DE10065314A1

DE10065314A1 - Verfahren und Einrichtung zur Überwachung des Zustandes von Rotorblättern an Windkraftanlagen

Info

Publication number: DE10065314A1
Application number: DE10065314A
Authority: DE
Inventors: Peter Vokmer
Original assignee: IGUS INGENIEURGEMEINSCHAFT UMW
Current assignee: Weidmueller Monitoring Systems GmbH
Priority date: 2000-12-30
Filing date: 2000-12-30
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2020-12-31
Also published as: DE10065314B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung des Zustandes von Rotorblättern an Windkraftanlagen mit Hilfe von an und/oder in den Rotorblättern befindlichen Sensoren, wobei die windkraftgetriebenen Rotorblätter über eine Welle mit einem Generator zur Stromerzeugung in Verbindung stehen. DOLLAR A Die Aufgabe besteht darin, dass auftretende Schadstellen an der Oberfläche und innerhalb von Rotorblättern bereits im Moment ihrer Entstehung signaltechnisch erkannt, bewertet und zumindest durch ergänzende Einheiten angezeigt werden und Einfluss auf den Anlagenbetrieb genommen wird. DOLLAR A Die Lösung besteht darin, dass am Rotorblatt (1, 2, 3) Resonanz- und Eigenfrequenzen, Durchlauf- und Reflexions-Signalspektren nach Sendung von Erregersignalen oder aus einer Eigenerregung sowie Betriebseigengeräusche gemessen werden, wobei die empfangenen und die daraus transformierten Signal-Spektren hinsichtlich ihrer einzelnen Frequenz und Amplituden aber auch von Gesamtheiten bewertet werden, wobei auf der Grundlage von Modellrechnungen und durch akustische Messungen von unbeschädigten und von geschädigten Rotorblättern bestimmte Frequenz- und Amplituden-Spektren und/oder Spektrenformen/-Banden erhalten werden, die diesen Zuständen zugeordnet werden, wobei Spektrenbibliotheken auf Massendatenspeicher aus den Spektren mit der Zuordnung von lokalisiertem Schadenszustand aufgebaut werden und wobei die empfangenen Ist-Frequenz- und Ampliduten-Spektren und/oder ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung des Zustandes von Rotorblättern an Wind kraftanlagen mit Hilfe von an und/oder in den Rotorblättern befindlichen Sensoren, wobei die windkraftgetriebenen Rotor blätter über eine Welle mit einem in der Windkraftanlage be findlichen Generator zur Stromerzeugung in Verbindung ste hen.

Die Rotorblätter sind eine hochbelastete Komponente, deren Ausdehnung in Länge und Breite in den vergangenen Jahren ständig zugenommen hat. Zur Zeit beträgt ihre Länge bis zu 40 m und an den Spitzen treten hohe Geschwindigkeiten auf. Die Rotorblätter müssen Fliehkräften, Windströmungen, Turbu lenzen bei unterschiedlichsten Witterungsbedingungen im Dau erbetrieb standhalten.

Für das wirtschaftliche Betreiben einer Windkraftanlage ist eine lange Lebensdauer der Rotorblätter entscheidend. Der zeit wird eine Lebensdauer von ca. 20 Jahren angegeben. Das Problem besteht darin, dass zur Erreichung dieser Lebensdau er häufige regelmäßige Kontrollen vor Ort durch visuelles Betrachten, z. B. von Krananlagen aus, notwendig ist. Repara turen fallen immer erst dann an, wenn der Schaden visuell zu erkennen ist. Zum Teil sind die Reparaturen sehr aufwendig. Damit fällt die Windkraftanlage in ihrer Stromerzeugung wäh rend des Stillstandes aus.

Ein Problem besteht darin, dass Mikrorisse und Materialver änderungen vorzugsweise innerhalb des Rotorblattmaterials, die die mechanischen Eigenschaften und Spannungsverhältnisse schon wesentlich verändern können, bei den visuellen Inspek tionen nicht erfasst werden.

Eine Vorrichtung zur Erfassung von Belastungen der Rotor blätter einer Windkraftanlage ist aus der Druckschrift 198 47 982 A1 bekannt, in der im Wurzelbereich der Rotorblätter mindestens ein Linearelement angebracht ist, das Belastungs spitzen aufgrund von Schwingungen oder sonstigen Überlastun gen des Rotorblattes als ganzes am Rotorblattfuß erfasst, indem die relative Lage zweier Orte, z. B. die Lage eines Ro torblattes in Bezug zur Welle oder die Lage zweier Rotor blätter zueinander durch ein Linearelement und einen dessen Verlagerung erfassenden Positionssensor bestimmt wird. Das Linearelelement erfasst Dehnungen, so dass bestimmte Überlast-Zustände selektiv erfasst werden können.

Das Problem der bekannten Vorrichtung besteht darin, dass die Belastungen des als ganze Einheit betrachteten Rotor blattes mit einer mechanischen Vorrichtung - dem Linearele ment - im Bereich des Rotorblattfußes gemessen werden. Damit kann nur die Feststellung getroffen werden, ob das Rotor blatt im Bereich des Rotorblattfuß geschädigt wurde. Über den inneren Zustand des Rotorblattes kann aber keine Aussage getroffen werden. Es kann auch nicht der Bereich eines feh lerhaften Zustandes im gesamten Rotorblatt, insbesondere eine dort vorhandene Schadstelle eingegrenzt werden, um dort Reparatur-Maßnahmen im und/oder am Material oder im Bereich der Trage- oder Haltekonstruktion für die Erreichung einer längeren Lebensdauer durchführen zu können. Auch können ge nerell punktuelle Schäden am Rotorblatt nicht erkannt wer den, die eine Abschaltung der Anlage erforderlich machen würden.

Ein Verfahren zur Bestimmung des technischen Zustandes von Rotorblättern einer Windkraftanlage ist aus der Druckschrift DE 195 34 404 A1 bekannt, in der ein in einem Rechner arbei tendes Modell der Windkraftanlage die theoretischen Werte für Drehzahl und Drehbeschleunigung der Rotorblätter als Zeitfunktion ihres Umlaufes um die Drehachse liefert und dass diese mit den entsprechenden Messwerten der Windkraft anlage im Betrieb verglichen wird. Auch hier geht es um eine Überwachung der Rotorblätter als Ganzes, inwieweit die Bela stungen am Rotorblatt die Auslegungswerte erreicht oder überschreitet. Materialfehler, die während das Betriebs ent stehen, werden nicht berücksichtigt. Es wird von den Aus gangswerten ausgegangen.

Darüber hinaus ist aus der Druckschrift DE 42 40 600 C1 im Unterschied zum Verfahren an windkraftgetriebenen, bewegten Rotorblättern ein Verfahren zum Erkennen und Bewerten von Strukturschäden an motor- oder düsenstrahlgetriebenen Flug zeugen, für den Rumpf und den mit ihm verbundenen starren Tragflächen bekannt, bei dem ein Generator für Erregersigna le, nämlich Sinus- oder Rauschsignale, verwendet wird, bei dem Schwingungen messende Sensoren am Flugzeug angebracht sind, bei dem mit den genannten Erregersignalen Schwingungen in der Flugzeugstruktur angeregt und die resultierenden Schwingungen durch die Sensoren gemessen werden, bei dem die genannten Erregersignale und die von den Sensoren gemessenen Signale in digitalisierter Form an einen Prozessor übergeben werden, bei dem im Prozessor Transferfunktionen als Quotient aus Sensorsignalen und Erregersignalen gebildet werden, wo bei die gemessenen Transferfunktionen durch mathematische Funktionen approximiert werden und bei dem eine Modal- Analyse der Sensorsignale der Flugzeugstruktur vorgenommen wird.

Zur Durchführung des bekannten Verfahrens sollen Gleitsinussignale konstanter Amplitude bzw. Rauschsignale verwendet werden, ein Finite-Elemente-Modell der Flug zeugstruktur aufgestellt werden, mit dem die Schwingungsfor men der Struktur berechnet werden und als Referenz- Schwingungsformen dienen, die aus der Modal-Analyse gewonne nen Schwingungsformen mit den zugehörigen Referenz- Schwingungen verglichen und Abweichungen ermittelt werden, beim neuen Flugzeug bei Abweichungen das Finite-Elemente- Modell angepasst, aber beim gebrauchten Flugzeug aus den Ab weichungen gegenüber dem Finite-Elemente-Modell des Aus gangszustands Strukturschäden lokalisiert werden, die loka lisierten Schäden ins Finite-Elemente-Modell übernommen wer den, die Festigkeit schadensbehafteter Teile mit dem Finite- Elemente-Modell berechnet und als Restfestigkeit des Flug zeugs angesetzt werden.

Ein Problem besteht darin, dass bei georteten Strukturschä den dem Piloten Belastungskennwerte der Tragflächen bei Kur venflügen, beim Start und bei der Landung oder bei Flugmanö vern vorgegeben werden, bei deren Überschreitung oftmals nicht eine Korrektur oder sofortige Landung ausgeführt wer den kann. Auch werden die Veränderungen, die während das Fluges eintreten, nicht sofort signalisiert, sondern frühe stens erst nach der Landung. Das kann aber dann schon zu spät sein für eine Korrektur des Flugverhaltens.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Erregung mit den Gleitsinussignalen konstanter Amplitude bzw. Rauschsi gnalen mit flugzeugeigenen hydraulisch oder elektrisch ange triebenen Ruderstellmotoren von den Steuerflächen aus vorge nommen werden soll.

Als Sensoren für die Signalgewinnung werden Beschleunigungs messer oder Dehnungsmessstreifen verwendet. Die Sensoren können sowohl in die Tragflächen als auch in den Flugzeug rumpf eingebaut sein. Die den Strukturschäden zugehörigen Abweichungen werden beim Vergleich der Eigenschwingungsfor men mit den Referenzschwingungsformen aus unterschiedlichen Amplitudenhöhen ermittelt.

Ein Problem besteht auch darin, dass mit der verwendeten Mo dal-Analyse keine kontinuierliche Überwachung durchgeführt werden kann, da die Testverfahren nur am Boden und dort am stillstehenden Flugzeug vor und nach dem Flug durchgeführt werden.

