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Die Erfindung betrifft eine Zustandsüberwachungsvorrichtung für wenigstens ein Rotorblatt einer Windkraftanlage, ein eine derartige Zustandsüberwachungsvorrichtung aufweisendes Rotorblatt, sowie eine Windkraftanlage mit einer derartigen Zustandsüberwachungsvorrichtung.
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Rotorblätter von Windkraftanlagen müssen, da sie Wind und Wetter sowie anderen Einflüssen, beispielsweise Vogelschlag, ausgesetzt sind, regelmäßig gewartet werden. Ein wesentlicher Teil eines Wartungstermins besteht in der Suche nach physischen Schäden der Rotorblätter. Derartige Schäden können beispielsweise durch Qualitätsschwankungen in der Fertigung bedingt sein, die beispielsweise eine Auftrennung verklebter Strukturen oder ein Ablösen von einzelnen Schichten bewirken können. Des Weiteren können während der Nutzung beispielsweise Schäden durch Ermüdungsbrüche, Blitzschlag und/oder Korrosion auftreten.
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Für Bauformen mit Werkstoffen, bei denen Beschädigungen einfach sichtbar sind, findet eine Inspektion der Rotorblätter optisch statt. Andere Werkstoffe benötigen unter Umständen eine Nachkontrolle, beispielsweise mit Ultraschall.
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Trotz regelmäßiger Inspektionen lässt sich ein Alterungszustand der Rotorblätter nur sehr ungenau bestimmen, so dass bei Konstruktion der Rotorblätter große Sicherheitsmargen in das Design einkalkuliert werden. Da die Häufigkeit sowohl punktueller Ereignisse mit teilweise hoher Belastung, beispielsweise von Vogelschlag oder Hagelschlag, als auch der Beitrag wechselnder äußerer Einflüsse, wie beispielsweise der Witterung, insbesondere durch Frost und Eis, schlecht vorhersagbar und auch von dem genauen Ort der Windkraftanlage abhängig ist, werden Inspektionen ebenfalls in einer Häufigkeit angesetzt, die eine Sicherheitsmarge beinhaltet. Dazu sind komplexe Lasten, beispielsweise Scher- und Momentlasten, nur unzureichend modellierbar. Durch die hohe und wechselnde Belastung der Rotorblätter sind Inspektionen in regelmäßigen Abständen mindestens einmal im Jahr notwendig.
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Während einer Inspektion steht eine Windkraftanlage notgedrungen still und kann keinen Strom erzeugen. Je nach Bauform ist eine Demontage der Rotorblätter notwendig. Auch heute werden Inspektionen von Windkraftanlagen hauptsächlich von menschlichen Technikern durchgeführt.
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Durch alle diese Aspekte entstehen hohe Kosten, die einen wesentlichen Anteil an den Gesamtkosten über die Laufzeit einer Windkraftanlage haben.
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Vor diesem Hintergrund löst die Erfindung die Aufgabe, den durch Inspektionen verursachten Aufwand zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird durch eine Zustandsüberwachungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1, ein Rotorblatt gemäß Patentanspruch 10 und eine Windkraftanlage gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Aufgabe wird durch eine Zustandsüberwachungsvorrichtung für wenigstens ein Rotorblatt einer Windkraftanlage gelöst, die wenigstens eine flexible Sensoreinrichtung mit einer Vielzahl von Messabschnitten, wobei die Messabschnitte zur Messung jeweils wenigstens eines Parameters an einer Vielzahl von Abschnitten des Rotorblatts angeordnet und eingerichtet ist und eine Verarbeitungseinrichtung zur Erfassung und/oder Verarbeitung der gemessenen Parameter aufweist.
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Eine Messung von mechanischen Parametern des Rotorblatts an einer Vielzahl von Messabschnitten erlaubt es, eine kumulierte Belastung sowie kurzzeitige Überlastungen des Rotorblatts zu ermitteln. Daraus lassen sich Rückschlüsse darauf ziehen, wie wahrscheinlich Beschädigungen des Rotorblatts nach einem gewissen Zeitraum sind. Dementsprechend können die Inspektionsintervalle an die an dem Aufstellungsort der Windkraftanlage herrschenden Bedingungen angepasst werden. Unnötige Inspektionen und damit auch der durch die Inspektionen verursachte Aufwand werden so reduziert.
