Vom Näherungsschalter bis zum Multiturn-Drehgeber

Sensorik hält Windkraftanlagen am Laufen

© Baumer

Das Innere einer getriebelosen Windkraftanlage

Um Sicherheit, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen sicherzustellen, sind die Betreiber auf leistungsfähige und verlässliche Sensorik angewiesen. Die Sensoren müssen dabei unter schwierigen Umgebungsbedingungen viele Jahre lang zuverlässig funktionieren.

© Baumer 

Vollbild

Claus Tuschke, Baumer: »Werden Rotorwelle oder -blätter durch Windbelastung zu stark durchgebogen, lässt sich mittels Pitch-Verstellung die Belastung reduzieren, um Schäden an der Anlage vorzubeugen.«

Schliessen

© Baumer

Claus Tuschke, Baumer: »Werden Rotorwelle oder -blätter durch Windbelastung zu stark durchgebogen, lässt sich mittels Pitch-Verstellung die Belastung reduzieren, um Schäden an der Anlage vorzubeugen.«

Obwohl Windkraftanlagen 20 oder gar 30 Jahre lang ihren Dienst tun, sollen außerhalb der planmäßigen Wartungsarbeiten möglichst keine technischen Probleme auftreten. Schwankende Witterungsbedingungen, Kälte und Hitze dürfen die Sensorfunktion nicht beeinträchtigen, Präzision ist unerlässlich, Sicherheitsanforderungen und -vorschriften sind zu erfüllen, und eine zustandsorientierte Wartung muss möglich sein. Treten zwischen den geplanten Wartungsintervallen Schäden auf, bedeutet das nicht nur unerwarteten Stillstand und Leistungsausfall, sondern auch erhebliche Kosten für Reparaturen und Austausch einzelner Bauteile. »Dies ist besonders dann der Fall, wenn in oder an der Gondel in einer Höhe von 50 bis 150 Metern gearbeitet werden muss«, erläutert Claus Tuschke, Industrial Segment Manager Windkraftindustrie bei Baumer. »Zuverlässigkeit der eingesetzten Komponenten ist daher besonders wichtig - möglichst unterstützt durch geeignete Maßnahmen für eine Funktionskontrolle.«

Sein Unternehmen hat wie andere Sensorik-Hersteller bestimmte Produkte auf die rauen Bedingungen vorbereitet, die in Windkraftanlagen herrschen. Näherungsschalter, Füllstandssensoren und Vision-Systeme gehören ebenso dazu wie inkrementale und absolute Drehgeber mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien. Um beispielsweise Durchbiegungen und Strukturschäden des Rotorblatts oder Eisablagerungen rechtzeitig vor einer Funktionsstörung zu erkennen, bieten sich Vision-Systeme an. Das neu entwickelte Vision-System ZHDM beispielsweise ermöglicht eine präzise Messung der Rotorblattdurchbiegung und -torsion mit einer Ungenauigkeit von weniger als 0,01°. Es ist problemlos nachrüstbar und bietet einen Einsatztemperaturbereich von -40 bis +80 °C, so dass es sich auch für Cold-Climate- und Offshore-Anwendungen eignet.

Um technische Ausfälle möglichst zu verhindern, kommen an Windkraftanlagen speziell für Anwendungen im Freien entwickelte, schaltende und distanzmessende Sensoren zum Einsatz, die dank des Dichtigkeitskonzepts »proTect+« langlebig und zuverlässig sind. »Die optischen und induktiven Sensoren durchlaufen harte Schocktestverfahren in Wasser und Luft und erfüllen auch nach unzähligen Temperaturzyklen die Anforderungen der Schutzklasse IP69K«, verdeutlicht Tuschke. Der Arbeitstemperaturbereich der induktiven Sensoren erstrecke sich von -40 bis +80 °C. »Optimierte Fertigungsprozesse und mechanische Schnittstellen sowie hochwertige Materialien wie V4A-Edelstahl, Liquid Silicon Rubber und Polyamid sorgen für Beständigkeit und Langzeitdichtigkeit«, ergänzt Tuschke.

Die berührungslos messenden Sensoren können in Windkraftanlagen vielfältige Aufgaben übernehmen. Sie überwachen beispielsweise Bremsbeläge, was zustandsorientierte Wartungsmaßnahmen planbar macht. Digital schaltende Sensoren kontrollieren Position und Drehzahl des Rotors und der Gondel und stellen eine preisgünstige und robuste Alternative zu Drehgebern dar. Zur Messung der Durchbiegung an Rotorwelle und Rotorblättern dienen vibrationsbeständige, analog messende Sensoren. »Werden Rotorwelle oder -blätter durch Windbelastung zu stark durchgebogen, lässt sich mittels Pitch-Verstellung die Belastung reduzieren, um Schäden an der Anlage vorzubeugen«, führt Tuschke aus. »Dank ihrer langen Lebensdauer reduzieren die Sensoren die Wartungskosten von Windkraftanlagen. Ihr hoher Schaltabstand von bis zu 12 mm ermöglicht zudem eine einfache, schnelle und flexible Montage in der Anlage.«

Auch kapazitive Sensoren tun in Windkraftanlagen ihren Dienst. Mit ihrer Hilfe lassen sich beispielsweise Getriebeölstände einfach und zuverlässig messen. Dank Schutzart IP67 sind sie direkt in der Ölwanne montierbar. Verschiedene Gehäusevarianten bieten Lösungen für unterschiedliche Einbausituationen - nicht nur in Tanks. Weil sie sowohl leitende als auch nichtleitende Stoffe detektieren, sind kapazitive Sensoren vielseitig einsetzbar.

1. Teil: Sensorik hält Windkraftanlagen am Laufen
2. Teil: Integrierte Funktionskontrolle
3. Teil: Kombilösungen und redundante Systeme