Title:
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Position von Fehlstellen oder Schädigungen an Rotorblättern einer Windkraftanlage in eingebautem Zustand
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position von Fehlstellen oder Schädigungen an Rotorblättern (4) einer Windkraftanlage (1) in eingebautem Zustand, mit den Schritten:
a. ein Lokalisierungsinstrument (5) wird an dem Rotorblatt (4) entlanggeführt und die Fehlstelle oder Schädigung erfasst,
b. das Lokalisierungsinstrument (5) weist ein GPS-Modul (6) auf, über das die GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes (5) an der Fehlstelle oder Schädigung erfasst werden
c. die Position der untersuchten Windkraftanlage (1) wird über das GPS-Modul (6) erfasst
d. anhand der Positionsdaten der Windkraftanlage (1) wird die Nabenhöhe (n) der Windkraftanlage(1) aus einer Datenbank abgefragt die Entfernung (d) der Fehlstelle oder Schädigung des Rotorblattes (4) von der Nabe (34) wird aus der Differenz der GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes (6) und der Nabenhöhe (n) der Windkraftanlage in Abhängigkeit von der Rotorblattstellung in einer Auswerteeinrichtung (8) errechnet.




Inventors:
Aderhold, Jochen, Dr. Ing. (30974, Wennigsen, DE)
Lutz, Otto (97494, Bundorf, DE)
Application Number:
DE102015106366A
Publication Date:
10/27/2016
Filing Date:
04/24/2015
Assignee:
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 (DE)
Lutz, Otto, 97494 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102013103343A1N/A2014-10-09
DE102011017564A1N/A2012-10-31
DE102011051205A1N/A2011-12-29



Foreign References:
EP19307222008-06-11
WO2010051278A12010-05-06
EP25276492013-12-18
WO2005068834A12005-07-28
Attorney, Agent or Firm:
Gramm, Lins & Partner Patent- und Rechtsanwälte PartGmbB, 38122, Braunschweig, DE
Claims:
1. Verfahren zur Bestimmung der Position von Fehlstellen oder Schädigungen an Rotorblättern (4) einer Windkraftanlage (1) in eingebautem Zustand, mit den Schritten:
a. ein Lokalisierungsinstrument (5) wird an dem Rotorblatt (4) entlanggeführt und die Fehlstelle oder Schädigung erfasst,
b. das Lokalisierungsinstrument (5) weist ein GPS-Modul (6) auf, über das die GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes (5) an der Fehlstelle oder Schädigung erfasst werden
c. die Position der untersuchten Windkraftanlage (1) wird über das GPS-Modul (6) erfasst
d. anhand der Positionsdaten der Windkraftanlage (1) wird die Nabenhöhe (n) der Windkraftanlage (1) aus einer Datenbank abgefragt
e. die Entfernung (d) der Fehlstelle oder Schädigung des Rotorblattes (4) von der Nabe (34) wird aus der Differenz der GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes (6) und der Nabenhöhe (n) der Windkraftanlage in Abhängigkeit von der Rotorblattstellung in einer Auswerteeinrichtung (8) errechnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lokalisierungsinstrument (5) mit einer Kamera und/oder Sprachaufzeichungseinrichtung ausgestattet ist und die Fehlstellen oder Schädigungen fotografiert oder besprochen wird und die GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes (5) dem Foto oder der Sprachaufzeichnung zugeordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes (5) über ein differentielles Messsystem mit permanent installierten Referenzstationen (7) ermittelt werden.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenhöhe (n) der Windkraftanlage (1) aus einer zentralen Datenbank abgerufen wird.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Lokalisierungsinstrument (5) eine Thermographiekamera, ein Ultraschallsensor, ein Terahertz-Spektroskop und/oder ein Tomograph angeordnet ist.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung (d) der Fehlstelle oder Schädigung in dem Lokalisierungsinstrument (5) errechnet und darin gespeichert oder der Auswerteeinrichtung (8) übermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblatt (4) in einer senkrechten Stellung untersucht wird.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelstellung des Rotorblattes (4) zu einer definierten Bezugsrichtung vor der Untersuchung mit dem Lokalisierungsinstrument (5) der Auswerteeinrichtung (8) übermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Fehlstellenerkennung oder Schädigungserkennung erfolgt und die Entfernung (d) der Fehlstelle oder Schädigung von der Nabe (34) automatisch ermittelt und gespeichert wird.