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In einigen Ausführungsformen ist die Verarbeitungseinrichtung zur Erkennung eines Zustands des Rotorblatts anhand der erfassten Parameter eingerichtet, wobei der Zustand wenigstens einer der Zustände Normalzustand, Warnzustand und/oder Abschaltzustand sein kann.
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Die Verarbeitungseinrichtung erlaubt es also, die vielen gemessenen mechanischen Parameter zu einem für einen Bediener einfach erfassbaren Ergebnis zusammenzufassen. Dabei können Zustände zur Erkennung ausgewählt werden, die Relevanz für den Betrieb haben.
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In einigen Ausführungsformen ist der Zustandsüberwachungsvorrichtung eine Inspektionseinrichtung zur Inspektion des Rotorblatts zugeordnet, wobei die Inspektion durch eine Erkennung eines vorbestimmten Zustands auslösbar ist.
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Dadurch kann ohne Intervention eines Technikers eine automatische Inspektion des Rotorblatts ausgelöst werden, beispielsweise bei Erkennen eines Warnzustands. Dadurch werden die Kosten für Inspektionen weiter reduziert.
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In einigen Ausführungsformen weist die Inspektionseinrichtung ein unbemanntes Luftfahrzeug zur Inspektion des Rotorblatts auf.
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Ein derartiges unbemanntes Luftfahrzeug, englisch „unmanned aerial vehicle“ oder UAV, kann besonders einfach eine Inspektion, beispielsweise eine optische Inspektion, des Rotorblatts, beispielsweise von außen durchführen. Eine Demontage des Rotorblatts ist dafür nicht nötig, wodurch diese Inspektion besonders zeitsparend oder auch per Fernsteuerung durchführbar ist.
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In einigen Ausführungsformen weist die Inspektionseinrichtung eine unbemannte, oberflächengebundene Drohne zur Inspektion des Rotorblatts auf.
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Eine derartige Drohne kann beispielsweise effizient eine Inspektion der Oberflächen und/oder eine Ultraschallinspektion durchführen. Hiermit wird zum einen eine manuelle Inspektion, bei der Wartungspersonal an und/oder in den Rotorblättern kletternd eine Prüfung vornehmen muss unnötig. Zum anderen ist eine, im Extremfall denkbare, Demontage des Rotorblatts dafür nicht erforderlich. Dadurch ist diese Inspektion besonders zeitsparend oder auch per Fernsteuerung durchführbar. Im Idealfall lässt sich eine von Drohnen durchgeführte Inspektion automatisieren. Derartige Drohnen können sowohl auf einer Außen- als auch auf einer Innenfläche des Rotorblatts eingesetzt werden.
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In einigen Ausführungsformen kann die Sensoreinrichtung wenigstens abschnittsweise heizbar sein.
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Dadurch ist zum Beispiel kostengünstig die Entfernung von Eis an dem Rotorblatt möglich. Insbesondere ist eine kostengünstige Abdeckung großer Flächen des Rotorblatts mit der Sensoreinrichtung möglich. Des Weiteren kann die beheizbare Sensoreinrichtung die Bildung von Eis an der Oberfläche eines Rotorblatts bereits im Vorfeld der Eisbildung zumindest erschweren.
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In einigen Ausführungsformen ist wenigstens ein Teil der Sensoreinrichtung zusammen mit Schichten des Rotorblatts laminierbar.
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Dies bewirkt durch die kraftschlüssige Verbindung mit dem Material des Rotorblatts eine besonders exakte Erfassung der mechanischen Parameter und verbessert damit die Präzision der Erkennung der Notwendigkeit einer Inspektion. Darüber hinaus ist, sofern die Sensoreinrichtung heizbar ausgestaltet ist, keine weitere Heizschicht aus einem für die Laminierung ungeeigneten Material in dem Rotorblatt notwendig.
