EP2761247A1 - Vorrichtung und verfahren zum erfassen eines abstandswertes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum erfassen eines abstandswertes

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Publication number
EP2761247A1
EP2761247A1 EP12778972.5A EP12778972A EP2761247A1 EP 2761247 A1 EP2761247 A1 EP 2761247A1 EP 12778972 A EP12778972 A EP 12778972A EP 2761247 A1 EP2761247 A1 EP 2761247A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
point
magnetic field
component
holding element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12778972.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Lange
Hans-Jürgen Liesegang
Jochen Lorenscheit
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SKF AB
Original Assignee
SKF AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SKF AB filed Critical SKF AB
Publication of EP2761247A1 publication Critical patent/EP2761247A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/24—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in magnetic properties

Definitions

  • Apparatus and method for detecting a distance value relate to an apparatus and a method for detecting a distance value, for example on a rotor blade of a wind or tidal power plant or on a tower of a wind power plant.
  • hollow bodies are used as components for different reasons.
  • these have a lower mass and thus a lower weight in comparison to a configuration of solid material.
  • components such as cables, sensors, actuators or other components, in their interior, thus accommodating space-saving and protected from environmental influences.
  • Hollow bodies are used in almost all areas of mechanical and plant engineering. They are used both for smaller and larger machines and plants, up to buildings.
  • An example is thus wind turbines or tidal turbines, which typically have a nacelle arranged on a tower, which in turn comprises a rotor, wherein the rotor accommodates at least one, often a plurality of rotor blades.
  • Modern wind turbines or tidal turbines often use three rotor blades. Both the tower and the rotor blades represent plant parts with a length along a direction of extension of the relevant plant parts of several tens of meters. These are subjected during operation to a multiplicity of forces, to which For example, the gravity and centrifugal forces, but also environmental forces include, such as acting on them air currents, gusts and storms.
  • a monitoring of a wind turbine with regard to the forces occurring is advisable for various reasons.
  • forces a risk to the plant itself for example in the form of overloads by gusts and other storms, also be detected, such as an orientation of the wind turbine to the prevailing winds, to achieve the highest possible degree of efficiency.
  • these sensors are often only suitable to set, for example, a pitch angle of the rotor blades (English: Pitch Angle).
  • a control of the angle of attack is not only possible to control the output of the wind turbine concerned, but also allows a forced shutdown of the wind turbine, if the forces acting on the wind turbine forces by gusts or storms exceed certain thresholds, so that damage to the wind turbine is to be expected.
  • the rotor blades can be rotated, for example by a certain angle, typically 90 °, so that they offer the wind a smaller attack surface.
  • Rotor blades thus have, for example, a complex geometry whose design is to be optimized in such a way that, on the one hand, air resistance is as low as possible, but on the other hand, a conversion of the kinetic energy of the air flow into rotational movement can take place as efficiently as possible. At the same time an attempt is made to perform the rotor blades as easily as possible and still torsionally.
  • a device for detecting a distance value of a first point from a second point comprises a first sensor component which is mechanically coupled to the first point and a second sensor component mechanically coupled to the second point, wherein the first sensor component is a magnetic field source and the second sensor component is a magnetic field sensor or the first sensor component is the magnetic field sensor and the second sensor component is the magnetic field source.
  • the magnetic field sensor is designed to detect a magnetic field that is generated or influenced by the magnetic field source and is dependent on the distance value.
  • a method of detecting a distance value of a first point from a second point, wherein the first point and the second point are disposed on a component and spaced apart by a distance perpendicular to an extension direction of the component comprising providing a first sensor component mechanically coupled to the first point, providing a second sensor component mechanically coupled to the second point, generating a magnetic field at the first or second point, and detecting the generated magnetic field at the other point; wherein the magnetic field detected by the magnetic field sensor depends on the distance value.
  • An embodiment of a device or also of a method for detecting a distance value of a first point from a second point is based on the finding that a more efficient and optionally also low-wear detection can take place by using a magnetic measuring technique, since these are carried out without contact or without contact can.
  • modern magnetic detection techniques allow a more reliable and thus typically more accurate detection of a magnetic field strength or a magnetic flux density and thus due to a Abstandspinkeit of said variables, an accurate detection of a distance value.
  • a component in connection with a device according to an exemplary embodiment, it can be a hollow body, for example a rotor blade or a tower of a wind power plant.
  • it can also be a solid material component.
  • An apparatus may further include an evaluation circuit coupled to the magnetic field sensor and configured to receive a sensor signal provided by the magnetic field sensor that includes information regarding the detected magnetic field and to provide an evaluation signal based on the detected sensor signal that includes information regarding the distance value.
  • an evaluation circuit may include, for example, analog and / or digital circuit components.
  • amplifier circuits, filter circuits or other signal processing components may be included therein.
  • nonlinearities or other signal properties can be compensated on the basis of mathematical functions, characteristic curves or characteristic fields.
  • the evaluation circuit may comprise, for example, an arithmetic unit and / or a memory in which coefficients, parameters, the characteristic or the characteristic field are stored.
  • the first point and the second point may be spaced apart along the spanwise direction.
  • the apparatus may further comprise a carrier mechanically coupled to the first point and configured such that the magnetic field sensor and the magnetic field source are at the same height along the extension direction of the component and perpendicular to it. In this way, therefore, a distance of the magnetic field sensor from the magnetic field source can optionally be set more accurately, so that an increase in the measurement accuracy is possible.
  • the carrier serves as a rigid coupling of the first sensor component, ie the magnetic field sensor or the magnetic field source, with the first point. In other words, the use of a rigid support, in spite of points spaced along the direction of extent, enables a measurement at the same height along the direction of extent.
  • the carrier may in this case extend along the extension direction of the component. However, in other embodiments, the carrier may also be disposed at an angle to the direction of extension of the component.
  • the first sensor component may be arranged on a first holding element and the first holding element relative to the carrier to be made displaceable perpendicular to the extension direction to make a distance between the magnetic field sensor and the magnetic field source adjustable. This allows a pre-adjustment of the two sensor components are made possible.
  • the carrier have a receptacle into which the first holding element is insertable.
  • the first holding element and / or the receptacle can have a bore, so that the first holding element can be fixed with respect to the carrier with the aid of a grub screw or another screw connection or clamping.
  • the first and the second sensor component may be arranged in an enclosed space.
  • the component is, for example, a cavity
  • the encapsulated space can be encapsulated by an interior of the hollow body.
  • the first sensor component may be arranged on a first holding element and the second sensor component on a second holding element, wherein the first and the second holding element are sealed against each other via a sealing element. In this way, the penetration of foreign bodies can optionally be reduced.
  • the first sensor component can be arranged on a first holding element and the second sensor component can be arranged on a second holding element.
  • the second holding element can be guided linearly moveable to the first holding element along exactly one direction of movement. hereby If appropriate, the measurement results of the sensor components can be increased further, since movements perpendicular to the direction of movement are prevented by the guide. Thus, the second sensor component can move linearly with respect to the first sensor component only exactly along the direction of movement.
  • the second holding element can be coupled mechanically via a spring element to the first holding element in such a way that the first and the second holding element can be mounted together.
  • an assembly of the device on a component or in a hollow body, that is, for example, in the interior of a rotor blade or in the interior of a tower of a wind turbine can be simplified in that the device is completely or at least partially preassembled.
  • adjustments and alignments of the second holding element to the first holding element may optionally be carried out at the factory, which may influence, for example, a zero point value (offset value).
  • the second holding element may further comprise a curved surface, which is brought into contact with the second point, in order to make a twisting or pivoting of the second holding element compensated.
  • tilting or snagging of the second retaining element can optionally be prevented.
  • the magnetic field source may comprise a permanent magnet, for example a neodymium-iron-boron permanent magnet (NdFeB permanent magnet).
  • the magnetic field sensor may comprise a Hall sensor or a magnetoresistive sensor, for example an AMR, a GMR, TMR or EMR sensor.
  • a device may further comprise a further first sensor component and a second further sensor component, wherein the first further sensor component is mechanically coupled to the first point or another first point and the second further sensor component is mechanically coupled to a third point third point and optionally the further first point also on the component, that is, for example, in the interior of the hollow body, are arranged.
  • the further first sensor component may be a magnetic field source and the second further sensor component may be a magnetic field sensor or vice versa.
  • the corresponding magnetic field sensor is also designed to be generated by or influenced by the magnetic field source and by the distance value of the first point and the further first point and of the third
  • a device may further comprise more than two sensor components, with the aid of which detection of more than one distance value is possible at the same time.
  • the same design options apply as for the previously mentioned sensor components.
  • these may also be arranged on the same carrier or another carrier.
  • An embodiment of a rotor blade of a wind turbine comprises a receptacle for mounting on a rotor of the wind turbine and a device according to an embodiment as described above.
  • the rotor blade is the component or the hollow body, the first and the second point lying on an inner surface or an outer surface of the rotor blade. The first point is arranged closer than the second point on the receptacle for mounting on the rotor.
  • an embodiment includes a tower of a wind turbine, in which the tower is the component or the hollow body and the first and the second point on an inner surface or an outer surface of the tower are tense, or a Rotorfiügel a tidal power plant, similar to that of the wind turbine can be.
  • the component may be a rotor blade of a wind power plant.
  • the first and second points may be disposed on an inner surface or an outer surface of the rotor blade.
  • the distance value can in this case make it possible to infer a bending or deformation of the rotor blade.
  • a difference of the detected distance value to a nominal value may be the deformation of the rotor blade, of another hollow body or of another component characterize.
  • the component may also be a tower of a wind turbine, wherein the first and second points are disposed on an inner surface or an outer surface of the tower.
  • a hollow component in the sense of the present description such a component of a wind turbine or other system be hollow and at the same time substantially along the extension direction elongated and rectilinear in the interior.
  • the rotor blades and the tower as well as corresponding sections of these components count in particular to hollow components or hollow bodies.
  • a frictional connection comes about through stiction, a cohesive connection through molecular or atomic interactions and forces and a positive connection by geometric connection of the respective connection partners.
  • Fig. 1 shows a portion of a rotor blade of a wind turbine for explaining the different occurring blade deformations
  • Fig. 2 schematically illustrates the measuring principle that can be used in exemplary embodiments
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a device according to an exemplary embodiment, which is attached to a rotor blade;
  • FIG. 4 shows a detailed representation of the first and the second holding element and the associated sensor components of the exemplary embodiment shown in FIG. 3;
  • Fig. 5 shows a cross-sectional view of another embodiment of a device.
  • summary reference characters for objects, structures, and other components will be used when describing the component in question itself or more corresponding components within an embodiment or within several embodiments. Passages of the description which refer to one component are therefore also transferable to other components in other embodiments, unless this is explicitly excluded or if this results from the context. If individual components are designated, individual reference symbols are used, which are based on the corresponding summarizing reference symbols. In the following description of embodiments, therefore, the same reference numerals designate the same or similar components.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a section of a rotor blade 100 of a wind turbine.
  • the rotor blade 100 has a receptacle 120 for mounting the rotor blade 100 on the rotor of the wind turbine on a proximal end 110 facing a rotor of the wind power plant.
  • the receptacle 120 has a mounting surface 140 aligned substantially perpendicular to an extension direction 130 of the rotor blade 100 and having a plurality of bores 150 for screwing to the rotor.
  • bolts or studs can be used, which can be laminated or glued. As a result, damage to a laminar structure of the rotor blade 100 may possibly be avoided.
  • the rotor blade 100 which is also simply referred to as a "blade" represents an example of a component 160 within the scope of which exemplary embodiments can be used Rotor blades of a tidal power plant, a fuselage of an aircraft, a ship or a submarine or any other hollow body.
  • the rotor blade 100 has an edge region 170 and a surface region 180.
  • the rotor blade 100 is essentially rotatable or pivotable about the extension direction 130 of the rotor blade 100 or of the component 160 with regard to the angle of attack.
  • the edge region 170 and the surface region 180 can be adapted in a wide range to the prevailing wind conditions and aligned in accordance with the prevailing flow.
  • a sheet deformation 190 As already described, not inconsiderable forces act on the rotor blade 100 in this case. These can lead to a sheet deformation 190, as shown in Fig. 1 by two curved arrows.
  • a sheet deformation 190-1 which is substantially perpendicular to the surface area 180, referred to as a flapwise
  • a sheet deformation 190-2 which is substantially perpendicular to the edge portion 170, referred to as edge-like (edgewise)
  • edge-like (edgewise) As will be explained in more detail below in connection with FIGS. 2 to 5, on-line detection of the rotor blade loads on a wind turbine may be advisable on the one hand for determining the rotor blade loads occurring on the rotor blade 100, but also for aligning the wind turbine with the prevailing wind currents.
  • FIG. 2 schematically illustrates the measuring principle that can be used in exemplary embodiments.