In einer anderen Druckschrift DE 43 18 016 A1 ist ein Ver fahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen und Reduzieren von auf Rümpfen von Flugzeugen und Helicoptern während des Flu ges einwirkenden Erschütterungen bekannt, bei der an bestimmten Stellen krafterzeugende Betätigervorrichtungen an gebracht sind, um am Flugkörper auftretende Schäden verursa chenden Vibrationen derart entgegenzuwirken, dass die schä digenden Vibrationen abgeschwächt werden. Die Betätigervor richtung besteht aus einer Vielzahl von Betätigern eines ak tiven Vibrationssteuersystems.

Das Verfahren ist für die Windkraftanlagen nicht geeignet, da die Windkraftanlage auslegungsseitig schwingungs- und er schütterungsfrei laufen muss, sonst sind das Abfahren der Windkraftanlage und grundsätzliche Änderungen an der Anlage erforderlich, bis die Schwingungen und Erschütterungen abge stellt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung des Zustandes von Rotor blättern an Windkraftanlagen anzugeben, die derart geeignet ausgebildet ist, dass auftretende Schadstellen an der Ober fläche und innerhalb des Körpermaterials von Rotorblättern bereits im Moment ihrer Entstehung während des durch äußere Einflüsse - insbesondere Wind - belasteten Bewe gens/Rotierens sowie durch Materialveränderungen und - alterungen signaltechnisch erkannt, bewertet und zumindest durch ergänzende Einheiten angezeigt werden und direkt Ein fluß auf den Anlagenbetrieb - bis hin zu Abschaltung ge nommen wird.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Das Verfahren zur Überwachung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 basiert auf der Anwendung von Eigen frequenzen und Körperschall sowie Schall-Lauf- und - Reflexionsverhalten, wobei Resonanz- und Eigenfrequenzen, Durchlauf- und Reflexions-Signalspektren nach Sendung von Erregersignalen oder aus einer Eigenerregung bei Anlagenbe trieb sowie Betriebseigengeräusche gemessen werden, wobei die empfangenen und die daraus durch Transformation gewonne nen Signal-Spektren hinsichtlich ihrer einzelnen speziellen Frequenz und Amplituden aber auch hinsichtlich von Gesamt heiten bewertet werden, wobei auf der Grundlage von Modell rechnungen und durch akustische Messungen von unbeschädigten und von geschädigten Rotorblättern bestimmte Frequenz- und Amplituden-Spektren und/oder Spektrenformen/-Banden erhalten werden, die diesen Zuständen zugeordnet werden, wobei Spek trenbibliotheken auf Massendatenspeicher aus den Spektren mit der Zuordnung von Schadenszustand und Schadenslokalisa tion und weiteren Informationen aufgebaut werden, wobei die empfangenen Ist-Frequenz- und Amplituden-Spektren und/oder Ist-Spektrenformen/-Banden mit den in der Spektrenbibliothek abgelegten Spektren verglichen und die dazu korrespondieren den Zustände ermittelt werden, die bei Abweichungen vom Nor malzustand bestimmten Schadzuständen und bestimmten Schad stellen im Material der Rotorblätter zugeordnet werden.

Nach der Übertragung von der rotierenden Welle werden die Messsignale in einer Auswerte-Einheit analysiert, indem aus dem empfangenen Eigen-Signalspektrum oder aus den in Korre lation mit den über die Aktoren eingespeisten Signalen mit den Sensoren empfangenen Spektren die relevanten Frequenzen und Amplituden des Zeitspektrums oder eines transformierten, vorzugsweise fouriertransformierten, Spektrums herausgefil tert werden, die signifikant für die Zustandsbewertung sind.

Die Mess- und Erregersignale von und zu den Rotorblättern werden über eine Signal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit von der Welle zum Stator und umgekehrt geführt, und dabei eine Signalübertragungs-Vorverarbeitungseinheit (Encoder und Sender) sowie eine Signalübertragungs- Nachverarbeitungseinheit (Empfänger und Decoder) verwendet werden.

Aus dem jeweiligen Vergleich zwischen den empfangenen Ist- Frequenz- und Amplituden-Spektren und/oder Ist- Spektrenformen/-Banden und den in der Spektrenbibliothek ab gelegten Spektren können kurzfristige sowie mittel- und langfristige Maßnahmen zum Betrieb der Windkraftanlage und zur Reparatur und Wartung der Rotorblätter abgeleitet wer den.

An den Leitrechner können die Zustands-Informationen über eine Informationsschnittstelle, vorzugweise ein serielles Interface, übermittelt werden, in dem automatisch der Anla genbetrieb bis hin zur Schnellabschaltung beeinflusst wird und der Anlagenüberwachung Maßnahmen zur Reaktionsweise auf Schadzustände und Informationen zur Einleitung von dring lichkeitsabhängigen Maßnahmen mitgeteilt werden.

Die Zustands-Überwachung der Rotorblätter kann auch während und nach der Produktion sowie nach dem Tansport und während der Montage im Bereich der Windkraftanlage durchgeführt wer den.

Im Folgenden wird das Verfahren erläutert.

Der Messzyklus wird in einem Modul zur Messprozesssteuerung ausgelöst und kann mit der Ausgabe eines Erregersignals an den Aktor über die Erregersignal-/Hilfsenergie- Übertragungseinheit beginnen, wobei gleichzeitig das Tor der programmierbaren Empfangseinheit für den vorgegebenen Mess zeitraum geöffnet und ein Messsignal vom Sensor empfangen sowie als zeitbezogenes Frequenz-Amplituden-Signal digital im Hauptspeicher der zentralen Recheneinheit in einer vorge gebenen Auflösung abgelegt wird.

Das Modul zur Messprozesssteuerung, das für die Bildung der Erregersignale und Empfangssignale zuständig ist, gehört zu einem umfassenden Softwareprogramm-Modul für die Abarbeitung eines Algorithmus, das sich vorzugsweise in der zentralen Recheneinheit befindet.

Das Softwareprogramm-Modul zur Abarbeitung eines Algorithmus enthält vorzugsweise folgende Module:

- Ein Modul zur Messprozesssteuerung,
- ein Modul zur Messsignalaufbereitung,
- ein Vergleichsmodul,
- ein Modul zur Feststellung des Normalzustandes,
- ein Weiterbetriebsentscheidungs-Modul,
- ein Modul zur Feststellung eines gestörten Zustandes,
- ein Modul zur Signalgebung für eine Betriebsweisenände rung, wobei das Modul zur Feststellung eines gestörten Zu standes wahlweise mit dem Weiterbetriebsentscheidungs- Modul in Verbindung stehen kann.

In dem Softwareprogramm-Modul 49 wird aus dem in der Einheit gebildeten Messsignal-Vektor in einem Modul zur Messsignal aufbereitung, z. B. mittels anschließender schneller Fourier transformation, ein Frequenz-Amplituden-Spektrum erzeugt, wobei das Frequenz-Amplituden-Spektrum die für das Rotor blatt typischen gemessenen Eigenfrequenzen als ein Spektrum in einem typischen normierten Frequenzbereich besitzt, oder ein spezielles typisches Laufzeitspektrum entsteht, wobei dann durch einen Mustervergleich mit den auf Massendaten speicher abgelegten normierten Spektren aus Messungen und/oder Modellrechnungen in einem Vergleichsmodul ein kor respondierender Zustand ermittelt wird, wobei die Wetterda ten, z. B. Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Lufttemperatur, Luftfeuchte, aus einem Meterologie-Modul und die Anlagenbe triebsdaten, z. B. Drehzahl und Leistung, aus einem Anlagen betriebsdaten-Modul als Parameter berücksichtigt werden.

Nach einem Vergleich mit dem Ergebnis des Erhalts eines Nor malzustands wird dem Windkraftanlagen-Leitrechner ein ent sprechendes Statussignal aus dem Weiterbetriebsentschei dungs-Modul übermittelt und der Weiterbetrieb der Windkraft anlage aufrecht erhalten bleiben.

Nach dem Vergleich mit dem Ergebnis des Erhalts eines ge störten Zustands wird Einfluss auf den Maschinenbetrieb ge nommen, indem über das Interface zum Windkraftanlagen- Leitrechner ein entsprechendes Informationspaket in Form von Statussignalen des Rotorblattzustandes, von Signalen zur Schadstellenlokalisierung und zur Schadenzustandsbeschrei bung aus dem Statusdaten-Modul übertragen wird, der zu einer automatischen oder einer durch einen Dispatcher zu bestäti genden Änderung der Betriebsweise der Windkraftanlage gemäß einem Modul zur Signalgebung für eine Betriebsweisenänderung führt.

Aus einer Zuordnungstabelle zum Spektrum können aus dem Mas sespeicher die betreffenden Informationen als Signale zur Lokalisation und zur Schadensbeschreibung sowie zur notwen digen Wartung und/oder Reparatur ausgelesen und ebenfalls an den Leitrechner zur Weitermeldung übermittelt werden.

Nach der Entscheidung, dass der Schaden beim Spektrenver gleich als nicht erheblich detektiert wird, kann aus der Zu ordnungstabelle zum Spektrum vom Massespeicher die Informa tionen zur Lokalisation und zur Schadensbeschreibung sowie zur notwendigen Wartung und Reparatur aus dem Modul ausgele sen und an den Leitrechner übermittelt werden, um dort auch nach akustischer Signalisation in Form einer Tabelle und/oder in Form einer grafischen Darstellung eine Hand lungsanleitung zu geben.

Die aus den Eigenfrequenzspektren, Durchlauf- und Refle xions-Signalspektren auf Sendesignale sowie Betriebseigenge räuschen empfangenen und die daraus durch Transformation er haltenen Signal-Spektren können sowohl hinsichtlich ihrer einzelnen speziellen Frequenz und Amplituden als auch hin sichtlich von Gesamtheiten wie Frequenzbanden und Frequenz- Amplitudengruppen bewertet werden.

