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DER KONSTRUKTEUR 3/2020

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DER KONSTRUKTEUR 3/2020

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK DEN ELEMENTEN TROTZEN PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Moderne Windkraftgeneratoren sind den Elementen ständig frei ausgesetzt und müssen robust konstruiert sein. Viele Hersteller setzen daher auf Heavy-Duty-Drehgeber. Sie bieten die nötige Zuverlässigkeit unter schwierigen Bedingungen und ein hohes Maß an Präzision. Windkraftanlagen sind in Deutschland ein wichtiger Baustein für die Umstellung der Energieerzeugung auf regenerative Quellen. Offshore und onshore erzeugen moderne Windkraftgeneratoren bereits bei niedrigen Windgeschwindigkeiten von 3 – 4 m/s Strom für tausende von Haushalten. Ein harter Job für die Technik, denn Windräder sind nicht nur dem Wind, sondern auch vielen weiteren Einflüssen ausgesetzt: Hitze, Kälte, Regen, Schnee, Staub, Schmutz und Gewitter. Zudem müssen die Maschinen in der Lage sein, sich autonom zu steuern, um optimale Leistung erbringen zu können: In verschiedenen Windverhältnissen ändern sie beispielsweise den Anstellwinkel ihrer Rotorblätter sowie die Ausrichtung der Gondel und überwachen die Rotor-Drehzahl. Daher ist neben Robustheit auch Präzision gefragt, damit Windkraftgeneratoren effizient Energie produzieren können. Für die Erfassung und Überwachung der Generatorendrehzahl verwenden viele führende Hersteller Heavy-Duty-Drehgeber der HOG 86 Familie von Baumer Hübner. Was macht diese Drehgeber so geeignet für den Einsatz? PRÄZISION UNTER HOCHLAST Heavy-Duty, das heißt auf Deutsch hochbelastbar. Schon die Bezeichnung weist also darauf hin, dass Heavy-Duty-Drehgeber besonders widerstandsfähig sind. Doch das ist noch nicht die ganze Geschichte. Heavy-Duty bedeutet nicht einfach nur, robust zu sein. Es steht für das Versprechen, dass so ein Drehgeber über einen langen Zeitraum hinweg zuverlässig und präzise seine Arbeit verrichtet, ohne den Anwender jemals im Stich zu lassen. Ein zentrales Kriterium, das ein Heavy-Duty-Drehgeber zu erfüllen hat, ist die Präzision. Wer meint, die Schwergewichte unter den Drehgebern könnten hier Kompromisse eingehen, irrt gewaltig. Ganz im Gegenteil müssen Heavy-Duty-Drehgeber mindestens die gleiche Genauigkeit bei den Messsignalen liefern wie ihre kleineren Geschwister. Schon kleine Messfehler können aufgrund der großen bewegten Massen drastische Konsequenzen haben, bei Windkraftanlagen z. B. für die Effizienz der Energiegewinnung oder für die Betriebssicherheit. Daher bieten die inkrementalen HOG 86-Drehgeber eine störfeste optische Abtastung bis 5 000 Impulse pro Umdrehung und damit präzise Drehzahlsignale für eine Regelgüte und Prozesskontrolle, die der kleinerer Drehgeber in nichts nachsteht. ROBUSTHEIT FÜR HOHE AUSFALLSICHERHEIT Neben der Präzision ist aber – wie das Beispiel Windkraftanlage in besonderem Maße zeigt – die Robustheit ein wichtiger Faktor. Damit ein Drehgeber unter den Bedingungen von Windkraftanlagen zuverlässig seine Arbeit verrichten kann, muss er über viele Jahre hinweg harte Stöße, Vibrationen und andere Kräfte auf die Drehwelle aushalten können, ohne an Präzision zu verlieren. Ein Austausch wäre teuer, nicht weil der Drehgeber viel Geld kostet, sondern weil er, wie in diesem Fall, an einer schwer zugänglichen Stelle angebracht ist und die Anlage bei einem Ausfall und während des Austauschs nicht arbeiten kann. Robuste Gehäuse mit großen Wandstärken sowie ein stoß- und vibrationsresistentes Inneres sind daher grundlegende Voraussetzungen. Dazu kommen bei Baumer Hübner großzügig dimensionierte Kugellager mit maximalem Abstand auf beiden Seiten des Gehäuses. Aber nicht nur mechanische, sondern auch elektrische Robustheit ist geboten. So treten zum Beispiel oft elektromagnetische Felder in der Nähe von Drehgebern auf, zum Beispiel durch stromführende Leitungen. Ohne ausreichende Abschirmung können diese die Elektronik des Drehgebers zerstören oder zumindest so beeinflussen, dass dies die Qualität der Messsignale beeinträchtigt. Durch Spannungsdifferenzen kann zudem Strom durch die Drehgeber-Welle fließen, wodurch die Schmierung im Lager verbrennen kann, was es zerstört. Eine elektrische Isolation der Welle ist daher ein Muss für einen Heavy-Duty-Drehgeber. Für weitergehenden Schutz vor elektrostatischen Aufladungen wird bei bestimmten Geräten ein speziell 14 DER KONSTRUKTEUR 3/2020