10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lokalisierungsinstrument (5) in einem konstanten Abstand zu der Rotorblattoberfläche auf dem Rotorblatt (4) entlanggeführt wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lokalisierungsinstrument (5), das an einem eingebauten Rotorblatt (4) einer Windkraftanlage (1) entlangführbar ist, ein GPS-Modul (6) aufweist und mit einer Auswerteeinheit (8) verbunden ist, die Zugriff auf eine Datenbank mit Konstruktionsdaten der untersuchten Windkraftanlage (1) hat und aus der Differenz der GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes (5) und der Nabenhöhe (n) der Windkraftanlage (1) die Entfernung (d) einer Fehlstelle und/oder Schädigung des Rotorblattes (4) von der Nabe (34) errechnet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Lokalisierungsinstrument (5) eine Kamera, eine Thermographiekamera, eine Sprachaufzeichnungseinrichtung, ein Ultraschallsensor, ein Terahertz-Spektroskop und/oder ein Tomograph angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Lokalisierungsinstrument (5) ein Sender und/oder Speicher für die GPS-Daten angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Empfänger und eine Auswerteeinrichtung an dem Lokalisierungsinstrument (5) angeordnet ist.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position von Fehlstellen oder Schädigungen an Rotorblättern einer Windkraftanlage in eingebautem Zustand.

Rotorblätter von Windkraftanlagen sind hochbelastete Bauteile und müssen regelmäßig auf strukturelle Fehler oder Schädigungen hin untersucht werden. Falls Fehler oder Schädigungen gefunden werden, ist gegebenenfalls eine Reparatur durchzuführen. Inspektionsmaßnahmen und Reparaturmaßnahmen werden vorzugsweise direkt an der Windkraftanlage vorgenommen, was bedeutet, dass die Rotorblätter in eingebautem Zustand an der Windkraftanlage untersucht und repariert werden. Dies erspart die sehr aufwendige Demontage der Rotorblätter zu Untersuchungszwecken. Für die Untersuchung ebenso für die Reparatur sind verschiedene Zugangstechniken bekannt, insbesondere Hublifte, Arbeitsplatzformen und das Abseilen von Industriekletterern über die sogenannte Gondel und die Nabe an den Rotorblättern entlang.

Gängige Inspektionstechniken sind eine visuelle Inspektion sowie das Abklopfen mit einem Hammer. Bei allen Inspektionstechniken vor Ort ist es wichtig, die Position eines gefundenen Fehlers festzustellen und zu dokumentieren, um den Fehler für eine Reparatur wieder auffinden zu können. Als übliche Bezugsgröße hat sich der Abstand der Fehlstelle oder der Schädigung von dem Flansch des Rotorblattes etabliert. Eine Positionsbestimmung der Fehlstelle oder der Schädigung ist jedoch insbesondere beim Einsatz von Industriekletterern schwierig durchzuführen und mit großen Ungenauigkeiten und einer Vielzahl von Fehlermöglichkeiten überhaftet. Ein genaues, einfaches und fehlerfreies Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Fehlstellen oder Schädigungen sind daher wünschenswert.

Die DE 10 2011 051 205 A1 betrifft ein System und ein Verfahren zur Prüfung von Windkraftanlagen mit einem Prüfsystem, das entlang des Turmes der Windkraftanlagen mittels einer sogenannten Klettervorrichtung verfahren wird. An der Klettervorrichtung ist eine Prüfvorrichtung angeordnet, wobei die Prüfvorrichtung dafür konfiguriert ist, die Rotorblätter auf Anzeichen oder Schäden hin zu untersuchen. Die Prüfvorrichtung weist eine Lagebestimmungsapparatur auf, die in der Lage ist, die Position der Anzeichen oder Schäden zu ermitteln. Dazu wird die Information bezüglich der Position der Klettervorrichtung auf dem Turm in eine Information bezüglich der entsprechenden Lage des Anzeichens oder Schadens entlang der Länge des Rotorblattes umgewandelt. Es ist eine Messvorrichtung vorgesehen, die den Abstand zu der Nabe errechnet. Darüber hinaus kann die Lagebestimmungsapparatur über ein GPS-System die Position der Prüfvorrichtung bestimmen. Zusammen mit anderen Daten, wie zum Beispiel der Höhe des Turmes und der Länge des Rotorblattes, kann die Lage des Schadens entlang des Verlaufs des Rotorblattes errechnet werden.

