WO2023198252A1 - Belt-operated adjusting device - Google Patents

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WO2023198252A1
WO2023198252A1 PCT/DE2023/200060 DE2023200060W WO2023198252A1 WO 2023198252 A1 WO2023198252 A1 WO 2023198252A1 DE 2023200060 W DE2023200060 W DE 2023200060W WO 2023198252 A1 WO2023198252 A1 WO 2023198252A1
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belt
deflection roller
adjusting
sensor
load
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PCT/DE2023/200060
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Inventor
Gunter Lang
Tim Fiss
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Contitech Antriebssysteme Gmbh
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    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F03D17/027—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics characterised by the component being monitored or tested
    • F03D17/029—Blade pitch or yaw drive systems, e.g. pitch or yaw angle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
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    • F05B2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • F05B2270/808—Strain gauges; Load cells

Definitions

  • the invention relates to a belt-operated adjustment device for adjusting the alignment and/or position of a system or machine part, in particular for adjusting the alignment of a rotor blade of a wind turbine, with an adjustment belt which is connected to the system or machine part in such a way that by means of a belt movement Alignment and/or position of the system or machine part can be changed.
  • the invention further relates to a wind turbine with at least one rotor blade and an adjusting device for adjusting the alignment of the at least one rotor blade.
  • the invention relates to a method for determining the load on an adjustment belt of a belt-operated adjustment device for adjusting the alignment and/or position of a system or machine part, with the step: changing the alignment and/or position of the system or machine part by moving the adjustment belt connected to the system or machine part.
  • Belt-operated adjustment devices often have an electric drive motor to drive the adjustment belt.
  • gearboxes with high gear ratios are used, which can be in the range from 1:1000 to 1:3000, for example. Due to the high Gear ratios, determining the belt load based on the current consumption of the electric drive motor often leads to a comparatively inaccurate load determination. The expected belt wear cannot therefore be reliably determined. In addition, the methods known from the prior art for determining the load on an adjustment belt do not determine at which point the load was introduced into the belt. So far, the load cannot be determined specifically for the belt segment.
  • the object on which the invention is based is therefore to be able to determine the load on an adjusting belt of a belt-operated adjusting device more precisely.
  • a belt-operated adjusting device of the type mentioned at the outset having a deflection roller which is in contact with the adjusting belt and comprises a sensor arrangement, the sensor arrangement being set up to provide sensor signals which are from the first adjusting belt the outgoing mechanical load on the deflection roller and the rotational angle position of the deflection roller.
  • the adjusting device according to the invention further comprises an electronic data processing device, which is set up to determine the rotational angular position of the deflection roller and the load on the adjustment belt based on the sensor signals of the sensor arrangement and to assign the determined load on the adjustment belt to a belt segment of the adjustment belt based on the determined rotational angular position of the deflection pulley.
  • the electronic data processing device can determine the position of the belt segment that is in engagement with the driving pinion of a geared motor determine exactly.
  • the electronic data processing device thus determines the amount of load and the location of the load on the adjustment belt, so that the prerequisites for predictive maintenance on the adjustment device are created.
  • the electronic data processing device is preferably set up to calculate the angular position of the deflection roller and the load on the adjustment belt using a mathematical relationship, whereby the mathematical relationship can be dependent on assumptions.
  • An assumption can be, for example, that virtually no slip occurs in the belt drive.
  • the mathematical relationship assumes that there is no slip between the deflection roller and a driving toothed belt pulley of a drive of the adjusting device connected to the adjusting belt.
  • the alignment of the system or machine part can be verified regularly, for example every 24 hours. During verification, the revolutions of the deflection roller can be counted during a reference run, so that the absolute position between the deflection roller and the driving gear can be determined. This means, for example, that the meshing teeth of the adjusting belt designed as a toothed belt are known and a load spectrum can be derived.
  • the electronic data processing device is therefore preferably set up to determine a belt segment-specific load spectrum for the adjustment belt.
  • the belt-specific load spectrum preferably describes the load on the belt segments over time.
  • the sensor arrangement comprises one or more sensors, with preferably one sensor, several or all of the sensors of the sensor arrangement being designed as force transducers.
  • the Sensors designed as force transducers are preferably set up to determine a transverse force load and / or a shear stress or shear stress on the deflection roller.
  • Individual sensors of the sensor arrangement can be spaced apart from one another in the axial direction of the deflection roller.
  • Individual sensors of the sensor arrangement can have an angle of rotation offset from one another.
  • Individual sensors in the sensor arrangement can have different orientations.
  • the adjusting device according to the invention is further advantageously developed in that a sensor, several or all sensors of the sensor arrangement comprise one or more strain gauges connected to one another.
  • the sensors can include strain gauges (strain gauges) full bridges or be designed as strain gauge full bridges.
  • the strain gauges of a sensor are preferably arranged on opposite sides of the deflection roller.
  • the sensor arrangement is set up to output sensor signals when the deflection roller rotates caused by the adjustment belt, which follow a sinusoidal signal curve that is dependent on the angle of rotation of the deflection roller.
  • the amplitude of the sinusoidal signal curve is preferably dependent on the load on the deflection roller caused by the adjustment belt.
  • the sinusoidal signal curves of the sensors are preferably offset from one another, i.e. have an angular offset from one another.
  • two sensors of the sensor arrangement form a sensor pair.
  • the sensor arrangement preferably comprises two pairs of sensors, i.e. a total of four sensors.
  • the electronic data processing device set up to calculate an axial force of the deflection roller based on at least two sensor signals from the sensor arrangement.
  • the electronic data processing device calculates a first axial force of the deflection roller based on at least two sensor signals from sensors that are arranged on a first side of the deflection roller.
  • the electronic data processing device calculates a second axial force of the deflection roller based on at least two sensor signals from sensors which are arranged on a second side of the deflection roller.
  • the electronic data processing device calculates an average axle force value based on the first axle force and the second axle force.
  • the sensors arranged on the first side of the deflection roller form a first pair of sensors.
  • the sensors arranged on the second side of the deflection roller form a second pair of sensors.
  • the strain gauges of a first sensor of the first sensor pair and the strain gauges of a second sensor of the first sensor pair are preferably arranged offset from one another by 90°.
  • the strain gauges of a first sensor of the second sensor pair and the strain gauges of a second sensor of the second sensor pair are preferably arranged 90° offset from one another.
  • the sensor pairs are preferably arranged offset from one another by 45°. When the deflection roller rotates, four sine curves are created that are offset from one another by 45°.
  • the strain gauge full bridges are electrically connected in such a way that they convert the shear stress on the deflection roller into an electrical signal.
  • the axle force or the average axle force is then converted into the strand force of the adjustment belt according to the wrap angle, so that the belt load can be determined.
  • the wrap angle results from the design of the adjusting device and remains constant due to the geometry.
  • the belt load values serve as the basis for determining the load spectrum of the adjustment belt.
  • the electronic data processing device is set up to examine the signal curve of the sensor signals for detecting signal errors and to correct it when a signal error is detected.
  • a signal error can be, for example, a zero point offset in the sinusoidal signal curve.
  • a zero point offset can be determined, for example, by detecting the turning points in the sinusoidal signal curves.
  • the signal curve can be shifted by the electronic data processing device to correct the signal error so that the turning points of the sinusoidal signal curves run through the zero axis again. Eliminating this source of error increases the accuracy of stress determination and positioning accuracy.
  • the object on which the invention is based is further achieved by a wind turbine of the type mentioned, the adjusting device of the wind turbine according to the invention being designed according to one of the embodiments described above.
  • the advantages and modifications of the wind turbine according to the invention reference is first made to the advantages and modifications of the adjusting device according to the invention.
  • the adjustment device of the wind turbine can be a pitch adjustment device, by means of which the inclination or orientation of one or more rotor blades can be adjusted.
  • the belt force can be measured using the adjusting device directly through the deflection roller in the belt drive.
  • the deflection pulley lies in the tension strand, so that it is possible to measure the peak load that occurs when the breakaway torque is overcome and the normal adjustment force (plus or minus the wind load). If the load limit of the If the adjustment belt has been exceeded unintentionally, maintenance can be carried out, for example to change the adjustment belt.
  • the idler pulley is in the slack strand so that the minimum pretension of the belt, plus or minus the wind load, can be measured. If the preload falls below a critical limit, maintenance can be initiated to correct the preload or change the adjustment belt.
  • the belt tension can be increased using a belt tensioning mechanism. The belt tension increase can be done manually or automatically.