Auf der Grundlage von vor der Montage durch Modellrechnungen und durch experimentellen Untersuchungen an unbeschädigten und beschädigten Rotorblättern bestimmten Frequenz- und Am plituden-Spektren bzw. Spektrenformen/-Banden, die eindeutig bestimmten Rotorblattzuständen, den schadfreien und den be stimmten Schäden zuzuordnenden Zuständen, zugeordnet werden können, können mit den empfangenen Ist-Frequenz- und Ist- Amplituden-Spektren sowie Ist-Spektrenformen/-Banden vergli chen werden.

Bei Abweichungen wird zumindest eine Anzeige erhalten, ob die Abweichung einem Schadzustand zugeordnet werden kann, der Anlass gibt, Einfluss auf den Betrieb der Windkraftanla ge, bis hin zur Schnellabschaltung, zu nehmen.

Eine dem Verfahren zugehörige Einrichtung zur Überwachung des Zustandes von Rotorblättern an Windkraftanlagen kann mindestens einen Schall-/Schwingungsempfänger (Sensor) und wahlweise mindestens einen Erreger (Aktor) enthalten, die an relevanten, schallsignalgeeigneten Stellen eingebettet oder an der Oberfläche der Rotorblätter angebracht sind.

Die Sensoren und Aktoren können wahlweise vom Rotorblattfuß ausgehende festinstallierte Signalleitungen und wahlweise Betriebsenergieversorgungsleitungen aufweisen.

Bei fest im oder auf dem Rotorblatt eingebetteten Leitungen sind darin die Signale zu den Aktoren und von den Sensoren vom und zum Rotorblattfuß an jeweils einem Rotorblatt über tragbar, wobei die Signal-Übertragung von der rotierenden Welle zum Stator in der Gondel der Windkraftanlage insbeson dere mit einer analogen oder digitalen Messsignal- Übertragungseinrichtung vorzugsweise auf Basis von Magnet- Wechselfeldern, Funkwellen- oder Lichtsignal-Übertragungs strecken erfolgt.

Der Übertragungseinheit sind Signalvor- bzw. Signalnachver arbeitungseinheiten, insbesondere Sender mit Encoder und Empfänger mit Decoder vorgeschaltet.

Zu der Auswerte-Einheit gehört ein dafür konfiguriertes und programmiertes Computersystem, das mittels einer zugehörigen Betriebssystem- sowie Mess- und Auswertesoftware wahlweise Erregersignale erzeugt und zu den Aktoren sendet sowie Si gnale der Sensoren auswertet und durch Vergleich zwischen den gemessenen Spektren und den Spektren aus Spektrenbi bliotheken, die vorzugsweise auf Massespeicher abgelegt sind, zuzuordnenden Rotorblatt-Zustände sowie zugehörige Statussignale, Schadensinformationen und Betreiberhinweise ableitet, wobei Klima-Daten, die über die über eine Einheit zur Übernahme von Klimadaten abrufbar sind sowie Anlagenbe triebsdaten, wie Drehzahl und Leistung, die über die Schnittstelle zur Verfügung stehen, wahlweise berücksichtigt werden.

Die gebildeten Statussignale der Rotorblätter und die zuge hörigen Informationen können über die Schnittstelle zum Leitrechner der Windkraftanlage übermittelt werden und dort der bestehenden Überwachung aufgeschaltet und zur Überwa chung abgerufen werden, wobei dort der Status der Rotorblät ter angezeigt und, falls Schadzustände auftreten, die Schadstellen am Rotorblatt und/oder innerhalb der Rotorblätter in Form von Text, Tabellen oder Grafiken angezeigt und wahlwei se zugeordnete sicherheitsbezogene Handlungsanweisungen und Regelungen automatisch eingeleitet oder der Bedienung zur Ausführung vorgeschlagen werden, sowie, mittel- oder langfri stige Wartungs- oder Reparatur-Maßnahmen angezeigt werden und deren Ausführung kontrolliert wird.

Der erste Schall-/Impulssender und der erste Schall- /Schwingungsempfänger können ein erstes Aktor-/Sensorpaar für ein Flügel-Längssignal-Zusammenspiel bilden, während der zweite Schall-/Impulssender und der zweite Schall- /Schwingunsempfänger ein zweites Aktor-/Sensorpaar für ein Flügel-Quersignal-Zusammenspiel darstellen können.

Die Signal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit ist mit der Auswerte-Einheit verbunden, die darüber an die rotierende Welle/Rotorblätter Aktorsignale ausgibt und Sensorsignale empfängt.

Die Auswerte-Einheit besteht im Wesentlichen aus der zentra len Recheneinheit, aus einem Speicher, vorzugsweise einem MOS-Speicher, aus einer Bedieneinheit mit einem angeschlos senen Videoterminal, mit einer angeschlossenen Tastatur und mit einem angeschlossenen Drucker, aus einer Wechselplatte, einer Floppy-Disk und einem CD-ROM-Laufwerk, aus einem 6- kanaligen programmierbaren Schall-/Impulsgenerator sowie aus einem 6-kanaligen programmierbaren Messignallempfänger be steht, die über einen Bus der zentralen Recheneinheit mit einander verbunden sind, wobei am Bus vorzugsweise eine Ein heit zur Übernahme von Klima-Daten, insbesondere von Wind stärke und Temperatur sowie vorzugsweise eine Schnittstelle (serielles Interface), mit der eine Kommunikations-Verbin dung zum übergeordneten Leitrechner der Windkraftanlage her stellbar ist, angeschlossen sind.

Der programmierbare Schall-/Impulsgenerator steht über die Signalleitungen mit der Erregersignal-/Hilfsenergie- Übertragungseinheit und der programmierbare Messsignallemp fänger über die Messsignalleitungen mit der Messsignal- /Hilfsenergie-Übertragungseinheit in Verbindung.

Auf einem Massendatenspeicher, wie es die Festplatte oder die CD-ROM sind, können digitalisierte Vergleichsspektren für die Rotorblätter für verschiedene normale Betriebszu stände sowie für Störungs- und Schadenszustände abgelegt sein, die aus Messungen an normalen und defekten Rotorblät tern sowie aus Modellrechnungen vorzugsweise mit der FEM- Methode erhalten werden.

Die Signal-/Hilfsenergie-Übertragungseinrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Sende-/Empfangseinrichtung in Rich tung zu den Aktoren des Blattflügels sowie aus einer Emp fangs-/Sendeeinrichtung aus der Richtung der Sensoren des Blattflügels, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung und die Empfangs-/Sendeeinrichtung das signaltechnische Zusammen spiel im Bereich zwischen Rotor und Stator betreffen, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung eine Erregersignal- /Hilfsenergie-Übertragungseinheit und die Empfangs- /Sendeeinrichtung eine Messsignal-/Hilfsenergie- Übertragungseinheit darstellen, die vorzugsweise eine Zwei teilung bezüglich der Anordnung auf/am Rotor und Stator auf weisen.

Die Erregersignal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit steht mit einer Signalübertragungs-Vorverarbeitungseinheit (En coder und Sender) auf einem Statorteil und eine Signalüber tragungs-Nachverarbeitungseinheit (Empfänger und Decoder) auf einem Rotorteil mit den Aktorsignalleitungen des Rotorblatts und den Aktorsignalausgangs-Leitungen, die zur Aus werte-Einheit gehören, in Verbindung.

Die Messsignal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit steht mit einer Signalübertragungs-Vorverarbeitungseinheit (Encoder und Sender) auf einem Rotorteil und eine Signalübertragungs- Nachverarbeitungseinheit (Empfänger und Decoder) auf dem Statorteil mit den Sensor-Messsignalleitungen des Rotorblat tes und den Messsignaleingangs-Leitungen, die zur Auswerte- Einheit führen, in Verbindung.

Das angegebene Verfahren beruht auf festkörpermechanischen Erkenntnissen, nach denen jeder Körper entsprechend seiner Ausformung und der spezifischen mechanischen Eigenschaften hinsichtlich aller im betrachteten räumlich ausgedehnten Körper möglichen Eigenschwingungen mit ihren Oberwellen be sitzt. Diese Eigenschwingungen ergeben für einen solchen Körper ein ganzes Spektrum von Frequenzen, die typisch für den gesamten Körper sind. Verändert sich der Körper durch innere und/oder äußere Schäden und Risse, so verändert sich das Spektrum. Gewisse Schwingungsformen treten nicht mehr oder in veränderter Form auf.

Genauso ändern sich die Schwingungsformen, wenn die Mate rialeigenschaften, wie z. B. der Elastizitäts-Modul, sich in folge Alterung oder Verwitterung ändern. Hierbei kommt es zu einer Verschiebung der typischen Frequenzen.

Schließlich werden akustische Signale, die nicht den Eigen frequenzen entsprechen, die durch den Körper geschickt wer den, im Körper beim Durchlaufen entsprechend der Materialei genschaften mehr oder weniger abgeschwächt und an im Körper vorhandenen Unstetigkeiten und an den Körperoberflächen re flektiert. Bilden sich neue Unstetigkeiten oder verändern sich die Materialeigenschaften, so ist das an den Refle xionssignal-Spektren erkennbar, indem neue Reflexions-Peaks auftreten oder sich die Amplituden der Reflexionssignale verändern.

Diese beiden akustischen Verfahren sind nicht gleichbedeu tend mit dem Verfahren der Modalanalyse, wo es um die Fest stellung der zu den Eigenfrequenzen gehörenden Verformungen des Körpers geht.

Die oben genannten akustischen Eigenschaften eines ausge dehnten Körpers können einmal durch geeignete akustische Messungen experimentell oder aber rechnerisch über eine Mo dellrechnung, z. B. mit dem Finite-Element-Modell (FEM), be stimmt werden.

Die Messungen können an unbeschädigten und beschädigten Ro torblättern durchgeführt werden, wobei eine Zuordnung des Schadenszustands zum Spektrum möglich wird. Bei den Berech nungen können Schadenszustände, wie mechanische Schäden und- Risse oder Materialveränderungen simuliert und die Spektren den Schadenszuständen zugeordnet werden. Auch können aus der FEM-Nachrechnung gemessener Spektren das Modell und die ver wendeten Modellparameter und Materialeigenschaften abgegli chen werden.

Damit kann eine Datenbasis für die Bewertung von im Betrieb gemessenen Spektren und den zugehörigen Zuständen geschaffen werden.