  • FIG. 2 shows a rotor blade 100 or a component 160 on which a device 200 for detecting a distance value of a first point from a second point according to an exemplary embodiment is integrated.
  • the device 200 comprises a first sensor component 210, which is provided with a first point 220 in the interior of the component 160 via a sensor element which is also known as a sensor element 210.
  • Carrier profile designated carrier 230 and a first holding member 240 are mechanically coupled or connected.
  • the carrier 230 is in this case connected to the first point 220 via a fixed clamping 250.
  • the first holding element 240 of the first sensor component 210 is attached to an end of the carrier 230 facing away from the fixed clamping 250.
  • the first sensor component 210 is in this case mounted on the first holding element 240 or arranged thereon.
  • the device 200 further comprises a second sensor component 260, which is arranged via a second holding element 270 with a second point on an inner surface of the rotor blade 100 or in the interior of the component 160.
  • the second sensor component 260 is connected to the second holding member 270 and disposed thereon.
  • the first sensor component 210 may be, for example, a magnetic field source, while in this case the second sensor component 260 is a corresponding magnetic field sensor.
  • the role of the first and second sensor components 210, 260 may also be reversed.
  • the first sensor component 210 may also be the magnetic field sensor, while the second sensor component 260 represents the magnetic field source.
  • permanent magnets or electromagnets with coils can be used as magnetic field sources. Of course, combinations of both techniques can be used in which, for example, with the aid of a coil, the magnetic field of a permanent magnet is weakened or amplified.
  • the magnetoresistive sensors include, for example, anisotropic magnetoresistive sensors (AMR sensors), magnetoresistive sensors based on the gigantic magnetoresistive effect (GMR), tunnel magnetoresistive sensors (TMR) or magnetoresistive sensors based on the exceptionally large magnetoresistive effect (EMR ).
  • AMR sensors anisotropic magnetoresistive sensors
  • GMR gigantic magnetoresistive effect
  • TMR tunnel magnetoresistive sensors
  • EMR exceptionally large magnetoresistive effect
  • the magnetoresistive sensors are based on the fact that an electrical resistance of the respective sensor changes when a magnetic field of a characteristic orientation for the sensor concerned
  • a Hall sensor based on this that an electrical voltage perpendicular to a current flow through the Hall sensor occurs.
  • the voltage drops both perpendicular to the current flow direction and to the magnetic field direction at the sensor or the underlying conductor and is referred to as Hall voltage U H.
  • the Hall voltage is proportional to the so-called Hall constant or to the Hall coefficient A R , the current passing through the Hall sensor I and the magnetic flux density B along the orientation characteristic of the Hall sensor, and inversely proportional to one Thickness d of the sensor.
  • the first and second sensor components 210, 260 are arranged here in a deformation-free state of the rotor blade 100 or a corresponding state of the component 160 at an output distance So. This corresponds in the case of a Hall sensor as a magnetic field sensor an output signal Uo. If the distance AS of the first sensor component 210 from the second sensor component 260 changes, the Hall voltage likewise changes correspondingly by a value Us. The change in the distance AS and the change in the Hall sensor Us can, but need not be linearly related.
  • a device 200 may provide an evaluation circuit which is coupled to the magnetic field sensor and designed to convert a sensor signal provided by the magnetic field sensor into an evaluation signal or to provide an evaluation signal based on the detected sensor signal.
  • the sensor signal of the magnetic field sensor in this case comprises information relating to the detected magnetic field, while the evaluation signal may then comprise information relating to the distance value.
  • a corresponding implementation of the detected Magnetic field value in a distance value for example based on mathematical calculations, but also based on stored characteristics or a combination of both techniques are based.
  • An evaluation circuit may thus include, for example, a memory in which a characteristic curve and / or coefficients for calculating a mathematical relationship between a detected magnetic field and a corresponding distance value are stored.
  • An evaluation circuit can thus be implemented, for example, on the basis of an arithmetic unit, a processor or another programmable hardware component.
  • a change in the spacing of the first and second sensor components 210, 260 may be caused, for example, by a sheet deformation 190.
  • the device 200 can not only make a statement about the distance value of the points in question 220, 280, but possibly also about the sheet deformation 190.
  • the evaluation signal can therefore also have information regarding a deflection of the component 160, that is to say, for example, with regard to the rotor blade 100.
  • This information may, for example, be based on a difference of the distance value and a nominal value of the distance value in an unstrained state.
  • a Hall sensor at the tip of a sensor profile carrier or carrier 230 can detect or measure a blade bending of the rotor blade 100 relative to a base point (first point 220) of the carrier 230. This can be done either via a touching probe with an integrated Hall sensor or contactless by one of the two sensor components, such as the magnetic field source, with the rotor blade 100 and the component 160 is mechanically connected.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of a device 200 which is arranged on the inside of a rotor blade 100, also referred to as a blade. More precisely, the exemplary embodiment of a device 200 shown in FIG. 3 is a structural design of a contacting sensor head based on a Hall sensor as a magnetic field sensor.
  • the device 200 in turn comprises a carrier 230, which is designed as a hollow profile carrier and is also referred to as a sensor carrier profile.
  • the carrier 230 is screwed to a fastening component 300 via a plurality of screws 290.
  • Both the carrier 230 and the fastening member 300 may in this case a metallic material, such as a steel or other alloy, be made.
  • the carrier 230 has, on a side remote from the fastening component 300, a corresponding plurality of openings 310, by means of which the screws 290 can be screwed to the fastening component 300, in order to secure the connection Carrier 230 with the fastening member 300 to create.
  • the fastening component 300 is in this case attached to the rotor blade 100 via a bond 320.
  • rotor blades 100 are typically made of a laminated material, for example a carbon fiber or glass fiber reinforced plastic. Since the introduction of threaded holes in this material tends to be difficult, it makes sense at this point to realize the attachment via a corresponding bonded fastening member 300.
  • a screw connection with the rotor blade 100 or the component 160 may also be possible if, for example, a through hole is provided instead of a threaded bore, so that the corresponding component to be connected to the rotor blade 100 has a screw connection comprising a nut can be attached. If, on the other hand, a replacement of the component to be fastened, that is to say, for example, of the carrier 230, is not intended, this can optionally also be glued directly and directly to the rotor blade 100.
  • the device 200 further includes a sensor head 330 at a second point 280.
  • the second point 280 is further along the extension direction 130 of the first
  • Point 220 of the not shown in FIG. 3 receptacle 100 and the proximal end 110 of the rotor blade 100 spaced.
  • the carrier 230 has a receptacle 340 for the sensor head 330, with the aid of which the sensor head 330 can be displaced perpendicular to the extension direction 130 to the carrier 230.
  • the sensor head 330 can thus be adapted to unevenness or other boundary conditions of the rotor blade 100 or the component 160.
  • the sensor head 330 has a first holding element 240 to which the first sensor component 210 is attached.
  • the first sensor component 210 is embodied in the embodiment shown in FIG. 3 as a magnetic field sensor and, more precisely, as a Hall sensor.
  • an electrical connection cable 360 is guided to the outside.
  • the bore 350 may be closed by means of a resin or other material.
  • the first holding member 240 has a cover plate 370 and a guide member 380 screwed together.
  • the cover plate 370 and the guide component 380 together form a cavity in which the second holding element 270 or a punch 390 of the second holding element is arranged.
  • a bottom plate 400 is connected via a nut 410.
  • the punch 390 has a tapered portion with a corresponding external thread.
  • the second holding element 270 or the punch 390 has a curved or spherical cap-shaped surface 420, with which the sensor head 330 is at least indirectly in contact with the second point 280 on the inner surface of the rotor blade 100.
  • the second retaining element 270 also has, in the region of the surface 420, a seal 430 which protects the sensor head or the surface 420 against the ingress of dirt particles between the sensor head 330 or the surface 420 and the corresponding contact surface in the region of the second point 280.
  • the first and second points 230, 280 may also be disposed on an outer surface of the component 160 in other embodiments.
  • the curved surface 420 in addition to the Kugelkalottenform shown in Fig. 3 in other embodiments, other, for example, ellipsoidal executed, the compensation of an angle that the rotor blade 100 may accept in case of tilting or deformation optionally.
  • the second holding element 270 and the first holding element 240 are embodied in such a way that the second holding element 270 can move linearly with respect to the first holding element only along a direction of movement 440.
  • the direction of movement 440 in this case runs essentially perpendicular to the extension direction 130 and corresponds to a rotation or symmetry axis of the guide component 380. In this way, an orientation of the two sensor components 210, 260 relative to one another during a Change in the distance between these two can be kept substantially constant.
  • the second holding member 270 may linearly move toward the first holding member 240 along exactly the moving direction 440.
  • the cover plate 370 and the guide component 380 of the first holding element 240 as well as the mushroom-shaped configuration of the punch 390 of the second holding element 270 cause the two sensor components 210, 260 to be arranged in a space encapsulated by the interior of the rotor blade 100.
  • a probability of contamination or penetration of impurities into the area of the two sensor components 210, 260 can be significantly reduced, and thus the service life and the accuracy of the measurement results of the sensor head 330 can often be improved.
  • the first point 220 and the second point 280 are spaced apart along the direction of extent 130 of the rotor blade 100.
  • the carrier 230 which is mechanically coupled to the first point 220, is designed in conjunction with the sensor head 330 attributable thereto such that the magnetic field sensor (first sensor component 210) and the magnetic field source (second sensor component 260) are at the same height along the extension direction 130 of the component 160 or of the rotor blade 100, but lie perpendicular to this.
  • the carrier 230 extends essentially along the direction of extent 130 of the rotor blade 100, that is to say of the component 160.
  • the guide component 380 of the first holding element 240 and the bottom plate 400 of the second holding element 270 are coupled together via a spring element 450, more precisely via a spiral spring in the embodiment shown in FIG.
  • the two holding elements 240, 270 are mechanically coupled to one another in such a way that these two can be mounted together, ie together.
  • the sensor head 330 forms a common assembly, which is integrally connected to the carrier 230 via the receptacle 340 of the carrier 230.
  • the sensor head can so as to be screwed together on the mounting member 300 as a whole together with the carrier. This can lead to a considerable simplification of the mounting of a device 200 according to an embodiment in or on a component 60 or a rotor blade 100.
  • a two-layer support surface 460 has been bonded to the inside surface of the rotor blade 100 in the area of the second point 280.
  • a corresponding support surface 460 may be omitted, or otherwise embodied and / or otherwise secured.
  • the support surface 460 can be made here, for example, from a metallic workpiece and glued to the rotor blade 100.
  • the direction of movement 440 also essentially corresponds to the measuring direction, ie the sheet deformation direction, which can be detected with the aid of the sensor head 330.
  • the carrier 230 may thus have a comparable further receptacle 340 for a corresponding further sensor head 330.
  • the further sensor head can then be implemented, for example, identically or deviating from the sensor head 330. With the aid of such a further sensor head, not only at a third point (not shown in FIG. 3) can a corresponding detection of a distance value take place, but it is also possible to arrange the further sensor head rotated about the extension direction 130.
  • FIG. 4 shows an enlarged view of the sensor head 330 and its mounting on the carrier 230.
  • the sensor head 330 and therefore the first holding element 240 are perpendicular to the carrier 130 relative to the direction of extent 130
  • the receptacle 340 has a lateral bore 470, which is a threaded bore.
  • a grub screw 480 is screwed in, which secures the sensor head 330 in the receptacle 340 against slipping along the direction of movement 440.
  • attachment methods for attaching the sensor head 330 and the first holding member 240 may be provided in a corresponding receptacle 340.
  • a jamming, but also another non-positive, positive or cohesive connection technique for fixing the sensor head 330 in the receptacle 340 can be used.
  • the adjustment of the position of the sensor head 330 along the direction of movement 440, that is to say along the extension direction 130 not shown in FIG. 4, takes place here in such a way that the magnetic field sensor, that is to say in the exemplary embodiment shown in FIG. 4, the first sensor component 210 an unstrained state of the rotor blade 100 and the component 160 provides an output voltage Uo. This corresponds to a distance So between the first and the second sensor component 210, 260, as shown in FIG. 4.
  • the grub screw 480 is loosened so far that the first retaining element 240 or the sensor head 330 in the receptacle 340 can be displaced linearly along the direction of movement 440.
  • the second sensor component 260 is indirectly brought into contact with the second point 280 via the corresponding second holding element 270, more precisely via the curved surface 420, via the support surfaces 460 or directly.
  • a calibration tool 500 is introduced into a gap 490 between the first holding element 240 and the second holding element 270, which is bridged by the spring element 450, such that the gap 490 assumes a height S 0 .
  • this distance S 0 at the gap 490 lies between the first and the second sensor component 210, 260 of the aforementioned distance So.