  • sensor signals are provided by a sensor arrangement of a deflection roller in contact with the adjustment belt, the sensor signals being dependent on the mechanical load on the deflection roller emanating from the adjustment belt and the rotational angle position of the deflection roller.
  • an electronic data processing device determines the rotational angle position of the deflection roller and the load on the adjustment belt based on the sensor signals and assigns the determined load on the adjustment belt to a belt segment of the adjustment belt based on the determined rotational angle position of the deflection pulley.
  • the method according to the invention can be used to determine the load on an adjusting belt of a belt-operated adjusting device according to one of the embodiments described above.
  • the sensor signals follow a sinusoidal signal curve that is dependent on the angle of rotation of the deflection roller when the deflection roller rotates due to the adjustment belt.
  • the sinusoidal signal curves of the sensor signals have a fixed angular offset from one another.
  • the current angular position of the deflection roller and thus also the belt segment of the adjustment belt that is in engagement with the driving pulley can be determined. This means, for example, that a tooth-specific load situation can be mapped.
  • a method according to the invention is also advantageous in which the electronic data processing device calculates an axial force of the deflection roller on the basis of at least two sensor signals.
  • the forces emanating from the adjustment belt press the adjustment belt onto the deflection pulley, which puts a load on the deflection pulley bearing.
  • This bearing force of the deflection roller is referred to as the axle force and is in balance with the strand forces.
  • the strand forces can then be determined, which means that the belt load can be determined.
  • FIG. 1 shows a belt-operated adjusting device according to the invention in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a deflection roller of a belt-operated adjusting device according to the invention in a schematic sectional view
  • 3 shows a hub of a deflection roller of a belt-operated adjusting device according to the invention in a schematic perspective view
  • Fig. 4 signal curves of sensors of a sensor arrangement of a deflection roller of a belt-operated adjusting device according to the invention.
  • the system part 12 is a rotor blade of a wind turbine.
  • the alignment of the rotor blade can be adjusted using the adjusting device 10.
  • the adjusting device 10 is therefore a pitch adjusting device.
  • the adjusting device 10 comprises an adjusting belt 14, which is attached to the system part 12 at its end sections at the fastening points 16a, 16b.
  • the adjusting belt 14 runs around a pulley 18, the pulley 18 being connected to a drive of the adjusting device 10 for rotationally driving the pulley 18.
  • the drive can be an electric motor.
  • the adjustment belt 14 can be a toothed belt, so that the pulley 18 is designed as a driving toothed belt pulley of the drive of the adjusting device 10.
  • the adjusting device 10 further comprises a deflection roller 20, which is in contact with the adjusting belt 14 between the pulley 18 and the attachment point 16b.
  • the deflection roller 20 includes a sensor arrangement 24.
  • the sensor arrangement 24 provides an electronic data processing device 22 with sensor signals S1-S4.
  • the sensor signals S1-S4 are dependent on the mechanical load on the deflection roller 20 emanating from the adjustment belt 14 and the rotational angular position of the deflection roller 20.
  • a belt movement x causes the system part 12 to rotate around the axis of rotation R rotated so that the belt movement x leads to a rotational movement ⁇ p of the system part 12.
  • the system part 12 is rotated either clockwise or counterclockwise.
  • the electronic data processing device 22 determines the rotational angular position of the deflection roller 20 and the load on the adjustment belt 14 based on the sensor signals S1-S4 of the sensor arrangement 24. Furthermore, the electronic data processing device 22 assigns the determined load on the adjustment belt 14 based on the determined rotational angular position of the deflection roller 20 to a belt segment of the adjusting belt. From the rotational angle position of the deflection roller 20, the electronic data processing device 22 can precisely determine the belt segment of the adjusting belt 14 that is in engagement with the pulley 18. The electronic data processing device 22 thus determines the amount of load and the location of the load on the adjustment belt 14, so that predictive maintenance of the adjustment device 10 is made possible. The belt force can therefore be measured directly via the deflection roller 20.
  • the deflection roller 20 When the system part 12 designed as a rotor blade is rotated in a first direction, the deflection roller 20 lies in the tension strand, so that the peak load when overcoming the breakaway torque and the normal adjustment force can be measured. When the system part 12 designed as a rotor blade is rotated in a second direction, the deflection roller 20 lies in the slack side, so that the minimum pretension of the belt can be measured.
  • the electronic data processing device 22 calculates the angular position of the deflection roller 20 and the load on the adjustment belt using a mathematical relationship.
  • the electronic data processing device 22 determines a belt segment-specific load spectrum for the adjustment belt 14, i.e. the load on the belt segments of the belt 14 over time.
  • Fig. 2 shows a deflection roller 20, which has a hub 26 and a guide sleeve 28 running around the hub 26.
  • the guide sleeve 28 is pressed onto the hub 26.
  • the guide sleeve 28 serves to guide the adjustment belt 14 and has two flanges 30a, 30b, which laterally delimit the belt guide area 32 located between the flanges 30a, 30b and ensure lateral belt guidance.
  • the hub 26 has a first circumferential indentation 34a on a first side 36a and a second circumferential indentation 34b on a second side 36b.
  • the indentations 34a, 34b there are pockets in which strain gauges 38a, 38b, 42a, 42b, 46a, 46b, 50a, 50b are arranged.
  • the strain gauges 38a, 38b, 42a, 42b, 46a, 46b, 50a, 50b are components of sensors 40, 44, 48, 52 of the sensor arrangement 24, which are designed as force transducers.
  • Fig. 3 shows the arrangement of the sensors 40, 44, 48, 52 or the arrangement of the strain gauges 38a, 38b, 42a, 42b, 46a, 46b, 50a, 50b.
  • the sensors 40, 44, 48, 52 are designed as strain gauge full bridges.
  • the strain gauges 38a, 38b, 42a, 42b, 46a, 46b, 50a, 50b of the respective sensors 40, 44, 48, 52 are arranged on opposite sides of the deflection roller 20.
  • the opposite strain gauges 38a, 38b form a first sensor 40.
  • the opposite strain gauges 42a, 42b form a second sensor 44.
  • the sensors 40, 44 form a Pair of sensors, the strain gauges 38a, 38b, 42a, 42b of which are arranged in the indentation 34a.
  • the strain gauges 38a, 38b of the sensor 40 and the strain gauges 42a, 42b of the sensor 44 are arranged 90° offset from one another.
  • the opposite strain gauges 46a, 46b form a third sensor 48.
  • the opposite strain gauges 50a, 50b form a fourth sensor 52.
  • the sensors 48, 52 form a sensor pair, the strain gauges 46a, 46b, 50a, 50b of which are arranged in the indentation 34b.
  • the strain gauges 46a, 46b of the sensor 48 and the strain gauges 50a, 50b of the sensor 52 are arranged 90° offset from one another.
  • the sensor pair of sensors 40, 44 and the sensor pair of sensors 48, 52 are arranged 45° offset from one another. When the deflection roller 20 rotates, four sine curves are created that are offset from one another by 45°.
  • the sensors 40, 44, 48, 52 of the sensor arrangement 24 output sensor signals S1 -S4, which follow a sinusoidal signal curve that is dependent on the angle of rotation of the deflection roller 20.
  • the sensor 40 delivers the sensor signal S1.
  • the sensor 44 delivers the sensor signal S2.
  • the sensor 48 delivers the sensor signal S3.
  • the sensor 52 delivers the sensor signal S4.
  • the electronic data processing device 22 calculates a first axle force Fa,i of the deflection roller 20 based on the force measurement values Fi, F2 of the sensors 40, 44 determined from the sensor signals S1, S2 based on the formula: Furthermore, the electronic data processing device 22 calculates a second axle force F a , 2 of the deflection roller 20 based on the force measurement values F3, F4 of the sensors 48, 52 determined from the sensor signals S2 , S3 based on the formula:
  • the electronic data processing device 22 calculates an average axle force value F a based on the first axle force Fa,i and the second axle force F a , 2 based on the following formula:
  • the electronic data processing device 22 is also set up to calculate the strand force FT in the adjustment belt 14 and uses the following formula for this purpose: where ß in this case corresponds to the angle between the belt segments of the adjusting belt 14 in the area of the deflection roller 20.
  • S1-S4 sensor signals x belt movement cp rotational movement

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Abstract

The invention relates to a belt-operated adjusting device (10) for adjusting the orientation and/or position of a plant or machine part (12), in particular for adjusting the orientation of a rotor blade of a wind turbine, having an adjusting belt (14) which is connected to the plant or machine part (12) such that the orientation and/or position of the plant or machine part (12) can be varied by way of a belt movement (x).