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In einigen Ausführungsformen weist die Sensoreinrichtung ein Sensorgewebe auf.
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Derartige Sensorgewebe sind besonders gut an gebogene Formen, beispielsweise von Rotorblättern anpassbar. Darüber sind sie platzsparend, leicht, einfach zu verarbeiten und stellen auf besonders einfache Art und Weise eine Vielzahl von Messabschnitten bereit.
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In einigen Ausführungsformen weist die Sensoreinrichtung eine Energiegewinnungseinrichtung auf.
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Dies ermöglicht einen weitgehend autonomen Betrieb der Zustandsüberwachungsvorrichtung, beispielsweise durch piezoelektrische Energiegewinnung aus Vibration.
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Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage, aufweisend wenigstens eine der oben genannten Zustandsüberwachungsvorrichtungen, gelöst.
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Durch die Aufnahme der Zustandsüberwachungsvorrichtung werden die Inspektionsintervalle an die tatsächliche Belastung des Rotorblatts angepasst und somit der Aufwand für Inspektionen verringert. Darüber hinaus ist, insbesondere bei großflächiger Verwendung des Sensorgewebes, eine detaillierte Analyse der mechanischen und/oder weiterer Parameter unmittelbar und/oder kontinuierlich möglich. Dadurch kann beispielsweise ein digitaler Zwilling (engl. digital twin) des Rotorblatts in einem Computer erzeugt werden, um Probleme zu erkennen und/oder Erkenntnisse über die Eigenschaften des Rotorblatts zu gewinnen, beispielsweise für Materialtests.
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In einigen Ausführungsformen ist die Sensoreinrichtung wenigstens teilweise in das Rotorblatt einlaminiert.
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Dadurch wird eine besonders genaue Messung des mechanischen Parameters an dem Rotorblatt ermöglicht.
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Die Aufgabe wird des Weiteren durch eine Windkraftanlage, aufweisend wenigstens eine der oben genannten Zustandsüberwachungsvorrichtungen gelöst.
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Durch die Aufnahme der Zustandsüberwachungsvorrichtung werden die Inspektionsintervalle an die tatsächliche Belastung des Rotorblatts angepasst und somit der Aufwand für Inspektionen verringert. Falls die Sensoreinrichtung heizbar ausgestaltet ist, kann auch von vornherein eine Eisbildung sowie damit einhergehende Beschädigung vermieden werden und so die Inspektionsintervalle verlängert werden. In einigen Ausführungsformen weist die Windkraftanlage eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Windkraftanlage auf, wobei die Steuereinrichtung zum Abschalten der Windkraftanlage bei Erkennung eines vorbestimmten Abschaltzustands eingerichtet ist.
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Wenn also die Verarbeitungseinrichtung anhand der gemessenen mechanischen Parameter eine Überlastung und/oder Beschädigung wenigstens eines Rotorblattes erkennen, dann wird eine automatische Abschaltung der Windkraftanlage eingeleitet.
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Dadurch kann unmittelbar eine Inspektion des die Abschaltung auslösenden Rotorblattes erfolgen, beispielsweise mittels der Inspektionseinrichtung, wenn die Windkraftanlage eine derartige Inspektionseinrichtung aufweist.
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Ausführungsbeispiel
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Windkraftanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Abschnittes eines Rotorblatts mit Sensoreinrichtungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines laminierten Abschnittes eines Rotorblatts mit einem einlaminierten Sensorgewebe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
- 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Rotorblatt mit möglichen Anordnungen von Sensoreinrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte, schematische Darstellungen. Zum Teil werden für gleiche, aber gegebenenfalls nicht identische Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Verschiedene Ansichten gleicher Elemente könnten unterschiedlich skaliert sein.
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Richtungsangaben wie beispielsweise „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ sind mit Bezug auf die jeweilige Figur zu verstehen und können in den einzelnen Darstellungen gegenüber dem dargestellten Objekt variieren.
