Während der Olympischen Sommerspiele im August 2008 zeigte sich China als umweltfreundlicher Gastgeber. Neben dem Einsatz von Sonnenenergie und Erdwärme setzten die Ausrichter vor allem auf Windkraft, die allein 20% des Energiebedarfs aller olympischen Veranstaltungsstätten decken sollte. Erzeugt wurde der umweltfreundliche Strom im Windpark von Peking-Guanting. Dort drehen sich 43 Anlagen des chinesischen Anbieters Goldwind. Das Know-how dazu kommt von der Vensys Energy AG aus dem über 7.000km entfernten Saarland. Energiesparende Konstruktion Was als unscheinbare Hochschulausgründung in Saarbrücken begann, ist inzwischen zu einem weltweit operierenden Player in der Windenergiebranche herangewachsen. Windräder der Vensys Energy AG, die am Unternehmensstandort in Neunkirchen geplant, konstruiert und getestet wurden, drehen sich heute im kanadischen Higgings Mountain ebenso wie im rheinischen Grevenbroich. Allein der chinesische Partner Goldwind betreibt drei Werke mit einer Fertigungskapazität von jährlich mehr als 1.000 Anlagen. Weitere Lizenznehmer setzen beispielsweise in Brasilien, Indien, Tschechien und Spanien die innovativen Entwicklungsideen aus Deutschland um. In Chinas Olympiawindpark erzeugen u.a. die derzeit größten Anlagen des Unternehmens, die Vensys 77, regenerativen Strom. Bei einer Nabenhöhe von 85m und einem Durchmesser von 77m liefert jedes dieser Windräder eine durchschnittliche Jahresleistung von 4.300MWh. Die Anlagen ermöglichen selbst in Schwachwindgebieten aufgrund ihrer Generatorkonstruktion eine effiziente Energiegewinnung. Dabei wird das Erregerfeld durch direkt am Läuferjoch angebrachte Permanentmagnete aus Neodyn-Eisen-Bor (NdFeB) erzeugt. Die eingesparte Erregerleistung steht als Energieertrag zur Verfügung, was im Teillastbereich von Vortei ist. Die Bauweise der Anlagen basiert auf konsequenter Reduktion: Die Konstruktion wird auf wenige erprobte Komponenten begrenzt. Der Vensys-Generator erfüllt alle Funktionen des klassischen Triebstrangs, verzichtet aber auf störanfällige und wartungsintensive Bauteile wie Getriebe, Zwischenwelle und Kupplungen. Durch den Einsatz von Permanentmagneten entfallen Erregerspulen, Schleifringübertragung und Gleichstromerzeugung. Zu weiteren Einsparungen führt der Pitchantrieb mit verschleißarmen Zahnriemen; Schmierung und Dichtung werden damit überflüssig. Steuerung optimiert Anstellwinkel Maßstäbe will die Vensys Energy AG aber nicht nur in Sachen Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit setzen. Auch bei der Sicherheit geht das Unternehmen keinerlei Kompromisse ein. Zu den wichtigsten Komponenten einer Windkraftanlage gehört in dieser Hinsicht die sogenannte Pitch-Steuerung. Das System misst, überwacht und regelt den Anstellwinkel der Rotorblätter einer Anlage. Dadurch kann die Leistungsaufnahme verändert werden. So lassen sich die Rotorblätter beispielsweise beim Anfahren in den Wind drehen. Während des Betriebes kann die Leistung trotz wechselnder Windverhältnisse durch Veränderung des Anstellwinkels konstant gehalten werden. Zieht dagegen ein Sturm herauf, dreht die Pitch-Regelung die Rotorblätter automatisch aus dem Wind, um Schäden zu verhindern. Kommt es hier zu einer Störung, können die Folgen fatal sein. Kein Wunder also, wenn der Zuverlässigkeit von Messtechnik in diesem Bereich oberste Priorität zukommt. Nicht zuletzt deshalb hat sich die Vensys Energy AG für induktive Sensoren von Turck entschieden. In jeder Windkraftanlage bestimmen gleich sechs uprox+-Sensoren – jeweils zwei pro Flügel – die exakte Stellung der Rotoren. Dazu erfasst jeder Sensor eine spezielle Nocke zur sicheren Endlage der Rotorblätter. Ein siebter Sensor ermittelt, in welcher Position die Wartungsluke der Anlage steht. Mit den Daten aller Sensoren sorgt die Steuerung dann für die jeweils korrekte Rotorblattstellung. Die Kraftübertragung zwischen