Description

Riemenbetriebene Verstelleinrichtunq Belt-operated adjustment device
Beschreibung Description
Die Erfindung betrifft eine riemenbetriebene Verstelleinrichtung zum Einstellen der Ausrichtung und/oder Position eines Anlagen- oder Maschinenteils, insbesondere zum Einstellen der Ausrichtung eines Rotorblatts einer Windkraftanlage, mit einem Einstellriemen, welcher mit dem Anlagen- oder Maschinenteil derart verbunden ist, dass mittels einer Riemenbewegung die Ausrichtung und/oder Position des Anlagen- oder Maschinenteils veränderbar ist. The invention relates to a belt-operated adjustment device for adjusting the alignment and/or position of a system or machine part, in particular for adjusting the alignment of a rotor blade of a wind turbine, with an adjustment belt which is connected to the system or machine part in such a way that by means of a belt movement Alignment and/or position of the system or machine part can be changed.
Ferner betrifft die Erfindung eine Windkraftanlage mit zumindest einem Rotorblatt und einer Verstelleinrichtung zum Einstellen der Ausrichtung des zumindest einen Rotorblatts. The invention further relates to a wind turbine with at least one rotor blade and an adjusting device for adjusting the alignment of the at least one rotor blade.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln der Belastung eines Einstellriemens einer riemenbetriebenen Verstelleinrichtung zum Einstellen der Ausrichtung und/oder Position eines Anlagen- oder Maschinenteils, mit dem Schritt: Verändern der Ausrichtung und/oder der Position des Anlagen- oder Maschinenteils durch Bewegen des mit dem Anlagen- oder Maschinenteil verbundenen Einstellriemens.In addition, the invention relates to a method for determining the load on an adjustment belt of a belt-operated adjustment device for adjusting the alignment and/or position of a system or machine part, with the step: changing the alignment and/or position of the system or machine part by moving the adjustment belt connected to the system or machine part.
Riemenbetriebene Verstelleinrichtungen weisen zum Antreiben des Einstellriemens häufig einen elektrischen Antriebsmotor auf. Um die Belastung des Einstellriemens zu ermitteln, war es bisher üblich, die Stromaufnahme des Antriebsmotors zu überwachen, um über die Stromaufnahme das Drehmoment an der angetriebenen Riemenscheibe zu ermitteln und auf Grundlage des ermittelten Drehmoments die Belastung des Einstellriemens zu berechnen. Belt-operated adjustment devices often have an electric drive motor to drive the adjustment belt. In order to determine the load on the adjustment belt, it was previously common practice to monitor the current consumption of the drive motor, to use the current consumption to determine the torque on the driven pulley and to calculate the load on the adjustment belt based on the determined torque.
In einer Vielzahl von Anwendungsfällen werden jedoch Getriebe mit hohen Übersetzungsverhältnissen eingesetzt, welche beispielsweise im Bereich von 1 :1000 bis 1 :3000 liegen können. Aufgrund der hohen Übersetzungsverhältnisse führt die Ermittlung der Riemenbelastung auf Grundlage der Stromaufnahme des elektrischen Antriebsmotors häufig zu einer vergleichsweise ungenauen Belastungsermittlung. Der zu erwartende Riemenverschleiß kann somit nicht zuverlässig ermittelt werden. Außerdem wird bei den aus dem Stand der Technik bekannten Methoden zur Belastungsermittlung an einem Einstellriemen nicht ermittelt, an welcher Stelle die Belastung in den Riemen eingeleitet wurde. Die Belastung kann also bisher auch nicht riemensegmentspezifisch ermittelt werden. However, in a large number of applications, gearboxes with high gear ratios are used, which can be in the range from 1:1000 to 1:3000, for example. Due to the high Gear ratios, determining the belt load based on the current consumption of the electric drive motor often leads to a comparatively inaccurate load determination. The expected belt wear cannot therefore be reliably determined. In addition, the methods known from the prior art for determining the load on an adjustment belt do not determine at which point the load was introduced into the belt. So far, the load cannot be determined specifically for the belt segment.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht also darin, die Belastung eines Einstellriemens einer riemenbetriebenen Verstelleinrichtung präziser ermitteln zu können. The object on which the invention is based is therefore to be able to determine the load on an adjusting belt of a belt-operated adjusting device more precisely.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine riemenbetriebene Verstelleinrichtung der eingangs genannten Art, wobei die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung eine Umlenkrolle aufweist, welche mit dem Einstellriemen in Kontakt steht und eine Sensoranordnung umfasst, wobei die Sensoranordnung dazu eingerichtet ist, Sensorsignale bereitzustellen, welche von der von dem ersten Einstellriemen ausgehenden mechanischen Belastung der Umlenkrolle und der Drehwinkelstellung der Umlenkrolle abhängig sind. Die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung umfasst ferner eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, auf Grundlage der Sensorsignale der Sensoranordnung die Drehwinkelstellung der Umlenkrolle und die Belastung des Einstellriemens zu ermitteln und die ermittelte Belastung des Einstellriemens auf Grundlage der ermittelten Drehwinkelstellung der Umlenkrolle einem Riemensegment des Einstellriemens zuzuordnen. The object is achieved by a belt-operated adjusting device of the type mentioned at the outset, the adjusting device according to the invention having a deflection roller which is in contact with the adjusting belt and comprises a sensor arrangement, the sensor arrangement being set up to provide sensor signals which are from the first adjusting belt the outgoing mechanical load on the deflection roller and the rotational angle position of the deflection roller. The adjusting device according to the invention further comprises an electronic data processing device, which is set up to determine the rotational angular position of the deflection roller and the load on the adjustment belt based on the sensor signals of the sensor arrangement and to assign the determined load on the adjustment belt to a belt segment of the adjustment belt based on the determined rotational angular position of the deflection pulley.
Aus der Drehwinkelstellung der Umlenkrolle kann die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung die Position des mit dem antreibenden Ritzel eines Getriebemotors im Eingriff befindlichen Riemensegments exakt bestimmen. Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung ermittelt somit die Höhe der Belastung und den Ort der Belastung am Einstellriemen, sodass die Voraussetzung für eine vorausschauende Wartung (predictive maintenance) an der Verstelleinrichtung geschaffen werden. Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Drehwinkelstellung der Umlenkrolle und die Belastung des Einstellriemens mittels eines mathematischen Zusammenhangs zu berechnen, wobei der mathematische Zusammenhang von Annahmen abhängig sein kann. Eine Annahme kann beispielsweise sein, dass in dem Riementrieb quasi kein Schlupf auftritt. Beispielsweise geht der mathematische Zusammenhang davon aus, dass kein Schlupf zwischen der Umlenkrolle und einer mit dem Einstellriemen verbundenen antreibenden Zahnriemenscheibe eines Antriebs der Verstelleinrichtung besteht. From the rotational angle position of the deflection roller, the electronic data processing device can determine the position of the belt segment that is in engagement with the driving pinion of a geared motor determine exactly. The electronic data processing device thus determines the amount of load and the location of the load on the adjustment belt, so that the prerequisites for predictive maintenance on the adjustment device are created. The electronic data processing device is preferably set up to calculate the angular position of the deflection roller and the load on the adjustment belt using a mathematical relationship, whereby the mathematical relationship can be dependent on assumptions. An assumption can be, for example, that virtually no slip occurs in the belt drive. For example, the mathematical relationship assumes that there is no slip between the deflection roller and a driving toothed belt pulley of a drive of the adjusting device connected to the adjusting belt.
