DE3622908C2 - - Google Patents
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Classifications
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-
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Description
Die Erfindung betrifft einen Rotor nach dem Oberbegriff des Patent
anspruches 1, ein Verfahren zum Zusammenstellen von inhomogenen
Blättern zu einem solchen Rotor nach dem Oberbegriff des Patentan
spruches 1 sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Beim Herstellen von Rotoren für Windkraftmaschinen oder auch für
Hubschrauber werden im allgemeinen die Blätter des Rotors geson
dert gefertigt und dann an einer gemeinsamen Nabe bzw. an einem
Rotorstern befestigt. Hierbei wird darauf geachtet, daß die Blät
ter möglichst gleichartig sind. Diese Gleichartigkeit ist dann
relativ leicht zu gewährleisten, wenn die Blätter
aus Vollmaterial gefertigt sind. Man geht jedoch immer
mehr dazu über, Blätter besonders dann, wenn große Roto
ren zum Beispiel für Windkraftmaschinen oder Hubschrauber
gefertigt werden, aus einem Verbundmaterial, zum Beispiel
Glasfaserkunststoff, herzustellen, wobei auch ein Schaum
kern mit einbezogen wird. Derartige Blätter sind sehr viel
schwieriger mit absolut identischen Abmessungen insbeson
dere hinsichtlich ihrer Gewichtsverteilungen zu fertigen.
Nach dem Montieren der Blätter am Rotorstern fährt man ei
nen Probelauf und wuchtet den Rotor aus. Hierbei wird bei
konstanter Drehzahl die Unwucht gemessen, also die Lage
der Schwerpunktsdrehachse relativ zur geometrischen (tat
sächlichen) Drehachse. Die Unwucht versucht man dann mit
tels Trimmgewichten auszugleichen, wobei man die Trimm
gewichte am Ort der höchstens Wirksamkeit, nämlich am
Blattende, anbringt. Sobald die Unwucht bei konstanter
Drehzahl beseitigt ist, geht man davon aus, daß der
Rotor hinsichtlich seiner Massenverteilungen
optimal ausgewuchtet ist. Weitere Angleichungen finden
hinsichtlich des Spurlaufes und anderer insbesondere aero
dynamischer Eigenschaften statt.
Eine andere oder die vorgenannten Maßnahmen unterstützende
bzw. begleitende Maßnahme wurde in der US-Zeitschrift
"Vertiflite", Vol. 29, No. 4, Seiten 28-32 (1983) vor
geschlagen. Hier wird im Rotorstern eines Hubschraubers
für jedes Blatt ein hydraulisches Betätigungselement vor
gesehen, das über Steuerleitungen und Ventile mit einer
hydraulischen Pumpe verbunden ist. Es sind Beschleunigungs
aufnehmer vorgesehen, die einem Mikroprozessor die vor
liegenden Schwingungen
melden. Der Mikroprozessor berechnet dann diejenigen
Betätigungshübe der hydraulischen Elemente, die notwendig
sind, um die Schwingung zu unterdrücken. Es handelt sich
also hier um eine aktive Schwingungsunterdrückung durch
Einleitung einer gegenphasigen Bewegung. Dem Reglungs
techniker ist hier die Schwierigkeit sofort bewußt: Sobald
das System mit groben Störungen (Windstöße, etc.) beauf
schlagt wird, kann es zu Überschwingern, also sehr hohen
unkontrollierten Schwingungen kommen, bis sich das System
wieder "beruhigt". Nur dann, wenn das System sehr langsam
(hohe Dämpfung) arbeitet, kann so ein Überschwingen ver
hindert werden. Andererseits ist ein derart langsames
System nicht zum Ausgleich schneller Änderungen geeignet.
Aus dem DE-Fachbuch, W. L. Alexandrow: "Luftschrauben",
VEB-Verlag Technik Berlin 1954, Seiten 380-385, ist es
bekannt, daß neben geometrischen und mechanischen Asymme
trien die gewichtsmäßigen Asymmetrien bei Rotoren oder
Luftschrauben eine wesentliche Rolle spielen. In dieser
Druckschrift wird gefordert, die Momente aus den Gewichten
der Schrauben, d. h. die Produkte aus dem Schraubenblattge
wicht mit den Abständen der Schwerpunkte von der Achse,
auszugleichen.