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Die in 1 gezeigte Windkraftanlage 10 weist eine Gondel 12 auf, an der eine Nabe 14 gelagert ist, von der Rotorblätter 16 abragen. Eines der Rotorblätter 16 weist eine flächige Sensoreinrichtung mit einem Sensorgewebe 18 auf, das eine Vielzahl von Messabschnitten zur Messung jeweils wenigstens eines Parameters aufweist. Das Sensorgewebe 18 ist in oder an dem Rotorblatt 16 angeordnet, so dass es den oder die Parameter an und/oder in einer Vielzahl von Abschnitten des Rotorblatts 16 messen kann.
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Die Windkraftanlage 10 umfasst des Weiteren eine Inspektionseinrichtung 20. In einigen Ausführungsformen umfasst die Inspektionseinrichtung beispielsweise ein unbemanntes Luftfahrzeug, beispielsweise eine Drohne. In einigen Ausführungsformen umfasst die Inspektionseinrichtung beispielsweise ein unbemanntes oberflächengebundenes Fahrzeug, beispielsweise zur Inspektion von inneren und/oder äußeren Oberflächen des Rotorblatts 16.
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Zur Steuerung der Windkraftanlage 10 ist eine Steuereinrichtung 22 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 22 umfasst insbesondere eine Verarbeitungseinrichtung zur Erfassung der von dem Sensorgewebe 18 gemessenen Parameter. Die Verarbeitungseinrichtung und/oder die Steuereinrichtung 22 kann zur Erkennung eines Zustands des Rotorblatts 16 anhand der erfassten Parameter eingerichtet sein, wobei der Zustand wenigstens ein Normalzustand oder ein Warnzustand sein kann.
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Die Sensoreinrichtung bildet beispielsweise zusammen mit der Verarbeitungseinrichtung eine Zustandsüberwachungsvorrichtung.
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Zu diesem Zweck überwacht die Verarbeitungseinrichtung beispielsweise, ob die gemessenen mechanischen Parameter vorbestimmte Maximalwerte überschreiten oder vorbestimmte Minimalwerte unterschreiten. In weiteren Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinrichtung auch beispielsweise überwachen, ob die gemessenen mechanischen Parameter von vorbestimmten Normalwerten um einen vorbestimmten Faktor abweichen. Die Vorbestimmung der Normalwerte kann auch beispielsweise durch Kalibrierung nach Aufstellung der Windkraftanlage 10 durchgeführt werden.
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Die Verarbeitungseinrichtung erkennt aus den gemessenen mechanischen Parametern, beispielsweise mittels einer oder mehrerer der im vorigen Absatz genannten Regeln, einen Zustand des Rotorblatts. Solange die mechanischen Parameter nicht die vorbestimmten Grenzen verlassen, also nicht beispielsweise die vorbestimmten Maximalwerte überschreiten, vorbestimmte Minimalwerte unterschreiten und/oder von vorbestimmten Normalwerten um mehr als einen vorbestimmten Faktor abweichen, erkennt die Verarbeitungseinrichtung einen Normalzustand. Sobald die mechanischen Parameter die vorbestimmten Grenzen verlassen, erkennt die Verarbeitungseinrichtung beispielsweise einen Warnzustand.
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Neben der Erkennung eines Zustands kann die Verarbeitungseinrichtung beispielsweise in einigen Ausführungsformen die für das Auslösen des jeweiligen Zustands relevanten Ereignisse und/oder Parameter den Messabschnitten und somit den Abschnitten des Rotorblatts zuordnen, an denen sie aufgetreten sind. Darüber hinaus kann die Verarbeitungseinrichtung eine Klassifizierung der Parameter und/oder von deren Veränderungen durchführen.
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Der Warnzustand kann beispielsweise bedeuten, dass eine Inspektion wenigstens eines der Rotorblätter 16 notwendig ist, da ein mechanisches Ereignis erkannt wurde, das zu einer Beschädigung geführt haben könnte.