Die Ausrichtung des Anlagen- oder Maschinenteils kann regelmäßig, beispielsweise alle 24 Stunden, verifiziert werden. Bei der Verifizierung können die Umläufe der Umlenkrolle während eines Referenzlaufes gezählt werden, sodass die absolute Position zwischen Umlenkrolle und antreibendem Zahnrad bestimmt werden kann. Damit sind dann beispielsweise die im Eingriff befindlichen Zähne des als Zahnriemen ausgebildeten Einstellriemens bekannt und ein Lastkollektiv kann abgeleitet werden. Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung ist also vorzugsweise dazu eingerichtet, ein riemensegmentspezifisches Lastkollektiv für den Einstellriemen zu ermitteln. Das riemenspezifische Lastkollektiv beschreibt vorzugsweise die Belastung der Riemensegmente über die Zeit. The alignment of the system or machine part can be verified regularly, for example every 24 hours. During verification, the revolutions of the deflection roller can be counted during a reference run, so that the absolute position between the deflection roller and the driving gear can be determined. This means, for example, that the meshing teeth of the adjusting belt designed as a toothed belt are known and a load spectrum can be derived. The electronic data processing device is therefore preferably set up to determine a belt segment-specific load spectrum for the adjustment belt. The belt-specific load spectrum preferably describes the load on the belt segments over time.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung umfasst die Sensoranordnung einen oder mehrere Sensoren, wobei vorzugsweise ein Sensor, mehrere oder sämtliche Sensoren der Sensoranordnung als Kraftaufnehmer ausgebildet sind. Die als Kraftaufnehmer ausgebildeten Sensoren sind vorzugsweise dazu eingerichtet, eine Querkraftbelastung und/oder eine Schubspannung bzw. Scherspannung an der Umlenkrolle zu ermitteln. Einzelne Sensoren der Sensoranordnung können in Axialrichtung der Umlenkrolle voneinander beabstandet sein. Einzelne Sensoren der Sensoranordnung können einen Drehwinkelversatz zueinander aufweisen. Einzelne Sensoren der Sensoranordnung können unterschiedliche Ausrichtungen haben. In a preferred embodiment of the adjusting device according to the invention, the sensor arrangement comprises one or more sensors, with preferably one sensor, several or all of the sensors of the sensor arrangement being designed as force transducers. The Sensors designed as force transducers are preferably set up to determine a transverse force load and / or a shear stress or shear stress on the deflection roller. Individual sensors of the sensor arrangement can be spaced apart from one another in the axial direction of the deflection roller. Individual sensors of the sensor arrangement can have an angle of rotation offset from one another. Individual sensors in the sensor arrangement can have different orientations.
Die erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung wird ferner dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass ein Sensor, mehrere oder sämtliche Sensoren der Sensoranordnung einen oder mehrere miteinander verschaltete Dehnungsmessstreifen umfassen. Die Sensoren können DMS (Dehnungsmessstreifen) -Voll-Brücken umfassen oder als DMS-Voll- Brücken ausgebildet sein. Die Dehnungsmessstreifen eines Sensors sind vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten der Umlenkrolle angeordnet. The adjusting device according to the invention is further advantageously developed in that a sensor, several or all sensors of the sensor arrangement comprise one or more strain gauges connected to one another. The sensors can include strain gauges (strain gauges) full bridges or be designed as strain gauge full bridges. The strain gauges of a sensor are preferably arranged on opposite sides of the deflection roller.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung ist die Sensoranordnung dazu eingerichtet, bei einer durch den Einstellriemen verursachten Drehung der Umlenkrolle Sensorsignale auszugeben, welche einem vom Drehwinkel der Umlenkrolle abhängigen sinusförmigen Signalverlauf folgen. Die Amplitude des sinusförmigen Signalverlaufs ist vorzugsweise von der Belastung der Umlenkrolle durch den Einstellriemen abhängig. Die sinusförmigen Signalverläufe der Sensoren sind vorzugsweise versetzt zueinander, weisen also einen Winkelversatz zueinander auf. Vorzugsweise bilden zwei Sensoren der Sensoranordnung ein Sensorpaar. Die Sensoranordnung umfasst vorzugsweise zwei Sensorpaare, also insgesamt vier Sensoren. In another preferred embodiment of the adjusting device according to the invention, the sensor arrangement is set up to output sensor signals when the deflection roller rotates caused by the adjustment belt, which follow a sinusoidal signal curve that is dependent on the angle of rotation of the deflection roller. The amplitude of the sinusoidal signal curve is preferably dependent on the load on the deflection roller caused by the adjustment belt. The sinusoidal signal curves of the sensors are preferably offset from one another, i.e. have an angular offset from one another. Preferably two sensors of the sensor arrangement form a sensor pair. The sensor arrangement preferably comprises two pairs of sensors, i.e. a total of four sensors.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung ist die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, auf Grundlage von zumindest zwei Sensorsignalen der Sensoranordnung eine Achskraft der Umlenkrolle zu berechnen. Vorzugsweise berechnet die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung auf Grundlage von zumindest zwei Sensorsignalen von Sensoren, die auf einer ersten Seite der Umlenkrolle angeordnet sind, eine erste Achskraft der Umlenkrolle. Vorzugsweise berechnet die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung auf Grundlage von zumindest zwei Sensorsignalen von Sensoren, die auf einer zweiten Seiten der Umlenkrolle angeordnet sind, eine zweite Achskraft der Umlenkrolle. Vorzugsweise berechnet die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung auf Grundlage der ersten Achskraft und der zweiten Achskraft einen Achskraftmittelwert. Die auf der ersten Seite der Umlenkrolle angeordneten Sensoren bilden ein erstes Sensorpaar. Die auf der zweiten Seite der Umlenkrolle angeordneten Sensoren bilden ein zweites Sensorpaar. Die Dehnungsmessstreifen eines ersten Sensors des ersten Sensorpaars und die Dehnungsmessstreifen eines zweiten Sensors des ersten Sensorpaars sind vorzugswiese 90° versetzt zueinander angeordnet. Die Dehnungsmessstreifen eines ersten Sensors des zweiten Sensorpaars und die Dehnungsmessstreifen eines zweiten Sensors des zweiten Sensorpaars sind vorzugsweise 90° versetzt zueinander angeordnet. Die Sensorpaare sind vorzugsweise um 45° versetzt zueinander angeordnet. Bei der Drehung der Umlenkrolle entstehen somit vier um 45° gegeneinander versetzte Sinuskurven. Die DMS-Voll-Brücken werden elektrisch so verschaltet, dass sie die Schubspannung an der Umlenkrolle in ein elektrisches Signal wandeln. Die Achskraft oder die gemittelte Achskraft wird dann entsprechend des Umschlingungswinkels in die Trumkraft des Einstellriemens umgerechnet, sodass die Riemenbelastung ermittelt werden kann. Der Umschlingungswinkel ergibt sich aus der Konstruktion der Verstelleinrichtung und bleibt geometriebedingt konstant. Die Riemenbelastungswerte dienen als Basis für die Ermittlung des Lastkollektivs des Einstellriemens. In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung ist die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, den Signalverlauf der Sensorsignale zum Erfassen von Signalfehlern zu untersuchen und bei Erfassen eines Signalfehlers zu korrigieren. Ein Signalfehler kann beispielsweise ein Nullpunkt-Offset in dem sinusförmigen Signalverlauf sein. Ein Nullpunkt-Offset kann beispielsweise durch Erfassen der Wendepunkte in den sinusförmigen Signalverläufen ermittelt werden. Der Signalverlauf kann in diesem Fall von der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung zur Korrektur des Signalfehlers so verschoben werden, dass die Wendepunkte der sinusförmigen Signalverläufe wieder durch die Null-Achse verlaufen. Die Eliminierung dieser Fehlerquelle erhöht die Genauigkeit der Beanspruchungsermittlung und die Positionsgenauigkeit. In a further preferred embodiment of the adjusting device according to the invention, the electronic data processing device set up to calculate an axial force of the deflection roller based on at least two sensor signals from the sensor arrangement. Preferably, the electronic data processing device calculates a first axial force of the deflection roller based on at least two sensor signals from sensors that are arranged on a first side of the deflection roller. Preferably, the electronic data processing device calculates a second axial force of the deflection roller based on at least two sensor signals from sensors which are arranged on a second side of the deflection roller. Preferably, the electronic data processing device calculates an average axle force value based on the first axle force and the second axle force. The sensors arranged on the first side of the deflection roller form a first pair of sensors. The sensors arranged on the second side of the deflection roller form a second pair of sensors. The strain gauges of a first sensor of the first sensor pair and the strain gauges of a second sensor of the first sensor pair are preferably arranged offset from one another by 90°. The strain gauges of a first sensor of the second sensor pair and the strain gauges of a second sensor of the second sensor pair are preferably arranged 90° offset from one another. The sensor pairs are preferably arranged offset from one another by 45°. When the deflection roller rotates, four sine curves are created that are offset from one another by 45°. The strain gauge full bridges are electrically connected in such a way that they convert the shear stress on the deflection roller into an electrical signal. The axle force or the average axle force is then converted into the strand force of the adjustment belt according to the wrap angle, so that the belt load can be determined. The wrap angle results from the design of the adjusting device and remains constant due to the geometry. The belt load values serve as the basis for determining the load spectrum of the adjustment belt. In a further development of the adjusting device according to the invention, the electronic data processing device is set up to examine the signal curve of the sensor signals for detecting signal errors and to correct it when a signal error is detected. A signal error can be, for example, a zero point offset in the sinusoidal signal curve. A zero point offset can be determined, for example, by detecting the turning points in the sinusoidal signal curves. In this case, the signal curve can be shifted by the electronic data processing device to correct the signal error so that the turning points of the sinusoidal signal curves run through the zero axis again. Eliminating this source of error increases the accuracy of stress determination and positioning accuracy.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch eine Windkraftanlage der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Windkraftanlage nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen der erfindungsgemäßen Windkraftanlage wird somit zunächst auf die Vorteile und Modifikationen der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung verwiesen. The object on which the invention is based is further achieved by a wind turbine of the type mentioned, the adjusting device of the wind turbine according to the invention being designed according to one of the embodiments described above. With regard to the advantages and modifications of the wind turbine according to the invention, reference is first made to the advantages and modifications of the adjusting device according to the invention.