Es wird also davon ausgegangen, daß "Unwuchten"
die einzige Ursache für Lagerbelastungen und unerwünsch
te Schwingungen sind, die sich auf den Turm der Windkraft
maschine oder das Flugzeug bzw. den Hubschrauber übertra
gen. Ein extremes Beispiel für diese Auffassung ist die
allgemein bekannte Windkraftmaschine "GROWIAN".
Dieses mit einem
enormen Kostenaufwand durchgeführte Projekt hat alle
Entscheidungsgremien durchlaufen, wurde also wissenschaft
lich genauestens untersucht, so daß man davon ausgehen
kann, daß die dort zu findenden Merkmale im wesentlichen
mit der allgemeinen Auffassung der Fachwelt übereinstim
men. Dennoch hat sich gezeigt, daß auch hier (trotz sorg
fältigstem Auswuchten) Belastungen auftreten, die zur
Unbrauchbarkeit der Windkraftmaschine führen.
Aus der DE-AS 17 81 223 ist eine Auswuchtmethode bekannt,
bei der in den Blättern von Hubschrauberrotoren Trimmge
wichte an beliebigen Stellen eines Kanals angebracht werden
können, der sich an der Blattvorderkante über die gesamte
Blattlänge erstreckt. Hier sollen alle Blätter durch ent
sprechende Anordnung von Trimmgewichten das gleiche Massen
trägheitsmoment bekommen. Ein Ausgleich des polaren Träg
heitsmomentes ist damit nicht möglich, da die Massen nur
in radialer Richtung variierbar sind. Dies ist damit auch
nicht beabsichtigt.
Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es Auf
gabe der Erfindung, einen Rotor der eingangs genannten Art
dahingehend weiterzubilden (bzw. ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Zusammenstellung eines solchen Rotors auf
zuzeigen), daß auch im instationären Bereich (Störimpulse)
die Neigung zu higher harmonic vibrations unterdrückt wird,
da die instationären Lagerbelastungen entfallen. Der Rotor
läuft stabil.
Diese Aufgabe wird durch einen Rotor der im Patentanspruch
1 angegebenen Art gelöst; Verfahren und Vorrichtung zur
Herstellung des Rotors ergeben sich aus den Ansprüchen 2
bis 8 bzw. 9 bis 11.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Es ist wesentlich zu beachten, daß nicht
nur die für die Unwuchten bei Gleichlauf entscheidenden
Massen bzw. Massenverteilungen eine Rolle spielen, sondern
daß dann, wenn die polaren Trägheitsmomente der Massen
elemente mindestens aller einander gegenüberliegenden Blät
ter in bezug auf die Drehachse nicht identisch
sind, die beim Beschleunigen der Blätter entstehenden Lager
kräfte einen wesentlichen Beitrag zu den auftretenden
Schwingungserscheinungen liefern. Derartige Beschleuni
gungen treten nicht nur beim Hochlaufen der Rotoren
auf, sondern in einem gewissen Maße auch immer beim Vor
beistreichen der einzelnen Blätter am Turm der Windkraft
maschine bzw. beim Wechsel der Rotorblätter vom Vorwärts-
zum Rückwärtslauf (im Vorwärtsflug eines Hubschraubers)
oder durch andere Unsymmetrien. Meßtechnisch werden diese
Kräfte fälschlicherweise als Unwuchten interpretiert, da sie als
ebenfalls zur Drehachse normale Kräfte in Erscheinung treten.
Das Beispiel der eingangs beschriebenen einflügeligen Wind
kraftmaschine ist noch eindrucksvoller. Hier steht einem
40 m langen Blatt mit einer Masse von 15 000 kg ein Aus
gleichsgewicht gegenüber, dessen Hauptmasse (18 750 kg)
in einer Entfernung von 16 m vom Drehpunkt angeordnet ist.
Wenn man beim Blatt einen Abstand des Schwerpunktes von
20 m von der Drehachse annimmt, so ergibt sich ein Träg
heitsmoment des Blattes von 2 000 000 kg × m2. Dem steht ein
Trägheitsmoment der Ausgleichsmasse von 1 510 000 kg × m2
gegenüber; es ergibt sich also eine Differenz im Trägheits
moment von 490 000 kg × m2. Im Falle von Drehbeschleunigun
gen (positiv oder negativ) ergibt sich darum eine instatio
näre Lagerkraft - der Rotor versucht wie ein Kreisel zu
reagieren -, die zur Zerstörung des Lagers oder auch des
ganzen Turmes der Windkraftmaschine führen kann.
