Angepasste Lösung

Spezial Windkraft

Drehgeber – Die Regelung eines Windkraftwerks erfordert die präzise Erfassung von Drehzahl und Position mehrerer Achsen. Der Drehgeberspezialist Kübler bietet hierzu ein umfangreiches Programm an maßgeschneiderten und kostengünstigen Sensoren.

18. Februar 2013

Eine Folge des vermehrten Einsatzes von Windkraftanlagen für die Energieerzeugung ist auch ein erhöhter Kostendruck beim Bau der Anlagen, schließlich konkurrieren sie unter anderem mit seit Jahren abgeschriebenen konventionellen Kraftwerken, zudem gewinnen asiatische Anlagenhersteller zunehmend auch auf den internationalen Märkten an Bedeutung. »Insgesamt sind die Preise für neue Windkraftanlagen deshalb von 2010 bis heute um 23 Prozent zurückgegangen«, sagt Markus Brunner, Branchenmanager für Windkraft bei dem Drehgeberspezialisten Kübler aus Villingen-Schwenningen. Im Mittelpunkt der Strategie der Hersteller von Windkraftanlagen steht deshalb neben der Steigerung des Wirkungsgrades auch die Senkung der Kosten. Dabei kommt jedes Teil auf den Prüfstand, darunter natürlich auch Sensoren wie zum Beispiel die Drehgeber von Kübler, die in Windenergieanlagen an mehreren Stellen im Antriebsstrang ihren Dienst für Drehzahlregelungs- und Positionierungsaufgaben leisten: So geschieht die Messung von Rotordrehzahl und -lage durch Sendix-Drehgeber im Schleifring. Für die schnell drehende Generatorwelle bietet Kübler daneben eine komplette Produktpalette an Hohlwellendrehgebern mit isolierter Welle an. Für Positionierungsaufgaben eignet sich zudem der neue Multiturn-Drehgeber Sendix F58 im 58er-Gehäuse. Diese vielseitige und robuste Geberfamilie wird in Pitch-Systemen eingesetzt, wahlweise direkt am Motor oder als alleinstehender Blattgeber inklusive Messritzel und Montagewinkel. Dabei sind auch Sonderlösungen möglich, wie beispielsweise das Modell Sendix 58 mit integriertem Resolver. Der Sendix F36 wiederum wird dank seiner kompakten Bauform häufig in die Getriebeendschalter für Pitch- oder Azimut-Systeme integriert.

Der Markt ist vielversprechend, schließlich wurden allein im Jahre 2011 weltweit rund 20.000 neue Windkraftanlagen in Betrieb genommen. Doch die Herausforderung bleibt die Kostenfrage, weiß Brunner und gibt zu bedenken: »Kübler muss deshalb ein Gesamtpaket an Sensoren schnüren, das 20 bis 30 Prozent günstiger ist.«

Effiziente Produktion

Um Kosten zu sparen und zugleich höchsten Ansprüchen in der Positions- und Bewegungssensorik gerecht zu werden, setzt das Unternehmen unter anderem auf das sogenannte »Lean Design«. Unter diesem Begriff werden bei Kübler alle Maßnahmen zusammengefasst, die zu einer Verschlankung der Funktionalitäten der Drehgeber führen. Das Ziel ist eine Optimierung des Material- und Kosteneinsatzes durch eine maßgeschneiderte Individualisierung. Dazu werden zunächst die Funktionalitäten sämtlicher Komponenten des Drehgebers aufgelistet und sodann analysiert, ob sie für Windkraftanlagen erforderlich sind. Die nicht benötigten Funktionen werden danach in einer Neukonstruktion weggelassen. Das Resultat sind dann Geräte wie der kompakte voll-optische Drehgeber Sendix F36 mit elektronischem Multiturn oder der variabel einsetzbare voll-optische Getriebe-Multiturndrehgeber Sendix 58.

Ein weiterer Ansatz läuft unter der Bezeichnung »Design To Cost«, also das Entwerfen und Konstruieren nach Kosten-Gesichtspunkten. So wurde zum Beispiel die bestehende Produktreihe von Hohlwellen-Inkrementalgebern um das Modell Sendix Heavy Duty H120 mit dem speziellen HD-Safety-Lock-Aufbau erweitert, das speziell für die genaue Bestimmung der Drehzahl an Generatoren in Windkraftanlagen und für große AC-Motoren, etwa an Kränen oder in der Stahlindustrie entwickelt wurde. Die optische Sensorik ist unempfindlich gegen magnetische Einflüsse. Das seewasser-resistente Gehäuse in den Schutzarten IP66 und IP67, eine abschirmende Deckscheibe an der Welle, der hochwertige Radialwellendichtring, der Einsatztemperaturbereich von –40 bis +100 Grad Celsius sowie eine hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit gewährleisten die Unempfindlichkeit gegen härteste Umwelteinflüsse.

Extreme Robustheit versprechen auch der Aufbau der Schwerlast-Hohlwelle mit integrierter Wellenisolation sowie das angeschraubte Gehäuse für einen stabilen Flanschanbau. Große, mechanisch verblockte Lager mit weitem Lagerabstand gewährleisten die gewünschte Festigkeit und hohen Vibrationsschutz. Die im Lager integrierte Isolierung ist geprüft bis 2,5 Kilovolt und macht Isoliereinsätze unnötig.

Sicherheit inklusive

Eine kostensparende Überwachung aller Sicherheitsmessgrößen einer Windkraftanlage ermöglicht Kübler zudem durch die sicheren Inkremental- und Absolut-Drehgeber mit den passenden Sicherheitskompaktsteuerungen der Reihe Safety-M und den zugehörigen Erweiterungen wie etwa Kommunikationsmodulen. So erlaubt es der Einsatz der SIL-Drehgeber, die Drehgebersignale zur Betriebsführung wie auch zur Sicherheitsüberwachung zu verwenden. Dazu werden die Signale gesplittet, die Sicherheitssteuerung synchronisiert sich auf den SSI-Takt zwischen Drehgeber und Betriebssteuerung und überwacht sicher Drehzahl und Position ohne den Einsatz redundanter Sensoren oder zusätzlicher Drehzahlmodule. Einsatzfelder in Windkraftanlagen finden die sicheren Drehgeber zum Beispiel an der Nabe, am Generator oder auch an der Azimut- oder Pitch-Verstellung. Mit den sicheren digitalen und analogen Eingängen können die Kompaktsteuerungen daneben alle weiteren sicherheitsrelevanten Messungen einer Windenergieanlage überwachen, wie beispielsweise Kabelverdrillung, Turmschwingung, Not-Halt-Taster, eine Rotorverblockung oder den Zustand der Wartungsluke.

Auf einen Blick

-Die 1960 gegründete Kübler GmbH mit Sitz in Villingen-Schwenningen gehört zu den weltweit führenden Spezialisten in der Positions- und Bewegungssensorik, Zähl- und Prozesstechnik.

-Zur Firmengruppe gehören heute acht inter-nationale Unternehmen sowie Vertretungen in über 50 Ländern.

Erschienen in Ausgabe: 01/2013