In den Rotorblättern von Windkraftanlagen befinden sich min destens ein Schall-/Schwingungsempfänger und wahlweise min destens ein Schall-/Schwingungsgeber. Diese Sensoren/Aktoren sind an relevanten, schallsignalgeeigneten Stellen eingebet tet oder an der Oberfläche angebracht, die vorzugsweise vom Rotorblattfuß ausgehende festinstallierte Signalleitungen und ggf. Betriebsenergieversorgungsleitungen aufweisen. Bei fest im oder auf dem Rotorblatt eingebetteten Leitungen wer den darin die Signale zu und von den Sensoren vom und zum Rotorblattfuß übertragen. Die Signal-Übertragung vom rotierenden Rotorblatt/Welle zum feststehenden Teil der Wind kraftanlage erfolgt mit einer geeigneten analogen oder digi talen Messsignal-Übertragungseinrichtung vorzugsweise auf Basis von elektrischen oder magnetischen-Wechselfeldern, e lektromagnetischen Feldern im Bereich von Funkwellen oder Lichtsignal-Übertragungsstrecken.

Vorgeschaltet dieser Übertragungseinheit ist vorzugsweise eine Signalvorverarbeitungseinheit. Nach der Übertragung von der rotierenden Welle werden die Messsignale in einer Aus werte-Einheit analysiert, indem aus den empfangenen Messsi gnalen oder aus den in Korrelation mit den über die Erreger eingespeisten Signalen empfangenen Signalantworten seitens der Messignallempfänger die relevanten Frequenzen und Ampli tuden des Zeitspektrums oder eines transformierten - z. B. fouriertransformierten - Spektrums herausfiltert, die signi fikant für die Zustandsbewertung des Rotorblatts sind.

Im Unterschied zur Modalanalyse, die die Schwingungsformen z. B. auf den Tragflächen und am Rumpf eines Flugzeuges ana lysiert, und zur Methode der Transferfunktionen werden hier bei die akustischen Spektren des Systems sowie die Messung und die Auswertung der Eigenfrequenzen, Eigengeräusche, Laufsignal- oder Reflexionseffekte berücksichtigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, dass nur mit selbst- und fremdangeregten Schwingungen und Impulsen für diagnostische Zwecke, deren Amplituden nicht in den Bereich allgemeiner Baulementeschwingungen reichen, der Rotorblatt zustand überwacht wird.

Zweckmäßig ist es, dass die Rotorblätter von Windkraftanla gen zumindest im Bereich der Rotorblattfüße ver dreht/verstellt werden können, bzw. bei den stallgeregelten aerodynamische Bremsen aktiviert werden, damit die Windkräf te nicht mehr einwirken können und somit die Rotation auf ein Umdrehungszahlminimum verringert oder sogar beendet wer den kann, was eigentlich die Abschaltung oder das Abfahren der Windkraftanlage bedeutet.

Weiterbildungen und zusätzliche Ausgestaltungen der Erfin dung sind in weiteren Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Wind kraftanlage mit drei Rotorblättern in Zentralsymme trie,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Rotorblattes mit Aktoren/Sensoren, die an elektrische Signal- und Hilfsenergie-Leitungen angeschlossen sind,

Fig. 3 eine Sicht in Hauptwellenachsenrichtung auf den Sta tor der Signal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit mit Querschnitt der Hauptwelle der Windkraftanlage,

Fig. 4 ein schematisches Detail der Signal-/Hilfsenergie- Übertragungseinheit auf der Hauptwelle der Wind kraftanlage,

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht mit einer Übertra ger-Wicklung auf dem Rotoraufsatz der Signal- /Hilfsenergie-Übertragungseinheit,

Fig. 6 ein Blockschaltbild der Signal-/Hilfsenergie- Übertragungseinheit für Messsignale,

Fig. 7 ein Blockschaltbild der Signal-/Hilfsenergie-Übertra gungseinheit für Aktorsignale,

Fig. 8 ein Blockschaltbild der Auswerte-Einheit zur Steue rung des Messprozesses, zur Auswertung, zur Überwa chung und zur Visualisierung des Zustands der Rotor blätter sowie der Beeinflussung des Betriebsregimes der Windkraftanlage und

Fig. 9 einen schematischen Flussablaufplan zur Durchführung des Verfahrens zur Visualisierung und Überwachung des Zustands der Rotorblätter sowie der Beeinflus sung des Betriebsregimes der Windkraftanlage.

In Fig. 1 ist die Gesamtansicht einer Windkraftanlage 40 mit den drei Rotorblättern 1, 2, 3, die an einer horizontal gela gerten Welle 6 befestigt sind, die sich im oberen Ende des Mastes 4 in einer vertikal drehbar angebrachten Gondel 5 be findet, dargestellt.

Die Fig. 2 zeigt stellvertretend das Rotorblatt 1 bezüglich der drei bauartgleichen Rotorblätter 1, 2, 3. Das Rotorblatt 1 besteht aus einem Blattflügel 7 und aus einem zugehörigen Rotorblattfuß 8.

Im Material des Blattflügels 7 befinden sich zwei Schall- /Impuls-Sender (Aktoren) 9 und 10 sowie zwei Schall- /Schwingungsempfänger (Sensoren) 11 und 12. Jeder der Akto ren 9, 10 ist mit einer zugehörigen Aktorsignalleitung 13, 14 sowie Hilfsenergieleitungen (nicht eingezeichnet) und jeder der Sensoren ist mit einer Messsignalleitung 15, 16 sowie Hilfsenergieleitungen (nicht eingezeichnet) durchgehend bis zum Rotorblattfuß 8 verbunden. Als Übertragungsmedium im Blattflügel 7 wird Schall eingesetzt. Der erste Schall- /Impuls-Sender 9 und erste Schall-/Schwingungsempfänger 11 bilden ein erstes Aktor-/Sensorpaar für ein Flügel- Längssignal-Zusammenspiel, während der zweite Schall- /Impuls-Sender 10 und der zweite Schall- /Schwingungsempfänger 12 ein zweites Aktor-/Sensorpaar für ein Flügel-Quersignal-Zusammenspiel darstellen.

In Fig. 3 ist eine Sicht in Hauptwellenachsrichtung auf den Stator 17 der Signal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit 20 und der Querschnitt der durch den Stator führenden Welle 6 in der Gondel 5 auf dem Mast 4 dargestellt.

Durch den in Fig. 4 dargestellten Stator 17 der Signal-/ Hilfsenergie-Übertragungseinheit 20 ist die Welle 6 geführt, auf der die Signalleitungen 13 bis 16 und ggf. Hilfsenergie leitung (nicht eingezeichnet) zum Rotorblatt 1 bis hin zur wellenseitigen Signalübertragungs-Vorverarbeitungseinheit (Sender, nicht eingezeichnet) 22m der Signal-/Hilfsenergie- Übertragungseinheit 20 geführt sind, von der die gewandelten Signale mittels elektromagnetischer Felder auf den Teil der Einheit im Stator 17 übertragen werden, der die Signalüber tragungs-Nachverarbeitungseinheit (Empfänger, nicht darge stellt) 21m der Signal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit 20 folgt, von der die erhaltenen Messsignale auf den Mess signalleitungen 15', 16' einer zentralen Recheneinheit 24 über einen programmierbaren Schallsignalempfänger 34 zuge führt werden.

Für die Aktorsignale ist eine entsprechende Einrichtung mit Umkehr der Sende- /Empfangsrichtung vorhanden, die in Fig. 7 dargestellt ist.

In Fig. 5 wird der auf der Welle 6 befestigte Wellenaufsatz 18 der Signal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit 20 mit einer aufgebrachten zugehörigen Wicklung 19 gezeigt.

Die Signal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit 20 ist mit ei ner Auswerte-Einheit 23 verbunden.

In Fig. 6 ist ein schematisches Blockschaltbild der Auswer te-Einheit 23 dargestellt. Die Auswerte-Einheit 23 besteht im wesentlichen aus der zentralen Recheneinheit (CPU) 24, aus einem Speicher 25, vorzugsweise einem MOS-Speicher, aus einer Bedieneinheit 26 mit einem angeschlossenen Videotermi nal 27, mit einer angeschlossenen Tastatur 28 und mit einem angeschlossenen Drucker 29, aus einer Wechselplatte (Hard disk) 30, einer Floppy-Disk 31 und einem CD-ROM-Laufwerk 32, aus einem 6-kanaligen programmierbaren Schall- /Impulsgenerator 33 sowie aus einem 6-kanaligen programmier baren Messignallempfänger 34, die über einen Bus 35 der zen tralen Recheneinheit 24 miteinander verbunden sind. Am Bus 35 sind noch eine Einheit 36 zur Übernahme von Klima-Daten, insbesondere von Windstärke und Temperatur sowie vorzugswei se eine Schnittstelle (serielles Interface) 37, mit der eine Kommunikations-Verbindung zum übergeordneten Leitrechner 38 der Windkraftanlage 40 hergestellt wird, angeschlossen.

Der programmierbare Schall-/Impulsgenerator 33 ist über die Signalleitungen 13', 14' mit der Erregersignal-/Hilfsenergie- Übertragungseinheit 20a verbunden. Die Aktorerregersignale zu den Aktoren 9, 10 verlaufen in Richtung 51 (Pfeil). Der programmierbare Messignallempfänger 34 ist über die Mess signalleitungen 15',16' mit der Messsignal-/Hilfsenergie- Übertragungseinheit 20m verbunden. Die Messsignale von den Empfängern 11, 12 verlaufen in Richtung 50 (Pfeil). Die Steuerung der über den Bus 34 verbundenen Einheiten 33, 20a bzw. 34, 20m, den Datenaustausch zwischen ihnen und die Ver arbeitung von Daten übernimmt die zentrale Recheneinheit 24. Dazu ist auf der Festplatte 30 ein Multitask-Echtzeit- Betriebssystem abgelegt, dessen Kernkomponenten im Speicher 25, insbesondere in einem MOS-Speicher stehen.