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Zu diesem Zweck kann das Sensorgewebe 18 beispielsweise zur Messung eines Parameters, beispielsweise eines Drucks, einer Dehnung, einer Temperatur, einer Vibration, einer Feuchtigkeit und/oder einer Beschleunigung an den Messabschnitten ausgebildet sein. So könnte beispielsweise ein punktuelles Belastungsereignis, das beispielsweise durch Hagel, Eis auf den Rotorblättern oder Vogelschlag verursacht wird und zu einer Beschädigung führen könnte, als kurzfristige Druckerhöhung gemessen werden, die einen vorbestimmten Maximaldruck überschreitet. Eine Beschädigung des Rotorblatts 16 könnte beispielsweise auch vorliegen, wenn eine permanente Dehnung des Rotorblatts 16 von dem Sensorgewebe 18 festgestellt wird.
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Es gibt eine Vielzahl weiterer bekannter Bedingungen, die einen Warnzustand auslösen könnten. In einigen Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinrichtung Sensoren für Umgebungsbedingungen aufweisen oder Daten von derartigen Sensoren erhalten, beispielsweise Feuchtigkeit und/oder Temperatur. Wenn diese gemessenen Umgebungsbedingungen sich beispielsweise außerhalb eines Sollbereichs bewegen, kann die Verarbeitungseinrichtung einen Warnzustand erkennen. In einigen Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinrichtung beispielsweise dazu eingerichtet sein, gemessene mechanische Belastungen über einen längeren Zeitraum aufzusummieren, gemessene mechanische Belastungen zu gewichten und/oder gemessene mechanische Belastungen verschiedener Messabschnitte zu kombinieren, um einen Warnzustand zu erkennen. In weiteren Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinrichtung weitere Zustände erkennen, beispielsweise einen Abschaltzustand, der eine notwendige Abschaltung der Windkraftanlage 10 anzeigt. Diese Ausführungsformen sind beliebig kombinierbar, um eine zuverlässige Erkennung von Warn- und/oder Abschaltzuständen zu erreichen.
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In einigen Ausführungsformen kann die Windkraftanlage 10 beispielsweise so eingerichtet sein, dass der Warnzustand als Abschaltzustand verwendet wird. Wenn die Steuereinrichtung 22 also einen Warnzustand (und somit gleichzeitig einen Abschaltzustand) erkennt, dann schaltet sie beispielsweise die Windkraftanlage 10 ab.
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In einigen Ausführungsformen kann die Windkraftanlage 10 beispielsweise so eingerichtet sein, dass bei Vorliegen des Warnzustands oder des Abschaltzustands eine Inspektion durch die Inspektionseinrichtung 20 ausgelöst wird. Die Windkraftanlage 10 kann des Weiteren beispielsweise so eingerichtet sein, dass die Inspektion erst dann ausgelöst wird, wenn die Windkraftanlage 10 abgeschaltet und die Rotorblätter 16 zum Stillstand gekommen sind.
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An oder in einem in 2 gezeigten Abschnitt des Rotorblatts 16 sind mehrere Sensorgewebe 18 angeordnet. Ein Sensorgewebe 18 ist im Bereich einer Vorderkante 24, ein Sensorgewebe ist im Bereich einer Hinterkante 26 und ein Sensorgewebe 18 ist an einer Innenseite 28 des Rotorblatts 16 angeordnet.
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Die Sensorgewebe 18, die im Bereich der Vorderkante 24 und im Bereich der Hinterkante 26 angeordnet sind, können beispielsweise zur Messung von Dehnung, Druck und Temperatur ausgebildet sein. Das Sensorgewebe 18, das an der Innenseite 28 des Rotorblatts 16 angeordnet ist kann beispielsweise zur Messung von Schwingungen ausgebildet sein.
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In einigen Ausführungsformen ist wenigstens eines der Sensorgewebe 18 heizbar. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass Strom durch das heizbare Sensorgewebe 18 geleitet wird und sich dieses dadurch erwärmt. Ein derartiges heizbares Sensorgewebe 18 ist beispielsweise im Bereich der Vorderkante 24 vorteilhaft anzuordnen, da es dort verstärkt zur Eisbildung kommen kann.
