In Kälte und Stürmen

Spezial Windkraft

Drehgeber – Mit einer robusten Drehgebervariante speziell für Cold-Climate- und Offshore-Bedingungen stellt sich Pepperl+Fuchs den neuen Dimensionen der Energieversorgung.

27. August 2012

Gigantische Windparks vor den Küsten sind die Energiehoffnung der Zu-kunft. Hohe durchschnittliche Windgeschwindigkeiten versprechen enorme Energiepotenziale und gewaltige Mengen Ökostrom. Allerdings stellen die viel größeren Anlagen sowie die extremen Umgebungsbedingungen spezielle Anforderungen an die Windkraftanlagen beziehungsweise deren Bauteile wie im Besonderen auch an die Sensoren.

Schon aus den enormen Dimensionen entstehen durch Winddruck und unterschiedliche aerodynamische Belastungen erhöhte Anforderungen an die Robustheit der verwendeten Komponenten. Hinzu kommen die klimatischen Bedingungen auf hoher See, die Resistenz gegen Salzwasser und Feuchte generell sowie Korrosionsfestigkeit und Temperaturbeständigkeit fordern. Zuverlässigkeit, geringer Wartungsaufwand und lange Lebensdauer rücken in den Mittelpunkt. Offshore-Anlagen sind zudem kaum sicher erreichbar, eine Störung würde beträchtlichen wirtschaftlichen Schaden anrichten.

»Vor diesem Hintergrund gilt es, die eingesetzten Komponenten in enger Kooperation mit Herstellern und Betreibern von Windenergieanlagen an individuelle Herausforderungen anzupassen«, erklärt Rudolf Franz Schlosser, bei Pepperl+Fuchs Drehgeber in Tuttlingen Leiter des Customer Solution Centers. Dies gelte vor allem für Schlüsselkomponenten wie die Drehgeber mit Hohlwellenausführung der Baureihe RHI90.

Eingesetzt werden die Inkremental-Drehgeber in Windanlagen zur Drehzahlregelung des Generators und haben sich dabei schon vielfach bewährt. Sie tragen als Kernkomponenten der Anlagensteuerung dazu bei, den optimalen Arbeitspunkt einer Windkraftanlage zu finden.

Es geht also darum, am jeweiligen Standort aus vorhandenem und veränderlichem Windangebot die jeweils optimale Energieausbeute zu erzielen. »Unsere RHI90-Drehgeber sind von Haus aus für den Einsatz in rauer Umgebung konzipiert«, sagt Schlosser. »Für die Bedingungen auf offener See und die Drehzahlregelung am Generator optimiert ist die Offshore-Version RHI90O.«

Metall statt Glas

Ein spezielles optoelektronisches Abtastsystem ist in der RHI90O-Variante mit einer Metallscheibe anstatt der sonst üblichen Glasscheibe ausgestattet. Dies soll die Stabilität der optischen Achsen verbessern und die Drehgeber robust und widerstandsfähig machen. Zudem sichert dieser technische Kniff eine hohe Abtastqualität bei Ausgangsfrequenzen bis 120 Kilohertz. Die belastbare Metallscheibe stellt sicher, dass die Drehgeber in Windkraftanlagen auch unter extremen Schock- und Vibrationsbelastungen ihre Arbeit verrichten.

Passend für den Einsatz in rauer Umgebung ist das Metallgehäuse der Drehgeber aus seewasserfest beschichtetem Material in Schutzart IP65 ausgeführt. Die mechanischen Teile wie Welle und Flansch in V4A-Edelstahl sind sehr gut geeignet für die rauen Umwelteinflüsse auf See, auch die interne Elektronik entspricht diesen Anforderungen. Den Nachweis dafür erbringt Pepperl+Fuchs neben den statischen und zyklischen Klimaprüfungen mit der Salznebelprüfung: 672 Stunden in zyklischer, salzhaltiger Nebelatmosphäre simulieren dabei in geraffter Form die Beanspruchung des Prüflings durch Salzlösungen während seiner Lebensdauer. »Wir geben hier sogar fünf Jahre Garantie« ergänzt Schlosser. »Insgesamt ist dabei die Gebrauchsdauer der Drehgeber mit 20 Jahren streng an die Anforderungen für moderne Windenergieanlagen angepasst.«

Zusammen mit Anlagenherstellern hat Pepperl+Fuchs zudem eine spezielle Kunststoff-Isolierhülse entwickelt, die den Drehgeber elektrisch von der Welle isoliert. Sie vermeidet die durch Induktion im Generator ungewollt entstehenden Querströme und stellt so sicher, dass es daraus keine elektrischen und mechanischen Beeinträchtigungen des Drehgebers gibt.

Die hoch belastbare Isolierhülse besteht aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, der keinen Schlupf aufweist und unter Einfluss von Feuchtigkeit nur gering aufquellt. Damit ist eine exakte Anbindung an die Generatorwelle ohne mechanischen Schlupf gewährleistet.

Mit 90 Millimeter Durchmesser bauen die Hohlwellen-Drehgeber so kompakt wie kaum ein anderes Bauteil am Markt. Angeflanscht über eine 16-Millimeter-Hohlwelle liefert der RHI90O 2.048 inkrementale Signale und das sehr präzise. Er arbeitet zuverlässig bis zu maximalen Drehzahlen von 3.000 Umdrehungen pro Minute und das bei Arbeitstemperaturen zwischen -40 bis 70 Grad Celsius. Über die kurzschlussfeste Gegentakt-Endstufe stehen die Ausgangssignale der Drehzahl- und Leistungsregelung in Windkraftanlagen praktisch in Echtzeit zur Verfügung.

Während die Inkremental-Drehgeber für die Überwachung der Rotordrehzahl eingesetzt werden, gibt es im Umfeld der Anlagensteuerung von Windkraftanlagen weitere Aufgaben, die mit Pepperl+Fuchs-Drehgebern zu lösen sind. Beispiele sind die Verstellung der Rotorblätter oder die Nachführung je nach Windrichtung. In beiden Fällen kommen Absolutwertgeber zum Einsatz. Sie geben zu jeder Wellenposition einen eindeutig codierten Zahlenwert aus. So liegt der genaue Positionswert immer noch vor, wenn die Spannung nach einem Stromausfall wiederkehrt. Das macht Referenzfahrten überflüssig und trägt zur Sicherheit der Anlagen bei. Bei der Windrichtungsüberwachung wird damit die korrekte Drehung und Funktion der Gondel überwacht. So entstehen auch bei starken Winden mit sehr hohen Kräften keine Fehlfunktionen der Gondelsteuerung.

Auf einen Blick

-Hohlwellen-Drehgeber RHI90O optimiert für Cold-Climate- und Offshore-Bedingungen.

-Optoelektronisches Abtastsystem.

-Seewasserfest beschichtetes Metallgehäuse.

-Welle und Flansch aus Edelstahl.

-Salznebelprüfung bestanden.

Erschienen in Ausgabe: 06/2012