Auf einem Massendatenspeicher, wie es die Festplatte 30 oder die CD-ROM 32 sind, sind weiterhin digitalisierte Vergleichsspektren für die Rotorblätter 1, 2, 3 für verschiedene normale Betriebszustände sowie für Störungs- und Schadenszu stände abgelegt, die aus Messungen an normalen und defekten Rotorblättern sowie aus Modellrechnungen vorzugsweise mit der FEM-Methode erhalten werden.

Im Folgenden werden die Fig. 7, 8 gemeinsam betrachtet. Die Signal-/Hilfsenergie-Übertragungseinrichtung 20 besteht im Wesentlichen aus einer Sende-/Empfangseinrichtung 20a in Richtung zu den Aktoren 9, 10 des Blattflügels 7 sowie aus einer Empfangs-/Sendeeinrichtung 20m aus der Richtung der Sensoren 11, 12 des Blattflügels 7. Die Sende- /Empfangseinrichtung 20a und die Empfangs-/Sendeeinrichtung 20m betreffen das signaltechnische Zusammenspiel im Bereich zwischen Rotor und Stator 17, wobei die Sende- /Empfangseinrichtung 20a eine Erregersignal-/Hilfsenergie- Übertragungseinheit und die Empfangs-/Sendeeinrichtung 20m eine Messsignal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit darstellt, die jeweils eine Zweiteilung bezüglich Rotor und Stator 17 aufweisen, wobei auf dem Stator 17 die Statoreinheit 21 mit der Signalübertragungs-Vorverarbeitungseinheit 21a und der Signalübertragungs-Nachverarbeitungseinheit 21m angebracht sind und auf dem Rotor die Rotoreinheit 22 mit der Si gnalübertragungs-Vorverarbeitungseinheit 22m und der Si gnalübertragungs-Nachverarbeitungseinheit 22a angebracht sind.

In Fig. 7 ist die Erregersignal-/Hilfsenergie-Übertragungs einheit 20a mit der Signalübertragungs-Vorverarbeitungs einheit (Encoder und Sender) 21a auf einem Statorteil und die Signalübertragungs-Nachverarbeitungseinheit (Empfänger und Decoder) 22a auf einem Rotorteil mit den Aktorsignallei tungen 13, 14 des Rotorblatts 1 und den Aktorsignalausgangs- Leitungen 13', 14', die zur Auswerte-Einheit 23 gehören, als schematisches Blockschaltbild dargestellt.

In Fig. 8 ist die Messsignal-/Hilfsenergie- Übertragungseinheit 20m mit der Signalübertragungs- Vorverarbeitungseinheit (Encoder und Sender) 22m auf einem Rotorteil und die Signalübertragungs- Nachverarbeitungseinheit (Empfänger und Decoder) 21 m auf dem Statorteil mit den Sensor-Messsignalleitungen 15, 16 des Ro torblattes 1 und den Messsignaleingangs-Leitungen 15', 16' die zur Auswerte-Einheit 23 führen, als schematisches Block schaltbild dargestellt.

Zwischen den Vorverarbeitungseinheiten und den Nachverarbei tungseinheiten (21a-22a; 22m-21m) ist jeweils eine Übertra gungsstrecke 57 vorhanden, in der die Informationen und die Energie vorzugsweise auf der Basis von Magnet- Wechselfeldern, Funkwellen und/oder Lichtsignalen übermit telt werden.

In Fig. 9 ist ein schematisches Blockschaltbild und ein Ab laufplan der Durchführung eines Überwachungs-Vorgangs mit der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt und erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit der erfindungsgemä ßen Einrichtung zur Überwachung im Folgenden für die Methode unter Nutzung der Eigenfrequenzen dargelegt. Insbesondere die Erläuterung der dem Verfahren zugrundeliegenden Messwert-Verarbeitungsschritte erfolgt anhand des Flussab laufplans in Fig. 9 sowie der Fig. 6.

Das Verfahren wird für Rotorblatt 1 dargestellt. In gleicher Weise läuft es für die anderen Rotorblätter 2, 3 ab.

Das Verfahren basiert auf der Anwendung von Eigenfrequenzen und Körperschall sowie Schall-Lauf- und -Reflexionsverhal ten, wobei die Resonanz- und Eigenfrequenzen, Durchlauf- und Reflexions-Signalspektren nach Sendung von Erregersignalen oder aus der Eigenerregung bei Anlagenbetrieb sowie die Be triebseigengeräusche gemessen werden, wobei die empfangenen und die daraus durch Transformation gewonnenen Signal- Spektren hinsichtlich ihrer einzelnen speziellen Frequenz und Amplituden aber auch hinsichtlich von Gesamtheiten be wertet werden, wobei auf der Grundlage von Modellrechnungen und durch akustische Messungen von unbeschädigten und von geschädigten Rotorblättern 1, 2, 3 bestimmte Frequenz- und Am plituden-Spektren und/oder Spektrenformen/-Banden erhalten werden, die diesen Zuständen zugeordnet werden, wobei Spek trenbibliotheken auf Massendatenspeicher 30, 32 aus den Spek tren mit der Zuordnung von Schadenszustand und Schadensloka lisation und weiteren Informationen, vorzugsweise zum Anla genbetrieb sowie zu Wartungs- und Reparatur, aufgebaut wer den, wobei die empfangenen Ist-Frequenz- und Amplituden- Spektren und/oder Ist-Spektrenformen/-Banden mit den in der Spektrenbibliothek abgelegten Spektren verglichen und die dazu korrespondierenden Zustände ermittelt werden, die bei Abweichungen vom Normalzustand bestimmten Schadzuständen und bestimmten Schadstellen 39 im Material der Rotorblätter 1, 2, 3 zugeordnet werden.

Dem Verfahren ist ein Softwareprogramm-Modul 49 zur Abarbei tung eines Algorithmus zugeordnet, das vorzugsweise folgende Module enthält:

Ein Modul 41 zur Messprozesssteuerung,

- ein Modul 42 zur Messsignalaufbereitung,
- ein Vergleichsmodul 46,
- ein Modul 47 zur Feststellung des Normalzustandes,
- ein Weiterbetriebsentscheidungs-Modul 56,
- ein Modul 48 zur Feststellung eines gestörten Zustandes,
- ein Modul 52 zur Signalgebung für eine Betriebsweisenände rung, wobei das Modul 48 zur Feststellung eines gestörten Zustandes wahlweise mit dem Weiterbetriebsentscheidungs- Modul 56 in Verbindung stehen kann.

Der Messzyklus wird ausgelöst in dem Modul 41 zur Messpro zesssteuerung und beginnt mit der Ausgabe eines Erregersi gnals an den Aktor 9 über die Erregersignal-/Hilfsenergie- Übertragungseinheit 20a. Gleichzeitig wird das Tor der pro grammierbaren Signalempfangseinheit 34 für den vorgegebenen Messzeitraum geöffnet und das aus der Schallübertragung 55 im Rotorblatt gewonnene Messsignal vom Sensor 11 empfangen und als zeitbezogenes Frequenz-Amplituden-Signal digital im Hauptspeicher 25 der zentralen Recheneinheit 24 in einer vorgegebenen Auflösung abgelegt. Das Modul 41 zur Messpro zesssteuerung, die für die Bildung der Erregersignale und Empfangssignale zuständig ist, gehört zu dem umfassenden Softwareprogramm-Modul 49 zur Abarbeitung eines Algorithmus, das sich auch in der zentralen Recheneinheit 24 befindet. Aus dem zugehörigen Messsignal-Vektor wird mittels anschlie ßender Messignalaufbereitung, z. B. mit schneller Fourier transformation, ein Frequenz-Amplituden-Spektrum oder ein Laufzeitspektrum in dem Modul 42 zur Messsignalaufbereitung erzeugt. Es zeigt die für das Rotorblatt 1 typischen gemes senen Spektren in einem typischen normierten Frequenzbe reich. Durch einen Mustervergleich mit den auf Festplatte 30 oder CD-ROM 32 abgelegten normierten Eigenfrequenz-Spektren aus Messungen und/oder Modellrechnungen wird in dem Ver gleichsmodul 46 ein passender Zustand ermittelt. Dabei wer den die Wetterdaten, z. B. Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Lufttemperatur, Luftfeuchte, aus einem Meterologle-Modul 43 und die Anlagenbetriebsdaten, z. B. Drehzahl und Leistung, aus einem Anlagenbetriebsdaten-Modul 44 über das Interface 37 vom Leitrechner abgegriffen als Parameter berücksichtigt.

Handelt es sich nach dem Vergleich um einen Normalzustand 47, so wird dem Windkraftanlagen-Leitrechner 38 ein entspre chendes Statussignal aus dem Weiterbetriebsentscheidungs- Modul 56 über das Interface 37 übermittelt und der Weiterbe trieb wird aufrecht erhalten.

Handelt es sich nach dem Vergleich um einen gestörten Zu stand, so wird im Fall eines sicher festgestellten erhebli chen Schadens Einfluss auf den Maschinenbetrieb genommen, indem über das Interface 37 ein entsprechendes Informati onspaket in Form von Statussignalen des Rotorblattzustandes, von Signalen zur Schadstellenlokalisierung und zur Schaden zustandsbeschreibung aus dem Informationsdaten-Modul 45 an den Leitrechner 38 übertragen wird, der zu einer automati schen oder einer durch einen Dispatcher zu bestätigenden Än derung der Betriebsweise der Windkraftanlage 40 gemäß einem Modul 52 zur Signalgebung für eine Betriebsweisenänderung veranlasst wird. Diese Aktion wird auch akustisch in der Warte signalisiert und an übergeordnete Einrichtungen wei tergemeldet. Aus einer Zuordnungstabelle zum Spektrum aus dem Massespeicher 30, 32 werden die Informationen als Signale zur Lokalisation und zur Schadensbeschreibung sowie zur not wendigen Reparatur ausgelesen und ebenfalls über das Inter face 37 an den Leitrechner 38 zur Weitermeldung übermittelt.

Wird der Schaden beim Spektrenvergleich als nicht erheblich detektiert, so werden aus der Zuordnungstabelle zum Spektrum vom Massespeicher 30, 32 die Informationen zur Lokalisation und zur Schadensbeschreibung sowie zur notwendigen Wartung und Reparatur aus dem Informationsdaten-Modul 45 ausgelesen und an den Leitrechner 38 übergeben, um dort auch nach aku stischer Signalisation in Form einer Tabelle und/oder in Form einer grafischen Darstellung eine Handlungsanleitung zu geben.