Die EP 1 930 722 A1 betrifft ein Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen eines Werkstückes, insbesondere eines Rotorblattes einer Windkraftanlage, beispielsweise über optische Verfahren oder Ultraschallsonden. Das Testverfahren kann manuell oder mit einem Werkzeug durchgeführt werden, wobei die Testanordnung eine Testsonde umfasst, die mit einem Transponder für ein Positioniersystem ausgestattet ist. Ebenso kann ein GPS, insbesondere in differentielles GPS eingesetzt werden. Die exakte Größe und Form des Rotorblattes wird entweder lokal erfasst oder ist durch den Hersteller bekannt. Die Position der Messsonde wird über ein Triangulationsverfahren oder die GPS-Bestimmung durchgeführt.

Die DE 10 2011 017 564 A1 betrifft ein Verfahren und ein System zum Überprüfen einer Oberfläche auf Materialfehler mit einem Fluggerät, das entlang einer Oberfläche eines Rotorblattes entlang fliegt und über eine Kamera Fehlstellen an der Oberfläche erfassen kann. Das Fluggerät ist mit einem Positionssensor und einer Prüfeinrichtung versehen, wobei zur Positionsmessung auch GPS-Sensoren verwendet werden können.

Die WO 2010/051278 A1 betrifft ein Verfahren zur Inspektion von Rotorblättern an Windkraftanlagen mit einem Fluggerät, bei dem das Fluggerät die Position relativ zu dem Rotorblatt über GPS-Signale festlegen kann.

Die EP 2 527 649 B1 betrifft ein Verfahren zur Prüfung von Komponenten eines Windrades, das mittels unbemannter Flugobjekte ausgeführt wird, wobei GPS-Daten für die Fernsteuerung verwendet werden.

Die WO 2005/068834 A1 betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Betriebes von Windkraftanlagen, bei dem GPS-Empfänger an Rotorblättern befestigt sind. Über die Empfänger wird mittels GPS die jeweilige Position der Rotorblätter ermittelt, um den Betrieb steuern zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der es möglich ist, Schäden an Rotorblättern im eingebauten Zustand einfach und präzise zu verorten, so dass die Fehler oder Schädigungen präzise wieder auffindbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruches und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie in der Figur offenbart.