Wenn man - wie eingangs angedeutet - die Blätter absolut
identisch fertigt, so tritt das Problem nicht auf. Die
vorliegende Erfindung ist aber insbesondere für die heute
üblichen Fertigungsmethoden bzw. Fertigungsmaterialien
gedacht, die zwangsläufig unvermeidbare Toleranzen mit
sich bringen.
Wenn man nach dem in Anspruch 2 angegebenen Verfahren vor
geht, so ergibt sich kein Mehraufwand gegenüber den bis
her üblichen - unzulänglichen - Methoden. Man muß nämlich
lediglich eine gewisse Anzahl von Blättern im voraus fer
tigen, wobei man davon ausgehen kann, daß die Fertigungs
toleranzen in ihren Abweichungen normal verteilt sind.
Die so entstehende Gruppe von Blättern umfaßt dann ab
einer gewissen Anzahl im wesentlichen alle statistisch
möglichen Werte, so daß man zu jedem Blatt ein passendes
"Gegenstück" finden kann. Diese Lösung ist überraschend
einfach und führt dennoch zum angestrebten Erfolg. Selbst
verständlich kann man zusätzlich noch trimmen, um Rest
abweichungen zu eliminieren bzw. minimieren.
In einer ersten Näherung genügt es, eine Kenngröße für das
polare Trägheitsmoment des Blattes in bezug auf die Drehachse
meßtechnisch zu bestimmen und als Paarungsblätter solche herauszusuchen,
deren polares Trägheitsmoment gleich ist. Jedes gefertigte
Blatt wird also durchgemessen und das Meßergebnis wird
festgehalten. Sobald nun ein weiteres Blatt aus der Fer
tigung kommt, werden dessen Meßwerte mit den Meßwerten
der vorhandenen Blätter verglichen und dann eine Paarung
durchgeführt, wenn eine hinreichende Übereinstimmung auf
findbar ist. Ist ein Blatt mit hinreichender Übereinstim
mung nicht auffindbar, so wird das neugefertigte Blatt der
Gruppe vorgefertigter Blätter hinzugefügt und der Vorgang
beim nächsten gefertigten Blatt wiederholt. Blätter, deren
Meßwerte ganz außerhalb der üblichen Bereiche liegen (am
Rand der Gauß'schen Glockenkurve) werden "umgetrimmt", so
daß sie mehr zum Normalwert kommen.
Diese zweidimensionale Kenngröße kann dadurch bestimmt
werden, daß man
die Blätter einspannt und mit zunehmender Geschwindigkeit
(Beschleunigung) um einen Punkt drehen läßt (bzw. ab
bremst).
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin
dung bestimmt man die polaren Trägheitsmomente der Massen
elemente im Prinzip auch wieder durch Drehbeschleunigung,
jedoch dreht man hier die Blätter nicht um eine fest
stehende Achse, sondern um eine "virtuelle" Achse. Hierzu
befestigt man ein zu messendes Blatt an zwei Punkten,
vorzugsweise an den Blattenden, an jeweils einem linearen
Stellmotor. Die linearen Stellmotoren betreibt man mit
Schwingungssignalen im wesentlichen entgegengesetzter
Phasen. Sind nun die Stellmotoren an den Blattenden an
gebracht und ihre Schwingungsamplituden (entgegengesetzter
Phase) gleich groß, so "schaukelt" das Blatt um einen
Drehpunkt, der genau in der Mitte zwischen den beiden
Ankopplungspunkten liegt. Wenn man nun die Amplituden für
jeden Stellmotor unterschiedlich variiert, so wandert wäh
rend des Vorganges - der aufgezeichnet wird - die Drehachse
der entstehenden Schaukelbewegung des Blattes über die
gesamte Länge. Hierbei mißt man die effektiven Kräfte -
und zeichnet sie auf -, die von mindestens einem Stell
motor aufgebracht werden. Vorzugsweise aber zeichnet man
die Differenz der Quadrate der Kräfte auf und zwar in Ab
hängigkeit über den Abstand des (virtuellen) Drehpunktes
von einem vorgegebenen Punkt - zum Beispiel von einem
Blattende.
