load measurement of a wind turbine. In particular, it is the object of the present invention to enable a load measurement of a transmission of a wind turbine, which is unlimited in time and cost.

Die vorliegende Aufgabe wird durch eine Lagervorrichtung zum Abstützen einer Rotorwelle einer Windkraftanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst. Zudem wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zum Erfassen von Belastungszuständen der Windkraftanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil, gelöst. Ferner wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Überwachungssystem für eine Windkraftanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Systemanspruchs, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil, gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt. Merkmale, die zu den einzelnen Ausführungsformen der Erfindung offenbart werden, können in der Weise miteinander kombiniert werden, dass bezüglich der Offenbarung zu den Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder des erfindungsgemäßen Systems und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The present object is achieved by a bearing device for supporting a rotor shaft of a wind turbine with the features of the independent device claim. In addition, the object of the invention by a method for detecting load conditions of the wind turbine with the features of the independent method claim, in particular from the characterizing part, is achieved. Furthermore, the object of the invention by a monitoring system for a wind turbine with the features of the independent system claim, in particular from the characterizing part, is achieved. In the dependent claims preferred developments of the invention are listed. Features which are disclosed for the individual embodiments of the invention can be combined with one another in such a way that reciprocal reference is always made to the embodiments of the device according to the invention and / or the system according to the invention and / or the method according to the invention can.

Die Erfindung stellt eine Lagervorrichtung zum Abstützen einer Rotorwelle einer Windkraftanlage bereit, die ein Stützelement zur Aufnahme der Rotorwelle, mindestens ein Befestigungselement zur Befestigung des Stützelements an einem Maschinenträger für die Rotorwelle und eine Sensoreinheit zum Erfassen von Belastungszuständen (insbesondere eines Triebstranges) der Windkraftanlage aufweist, wobei die Sensoreinheit innerhalb der Lagervorrichtung angeordnet ist, und wobei die Sensoreinheit mindestens zwei Sensorelemente aufweist.The invention provides a bearing device for supporting a rotor shaft of a wind turbine, comprising a support element for receiving the rotor shaft, at least one fastening element for fastening the support element to a machine carrier for the rotor shaft and a sensor unit for detecting load conditions (in particular a drive train) of the wind turbine, wherein the sensor unit is arranged within the bearing device, and wherein the sensor unit has at least two sensor elements.

Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass die Sensorelemente an stehenden, nicht rotierenden (beispielsweise elastisch verformbaren oder elastisch einfederbaren oder im Kraftfluss liegenden) Übergabepunkten zwischen der Rotorwelle und somit zwischen dem Triebstrang der Windkraftanlage und dem Maschinenträger für die Rotorwelle bzw. für den Triebstrang angeordnet werden. Die Übergabepunkte werden durch die Elemente der Lagervorrichtung realisiert. Die Rotorwelle bildet dabei ein rotierendes Maschinenelement innerhalb des Triebstranges, das zum Weiterleiten von Drehbewegungen und Drehmomenten sowie zum Tragen von Rotorblätter der Windkraftanlage dient. Durch die Anordnung von Sensorelementen an stehenden Elementen der Lagervorrichtung wird ermöglicht, dass die Belastungsmessung kontinuierlich, vorteilhafterweise während des laufenden Betriebes der Windkraftanlage möglich wird. Zudem wird dadurch eine Verwendung von kostengünstigen und einfach auslesbaren Sensorelementen, wie zum Beispiel von Dehnmessstreifen, induktiven Wegsensoren oder hydraulischen Drucksensoren ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfindungsgedanke darin, dass mindestens zwei Sensorelemente verwendet werden, um zumindest die Torsionsbelastungen und/oder Nickmomente und/oder Biegemomente und/oder Giermomente der Rotorwelle zu erfassen. Mehrere Sensorelemente können weiterhin von Vorteil sein, um eine ungleichförmige Verspannung der Elemente der Lagervorrichtung, insbesondere des Befestigungselements und ggf. eines Dämpfungselements innerhalb des Stützelements zu ermitteln und zu vermeiden. Vorteilhafterweise ermöglicht die vorliegende Erfindung durch geeignete nachgeschaltete Datenverarbeitung einen Abgleich zwischen den spezifizierten Auslegungsbelastungen mit den tatsächlichen wirkenden Beanspruchungen im Triebstrang der Windkraftanlage. Dies erlaubt wiederum eine Ermittlung der Restlebensdauer des Getriebes der Windkraftanlage, weiterer mechanischer Komponenten des Antriebsrades sowie der Elemente der Lagervorrichtung. Eine Integration in das Überwachungssystem vermeidet darüber hinaus eine potenzielle Überbeanspruchung der mechanischen Triebstrangkomponenten, darunter der Lagervorrichtung. Ferner bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil einer Ermittlung von Verspannungszuständen infolge von Aufbau-, Montage oder Steifigkeitstoleranzen des Triebstranges, die zu einer Überbeanspruchung der Lagervorrichtung und/oder des Stützelements und/oder des Befestigungselements und/oder eines Dämpfungselements führen. Weiterhin bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil einer Erkennung von Resonanzphänomenen, Resonanzverstärkungen im Körperschalltransferpfad oder zu einer ungünstigen Verschiebung von Struktur- und Triebstrangeigenfrequenzen, was infolgedessen zu einer tonalen Auffälligkeit der Windenergieanlage führen kann.The idea of the invention lies in the fact that the sensor elements are arranged on stationary, non-rotating (for example elastically deformable or elastically deflectable or lying in the power flow) transfer points between the rotor shaft and thus between the drive train of the wind turbine and the machine carrier for the rotor shaft or for the drive train , The transfer points are realized by the elements of the storage device. The rotor shaft forms a rotating machine element within the drive train, which serves for the transmission of rotational movements and torques and for supporting rotor blades of the wind turbine. The arrangement of sensor elements on stationary elements of the bearing device allows the load measurement is continuously, advantageously possible during operation of the wind turbine. In addition, this allows the use of cost-effective and easily readable sensor elements, such as strain gauges, inductive displacement sensors or hydraulic pressure sensors. Furthermore, the inventive concept is that at least two sensor elements are used to detect at least the torsional loads and / or pitching moments and / or bending moments and / or yawing moments of the rotor shaft. A plurality of sensor elements can furthermore be of advantage in order to determine and avoid a non-uniform tensioning of the elements of the bearing device, in particular of the fastening element and possibly of a damping element within the support element. Advantageously, the present invention makes it possible, by means of suitable downstream data processing, to compare the specified design loads with the actual acting loads in the drive train of the wind power plant. This in turn allows a determination of the remaining service life of the transmission of the wind turbine, other mechanical components of the drive wheel and the elements of the bearing device. Integration into the monitoring system also avoids potential overstressing of the mechanical driveline components, including the bearing device. Furthermore, the present invention offers the advantage of detecting stress states as a result of structural, Mounting or stiffness tolerances of the drive train, which lead to an overload of the bearing device and / or the support member and / or the fastener and / or a damping element. Furthermore, the present invention offers the advantage of detecting resonance phenomena, resonance amplifications in the structure-borne sound transfer path or an unfavorable shift of structural and drive string frequencies, which can consequently lead to a tonal conspicuousness of the wind turbine.

