Absolute und inkrementale Drehgeber tun in Windkraftanlagen gleichermaßen ihren Dienst
Ohne Drehgeber geht es nicht
Keine Windkraftanlage ohne Rotor – und kein Rotor ohne Drehgeber: Die kleinen Positionier-, Drehzahl- und Drehrichtungs-Sensoren erledigen bei der Erzeugung von Strom aus Wind so manche Aufgabe. An technischen Voraussetzungen müssen sie dabei vor allem eines mitbringen: Robustheit.
Zum Einsatz kommen in Windkraftanlagen sowohl absolute als auch inkrementale Drehgeber, wobei die beiden Arten spezifische Funktionen ausüben: »Absolute Drehgeber erfüllen Positionier-Aufgaben«, erläutert Markus Brunner, Branchenmanager Wind bei Kübler Zähl- und Sensortechnik in Villingen-Schwenningen. »Sie dienen zur Messung und Positionierung des Rotorblatt-Verstellwinkels und sind damit ein wichtiger Bestandteil des Pitch-Systems.«
Inkrementale Drehgeber dagegen ermitteln Drehzahl und Drehrichtung: »Sie eignen sich zur Messung der Rotordrehzahl und – bei Windkraftanlagen mit Getriebe – zur Messung der schnell drehenden Generatorwelle«, verdeutlicht Brunner. »Zudem ermitteln sie die Geschwindigkeit und Drehrichtung der Gondel zur Windnachführung.«
Für Drehgeber, die in Windkraftanlagen zum Einsatz kommen sollen, ist eine zentrale Eigenschaft fast noch wichtiger als für Industrie-Drehgeber: die Widerstandsfähigkeit. »Drei Merkmale sind besonders wichtig: Robust, robust, robust«, stellt Brunner klar – nicht von ungefähr, sind die Drehgeber doch einem harten Umfeld ausgesetzt, das sich vom Einsatz im Maschinen- und Anlagenbau generell unterscheidet. »So können sehr starke Vibrationen auftreten, und zwar mit variierenden Frequenzen und Amplituden in allen drei Dimensionen«, erklärt Brunner. »Zudem haben die Drehgeber große Temperaturschwankungen auszuhalten – die Kugellager, die Gehäuse- und Anschlusstechnik sowie die elektronischen Bauteile müssen dafür ausgelegt sein. Die Drehgeber der Sendix-Baureihe von Kübler weisen dafür günstige Eigenschaften auf: verblockte Lager und ein stabiles Druckgussgehäuse.«
Trends bei Drehgebern in Windkraftanlagen
Als Hersteller von Drehgebern für die Windkraft spürt auch Kübler einen Trend zu Offshore-Anlagen: »Die Industrie verlangt nach Offshore-tauglichen Komponenten«, betont Brunner. »Je mehr sich die Lieferanten darauf einstellen, desto weniger müssen sich die Windkraftanlagen- Konstrukteure um Themen wie Korrosionsschutz Gedanken machen.« Außerdem seien Systeme anstelle von Komponenten immer stärker gefragt, etwa »innovative und einfache Anbaulösungen in Verbindung mit Zahnrädern zur direkten Messung am Blatt- oder Turmzahnkranz«. Zur sicheren zweikanaligen Messung von Drehzahl und Position ließen sich Drehgeber und Resolver in einem Gehäuse integrieren.
Im Trend liegt auch die Einbindung der Drehgeber in die Buskommunikation, zumal die Bussysteme in rauen Umgebungen, zu denen ja auch Windkraftanlagen gehören, zuverlässig funktionieren. »Die Signale lassen sich sicher über den Schleifring übertragen«, führt Brunner aus. »Eine Einbindung der Sensorik in das Bussystem verringert den Verdrahtungsaufwand bei der Montage und vereinfacht den Austausch im Feld erheblich.«
Generell erwarten die Anlagenhersteller vom Drehgeberanbieter nicht mehr nur den Drehgeber als solchen, sondern auch die dazu passende Anschlusstechnik: »Lichtwellenleiter übertragen Drehgebersignale in den Turmfuß«, erklärt Brunner. »Kabel in frei wählbarer Länge mit den passenden Steckern vereinfachen die Elektroinstallation bei der Montage.«
Das Thema Sicherheit im Sinne von Safety, also funktionaler Sicherheit, spielt nicht nur im Maschinen- und Anlagenbau eine Rolle, sondern auch in Windkraftanlagen: »Drehgeber sind sicherheitsrelevante Bauteile und notwendig zum sicheren Herunterfahren von Windkraftanlagen im Störfall«, legt Brunner dar. »Damit die Steuerung einen Störfall auch zuverlässig erkennt, bieten sich zweikanalige Drehgeber mit einer Kombination aus SSI- und Sinus-Cosinus-Schnittstelle an. Dieser sichere Aufbau wird von einem Safety-Zertifikat des Instituts für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung IFA (ehemals BGIA) bestätigt. Die Drehgeber erfüllen die Abforderungen an SIL3 gemäß DIN EN 61800 und PL e gemäß DIN ISO 13849.
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