Die so aufgezeichnete (zum Beispiel auf eine Floppy Disc)
Kurve wird zunächst archiviert, das durchgemessene Blatt
wird (wie oben angedeutet) auf Lager gelegt. Sobald man
ein weiteres Blatt aus der Fertigung durchgemessen hat,
wird seine Meßkurve mit der aller auf Lager liegenden
Blätter verglichen. Ein derartiger Vergleich hat dann
besonders viel Aussagekraft, wenn er auf einer Kreuz
korrelation der beiden Kurven basiert. Man kann dann Blät
ter in einem Rotor miteinander paaren, wenn ihr Korrela
tionskoeffizient einen Mindestbetrag überschreitet.
Das Verfahren liefert dann besonders störungsfreie Meß
werte, wenn man die Meßergebnisse über eine Vielzahl von
Perioden mittelt. Hierzu eignet sich eine Rauschmessung
besonders gut. Hierbei betreibt man die Stellmotoren mit
gegenphasigen sinus- oder dreiecksförmigen Schwingungs
signalen und variiert die Schwingungsamplituden nach
einer pseudozufälligen Verteilung, also gemäß einer Ver
teilung, die über eine gewisse Zeitdauer hinweg normal
verteilt ist, wobei diese Verteilung sich aber periodisch
wiederholt. Die Meßergebnisse werden dann über eine Viel
zahl von Perioden der pseudozufälligen Verteilung auf
gemittelt.
Diese Meßmethode läßt Rückschlüsse über die Verteilung der
Massen auf jedem Blatt zu. Dabei muß aber davon ausgegan
gen werden, daß über den (virtuellen) Drehpunkt nur ein
Teil der entstehenden Kräfte (als Momente) übertragen wer
den, das Blatt muß also biegsam sein. Vorzugsweise bewegt
man dann also das zu messende Blatt im wesentlichen normal
zu seiner Fläche bzw. in Richtung seiner geringsten Biege
steifigkeit.
Im folgenden wird anhand von Ausführungsbeispielen bevor
zugter Ausführungsformen die Erfindung näher beschrieben.
Hierzu zeigt
Fig. 1 einen Hubschrauberrotor,
Fig. 2 ein Blatt in Draufsicht,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 2;
Fig. 4 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Vor
richtung zur Ermittlung des Schwerpunktes;
Fig. 5 eine Ansicht entlang der Linie V-V aus Fig. 4;
Fig. 6 eine schematisierte Darstellung einer Anordnung
zum Dreh-Beschleunigen eines Blattes;
Fig. 7 eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer
Meßvorrichtung (dynamische Messung); und
Fig. 8 das Blockschaltbild einer Geräteanordnung zum
Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 7.
In Fig. 1 ist ein Hubschrauberrotor gezeigt, an dessen
Rotorstern 2 Blätter 1, 1′, 1′′, 1′′′ befestigt sind. Der
Rotorstern 2 dreht um eine Drehachse D G . Auf bzw. in den
Rotorblättern sind Ausgleichsgewichte
befestigt.
Am Ende eines jeden Blattes können Trimmgewichte 4 ein
gesetzt werden.
Wenn ein derartiger herkömmlicher Rotor um seine Drehachse
mit konstanter Geschwindigkeit dreht, so liegt der Dreh
punkt im ausgewuchteten Zustand genau auf der Drehachse D G . Sobald
aber der Rotor beschleunigt, verschiebt sich sein Drehpunkt hin zum
Trägheitsschwerpunkt, zum Beispiel auf den Punkt D S , so
daß eine um die Drehachse D D umlaufende Kraft entsteht,
die wiederum zu Vibrationen entsprechend der Drehzahl
führt.
In den Fig. 2 und 3 ist ein heute übliches Rotorblatt
gezeigt. Ein solches Blatt besteht aus einem Schaumkern 7
und einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial 6, so
wie einem Trimmblei 5 an der Vorderkante. Das ganze Blatt
ist von einer Haut 9 (ebenfalls aus GFK) überzogen. Das
Blatt ist mit einem Beschlag 8 verbunden, der zur Anbrin
gung am Rotorstern 2 dient.
In Fig. 4 ist eine Anordnung zur Ermittlung des Gewichtes
und des Massenschwerpunktes eines einzelnen Blattes auf
gezeigt. Diese Vorrichtung weist ein Gestell 15 auf, das
eine geringere Länge hat als ein zu messendes Blatt 1.
