Windenergieanlagen im Griff haben

Besonders findige Ingenieure haben einen wartungs- und verschleißfreien Sensor entwickelt, der dabei hilft, ein Aufschwingen frühzeitig zu verhindern.

Den SIL2/PLd-zertifizierten Beschleunigungssensor GAM900S haben die Ingenieure von Baumer gezielt zur Messung und Überwachung von Schwingungen und Schockbelastungen in Windkraftanlagen entwickelt. Dank der präzisen Beschleunigungsinformation lässt sich ein Aufschwingen der Anlage frühzeitig durch die übergeordnete Steuerung verhindern. Zusätzlich meldet die SIL2-/PLd-konforme integrierte Grenzwertüberwachung dem Sicherheitssystem jede Überschreitung mittels redundant ausgelegtem Relais-Ausgang.

Dies sorgt für zusätzliche Sicherheit und erleichtert dank EG-Baumusterprüfbescheinigung die Umsetzung der Maschinenrichtlinie. Durch die Zwei-in-eins-Funktionalität reduzieren sich die Kosten für die Komponenten sowie die Aufwendungen für Verkabelung und Logistik. Die Messung erfolgt mit diversitär redundant ausgeführten, kapazitiven MEMS-Sensorelementen. Diese erreichen eine sehr hohe Genauigkeit, insbesondere bei kleinen Auslenkungen. Damit eignen sie sich zur präzisen Erfassung des in Windkraftanlagen auftretenden Schwingungsspektrums.

Gemäß Baumusterprüfbescheinigung des Tüv Rheinland erfüllt die Grenzwertüberwachung des GAM900S alle Anforderungen der Sicherheitsintegrität gemäss PLd beziehungsweise SIL2. Dies erleichtert die Umsetzung der Sicherheitsfunktion „Schutz vor überhöhten Schwingungen und Schocks“ und reduziert gleichzeitig den Aufwand bei der Anlagenabnahme.

Der sichere Relaisausgang ist praktisch in jedes Safety-System integrierbar und löst bei Überschreitung des werkseitig eingestellten Grenzwerts aus. Der GAM900S nutzt hierfür zwei Relais mit Rücklesekontakt. Die einzelnen Relais werden zweikanalig angesprochen, ihr Zustand von der Embedded-Software kreuzweise verglichen. Der Sensor arbeitet verschleiß- und wartungsfrei. Mit Schutzart IP 67 und einem Temperaturbereich von -40 bis +85 °C ist er besonders robust.

Zudem beweist er seine Korrosionsfestigkeit in umfangreichen Tests, wie zum Beispiel der Salzsprühnebelprüfung nach IEC 60068-2-52 mit anschließenden Festigkeits- und Funktionsprüfungen. Damit eignet er sich für den dauerhaften Einsatz in aggressivsten Umgebungen der Korrosivitätskategorie C5M. Die Messwerte werden über CANopen oder den analogen Ausgang an die Anlagensteuerung übermittelt. Ein Mehrfarb-LED zeigt den Betriebsstatus an und vereinfacht die Diagnose vor Ort.

Die einfachste Möglichkeit zur Drehzahl- und Positionserfassung sind inkrementale Drehgeber. Der SIL2-/PLd-zertifizierte Drehgeber ITD22H00 SIL gibt bis zu 2048 Sinsusperioden pro Umdrehung aus. Mit durchgehender Hohlwelle und tangentialem Kabelabgang ist er sehr kompakt in der Montage. Der SIL2-zertifizierte Drehgeber GI357 gibt bis zu 5000 Rechteckimpulse pro Umdrehung als HTL- oder TTL-Signal aus. Die Drehgeber werden für den Anbau oder Einbau in den Schleifring verwendet. Die Kommunikation mit dem Drehzahlwächter erfolgt über sichere Inkrementalsignale. So können im Notfall die entsprechenden Schritte von der Sicherheitssteuerung eingeleitet werden.

Heavy-Duty-Drehgeber sind seit über 20 Jahren die zuverlässige Lösung zur Erfassung der Generatordrehzahl. Ihre robuste Ausführung gewährleistet eine maximale Lebensdauer im Dauerbetrieb. So prüft beispielsweise die integrierte Funktionsüberwachung EMS (Enhanced Monitoring System) permanent alle Drehgeberfunktionen. EMS erleichtert auch den Drehgeber-Anschluss, da korrekte Verdrahtung und Geber- sowie Schnittstellenfunktion automatisch überprüft und signalisiert werden. Robuste, isoliert eingebaute Lager oder Hybridlager mit besonders langer Lebensdauer schützen vor Lagerschäden durch induzierte Wellenströme.

Die Blitzschutzstrecke zwischen Welle und Gehäuse schützt vor elektrostatischen Aufladungen und Schäden durch Blitzeinschlag. Der inkrementale Heavy-Duty-Drehgeber HOGS 100S ist SIL2-/PLd-zertifiziert und gibt bis zu 5000 Sinusperioden pro Umdrehung aus. Die Signale sind dank der Low-Harmonics-Technologie extrem oberwellenarm. Zusammen mit einem geeigneten Drehzahlwächter werden ebenfalls die Realisierung der Sicherheitsfunktionen „Schutz vor überhöhter Drehzahl“ und damit die Sicherheitsbewertung der Anlage erleichtert. Ihren Beitrag zur Sicherheit beweisen Baumer Applikationen seit Jahrzehnten nicht nur in Windkraftanlagen, sondern auch in der Logistik von Hafenanlagen, im Bergbau, der Medizintechnik sowie in allen Branchen des Maschinen- und Anlagenbaus. aru