  • the setpoint distance So between the magnetic field sensor and the magnetic field source is applied so that the sensor head 330 or the first holding element 240 in this Position can be fixed by tightening the grub screw 480.
  • the calibration tool 500 can be removed from the gap 490. If a change AS of the distance between the two sensor components 210, 260 now occurs, the voltage output by the magnetic field sensor likewise changes accordingly by a corresponding value Us.
  • the change in the output voltage is based on a change in the magnetic flux passing through the magnetic flux or a change in the corresponding magnetic field. This change is a consequence of the propagation of the field lines of the magnetic field source, wherein the magnetic field strength or the magnetic flux density changes with changing distance between the magnetic field source and the magnetic field sensor.
  • a current can also be provided as a sensor signal from the magnetic field sensor.
  • This current or current value can also be impressed as a feedback signal to the magnetic field sensor, so that a change in the operating conditions of the magnetic field sensor can be avoided by changing electrical values.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of another embodiment of a device 200 for detecting a distance value of a first point 220 (not shown in FIG. 5) from a second point 280.
  • the device 200 has correspondingly a first and a second sensor component 210, 260, which in turn is a magnetic field sensor in the case of the first sensor component 210 and a magnetic field source in the form of a permanent magnet in the second sensor component 260.
  • the first sensor component 210 is mechanically connected to a first holding element 240, which comprises a bore 350 for guiding and contacting a connection cable 360 of the magnetic field sensor.
  • the magnetic field source is arranged on a second holding element 270 and mechanically connected to it.
  • the second retaining element 270 is in this case not detachably connected to the inner surface-in other exemplary embodiments optionally with an outer surface-of the rotor blade 100 or of the component 160.
  • the second holding element 270 may be, for example, bonded to the rotor blade 100 in a material-bonded manner, for example adhesively bonded.
  • the first retaining element 240 is in turn mechanically connected via a receptacle 340 to a support 230, wherein before a mechanical fixation of the first retaining element 240, this is linearly displaceable along the direction of movement 440.
  • the receptacle 340 in turn has a bore 470 into which a grub screw 480 can be screwed in order to mechanically fix the first retaining element 240 in the receptacle 340.
  • a calibration tool 500 can also be inserted into a gap 490 between these two holding elements 240, 270. After fixing the first holding element 240, the calibration tool 500 can then be removed accordingly.
  • first and second sensor components 210, 260 may also be advisable to arrange the first and second sensor components 210, 260 in a space encapsulated by the interior of the rotor blade 100 or the component 160.
  • the spring element 450 can also be designed as a supplementary seal or as a supplementary sealing element.
  • the spring element be coated with a rubber or plastic membrane, so as to further reduce the penetration of impurities or other solid or liquid particles.
  • the device 200 of FIG. 5 differs in terms of its functionalities through several aspects. The fact that in this device, the second support member 270 is bonded directly to the rotor blade 100, in this embodiment may optionally lack a mechanical connection of the two holding elements 240, 270, which is why this sensor head is also referred to as non-contact.
  • the sealing element 510 can also be designed as a spring element in other embodiments, so that this creates a connection between the two holding elements 240, 270 to each other. Notwithstanding this possibility, however, a mechanical fixation, that is, for example, bonding, of the second holding element 270 with the rotor blade 100 or the component 160 in the region of the second point 280 should optionally take place in this exemplary embodiment.
  • the magnetic field sensor so here the first sensor component 210, both based on the Hall sensor technology as well as based on magnetoresistive sensors can be implemented.
  • a magnetic field source that is, as a second sensor component 260, in the embodiments described so far, a permanent magnet, a solenoid with a coil or a combination of the two techniques can be used.
  • a permanent magnet for example, a neodymium-iron-boron magnet can be used.
  • the first sensor component 210 can be implemented as a magnetic field source and the second sensor component 260 as a magnetic field sensor.
  • rotor blades 100 have always been previously described as components 160
  • embodiments of a device 200 can also be used in conjunction with other components 160, for example other hollow bodies.
  • a device 200 can therefore also be used, for example, in connection with a tower of a wind power plant or also another wind turbine.
  • Part 160 can be used.
  • an embodiment includes a rotor blade 100 of a wind turbine with a receptacle 120 for mounting on a rotor of the wind turbine, wherein the rotor blade 100 further comprises a device 200 according to an embodiment.
  • the rotor blade 100 in this case represents the component 160, wherein the first and the second point 220, 280 are located on an inner surface or an outer surface of the rotor blade 100.
  • the first point 220 is arranged closer to the receptacle 120 or the proximal end 110 of the rotor blade 100 than the second point 280.
  • An exemplary embodiment further comprises a tower of a wind turbine, which comprises a device according to an embodiment, wherein the tower represents the component 160.
  • the first and second points 220, 280 in this case lie on an inner surface or an outer surface of the tower.
  • a method for detecting a distance value of a first point 220 from a second point 280, wherein the first point 220 and the second point 280 are arranged on a component 160 and perpendicular to an extension direction 130 of the component 160 are spaced by the distance value thus comprises providing a first sensor component 210 mechanically coupled to the first point 220. It further includes providing a second sensor component 260 mechanically coupled to the second point 280. Likewise, it comprises generating a magnetic field at the first or second sensor component 210, 260 and detecting the generated magnetic field at the respective other point of the first and second points 210, 280. The magnetic field detected by the magnetic field sensor in this case depends on the magnetic field Distance value from.
  • the component 160 may be, for example, a hollow body, for example a rotor blade 100 of a wind power plant.
  • the first and the second point 220, 280 are arranged in this case on an inner surface or an outer surface of the hollow body or the rotor blade 100, wherein the distance value optionally allows a conclusion to a deflection of the rotor blade.
  • the component 160 may also be a tower of a wind turbine, wherein the first and second points 220, 280 are in turn disposed on the inner surface or the outer surface of the tower and the distance value again allows a conclusion to a deflection of the tower.
  • Embodiments of a device 200 can therefore be used in connection with rotor blades 100 in wind turbines, but also for tower monitoring in wind turbines.
  • Embodiments may thus include Hall sensor units 330 for detecting rotor blade loads.
  • the generated Hall voltage can be used directly as a control variable for plant tracking.
  • a corresponding voltage can be used directly as a control variable.
  • a signal conversion and / or a signal processing can optionally be saved.
  • the sensor technologies mentioned can enable a high sensor resolution and can also enable a short overall length and associated lightweight construction. By the described embodiments, they can be made very robust and can have a long life.
  • an energy requirement through the use of the described techniques is low.
  • a determination of the real wind conditions can be improved.
  • These sensors capture only a small section of the wind field.
  • a rotor or a rotor blade sweeps over a significantly larger area due to its diameter or the length along the extension direction, which is why a detection or detection of the real prevailing conditions may possibly be more accurate.
  • aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step , Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blue-Ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or other magnetic or optical memory are stored on the electronically readable control signals that can cooperate with a programmable hardware component or cooperate such that the respective method is performed.
  • the digital storage medium may therefore be machine or computer readable.
  • some embodiments include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system or programmable hardware component such that one of the methods described herein is performed.
  • One embodiment is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer readable medium) on which the program is recorded for performing any of the methods described herein.
  • embodiments of the present invention may be implemented as a program, firmware, computer program, or computer program product having program code or data, the program code or data operative to perform one of the methods when the program resides on a processor or a computer programmable hardware component expires.
  • the program code or the data can also be stored, for example, on a machine-readable carrier or data carrier.
  • the program code or the data may be present, inter alia, as source code, machine code or bytecode as well as other intermediate code.
  • Another embodiment is further a data stream, a signal sequence, or a sequence of signals that represents the program for performing any of the methods described herein.
  • the data stream, the signal sequence or the sequence of signals can be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet or another network.
  • Embodiments are also data representing signal sequences that are suitable for transmission over a network or a data communication connection, the data representing the program.
  • a program may implement one of the methods during its execution by, for example, reading or writing one or more data into memory locations, optionally switching operations or other operations in transistor structures, amplifier structures, or other electrical, optical, magnetic or working according to another functional principle working components. Accordingly, by reading a memory location, data, values, sensor values or other information can be detected, determined or measured by a program.
  • a program can therefore acquire, determine or measure quantities, values, measured variables and other information by reading from one or more storage locations, as well as effect, initiate or execute an action by writing to one or more storage locations and control other devices, machines and components ,
  • an embodiment also includes a program having a program code for performing a method according to an embodiment, when the program runs on a programmable hardware component.

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Abstract

Eine Vorrichtung (200) zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts (220) von einem zweiten Punkt (260), wobei der erste Punkt (220) und der zweite Punkt (280) an einem Bauteil (160) angeordnet sind und senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung (130) des Bauteils (160) um den Abstandswert voneinander beabstandet sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein erstes Sensorbauteil (210), das mit dem ersten Punkt (220) mechanisch gekoppelt ist, und ein zweites Sensorbauteil (260), das mit dem zweiten Punkt (280) mechanisch gekoppelt ist, wobei das erste Sensorbauteil (210) eine Magnetfeldquelle und das zweite Sensorbauteil (260) ein Magnetfeldsensor oder das erste Sensorbauteil (210) der Magnetfeldsensor und das zweite Sensorbauteil (260) die Magnetfeldquelle ist, und wobei der Magnetfeldsensor ausgebildet ist, um ein von der Magnetfeldquelle erzeugtes oder beeinflusstes und von dem Abstandswert abhängiges Magnetfeld zu erfassen. Eine Vorrichtung (200) kann so eine effizientere Erfassung eines Abstandswertes ermöglichen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen eines Abstandswertes Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Abstandswerts, beispielsweise an einem Rotorblatt einer Wind- oder einer Gezeitenkraftanlage oder an einem Turm einer Windkraftanlage.
In vielen Bereichen der Technik werden als Bauteile Hohlkörper aus unterschiedlichen Beweggründen eingesetzt. So weisen diese beispielsweise im Vergleich zu einer Ausgestaltung aus Vollmaterial eine geringere Masse und damit ein geringeres Gewicht auf. Ebenso können sie es ermöglichen, Komponenten, beispielsweise Kabel, Sensoren, Aktoren oder andere Komponenten, in ihrem Inneren anzuordnen und so platzsparend und geschützt von Umgebungseinflüssen unterzubringen.
Hohlkörper werden hierbei in nahezu allen Bereichen des Maschinen- und Anlagenbaus herangezogen. Sie werden sowohl für kleinere und größere Maschinen und Anlagen, bis hin zu Bauwerken eingesetzt. Ein Beispiel stellen so Windkraftanlagen oder Gezeitenturbinen dar, die typischerweise eine auf einem Turm angeordnete Gondel aufweisen, die wiederum einen Rotor umfasst, wobei der Rotor wenigstens ein, häufig mehrere Rotorblätter aufnimmt. Bei modernen Windkraftanlagen oder Gezeitenturbinen werden häufig drei Rotorblätter verwendet. Sowohl der Turm als auch die Rotorblätter stellen Anlagenteile mit einer Länge entlang einer Erstreckungsrichtung der betreffenden Anlagenteile von mehreren zehn Metern dar. Diese sind während des Betriebs einer Vielzahl von Kräften ausgesetzt, zu denen bei- spielsweise die Schwerkraft und Fliehkräfte, aber ebenso umweltbedingte Kräfte zählen, wie beispielsweise auf sie einwirkende Luftströmungen, Böen und Stürme.
Eine Überwachung einer Windkraftanlage im Hinblick auf die auftretenden Kräfte ist aus verschiedenen Gründen ratsam. So kann beispielsweise durch eine Überwachung der auf die betreffende Windkraftanlage oder ihre Komponenten einwirkenden Kräfte eine Gefahr für die Anlage selbst, beispielsweise in Form von Überbelastungen durch Böen und andere Stürme, ebenso detektiert werden, wie beispielsweise auch eine Ausrichtung der Windkraftanlage zu den herrschenden Winden, um einen möglichst hohen Effizienzgrad zu er- zielen.
So wird beispielsweise bei heutigen Windkraftanlagen eine Ausrichtung der Gondel, die drehbar zu dem Turm gelagert ist, zu den herrschenden Windströmungen beispielsweise mit Hilfe verschiedener Sensoren durchgeführt, die auf der Gondel angebracht sind. Dort befinden sie sich jedoch im Windschatten der Rotoren, weshalb die Rotoren einen Einfluss auf die Messergebnisse dieser Sensoren haben. Zu diesen Sensoren gehören beispielsweise Anemometer und/oder Wetterfahnen. Die Rotoren erzeugen beispielsweise Verwirbelun- gen und andere Turbulenzen, sodass die von den auf der Gondel angeordneten Sensoren erfassten Messwerte häufig nicht den realen Bedingungen entsprechen.