An den Enden des Gestells 15 sind jeweils Kraftmeßdosen
10 und 20 angebracht, auf denen Auflager montiert sind.
Das eine Auflager weist einen Dorn 22 auf, der dem Beschlag
8 eines Blattes (bzw. dessen Bohrung) angepaßt ist, so
daß man ein Blatt 1 reproduzierbar auf den Dorn 22 setzen
kann. Die andere Kraftmeßdose 10 ist mit einem schneiden
förmigen Auflager 12 versehen, auf das das zu messende
Blatt 1 (mit seiner führenden Kante) aufgelegt wird. Die
Ausgänge 11 und 21 der Kraftmeßdosen 10 und 20 führen zu
Anzeigevorrichtungen, so daß man die erhaltenen Meßwerte
ablesen und aufzeichnen kann. Es genügt hierbei, die er
haltenen Meßwerte (gegebenenfalls auch als Spannungswerte)
aufzuzeigen, da es sich nur darum dreht, bei allen zu
paarenden Blättern dieselbe Verteilung zu erzielen, während
die Absolutwerte von Masse und Schwerpunkt an sich keine
Rolle spielen.
Im folgenden soll anhand von Fig. 6 eine weitere bevor
zugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
beschrieben werden. Bei dieser Methode wird das zu prü
fende Blatt wieder an seinem Beschlag 8 mit einer Auf
hängung 60 fest verbunden und die Aufhängung 60 steht
über eine senkrechte Welle mit einem Elektromotor 80
in Verbindung. Auf der Welle sind Mittel 84 angebracht
(z. B. über Schleifringe angeschlossene Dehnmeßstreifen),
sowie ein Drehzahlfühler 82 (Winkelkodierer), deren Aus
gangssignale über Meßwandler 86 in eine moment-proportio
nale Spannung U M bzw. eine winkelproportionale Span
nung U Ω gewandelt und ausgegeben werden. Der Elektromotor 80 wird
durch einen Strom I in Drehung versetzt bzw. aus der
Drehung abgebremst. Bei dieser Methode wird also das
zu untersuchende Blatt in Drehung versetzt und zwar
z. B. vom Stillstand bis zu einer bestimmten Drehzahl
und dabei die Zeitdauer gemessen. Während dieser Zeit
dauer wird die dem Drehmoment proportionale Spannung
aufintegriert und nach Erreichen der vorher definierten
Drehzahl, die der Spannung U Ω proportional ist, gespei
chert bzw. ausgegeben. Dieser ausgegebene Wert wird
als charakteristische Größe für das gemessene Blatt
gespeichert und dem späteren Auswahlverfahren zugrunde
gelegt. Selbstverständlich sollte auch hier über ver
schiedene Messungen gemittelt werden, wobei man das
Hochlaufen genauso wie das Abbremsen zur Gewinnung der
Meßwerte heranziehen kann.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 7 sind auf einem Gestell 15,
das im wesentlichen gleich lang wie ein zu messendes
Rotorblatt 1 ist, Linear-Stellmotoren 30 und 31 befestigt,
die Verbindungsmittel 32 und 33 auf und ab bewegen können
(siehe Pfeile in Fig. 7). An den Verbindungsmitteln 32 und
33 kann jeweils ein Blatt 1 fest eingespannt werden (an
den Verbindungsmitteln 33 wird zum Beispiel der Beschlag
8 eines Blattes 1 festgesetzt).
Zwischen den Linear-Stellmotoren 30 und 31 und den Befe
stigungsmitteln 32 und 33 liegen Kraftmeßdosen 10 und 20
derart, daß die (Beschleuigungs-)Kräfte zwischen den
Stellmotoren 30, 31 und den Befestigungsmitteln 32, 33
gemessen werden können und zwar anhand von elektrischen
Signalen, die aus Ausgangsleitungen 11, 21 aus den Kraft
meßdosen 10, 20 kommen. Die Stellmotoren 30, 31 werden
über Steuerleitungen 34, 35 gesteuert bzw. mit Energie
versorgt. Hierbei wird davon ausgegangen, daß die Auf-
und Abbewegung dem Eingangssignal auf der jeweiligen Ein
gangsleitung 34, 35 direkt proportional ist. Selbstver
ständlich wird man hierfür entsprechend rückgekoppelte
geregelte Systeme verwenden.