Die Verstelleinrichtung der Windkraftanlage kann eine Pitch- Verstelleinrichtung sein, mittels welcher die Neigung bzw. Ausrichtung eines oder mehrerer Rotorblätter eingestellt werden kann. The adjustment device of the wind turbine can be a pitch adjustment device, by means of which the inclination or orientation of one or more rotor blades can be adjusted.
Die Riemenkraft kann über die Verstelleinrichtung direkt durch die Umlenkrolle im Riementrieb gemessen werden. Wenn das Rotorblatt in eine erste Richtung gedreht wird, liegt die Umlenkrolle im Zugtrum, sodass es möglich ist, die Spitzen-Belastung, welche bei Überwinden des Losbrechmoments auftritt, und die normale Verstell-Kraft (zuzüglich oder abzüglich der Windlast) zu messen. Wenn die Belastungsgrenze des Einstellriemens unbeabsichtigt überschritten wurde, kann eine Wartung, beispielsweise zum Wechsel des Einstellriemens, veranlasst werden. Wenn das Rotorblatt in eine zweite Richtung gedreht wird, liegt die Umlenkrolle im Leertrum, sodass die minimale Vorspannung des Riemens, zuzüglich oder abzüglich der Windlast, gemessen werden kann. Wenn die Vorspannung eine kritische Grenze unterschreitet, kann eine Wartung zur Korrektur zur Vorspannung oder zum Wechsel des Einstellriemens veranlasst werden. Alternativ kann die Riemenspannung bei Bedarf durch einen Riemenspannmechanismus erhöht werden. Die Riemenspannungserhöhung kann manuell oder automatisiert erfolgen.The belt force can be measured using the adjusting device directly through the deflection roller in the belt drive. When the rotor blade is rotated in a first direction, the deflection pulley lies in the tension strand, so that it is possible to measure the peak load that occurs when the breakaway torque is overcome and the normal adjustment force (plus or minus the wind load). If the load limit of the If the adjustment belt has been exceeded unintentionally, maintenance can be carried out, for example to change the adjustment belt. When the rotor blade is rotated in a second direction, the idler pulley is in the slack strand so that the minimum pretension of the belt, plus or minus the wind load, can be measured. If the preload falls below a critical limit, maintenance can be initiated to correct the preload or change the adjustment belt. Alternatively, if necessary, the belt tension can be increased using a belt tensioning mechanism. The belt tension increase can be done manually or automatically.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Sensorsignale durch eine Sensoranordnung einer mit dem Einstellriemen in Kontakt stehenden Umlenkrolle bereitgestellt werden, wobei die Sensorsignale von der von dem Einstellriemen ausgehenden mechanischen Belastung der Umlenkrolle und der Drehwinkelstellung der Umlenkrolle abhängig sind. Erfindungsgemäß ermittelt eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung auf Grundlage der Sensorsignale die Drehwinkelstellung der Umlenkrolle und die Belastung des Einstellriemens und ordnet die ermittelte Belastung des Einstellriemens auf Grundlage der ermittelten Drehwinkelstellung der Umlenkrolle einem Riemensegment des Einstellriemens zu. The object on which the invention is based is further achieved by a method of the type mentioned at the outset, wherein within the scope of the method according to the invention, sensor signals are provided by a sensor arrangement of a deflection roller in contact with the adjustment belt, the sensor signals being dependent on the mechanical load on the deflection roller emanating from the adjustment belt and the rotational angle position of the deflection roller. According to the invention, an electronic data processing device determines the rotational angle position of the deflection roller and the load on the adjustment belt based on the sensor signals and assigns the determined load on the adjustment belt to a belt segment of the adjustment belt based on the determined rotational angle position of the deflection pulley.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Ermitteln der Belastung eines Einstellriemens einer riemenbetriebenen Verstelleinrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt werden. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit zunächst auf die Vorteile und Modifikationen der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung verwiesen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens folgen die Sensorsignale bei einer durch den Einstellriemen verursachten Drehung der Umlenkrolle einem vom Drehwinkel der Umlenkrolle abhängigen sinusförmigen Signalverlauf. Die sinusförmigen Signalverläufe der Sensorsignale weisen einen festen Winkelversatz zueinander auf. Durch den Winkelversatz der sinusförmigen Signalverläufe kann die aktuelle Drehwinkelstellung der Umlenkrolle und somit auch das sich mit der antreibenden Riemenscheibe in Eingriff befindliche Riemensegment des Einstellriemens ermittelt werden. Somit kann beispielsweise auch eine zahngenaue Belastungssituation abgebildet werden. The method according to the invention can be used to determine the load on an adjusting belt of a belt-operated adjusting device according to one of the embodiments described above. With regard to the advantages and modifications of the method according to the invention, reference is first made to the advantages and modifications of the adjusting device according to the invention. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the sensor signals follow a sinusoidal signal curve that is dependent on the angle of rotation of the deflection roller when the deflection roller rotates due to the adjustment belt. The sinusoidal signal curves of the sensor signals have a fixed angular offset from one another. Through the angular offset of the sinusoidal signal curves, the current angular position of the deflection roller and thus also the belt segment of the adjustment belt that is in engagement with the driving pulley can be determined. This means, for example, that a tooth-specific load situation can be mapped.
Es ist darüber hinaus ein erfindungsgemäßes Verfahren vorteilhaft, bei welchem die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung auf Grundlage von zumindest zwei Sensorsignalen eine Achskraft der Umlenkrolle berechnet. Die vom Einstellriemen ausgehenden Kräfte pressen den Einstellriemen auf die Umlenkrolle, wodurch das Lager der Umlenkrolle belastet wird. Diese Lagerkraft der Umlenkrolle wird als Achskraft bezeichnet und steht mit den Trumkräften im Gleichgewicht. Auf Grundlage der Achskräfte können dann also die Trumkräfte ermittelt werden, wodurch die Riemenbelastung ermittelt werden kann. A method according to the invention is also advantageous in which the electronic data processing device calculates an axial force of the deflection roller on the basis of at least two sensor signals. The forces emanating from the adjustment belt press the adjustment belt onto the deflection pulley, which puts a load on the deflection pulley bearing. This bearing force of the deflection roller is referred to as the axle force and is in balance with the strand forces. On the basis of the axle forces, the strand forces can then be determined, which means that the belt load can be determined.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigen: Preferred embodiments of the invention are explained and described in more detail below with reference to the accompanying figures. Show:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße riemenbetriebene Verstelleinrichtung in einer schematischen Darstellung; 1 shows a belt-operated adjusting device according to the invention in a schematic representation;
Fig. 2 eine Umlenkrolle einer erfindungsgemäßen riemenbetriebenen Verstelleinrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung; Fig. 3 eine Nabe einer Umlenkrolle einer erfindungsgemäßen riemenbetriebenen Verstelleinrichtung in einer schematischen Perspektivdarstellung; und 2 shows a deflection roller of a belt-operated adjusting device according to the invention in a schematic sectional view; 3 shows a hub of a deflection roller of a belt-operated adjusting device according to the invention in a schematic perspective view; and
Fig. 4 Signalverläufe von Sensoren einer Sensoranordnung einer Umlenkrolle einer erfindungsgemäßen riemenbetriebenen Verstelleinrichtung. Fig. 4 signal curves of sensors of a sensor arrangement of a deflection roller of a belt-operated adjusting device according to the invention.