Das Verfahren zur Bestimmung der Position von Fehlstellen oder Schädigungen an Rotorblättern einer Windkraftanlage im eingebauten Zustand sieht vor, dass ein Lokalisierungsinstrument an dem Rotorblatt entlang geführt wird und die Fehlstelle oder Schädigung erfasst, wobei das Lokalisierungsinstrument ein GPS-Modul aufweist, über das die GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes an der Fehlstelle oder der Schädigung erfasst werden, ebenfalls wird die Position der untersuchten Windkraftanlage über das GPS-Modul erfasst und anhand der Positionsdaten der Windkraftanlage wird die Nabenhöhe der Windkraftanlage aus einer Datenbank abgefragt, anschließend wird die Entfernung der Fehlstelle oder Schädigung des Rotorblattes von der Nabe aus der Differenz der GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes und der Nabenhöhe der Windkraftanlage in Abhängigkeit von der Rotorblattstellung in einer Auswerteeinrichtung errechnet. Das an dem Rotorblatt entlang geführte Lokalisierungsinstrument kann die Fehlstelle oder Schädigung automatisch erfassen, alternativ wird das Lokalisierungsinstrument manuell an dem Rotorblatt entlang geführt und von einer untersuchenden Person aktiviert. Anhand der GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes an der Fehlstelle ist es möglich, auf die Position der untersuchten Windkraftanlage rückzuschließen. Die notwendigen Informationen von Windkraftanlagen sind in einer Datenbank gespeichert, beispielsweise in einem Liegenschaftskataster, in dem die benötigten Informationen zu den Windkraftanlagen ggf. zusammen mit ihren konstruktiven Daten anhand der Positionsdaten abgefragt werden können. Neben einer Abfrage aus einer zentralen Datenbank ist es möglich, dass die Daten der Windkraftanlagen in dem Lokalisierungsinstrument oder einer separaten externen Datenbank gespeichert sind und anhand des Typs der Windkraftanlage die Konstruktionsmerkmale wie die Nabenhöhe über Grund oder über Normalnull abgefragt werden können. Die Position der Fehlstelle oder Schädigung des Rotorblattes wird dann aus der Differenz der GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes und der Nabenhöhe der Windkraftanlage in Abhängigkeit von der Rotorblattstellung in einer Auswerteeinrichtung errechnet. Die Rotorblattstellung wird entweder automatisch über die Steuerung der Windkraftanlage erfasst oder kann vor oder während der Untersuchung als einzugebender Parameter eingegeben werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Lokalisierungsinstrument mit einer Kamera und/oder Sprachaufzeichnungseinrichtung ausgestattet ist und die Fehlstellen oder Schädigungen fotografiert und/oder kommentiert werden, wobei die GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes dem jeweiligen Foto oder der Sprachaufzeichnung zugeordnet werden, vorzugsweise automatisch zugeordnet werden. Dazu ist es vorgesehen, dass das Lokalisierungsinstrument eine Kamera, insbesondere eine Digitalkamera sowie ein Modul zur Sprachaufzeichnung enthält, das vorzugsweise drahtlos mit einem Mikrophon, beispielsweise einem Kehlkopfmikrophon, verbunden ist, das die untersuchende Person trägt. Die untersuchende Person kann aufgefundene Fehler durch Fotos mit der Kamera sowie durch gesprochene Kommentare dokumentieren. Alle Fotos und Sprachaufzeichnungen werden automatisch oder auf Befehl der untersuchenden Person hin mit der Position im Augenblick der Aufnahme gekennzeichnet und den jeweiligen GPS-Daten zugeordnet, so dass eine Fotodokumentation zusammen mit einer Sprachbewertung der Fehler der Fehlstellen oder Schädigungen vorliegt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes über ein differentielles Messsystem mit permanent installierten Referenzstationen ermittelt, wodurch eine Positionsbestimmung des Lokalisierungsinstrumentes mit einer sehr hohen Genauigkeit erreicht werden kann, ohne dass die Notwendigkeit besteht, einen separaten, eigenen Lagesender zu installieren und einzurichten, was die praktische Durchführung der Messung wesentlich erleichtert. Das Lokalisierungsinstrument ermittelt den genauen Standort der Windkraftanlage. Für das differentielle Messsystem auf GPS-Basis werden mehrere zusätzliche Lagesender und zumindest ein Empfänger benötigt, wodurch es möglich wird, durch eine Verrechnung der jeweiligen Signale die Position des Empfängers, der beispielsweise im Lokalisierungsinstrument untergebracht ist, relativ zu dem Lagesender oder den Lagesendern auf einige Zentimeter genau bestimmt werden kann.

Die Nabenhöhe der Windkraftanlage kann aus einer zentralen Datenbank abgerufen werden, in der die Anlagengeometrie und insbesondere die Nabenhöhe der Windkraftanlage verzeichnet sind. Das Abrufen der Daten hinsichtlich der Nabenhöhe der untersuchten Windkraftanlage auf der Basis der GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes erhöht den Automatisierungsgrad und dadurch die Sicherheit gegen Fehlbedienungen oder Falscheingaben.

An dem Lokalisierungsinstrument können eine Thermographiekamera, ein Ultraschallsensor, ein Terahertz-Spektroskop und/oder ein Tomograph angeordnet sein, um eine geeignete Untersuchung des Rotorblattes vorzunehmen. Die Untersuchung kann rein optisch auf Basis einer Thermographieuntersuchung, einer Ultraschalluntersuchung, einer Terahertz-Spektroskopie oder einer Tomographie, beispielsweise eine Computertomographie, ausgeführt werden. Bevorzugt werden nur solche Untersuchungseinrichtungen in dem Lokalisierungsinstrument verwendet, die eine Handhabbarkeit und eine Handführbarkeit des Lokalisierungsinstrumentes entlang der Rotorblattoberfläche ermöglichen.

Der Abstand der Fehlstelle oder der Schädigung kann in dem Lokalisierungsinstrument errechnet und darin gespeichert oder aber einer Auswerteeinrichtung übermittelt werden, in der die Position der Fehlstelle oder Schädigung relativ zu der Nabe, also der Abstand der Fehlstelle von dem Nabenflansch, errechnet wird, beispielsweise durch Vektoraddition.