Die in Fig. 8 gezeigte Anordnung dient zur Steuerung der
Vorrichtung nach Fig. 7, sowie zur Aufnahme der Meßwerte
aus den Leitungen 11, 21 der Meßdosen 10, 20. Die Anord
nung nach Fig. 11 weist einen Sinusoszillator 48 auf, dessen
Ausgangsleitung 48′ auf einen steuerbaren Teiler 47 führt.
Der steuerbare Teiler 47 arbeitet derart, daß je nach
seinem Eingangssignal auf seiner Steuerleitung 47′ ent
weder ein Leistungsverstärker 40 zur Speisung des ersten
Linear-Stellmotors 30 über die Steuerleitung 34 oder ein
zweiter Leistungsverstärker 41 zur Speisung des zweiten
Linear-Stellmotors 31 über die Steuerleitung 35 mit einer
erhöhten Spannung versorgt wird. Die Amplituden sind zu
einander reziprok.
Dadurch, daß der zweite Leistungsverstärker 41 das Ein
gangssignal invertiert wiedergibt, ergibt sich eine Pha
senverschiebung von 180° zwischen den Ausgängen der bei
den Verstärker 40 und 41.
Der Sinusoszillator 48 weist weiterhin einen Pulsausgang
48′′ auf, wobei die Pulse synchron zu den sinusförmigen
Signalen liegen.
Die Steuerleitung 47′ des steuerbaren Teilers 47 liegt am
Ausgang eines Steueroszillators 46, der bei dem hier gezeig
ten Beispiel eines dreiecksförmige Ausgangsspannung zur Ver
fügung stellt. Weiterhin liegt der Ausgang des Steuer
oszillators 46 auf einem A/D-Wandler 49, dessen Ausgang
auf dem Adressen-Eingang eines Averagers 50 liegt. Weiter
hin sind die Ausgangsleitungen 11 und 21 der Kraftmeßdosen
10 und 20, sowie die Triggerleitung 48′′ des Sinusoszilla
tors 48 auf Eingänge des Averagers 50 geführt.
Der Averager 50 bildet nun aus den kraftproportionalen
Signalen die Differenz der Quadrate und mittelt diese
entsprechend dem pulsförmigen Signal auf der Triggerlei
tung 48′′ über eine definierte Anzahl von Perioden. Das
Meßergebnis wird in Speicheradressen abgespeichert, die
durch die Ausgangswerte des Analog/Digital-Wandlers 49
bestimmt sind. Da die Ausgangswerte des Analog/Digital-
Wandlers 49 das Verhältnis der Amplituden der beiden
Stellmotoren 30, 31 wiedergeben, entsprechen die Adressen
den (relativen) Lagen der Drehachsen, um welche ein in
den Verbindungsmitteln 32, 33 eingespanntes Blatt 1
schwingt. Die entstehende (Mittelwerts-)Kurve liegt als
zweidimensionale Anordnung von digitalisierten Werten im
Averager 50 vor und wird in einem Speicher 51 gespeichert
bzw. "archiviert", wobei jeder Meßkurve eine Nummer zu
geordnet wird, die auch auf dem gerade gemessenen Blatt
angebracht wird. Auf diese Weise ist es möglich, die
archivierten Kurven bestimmten Blättern zuzuordnen und
bei einem nachfolgenden - hier nicht gezeigten - Vergleichen
der Kurven mittels Bildung der Kreuzkorrelationsfunktion
optimale Paarungen herauszusuchen.
Anstelle des hier gezeigten Steueroszillators 46 mit ei
ner dreiecksförmigen Kurve ist es auch möglich, einen
Rauschgenerator zu verwenden, so daß der Drehpunkt der
Achse nicht gleichmäßig über das Blatt hin und her wandert,
sondern stochastisch "herumspringt". Es hierbei zu betonen,
daß es nicht darauf ankommt, die Lage der Massenelemente
bzw. deren polarer Trägheitsmomente größenmäßig zu erfas
sen, sondern nur darauf, daß eine reproduzierbare Messung
vorliegt, deren Ergebnis in einer definierten Weise von
dieser Verteilung abhängt, um eine Auswahl aufgrund ver
gleichender Messung treffen zu können.