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In einigen Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet sein, aus Sensoren beispielsweise des Sensorgewebes 18 und/oder anderen verbundenen Sensoren eine Notwendigkeit zu bestimmen, das Sensorgewebe 18 zu heizen. In diesem Fall kann die Verarbeitungseinrichtung weitgehend autonom eine Vereisung des Rotorblatts 16 verhindern oder zumindest erschweren. Zu diesem Zweck kann die Verarbeitungseinrichtung in einigen Ausführungsformen eine Kl-Entscheidungseinrichtung aufweisen.
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Die Sensorgewebe 18 können beispielsweise an einer Oberfläche des Rotorblatts 16 angeordnet sein. In weiteren Ausführungsformen können die Sensorgewebe 18 beispielsweise auch innerhalb von Wänden des Rotorblatts 16 angeordnet sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft möglich, wenn das Rotorblatt 16 ein Material aufweist, das aus mehreren miteinander verbundenen Schichten gebildet ist (Verbundmaterial). Ein Ausschnitt aus einem derartigen Verbundmaterial ist in 3 gezeigt. Zwischen mehreren Materialschichten 30 ist das Sensorgewebe 18 beispielsweise als weitere Schicht angeordnet. Durch diese Anordnung und die unmittelbare Verbindung mit den Schichten 30 kann das Sensorgewebe 18 beispielsweise unmittelbar die mechanischen Parameter messen, denen auch die Materialschichten 30 unterworfen sind. Dadurch können beispielsweise Einzelereignisse, beispielsweise Vogelschlag oder Hagelschlag, besonders präzise erkannt und lokalisiert werden.
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Eine von vielen möglichen Anordnungen der Sensorgewebe 18 in dem Rotorblatt 16 ist beispielsweise in 4 gezeigt. Die Sensorgewebe 18 können nicht nur in Außenwänden des Rotorblatts 16, so beispielsweise im Bereich der Vorderkante 24 oder der Hinterkante 26, sondern auch in internen Strukturen, beispielsweise einem Steg 32, angeordnet werden.
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In einigen Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinrichtung separat von der Steuereinrichtung 22 ausgeführt sein. In weiteren Ausführungsformen können mehrere Verarbeitungseinrichtungen vorgesehen sein.
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In einigen Ausführungsformen kann sich das Sensorgewebe 18 auch über die gesamte Außenfläche des Rotorblatts 16 oder auch innerhalb der gesamten Wände des Rotorblatts 16 erstrecken. In weiteren Ausführungsformen ist beispielsweise in wenigstens 10 %, wenigstens 50 %, wenigstens 80 % oder wenigstens 95 % der Wände des Rotorblatts 16 Sensorgewebe 18 vorgesehen.
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Das Sensorgewebe 18 kann beispielsweise ein Gewebe sein, das Messfasern aufweist, beispielsweise Fasern, deren Widerstand sich bei Dehnung verändert. In weiteren Ausführungsformen können die Messfasern piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. Die Messfasern sind beispielsweise so in dem Gewebe angeordnet, dass die Verarbeitungseinrichtung beispielsweise unmittelbar oder durch Kombination der gemessenen elektrischen Eigenschaften der Messfasern den gewünschten Parameter an einer Vielzahl von Messabschnitten erfassen kann. In weiteren Ausführungsformen kann das Sensorgewebe 18 beispielsweise Fasern aus Nanoröhrchen aufweisen. In weiteren Ausführungsformen können die Fasern beispielsweise auch eine Energieversorgung bereitstellen.
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In einigen Ausführungsformen kann das Sensorgewebe 18 eine Energiegewinnungseinrichtung, beispielsweise piezoelektrische und/oder piezoresistive Fasern aufweisen. Mittels der von derartigen Fasern, beispielsweise aus Vibration, gewonnenen elektrischen Energie können Einrichtungen, beispielsweise die Verarbeitungseinrichtung und/oder die Verarbeitungseinrichtung, mit Energie versorgt werden. In einigen Ausführungsformen kann beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie zur Speicherung elektrischer Energie vorgesehen sein.