Motor und Rotorblatt erfolgt über schmierungs- und wartungsfreie Zahnriemen. Die Kräfte verteilen sich dabei auf viele Zahneingriffe, was den Verschleiß reduziert und die Sicherheit weiter erhöht. Anfällige Rotorbremsen sind somit nicht nötig. Zuverlässig und robust Allein in den Jahren 2007 und 2008 hat Vensys 265 Windräder mit Turck-Sensoren ausgerüstet, ohne dass es zu Problemen gekommen wäre. Neben Zuverlässigkeit und Qualität war die hohe EMV-Unempfindlichkeit ein wichtiges Argument bei der Entscheidung für uprox+-Sensoren. \“Aufgrund der unmittelbaren Nähe zum Generator der Windkraftanlagen und der Blitzeinschlaggefahr spielt das Thema EMV in diesem Einsatzfeld eine große Rolle\“. Weil Windkraftanlagen häufig in küstennahen Regionen mit vergleichsweise hohen Aerosol-Konzentrationen anzutreffen sind, gelten für alle Anlagenbauteile hohe Anforderungen an die Dichtigkeit. Die uprox+-Baureihe erfüllt bereits in der Standardausführung im verchromten Messinggehäuse mit Schutzart IP68 die Anforderungen der Vensys-Entwickler. Noch widerstandsfähiger gegenüber aggressiver salzhaltiger und feuchter Luft müssen Sensoren sein, die in Offshore-Anlagen auf dem freien Meer eingesetzt werden sollen. Auch wenn entsprechende Windkraftparks von Vensys erst in fernerer Zukunft entstehen sollen, ist die Turck-Sensorik auf ein solches Szenario bereits vorbereitet. Schon heute sind uprox+-Sensoren mit widerstandsfähigen und speziell abgedichteten Edelstahlgehäusen in der Lebensmittelindustrie im Einsatz, wo sie seit Jahren aggressiven Reinigungsmitteln erfolgreich trotzen. Kasten 1: Grundlagen Faktor-1-Sensoren Der Klassiker unter den induktiven Sensoren ist der Ferritkern-Sensor, der allerdings den großen Nachteil hat, dass sein Schaltabstand vom Material des Betätigungsobjekts abhängt. Der maximale Abstand wird mit Baustahl St37 erreicht, bei anderen Metallen muss mit reduzierten Schaltabständen gerechnet werden. Der Reduktionsfaktor gibt an, auf welchen Bruchteil sich der Schaltabstand bei Verwendung anderer Metalle als St37 reduziert. Typische Werte für den Reduktionsfaktor liegen bei Messing zwischen 0,35…0,5, bei Kupfer zwischen 0,25…0,45, bei Aluminium zwischen 0,35…0,50 und bei Edelstahl im Bereich von 0,6…1. Da induktive Ferritkern-Sensoren ihre hohen Schaltabstände nur bei Baustahl einhalten können, hat Turck induktive Faktor-1-Sensoren entwickelt. Sie haben bei allen Metallen den gleichen Schaltabstand. Egal ob Eisen, Edelstahl, Kupfer, Aluminium oder Messing – der Reduktionsfaktor ist immer 1. Ein Faktor-1-Sensor der uprox+-Familie arbeitet mit einem 4-Spulen-Oszillator ohne Ferritkern. Die symmetrische Spulenanordnung zweier Spulenpärchen, jeweils bestehend aus Sende- und Empfangsspule, bietet dazu noch sehr hohe Stabilität gegen mechanische Kräfte. Kasten 2: Eigenschaften der uprox+-Sensoren Sensoren der uprox+-Baureihe von Turck ermöglichen eine flexible Umsetzung unterschiedlicher Bauformen. Das Design verbessert vor allem in Grenzbereichen die Signalauswertung. Ferritkerne und gewickelte Spulen herkömmlicher Messfühler werden durch ein Spulensystem ersetzt, das direkt auf die Leiterplatte gedruckt wird. Die Teilung der Sendespule in zwei unabhängige Pärchen von Sende- und Empfangsspulen ermöglicht dabei die Anpassung an die gewünschte Bauform. Die Palette der Geometrien reicht von Gewinderohrsensoren bis zu quaderförmigen Varianten. So lässt sich mit einer geringen Anzahl von Sensoren die Applikationsbandbreite eines Unternehmens abdecken. Zu den wichtigsten Eigenschaften von uprox+-Sensoren gehören: – große Schaltabstände – Reduktionsfaktor 1 auf alle Metalle – Montage durch teil- und überbündigen Einbau – verringerte Freizonen – hohe Magnetfeldfestigkeit (Schweißfestigkeit) – EMV-Eigenschaften, die besser als die vorgegebenen Werte der VDE-Norm EN61000-4-6 sind – Schutzart IP68
Hans Turck GmbH & Co. KG