Bei allen hier gezeigten Ausführungsbeispielen wurde
immer von Rotoren mit einer geradzahligen Anord
nung von Blättern gesprochen. Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt,
sondern umfaßt auch ungeradzahlige Rotoren, wobei
dann das Auswahlverfahren entsprechend angepaßt sein
muß.
- Bezugszeichenliste
1 Blatt
2 Rotorstern
3 Ausgleichsgewichte
4 Trimmgewichte
5 Trimmblei
6 GFK
7 Schaumkern
8 Beschlag
9 Haut
10 erste Kraftmeßdose
11 Ausgangsleitung
12 schneidenförmiges Auflager
15 Gestell
20 zweite Kraftmeßdose
21 Ausgangsleitung
22 Ausnahmedorn
30 erster Stellmotor
31 zweiter Stellmotor
32 Verbindungsmittel
33 Verbindungsmittel
34 Eingang erster Stellmotor
35 Eingang zweiter Stellmotor
40 Leistungsquelle
41 Leistungsquelle
46 Steueroszillator
47 steuerbarer Teiler
47′ Steuerleitung
48 Sinusoszillator
48′ Ausgangsleitung
48′′ Triggerleitung
49 A/D-Wandler
50 Averager
51 Speicher
60 Aufhängung
80 E-Motor
82 Drehzahl-Fühler
84 Drehmoment-Fühler
86 Meßwandler
Claims (11)
1. Rotor für eine Windkraftmaschine mit inhomogenen Blättern, die
sich um eine zu ihrer Umlaufebene normale Drehachse drehen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Paarung der Blätter derart vorgenommen ist, daß die Massen
verteilung auf bzw. in allen Blättern (1) derart gleichförmig
ist, daß die polaren Trägheitsmomente der Massenelemente aller
Blätter in bezug auf die Drehachse im wesentlichen identisch
sind.
2. Verfahren zum Zusammenstellen von inhomogenen Blättern zu Ro
toren, die sich um eine zu ihrer Umlaufebene normalen Dreh
achse drehen,
dadurch gekennzeichnet, daß
man die Blätter (1) eines Rotors derart trimmt oder aus
einer Gruppe gleichartiger aber nicht identischer Blät
ter auswählt, daß alle Blätter (1) eines Rotors im we
sentlichen identische Massenverteilungen bzw. im wesent
lichen identische polare Trägheitsmomente der Massenele
mente in bezug auf die Drehachse aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß man beim Auswählen die polaren Trägheitsmomente der
Massenelemente eines jeden Blattes meßtechnisch bestimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekenzeichnet,
daß man eine Kenngröße für das polare Trägheitsmoment
des Blattes in bezug auf die Drehachse des Rotors da
durch bestimmt, daß man das Blatt um die Drehachse dreh
bar lagert und von einer ersten Drehgeschwindigkeit
(ω 0) bis zu einer zweiten Drehgeschwindigkeit (ω 1)
beschleunigt und die Beschleunigungsenergie
(E = ½ R · (ω 1 2 - ω 0 2))bestimmt.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die polaren Trägheitsmomente der Massenelemente
bestimmt, indem man das zu messende Blatt an zwei Punkten,
vorzugsweise an den Blattenden, an elektrischen, hydrau
lischen oder pneumatischen Linear-Stellmotoren befestigt,
die Linear-Stellmotoren mit Schwingungssignalen im we
sentlichen entgegengesetzter Phasen betreibt, die Ampli
tuden der Stellmotoren mißt (aufzeichnet) und derart für
jeden Stellmotor unterschiedlich variiert, daß während
des Meßvorganges (Aufzeichnung) die Drehachse der ent
stehenden Schaukelbewegung des Blattes über im wesentli
chen die gesamte Länge des Blattes wandert und die
(effektive) Kraft mißt (aufzeichnet), die von mindestens
einem Stellmotor aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß man einen für die auftretenden Kräfte bezeichnenden
Parameter oder eine der beiden Kräfte nach der Entfer
nung der Drehachse von einem definierten Punkt auf dem
Blatt für jedes hergestellte Blatt aufzeichnet, Kreuz
korrelationen zwischen den bzw. allen Aufzeichnungen
durchführt und diejenigen Blätter in einem Rotor paart
bzw. einander gegenüberliegend angeordnet, deren Korrela
tionskoeffizienten einen vorbestimmten Mindestwert
überschreiten.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Stellmotoren mit gegenphasigen sinus- oder
dreiecksförmigen Schwingungssignalen betreibt, die
Schwingungsamplitude nach einer pseudozufälligen Vertei