Auch sind diese Sensoren häufig nur bedingt geeignet, um beispielsweise einen Anstellwinkel der Rotorblätter (engl. : Pitch Angle) einzustellen. Eine Steuerung des Anstellwinkels ist nicht nur zur Kontrolle der Ausgangsleistung der betreffenden Windkraftanlage möglich, sondern ermöglicht auch eine Zwangsabschaltung der Windkraftanlage, falls die auf die Windkraftanlage einwirkenden Kräfte durch Böen oder Stürme gewisse Schwellenwerte übersteigen, sodass mit einer Beschädigung der Windkraftanlage zu rechnen ist. Zu diesem Zweck können dann die Rotorblätter beispielsweise um einen bestimmten Winkel, typischerweise 90°, gedreht werden, sodass diese dem Wind eine geringere Angriffsfläche bieten.
Rotorblätter weisen so beispielsweise eine komplexe Geometrie auf, deren Design dahin gehend optimiert werden soll, dass einerseits ein Luftwiderstand möglichst gering ist, andererseits jedoch eine Umsetzung der kinetischen Energie der Luftströmung in Rotations- bewegung möglichst effizient stattfinden kann. Gleichzeitig wird versucht, die Rotorblätter möglichst leicht und trotzdem verwindungsarm auszuführen.
Aufgrund dieser zum Teil erheblich voneinander abweichenden Zielsetzungen treten so- wohl im Bereich der Rotorblätter, aber auch im Bereich des Turms aufgrund der herrschenden Umweltbedingungen häufig Verwindungen und andere mechanische Belastungen auf. Aufgrund der zuvor beschriebenen Problematik der auf den Gondeln angebrachten Sensoren kommt es darüber hinaus zu dem Effekt, dass die Gondel bezogen auf die herrschende Windrichtung eine Fehlstellung von häufig mehreren Grad aufweist, was sich auf den Wirkungsgrad der Windkraftanlage, aber auch auf die Belastungen negativ auswirken kann.
Es besteht daher ein Bedarf, bei einem Rotorblatt, aber auch bei einem Turm einer Windkraftanlage, einem Rotorblatt einer Gezeitenkraftanlage sowie bei anderen Hohlkörpern und anderen Bauteilen, eine Verwindung oder eine Verformung des betreffenden Bauteils, also eine Bewegung eines ersten Punkts zu einem zweiten Punkt, die beispielsweise in einem Inneren des Hohlkörpers angeordnet sein können, zu erfassen. Durch einen Ersatz der konventionell auf den Kuppeln von Windkraftanlagen eingesetzten Sensoren und einer direkten Messung bzw. Erfassung der Verformung des Turms bzw. der Rotorblätter können so gegebenenfalls sowohl Beschädigungen vermieden werden, als auch eine Effizienz der Windkraftanlage gesteigert werden. Hierbei sollte die Erfassung der Deformation bzw. Verwindung möglichst zuverlässig und einfach erfolgen.
Konventionell wird hier der Einsatz von Laser- Abstandsmessverfahren erörtert. Die Mess- genauigkeit von Laser- Abstandsmessverfahren ist jedoch häufig gerade für kleinere, durch Verwindungen hervorgerufene Änderungen eines Abstandswertes unzureichend.
Es besteht daher ein Bedarf, eine effizientere Möglichkeit zur Erfassung eines Abstandswertes eines Bauteils zu schaffen.
Diesem Bedarf tragen eine Vorrichtung zum Erfassen eines Abstandswerts eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Erfassen eines Abstandswerts eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt gemäß Patentanspruch 10 Rechnung. Eine Vorrichtung zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt, wobei der erste Punkt und der zweite Punkt an einem Bauteil angeordnet sind und senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Bauteils um den Abstandswert voneinan- der beabstandet sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein erstes Sensorbauteil, das mit dem ersten Punkt mechanisch gekoppelt ist, und ein zweites Sensorbauteil, das mit dem zweiten Punkt mechanisch gekoppelt ist, wobei das erste Sensorbauteil eine Magnetfeldquelle und das zweite Sensorbauteil ein Magnetfeldsensor oder das erste Sensorbauteil der Magnetfeldsensor und das zweite Sensorbauteil die Magnetfeldquelle ist. Der Magnet- feldsensor ist ausgebildet, um ein von der Magnetfeldquelle erzeugtes oder beeinflusstes und von dem Abstandswert abhängiges Magnetfeld zu erfassen.
Ein Verfahren zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt, wobei der erste Punkt und der zweite Punkt an einem Bauteil angeordnet sind und senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Bauteils um den Abstandswert voneinander beabstandet sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Bereitstellen eines ersten Sensorbauteils, das mit dem ersten Punkt mechanisch gekoppelt ist, ein Bereitstellen eines zweiten Sensorbauteils, das mit dem zweiten Punkt mechanisch gekoppelt ist, ein Erzeugen eines Magnetfeldes an dem ersten oder dem zweiten Punkt, und ein Erfassen des er- zeugten Magnetfelds an dem anderen Punkt, wobei das von dem Magnetfeldsensor erfasste Magnetfeld von dem Abstandswert abhängt.
Einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung oder auch eines Verfahrens zum Erfassen eines Abstandswerts eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt liegt so die Erkenntnis zugrunde, dass durch den Einsatz einer magnetischen Messtechnik eine effizientere und gegebenenfalls auch verschleißärmere Erfassung erfolgen kann, da diese berührungsfrei bzw. berührungslos durchgeführt werden kann. Ebenso ermöglichen moderne magnetische Erfassungstechniken eine zuverlässigere und damit typischerweise genauere Erfassung einer Magnetfeldstärke bzw. einer magnetischen Flussdichte und damit aufgrund einer Ab- Standsabhängigkeit der genannten Größen eine genaue Erfassung eines Abstandswerts.
Bei einem Bauteil kann es sich im Zusammenhang mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel beispielsweise um einen Hohlkörper handeln, also beispielsweise um ein Rotorblatt oder einen Turm einer Windkraftanlage. Ebenso kann es sich bei dem Bau- teil oder dem Hohlbauteil um ein Rotorblatt einer Gezeitenkraftanlage handeln. Es kann sich jedoch auch um ein Vollmaterialbauteil handeln.
Eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ferner eine Auswertungsschal- tung umfassen, die mit dem Magnetfeldsensor gekoppelt und ausgebildet ist, um ein von dem Magnetfeldsensor bereitgestelltes Sensorsignal, das eine Information bezüglich des erfassten Magnetfeldes umfasst, zu empfangen und ein Auswertungssignal auf Basis des erfassten Sensorsignals bereitzustellen, das eine Information bezüglich des Abstandswerts umfasst. Hierdurch kann gegebenenfalls eine leichtere und/oder effizientere Verarbeitung erfolgen, auch wenn grundsätzlich bereits das von dem Magnetfeldsensor bereitgestellte Sensorsignal zur Ansteuerung oder Auswertung eines Lastverhaltens oder anderer Betriebsparameter heranziehbar ist. So kann eine entsprechende Auswertungsschaltung beispielsweise analoge und/oder digitale Schaltungskomponenten umfassen. So können beispielsweise Verstärkerschaltungen, Filterschaltungen oder andere Signalverarbeitungs- komponenten in dieser umfasst sein. Ebenso können Nichtlinearitäten oder andere Signaleigenheiten auf Basis mathematischer Funktionen, Kennlinien oder Kennlinienfeldern kompensiert werden. Zu diesem Zweck kann die Auswertungsschaltung beispielsweise ein Rechenwerk und/oder ein Speicher umfassen, in dem Koeffizienten, Parameter, die Kennlinie oder das Kennlinienfeld abgespeichert sind.
Bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der erste Punkt und der zweite Punkte entlang der Erstreckungsrichtung voneinander beabstandet sein. Die Vorrichtung kann ferner einen Träger umfassen, der mit dem ersten Punkt mechanisch gekoppelt und so ausgebildet ist, dass der Magnetfeldsensor und die Magnetfeldquelle einander auf gleicher Höhe entlang der Erstreckungsrichtung des Bauteils und senkrecht zu dieser einander gegenüber liegen. Hierdurch kann also ein Abstand des Magnetfeldsensors von der Magnetfeldquelle gegebenenfalls genauer eingestellt werden, sodass eine Erhöhung der Messgenauigkeit möglich ist. Der Träger dient hierbei als starre Kopplung des ersten Sensorbauteils, also des Magnetfeldsensors oder der Magnetfeldquelle, mit dem ersten Punkt. Anders ausgedrückt kann durch den Einsatz eines starren Trägers trotz entlang der Erstreckungsrichtung beabstandeter Punkte eine Messung auf gleicher Höhe entlang der Erstreckungsrichtung ermöglicht werden. Bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann sich der Träger hierbei entlang der Erstreckungsrichtung des Bauteils erstrecken. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Träger jedoch auch unter einem Winkel zu der Erstreckungsrichtung des Bauteils angeordnet sein.
Bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das erste Sensorbauteil auf einem ersten Halteelement angeordnet sein und das erste Halteelement gegenüber dem Träger senkrecht zu der Erstreckungsrichtung verschiebbar ausgeführt sein, um einen Abstand zwischen dem Magnetfeldsensor und der Magnetfeldquelle einstellbar zu machen. Hierdurch kann eine Vorjustage der beiden Sensorbauteile ermöglicht werden.
So kann bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Träger eine Aufnahme aufweisen, in die das erste Halteelement einführbar ist. Das erste Halteelement und/oder die Aufnahme können eine Bohrung aufweisen, sodass mit Hilfe einer Maden- schraube oder einer anderen Verschraubung oder Verklemmung das erste Halteelement bezüglich des Trägers fixierbar ist.
Bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel können das erste und das zweite Sensorbauteil in einem abgekapselten Raum angeordnet sein. Hierdurch können Einflüsse auf die beiden Sensorbauteile durch Verunreinigung oder andere Einflüsse gegebenenfalls reduziert und damit eine Messgenauigkeit über einen längeren Zeitraum erhalten bleiben. Handelt es sich bei dem Bauteil beispielsweise um einen Hohlraum, kann so der abgekapselte Raum von einem Innenraum des Hohlkörpers abgekapselt sein. Bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel können das erste Sensorbauteil auf einem ersten Halteelement und das zweite Sensorbauteil auf einem zweiten Halteelement angeordnet sein, wobei das erste und das zweite Halteelement über ein Dichtelement gegeneinander abgedichtet sind. Hierdurch kann ein Eindringen von Fremdkörpern gegebenenfalls reduziert werden.
Bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das erste Sensorbauteil auf einem ersten Halteelement angeordnet sein und das zweite Sensorbauteil auf einem zweiten Halteelement angeordnet sein. Das zweite Halteelement kann zu dem ersten Halteelement entlang genau einer Bewegungsrichtung linear beweglich geführt sein. Hierdurch können gegebenenfalls die Messergebnisse der Sensorbauteile weiter gesteigert werden, da Bewegungen senkrecht zu der Bewegungsrichtung durch die Führung unterbunden werden. So kann das zweite Sensorbauteil sich bezüglich dem ersten Sensorbauteil nur genau entlang der Bewegungsrichtung linear bewegen.
Bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das zweite Halteelement über ein Federelement mit dem ersten Halteelement mechanisch derart gekoppelt sein, dass das erste und das zweite Halteelement gemeinsam montierbar sind. Hierdurch kann eine Montage der Vorrichtung an einem Bauteil oder in einem Hohlkörper, also bei- spielsweise im Inneren eines Rotorblatt oder im Inneren eines Turms einer Windkraftanlage, dadurch vereinfacht werden, dass die Vorrichtung vollständig oder zumindest teilweise vormontierbar ist. Insbesondere können hierdurch gegebenenfalls Justierungen und Ausrichtungen des zweiten Halteelements zu dem ersten Halteelement werksseitig durchgeführt werden, die beispielsweise auf einen Nullpunktwert (Offsetwert) Einfluss haben kön- nen. Darüber hinaus können durch den Einsatz des Federelements gegebenenfalls schlagartige Belastungen der Vorrichtung, insbesondere bezüglich der Position der beiden Halteelemente zueinander, reduziert oder unterbunden werden, die beispielsweise im Falle eines mechanischen Anschlags zu einer Dejustage führen könnten. Bei einer solchen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das zweite Halteelement ferner eine gewölbte Oberfläche aufweisen, die mit dem zweiten Punkt in Kontakt bringbar ist, um eine Verwindung oder Verschwenkung des zweiten Halteelements ausgleichbar zu machen. Hierdurch kann gegebenenfalls ein Verkanten oder ein Verhaken des zweiten Halteelements unterbunden werden.
Bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Magnetfeldquelle einen Permanentmagneten, beispielsweise einen Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagneten (NdFeB-Permanentmagneten), umfassen. Ergänzend oder alternativ kann der Magnetfeldsensor einen Hall-Sensor oder einen magnetoresistiven Sensor, beispielsweise einen AMR-, einen GMR-, TMR- oder EMR-Sensor umfassen. Hierdurch können gegebenenfalls genauere Messungen gegebenenfalls über einen längeren Zeitraum ermöglicht werden. Eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ferner ein weiteres erstes Sensorbauteil und ein zweites weiteres Sensorbauteil umfassen, wobei das erste weitere Sensorbauteil mit dem ersten Punkt oder einem weiteren ersten Punkt mechanisch gekoppelt ist und das zweite weitere Sensorbauteil mit einem dritten Punkt mechanisch gekoppelt ist, wobei der dritte Punkt und gegebenenfalls der weitere erste Punkt ebenfalls an dem Bauteil, also beispielsweise in dem Inneren des Hohlkörpers, angeordnet sind. Das weitere erste Sensorbauteil kann eine Magnetfeldquelle und das zweite weitere Sensorbauteil ein Magnetfeldsensor oder andersherum sein. Der entsprechende Magnetfeldsensor ist ebenfalls ausgebildet, um das von der Magnetfeldquelle erzeugte oder beeinfiusste und von dem Abstandswert des ersten Punkts bzw. des Weiteren ersten Punkts und des dritten
Punkts abhängige Magnetfeld zu erfassen. Anders ausgedrückt kann eine Vorrichtung ferner mehr als zwei Sensorbauteile umfassen, mit deren Hilfe gleichzeitig eine Erfassung mehr als eines Abstandswerts möglich ist. Für diese weiteren Sensorbauteile gelten die gleichen Ausgestaltungsmöglichkeiten wie für die zuvor genannten Sensorbauteile. So können auch diese auf dem gleichen Träger oder einem weiteren Träger angeordnet sein.
Ein Ausführungsbeispiel eines Rotorblatts einer Windkraftanlage umfasst eine Aufnahme zur Montage an einem Rotor der Windkraftanlage sowie eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie sie zuvor beschrieben wurde. Das Rotorblatt ist hierbei das Bau- teil bzw. der Hohlkörper, wobei der erste und der zweite Punkt an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Rotorblatts liegen. Der erste Punkt ist hierbei näher als der zweite Punkt an der Aufnahme zur Montage an dem Rotor angeordnet. Ebenso umfasst ein Ausführungsbeispiel einen Turm einer Windkraftanlage, bei dem der Turm das Bauteil oder der Hohlkörper ist und der erste und der zweite Punkt an einer Innenfläche oder einer Au- ßenfläche des Turms liegen, oder einen Rotorfiügel einer Gezeitenkraftanlage, der dem der Windkraftanlage ähnlich ausgeführt sein kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erfassen eines Abstandswerts eines ersten Punkts von einem zweiten Wert kann das Bauteil ein Rotorblatt einer Windkraftan- läge sein. Ebenso können der erste und der zweite Punkt an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Rotorblatts angeordnet sein. Der Abstandswert kann hierbei einen Rück- schluss auf eine Durchbiegung oder eine Verformung des Rotorblatts ermöglichen. So kann gegebenenfalls eine Differenz des erfassten Abstandswertes zu einem Nominalwert die Verformung des Rotorblatts, eines anderen Hohlkörpers oder eines anderen Bauteils charakterisieren. Entsprechend kann bei einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erfassen eines Abstandswerts eines ersten Punkts und eines zweiten Punkts das Bauteil ebenfalls ein Turm einer Windkraftanlage sein, wobei der erste und der zweite Punkt an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Turms angeordnet sind.
Bei anderen Ausfuhrungsformen kann ein Hohlbauteil im Sinne der vorliegenden Beschreibung ein solches Bauteil einer Windkraftanlage oder einer anderen Anlage sein, welches im Inneren hohl und zugleich im Wesentlichen entlang der Erstreckungsrichtung lang gestreckt und geradlinig verlaufend ist. Wie diese Definition zeigt, zählen zu entsprechen- den Hohlbauteilen bzw. Hohlkörpern insbesondere die Rotorblätter und der Turm sowie entsprechende Abschnitte dieser Bauteile.
Eine kraftschlüssige Verbindung kommt durch Haftreibung, eine stoffschlüssige Verbindung durch molekulare oder atomare Wechselwirkungen und Kräfte und eine formschlüs- sige Verbindung durch geometrische Verbindung der betreffenden Verbindungspartner zustande.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Rotorblatts einer Windkraftanlage zur Erläuterung der unterschiedlichen auftretenden Blattverformungen;
Fig. 2 illustriert schematisch das Messprinzip, das bei Ausfuhrungsbeispielen zum Einsatz kommen kann;
Fig. 3 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel, welches an einem Rotorblatt angebracht ist; Fig. 4 zeigt eine Detaildarstellung des ersten und des zweiten Halteelements und der zugehörigen Sensorbauteile des in Fig. 3 gezeigten Ausfuhrungsbeispiels; und
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden zusammenfassende Bezugszeichen für Objekte, Strukturen und andere Komponenten verwendet werden, wenn die betreffende Komponente an sich oder mehrerer entsprechende Komponenten innerhalb eines Ausfüh- rungsbeispiels oder innerhalb mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben werden. Passagen der Beschreibung, die sich auf eine Komponente beziehen, sind daher auch auf andere Komponenten in anderen Ausführungsbeispielen übertragbar, soweit dies nicht explizit ausgeschlossen ist oder sich dies aus dem Zusammenhang ergibt. Werden einzelne Komponenten bezeichnet, werden individuelle Bezugszeichen verwendet, die auf den entspre- chenden zusammenfassenden Bezugszeichen basieren. Bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen bezeichnen daher gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
Komponenten, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in unterschiedlichen Aus- führungsbeispielen auftreten, können hierbei bezüglich einiger ihrer technischen Parameter identisch und/oder unterschiedlich ausgeführt oder implementiert werden. Es ist so beispielsweise möglich, dass mehrere Komponenten innerhalb eines Ausführungsbeispiels bezüglich eines Parameters identisch, bezüglich eines anderen Parameters jedoch unterschiedlich ausgeführt sein können.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines Rotorblatts 100 einer Windkraftanlage. Das Rotorblatt 100 weist an einem einem Rotor der Windkraftanlage zugewandten proximalen Ende 110 eine Aufnahme 120 zur Montage des Rotorblatts 100 an dem Rotor der Windkraftanlage auf. Die Aufnahme 120 weist eine im Wesentlichen senk- recht zu einer Erstreckungsrichtung 130 des Rotorblatts 100 ausgerichtete Montagefläche 140 mit einer Mehrzahl von Bohrungen 150 zur Verschraubung mit dem Rotor auf. Alternativ oder ergänzend können auch Bolzen oder Stehbolzen verwendet werden, die einlaminiert oder geklebt werden können. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Schädigung einer Laminarstruktur des Rotorblatts 100 vermieden werden.
Das Rotorblatt 100, das auch einfach als„Blatt" bezeichnet wird, stellt ein Beispiel eines Bauteils 160 dar, im Rahmen dessen Ausführungsbeispiele zum Einsatz kommen können. Weitere Bauteile 160 umfassen beispielsweise einen Turm einer Windkraftanlage, einen Rotorflügel eines Gezeitenkraftwerks, einen Rumpf eines Flugzeugs, eines Schiffs oder eines Unterseeboots oder auch einen anderen Hohlkörper.
Fig. 1 deutet über mehrere strichpunktierte Konturlinien ein Profil des Rotorblatts 100 schematisch an. So weist das Rotorblatt 100 einen Kantenbereich 170 und einen Flächenbereich 180 auf. Das Rotorblatt 100 ist hierbei nach Montage an dem Rotor (nicht gezeigt in Fig. 1) im Wesentlichen um die Erstreckungsrichtung 130 des Rotorblatts 100 bzw. des Bauteils 160 hinsichtlich des Anstellwinkels rotier- oder verschwenkbar. Hierdurch kann der Kantenbereich 170 und der Flächenbereich 180 in einem weiten Bereich an die herr- sehenden Windbedingungen angepasst und entsprechend an die herrschende Strömung ausgerichtet werden.
Wie eingangs bereits beschrieben wurde, wirken hierbei nicht unerhebliche Kräfte auf das Rotorblatt 100 ein. Diese können zu einer Blattverformung 190 führen, wie sie in Fig. 1 durch zwei gebogene Pfeile dargestellt ist. Hierbei wird eine Blattverformung 190-1, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Flächenbereich 180 verläuft, als flächenartig (engl: flapwise), eine Blattverformung 190-2, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Kantenbereich 170 verläuft, als kantenartig (engl: edgewise) bezeichnet. Wie nachfolgend im Zusammenhang mit Fig. 2 bis 5 noch näher erläutert wird, kann einerseits zur Bestimmung der an dem Rotorblatt 100 auftretenden Rotorblattlasten, aber auch zur Ausrichtung der Windkraftanlage an die herrschenden Windströmungen, eine Online- Erfassung der Rotorblattlasten an einer Windkraftanlage ratsam sein. Diese können zur aktiven Anlagensteuerung herangezogen werden, indem beispielsweise der Anstellwinkel des Rotorblatts 100 oder aber auch die Ausrichtung der Gondel auf dem Turm angepasst wird. Hierdurch ist eine bessere Windfeldnachführung der Windkraftanlage als auch eine bessere Blattlastenbegrenzung bei Turbulenzen möglich. Darüber hinaus können die tatsächlichen Rotorlasten aus den gemessenen Blattlasten ermittelt werden. Fig. 2 illustriert schematisch das bei Ausführungsbeispielen einsetzbare Messprinzip. So zeigt Fig. 2 eine Rotorblatt 100 bzw. ein Bauteil 160, auf dem eine Vorrichtung 200 zum Erfassen eines Abstandswerts eines ersten Punkts von einem zweiten Punkt gemäß einem Ausführungsbeispiel integriert ist. Die Vorrichtung 200 umfasst ein erstes Sensorbauteil 210, das mit einem ersten Punkt 220 im Inneren des Bauteils 160 über einen auch als Sen- sorträger-Profil bezeichneten Träger 230 und ein erstes Halteelement 240 mechanisch gekoppelt bzw. verbunden sind. Der Träger 230 ist hierbei mit dem ersten Punkt 220 über eine feste Einspannung 250 verbunden. An einem der festen Einspannung 250 abgewandten Ende des Trägers 230 ist das erste Halteelement 240 des ersten Sensorbauteils 210 an- gebracht. Das erste Sensorbauteil 210 ist hierbei auf dem ersten Halteelement 240 angebracht bzw. auf diesem angeordnet.
Die Vorrichtung 200 umfasst ferner ein zweites Sensorbauteil 260, welches über ein zweites Halteelement 270 mit einem zweiten Punkt an einer Innenfläche des Rotorblatts 100 bzw. im Inneren des Bauteils 160 angeordnet ist. Auch hier ist das zweite Sensorbauteil 260 mit dem zweiten Halteelement 270 verbunden bzw. auf diesem angeordnet.
Das erste Sensorbauteil 210 kann hierbei beispielsweise eine Magnetfeldquelle sein, während in diesem Fall das zweite Sensorbauteil 260 ein entsprechender Magnetfeldsensor ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Rolle des ersten und des zweiten Sensorbauteils 210, 260 auch vertauscht sein. Anders ausgedrückt kann es sich bei diesen Ausführungsbeispielen bei dem ersten Sensorbauteil 210 auch um den Magnetfeldsensor handeln, während das zweite Sensorbauteil 260 die Magnetfeldquelle darstellt. Als Magnetfeldquellen können grundsätzlich Permanentmagneten oder Elektromagneten mit Spulen zum Einsatz kommen. Selbstverständlich können auch Kombinationen beider Techniken eingesetzt werden, bei denen beispielsweise mit Hilfe einer Spule das Magnetfeld eines Permanentmagneten geschwächt oder verstärkt wird. Als Permanentmagneten können grundsätzlich alle Permanentmagneten zum Einsatz gebracht werden, die mit den herrschenden Umweltbedingungen im Inneren oder an dem betreffenden Bauteil 160 verträglich sind. Praktisch wird häufig ein Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagnet (NdFeB- Permanentmagnet) verwendet. Als Magnetfeldsensoren können sowohl Hall-Sensoren als auch magnetoresistive Sensoren, die auch als xMR- Sensoren bezeichnet werden, verwendet werden. Zu den magnetoresistiven Sensoren zählen so beispielsweise anisotrope mag- netoresistive Sensoren (AMR-Sensoren), magnetoresistive Sensoren auf Basis des gigantischen magnetoresistiven Effekts (GMR), tunnel-magnetoresistive Sensoren (TMR) oder auch magnetoresistive Sensoren auf Basis des außergewöhnlich großen magnetoresistiven Effekts (EMR). Während die magnetoresistiven Sensoren darauf basieren, dass sich bei Anliegen eines Magnetfelds einer für den betreffenden Sensor charakteristischen Orientierung ein elektrischer Widerstandswert des betreffenden Sensors ändert, basiert ein Hall-Sensor darauf, dass an diesem eine elektrische Spannung senkrecht zu einem Stromfluss durch den Hall- Sensor auftritt. Die Spannung fällt hierbei sowohl zur Stromflussrichtung als auch zur Magnetfeldrichtung senkrecht an dem Sensor bzw. dem zugrundeliegenden Leiter ab und wird als Hall-Spannung UH bezeichnet. Die Hall-Spannung ist hierbei proportional zur sogenannten Hall-Konstanten bzw. zu dem Hall-Koeffizienten AR, dem den Hall-Sensor passierenden Strom I und der magnetischen Flussdichte B entlang der für den Hall-Sensor charakteristischen Orientierung, sowie invers proportional zu einer Dicke d des Sensors.