Eine Vereinfachung der Berechnung ergibt sich, wenn das Rotorblatt in einer senkrechten Stellung untersucht wird, also in einer Stellung, in der das untersuchte Rotorblatt parallel zur Schwerkraftrichtung oder zu dem in der Regel senkrecht orientierten Masten der Windkraftanlage ausgerichtet ist. Sofern eine davon abweichende Winkelstellung bei der Messung vorliegt, kann der notwendige Korrekturfaktor über eine Winkelfunktion errechnet werden.

Die Winkelstellung des Rotorblattes kann zu einer definierten Bezugsrichtung, insbesondere zu der Vertikalen, vor der Untersuchung mit dem Lokalisierungsinstrument der Auswerteeinrichtung übermittelt werden. Die Winkelstellung kann über eine Bildauswertung automatisch erfolgen, wenn eine Fotografie von der Stellung des untersuchten Rotorblattes gemacht worden ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine automatische Fehlstellenerkennung oder Schädigungserkennung erfolgt und die Entfernung der Fehlstelle oder Schädigung von der Nabe automatisch ermittelt und gespeichert wird. Dies kann beispielsweise durch einen Vergleich der aufgenommenen Rotorblattoberfläche mittels Kamera, Thermographiekamera, Ultraschallsensor oder einer anderen Untersuchungseinrichtung und einem vorgegebenen Erscheinungsbild oder einer Vorgabe erfolgen. Werden optisch sichtbare Risse detektiert, kann diese eine automatische Speicherung der zugehörigen GPS-Daten zu der detektierten Fehlstelle auslösen, analog hierzu wird die Position einer thermografischen Unstetigkeit oder einer Abweichung im Schallübertragungsverhalten automatisch erfasst und als Fehlstelle detektiert und mit der jeweiligen GPS-Information gekoppelt, aus der dann wiederum die Entfernung der Fehlstelle oder Schädigung von der Nabe ermittelt und gespeichert wird.

Vorteilhafterweise wird das Lokalisierungsinstrument in einem konstanten Abstand zu der Rotoroberfläche auf dem Rotorblatt entlang geführt, um reproduzierbare Ergebnisse und vergleiche mit Messwertvorgaben oder Vergleichsdaten zu ermöglichen oder um Zuordnungsfehler aufgrund von Krümmungsradien oder Parallaxefehlern zu vermeiden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens sieht vor, dass ein Lokalisierungsinstrument, das an einem eingebauten Rotorblatt einer Windkraftanlage entlang verfahrbar ist, ein GPS-Modul aufweist und mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, die Zugriff auf eine Datenbank mit Konstruktionsdaten der untersuchten Windkraftanlage hat, wobei aus der Differenz der GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes und der Nabenhöhe der Windkraftanlage die Entfernung oder der Abstand einer Fehlstelle oder Schädigung von der Nabe errechnet wird. Die Auswerteeinheit kann über eine drahtlose Verbindung mit dem Lokalisierungsinstrument verbunden sein, alternativ dazu kann die Auswerteeinheit in dem Lokalisierungsinstrument, das als freihändig entlangführbares Instrument ausgebildet sein kann, integriert sein, wobei nach Errechnung des Abstandes der Fehlstelle oder Schädigung von der Nabe dieser Wert in dem Lokalisierungsinstrument gespeichert oder aber einer dezentralen Auswerteeinrichtung drahtlos übermittelt wird.

An dem Lokalisierungsinstrument kann eine Kamera, eine Thermographiekamera, eine Aufzeichnungseinrichtung, ein Ultraschallsensor, ein Terahertz-Spektroskop und/oder ein Tomograph angeordnet sein, um das Rotorblatt durch optische, thermografische, Ultraschall basierte, Terahertz basierte oder tomographische Untersuchungen überprüfen zu können. Über die Sprachaufzeichnungseinrichtung ist es möglich, dass die untersuchende Person Kommentare zu der Schadstelle abgibt und hinzufügt, so dass eine verbesserte Wiederauffindbarkeit gewährleistet ist. Über die Sprachkommentare ist es möglich, die Qualität der Reparatur zu verbessern, ohne dass die untersuchende Person der Reparatur anwesend sein muss.

An dem Lokalisierungsinstrument kann ein Sender und/oder Speicher für die GPS-Daten angeordnet sein, in dem Speicher können auch die errechneten Abstände der jeweiligen Fehlstellen von der Nabe abgelegt werden.