Gibt es für das gemessene Spektrum, das einer Störung zuzu ordnen ist, kein passendes Vergleichsspektrum, so wird dem Leitrechner 38 ein entsprechendes Statussignal übersandt mit der Aufforderung an die Überwachung, sich der Situation an zunehmen und eine Entscheidung zu treffen. Das gemessene Spektrum kann über eine Datenfernübertragung vom Leitrechner 38 an den Lieferer der Überwachungsanlage übermittelt werden, der ferndiagnostisch auf die Anfrage mit einer Ant wort an den Leitrechner 38 und den Dispatcher reagiert, wel cher Zustand diesem Spektrum zugeordnet wird und welche Handlungen erforderlich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Nutzung von Eigenfrequenzen und Körperschall sowie Schall-Lauf- und -Re flexionsverhalten, da diese akustischen Eigenschaften eng mit dem Zustand eines Rotorblatts 1, 2, 3 verknüpft sind. Me chanische Schäden und Risse und Materialveränderungen im In neren und auf der Oberfläche haben eine deutlichen Einfluss auf die akustischen Eigenschaften, da bestimmte Eigenfre quenzen, bestimmte Reflexionssignale, Laufsignalabschwächun gen und die Betriebseigengeräusche eng mit den mechanischen Eigenschaften verknüpft sind. Die Abhängigkeiten können experimentell mit Messungen an Rotorblättern verschiedener Zustände und durch Simulation der Auswirkungen von Fehlstel len und Materialveränderungen im Rotorblatt 1, 2, 3 z. B. mit FEM-Modellen berechnet werden.

Gemessen und ausgewertet werden die Eigenfrequenzspektren, Durchlauf- und Reflexions-Signalspektren auf Sende-Schall- oder Impuls-Signale sowie Betriebseigengeräusche. Die emp fangenen und die daraus durch Transformation gewonnenen Si gnal-Spektren werden hinsichtlich ihrer einzelnen speziellen Frequenz und Amplituden, aber auch hinsichtlich von Gesamt heiten wie Frequenzbanden und Frequenz-Amplitudengruppen be wertet.

Auf der Grundlage von vorher durch Modellrechnungen und durch experimentellen Untersuchungen an unbeschädigten und beschädigten Rotorblättern bestimmten Frequenz- und Amplitu den-Spektren bzw. Spektrenformen/-Banden, die eindeutig be stimmten Rotorblattzuständen, den schadfreien und den bestimmten Schäden zuzuordnenden Zuständen, zugeordnet werden können, werden mit den empfangenen Ist-Frequenz- und Ist- Amplituden-Spektren sowie Ist-Spektrenformen/-Banden vergli chen.

Bei Abweichungen wird zunächst zumindest eine Anzeige erhal ten, ob die Abweichung einem Schadzustand zugeordnet werden kann, der Anlass gibt, Einfluss auf den Betrieb der Wind kraftanlage 40, bis hin zur Schnellabschaltung, zu nehmen. Des Weiteren wird grundsätzlich die Lokalisierung der dem Zustand zuzuordnenden Schadstelle 39 an dem zu überwachenden Rotorblatt 1 ausgewiesen, wenn der Zustand in der Spektren bibliothek enthalten ist. Davon ausgehend werden Maßnahmen vorgeschlagen für den weiteren Betrieb der Windkraftanlage 40 sowie für Wartungs- und Reparaturarbeiten zur Schadensbe hebung. Nicht zuzuordnende Spektren werden registriert und zur weiteren Bewertung an die für den Algorithmus zuständige Auswerte-Einheit 23 oder in deren Erweiterung wahlweise über Datenfernübertragung übermittelt. Wahlweise kann dort mit einer Fuzzy-Logik im Zusammenspiel mit den sonst einlaufen den Erkenntnissen anderer Anlagen eine Anzeige zum Zustand erhalten und die Information an die betroffene Windkraftan lage 40 zurückgesendet werden. Für die anderen Rotorblätter 2, 3 gilt Gleiches.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Gewinnung von objektiven Bewertungsdaten, was mit den der zeit durchgeführten Visuellen Betrachtungen nur einge schränkt gegeben ist.

Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, dass die Schadstel len 39 mit integrierten technischen Mitteln durch die stän dige Überwachung während des Betriebes kontinuierlich und rechtzeitig erkannt werden können, so dass die aufwendigen manuellen periodischen Inspektionen mit notwendigen Be triebsunterbrechungen wegfallen können. Das führt einerseits zu einer beträchtlichen Kosteneinsparung. Anderseits würden sich die der Laufzeiten der Windkraftanlagen 40 pro Jahr verlängern und der Ertrag sich verbessern.

Aufgrund der Erkennung von Schäden in den Rotorblättern 1, 2, 3 schon zum Zeitpunkt der Entstehung können - wenn er forderlich und möglich - sofort zielgerichtet Reparaturen veranlasst werden.

Insbesondere bei den Schichtwerkstoffen der Rotorblätter 1, 2, 3 lassen sich damit Schadensvergrößerungen bis hin zu Zerstörungen vermeiden, womit eine erhebliche Verringerung der Reparaturkosten erreicht wird. Mit der Erfindung wird somit im Fall einer Zerstörung ein langdauernder Stillstand der Windkraftanlagen vermieden, der zu einem erhebliche Aus fall von Erträgen führt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit der Materialprüfung des Rotorblattes bereits vor dem Einbau an der Windkraftanlage, indem das jeweilige Rotorblatt zunächst im Werk, dann vor Ort nach dem Transport und während der Montage akustischen Untersuchungen unterzogen wird und die Signale mit standardisierten Sollwerten verglichen werden. Liegen die Signalwerte innerhalb einer vorgegebenen Tale ranzbreite, kann ein qualitätssicherer Zustand der Rotorblä tter definiert werden.

Bezugszeichenliste

1

erstes Rotorblatt

2

zweites Rotorblatt

3

drittes Rotorblatt

4

Mast

5

Gondel

6

Welle

7

Blattflügel

8

Rotorblattfuß

9

erster Schall-/Impulssender (Aktor)

10

zweiter Aktor

11

erster Schall-/Schwingungsempfänger (Sensor)

12

zweiter Sensor

13

erste Aktorsignalleitung

13

' erste Aktorsignalausgangs-Leitung

14

zweite Aktorsignalleitung

14

' zweite Aktorsignalausgangs-Leitung

15

erste Sensorsignalleitung

15

' erste Sensorsignaleingangs-Leitung

16

zweite Sensorsignalleitung

16

' zweite Sensorsignaleingangs-Leitung

17

Stator

18

Rotoraufsatz

19

Wicklung

20

Signal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit mit Si gnalüberträgungs-Vorverarbeitungseinheit (Encoder und Sender) sowie Signalübertragungs-Nachverarbeitungs einheit (Empfänger und Decoder)

20

a Erregersignal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit

20

m Messsignal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit

21

Statoreinheit mit Signalübertragungs-Vorverarbeitungs einheit (Encoder und Sender) und Signalübertragungs- Nachverarbeitungseinheit (Empfänger und Decoder)

21

a Signalübertragungs-Vorverarbeitungseinheit (Encoder und Sender)

21

m Signalübertragungs-Nachverarbeitungseinheit (Empfänger und Decoder)

22

Rotoreinheit mit Signalübertragungs-Vorverarbeitungs einheit (Encoder und Sender) und Signalübertragungs- Nachverarbeitungseinheit (Empfänger und Decoder)

22

a Signalübertragungs-Nachverarbeitungseinheit (Empfänger und Decoder)

22

m Signalübertragungs-Vorverarbeitungseinheit (Encoder und Sender)