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In einigen Ausführungsformen weist die Verarbeitungseinrichtung und/oder die Zustandsüberwachungseinrichtung eine Kommunikationseinrichtung auf, mittels derer die erfassten gemessenen Parameter und/oder ein erkannter Zustand des Rotorblatts 16 an einen Kommunikationspartner, beispielsweise einen Server, einen Router und/oder ein Relais übermittelbar sind. Insbesondere zur Überwachung größerer Windparks kann eine Kombination der erfassten gemessenen Parameter von unterschiedlichen Windkraftanlagen 10 vorgesehen sein. In einigen Ausführungsformen können die erfassten gemessenen Parameter mittels einer Verarbeitungseinrichtung, insbesondere einer Kl-Verarbeitungseinrichtung, verarbeitet werden, um einen möglichen Warnzustand und/oder Abschaltzustand zu erkennen.
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Die erfindungsgemäße Zustandsüberwachungsvorrichtung ist in existierende Designs von Rotorblättern 16 einfach integrierbar, da sie sich aufgrund der flexiblen Sensoreinrichtung in die existierende Materialstruktur integrieren lässt, ohne die Eigenschaften oder Leistung des Materials der Rotorblätter 16 zu beeinträchtigen. Dass die Sensoreinrichtung flexibel ist, bedeutet insbesondere, dass die Sensoreinrichtung entlang einer geraden oder gekrümmten Fläche angeordnet werden kann. Da die Aufnahme der erfindungsgemäßen Zustandsüberwachungsvorrichtung in die Rotorblätter 16 das Verfahren zur Produktion der Rotorblätter 16 nicht verändert, lässt sich die Zustandsüberwachungsvorrichtung auch einfach herstellen.
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Die zum Betrieb notwendige Elektronik, beispielsweise für die Verarbeitungseinrichtung und/oder die Steuereinrichtung 22 kann beispielsweise außerhalb der Rotorblätter 16 angeordnet sein und, wenn nötig, austauschbar ausgestaltet werden.
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Die hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren sind wenigstens teilweise mittels einer Software auf handelsüblichen Computern implementierbar. Beispielsweise können Zustände durch Inhalte einer Speicherstelle eines Arbeitsspeichers des Computers implementiert sein. Beispielsweise können die Zustandsüberwachungsvorrichtung und/oder die Verarbeitungsvorrichtung einen Computer beispielsweise mit Verbindungen zu Sensoreinrichtungen aufweisen, wobei die Sensoreinrichtungen digitale und/oder analoge Daten, beispielsweise Messdaten, liefern können, die von auf dem Computer ausgeführter Software zur Bildung der Vorrichtungen verarbeitet werden. Die Aufteilung der Umsetzung von Vorrichtungen in Hardware und/oder Software bleibt dem implementierenden Fachmann als handwerkliche Übung überlassen.
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Die beschriebene Zustandsüberwachungsvorrichtung erlaubt beispielsweise eine autonome Reaktion der Windkraftanlage 10 auf unerwartete mechanische Lastbedingungen, auf Veränderungen der Umgebung, beispielsweise auf Eisbildung, und, im Falle eines Warnzustands, eine anschließende Inspektion, beispielsweise mittels einer Drohne. Die Zustandsüberwachungsvorrichtung ist weitgehend autonom betreibbar, beispielsweise durch Energiegewinnung aus Vibration und/oder KI-gesteuerte Reaktion auf Umwelteinflüsse, beispielsweise zur Vermeidung von Eisbildung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Windkraftanlage
- 12
- Gondel
- 14
- Nabe
- 16
- Rotorblatt
- 18
- Sensorgewebe
- 20
- Inspektionseinrichtung
- 22
- Steuereinrichtung
- 24
- Vorderkante
- 26
- Hinterkante
- 28
- Innenseite
- 30
- Materialschicht
- 32
- Steg
