Vom Näherungsschalter bis zum Multiturn-Drehgeber
Sensorik hält Windkraftanlagen am Laufen
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Kombilösungen und redundante Systeme
Bei Windkraftanlagen, die bei fehlender Last oder einer defekten Pitch-Control vor zu hohen Leerlaufdrehzahlen geschützt werden müssen, sind die robusten Inkremental-Drehgeber außerdem mit einem zusätzlichen Gerät, etwa einem Fliehkraftschalter (FSL), kombinierbar, der direkt auf dem zweiten Wellenende montiert wird. Dieser rein mechanisch nach dem Fliehkraftprinzip arbeitende Schalter löst bei Erreichen einer eingestellten Grenzdrehzahl einen Schaltvorgang und damit eine Sicherheitsfunktion aus, etwa das Einfallen einer Bremse. Auch andere Kombinationen sind möglich, beispielsweise ein Doppelsystem mit zwei gleichen, auf einer Welle gelagerten Drehgebern für Redundanz oder eine Kombination aus Tacho und Drehgeber.
Für raue Einsatzbedingungen ausgelegt ist auch der komplett optisch arbeitende Drehgeber HOG 86. »Sein hoher Korrosionsschutz gemäß C4 prädestiniert ihn für den Einsatz in Offshore-Anlagen«, stellt Tuschke fest. Der redundante Drehgeber erfasst Relativposition oder Drehzahl zweikanalig - »eine häufig geforderte Eigenschaft für die Fehleraufdeckung in Anlagen«, wie der Baumer-Mann hervorhebt. Mehr Sicherheit bringt auch bei diesem Sensor das – hier ebenfalls redundant ausgelegte – EMS für die Funktionskontrolle.
An einer Windkraftanlage arbeiten bis zu einem Dutzend Drehgeber, von Inkrementalgebern über redundante Absolutwertgeber bis hin zu hochauflösenden Varianten. Sie lassen sich dank zahlreicher Schnittstellen von SSI bis Ethernet leicht in übergeordnete Steuerungskonzepte integrieren. Ihre Bauformen sind sehr unterschiedlich: Lagerlose magnetische Drehgeber beispielsweise sind für den Einsatz an großen Wellen, etwa am Generator, prädestiniert. Die Geber bestehen aus einem direkt auf der Antriebswelle montierbaren Geberrad und einem separaten Abtastkopf. Mit Hohlwellendurchmessern bis 740 mm lassen sie sich direkt auf der Nabe montieren und können pro Umdrehung bis zu 500.000 Impulse liefern. »Dank des lagerlosen Aufbaus arbeitet die Mechanik über Jahre verschleißfrei«, betont Tuschke. »Die kontaktlose Abtastung der Drehgeber erlaubt radiale und axiale Abstandstoleranzen von bis zu 3 mm zwischen Geberrad und Abtasteinheit. Thermische und mechanische Toleranzen lassen sich so ausgleichen, während zugleich der Einbau einfacher und die Sicherheit im Betrieb höher wird.«
Oft sind auch starke Magnetfelder zu beachten, wenn Drehgeber nahe an Generatoren oder Magnetbremsen arbeiten. »Die Absolutdrehgeber der Serie GXL2W kommen damit problemlos zurecht«, sagt Tuschke. »Die berührungslose optische Abtastung ist verschleißfrei und unempfindlich gegenüber schnellen Drehzahlwechseln, Vibrationen und starken Magnetfeldern. Die getriebelose Bauweise verringert die Bauteilezahl und verlängert somit die Lebensdauer.« Zusätzlich zu den via SSI-Schnittstelle übertragenen Signalen können die Multiturns auch inkrementale Signale liefern: »Dies erlaubt Positionserfassung und Motorregelung mit nur einem Geber, etwa für die Pitch- und Yaw-Verstellung, und ermöglicht kompakte Schleifringe«, erklärt Tuschke. »Eigendiagnose und Stetigkeitsüberprüfung der Position decken Fehler schon im Vorfeld auf, was vorbeugende Wartung möglich macht.« Für Windkraftanlagen in Offshore- und Kältezonen-Gebieten sind auf Wunsch auch Edelstahl- und Tieftemperatur-Versionen bis -40 °C erhältlich. Die GXL2W-Serie ist eine Weiterentwicklung der Touchless-Encoder-Familie GM400, deren Mitglieder seit 15 Jahren in der Windkraft ihren Dienst tun.
- Sensorik hält Windkraftanlagen am Laufen
- Integrierte Funktionskontrolle
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