23

Auswerte-Einheit

24

Zentrale Rechnereinheit

25

Speicher

26

Bedieneinheit

27

Videoterminal

28

Tastatur

29

Drucker

30

Festplattenspeicher

31

Wechselplattenspeicher

32

CD-ROM-Laufwerk

33

Mehrkanaliger programmierbarer Schall-/Impulsgenerator

34

Mehrkanaliger programmierbarer Messignallempfänger

35

Bus

36

Einheit zur Übernahme von Klima-Daten

37

Schnittstelle

38

Leitrechner

39

Schadstelle

40

Windkraftanlage

41

Modul zur Messprozesssteuerung

42

Modul zur Messsignalaufbereitung

43

Meterologle-Modul

44

Anlagenbetriebsdaten-Modul

45

Informationsdaten-Modul

46

Vergleichsmodul

47

Modul zur Feststellung eines Normalzustands

48

Modul zur Feststellung eines gestörten Zustands

49

Softwareprogramm-Modul zur Abarbeitung eines Algo rithmus

50

Messsignal-Eingangsrichtung

51

Aktorsignal-Ausgangsrichtung

52

Modul zur Signalgebung für eine Betriebsweisenänderung

53

erste Betriebsenergieversorgungsleitung

54

zweite Betriebsenergieversorgungsleitung

55

Schallübertragung im Rotorblatt

56

Weiterbetriebsentscheidungs-Modul

57

Übertragungsstrecke

Claims

1. Verfahren zur Überwachung des Zustandes von Rotorblät tern (1, 2, 3) an Windkraftanlagen (40) mit Hilfe von an und/oder in den Rotorblättern (1, 2, 3) befindlichen Ak toren (9, 10) und Sensoren (11, 12), wobei die windkraft getriebenen Rotorblätter (1, 2, 3) über eine Welle (6) mit einem in der Windkraftanlage (40) befindlichen Ge nerator zur Stromerzeugung in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet,
dass es auf der Anwendung von Eigenfrequenzen und Kör perschall sowie Schall-Lauf- und -Reflexionsverhalten basiert,
wobei Resonanz- und Eigenfrequenzen, Durchlauf- und Re flexions-Signalspektren nach Sendung von Erregersigna len oder aus einer Eigenerregung bei Anlagenbetrieb so wie Betriebseigengeräusche gemessen werden,
wobei die empfangenen und die daraus durch Transforma tion gewonnenen Signal-Spektren hinsichtlich ihrer ein zelnen speziellen Frequenz und Amplituden aber auch hinsichtlich von Gesamtheiten bewertet werden,
wobei auf der Grundlage von Modellrechnungen und durch akustische Messungen von unbeschädigten und von geschä digten Rotorblättern (1, 2, 3) bestimmte Frequenz- und Amplituden-Spektren und/oder Spektrenformen/-Banden er halten werden, die passenden Zuständen zugeordnet wer den,
wobei Spektrenbibliotheken auf Massendatenspeicher (30, 32) aus den Spektren mit der Zuordnung von Scha denszustand und Schadenslokalisation und weiteren Informationen, vorzugsweise zum Anlagenbetrieb sowie zu Wartungs- und Reparatur, aufgebaut werden,
wobei die empfangenen Ist-Frequenz- und Amplituden- Spektren und/oder Ist-Spektrenformen/-Banden mit den in der Spektrenbibliothek abgelegten Spektren verglichen und die dazu korrespondierenden Zustände ermittelt wer den, die bei Abweichungen vom Normalzustand bestimmten Schadzuständen und bestimmten Schadstellen (39) im Ma terial der Rotorblätter (1, 2, 3) zugeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Übertragung von der rotierenden Welle (6) die Messsignale in einer Auswerte-Einheit (23) analy siert werden, indem aus dem empfangenen Eigen- Signalspektrum oder aus den in Korrelation mit den über die Sender - Aktoren - (9, 10) eingespeisten Signalen empfangenen Spektren seitens der Empfänger (11, 12) die relevanten Frequenzen und Amplituden des Zeitspektrums oder eines transformierten, vorzugsweise fouriertrans formierten Spektrums herausgefiltert werden, die signi fikant für die Zustandsbewertung sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Erregersignale von und zu den Rotor blättern (1, 2, 3) über eine Signal-/Hilfsenergie- Übertragungseinheit (20) von der Welle (6) zum Stator (17) und umgekehrt geführt werden und dabei Signalüber tragungs-Vorverarbeitungseinheiten (Encoder und Sender) (21a, 22m) sowie Signalübertragungs-Nachverarbeitungs einheiten (Empfänger und Decoder) (22a, 21m) verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem jeweiligen Vergleich zwischen den empfange nen Ist-Frequenz- und Amplituden-Spektren und/oder Ist- Spektrenformen/-Banden und den in der Spektrenbibliothek abgelegten Spektren kurzfristige sowie mittel- und langfristige Maßnahmen zum Betrieb der Windkraftanlage (40) und zur Reparatur und Wartung der Rotorblätter (1, 2, 3) abgeleitet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Leitrechner (38) die Zustands-Informationen über eine Informationsschnittstelle (37), vorzugweise ein serielles Interface, übermittelt werden, in dem au tomatisch der Anlagenbetrieb bis hin zur Schnellabschal tung beeinflusst wird und der Anlagenüberwachung Maßnah men zur Reaktionsweise auf Schadzustände und Informatio nen zur Einleitung von dringlichkeitsabhängigen Maßnah men mitgeteilt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustands-Überwachung der Rotorblätter (1, 2, 3) auch während der Produktion sowie nach dem Transport vor Ort und während der Montage im Bereich der Windkraftan lage (40) durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise in einer zugehörigen zentralen Rechen einheit (24) ein Softwareprogramm-Modul 49 zur Abarbei tung eines Algorithmus vorhanden ist, das ein Modul 41 zur Messprozesssteuerung, ein Modul 42 zur Messsignal aufbereitung, ein Vergleichsmodul 46, ein Modul 47 zur Feststellung des Normalzustandes, ein Weiterbetriebsent scheidungs-Modul 56, ein Modul 48 zur Feststellung eines gestörten Zustandes, ein Modul 52 zur Signalgebung für eine Betriebsweisenänderung enthält, wobei das Modul 48 zur Feststellung eines gestörten Zustandes wahlweise mit dem Weiterbetriebsentscheidungs-Modul 56 in Verbindung stehen kann.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messzyklus in dem Modul (41) zur Messprozess steuerung ausgelöst wird und das mit der Ausgabe eines Erregersignals von dem programmierbaren Schall- /Impulsgenerator (33) an den Aktor (9, 10) über die Erre gersignal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit (20a) be ginnt, wobei gleichzeitig das Tor der programmierbaren Signalempfangseinheit (34) für den vorgegebenen Mess zeitraum geöffnet und das aus der Schallübertragung 55 im Rotorblatt gewonnene Messsignal vom Sensor (11) emp fangen sowie als zeitbezogenes Frequenz-Amplituden- Signal digital im Hauptspeicher (25) der zentralen Re cheneinheit (24) in einer vorgegebenen Auflösung abge legt wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (41) zur Messprozesssteuerung für die Bildung der Erregersignale und Empfangssignale zuständig ist.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem durch die Messung gewonnenen Messsignal- Vektor mittels anschließender Transformation, vorzugs weise einer schnellen Fouriertransformation ein Fre quenz-Amplituden-Spektrum in dem Modul (42) zur Messsig nalaufbereitung erzeugt wird, wobei das Frequenz- Amplituden-Spektrum die für das Rotorblatt (1, 2, 3) typi schen gemessenen Eigenfrequenzen als ein Spektrum in ei nem typischen normierten Frequenzbereich besitzt, und wobei durch einen Mustervergleich mit den auf Festplatte (30) oder CD-ROM (32) abgelegten normierten Eigenfre quenz-Spektren aus Messungen und/oder Modellrechnungen in einem Vergleichsmodul (46) ein korrespondierender Zu stand ermittelt wird, wobei die Wetterdaten, z. B. Wind geschwindigkeit, Windrichtung, Lufttemperatur, Luft feuchte, aus einem Meterologie-Modul (43) und die Anla genbetriebsdaten, z. B. Drehzahl und Leistung, aus einem Anlagenbetriebsdaten-Modul (44) als Parameter berück sichtigt werden.

11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem durch die Messung von Schalllauf- und Re flexionssignalen gewonnenen Messsignal-Vektor mittels anschließender Transformation frequenzabhängige Zeit- Amplituden-Spektrum in einem Modul (42) zur Messsignal aufbereitung erzeugt werden, wobei das Signal-Spektrum für das Rotorblatt (1) typische gemessenen Laufzeiten und Reflexionen als ein Spektrum in einem typischen nor mierten Frequenz- und Zeitfensterbereich besitzt, und wobei durch einen Mustervergleich mit den auf Festplatte (30) oder CD-ROM (32) abgelegten normierten Eigenfre quenz-Spektren aus Messungen und/oder Modellrechnungen in einem Vergleichsmodul (46) ein korrespondierender Zu stand ermittelt wird, wobei die Wetterdaten, z. B. Wind geschwindigkeit, Windrichtung, Lufttemperatur, Luft feuchte, aus einem Meterologie-Modul (43) und die Anla genbetriebsdaten, z. B. Drehzahl und Leistung, aus einem Anlagenbetriebsdaten-Modul (44) als Parameter berück sichtigt werden.

12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Vergleich mit dem Ergebnis des Erhalts eines Normalzustands (47) dem Windkraftanlagen- Leitrechner (38) ein entsprechendes Statussignal aus dem Weiterbetriebsentscheidungs-Modul (56) übermittelt wird und der Weiterbetrieb aufrecht erhalten bleibt.

13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Vergleich mit dem Ergebnis des Erhalts eines gestörten Zustands Einfluss auf den Maschinenbe trieb genommen wird, indem über das Interface (37) ein entsprechendes Informationspaket in Form von Sta tussignalen des Rotorblattzustandes, von Signalen zur Schadstellenlokalisierung und zur Schadenzustandsbe schreibung aus dem Informationsdaten-Modul (45) an den Leitrechner (38) übertragen wird, der zu einer automa tischen oder einer durch einen Dispatcher zu bestäti genden Änderung der Betriebsweise der Windkraftanlage (40) gemäß einem Modul (52) zur Signalgebung für eine Betriebsweisenänderung führt.

14. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Zuordnungstabelle zum Spektrum aus dem Massespeicher (30, 32) die Informationen als Signale zur Lokalisation und zur Schadensbeschreibung sowie zur notwendigen Reparatur ausgelesen und ebenfalls an den Leitrechner (38) zur Weitermeldung übermittelt werden.

15. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entscheidung, dass der Schaden beim Spek trenvergleich als nicht erheblich detektiert wird, aus der Zuordnungstabelle zum Spektrum vom Massespeicher (30, 32) die Informationen zur Lokalisation und zur Schadensbeschreibung sowie zur notwendigen Wartung und Reparatur aus dem Informationsdaten-Modul (45) ausgele sen und an den Leitrechner (38) übermittelt werden, um dort auch nach akustischer Signalisation in Form einer Tabelle und/oder in Form einer grafischen Darstellung eine Handlungsanleitung zu geben.

16. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall, dass für das gemessene Spektrum, das ei ner Störung zuzuordnen ist, kein passendes Vergleichs spektrum vorliegt, dem Leitrechner (38) ein entspre chendes Statussignal übersandt wird mit der Aufforde rung an die Überwachung zur ferndiagnostischen Klärung, wobei das gemessene Spektrum auch über eine Datenfern übertragung vom Leitrechner (38) an den Service des Überwachungsanlagenherstellers übermittelt werden kann, der danach Hilfestellungen geben kann.

17. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Eigenfrequenzspektren, Durchlauf- und Reflexions-Signalspektren auf Sendesignale sowie Be triebseigengeräuschen empfangenen und die daraus durch Transformation erhaltenen Signal-Spektren sowohl hin sichtlich ihrer einzelnen speziellen Frequenz und Amplituden als auch hinsichtlich von Gesamtheiten wie Frequenzbanden und Frequenz-Amplitudengruppen bewertet werden.

18. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundlage von vor der Montage durch Mo dellrechnungen und durch experimentellen Untersuchungen an unbeschädigten und beschädigten Rotorblättern be stimmten Frequenz- und Amplituden-Spektren bzw. Spek trenformen/-Banden, die eindeutig bestimmten Rotor blattzuständen, den schadfreien und den bestimmten Schäden zuzuordnenden Zuständen, zugeordnet werden kön nen, mit den empfangenen Ist-Frequenz- und Ist- Amplituden-Spektren sowie Ist-Spektrenformen/-Banden verglichen werden.

19. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abweichungen zumindest eine Anzeige erhalten wird, ob die Abweichung einem Schadzustand zugeordnet werden kann, der Anlass gibt, Einfluss auf den Betrieb der Windkraftanlage (40), bis hin zur Schnellabschal tung, zu nehmen.

20. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht zuordenbaren Spektren wahlweise mit ei ner Fuzzy-Logik im Zusammenspiel mit den sonst einlau fenden Erkenntnissen anderer Windkraftanlagen eine An zeige zum Zustand erhalten und die Informationen an die betroffene Windkraftanlage (40) zurückgesendet werden.

21. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialprüfung des Rotorblattes (1, 2, 3) be reits vor dem Einbau an der Windkraftanlage (40) er folgt, indem das jeweilige Rotorblatt (1, 2, 3) zunächst im Werk, dann vor Ort nach dem Transport und während der Montage akustischen Untersuchungen unterzogen wird und die Signale mit standardisierten Sollwerten vergli chen werden.

22. Einrichtung zur Überwachung des Zustandes von Rotor blättern (1, 2, 3) an Windkraftanlagen (40) nach minde stens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schall-/Schwingungsempfänger (11, 12) und wahlweise mindestens ein Aktor (9, 10) vor gesehen sind, die an relevanten, schallsignalgeeigneten Stellen eingebettet oder an der Oberfläche der Rotor blätter (1, 2, 3) angebracht sind.

23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren und Aktoren (9, 10, 11, 12) wahlweise vom Rotorblattfuß (8) ausgehende festinstallierte Si gnalleitungen (13 bis 16) und wahlweise Betriebsener gieversorgungsleitungen (53, 54) aufweisen.

24. Einrichtung nach Anspruch 22 und/oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass bei fest im oder auf dem Rotorblatt (2, 3, 4) einge betteten Leitungen (13 bis 16) darin die Signale zu und von den Aktoren/Sensoren (9, 10, 11, 12) vom und zum Ro torblattfuß (8) an jeweils einem Rotorblatt (1, 2, 3) übertragbar sind, wobei die Signal-Übertragung von der rotierenden Welle (6) zum Stator (17) in der Gondel (5) der Windkraftanlage (40) insbesondere mit einer analo gen oder digitalen Messsignal-Übertragungseinrichtung (20m, 21m, 22m) vorzugsweise auf Basis von Magnet- Wechselfeldern, Funkwellen- und/oder Lichtsignal- Übertragungsstrecken (57) erfolgt.

25. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungseinheit (20) Signalvor- bzw. Si gnalnachverarbeitungseinheiten zugeordnet sind, denen insbesondere Sender mit Encoder und Empfänger mit De coder vorgeschaltet sind.

26. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Auswerte-Einheit (23) ein dafür konfigu riertes und programmiertes Computersystem (24-37) ge hört, das mittels einer zugehörigen Betriebssystem- sowie Mess- und Auswertesoftware wahlweise Erregersignale erzeugt und zu den Aktoren (9, 10) sendet sowie Signale der Sensoren (11, 12) auswertet und durch Vergleich zwischen den gemessenen Spektren und den Spektren aus Spektrenbibliotheken, die vorzugsweise auf Massespeicher (30, 32) abgelegt sind, zuzuordnenden Ro torblatt-Zustände sowie zugehörige Statussignale, Scha densinformationen und Betreiberhinweise ableitet, wobei Klima-Daten, die über die über eine Einheit (36) zur Übernahme von Klimadaten abrufbar sind sowie Anlagenbe triebsdaten, wie Drehzahl und Leistung, die über die Schnittstelle (37) zur Verfügung stehen, wahlweise be rücksichtig werden.

27. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gebildeten Statussignale der Rotorblätter (1, 2, 3) und die zugehörigen Informationen über die Schnittstelle (37) an den Leitrechner (38) der Wind kraftanlage (40) übermittelt werden und dort der vor handenen Überwachung aufgeschaltet werden, wobei dort zusätzlich der Status der Rotorblätter (1, 2, 3) ange zeigt wird und, falls Schadzustände auftreten, die Schadstellen (39) am Rotorblatt (1, 2, 3) und/oder inner halb der Rotorblätter (1, 2, 3) in Form von Text, Tabel len oder Grafiken angezeigt und wahlweise zugeordnete sicherheitsbezogene Handlungsanweisungen und Regelungen automatisch eingeleitet oder der Bedienung zur Ausfüh rung vorgeschlagen werden, sowie mittel- oder langfri stige Wartungs- oder Reparatur-Maßnahmen angezeigt und deren Ausführung geprüft wird.

28. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Schall-/Impulssender (9) und ein erster Schall-/Schwingungsempfänger (11) ein erstes Aktor- /Sensorpaar für ein Flügel-Längssignal-Zusammenspiel bilden, während ein zweiter Sender (10) und ein zweiter Sensor (12) ein zweites Aktor-/Sensorpaar für ein Flü gel-Quersignal-Zusammenspiel darstellen.

29. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit (20) mit der Auswerte-Einheit (23) verbunden ist.

30. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte-Einheit (23) im Wesentlichen aus der zentralen Recheneinheit (24), aus einem Speicher (25), vorzugsweise einem MOS-Speicher, aus einer Bedienein heit (26) mit einem angeschlossenen Videoterminal (27), mit einer angeschlossenen Tastatur (28) und mit einem angeschlossenen Drucker (29), aus einer Wechselplatte (30), einer Floppy-Disk (31) und einem CD-ROM-Laufwerk (32), aus einem 6-kanaligen programmierbaren Schall- /Impulsgenerator (33) sowie aus einem 6-kanaligen pro grammierbaren Messignallempfänger (34) besteht, die über einen Bus (35) der zentralen Recheneinheit (24) miteinander verbunden sind, wobei am Bus (35) vorzugs weise eine Einheit (36) zur Übernahme von Klima-Daten, insbesondere von Windstärke und Temperatur sowie vor zugsweise eine Schnittstelle (37), mit der eine Kommu nikations-Verbindung zum übergeordneten Leitrechner (38) der Windkraftanlage (40) herstellbar ist, ange schlossen sind.

31. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der programmierbare Schall-/Impulsgenerator (33) über die Signalleitungen (13',14') mit der Erregersi gnal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit (20a) verbunden ist und der programmierbare Messignallempfänger (34) über die Messsignalleitungen (15, 16') mit der Mess signal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit (20m) in Ver bindung steht.

32. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Massendatenspeicher, wie es die Fest platte (30) oder die CD-ROM (32) sind, digitalisierte Vergleichsspektren für die Rotorblätter (1, 2, 3) für verschiedene normale Betriebszustände sowie für Stö rungs- und Schadenszustände abgelegt sind, die aus Mes sungen an normalen und defekten Rotorblättern sowie aus Modellrechnungen vorzugsweise mit der FEM-Methode er halten werden, wobei Klimadaten, wie Luftgeschwindig keit, -temperatur und -feuchte sowie Anlagenbetriebsda ten, wie Drehzahl und Leistung, Parameter sein können.

33. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signal-/Hilfsenergie-Übertragungseinrichtung (20) im Wesentlichen aus einer Sende- /Empfangseinrichtung (20a) in Richtung zu den Aktoren (9, 10) des Blattflügels (7) sowie aus einer Empfangs- /Sendeeinrichtung (20m) aus der Richtung der Sensoren (11, 12) des Blattflügels (7) besteht, wobei die Sende- /Empfangseinrichtung (20a) und die Empfangs- /Sendeeinrichtung (20m) das signaltechnische Zusammen spiel im Bereich zwischen Rotor und Stator (17) betref fen, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung (20a) eine Erregersignal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit und die Empfangs-/Sendeeinrichtung (20m) eine Messsignal- /Hilfsenergie-Übertragungseinheit darstellen, die vor zugsweise eine Zweiteilung bezüglich der Anordnung auf/am Rotor und Stator (17) aufweisen, wobei auf dem Stator (17) die Statoreinheit (21) mit der Signalüber tragungs-Vorverarbeitungseinheit (21a) und der Si gnalübertragungs-Nachverarbeitungseinheit (21m) ange bracht sind und auf dem Rotor die Rotoreinheit (22) mit der Signalübertragungs-Vorverarbeitungseinheit (22m) und der Signalübertragungs-Nachverarbeitungseinheit (22a) angebracht sind.

34. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregersignal-/Hilfsenergie-Übertragungsein heit (20a) mit einer Signalübertragungs- Vorverarbeitungseinheit (Encoder und Sender) (21a) auf einem Statorteil und die Signalübertragungs- Nachverarbeitungseinheit (Empfänger und Decoder) (22a) auf einem Rotorteil mit den Aktorsignalleitungen (13, 14) des Rotorblatts (1) und den Aktorsignalaus gangs-Leitungen (13', 14'), die zur Auswerte-Einheit (23) gehören, in Verbindung stehen.

35. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignal-/Hilfsenergie-Übertragungseinheit (20m) mit einer Signalübertragungs-Vorverarbeitungs einheit (Encoder und Sender) auf einem Rotorteil (22m) und die Signalübertragungs-Nachverarbeitungseinheit (Empfänger und Decoder) auf dem Statorteil (21m) mit den Sensor-Messsignalleitungen (15, 16) des Rotorblattes (1) und den Messsignaleingangs-Leitungen (15', 16'), die zur Auswerte-Einheit (23) führen, in Verbindung stehen.

36. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Signalübertragungs-Vorverarbeitungs einheiten und den Signalübertragungs-Nachverarbeitungs einheiten (21a-22a; 22m-21m) jeweils Übertragungsstrecken (57) vorhanden sind, in denen die Informatio nen/Signale und die Energie/Signale vorzugsweise auf der Basis von Magnet-Wechselfeldern, Funkwellen und/oder Lichtsignalen übermittelt werden.