Ferner kann die Erfindung bei einer Lagervorrichtung vorsehen, dass das Stützelement in Form einer Drehmomentstütze ausgebildet ist. Eine Drehmomentstütze ist vorteilhafterweise dazu ausgelegt, Drehmomente ausgehend von einer rotierenden Rotorwelle gegen den Maschinenträger abzustützen. Der Maschinenträger kann ebenfalls als eine Gondel oder ein Gehäuse für die Rotorwelle und für den Triebstrang der Windkraftanlage bezeichnet werden. Der Maschinenträger kann zudem einen Generator aufnehmen, der dazu ausgelegt ist, die mechanische Energie des Triebstranges in die elektrische Energie umzuwandeln. Weitere Ausführungsformen der Lagervorrichtung sind aber auch denkbar. Dabei kommen beispielsweise Hauptlager der Windkraftanlage als Lagervorrichtung im Sinne der Erfindung in Frage, in welcher die Sensoreinheit mit mehreren Sensorelementen angeordnet sein kann.Furthermore, the invention may provide for a bearing device that the support element is designed in the form of a torque arm. A torque arm is advantageously designed to support torques starting from a rotating rotor shaft against the machine carrier. The machine frame may also be referred to as a nacelle or housing for the rotor shaft and for the wind turbine driveline. The machine frame can also accommodate a generator designed to convert the mechanical energy of the drive train into electrical energy. Other embodiments of the storage device are also conceivable. For example, main bearings of the wind power plant come into question as a bearing device in the sense of the invention, in which the sensor unit can be arranged with a plurality of sensor elements.

Weiterhin kann die Erfindung bei einer Lagervorrichtung vorsehen, dass das Befestigungselement in Form eines Bolzens ausgebildet ist. Der Bolzen kann dabei zwischen dem Stützelement und dem Maschinenträger verspannt und ggf. abgefedert werden, um Drehmomente ausgehend vom Stützelement in den Maschinenträger abzuleiten. Hierbei kann jeweils ein Bolzen an zwei Seiten der Drehmomentstütze vorgesehen sein. Die Stellen an den Bolzen der Drehmomentstütze sind vorteilhafterweise dazu geeignet, um die Drehmomente abzufangen und zu erfassen, die durch den Wind und die Rotorblätter in die Rotorwelle und weiterhin in die Drehmomentstütze eingeleitet werden.Furthermore, the invention can provide for a bearing device that the fastening element is designed in the form of a bolt. The bolt can be clamped between the support member and the machine frame and optionally sprung to derive torques starting from the support element in the machine frame. In this case, in each case a bolt can be provided on two sides of the torque arm. The locations on the bolts of the torque arm are advantageously adapted to intercept and detect the torques introduced by the wind and rotor blades into the rotor shaft and further into the torque arm.

Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Lagervorrichtung vorsehen, dass zwischen dem Stützelement und dem Befestigungselement ein Dämpfungselement vorgesehen ist. Gleichwohl ist es aber auch denkbar, dass das Befestigungselement fest am Stützelement verspannt sein kann. Ein Dämpfungselement kann in diesem Falle zwischen dem Befestigungselement und den entsprechenden Befestigungsstellen der Lagervorrichtung zum Maschinenträger vorgesehen sein. Über das Dämpfungselement können vorteilhafterweise die Kräfte, die durch die Lagervorrichtung in den Maschinenträger eingeleitet werden, abgefangen und/oder gedämpft werden. Vorteilhafterweise kann mithilfe des Dämpfungselements ein Gummi-Metalllager bzw. ein sogenanntes Elastomerlager bereitgestellt werden.Furthermore, the invention may provide for a bearing device that a damping element is provided between the support element and the fastening element. Nevertheless, it is also conceivable that the fastening element can be firmly clamped on the support element. A damping element may be provided in this case between the fastening element and the corresponding fastening points of the bearing device to the machine frame. By way of the damping element, the forces which are introduced into the machine carrier by the bearing device can advantageously be absorbed and / or damped. Advantageously, a rubber-metal bearing or a so-called elastomeric bearing can be provided by means of the damping element.

Zudem ist es im Rahmen der Erfindung bei einer Lagervorrichtung denkbar, dass das Dämpfungselement ein elastisches Material und/oder ein hydraulisches Medium aufweisen kann. Mithilfe des elastischen Materials und/oder des hydraulischen Mediums können Kräfte abgefangen und/oder gedämpft werden, die auf die Lagervorrichtung einwirken.In addition, it is within the scope of the invention in a storage device conceivable that the damping element may comprise an elastic material and / or a hydraulic medium. With the help of the elastic material and / or the hydraulic medium forces can be absorbed and / or dampened, which act on the bearing device.

Außerdem kann die Erfindung bei einer Lagervorrichtung vorsehen, dass mindestens zwei Sensorelemente am Stützelement und/oder am Befestigungselement und/oder am Dämpfungselement angeordnet sein können. Diese Elemente der Lagervorrichtung bilden stehende (beispielsweise elastisch einfederbare oder im Kraftfluss liegende oder elastisch verformbare) Bauteile gegenüber dem Maschinenträger. Dies ermöglicht eine dauerhafte Vermessung der Windkraftanlage im laufenden Betrieb. All diese Elemente bilden leicht zugängliche, stehende Orte zur Befestigung von Sensorelementen, die dadurch einfach ausgebildet und leicht verschaltet werden können.In addition, the invention can provide for a bearing device that at least two sensor elements can be arranged on the support element and / or on the fastening element and / or on the damping element. These elements of the bearing device form standing (for example elastically compressible or lying in the power flow or elastically deformable) components relative to the machine frame. This allows a permanent measurement of the wind turbine during operation. All of these elements form easily accessible, standing locations for mounting sensor elements, which can be easily formed and easily interconnected.

Ferner kann die Erfindung vorsehen, dass die Lagervorrichtung zwei Auflageorte aufweist, die zur Auflage am Maschinenträger ausgeführt sind. Die Auflageorte können im Rahmen der Erfindung durch zwei Aufnahmebohrungen an den Flügeln der Drehmomentstütze beidseitig von der Rotorwelle bestimmt werden. Weiterhin kann die Erfindung vorsehen, dass an jedem Auflageort mindestens ein Sensorelement der Sensoreinheit vorgesehen sein kann. Die Drehmomente, die auf die Rotorwelle wirken können einfach und bequem in die Kräfte umgerechnet werden, die an den zwei Auflageorten auf die mindestens zwei Sensorelemente einwirken. Diese Kräfte können wiederum mithilfe von den mindestens zwei Sensorelementen im Sinne der Erfindung erfasst werden. In Kenntnis dieser Kräfte kann ein Rückschluss über die Drehmomente gezogen werden, die auf die Rotorwelle wirken.Furthermore, the invention can provide that the storage device has two support locations, which are designed to rest on the machine carrier. The support locations can be determined in the context of the invention by two receiving holes on the wings of the torque arm on both sides of the rotor shaft. Furthermore, the invention can provide that at least one sensor element of the sensor unit can be provided at each bearing location. The torques that act on the rotor shaft can be easily and conveniently converted into the forces acting on the at least two sensor elements at the two bearing locations. These forces can in turn be detected by means of the at least two sensor elements in the sense of the invention. Knowing these forces, a conclusion can be drawn about the torques acting on the rotor shaft.