lung variiert und die Meßergebnisse über eine Vielzahl
von Perioden der pseudozufälligen Verteilung aufmittelt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß man das zu messende Blatt im wesentlichen normal zur
Richtung seiner geringsten Biegesteifigkeit bewegt.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An
spruch 2,
gekennzeichnet durch
zwei über ein Gestell (15) in definiertem Abstand vonein
ander gehaltene Kraftmeßdosen (10, 20), von denen die
eine (10) ein schneidenförmiges Auflager (12) und die
andere (20) einen Aufnahmedorn (24) zur spielfreien Be
festigung an einem Beschlag (8) am Blattende aufweist.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An
spruch 4,
gekennzeichnet durch
Antriebsmittel (80), die derart ausgebildet und angeord
net sind, daß ein Blatt (1) derart befestigt und in
Drehung versetzt werden kann und eine Energie-Meßanord
nung (90), die mit den Antriebsmitteln (80) und/oder
Meßfühlern (84) derart verbunden ist, daß ein der Be
schleunigungsenergie beim (Dreh-) Beschleunigen bzw. Ab
bremsen des Blattes (1) proportionales Signal gemessen
wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 5 bis 8,
gekennzeichnet durch
zwei elektrische, hydraulische oder pneumatische Linear-
Stellmotoren (30, 31), die über ein Gestell (15) in de
finiertem Abstand voneinander gehalten sind, mindestens
eine Kraftmeßdose (10, 20), die zwischen einem der
Stellmotoren (30, 31) und Verbindungsmitteln (32, 33)
zum spielfreien Ankoppeln an ein Blatt (1) angeordnet
ist, zwei steuerbare Leistungsquellen (40, 41) zum An
steuern der Stellmotoren (30, 31), ein Steueroszilla
tor (46) zum Ansteuern der Leistungsquellen (40, 41)
mit periodischen sinus- oder dreieckförmigen Signalen
einstellbarer Amplituden, ein vorzugsweise digitales
Datenaufnahmegerät (50), das derart ausgebildet und mit
dem Steueroszillator (46) und der/den Kraftmeßdose/n
(10, 20) verbunden ist, daß während des Betriebs der An
ordnung die (Effektivwerte der) Ausgangswerte mindestens
einer Kraftmeßdose (10, 20) in Abhängigkeit vom Verhält
nis der (effektiven) Amplituden der beiden Stellmotoren
(30, 31) aufgezeichnet werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863622908 DE3622908A1 (de) | 1986-07-08 | 1986-07-08 | Propeller fuer eine windkraftmaschine, sowie verfahren und vorrichtung zur herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863622908 DE3622908A1 (de) | 1986-07-08 | 1986-07-08 | Propeller fuer eine windkraftmaschine, sowie verfahren und vorrichtung zur herstellung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3622908A1 DE3622908A1 (de) | 1988-01-28 |
DE3622908C2 true DE3622908C2 (de) | 1988-12-08 |
Family
ID=6304649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863622908 Granted DE3622908A1 (de) | 1986-07-08 | 1986-07-08 | Propeller fuer eine windkraftmaschine, sowie verfahren und vorrichtung zur herstellung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3622908A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008024644B4 (de) | 2008-05-21 | 2018-07-26 | Airbus Defence and Space GmbH | Rotorblatt mit darin integriertem Radarabsorber für eine Windkraftanlage |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4105935A1 (de) * | 1991-02-26 | 1992-08-27 | Schubert Werner | Windfluegel fuer turbinen/windkraftwerke |
DE102017206349B4 (de) * | 2017-04-12 | 2019-04-11 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Wiegevorrichtung für ein Windenergieanlagen-Rotorblatt |
-
1986
- 1986-07-08 DE DE19863622908 patent/DE3622908A1/de active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008024644B4 (de) | 2008-05-21 | 2018-07-26 | Airbus Defence and Space GmbH | Rotorblatt mit darin integriertem Radarabsorber für eine Windkraftanlage |
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Publication number | Publication date |
---|---|
DE3622908A1 (de) | 1988-01-28 |
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