DE3622908C2

DE3622908C2 -

Info

Publication number: DE3622908C2
Application number: DE3622908A
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl.-Ing. 8152 Feldkirchen-Westerham De Pocker; Erwin G. 8000 Muenchen De Wolf
Original assignee: RUPPERT MARITTA 8130 STARNBERG DE
Current assignee: RUPPERT MARITTA 8130 STARNBERG DE
Priority date: 1986-07-08
Filing date: 1986-07-08
Publication date: 1988-12-08
Also published as: DE3622908A1

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

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.