Weiterhin kann die Erfindung vorsehen, dass die Lagervorrichtung vier Befestigungsstellen aufweist, die zum Befestigen mit dem Maschinenträger ausgeführt sind. Mit anderen Worten kann jeweils ein Bolzen, der an einem der zwei Auflageorte der Lagervorrichtung aufgenommen wird, jeweils vor und nach dem Durchgang durch die entsprechende Aufnahmebohrung an dem entsprechenden Flügel der Drehmomentstütze mit dem Maschinenträger befestigt werden. Denkbar ist dabei, dass an jeder der vier Befestigungsstellen jeweils ein Gummi-Metalllager bzw. ein sogenanntes Elastomerlager bereitgestellt werden kann. Gleichwohl ist es aber auch denkbar, dass jeweils ein Gummi-Metalllager zwischen dem Bolzen und der Aufnahmebohrung an dem entsprechenden Flügel der Drehmomentstütze bereitgestellt werden kann. Der Bolzen kann dabei entweder in der entsprechenden Aufnahmebohrung an dem entsprechenden Flügel der Drehmomentstütze oder in den Befestigungsstellen fest verspannt werden.Furthermore, the invention may provide that the bearing device has four attachment points, which are designed for attachment to the machine frame. In other words, in each case a bolt, which is received at one of the two bearing locations of the bearing device, in each case before and after the passage through the corresponding receiving bore on the corresponding wing of the torque arm with the machine carrier to be attached. It is conceivable that in each case a rubber-metal bearing or a so-called elastomeric bearing can be provided at each of the four fastening points. However, it is also conceivable that in each case a rubber-metal bearing between the bolt and the receiving bore on the corresponding wing of the torque arm can be provided. The bolt can be firmly clamped either in the corresponding receiving bore on the corresponding wing of the torque arm or in the attachment points.

Des Weiteren kann die Erfindung mindestens zwei Sensorelemente an unterschiedlichen Befestigungsstellen der Lagervorrichtung vorsehen. Zwischen den unterschiedlichen Befestigungsstellen des Stützelements agieren jeweils verschiedene Kräfte. Diese verschiedenen Kräfte werden wiederum durch ein entsprechendes Drehmoment der Rotorwelle verursacht. In Kenntnis einer bestimmten Kraft kann auf das entsprechende Drehmoment der Rotorwelle geschlossen werden.Furthermore, the invention can provide at least two sensor elements at different attachment points of the bearing device. Between the different attachment points of the support member act respectively different forces. These different forces are in turn caused by a corresponding torque of the rotor shaft. Knowing a certain force can be concluded that the corresponding torque of the rotor shaft.

Zudem kann die Erfindung mindestens ein, zwei, vier oder acht Sensorelemente an jeder Befestigungsstelle vorsehen. Mithilfe eines Sensorelements an jeder Befestigungsstelle kann zumindest ein bestimmtes Moment der Rotorwelle bestimmt werden. Mithilfe von zwei Sensorelementen an jeder Befestigungsstelle können mehrere unterschiedliche Momente der Rotorwelle, wie zum Beispiel die Biegemomente, die Nickmomente und/oder die Torsionsmomente der Rotorwelle bestimmt werden. Mithilfe von vier Sensorelementen an jeder Befestigungsstelle kann vorteilhafterweise ein umfassendes Momentenkollektiv der Rotorwelle erfasst werden. Mithilfe von acht Sensorelementen an jeder Befestigungsstelle können außerdem die Verspannungen und/oder Dehnungen der Elemente der Lagervorrichtung ermittelt werden, was wiederum einen Rückschluss über die Lagerung der Getriebeelemente erlaubt.In addition, the invention may provide at least one, two, four or eight sensor elements at each attachment site. With the aid of a sensor element at each attachment point, at least one specific moment of the rotor shaft can be determined. By means of two sensor elements at each attachment point, several different moments of the rotor shaft, such as the bending moments, the pitching moments and / or the torsional moments of the rotor shaft can be determined. With the aid of four sensor elements at each attachment point, it is advantageously possible to detect a comprehensive torque collective of the rotor shaft. In addition, with the help of eight sensor elements at each attachment point, the stresses and / or strains of the elements of the bearing device can be determined, which in turn allows a conclusion about the bearing of the transmission elements.

Nach einem Vorteil der Erfindung können die mindestens zwei Sensorelemente in Form von Dehnmessstreifen ausgebildet sein. Solche Sensorelemente sind einfache elektronische Bauteile, die eine relativ hohe Auslösung aufweisen und leicht auszulesen sind. Weiterhin ist es denkbar, dass die Dehnmessstreifen als Vollbrücken verschaltet sein können. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Erfassung von Kräften innerhalb der Lagervorrichtung ermöglicht werden, wobei die Kräfte zu einer Veränderung der Höhe, der Außendurchmessers, der Dicke aber auch der Länge eines Elements der Lagervorrichtung während des laufenden Betriebes der Windkraftanlage führen können.According to an advantage of the invention, the at least two sensor elements may be in the form of strain gauges. Such sensor elements are simple electronic components which have a relatively high triggering and are easy to read. Furthermore, it is conceivable that the strain gauges can be interconnected as full bridges. In this way, a reliable detection of forces within the bearing device can be made possible, wherein the forces can lead to a change in the height, the outer diameter, the thickness but also the length of an element of the bearing device during operation of the wind turbine.

Zudem ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die mindestens zwei Sensorelemente in Form von Wegsensoren, insbesondere induktiven Wegsensoren, ausgebildet sein können. Wegsensoren liefern qualitative und sichere Ergebnisse und eignen sich zur Überwachung eines laufenden Betriebes der Windkraftanlage. Mithilfe von Wegsensoren kann die Veränderung der Höhe, der Außendurchmessers, der Dicke aber auch der Länge eines Elements der Lagervorrichtung während des laufenden Betriebes der Windkraftanlage sensiert werden.In addition, it is conceivable within the scope of the invention for the at least two sensor elements to be designed in the form of displacement sensors, in particular inductive displacement sensors. Displacement sensors provide qualitative and reliable results and are suitable for monitoring the ongoing operation of the wind turbine. By means of displacement sensors, the change in the height, the outer diameter, the thickness but also the length of an element of the bearing device during operation of the wind turbine can be sensed.

Außerdem ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die mindestens zwei Sensorelemente in Form von Drucksensoren, insbesondere hydraulischen Drucksensoren, ausgebildet sein können. Drucksensoren sind einfache elektro-mechanische Bauteile, die relativ robust und kostengünstig sind. Mithilfe von Drucksensoren können die Kräfte einfach ausgelesen werden.Moreover, it is conceivable within the scope of the invention that the at least two sensor elements may be in the form of pressure sensors, in particular hydraulic pressure sensors. Pressure sensors are simple electro-mechanical components that are relatively robust and cost effective. With the help of pressure sensors, the forces can be read easily.

Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Erfassen von Belastungszuständen der Windkraftanlage, insbesondere mithilfe einer oben beschriebenen Lagervorrichtung, gelöst. Hierzu sieht die Erfindung vor, dass die Messung von Belastungszuständen an mindestens zwei feststehenden Orten der Lagervorrichtung ausgeführt wird. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.Furthermore, the object of the invention is achieved by a method for detecting load conditions of the wind turbine, in particular by means of a bearing device described above. For this purpose, the invention provides that the measurement of load conditions is performed on at least two fixed locations of the storage device. By means of the method according to the invention, the same advantages are achieved as have been described above in connection with the storage device according to the invention. In the present case, full reference is made to these advantages.

Vorteilhafterweise kann die Erfindung ermöglichen, dass die Messung von Belastungszuständen im laufenden Betrieb der Windkraftanlage erfolgt. Dadurch kann eine Überwachung der Windkraftanlage ermöglicht werden. Somit kann der Vorteil erreicht werden, dass Störungen zuverlässig und rechtzeitig erkannt werden können. Zudem ist es von Vorteil, dass mithilfe der Messung von Belastungszuständen im laufenden Betrieb der Windkraftanlage die erwartete Laufzeit der Windkraftanlage ermittelt und/oder korrigiert, vorzugsweise verlängert werden kann. Wenn mithilfe der Erfindung erkannt wird, dass die Windkraftanlage trotz geschätzter Laufzeit weiterhin gut im Betrieb ist, so kann eine weitere Laufzeit für zulässig erklärt bzw. die Laufzeit verlängert werden.Advantageously, the invention can allow the measurement of load conditions during operation of the wind turbine takes place. This allows monitoring of the wind turbine can be enabled. Thus, the advantage can be achieved that malfunctions can be detected reliably and in a timely manner. In addition, it is advantageous that the expected duration of the wind turbine can be determined and / or corrected, preferably extended, by means of the measurement of load conditions during ongoing operation of the wind power plant. If it is recognized by means of the invention that the wind power plant continues to operate well despite the estimated running time, a further running time can be declared admissible or the runtime extended.