Die Fig. 1 zeigt eine riemenbetriebene Verstelleinrichtung 10 zum Einstellen der Ausrichtung des Anlagenteils 12. Das Anlagenteil 12 ist ein Rotorblatt einer Windenergieanlage. Mittels der Verstelleinrichtung 10 kann die Ausrichtung des Rotorblatts eingestellt werden. Die Verstelleinrichtung 10 ist also eine Pitch-Verstelleinrichtung. 1 shows a belt-operated adjusting device 10 for adjusting the alignment of the system part 12. The system part 12 is a rotor blade of a wind turbine. The alignment of the rotor blade can be adjusted using the adjusting device 10. The adjusting device 10 is therefore a pitch adjusting device.
Die Verstelleinrichtung 10 umfasst einen Einstellriemen 14, welcher an seinen Endabschnitten an den Befestigungspunkten 16a, 16b an dem Anlagenteil 12 befestigt ist. Der Einstellriemen 14 läuft um eine Riemenscheibe 18 um, wobei die Riemenscheibe 18 mit einem Antrieb der Verstelleinrichtung 10 zum rotatorischen Antreiben der Riemenscheibe 18 verbunden ist. Der Antrieb kann ein Elektromotor sein. Der Einstellriemen 14 kann ein Zahnriemen sein, sodass die Riemenscheibe 18 als antreibende Zahnriemenscheibe des Antriebs der Verstelleinrichtung 10 ausgebildet ist. The adjusting device 10 comprises an adjusting belt 14, which is attached to the system part 12 at its end sections at the fastening points 16a, 16b. The adjusting belt 14 runs around a pulley 18, the pulley 18 being connected to a drive of the adjusting device 10 for rotationally driving the pulley 18. The drive can be an electric motor. The adjustment belt 14 can be a toothed belt, so that the pulley 18 is designed as a driving toothed belt pulley of the drive of the adjusting device 10.
Die Verstelleinrichtung 10 umfasst ferner eine Umlenkrolle 20, welche zwischen der Riemenscheibe 18 und dem Befestigungspunkt 16b mit dem Einstellriemen 14 in Kontakt steht. Die Umlenkrolle 20 umfasst eine Sensoranordnung 24. Die Sensoranordnung 24 stellt einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung 22 Sensorsignale S1-S4 bereit. Die Sensorsignale S1-S4 sind von der von dem Einstellriemen 14 ausgehenden mechanischen Belastung der Umlenkrolle 20 und der Drehwinkelstellung der Umlenkrolle 20 abhängig. Durch eine Riemenbewegung x wird das Anlagenteil 12 um die Rotationsachse R gedreht, sodass die Riemenbewegung x zu einer Drehbewegung <p des Anlagenteils 12 führt. Je nach Drehrichtung der Riemenscheibe 18 wird das Anlagenteil 12 entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Bei einer Riemenbewegung x kommt es außerdem zu einer Drehbewegung an der Umlenkrolle 20, wodurch ein Zusammenhang zwischen der Drehwinkelstellung der Umlenkrolle 20, dem mit der Riemenscheibe 18 in Kontakt stehenden Riemensegment des Einstellriemens 14 und der Ausrichtung des Anlagenteils 12 besteht. The adjusting device 10 further comprises a deflection roller 20, which is in contact with the adjusting belt 14 between the pulley 18 and the attachment point 16b. The deflection roller 20 includes a sensor arrangement 24. The sensor arrangement 24 provides an electronic data processing device 22 with sensor signals S1-S4. The sensor signals S1-S4 are dependent on the mechanical load on the deflection roller 20 emanating from the adjustment belt 14 and the rotational angular position of the deflection roller 20. A belt movement x causes the system part 12 to rotate around the axis of rotation R rotated so that the belt movement x leads to a rotational movement <p of the system part 12. Depending on the direction of rotation of the pulley 18, the system part 12 is rotated either clockwise or counterclockwise. When a belt movement
Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 ermittelt auf Grundlage der Sensorsignale S1-S4 der Sensoranordnung 24 die Drehwinkelstellung der Umlenkrolle 20 und die Belastung des Einstellriemens 14. Ferner ordnet die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 die ermittelte Belastung des Einstellriemens 14 auf Grundlage der ermittelten Drehwinkelstellung der Umlenkrolle 20 einem Riemensegment des Einstellriemens zu. Aus der Drehwinkelstellung der Umlenkrolle 20 kann die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 das mit der Riemenscheibe 18 im Eingriff befindliche Riemensegment des Einstellriemens 14 exakt bestimmen. Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 ermittelt somit die Höhe der Belastung und den Ort der Belastung am Einstellriemen 14, sodass eine vorausschauende Wartung der Verstelleinrichtung 10 ermöglicht wird. Die Riemenkraft kann also über die Umlenkrolle 20 direkt gemessen werden. The electronic data processing device 22 determines the rotational angular position of the deflection roller 20 and the load on the adjustment belt 14 based on the sensor signals S1-S4 of the sensor arrangement 24. Furthermore, the electronic data processing device 22 assigns the determined load on the adjustment belt 14 based on the determined rotational angular position of the deflection roller 20 to a belt segment of the adjusting belt. From the rotational angle position of the deflection roller 20, the electronic data processing device 22 can precisely determine the belt segment of the adjusting belt 14 that is in engagement with the pulley 18. The electronic data processing device 22 thus determines the amount of load and the location of the load on the adjustment belt 14, so that predictive maintenance of the adjustment device 10 is made possible. The belt force can therefore be measured directly via the deflection roller 20.
Wenn das als Rotorblatt ausgebildete Anlagenteil 12 in eine erste Richtung gedreht wird, liegt die Umlenkrolle 20 im Zugtrum, sodass die Spitzen-Belastung bei Überwindung des Losbrechmoments und die normale Verstell-Kraft gemessen werden kann. Wenn das als Rotorblatt ausgebildete Anlagenteil 12 in eine zweite Richtung gedreht wird, liegt die Umlenkrolle 20 im Leertrum, sodass die minimale Vorspannung des Riemens gemessen werden kann. Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 berechnet die Drehwinkelstellung der Umlenkrolle 20 und die Belastung des Einstellriemens mittels eines mathematischen Zusammenhangs. Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 ermittelt ein riemensegmentspezifisches Lastkollektiv für den Einstellriemen 14, also die Belastung der Riemensegmente des Riemens 14 über die Zeit. When the system part 12 designed as a rotor blade is rotated in a first direction, the deflection roller 20 lies in the tension strand, so that the peak load when overcoming the breakaway torque and the normal adjustment force can be measured. When the system part 12 designed as a rotor blade is rotated in a second direction, the deflection roller 20 lies in the slack side, so that the minimum pretension of the belt can be measured. The electronic data processing device 22 calculates the angular position of the deflection roller 20 and the load on the adjustment belt using a mathematical relationship. The electronic data processing device 22 determines a belt segment-specific load spectrum for the adjustment belt 14, i.e. the load on the belt segments of the belt 14 over time.
Die Fig. 2 zeigt eine Umlenkrolle 20, welche eine Nabe 26 und eine um die Nabe 26 umlaufende Führungshülse 28 aufweist. Die Führungshülse 28 ist auf die Nabe 26 aufgepresst. Die Führungshülse 28 dient zum Führen des Einstellriemens 14 und weist zwei Bordscheiben 30a, 30b auf, welche den sich zwischen den Bordscheiben 30a, 30b befindenden Riemenführungsbereich 32 seitlich begrenzen und für eine seitliche Riemenführung sorgen. Fig. 2 shows a deflection roller 20, which has a hub 26 and a guide sleeve 28 running around the hub 26. The guide sleeve 28 is pressed onto the hub 26. The guide sleeve 28 serves to guide the adjustment belt 14 and has two flanges 30a, 30b, which laterally delimit the belt guide area 32 located between the flanges 30a, 30b and ensure lateral belt guidance.
Die Nabe 26 weist auf einer ersten Seite 36a eine erste um laufende Einbuchtung 34a und auf einer zweiten Seite 36b eine zweite um laufende Einbuchtung 34b auf. Innerhalb der Einbuchtungen 34a, 34b befinden sich Taschen, in welchen Dehnungsmessstreifen 38a, 38b, 42a, 42b, 46a, 46b, 50a, 50b angeordnet sind. Die Dehnungsmessstreifen 38a, 38b, 42a, 42b, 46a, 46b, 50a, 50b sind Bestandteile von Sensoren 40, 44, 48, 52 der Sensoranordnung 24, welche als Kraftaufnehmer ausgebildet sind. The hub 26 has a first circumferential indentation 34a on a first side 36a and a second circumferential indentation 34b on a second side 36b. Within the indentations 34a, 34b there are pockets in which strain gauges 38a, 38b, 42a, 42b, 46a, 46b, 50a, 50b are arranged. The strain gauges 38a, 38b, 42a, 42b, 46a, 46b, 50a, 50b are components of sensors 40, 44, 48, 52 of the sensor arrangement 24, which are designed as force transducers.