Das erste und das zweite Sensorbauteil 210, 260 sind hierbei in einen verformungsfreien Zustand des Rotorblatts 100 bzw. einem entsprechenden Zustand des Bauteils 160 in einem Ausgangsabstand So angeordnet. Dieser entspricht im Falle eines Hall-Sensors als Magnetfeldsensor einer Ausgangssignal Uo. Kommt es nun zu einer Veränderung des Ab- stands AS des ersten Sensorbauteils 210 von dem zweiten Sensorbauteil 260, ändert sich entsprechenden auch die Hall-Spannung um einen Wert Us. Die Änderung des Abstands AS und die Änderung der Hall-Sensor Us können, müssen hierbei jedoch nicht linear zusammenhängen.
Gleiches gilt auch für die Änderung der Widerstandswerte bei magnetoresistiven Sensoren, wobei gegebenenfalls sich die Änderung des Abstandswerts AS und die Änderung des entsprechenden Widerstandswerts bzw. die Änderung auch der Hall-Spannung Us vorzeichengleich oder nicht vorzeichengleich sein können.
Um eine entsprechenden Berücksichtigung der konkreten Implementierungsdetails und der zugrundeliegenden Sensortechnologie zu vereinfachen, kann es gegebenenfalls ratsam sein, bei einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200 eine Auswertungsschaltung vorzusehen, die mit dem Magnetfeldsensor gekoppelt und ausgebildet ist, um ein von dem Magnetfeldsensor bereitgestelltes Sensorsignal in ein Auswertungssignal umzuwandeln bzw. ein Auswertungssignal auf Basis des erfassten Sensorsignals bereitzustellen. Das Sensorsignal des Magnetfeldsensors umfasst hierbei eine Information bezüglich des erfassten Magnetfeldes, während das Auswertungssignal dann eine Information bezüglich des Abstandswerts umfassen kann. Hierbei kann eine entsprechende Umsetzung des erfassten Magnetfeldwerts in einen Abstandswert beispielsweise auf Basis mathematischer Berechnungen, jedoch auch auf Basis gespeicherter Kennlinien oder einer Kombination beider Techniken beruhen. Eine Auswertungsschaltung kann so beispielsweise einen Speicher umfassen, in dem eine Kennlinie und/oder Koeffizienten zur Berechnung eines mathemati- sehen Zusammenhangs zwischen einem erfassten Magnetfeld und einem entsprechenden Abstandswert hinterlegt sind. Eine Auswertungsschaltung kann so beispielsweise auf Basis eines Rechenwerks, eines Prozessors oder einer anderen programmierbaren Hardwarekomponente implementiert sein. Eine Veränderung des Abstands des ersten und des zweiten Sensorbauteils 210, 260 kann beispielsweise durch eine Blattverformung 190 hervorgerufen werden. Hierdurch kann die Vorrichtung 200 nicht nur eine Aussage über den Abstandswert der betreffenden Punkte 220, 280, sondern gegebenenfalls ebenso über die Blattverformung 190 ermöglichen. Das Auswertungssignal kann daher ferner eine Information bezüglich einer Durchbiegung des Bauteils 160, also beispielsweise bezüglich des Rotorblatts 100 aufweisen. Diese Information kann beispielsweise auf Basis einer Differenz des Abstandswertes und eines Nominalwertes des Abstandswertes in einem unverspannten Zustand erfolgen.
Wie nachfolgend noch ausgeführt wird, kann also beispielsweise ein Hall-Sensor an der Spitze eines Sensor-Profilträgers bzw. Trägers 230 eine Blattbiegung des Rotorblatts 100 relativ zu einem Fußpunkt (erster Punkt 220) des Trägers 230 erfassen oder messen. Dies kann entweder über einen berührenden Tastkopf mit einem integrierten Hall-Sensor oder auch berührungslos erfolgen, indem eines der beiden Sensorbauteile, beispielsweise die Magnetfeldquelle, mit dem Rotorblatt 100 bzw. dem Bauteil 160 mechanisch verbunden wird.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung 200, die auf der Innenseite eines auch als Blatt bezeichneten Rotorblatts 100 angeordnet ist. Genauer gesagt handelt es sich bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200 um eine konstruktive Ausführung eines kontaktierenden Sensorkopfs auf Basis eines Hall-Sensors als Magnetfeldsensor. Die Vorrichtung 200 umfasst wiederum einen Träger 230, der als Hohlprofilträger ausgeführt ist und auch als Sensorträger-Profil bezeichnet wird. Der Träger 230 ist über eine Mehrzahl von Schrauben 290 mit einem Befestigungsbauteil 300 verschraubt. Sowohl der Träger 230 als auch das Befestigungsbauteil 300 können hierbei aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise einem Stahl oder einer anderen Legierung, gefertigt sein. Um ein Festziehen der Schrauben 290 zu ermöglichen, weist der Träger 230 an einer dem Befestigungsbauteil 300 abgewandten Seite eine entsprechende Mehrzahl von Öffnungen 310 auf, durch die die Schrauben 290 mit dem Befestigungsbauteil 300 ver- schraubt werden können, um eine Befestigung bzw. Verbindung des Trägers 230 mit dem Befestigungsbauteil 300 zu schaffen. Das Befestigungsbauteil 300 ist hierbei mit dem Rotorblatt 100 über eine Verklebung 320 befestigt.
Die hier eingesetzte Befestigungstechnik ist im vorliegenden Fall gewählt worden, da Ro- torblätter 100 typischerweise aus einem laminierten Werkstoff, beispielsweise einem koh- lefaser- oder glasfaserverstärkten Kunststoff, gefertigt sind. Da das Einbringen von Gewindebohrungen in dieses Material tendenziell schwierig ist, bietet es sich an dieser Stelle an, die Befestigung über ein entsprechendes verklebtes Befestigungsbauteil 300 zu realisieren. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann jedoch gegebenenfalls auch eine Verschrau- bung mit dem Rotorblatt 100 bzw. dem Bauteil 160 möglich sein, wenn beispielsweise anstelle einer Gewindebohrung ein durchgängiges Loch vorgesehen wird, sodass das entsprechende mit dem Rotorblatt 100 zu verbindende Bauteil über eine eine Mutter umfassende Verschraubung befestigt werden kann. Ist hingegen ein Wiederlösen des zu befestigenden Bauteils, also beispielsweise des Trägers 230, nicht beabsichtigt, kann dieses gegebenenfalls auch direkt und unmittelbar mit dem Rotorblatt 100 verklebt werden.
Die Vorrichtung 200 weist ferner an einem zweiten Punkt 280 einen Sensorkopf 330 auf. Der zweite Punkt 280 ist hierbei entlang der Erstreckungsrichtung 130 weiter der erste
Punkt 220 von der in Fig. 3 nicht gezeigten Aufnahme 100 bzw. dem proximalen Ende 110 des Rotorblatts 100 beabstandet.
Der Träger 230 weist eine Aufnahme 340 für den Sensorkopf 330 auf, mit deren Hilfe der Sensorkopf 330 senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130 zu dem Träger 230 verschiebbar ist. Durch die Aufnahme 340 kann so der Sensorkopf 330 an Unebenheiten oder andere Randbedingungen des Rotorblatts 100 bzw. des Bauteils 160 angepasst werden. Der Sensorkopf 330 weist ein erstes Halteelement 240 auf, an dem das erste Sensorbauteil 210 angebracht ist. Das erste Sensorbauteil 210 ist bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel als Magnetfeldsensor und, genauer gesagt, als Hall-Sensor ausgeführt. Über eine Bohrung 350 in dem ersten Halteelement 240 ist ein elektrisches Anschlusskabel 360 nach außen geführt. Die Bohrung 350 kann mit Hilfe eines Harzes oder eines anderen Materials verschlossen werden.
Genauer gesagt weist das erste Halteelement 240 eine Deckplatte 370 und ein Führungsbauteil 380 auf, die miteinander verschraubt sind. Die Deckplatte 370 und das Führungs- bauteil 380 bilden zusammen einen Hohlraum aus, in dem das zweite Halteelement 270 bzw. ein Stempel 390 des zweiten Halteelements angeordnet ist. Mit dem Stempel 390 ist eine Bodenplatte 400 über eine Mutter 410 verbunden. Zu diesem Zweck weist der Stempel 390 einen verjüngten Abschnitt mit einem entsprechenden Außengewinde auf. An einem dem zweiten Sensorbauteil 260 abgewandten Ende weist das zweite Halteelement 270 bzw. der Stempel 390 eine gewölbte bzw. kugelkalottenförmige Oberfläche 420 auf, mit der der Sensorkopf 330 wenigstens mittelbar mit dem zweiten Punkt 280 an der Innenfläche des Rotorblatts 100 in Kontakt steht. Das zweite Halteelement 270 weist ferner im Bereich der Oberfläche 420 eine Dichtung 430 auf, die den Sensorkopf bzw. die Oberfläche 420 gegen ein Eindringen von Schmutzpartikeln zwischen den Sensorkopf 330 bzw. die Oberfläche 420 und die entsprechende Aufiagefiäche im Bereich des zweiten Punkts 280 schützt. Der erste und der zweite Punkt 230, 280 können bei anderen Ausführungsbeispielen auch an einer Außenfläche des Bauteils 160 angeordnet sein. Die gewölbte Oberfläche 420, die neben der in Fig. 3 gezeigten Kugelkalottenform bei anderen Ausführungsbeispielen auch anders, beispielsweise ellipsoid, ausgeführt sein kann, die einem Ausgleich eines Winkels, den das Rotorblatt 100 im Falle einer Verkippung bzw. Verformung gegebenenfalls annehmen kann. So ist bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel das zweite Halteelement 270 sowie das erste Halteelement 240 gerade derart ausgebildet, dass das zweite Halteelement 270 sich bezüglich dem ersten Halteelement nur entlang einer Bewegungsrichtung 440 linear bewegen kann. Die Bewegungsrichtung 440 verläuft hierbei im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130 und entspricht einer Rotations- bzw. Symmetrieachse des Führungsbauteils 380. Hierdurch kann eine Orientierung der beiden Sensorbauteile 210, 260 zueinander auch während einer Veränderung des Abstands zwischen diesen beiden im Wesentlichen konstant gehalten werden. Dadurch, dass das zweite Sensorbauteil 260 mit dem zweiten Halteelement 270 verbunden bzw. auf diesem angeordnet ist und das zweite Halteelement 270 sich im Wesentlichen nur entlang der Bewegungsrichtung 440 im Inneren des ersten Halteelements 240 bewegen kann, ändert sich bei einer entsprechenden Bewegung die Orientierung der beiden Sensorbauteile 210, 260 zueinander nicht. Anders ausgedrückt kann das zweite Halteelement 270 sich zu dem ersten Halteelement 240 entlang genau der Bewegungsrichtung 440 linear bewegen. Die Deckplatte 370 und das Führungsbauteil 380 des ersten Halteelements 240 sowie die pilzförmige Ausgestaltung des Stempels 390 des zweiten Halteelements 270 bewirken, dass die beiden Sensorbauteile 210, 260 in einem von dem Innenraum des Rotorblatts 100 abgekapselten Raum angeordnet sind. Hierdurch kann eine Wahrscheinlichkeit einer Verschmutzung oder eines Eindringens von Verunreinigungen in den Bereich der beiden Sen- sorbauteile 210, 260 deutlich reduziert und damit die Lebensdauer und die Genauigkeit der Messergebnisse des Sensorkopfs 330 häufig verbessert werden.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung 200 sind also der erste Punkt 220 und der zweite Punkt 280 entlang der Erstreckungsrichtung 130 des Rotorblatts 100 voneinander beab- standet. Der Träger 230, der mit dem ersten Punkt 220 mechanisch gekoppelt ist, ist im Zusammenspiel mit dem diesem zuzurechnenden Sensorkopf 330 derart ausgebildet, dass der Magnetfeldsensor (erstes Sensorbauteil 210) und die Magnetfeldquelle (zweites Sensorbauteil 260) einander auf gleicher Höhe entlang der Erstreckungsrichtung 130 des Bauteils 160 bzw. des Rotorblatts 100, jedoch senkrecht zu dieser gegenüber liegen. Der Trä- ger 230 erstreckt sich hierbei im Wesentlichen entlang der Erstreckungsrichtung 130 des Rotorblatts 100, also des Bauteils 160.