Ferner kann die Erfindung im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorsehen, dass die Messergebnisse an eine windkraftanlagenexterne Überwachungseinheit, einen windkraftanlagenexternen Datendienst und/oder einen windkraftanlagenexternen Datenspeicher übermittelt werden. Somit kann ein Überwachungsort unabhängig von der Windkraftanlage bestimmt werden. Möglich ist somit, dass ein zentraler Überwachungsdienst für mehrere Windkraftanlagen bereitgestellt wird. Die Auslagerung von Rechen- und Speicherkapazitäten auf einen externen Datendienst und/oder an einen externen Datenspeicher hilft die Wirtschaftlichkeit bei der Ausführung des Verfahrens zu erhöhen.Furthermore, in the context of a method according to the invention, the invention can provide for the measurement results to be transmitted to a monitoring unit which is external to the wind power plant, to a data service external to the wind power plant and / or to a data storage unit external of the wind power plant. Thus, a monitoring location can be determined independently of the wind turbine. It is therefore possible that a central monitoring service for several wind turbines is provided. The outsourcing of computing and storage capacities to an external data service and / or to an external data storage helps to increase the efficiency in the execution of the method.

Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Überwachungssystem für eine Windkraftanlage gelöst, welches eine Lagervorrichtung aufweist, die wie oben beschrieben ausgeführt werden kann. Zudem weise das Überwachungssystem eine windkraftanlagenexterne Überwachungseinheit auf, wobei die Überwachungseinheit zum Ausführen eines Verfahrens ausgelegt ist, welches oben beschrieben wurde. Mithilfe des erfindungsgemäßen Überwachungssystems werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.Furthermore, the object according to the invention is achieved by a monitoring system for a wind power plant which has a bearing device which is designed as described above can be. In addition, the monitoring system has a wind turbine external monitoring unit, wherein the monitoring unit is designed to carry out a method which has been described above. By means of the monitoring system according to the invention, the same advantages are achieved as have been described above in connection with the storage device according to the invention and / or the method according to the invention. In the present case, full reference is made to these advantages.

Des Weiteren kann die Erfindung vorsehen, dass die Überwachungseinheit mit einem windkraftanlagenexternen Datendienst und/oder einem windkraftanlagenexternen Datenspeicher in eine Kommunikationsverbindung bringbar ist, um die Rechenkapazität und/oder Speicherkapazität zum Ausführen des Verfahrens auszulagern. Somit kann der Kostenaufwand bei der Überwachung der Windkraftanlage reduziert werden und der Ort für die Auswertung der Überwachungsergebnisse flexibel ausgewählt werden.Furthermore, the invention can provide that the monitoring unit can be brought into a communication connection with a data service external to the wind power plant and / or a data memory external to the wind power plant, in order to outsource the computing capacity and / or storage capacity for executing the method. Thus, the cost of monitoring the wind turbine can be reduced and the location for the evaluation of the monitoring results can be flexibly selected.

Weitere Maßnahmen und Vorteile sowie technische Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei können unterschiedliche Merkmale für sich alleine und in einer beliebigen Kombination vorteilhaft sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. In den nachstehenden Figuren ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen detailliert dargestellt. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung von wirkenden Beanspruchungen einer Windkraftanlage infolge von Windlasten,
2 einen schematischen Zusammenhang zwischen den wirkenden Kräften an einer Drehmomentstütze und den Drehmomenten der Rotorwelle,
3 ein Momentenkollektiv bei vier Sensorelementen in Form von DMS-Vollbrücken,
4 ein Rotationsmoment Mz der Rotorwelle bei vier Sensorelementen,
5 ein Nickmoment My der Rotorwelle bei vier Sensorelementen,
6 ein Giermoment Mx der Rotorwelle durch Schräganströmung bei vier Sensorelementen,
7 ein Belastungskollektiv und Anordnung von acht Sensorelementen an jeder Befestigungsstelle der Drehmomentstütze,
8 ein Belastungskollektiv und Anordnung von Sensorelementen in Form von Wegsensoren,
9 eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines Maschinenträgers der Windkraftanlage,
10 eine weitere schematische Darstellung eines Aufbaus eines Maschinenträgers der Windkraftanlage,
11 eine schematische Darstellung eines Stützelements im Sinne der Erfindung, und
12 eine weitere schematische Darstellung eines Stützelements im Sinne der Erfindung.

Further measures and advantages and technical features of the invention will become apparent from the claims, the following description and the drawings. In this case, different features can be advantageous on their own and in any combination without departing from the scope of the invention. In the following figures, the invention is shown in detail in several embodiments. Show it:

1 a schematic representation of acting loads of a wind turbine due to wind loads,
2 a schematic relationship between the forces acting on a torque arm and the torques of the rotor shaft,
3 a group of moments with four sensor elements in the form of strain gauge full bridges,
4 a rotational moment Mz the rotor shaft with four sensor elements,
5 a pitching moment My the rotor shaft with four sensor elements,
6 a yaw moment Mx the rotor shaft by oblique flow at four sensor elements,
7 a load collective and arrangement of eight sensor elements at each attachment point of the torque arm,
8th a load collective and arrangement of sensor elements in the form of displacement sensors,
9 a schematic representation of a structure of a machine carrier of the wind turbine,
10 a further schematic representation of a structure of a machine carrier of the wind turbine,
11 a schematic representation of a support member according to the invention, and
12 a further schematic representation of a support element in the context of the invention.

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.In the following figures, the identical reference numerals are used for the same technical features of different embodiments.

Wie oben in der allgemeinen Beschreibung bereits erklärt wurde, betrifft die Erfindung eine Lagervorrichtung 100, die dazu ausgelegt ist, Belastungsmomente Mx, My, Mz abzustützen, die auf eine Rotorwelle 101 bzw. auf einen Triebstrang einer Windkraftanlage 110 wirken und die durch die unterschiedlichsten Belastungen B der Windkraftanlage 110 verursacht sind.As already explained above in the general description, the invention relates to a bearing device 100 , which is designed to load moments Mx . My . Mz to be supported on a rotor shaft 101 or on a drive train of a wind turbine 110 act and by the most diverse loads B the wind turbine 110 caused.

Wie die 1 auf der linken Seite andeutet, setzen sich die Belastungen B der Windkraftanlage 110 aus unterschiedlichsten thermodynamischen Effekten bedingt durch unterschiedliche Windrichtungen W zusammen. Die Belastungen B bei einer Windkraftanlage 110 sind bis ins Detail noch nicht abschließend erforscht. Wie es die 1 auf der rechten Seite zeigt, sind dabei Belastungen B denkbar, die durch folgende Stichwörter beschrieben werden können, wie Blatt-Schwenk B1, Triebstrang-Torsion B2, Gondel-Nick B3, Blatt-Schlag B4, Turm-Torsion B5; Turm-Schwing B6.As the 1 on the left suggests the stresses are settling B the wind turbine 110 from different thermodynamic effects due to different wind directions W together. The burdens B at a wind turbine 110 are not fully explored down to the last detail. Like the 1 on the right side, there are loads B conceivable, which can be described by the following keywords, such as sheet pan B1 , Driveline Twist B2 , Gondola Nick B3 , Leaf-beat B4 , Tower Twist B5 ; Tower swing B6 ,

Die Erfindung schlägt dabei vor, eine Messung von den Belastungen B der Windkraftanlage 110 an stehenden bzw. nicht rotierenden (beispielsweise elastisch verformbaren oder elastisch einfederbaren oder im Kraftfluss liegenden) Übergabepunkten zwischen der Rotorwelle 101 und somit zwischen dem Triebstrang der Windkraftanlage 110 und dem Maschinenträger 102 für die Rotorwelle 101 bzw. für den Triebstrang durchzuführen. Mit anderen Worten kann die Messung der Belastungen B der Windkraftanlage 110 im Sinne der Erfindung an einer Lagervorrichtung 100 für die Rotorwelle 101 in einem Maschinenträger 102 durchgeführt werden.The invention proposes a measurement of the loads B the wind turbine 110 at stationary or non-rotating (for example, elastically deformable or elastically einfederbaren or lying in the power flow) transfer points between the rotor shaft 101 and thus between the drive train of the wind turbine 110 and the machine carrier 102 for the rotor shaft 101 or for the drive train. In other words, measuring the loads B the wind turbine 110 in the context of the invention to a storage device 100 for the rotor shaft 101 in a machine carrier 102 be performed.

