Weg- und Drehzahlmessung in Windkraftanlagen

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

Balluff GmbH

Aufbau und Funktion

Herzstück jedes magnetostriktiven Wegaufnehmers ist das magnetostriktive Sensorelement, der sogenannte Wellenleiter. Dieser Wellenleiter ist nichts anderes als ein metallisches Röhrchen aus magnetostriktivem Material - in der Regel eine Nickel-Eisen-Legierung - in das ein Kupferdraht eingefädelt ist. Auf ihn wird für den Messvorgang ein kurzer Stromimpuls geschickt. Er induziert ein zirkulares Magnetfeld, das durch die weichmagnetischen Eigenschaften des Wellenleiters gebündelt wird. Ein direkt an dem zu messenden, bewegten Bauteil befestigter Permanentmagnet dient dann als passiver Positionsgeber und markiert den Messpunkt berührungslos und ganz ohne Energiezufuhr.

Dort, wo sich beide Magnetfelder im rechten Winkel überlagern, entsteht eine minimale elastische Verformung durch Magnetostriktion. Sie erzeugt eine Körperschallwelle, die sich nach beiden Seiten mit einer Geschwindigkeit von 2850 m/s ausbreitet. An einem Ende des Wellenleiters ist die Welle unerwünscht und wird durch Reibung weggedämpft, während sie am anderen Ende des Wellenleiters durch eine Induktionsspule, den Detektor, wieder in einen Stromimpuls umgewandelt wird. Die Auswerteelektronik ermittelt aus der Laufzeit dieser Welle die Position mit hoher Genauigkeit.

Magnetkodierte-Messsysteme mit perpendikularen Maßkörpern

Andere in der Windkrafttechnologie vermehrt zum Einsatz kommenden Weg- oder Winkelmesslösungen sind robuste und sehr präzise arbeitende Magnetkodierte-Messsysteme, wie sie Balluff anbietet. Die BML-Systeme arbeiten berührungslos und damit verschleißfrei. Mit ihnen kann man auch noch bei sehr langsamem Lauf die Drehzahl genau erfassen. Des Weiteren ist es auch möglich, die Drehrichtung sowie mit Hilfe von Referenzpunken die richtige Position für die Rotorverriegelung zu erfassen.

Aufgebaut sind diese Systeme aus einem Sensorkopf und einem magnetisch codierten Maßkörper mit alternierenden magnetischen Nord- und Südpolen aus synthetisch gebundenem, ferritischem Material. Passend zur jeweiligen Welle sind die Maßkörper wahlweise in Ringform mit unterschiedlichen Durchmessern oder als frei zuschneidbare Bandlösung von der Rolle erhältlich. Damit ist dieses System auch an Wellen mit großem Durchmesser flexibel einsetzbar.

Für die Messung gleiten die Sensorköpfe im Abstand bis 0,35 mm über den Maßkörper. Durch Zählen der magnetischen Perioden, die je nach Sensorausführung als sinusförmiges analoges Signal oder als digitales RS 422 Rechtecksignal ausgegeben werden, lässt sich dann eine präzise Aussage über den zurückgelegten Weg treffen.

Neben inkrementellen Ausführungen bietet Balluff auch Lösungen mit absolutem Ausgangssignal. Der besondere Vorteil: Der Messwert der aktuellen Position steht sofort nach dem Einschalten des Systems zur Verfügung, was zeitraubende Referenzfahrten überflüssig macht. Die Auflösung ist frei konfigurierbar und erstreckt sich bis zu 1 µm. Dabei werden Genauigkeitsklassen von ± 8 µm bis ± 20µm erreicht. Der gemessene Positionswert steht der Steuerung dann in Echtzeit zur Verfügung, was für eine optimale Regelgüte sorgt.

Die hohe Präzision und Auflösung der BML-Systeme beruht auf den besonderen Magnet-Maßkörpern, die es so nur von Balluff gibt. Dank eines speziellen Magnetisierungsverfahrens, der sogenannten Permagnet-Magnetisierungstechnologie, ergeben sich für den Anwender erhebliche Vorteile: Stärkere und gleichmäßigere Magnetfeldern, die letztlich eine höhere Packungsdichte, eine extrem hohe Störsicherheit bei niedriger Hysterese und minimalen Linearitätsabweichungen garantieren. Es ist die gleiche Technologie, die auch zur Steigerung der Datendichte auf magnetischen Datenträgern, beispielsweise Festplatten, verwendet wird. Dabei werden die Datenbits senkrecht, statt wie im Standardverfahren horizontal zur Oberfläche ausgerichtet. Die nach diesem Konzept senkrechte Anordnung der Nord/Südpole im Maßkörper ermöglicht eine erheblich genauere Maßverkörperung. Außerdem wird die gesamte Energie genutzt, die im magnetischen Material speicherbar ist.

Komponenten werden in der Alterungskammer geprüft

Sicherheit und Zuverlässigkeit sind für Windkraftanlagen entscheidende Qualitätskriterien. Nur mit Anlagen, die wartungsarm arbeiten und eine hohe Verfügbarkeit aufweisen, lassen sich die erhofften Energie-Effizienzziele erreichen. Vorteile ergeben sich für den Anwender, der in seinen Anlagen zur Energiegewinnung ausschließlich Komponenten einsetzt, die den Nachweis ihrer einwandfreien Funktion über den gesamten Lebenszyklus erbracht haben. Konventionelle Prüfungen zur Produktqualifizierung innerhalb der Spezifikation reichen hier häufig nicht mehr aus.

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