Das Führungsbauteil 380 des ersten Halteelements 240 und die Bodenplatte 400 des zweiten Halteelement 270 sind über ein Federelement 450, genauer gesagt über eine Spiralfeder bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, miteinander gekoppelt. Hierdurch sind die beiden Halteelemente 240, 270 derart miteinander mechanisch gekoppelt, dass diese beiden zusammen, also gemeinsam montierbar sind. Anders ausgedrückt bildet durch das Federelement 450 der Sensorkopf 330 eine gemeinsame Baugruppe, die über die Aufnahme 340 des Trägers 230 integral mit dem Träger 230 verbunden ist. Der Sensorkopf kann so als Ganzes zusammen mit dem Träger auf dem Befestigungsbauteil 300 verschraubt werden. Dies kann zu einer erheblichen Vereinfachung der Montage einer Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem oder an einem Bauteill60 oder einem Rotorblatt 100 führen.
Um eine Beschädigung des Rotorblatts zu minimieren, ist im Bereich des zweiten Punkts 280 eine zweilagige Unterstützungsfläche 460 auf die Innenseitenfläche des Rotorblatts 100 aufgeklebt worden. Bei anderen Ausführungsbeispielen und/oder bei anderen Einsatzgebieten kann eine entsprechende Unterstützungsfläche 460 jedoch gegebenenfalls entfal- len oder auch anders ausgeführt und/oder anders befestigt werden. Die Unterstützungsfläche 460 kann hier beispielsweise aus einem metallischen Werkstück gefertigt sein und auf das Rotorblatt 100 aufgeklebt werden.
Die Bewegungsrichtung 440 entspricht auch im Wesentlichen der Messrichtung, also der Blattverformungsrichtung, die mit Hilfe des Sensorkopfs 330 detektierbar ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann so der Träger 230 eine vergleichbare weitere Aufnahme 340 für einen entsprechenden weiteren Sensorkopf 330 aufweisen. Der weitere Sensorkopf kann dann beispielsweise identisch oder auch abweichend von dem Sensorkopf 330 implementiert werden. Mit Hilfe eines solchen weiteren Sensorkopfs kann nicht nur an einem dritten Punkt (nicht gezeigt in Fig. 3) eine entsprechende Erfassung eines Abstandswerts erfolgen, es ist vielmehr auch möglich, den weiteren Sensorkopf um die Erstreckungsrich- tung 130 verdreht anzuordnen. Hierdurch kann in einem solchen Fall nicht nur eine Blattverformung entlang der Bewegungsrichtung 440, sondern ebenso entlang der versetzten bzw. verdrehten Richtung erfasst werden. Hierdurch kann also eine Blattverformung 190 nicht nur in einer Richtung, sondern in zwei linear unabhängigen Richtungen und damit in der durch die entsprechenden Vektoren aufgespannten Ebene, erfasst werden.
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Sensorkopfs 330 und seiner Montage am Träger 230. Wie bereits zuvor erwähnt wurde, ist der Sensorkopf 330 und damit das erste Hal- teelement 240 gegenüber dem Träger 270 senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 130
(nicht gezeigt in Fig. 4), also entlang der Bewegungsrichtung 440, verschiebbar ausgeführt. Hierdurch ist es möglich, einen Abstand zwischen dem Magnetfeldsensor und der Magnetfeldquelle einstellbar zu machen. Zu diesem Zweck weist die Aufnahme 340 eine seitliche Bohrung 470 auf, bei der es sich um eine Gewindebohrung handelt. In der seitlichen Bohrung 470 ist eine Madenschraube 480 eingedreht, die den Sensorkopf 330 in der Aufnahme 340 gegen ein Verrutschen entlang der Bewegungsrichtung 440 sichert.
Selbstverständlich können bei anderen Ausführungsbeispielen andere Befestigungsmethoden zur Befestigung des Sensorkopfs 330 bzw. des ersten Halteelements 240 in einer entsprechenden Aufnahme 340 vorgesehen werden. So kann beispielsweise eine Verklemmung, jedoch auch eine andere kraftschlüssige, formschlüssige oder stoffschlüssige Ver- bindungstechnik zur Fixierung des Sensorkopfs 330 in der Aufnahme 340 herangezogen werden.
Die Einstellung der Position des Sensorkopfs 330 entlang der Bewegungsrichtung 440, also entlang der senkrecht zu der nicht in Fig. 4 gezeigten Erstreckungsrichtung 130, erfolgt hierbei derart, dass der Magnetfeldsensor, also bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel das erste Sensorbauteil 210, in einem unverspannten Zustand des Rotorblatts 100 bzw. des Bauteils 160 eine Ausgangsspannung Uo bereitstellt. Diese entspricht einem Abstand So zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorbauteil 210, 260, wie dies in Fig. 4 eingezeichnet ist. Um nun die Positionierung des ersten Halteelements 240, also des Sen- sorkopfs 330, zu ermöglichen, wird die Madenschraube 480 so weit gelöst, dass das erste Halteelement 240 bzw. der Sensorkopf 330 in der Aufnahme 340 entlang der Bewegungsrichtung 440 linear verschiebbar ist. Das zweite Sensorbauteil 260 wird über das entsprechende zweite Halteelement 270, genauer gesagt über die gewölbte Oberfläche 420, mit dem zweiten Punkt 280 mittelbar über die Unterstützungsflächen 460 oder unmittelbar in Kontakt gebracht. Anschließend wird in einen Spalt 490 zwischen dem ersten Halteelement 240 und dem zweiten Halteelement 270, der von dem Federelement 450 überbrückt wird, ein Kalibrierwerkzeug 500 derart eingebracht, dass der Spalt 490 eine Höhe S 0 an- nimmt. Liegt diese Distanz S 0 an dem Spalt 490 an, liegt zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorbauteil 210, 260 der zuvor genannte Abstand So an. Nach dem Aussetzen des zweiten Halteelements 240 auf den zweiten Punkt 280 und dem Einstellen des Spalts 490 auf seinen Soll- Wert S 0 liegt also der Sollabstand So zwischen dem Magnetfeldsensor und der Magnetfeldquelle an, sodass der Sensorkopf 330 bzw. das erste Halteelement 240 in dieser Position durch Anziehen der Madenschraube 480 fixiert werden kann. Anschließend kann das Kalibrierwerkzeug 500 aus dem Spalt 490 entfernt werden. Tritt nun eine Änderung AS des Abstands zwischen den beiden Sensorbauteilen 210, 260 auf, ändert sich entsprechend auch die von dem Magnetfeldsensor abgegebene Spannung um einen entsprechenden Wert Us. Die Änderung der Ausgangsspannung geht hierbei auf eine Änderung des den Magnetfeldsensor durchsetzenden magnetischen Flusses bzw. einer Änderung des entsprechenden Magnetfeldes zurück. Diese Änderung ist eine Folge der Ausbreitung der Feldlinien der Magnetfeldquelle, wobei die magnetische Feldstärke bzw. die magnetische Flussdichte sich mit änderndem Abstand zwischen der Magnetfeldquelle und dem Magnetfeldsensor ändert.
Das beschriebene Verfahren bzw. die beschriebene Sensorfunktion, bei der eine Änderung des Abstands in eine Änderung einer Spannung umgesetzt wird, kann bei anderen Ausführungsbeispielen, beispielsweise bei Einsatz einer entsprechenden Auswertungsschaltung, auch anderweitig implementiert werden. Insbesondere ist diese nicht abhängig davon, ob ein Hall-Sensor oder ein magnetoresistiver Sensor zum Einsatz kommt. So kann bei anderen Ausführungsbeispielen entsprechend auch ein Strom als Sensorsignal von dem Magnetfeldsensor bereitgestellt werden. Dieser Strom bzw. Stromwert kann auch als Rückkopplungssignal dem Magnetfeldsensor aufgeprägt werden, sodass durch sich ändernde elektrische Werte eine Änderung der Betriebsbedingungen des Magnetfeldsensors umgan- gen werden kann. So kann es beispielsweise möglich sein, durch eine entsprechende Rückkopplungsschaltung im Rahmen einer gegebenenfalls implementierten Auswertungsschaltung stets die gleiche Leistung an den betreffenden Magnetfeldsensor zu dissipieren und so die Temperatur des Magnetfeldsensors konstant zu halten, um eine Messgenauigkeit gegebenenfalls verbessern zu können.
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 200 zum Erfassen eines Abstandswerts eines ersten Punkts 220 (nicht gezeigt in Fig. 5) von einem zweiten Punkt 280. Die Vorrichtung 200 weist entsprechenden ein erstes und ein zweites Sensorbauteil 210, 260 auf, bei denen es sich wiederum um einen Magnet- feldsensor im Falle des ersten Sensorbauteils 210 und einer Magnetfeldquelle in Form eines Permanentmagneten bei dem zweiten Sensorbauteil 260 handelt. Das erste Sensorbauteil 210 ist mit einem ersten Halteelement 240 mechanisch verbunden, welches eine Bohrung 350 zur Führung und Kontaktierung eines Anschlusskabels 360 des Magnetfeldsensors umfasst. Die Magnetfeldquelle ist auf einem zweiten Halteelement 270 angeordnet und mit diesem mechanisch verbunden. Das zweite Halteelement 270 ist hierbei nicht lösbar mit der Innenfläche - bei anderen Ausfuhrungsbeispielen gegebenenfalls mit einer Außenfläche - des Rotorblatts 100 bzw. des Bauteils 160 verbunden. Im Falle eines Rotorblatts 100, das - wie zuvor erwähnt wurde - aus laminiertem Material häufig gefertigt ist, kann das zweite Halteelement 270 beispielsweise mit dem Rotorblatt 100 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verklebt, sein.
Das erste Halteelement 240 ist wiederum über eine Aufnahme 340 mit einem Träger 230 mechanisch verbunden, wobei vor einer mechanischen Fixierung des ersten Halteelements 240 diese entlang der Bewegungsrichtung 440 linear verschiebbar ist. Zur mechanischen Fixierung des ersten Halteelements 240 weist die Aufnahme 340 wiederum eine Bohrung 470 auf, in die eine Madenschraube 480 eindrehbar ist, um das erste Halteelement 240 in der Aufnahme 340 mechanisch zu fixieren. Um auch hier eine Einstellung des Abstands zwischen dem ersten Halteelement 240 und dem zweiten Halteelement 270 zu ermögli- chen, kann auch hier ein Kalibrierwerkzeug 500 in einen Spalt 490 zwischen diesen beiden Halteelementen 240, 270 eingeführt werden. Nach dem Fixieren des ersten Halteelements 240 kann das Kalibrierwerkzeug 500 dann entsprechend entfernt werden.
Hierdurch kann analog ausgehend von einem Sollabstand So zwischen dem ersten Sensorbauteil 210 und dem zweiten Sensorbauteil 260 und einer daraus resultierenden Hall- Spannung oder Messspannung Uo bei einer Änderung des Abstands AS eine entsprechende Änderung der Hall-Spannung um +/- Us eintreten.
Auch bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel kann es ratsam sein, das erste und das zweite Sensorbauteil 210, 260 in einem von dem Innenraum des Rotorblatts 100 bzw. des Bauteils 160 abgekapselten Raum anzuordnen. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung 200 zwischen dem ersten Halteelement 240 und dem zweiten Halteelement 270 eine Dichtung oder ein Dichtelement 510 auf, welches geeignet ist, eine Kontaminierung des ersten und/oder des zweiten Sensorbauteils 210, 260 zu unterbinden, jedoch zumindest unwahrscheinlicher zu machen.