Die 2 zeigt eine solche Lagervorrichtung 100, die ein Stützelement 10, beispielsweise in Form einer Drehmomentstütze, aufweisen kann. Denkbar ist zudem, dass eine solche Lagervorrichtung 100 in Form eines Hauptlagers der Rotorwelle 101 realisiert werden kann.The 2 shows such a storage device 100 that is a support element 10 , For example in the form of a torque arm, may have. It is also conceivable that such a storage device 100 in the form of a main bearing of the rotor shaft 101 can be realized.

Innerhalb von zwei Aufnahmebohrungen an den Flügeln der Drehmomentstütze werden beidseitig von der Rotorwelle 101 zwei Bolzen 21, 22 als Befestigungselemente 20 aufgenommen, insbesondere verspannt (vgl. die 11) oder abgefedert (vgl. die 12). Mit der Drehmomentstütze werden Kräfte aufgenommen und über die Befestigungselemente 20 und ggf. über ein Dämpfungselement 12 (vgl. die 12) zum Maschinenträger 102 weitergeleitet. In der Ausführungsform der 11 kann ein Dämpfungselement 12 zwischen den Befestigungselementen 20 und den entsprechenden Befestigungsstellen I, II, III, IV der Lagervorrichtung 100 zum Maschinenträger 102 vorgesehen sein. Mit anderen Worten kann ein Dämpfungselement 12 entweder zwischen dem Stützelement 10 und dem jeweiligen Befestigungselement 20 (vgl. die 12) oder zwischen dem jeweiligen Befestigungselement 20 und dem Maschinenträger 102 vorgesehen sein, um die Kräfte aufzunehmen und abzudämpfen. Within two mounting holes on the wings of the torque arm are on both sides of the rotor shaft 101 two bolts 21 . 22 as fasteners 20 received, in particular braced (see the 11 ) or cushioned (see the 12 ). With the torque arm forces are absorbed and over the fasteners 20 and optionally via a damping element 12 (see the 12 ) to the machine carrier 102 forwarded. In the embodiment of the 11 can be a damping element 12 between the fasteners 20 and the appropriate attachment points I . II . III . IV the storage device 100 to the machine carrier 102 be provided. In other words, a damping element 12 either between the support element 10 and the respective fastener 20 (see the 12 ) or between the respective fastener 20 and the machine carrier 102 be provided to absorb and dampen the forces.

Wie es die 2 weiterhin zeigt, führen die unterschiedlichen Belastungen B, die auf die Windkraftanlage 110 wirken, zum Entstehen von Drehmomenten (drei Hauptmomenten Mx, My, Mz) an der Rotorwelle 101, die im Einzelnen als Giermoment Mx, Nickmoment My und Rotations- bzw. Torsionsmoment Mz bezeichnet werden können.Like the 2 continues to show, lead the different loads B pointing to the wind turbine 110 act, to the emergence of torques (three main moments Mx . My . Mz ) on the rotor shaft 101 In detail, as a greed Mx , Pitching moment My and rotational or torsional moment Mz can be designated.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht einen Abgleich zwischen den spezifizierten Auslegungsbelastungen mit den tatsächlich wirkenden Beanspruchungen der Windkraftanlage 110, weil die Messung im laufenden Betrieb der Windkraftanlage 110 erfolgen kann.The present invention allows a balance between the specified design loads and the actual wind turbine loads 110 because the measurement during operation of the wind turbine 110 can be done.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht außerdem die Ermittlung einer zu erwartenden Laufzeit bzw. einer Restlebensdauer des Getriebes bzw. des Triebstranges innerhalb der Windkraftanlage 110 sowie weiterer mechanischen Komponenten innerhalb des Triebstranges, wie zum Beispiel der Lagervorrichtung 100. Eine Integration in ein Überwachungssystem 120 (vgl. die 9 und 10) vermeidet darüber hinaus eine potenzielle Überbeanspruchung der mechanischen Triebstrangkomponenten. Die Erfindung ermöglicht zudem eine zuverlässige Erkennung einer ungleichförmigen Verspannung der Lagervorrichtung 100, beispielsweise infolge von Aufbau-, Montage oder Steifigkeitstoleranzen des Triebstranges.The present invention also makes it possible to determine an expected transit time or a residual service life of the transmission or of the drive train within the wind power plant 110 and other mechanical components within the drive train, such as the bearing device 100 , An integration in a monitoring system 120 (see the 9 and 10 ) also avoids potential overstressing of the mechanical driveline components. The invention also allows reliable detection of non-uniform tension of the bearing device 100 For example, due to structural, assembly or rigidity tolerances of the drive train.

Die Erfindung stellt dabei einen Messaufbau einer Sensoreinheit 30 an stehenden Strukturbauteilen der Windkraftanlage 110, insbesondere innerhalb der Lagervorrichtung 100 für die Rotorwelle 101 bereit. Ein solcher Messaufbau ist zeitlich unbegrenzt, relativ kostengünstig und ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung der Belastungen B, die auf die Windkraftanlage 110 wirken. Die Sensoreinheit 20 weist mindestens zwei, vorzugsweise mehrere, bevorzugt sechszehn (vgl. die 3) oder zwei und dreißig (vgl. die 7), Sensorelemente 31 auf. Die mindestens zwei Sensorelemente 31 können dabei am Befestigungselement 20 (vgl. die 3 bis 8) oder am Stützelement 10 (beispielsweise gezeigt in der 2) oder in einem Dämpfungselement 12 (vgl. die 12) angeordnet werden.The invention provides a measuring structure of a sensor unit 30 on standing structural components of the wind turbine 110 , in particular within the storage device 100 for the rotor shaft 101 ready. Such a measuring structure is unlimited in time, relatively inexpensive and enables continuous monitoring of the loads B pointing to the wind turbine 110 Act. The sensor unit 20 has at least two, preferably several, preferably sixteen (cf. 3 ) or two and thirty (see the 7 ), Sensor elements 31 on. The at least two sensor elements 31 can do this on the fastener 20 (see the 3 to 8th ) or on the support element 10 (For example, shown in the 2 ) or in a damping element 12 (see the 12 ) to be ordered.

Der Messaufbau innerhalb der Lagervorrichtung 100 kann unabhängig von unterschiedlichen Triebstrangkonzepten erfolgen, die beispielsweise in den 9 und 10 dargestellt sind.The measurement setup within the storage device 100 can be done independently of different powertrain concepts, for example, in the 9 and 10 are shown.