entwickelter Blitzschutz als Option angeboten. Ebenfalls ein Muss ist Dichtheit. Egal ob Feuchtigkeit, Staub oder Schmutz – ein Heavy-Duty-Drehgeber muss dagegen gut abgedichtet sein. Das ist gerade an den neuralgischen Stellen wichtig: an der Welle und am elektrischen Anschluss. Dazu gehört auch ein Korrosionsschutz durch geeignete Materialien und Beschichtungen, damit auch Salzwasser und Chemikalien die dauerhafte Funktion nicht beeinträchtigen. VIELFÄLTIGE OPTIONEN Die HOG 86 Produktfamilie inkrementaler Heavy-Duty-Drehgeber erfüllt all diese Bedingungen. Schon die Basisausführung Die Heavy-Duty-Produktfamilie von Baumer Hübner zeichnet sich nicht nur durch Präzision, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit aus, sondern auch durch eine immense Vielfalt an mechanischen, elektrischen und funktionellen Varianten. Unter den inkrementalen und absoluten Drehgebern finden sich Gehäusegrößen von 58 mm bis zum Großgeber für eine 287 mm Hohlwelle. Dabei unterstützt der Hersteller alle relevanten Schnittstellen, vom Tachosignal über klassische Inkremental- und Feldbus- Schnittstellen bis hin zu Echtzeit-Ethernet wie z. B. Profinet und EtherCAT. Eine hohe Ausgangsleistung der Inkremental-Signaltreiber garantiert zudem, dass die Signale auch auf lange Distanzen ungestört und in NICHT NUR MECHANISCHE, SONDERN AUCH ELEKTRISCHE ROBUSTHEIT IST GEBOTEN HOG 86E verfügt über eine Wellenisolation bis 2,8 kV zum Schutz vor Lagerschädigung. Die zweiseitige Lagerung reduziert die Lagerbelastung zusätzlich und erhöht die Lebensdauer und Verfügbarkeit. Darüber hinaus können Nutzer aus diversen Optionen und Versionen wählen, die wichtige Vorteile für ihren jeweiligen Anwendungsfall aufweisen. Ein Korrosionsschutz für aggressive Umgebungen etwa ist für Offshore-Windkraftanlagen in der Regel eine sinnvolle Investition. Die redundante Abtastung des HOG 86 M durch eine galvanisch getrennte Abtastelektronik und Anschlusstechnik erhöht derweil die funktionale Sicherheit beträchtlich. Die ebenfalls erhältliche Kombination mit einem integrierten digitalen Drehschalter (HOG 86 + DSL) oder einem mechanischen Drehzahlschalter nach dem Fliehkraftprinzip (HOG 86 + FSL) sind weitere Möglichkeiten, die Sicherheit bei der Drehzahlregelung zusätzlich zu erhöhen. voller Stärke ankommen – je nach Ausführung können die Signale bis zu 550 m reichen, mit Lichtwellenleitern sogar bis zu 1,5 km. Um einen ausfallsicheren Betrieb zu gewährleisten, prüft Baumer Hübner jeden Drehgeber zu 100 % und validiert seine Geräte in aufwendigen Typprüfungen auf Resistenzfähigkeit gegen elektromagnetische Felder, Schwingung, Dauerschock, Staub, Wasser und vieles mehr. Die ausgeklügelte Konstruktion und umfangreiche Qualitätszertifikate geben dem Anwender die Gewissheit, dass der Drehgeber ihn nicht im Stich lassen wird. Das stellt sicher, dass Windkraftanlagen mit dem HOG 86 über viele Jahre hinweg Strom erzeugen können – egal, woher der Wind weht. Bilder: Baumer GmbH www.baumer.com WER HAT’S ERFUNDEN? Der Begriff „Heavy-Duty“ ist weder geschützt noch der Name einer Norm, hat sich aber dennoch auf dem Markt als Drehgebergattung etabliert. Der Begründer dieser Gattung ist Baumer Hübner, dessen Erfahrung mit Heavy-Duty- Drehgebern bis in die 1950er-Jahre zurückreicht. Auf Basis dieser Expertise entstand der HOG 10, der seit mehr als 25 Jahren als das Original gilt und die Blaupause für jeden Heavy-Duty-Drehgeber darstellt. Windkraftgeneratoren sind komplexe Hightech-Systeme, die bis zu 8 MW an elektrischer Leistung erzeugen können Der schnellste Draht zum Schaltschrank Schaltschränke kompakt planen und schneller fertigstellen mit innovativen Connectivity-Lösungen von HARTING. www.HARTING.com/ Schaltschrankbau

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