Die Fig. 3 zeigt die Anordnung der Sensoren 40, 44, 48, 52 bzw. die Anordnung der Dehnungsmessstreifen 38a, 38b, 42a, 42b, 46a, 46b, 50a, 50b. Die Sensoren 40, 44, 48, 52 sind als DMS-Voll-Brücken ausgebildet. Die Dehnungsmessstreifen 38a, 38b, 42a, 42b, 46a, 46b, 50a, 50b der jeweiligen Sensoren 40, 44, 48, 52 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Umlenkrolle 20 angeordnet. Fig. 3 shows the arrangement of the sensors 40, 44, 48, 52 or the arrangement of the strain gauges 38a, 38b, 42a, 42b, 46a, 46b, 50a, 50b. The sensors 40, 44, 48, 52 are designed as strain gauge full bridges. The strain gauges 38a, 38b, 42a, 42b, 46a, 46b, 50a, 50b of the respective sensors 40, 44, 48, 52 are arranged on opposite sides of the deflection roller 20.
Die gegenüberliegenden Dehnungsmessstreifen 38a, 38b bilden einen ersten Sensor 40. Die gegenüberliegenden Dehnungsmessstreifen 42a, 42b bilden einen zweiten Sensor 44. Die Sensoren 40, 44 bilden ein Sensorpaar, dessen Dehnungsmessstreifen 38a, 38b, 42a, 42b in der Einbuchtung 34a angeordnet sind. Die Dehnungsmessstreifen 38a, 38b des Sensors 40 und die Dehnungsmessstreifen 42a, 42b des Sensors 44 sind 90° versetzt zueinander angeordnet. The opposite strain gauges 38a, 38b form a first sensor 40. The opposite strain gauges 42a, 42b form a second sensor 44. The sensors 40, 44 form a Pair of sensors, the strain gauges 38a, 38b, 42a, 42b of which are arranged in the indentation 34a. The strain gauges 38a, 38b of the sensor 40 and the strain gauges 42a, 42b of the sensor 44 are arranged 90° offset from one another.
Die gegenüberliegenden Dehnungsmessstreifen 46a, 46b bilden einen dritten Sensor 48. Die gegenüberliegenden Dehnungsmessstreifen 50a, 50b bilden einen vierten Sensor 52. Die Sensoren 48, 52 bilden ein Sensorpaar, dessen Dehnungsmessstreifen 46a, 46b, 50a, 50b in der Einbuchtung 34b angeordnet sind. Die Dehnungsmessstreifen 46a, 46b, des Sensors 48 und die Dehnungsmessstreifen 50a, 50b des Sensors 52 sind 90° versetzt zueinander angeordnet. The opposite strain gauges 46a, 46b form a third sensor 48. The opposite strain gauges 50a, 50b form a fourth sensor 52. The sensors 48, 52 form a sensor pair, the strain gauges 46a, 46b, 50a, 50b of which are arranged in the indentation 34b. The strain gauges 46a, 46b of the sensor 48 and the strain gauges 50a, 50b of the sensor 52 are arranged 90° offset from one another.
Das Sensorpaar aus den Sensoren 40, 44 und das Sensorpaar aus den Sensoren 48, 52 sind 45° versetzt zueinander angeordnet. Bei einer Drehung der Umlenkrolle 20 entstehen somit vier um 45° gegeneinander versetzte Sinuskurven. The sensor pair of sensors 40, 44 and the sensor pair of sensors 48, 52 are arranged 45° offset from one another. When the deflection roller 20 rotates, four sine curves are created that are offset from one another by 45°.
Die Fig. 4 zeigt, dass bei einer durch den Einstellriemen 14 verursachten Drehung der Umlenkrolle 20 von den Sensoren 40, 44, 48, 52 der Sensoranordnung 24 Sensorsignale S1 -S4 ausgegeben werden, welche einem vom Drehwinkel der Umlenkrolle 20 abhängigen sinusförmigen Signalverlauf folgen. Der Sensor 40 liefert das Sensorsignal S1. Der Sensor 44 liefert das Sensorsignal S2. Der Sensor 48 liefert das Sensorsignal S3. Der Sensor 52 liefert das Sensorsignal S4. 4 shows that when the deflection roller 20 rotates due to the adjustment belt 14, the sensors 40, 44, 48, 52 of the sensor arrangement 24 output sensor signals S1 -S4, which follow a sinusoidal signal curve that is dependent on the angle of rotation of the deflection roller 20. The sensor 40 delivers the sensor signal S1. The sensor 44 delivers the sensor signal S2. The sensor 48 delivers the sensor signal S3. The sensor 52 delivers the sensor signal S4.
Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 berechnet auf Grundlage der aus den Sensorsignalen S1 , S2 ermittelten Kraftmesswerte Fi, F2 der Sensoren 40, 44 eine erste Achskraft Fa,i der Umlenkrolle 20 auf Grundlage der Formel:
Figure imgf000014_0001
Ferner berechnet die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 auf Grundlage der aus den Sensorsignalen S2, S3 ermittelten Kraftmesswerte F3, F4 der Sensoren 48, 52 eine zweite Achskraft Fa,2 der Umlenkrolle 20 auf Grundlage der Formel:
Figure imgf000015_0001
The electronic data processing device 22 calculates a first axle force Fa,i of the deflection roller 20 based on the force measurement values Fi, F2 of the sensors 40, 44 determined from the sensor signals S1, S2 based on the formula:
Figure imgf000014_0001
Furthermore, the electronic data processing device 22 calculates a second axle force F a , 2 of the deflection roller 20 based on the force measurement values F3, F4 of the sensors 48, 52 determined from the sensor signals S2 , S3 based on the formula:
Figure imgf000015_0001
Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 berechnet dann auf Grundlage der ersten Achskraft Fa,i und der zweiten Achskraft Fa,2 einen Achskraftmittelwert Fa auf Grundlage der folgenden Formel:
Figure imgf000015_0002
Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 ist ferner dazu eingerichtet, die Trumkraft FT im Einstellriemen 14 zu berechnen und verwendet hierzu die folgende Formel:
Figure imgf000015_0003
wobei ß in diesem Fall dem Winkel zwischen den Riemensegmenten des Einstellriemens 14 im Bereich der Umlenkrolle 20 entspricht. The electronic data processing device 22 then calculates an average axle force value F a based on the first axle force Fa,i and the second axle force F a , 2 based on the following formula:
Figure imgf000015_0002
The electronic data processing device 22 is also set up to calculate the strand force FT in the adjustment belt 14 and uses the following formula for this purpose:
Figure imgf000015_0003
where ß in this case corresponds to the angle between the belt segments of the adjusting belt 14 in the area of the deflection roller 20.