Die Belastungen B während des Betriebs der Windkraftanlage 110 führen zu den Drehmomenten Mx, My, Mz an der Rotorwelle 101. Die Drehmomente Mx, My, Mz an der Rotorwelle 101 führen wiederum zum Entstehen von messbaren Kräften an stehenden Elementen 10, 20, 12 der Lagervorrichtung 100. Dort können diese Kräfte mittels Dehnungs- oder Verlagerungsmessungen durch Dehnmessstreifen (DMS) (vgl. die 3 bis 7), (beispielsweise induktive) Wegsensoren (vgl. die 8) oder (beispielsweise hydraulische) Drucksensoren (aus Einfachheitsgründen nicht in den Figuren dargestellt) ermittelt werden.The burdens B during operation of the wind turbine 110 lead to the torques Mx . My . Mz on the rotor shaft 101 , The torques Mx . My . Mz on the rotor shaft 101 in turn lead to the emergence of measurable forces on stationary elements 10 . 20 . 12 the storage device 100 , There, these forces can be measured by means of strain or displacement measurements by strain gauges (DMS) (cf. 3 to 7 ), (for example, inductive) displacement sensors (cf. 8th ) or (for example hydraulic) pressure sensors (not shown in the figures for reasons of simplicity).

Damit von den gemessenen Dehnungen oder Verlagerungen auf die zu ermittelnden Drehmomente Mx, My, Mz der Rotorwelle 101 geschlossen werden kann, muss ein Zusammenhang zwischen gemessenen Dehnungen oder Wegen zu den drei wirkenden Drehmomente Mx, My, Mz im Hauptlager der Rotorwelle 101 hergestellt werden (vgl. die 2). Dazu wird ein Koordinatensystem x, y, z in der Mitte der Lagervorrichtung 100 definiert.Thus from the measured strains or displacements on the torques to be determined Mx . My . Mz the rotor shaft 101 must be closed, a relationship between measured strains or paths to the three-acting torques Mx . My . Mz in the main bearing of the rotor shaft 101 be prepared (see 2 ). This will be a coordinate system x . y . z in the middle of the storage device 100 Are defined.

Zu den Drehmomenten Mx, My, Mz gehört das Rotationsmoment Mz, welches durch die Rotation der Rotorwelle 101 um die z-Achse hervorgerufen werden kann. Das Rotationsmoment Mz kann beispielsweise durch den Messaufbau gemäß der 4 erfasst werden.To the torques Mx . My . Mz heard the rotational moment Mz , which by the rotation of the rotor shaft 101 around the z-axis can be evoked. The rotational moment Mz For example, by the measurement setup according to 4 be recorded.

Zu den Drehmomenten Mx, My, Mz gehört weiterhin das Nickmoment My, welches durch die Gewichtskraft der Rotorwelle 101 und der Rotorblätter 103 hervorgerufen werden kann. Das Nickmoment My kann beispielsweise durch den Messaufbau gemäß der 5 erfasst werden.To the torques Mx . My . Mz heard the pitching moment My , which is determined by the weight of the rotor shaft 101 and the rotor blades 103 can be caused. The pitching moment My For example, by the measurement setup according to 5 be recorded.

Zu den Drehmomenten Mx, My, Mz gehört zudem das Giermoment Mx, welches durch eine schräge Luftanströmung entstehen kann und welches zu einer Drehung um die x-Achse führen kann. Das Giermoment Mx kann beispielsweise durch den Messaufbau gemäß der 6 erfasst werden.To the torques Mx . My . Mz also belongs the greed moment Mx , which can be caused by an oblique air inflow and which can lead to a rotation about the x-axis. The yaw moment Mx For example, by the measurement setup according to 6 be recorded.

Jedes der Drehmomente Mx, My, Mz der Rotorwelle 101 ruft über den Triebstrang eine Kraft in der Lagervorrichtung 100 hervor. Diese Kraft sorgt für Spannungen innerhalb der Lagervorrichtung 100, beispielsweise an den Befestigungselementen 20 in Form von Bolzen 21, 22, welche das Stützelement 10 in Form der Drehmomentstütze lagern. Diese Spannungen haben Dehnungen an den Bolzen 21, 22 zur Folge, die über Sensorelemente 31 der Sensoreinheit 30, die beispielsweise in Form von Dehnmessstreifen ausgebildet sein können, als eine elektrische Spannungsänderung erfasst werden können. Each of the torques Mx . My . Mz the rotor shaft 101 calls a force in the bearing device via the drive train 100 out. This force provides tension within the bearing device 100 , For example, on the fasteners 20 in the form of bolts 21 . 22 which the support element 10 store in the form of the torque arm. These stresses have strains on the bolts 21 . 22 entail, via sensor elements 31 the sensor unit 30 , which may be formed for example in the form of strain gauges, can be detected as an electrical voltage change.

Bei der messtechnischen Erfassung der Dehnungen mittels Dehnmessstreifen sind mindestens zwei unterschiedliche Messanordnungen denkbar:

- Vier Sensorelemente 31 bzw. vier Vollbrückenschaltungen an jedem Ende jedes Bolzens 21, 22. Die Sensoreinheit 30 umfasst dann insgesamt sechszehn Sensorelemente 31 und vier Messkanäle (vgl. die 3).
- Acht Sensorelemente 31 bzw. acht Vollbrückenschaltungen an jedem Ende jedes Bolzens 21, 22. Die Sensoreinheit 30 umfasst dann insgesamt zwei und dreißig Dehnmessstreifen und acht Messkanäle (vgl. die 7).

When measuring the strains by means of strain gauges, at least two different measuring arrangements are conceivable:

- Four sensor elements 31 or four full bridge circuits at each end of each bolt 21 . 22 , The sensor unit 30 then includes a total of sixteen sensor elements 31 and four measuring channels (cf. 3 ).
- Eight sensor elements 31 or eight full bridge circuits at each end of each bolt 21 . 22 , The sensor unit 30 then includes a total of two and thirty strain gauges and eight measuring channels (see 7 ).

Wie es in der 3 gezeigt ist, kann durch die Messungen der Dehnung mit sechszehn DMS-Positionen und somit vier Vollbrücken auf die Drehmomente Mx, My, Mz der Rotorwelle 101 geschlossen werden. Die Dehnungen können mithilfe der Wheatstone'schen Vollbrücke gemessen werden.As it is in the 3 can be shown by the measurements of strain with sixteen strain gauge positions and thus four full bridges on the torques Mx . My . Mz the rotor shaft 101 getting closed. The strains can be measured using the Wheatstone full bridge.

Die Auflageorte 1, 2 (links und rechts bezüglich des Stützelements 10) innerhalb der Lagervorrichtung 100 umfassen jeweils zwei Befestigungsstellen I, II, III, IV (vorne und hinten bezüglich des Stützelements 10), wie es die 3 bis 8 zeigen.The bearing locations 1 . 2 (left and right with respect to the support element 10 ) within the storage device 100 each comprise two attachment points I . II . III . IV (front and rear with respect to the support element 10 ), like the 3 to 8th demonstrate.

Die Vollbrücken können an jedem Auflageort 1, 2 zwei Befestigungsstellen I, II, III, IV miteinander verschalten. Im Rahmen einer Vollbrücke können die vorderen horizontalen Dehnmessstreifen Lv2 und Lv4 mit den beiden hinteren horizontalen Dehnmessstreifen Lh2 und Lh4 zusammengeschaltet werden und so die horizontalen Dehnungen erfassen (siehe die 6). In gleicher Weise können die horizontalen Dehnmessstreifen am anderen (hier rechten) der beiden Auflageorte 1, 2 verschaltet werden.The full bridges can be at any place of work 1 . 2 two attachment points I . II . III . IV interconnect with each other. As part of a full bridge, the front horizontal strain gauges Lv2 and Lv4 with the two rear horizontal strain gauges lh2 and Lh4 interconnected and thus capture the horizontal strains (see the 6 ). In the same way, the horizontal strain gauges on the other (right here) of the two support locations 1 . 2 be interconnected.