In dem Lokalisierungsinstrument können ein Empfänger und eine Auswerteeinrichtung angeordnet sein, um extern gespeicherte Daten aufgrund einer Datenbankabfrage, die auf der Grundlage der vorhandenen GPS-Daten durchgeführt wird, empfangen und auswerten zu können. Insbesondere werden die Daten der Windkraftanlage auf der Grundlage der vorhanden GPS-Daten aus einem Liegenschaftskataster der Windkraftanlagen abgefragt, zusammen mit den Typen oder Anlagegeometrien wird die Nabenhöhe über Normalnull oder einer anderen Bezugshöhe ermittelt, und auf Grundlage dieser Daten kann dann eine zentimetergenaue Verortung der Fehlstellung oder Schädigungen erfolgen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Windkraftanlage 1 mit einem Turm 2, an dessen oberen Ende eine sogenannte Gondel 3 angeordnet ist. In der Gondel 3 befindet sich in der Regel ein Generator, über den Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. An der Gondel 3 ist ein Rotor mit mehreren Rotorblättern 4 drehbar gelagert, die Rotorblätter 4 sind an einer Nabe 34 befestigt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Rotorblätter 4 an der Nabe 34 befestigt, die Nabe 34 liegt im Zentrum der Rotorblätter 4. Im Betrieb der Windkraftanlage 1 kann es zu Schädigungen an den Rotorblättern 4 kommen. Um die Windkraftanlage 1 für Untersuchungen nicht demontieren zu müssen, wird ein Lokalisierungsinstrument 5 im eingebauten Zustand des Rotorblattes 4 an diesem entlanggeführt. Die kann geschehen, indem das Lokalisierungsinstrument 5 beispielsweise auf einem Wagen oder einer Gleitvorrichtung entlang dem Rotorblatt 4 von der Nabe 34 aus herabgeführt wird, wenn sich zu untersuchende Rotorblatt in einer senkrechten Position befindet, also in einer Stellung, in der die Längserstreckung des Rotorblattes 4 in Gravitationsrichtung orientiert ist. Das Lokalisierungsinstrument 5 kann auch von der Spitze des Rotorblattes 4 in Richtung auch die Nabe 34 verfahren werden. Ebenfalls ist es vorgesehen, dass das Lokalisierungsinstrument 5 beispielsweise von einem Industriekletterer an der Rotorblattoberfläche entlanggeführt wird, ebenso ist es möglich, dass eine Vorrichtung an dem jeweiligen Rotorblatt 4 befestigt wird, mit der das Lokalisierungsinstrument 5 ferngesteuert oder automatisch ohne direkte Handhabung über einen Mechaniker in Längserstreckung über das Rotorblatt 4 verfahren wird. Das Lokalisierungsinstrument 5 kann von einer Arbeitsbühne aus an dem Rotorblatt 4 entlanggeführt werden.

An dem Lokalisierungsinstrument 5 ist ein GPS-Modul 6 angeordnet, über das die jeweiligen Positionsdaten oder GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes 5 permanent oder auf Auslösung oder Anforderung hin erfasst werden. Die Positionsdaten des Lokalisierungsinstrumentes 5, die an einer Fehlstelle oder Schädigung des Rotorblattes 4 anliegen, werden von dem Lokalisierungsinstrument 5 erfasst und entweder automatisch oder von einer Bedienperson der jeweiligen Fehlstelle zugeordnet und entweder von dem Lokalisierungsinstrument 5 selbst ausgewertet oder aber einer Auswerteeinrichtung 8 übermittelt. Die Fehlstelle oder Schädigung als solche kann ebenfalls automatisch detektiert werden, beispielsweise über eine automatische Bildauswertung. Die Auswerteeinrichtung 8 kann sich in unmittelbarer Nähe des Lokalisierungsinstrumentes 5, beispielsweise auf einer Arbeitsbühne, im Bereich der Gondel 3, des Turmes 2 oder am Boden in der Nähe der Windkraftanlage 1 befinden. Die GPS-Daten werden dann entweder per Datenleitung oder drahtlos, beispielsweise über ein Funksignal, der Auswerteeinrichtung 8 übermittelt. In einer Variante der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung 8 in einer Zentralstelle positioniert, so dass eine zentrale Auswertung der jeweiligen Ortsdaten und gegebenenfalls auch Schadensbilder erfolgen kann. Die Datenübermittlung erfolgt dann per Funk oder mit einer anderen Art und Weise der drahtlosen Datenübermittlung.