Selbstverständlich kann bei dem in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200 das Federelement 450 ebenso als ergänzende Dichtung oder als ergänzendes Dichtelement ausgeführt werden. So kann bei diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich das Federelement mit einer Gummi- oder Kunststoffmembran überzogen werden, um so ein Eindringen von Verunreinigungen oder anderen festen oder flüssigen Partikeln weiter zu reduzieren. Im Unterschied zu den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200 unterscheidet sich die Vorrichtung 200 aus Fig. 5 hinsichtlich ihrer Funktionalitäten durch mehrere Aspekte. Dadurch, dass bei dieser Vorrichtung das zweite Halteelement 270 unmittelbar mit dem Rotorblatt 100 verklebt wird, kann bei diesem Ausführungsbeispiel gegebenenfalls eine mechanische Verbindung der beiden Halteelemente 240, 270 feh- len, weshalb dieser Sensorkopf auch als berührungslos bezeichnet wird. Selbstverständlich kann das Dichtelement 510 jedoch auch bei anderen Ausführungsbeispielen als Federelement ausgeführt werden, sodass dieses eine Verbindung der beiden Halteelemente 240, 270 zueinander schafft. Unbeschadet dieser Möglichkeit sollte jedoch gegebenenfalls bei diesem Ausführungsbeispiel eine mechanische Fixierung, also beispielsweise eine Verkle- bung, des zweiten Halteelements 270 mit dem Rotorblatt 100 bzw. dem Bauteil 160 im Bereich des zweiten Punkts 280 stattfinden.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel, wie bereits bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, kann der Magnetfeldsensor, also hier das erste Sensorbauteil 210, sowohl auf Basis der Hall- Sensortechnik als auch auf Basis magnetoresistiver Sensoren umgesetzt werden. Als Magnetfeldquelle, also als zweites Sensorbauteil 260, bei den hier bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen kann ein Permanentmagnet, ein Elektromagnet mit einer Spule oder eine Kombination der beiden Techniken eingesetzt werden. Als Permanentmagnet kann beispielsweise ein Neodym-Eisen-Bor-Magnet verwendet werden.
Selbstverständlich kann bei anderen Ausführungsbeispielen auch das erste Sensorbauteil 210 als Magnetfeldquelle und das zweite Sensorbauteil 260 als Magnetfeldsensor implementiert werden. Während zuvor als Bauteile 160 stets Rotorblätter 100 beschrieben worden sind, können jedoch Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung 200 auch im Zusammenhang mit anderen Bauteilen 160, beispielsweise anderen Hohlkörpern eingesetzt werden. Neben einem Rotorblatt 100 einer Windkraftanlage kann eine Vorrichtung 200 daher beispielsweise auch im Zusammenhang mit einem Turm einer Windkraftanlage oder auch einem anderen Bau- teil 160 verwendet werden. So umfasst ein Ausführungsbeispiel ein Rotorblatt 100 einer Windkraftanlage mit einer Aufnahme 120 zur Montage an einem Rotor der Windkraftanlage, wobei das Rotorblatt 100 ferner eine Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel aufweist. Das Rotorblatt 100 stellt hierbei das Bauteil 160 dar, wobei der erste und der zweite Punkt 220, 280 an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Rotorblatts 100 liegen. Der erste Punkt 220 ist hierbei näher als der zweite Punkt 280 an der Aufnahme 120 bzw. dem proximalen Ende 110 des Rotorblatts 100 angeordnet. Ein Ausführungsbei- spiel umfasst ferner einen Turm einer Windkraftanlage, der eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst, wobei der Turm das Bauteil 160 darstellt. Der erste und der zweite Punkt 220, 280 liegen in diesem Fall an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Turms.
Ein Verfahren zum Erfassen eines Abstandswerts eines ersten Punkts 220 von einem zweiten Punkt 280, wobei der erste Punkt 220 und der zweite Punkt 280 an einem Bauteil 160 angeordnet sind und senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung 130 des Bauteils 160 um den Abstandswert voneinander beabstandet sind, umfasst so ein Bereitstellen eines ersten Sensorbauteils 210, das mit dem ersten Punkt 220 mechanisch gekoppelt ist. Es umfasst ferner ein Bereitstellen eines zweiten Sensorbauteils 260, das mit dem zweiten Punkt 280 mechanisch gekoppelt ist. Ebenso umfasst es ein Erzeugen eines Magnetfeldes an dem ersten o- der dem zweiten Sensorbauteil 210, 260 sowie ein Erfassen des erzeugten Magnetfelds an dem jeweils anderen Punkt des ersten und des zweiten Punkts 210, 280. Das von dem Magnetfeldsensor erfasste Magnetfeld hängt hierbei von dem Abstandswert ab.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines solchen Verfahrens kann das Bauteil 160 beispiels- weise ein Hohlkörper, beispielsweise ein Rotorblatt 100 einer Windkraftanlage sein. Der erste und der zweite Punkt 220, 280 sind in diesem Fall an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Hohlkörpers oder des Rotorblatts 100 angeordnet, wobei der Abstandswert optional einen Rückschluss auf eine Durchbiegung des Rotorblatts erlaubt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Bauteil 160 auch ein Turm einer Windkraftanlage sein, wobei der erste und der zweite Punkt 220, 280 wiederum an der Innenfläche oder der Außenfläche des Turms angeordnet ist und der Abstandswert erneut einen Rückschluss auf eine Durchbiegung des Turms ermöglicht. Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung 200 können daher im Zusammenhang mit Rotorblättern 100 in Windkraftanlagen, aber auch zur Turmüberwachung bei Windkraftanlagen eingesetzt werden. Ausführungsbeispiele können so Hall- Sensor-Einheiten 330 zur Erfassung von Rotorblattlasten umfassen. Im Falle der Verwendung eines Hall-Sensors kann so beispielsweise die generierte Hall-Spannung direkt als Steuergröße zur Anlagennachfüh- rung verwendet werden. Auch im Falle magnetoresistiver Sensoren kann eine entsprechende Spannung direkt als Steuergröße herangezogen werden. Eine Signalumwandlung und/oder eine Signalverarbeitung kann gegebenenfalls eingespart werden. Darüber hinaus können die genannten Sensortechnologien eine hohe Sensorauflösung ermöglichen und können ferner eine kurze Gesamtlänge und damit einhergehende leichte Bauweise ermöglichen. Durch die beschriebenen Ausgestaltungen können sie sehr robust ausgeführt werden und können eine lange Lebensdauer aufweisen. Auch ist ein Energiebedarf durch den Einsatz der beschriebenen Techniken gering. Im Vergleich zu konventionellen Sensoren auf einer Gondel einer Windkraftanlage, also einem Anemometer und/oder einer Wetterfahne, kann so gegebenenfalls eine Bestimmung der realen Windverhältnisse verbessert werden. Diese Sensoren erfassen nur einen kleinen Ausschnitt des Windfeldes. Ein Rotor oder auch ein Rotorblatt überstreicht auf Grund seines Durchmessers bzw. der Länge entlang der Erstreckungsrichtung eine deutlich größere Fläche, weshalb eine Erfassung oder Detektion der real herrschenden Bedingungen gegebenenfalls genauer sein kann.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfah- rens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blue-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, ei- nes EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, ein Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integ- rierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein. Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinen- lesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ferner ein Datenstrom, eine Signalfolge oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom, die Signalfolge oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, um über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet oder ein anderes Netzwerk, transferiert zu werden. Ausführungsbeispiele sind so auch Daten repräsentierende Signalfolgen, die für eine Übersendung über ein Netzwerk oder eine Datenkommunikationsverbindung geeignet sind, wobei die Daten das Programm darstellen. Ein Programm gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Verfahren während seiner Durchführung beispielsweise dadurch umsetzen, dass dieses Speicherstellen ausliest oder in diese ein Datum oder mehrere Daten hinein schreibt, wodurch gegebenenfalls Schaltvorgänge oder andere Vorgänge in Transistorstrukturen, in Verstärkerstrukturen oder in anderen elektrischen, optischen, magnetischen oder nach einem anderen Funktionsprin- zip arbeitenden Bauteile hervorgerufen werden. Entsprechend können durch ein Auslesen einer Speicherstelle Daten, Werte, Sensorwerte oder andere Informationen von einem Programm erfasst, bestimmt oder gemessen werden. Ein Programm kann daher durch ein Auslesen von einer oder mehreren Speicherstellen Größen, Werte, Messgrößen und andere Informationen erfassen, bestimmen oder messen, sowie durch ein Schreiben in eine oder mehrere Speicherstellen eine Aktion bewirken, veranlassen oder durchführen sowie andere Geräte, Maschinen und Komponenten ansteuern.
So umfasst ein Ausführungsbeispiel auch ein Programm mit einem Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, wenn das Programm auf einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten ein- leuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Vorrichtung (200) zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts (220) von einem zweiten Punkt (260), wobei der erste Punkt (220) und der zweite Punkt (280) an einem Bauteil (160) angeordnet sind und senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung (130) des Bauteils (160) um den Abstandswert voneinander beabstandet sind, mit folgenden Merkmalen: einem ersten Sensorbauteil (210), das mit dem ersten Punkt (220) mechanisch gekoppelt ist; und einem zweiten Sensorbauteil (260), das mit dem zweiten Punkt (280) mechanisch gekoppelt ist, wobei das erste Sensorbauteil (210) eine Magnetfeldquelle und das zweite Sensorbauteil (260) ein Magnetfeldsensor oder das erste Sensorbauteil (210) der Magnetfeldsensor und das zweite Sensorbauteil (260) die Magnetfeldquelle ist; und wobei der Magnetfeldsensor ausgebildet ist, um ein von der Magnetfeldquelle erzeugtes oder beeinflusstes und von dem Abstandswert abhängiges Magnetfeld zu erfassen.
Vorrichtung (200) gemäß Anspruch 1 , die ferner eine Auswertungsschaltung um- fasst, die mit dem Magnetfeldsensor gekoppelt und ausgebildet ist, um ein von dem Magnetfeldsensor bereitgestelltes Sensorsignal, das eine Information bezüglich des erfassten Magnetfeldes umfasst, zu empfangen und ein Auswertungssignal auf Basis des erfassten Sensorsignals bereitzustellen, das eine Information bezüglich des Abstandswertes umfasst.
Vorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Punkt (220) und der zweite Punkte (280) entlang der Erstreckungsrichtung (130) voneinander beabstandet sind, und die ferner einen Träger (230) umfasst, der mit dem ersten Punkt (220) mechanisch gekoppelt ist und so ausgebildet ist, dass der Magnetfeldsensor und die Magnetfeldquelle einander auf gleicher Höhe entlang der Erstreckungsrichtung (130) des Bauteils (160) und senkrecht zu dieser einander gegenüberliegen.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 3, bei der das erste Sensorbauteil (210) auf einem ersten Halteelement (240) angeordnet ist, und bei der das erste Halteelement (240) gegenüber dem Träger (230) senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (130) verschiebbar ausgeführt ist, um einen Abstand zwischen dem Magnetfeldsensor und der Magnetfeldquelle einstellbar zu machen.
Vorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste (210) und das zweite Sensorbauteil (260) in einem abgekapselten Raum angeordnet sind.
Vorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das erste Sensorbauteil (210) auf einem ersten Halteelement (240) angeordnet ist, bei der das zweite Sensorbauteil (220) auf einem zweiten Halteelement (270) angeordnet ist, wobei das zweite Halteelement (270) zu dem ersten Halteelement (240) entlang genau einer Bewegungsrichtung linear beweglich geführt ist.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 6, bei der das zweite Halteelement (270) über ein Federelement (450) mit dem ersten Halteelement (240) mechanisch derart gekoppelt ist, dass das erste (240) und das zweite Halteelement (270) gemeinsam montierbar sind.
8. Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei der das zweite Halteelement (270) ferner eine gewölbte Oberfläche (420) aufweist, die mit dem zweiten Punkt (280) in Kontakt bringbar ist, um eine Verwindung oder Verschwenkung des zweiten Halteelements (270) ausgleichbar zu machen.
9. Rotorblatt (100) einer Windkraftanlage mit einer Aufnahme (120) zur Montage an einem Rotor der Windkraftanlage, mit folgenden Merkmalen: einer Vorrichtung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei das Rotorblatt (100) das Bauteil (160) ist, wobei der erste (220) und der zweite Punkt (280) an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Rotorblatts (100) liegen, und wobei der erste Punkt (220) näher als der zweiter Punkt (280) an der Aufnahme
(120) zur Montage an dem Rotor angeordnet ist.
10. Verfahren zum Erfassen eines Abstandswertes eines ersten Punkts (220) von einem zweiten Punkt (280), wobei der erste Punkt (220) und der zweite Punkt (280) an ei- nem Bauteil (160) angeordnet sind und senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung
(130) des Bauteils (160) um den Abstandswert voneinander beabstandet sind, umfassend:
Bereitstellen eines ersten Sensorbauteils (210), das mit dem ersten Punkt (220) me- chanisch gekoppelt ist;
Bereitstellen eines zweiten Sensorbauteils (260), das mit dem zweiten Punkt (280) mechanisch gekoppelt ist, Erzeugen eines Magnetfeldes an dem ersten (220) oder dem zweiten Punkt (280); und
Erfassen des erzeugten Magnetfelds an dem anderen Punkt (220, 280), wobei das von dem Magnetfeldsensor erfasste Magnetfeld von dem Abstandswert abhängt.
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