In gleicher Weise können die vertikalen Dehnmessstreifen an jedem Auflageort 1, 2 jeweils zwei Befestigungsstellen I, II, III, IV innerhalb der Lagervorrichtung 100 miteinander verschalten. Hierbei können die beiden vorderen vertikalen Dehnmessstreifen Lv1 und Lv3 mit den beiden hinteren vertikalen Dehnmessstreifen Lh1 und Lh3 zusammengeschaltet werden, um vertikale Dehnungen zu messen (siehe die 4 und die 5). In gleicher Weise können die vertikalen Dehnmessstreifen am anderen (hier rechten) der beiden Auflageorte 1, 2 verschaltet werden.In the same way, the vertical strain gauges at each place of support 1 . 2 two attachment points each I . II . III . IV within the storage facility 100 interconnect with each other. Here, the two front vertical strain gauges Lv1 and Lv3 with the two rear vertical strain gauges lh1 and Lh3 be interconnected to measure vertical strains (see the 4 and the 5 ). In the same way, the vertical strain gauges on the other (right here) of the two support locations 1 . 2 be interconnected.

An jedem Auflageort 1, 2 bzw. an jedem Bolzen 21, 22 können somit zwei Vollbrücken verschaltet werden, eine, um die vertikalen Dehnungen zu messen (siehe die 4 und die 5), und eine zweite, um die horizontalen Dehnungen zu messen (siehe die 6).At every place of work 1 . 2 or on each bolt 21 . 22 Thus, two full bridges can be interconnected, one to measure the vertical strains (see the 4 and the 5 ), and a second one to measure the horizontal strains (see Figure 6).

In der 3 sind die Messpunkte sowie die Kräfte an den einzelnen Bolzen 21, 22 und die daraus folgenden Drehmomente Mx, My, Mz der Rotorwelle 101 dargestellt.In the 3 are the measuring points as well as the forces at the individual bolts 21 . 22 and the consequent torques Mx . My . Mz the rotor shaft 101 shown.

Das Rotationsmoment Mz in der 4 berechnet sich aus den vertikalen Kräften Fver,L und Fver,R und deren Hebelarm y_RWHL zur Rotationsachse, die mit der z-Achse übereinstimmt. Durch die vertikalen Kräften Fver,L und Fver,R, die in der 4 dargestellt sind, entsteht eine Rotation im Uhrzeigersinn. Die Folge ist eine Drehung des Stützelements 10, die von den beiden Bolzen 21, 22 verhindert wird. Dadurch entsteht eine mechanische Spannung an den Bolzen 21, 22. Hier messen zwei Vollbrücken, jeweils eine am rechten und eine am linken Bolzen mithilfe der Widerstandsänderung der Dehnmessstreifen die auftretenden vertikalen Dehnungen.The rotational moment Mz in the 4 is calculated from the vertical forces Fpan , L and Fver, R and their lever y _RWHL to the axis of rotation, which coincides with the z-axis. By the vertical forces Fpan , L and Fver, R, in the 4 are shown, creates a clockwise rotation. The result is a rotation of the support element 10 that of the two bolts 21 . 22 is prevented. This creates a mechanical stress on the bolt 21 . 22 , Here, two full bridges, one on the right and one on the left, use the resistance change of the strain gauges to measure the vertical strains that occur.

Das Nickmoment My wird ebenfalls durch die vertikalen Kräfte Fver,L und Fver,R bestimmt, wie es in der 5 gezeigt ist. Hier zeigen beide Kräfte Fver,L und Fver,R, im Gegensatz zum Rotationsmoment Mz, in die gleiche Richtung. Die Kräfte Fver,L und Fver,R drehen mit dem Hebelarm z_RWHL um die y-Asche. Die Folge ist eine Verschiebung der Drehmomentstütze in vertikaler Kraftrichtung (siehe die 5).
Das Giermoment Mx wird durch die horizontalen Kräfte Fhor,L und Fhor,R und deren Hebel z_RWHL um die x-Achse bestimmt. Daraus resultiert eine Verschiebung in horizontaler Richtung (siehe die 6).The pitching moment My is also due to the vertical forces Fpan , L and Fver, R, as determined in the 5 is shown. Here are both forces Fpan , L and Fver, R, in contrast to the rotation moment Mz in the same direction. The forces Fpan , L and Fver, R turn with the lever arm z _RWHL around the y-ash. The result is a displacement of the torque arm in the vertical direction of force (see the 5 ).
The yaw moment Mx is due to the horizontal forces Fhor , L and Fhor, R and their levers z _RWHL determined around the x-axis. This results in a shift in the horizontal direction (see the 6 ).

In der 7 ist eine weitere mögliche Messanordnung im Sinne der Erfindung gezeigt, die acht Vollbrücken und insgesamt zwei und dreißig Dehnmessstreifen aufweist. Mithilfe dieser Messanordnung kann die wirkende Beanspruchung an jeder Befestigungsstelle I, II, III, IV separat bestimmt werden. Dieser Messaufbau bietet außerdem den Vorteil, dass neben den Drehmomenten Mx, My, Mz die Verspannungen innerhalb des Triebstranges detektiert werden können. Um die wirkenden horizontalen Beanspruchungen zu bestimmen, kann dabei jeweils eine Vollbrücke an jeder Befestigungsstelle I, II, III, IV realisiert werden. Bei den vertikalen Beanspruchungen wird analog verfahren. Die 7 zeigt lediglich schematisch einen prinzipiellen Aufbau einer solchen Messanordnung. Um die Drehmomente Mx, My, Mz der Rotorwelle 101 zu bestimmen, kann analog verfahren werden, wie dies oben bereits beschrieben wurde. Der Unterscheid besteht in der Ermittlung der resultierenden Gesamtkraft pro Bolzen 21, 22 aus zwei Einzelmessungen.In the 7 Another possible measuring arrangement according to the invention is shown, which has eight full bridges and a total of two and thirty strain gauges. Using this measuring arrangement, the acting stress at each attachment point I . II . III . IV be determined separately. This measurement setup also offers the advantage that in addition to the torques Mx . My . Mz the tension within the drive train can be detected. In order to determine the effective horizontal stresses, in each case a full bridge at each attachment point I . II . III . IV will be realized. The vertical stresses are handled analogously. The 7 only schematically shows a basic structure of a such measuring arrangement. To the torques Mx . My . Mz the rotor shaft 101 can be determined analogously, as already described above. The difference is in the determination of the resulting total force per bolt 21 . 22 from two single measurements.

Die 8 zeigt des Weiteren eine weitere mögliche Messanordnung mit acht Kanalmessungen. In diesem Fall können die Verlagerungen mittels induktiver Wegsensoren erfasst werden. Die gemessenen Wege können bei Kenntnis der Elastomersteifigkeiten mittels einer Federkennlinie in Kräfte und anschließend in Momente verrechnet werden. Die Auswertung der Beanspruchungen erfolgt äquivalent zum oben beschriebenen Verfahren und bietet den Vorteil, dass die Sensorik bei einem Defekt einfach ausgetauscht werden kann.The 8th further shows another possible measuring arrangement with eight channel measurements. In this case, the displacements can be detected by means of inductive displacement sensors. The measured paths can be calculated with knowledge of the elastomer stiffness by means of a spring characteristic in forces and then in moments. The evaluation of the stresses is equivalent to the method described above and has the advantage that the sensor can be easily replaced in the event of a defect.