Bezugszeichenliste Reference symbol list
10 Verstelleinrichtung 10 adjustment device
12 Anlagenteil 12 system part
14 Einstellriemen 14 adjustment straps
16a, 16b Befestigungspunkte 16a, 16b attachment points
18 Riemenscheibe 18 pulley
20 Umlenkrolle 20 pulley
22 Datenverarbeitungseinrichtung22 data processing device
24 Sensoranordnung 24 sensor arrangement
26 Nabe 26 hub
28 Führungshülse 28 guide sleeve
30a, 30b Bordscheiben 30a, 30b flanges
32 Riemenführungsbereich32 belt guide area
34a, 34b Einbuchtungen 34a, 34b indentations
36a, 36b Seiten 36a, 36b pages
38a, 38b Dehnungsmessstreifen 38a, 38b strain gauges
40 Sensor 40 sensors
42a, 42b Dehnungsmessstreifen 42a, 42b strain gauges
44 Sensor 44 sensors
46a, 46b Dehnungsmessstreifen 46a, 46b strain gauges
48 Sensor 48 sensor
50a, 50b Dehnungsmessstreifen 50a, 50b strain gauges
52 Sensor 52 sensor
R Rotationsachse R rotation axis
S1-S4 Sensorsignale x Riemenbewegung cp Drehbewegung S1-S4 sensor signals x belt movement cp rotational movement

Claims

Ansprüche Expectations
1 . Riemenbetriebene Verstelleinrichtung (10) zum Einstellen der Ausrichtung und/oder Position eines Anlagen- oder Maschinenteils (12), insbesondere zum Einstellen der Ausrichtung eines Rotorblatts einer Windkraftanlage, mit einem Einstellriemen (14), welcher mit dem Anlagen- oder Maschinenteil (12) derart verbunden ist, dass mittels einer Riemenbewegung (x) die Ausrichtung und/oder Position des Anlagen- oder Maschinenteils (12) veränderbar ist; gekennzeichnet durch eine Umlenkrolle (20), welche mit dem Einstellriemen (14) in Kontakt steht und eine Sensoranordnung (24) umfasst, wobei die Sensoranordnung (24) dazu eingerichtet sind, Sensorsignale (S1 -S4) bereitzustellen, welche von der von dem Einstellriemen (14) ausgehenden mechanischen Belastung der Umlenkrolle (20) und der Drehwinkelstellung der Umlenkrolle (20) abhängig sind; und eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung (22), welche dazu eingerichtet ist, auf Grundlage der Sensorsignale (S1 -S4) der Sensoranordnung (24) die Drehwinkelstellung der Umlenkrolle (20) und die Belastung des Einstellriemens (14) zu ermitteln und die ermittelte Belastung des Einstellriemens (14) auf Grundlage der ermittelten Drehwinkelstellung der Umlenkrolle (20) einem Riemensegment des Einstellriemens (14) zuzuordnen. 1 . Belt-operated adjusting device (10) for adjusting the alignment and/or position of a system or machine part (12), in particular for adjusting the alignment of a rotor blade of a wind turbine, with an adjusting belt (14), which is connected to the system or machine part (12). is connected in that the orientation and/or position of the system or machine part (12) can be changed by means of a belt movement (x); characterized by a deflection roller (20) which is in contact with the adjusting belt (14) and comprises a sensor arrangement (24), the sensor arrangement (24) being designed to provide sensor signals (S1 -S4) which depend on the adjustment belt (14) the outgoing mechanical load on the deflection roller (20) and the rotational angular position of the deflection roller (20) are dependent; and an electronic data processing device (22), which is set up to determine the rotational angular position of the deflection roller (20) and the load on the adjusting belt (14) based on the sensor signals (S1 -S4) of the sensor arrangement (24) and the determined load on the adjusting belt (14) to be assigned to a belt segment of the adjusting belt (14) based on the determined rotational angle position of the deflection roller (20).
2. Verstelleinrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (24) einen oder mehrere Sensoren (40, 44, 48, 52) umfasst, wobei vorzugsweise ein Sensor (40, 44, 48, 52), mehrere oder sämtliche Sensoren (40, 44, 48, 52) der Sensoranordnung (24) als Kraftaufnehmer ausgebildet sind. Verstelleinrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (40, 44, 48, 52), mehrere oder sämtliche Sensoren (40, 44, 48, 52) der Sensoranordnung (24) einen oder mehrere miteinander verschaltete Dehnungsmessstreifen (38a, 38b, 42a, 42b, 46a, 46b, 50a, 50b) umfassen. Verstelleinrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (24) dazu eingerichtet ist, bei einer durch den Einstellriemen (14) verursachten Drehung der Umlenkrolle (20) Sensorsignale (S1 -S4) auszugeben, welche einem vom Drehwinkel der Umlenkrolle (20) abhängigen sinusförmigen Signalverlauf folgen. Verstelleinrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung (22) dazu eingerichtet ist, auf Grundlage von zumindest zwei Sensorsignalen (S1 -S4) eine Achskraft der Umlenkrolle (20) zu berechnen. Verstelleinrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung (22) dazu eingerichtet ist, den Signalverlauf der Sensorsignale (S1 -S4) zum Erfassen von Signalfehlem zu untersuchen und bei Erfassen eines Signalfehlers zu korrigieren. Windkraftanlage, mit zumindest einem Rotorblatt; und einer Verstelleinrichtung (10) zum Einstellen der Ausrichtung des zumindest einen Rotorblatts; dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist. Verfahren zum Ermitteln der Belastung eines Einstellriemens (14) einer riemenbetriebenen Verstelleinrichtung (10) zum Einstellen der Ausrichtung und/oder Position eines Anlagen- oder Maschinenteils (12), insbesondere einer Verstelleinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit dem Schritt 2. Adjusting device (10) according to claim 1, characterized in that the sensor arrangement (24) comprises one or more sensors (40, 44, 48, 52), preferably one sensor (40, 44, 48, 52), several or all Sensors (40, 44, 48, 52) of the sensor arrangement (24) are designed as force transducers. Adjusting device (10) according to claim 2, characterized in that a sensor (40, 44, 48, 52), several or all sensors (40, 44, 48, 52) of the sensor arrangement (24) one or more strain gauges (38a) connected to one another , 38b, 42a, 42b, 46a, 46b, 50a, 50b). Adjusting device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor arrangement (24) is set up to output sensor signals (S1 -S4) when the deflection roller (20) rotates caused by the adjusting belt (14), which are dependent on the angle of rotation Follow the sinusoidal signal curve dependent on the deflection roller (20). Adjusting device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic data processing device (22) is set up to calculate an axial force of the deflection roller (20) based on at least two sensor signals (S1 -S4). Adjusting device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic data processing device (22) is set up to examine the signal curve of the sensor signals (S1 -S4) to detect signal errors and to correct it when a signal error is detected. Wind turbine, with at least one rotor blade; and an adjusting device (10) for adjusting the alignment of the at least one rotor blade; characterized in that the adjusting device (10) is designed according to one of the preceding claims. Method for determining the load on an adjusting belt (14) of a belt-operated adjusting device (10) for adjusting the alignment and / or position of a system or machine part (12), in particular an adjusting device (10) according to one of claims 1 to 6, with the step
Verändern der Ausrichtung und/oder der Position des Anlagen- oder Maschinenteils (12) durch Bewegen des mit dem Anlagen- oder Maschinenteil (12) verbundenen Einstellriemens (14); gekennzeichnet durch den Schritt: Changing the orientation and/or position of the system or machine part (12) by moving the adjustment belt (14) connected to the system or machine part (12); characterized by the step:
Bereitstellen von Sensorsignalen (S1-S4) durch eine Sensoranordnung (24) einer mit dem Einstellriemen (14) in Kontakt stehenden Umlenkrolle (20), wobei die Sensorsignale (S1-S4) von der von dem Einstellriemen (14) ausgehenden mechanischen Belastung der Umlenkrolle (20) und der Drehwinkelstellung der Umlenkrolle (20) abhängig sind; wobei eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung (22) auf Grundlage der Sensorsignale (S1-S4) die Drehwinkelstellung der Umlenkrolle (20) und die Belastung des Einstellriemens (14) ermittelt und die ermittelte Belastung des Einstellriemens (14) auf Grundlage der ermittelten Drehwinkelstellung der Umlenkrolle (20) einem Riemensegment des Einstellriemens (14) zuordnet. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsignale (S1-S4) bei einer durch den Einstellriemen (14) verursachten Drehung der Umlenkrolle (20) einem vom Drehwinkel der Umlenkrolle (20) abhängigen sinusförmigen Signalverlauf folgen. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung (22) auf Grundlage von zumindest zwei Sensorsignalen (S1-S4) eine Achskraft der Umlenkrolle (20) berechnet. Providing sensor signals (S1-S4) by a sensor arrangement (24) of a deflection roller (20) in contact with the adjusting belt (14), the sensor signals (S1-S4) being dependent on the mechanical load on the deflection roller emanating from the adjusting belt (14). (20) and the rotational angle position of the deflection roller (20); wherein an electronic data processing device (22) determines the angular position of the deflection roller (20) and the load on the adjusting belt (14) based on the sensor signals (S1-S4) and the determined load on the adjusting belt (14) based on the determined angular position of the deflection roller (20 ) assigns a belt segment of the adjustment belt (14). Method according to claim 8, characterized in that the sensor signals (S1-S4) follow a sinusoidal signal curve which is dependent on the angle of rotation of the deflection roller (20) when the deflection roller (20) rotates due to the adjustment belt (14). Method according to claim 8 or 9, characterized in that the electronic data processing device (22) calculates an axial force of the deflection roller (20) based on at least two sensor signals (S1-S4).
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