Das Lokalisierungsinstrument 5 kann mit Schadendetektionseinrichtungen ausgestattet sein, beispielsweise mit einer Kamera, einer Thermographiekamera, einer Sprachaufzeichnungseinrichtung, einem Ultraschallsensor, einem Terahertz-Spektroskop oder einem Tomographen oder einer anderen Detektionseinrichtung. Über die Sprachaufzeichnungseinrichtung kann bei der Nutzung des Lokalisierungsinstrumentes durch eine Person zusammen mit den gegebenenfalls aufgenommenen Bildern eine Wertung der untersuchenden Person hinzugefügt werden, so dass sich sowohl das Schadensbild als auch die Position der Fehlstelle oder Schädigung detaillierter beschreiben lässt.

Zur Bestimmung der Position der jeweiligen Schädigung an dem untersuchten Rotorblatt wird anhand der GPS-Daten des Lokalisierungsinstrumentes 5 durch eine Datenbankabfrage in einem Windkraftanlagenkataster zunächst die Windkraftanlage 1 identifiziert. Ausgehend von einem Koordinatenursprung 7, der die Basis oder Referenzstation für das Verfahren und die Vorrichtung zur Bestimmung der Position der Fehlstellen oder Schädigungen an einem Rotorblatt 4 ist, wird zunächst die Position des Turmmittelpunktes t aus einer Datenbank, beispielsweise dem Windkraftanlagenkataster der untersuchten Windkraftanlage 1 zugeordnet und der Positionsvektor t errechnet. Die Nabenhöhe n ist ebenfalls bekannt aus technischen Datenblättern und der Datenbank, ebenso der Abstand g von dem Turmmittelpunkt zu der Nabe 34, so dass ein Vektorzug aus dem Vektor zwischen dem Koordinatenursprung oder der Referenzstation 7 und dem Turmmittelpunkt t, der Nabenhöhe n und dem Abstand von dem Turmmittelpunkt t auf Höhe der Nabe 34 zu der Nabe 34 bekannt ist.

Aus den Positionsdaten des GPS-Moduls 6 lässt sich der Schadensvektor v zwischen dem Koordinatenursprung 7 und dem Lokalisierungsinstrument 5 errechnen, so dass sich die Entfernung d als Entfernungsvektor d aus der Addition des

Positionsvektors t zwischen dem Koordinatenursprung oder der Referenzstation 7 und dem Turmmittelpunkt t, dem Nabenhöhenvektor n und dem Nabenabstandsvektor g und der Subtraktion mit dem Schadensvektor v des GPS-Moduls 6 errechnen lässt. Die Formel hierfür lautet: d = t + n + gv.

Die Position der Fehlstelle oder Schädigung als Abstand oder Entfernung d von der Nabe 34 zu der Schadstelle ermöglicht ein leichtes Auffinden oder Wiederauffinden der Fehlstelle oder Schädigung an dem Rotorblatt 4, sofern dies für einer Wartung oder Reparatur ausgebaut werden muss. Der Ausbau und die Reparatur kann gegebenenfalls erst im Rahmen einer turnusmäßigen Wartung erfolgen, wenn die Schädigung oder Fehlstelle nicht so schwerwiegend ist, dass sie sofort ausgebessert werden muss. Die Wiederauffindbarkeit der Schädigung oder Fehlstelle ist erleichtert und es können bei nachfolgenden Untersuchungen Vergleiche zum gegebenenfalls vorhandenen Schadensfortschritt angestellt und ein Schadenslogbuch erstellt werden. Weicht die Stellung des Rotorblattes 4 von der Senkrechten ab, muss über die Kreisfunktion ein Korrekturfaktor eingerechnet werden. In der waagerechten Position des Rotorblattes 4 ist eine Bestimmung der Position der Fehlstelle oder Schädigung auf dem Rotortblatt 4 nicht möglich, je weiter die Längserstreckung der Rotorblattachse sich der Waagerechten annähert, desto geringer ist die Auflösung bzw. desto ungenauer ist die Bestimmung der Position.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102011051205 A1 [0004]
  • EP 1930722 A1 [0005]
  • DE 102011017564 A1 [0006]
  • WO 2010/051278 A1 [0007]
  • EP 2527649 B1 [0008]
  • WO 2005/068834 A1 [0009]