Ferner kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die Messergebnisse an eine windkraftanlagenexterne Überwachungseinheit 200, einen windkraftanlagenexternen Datendienst 201 und/oder einen windkraftanlagenexternen Datenspeicher 202 übermittelt werden, die beispielhaft in den 9 und 10 gezeigt sind.Furthermore, it can be provided within the scope of the invention that the measurement results are sent to a wind turbine external monitoring unit 200 , a wind turbine external data service 201 and / or a wind turbine external data memory 202 be exemplified in the 9 and 10 are shown.

Die Überwachungseinheit 200 kann weiterhin innerhalb eines windkraftanlagenexternen Datendienstes 201 und/oder eines windkraftanlagenexternen Datenspeichers 202 realisiert werden (Cloud-Lösung). Eine stationäre Überwachungseinheit 200 kann zudem die Vorteile eines windkraftanlagenexternen Datendienstes 201 und/oder eines windkraftanlagenexternen Datenspeichers 202 Auslagerung von Rechen- und Speicherkapazitäten nutzen. Außerdem sind im Rahmen Visualisierungen oder nachgeschaltete Analyseverfahren der Messergebnisse möglich.The monitoring unit 200 can continue within a wind turbine external data service 201 and / or a wind turbine external data memory 202 be realized (cloud solution). A stationary monitoring unit 200 also has the advantages of a wind turbine external data service 201 and / or a wind turbine external data memory 202 Use outsourcing of computing and storage capacities. In addition, visualizations or downstream analysis methods of the measurement results are possible.

Die Überwachungseinheit 200 kann dabei die Überwachung und die Berechnungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen von Belastungszuständen der Windkraftanlage 110 übernehmen.The monitoring unit 200 may be the monitoring and calculations according to the inventive method for detecting load conditions of the wind turbine 110 take.

Die Überwachungseinheit 200 kann dabei ein Teil eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems 120 für eine Windkraftanlage 110 oder für mehrere Windkraftanlagen 110 bilden.The monitoring unit 200 may be part of a monitoring system according to the invention 120 for a wind turbine 110 or for several wind turbines 110 form.

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung/Ansprüche zu verlassen.The above explanation of the embodiments describes the present invention solely by way of example. Of course, individual features of the present invention, if technically feasible, can be combined freely with one another without departing from the scope of the present invention / claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: Lagervorrichtung bearing device
101101: Rotorwellerotor shaft
102102: Maschinenträgermachine support
103103: Rotorblätter rotor blades
110110: Windkraftanlage Wind turbine
120120: Überwachungssystem monitoring system
200200: Überwachungseinheitmonitoring unit
201201: windkraftanlagenexterner Datendienstwind turbine external data service
202202: windkraftanlagenexterner Datenspeicher wind turbine external data storage
1010: Stützelementsupport element
1212: Dämpfungselement damping element
2020: Befestigungselementfastener
2121: Bolzenbolt
2222: Bolzen bolt
3030: Sensoreinheitsensor unit
3131: Sensorelement sensor element
11: AuflageortAuflageort
22: Auflageort Auflageort
II: Befestigungsstellefastening point
IIII: Befestigungsstellefastening point
IIIIII: Befestigungsstellefastening point
IVIV: Befestigungsstelle fastening point
BB: Belastungencharges
B1B1: Blatt-SchwenkLeaf swing
B2B2: Triebstrang-TorsionPowertrain Twist
B3B3: Gondel-NickGondola Nick
B4B4: Blatt-SchlagLeaf Blowing
B5B5: Turm-TorsionTower Twist
B6B6: Turm-Schwing Tower swing
Fver, LFver, L: vertikale Kraftvertical force
Fver, RFver, R: vertikale Kraft vertical force
Fhor,LFhor, L: horizontale Krafthorizontal force
Fhor,RFhor, R: horizontale Kraft horizontal force
Y_RWHL Y _RWHL: Hebelarmlever arm
z_RWHL z _RWHL: Hebelarm lever arm
Lh1lh1: DehnmessstreifenStrain
Lh2lh2: DehnmessstreifenStrain
Lh3Lh3: DehnmessstreifenStrain
Lh4Lh4: Dehnmessstreifen Strain
Lv1Lv1: DehnmessstreifenStrain
Lv2Lv2: DehnmessstreifenStrain
Lv3Lv3: DehnmessstreifenStrain
Lv4Lv4: Dehnmessstreifen Strain
MxMx: Drehmomenttorque
MyMy: Drehmomenttorque
MzMz: Drehmoment torque
Rh1Rh1: DehnmessstreifenStrain
Rh2Rh2: DehnmessstreifenStrain
Rh3rh3: DehnmessstreifenStrain
Rh4rh4: Dehnmessstreifen Strain
Rv1Rv1: DehnmessstreifenStrain
Rv2Rv2: DehnmessstreifenStrain
Rv3rv3: DehnmessstreifenStrain
Rv4Rv4: Dehnmessstreifen Strain
WW: Windrichtung wind direction
xx: Koordinatecoordinate
yy: Koordinatecoordinate
zz: Koordinatecoordinate

Claims

A bearing apparatus (100) for supporting a rotor shaft (101) of a wind turbine (110), comprising: a support element (10) for receiving the rotor shaft (101), at least one fastening element (20) for fastening the support element (10) to a machine carrier (102) for the rotor shaft (101) and a sensor unit (30) for detecting load conditions of the wind turbine (110), wherein the sensor unit (30) is disposed inside the bearing device (100), and wherein the sensor unit (30) has at least two sensor elements (31).

Storage device (100) according to Claim 1 , characterized in that the support element (10) is designed in the form of a torque arm, and / or that the fastening element (20) in the form of a bolt (21, 22) is formed.

Storage device (100) according to Claim 1 or 2 , characterized in that between the support element (10) and the fastening element (20), a damping element (12) is provided, and / or that the damping element (12) comprises an elastic material and / or a hydraulic medium.

Storage device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least two sensor elements (31) on the support element (10) and / or on the fastening element (20) and / or on the damping element (12) are arranged.

Bearing device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing device (100) has two bearing locations (1, 2), which are designed to rest on the machine carrier (102), and / or that at each support location (1, 2 ) at least one sensor element (31) is provided.

Bearing device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing device (100) has four attachment points (I, II, III, IV), which are designed for attachment to the machine carrier (102), and / or that at least two Sensor elements (31) at different attachment points (I, II, III, IV) are provided, and / or that at least one, two, four or eight sensor elements (31) at each attachment point (I, II, III, IV) is provided / are.

Storage device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least two sensor elements (31) are in the form of strain gauges, and / or that the strain gauges are connected as full bridges.

Storage device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two sensor elements (31) in the form of displacement sensors, in particular inductive displacement sensors, are formed.

Storage device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two sensor elements (31) in the form of pressure sensors, in particular hydraulic pressure sensors, are formed.

A method for detecting load conditions of a wind turbine (110), in particular by means of a bearing device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the measurement of load conditions at at least two fixed locations of the bearing device (100) is performed.

Method according to the preceding claim, characterized in that the measurement of load conditions during operation of the wind turbine (110) takes place, and / or by means of the measurement of load conditions during operation of the wind turbine, the expected duration of the wind turbine is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement results are transmitted to a wind turbine external monitoring unit (200), a wind turbine external data service (201) and / or a wind turbine external data memory (202).

A monitoring system (120) for a wind turbine (110), comprising: a storage device (100) according to one of the preceding claims and a wind turbine external monitoring unit (200), wherein the monitoring unit (200) is adapted to carry out a method according to any one of the preceding claims.

Monitoring system (120) according to the preceding claim, characterized in that the monitoring unit (200) can be brought into communication connection with a data service (201) external to the wind power plant and / or a data memory (202) external to the wind power plant, in order to calculate the computing capacity and / or storage capacity for executing the data Outsourced procedure.