Die Vensys Energy AG ist einer der technologisch führenden Hersteller getriebeloser Windenergieanlagen im Megawattbereich, die gegenwärtig auf drei Kontinenten Energie liefern. Das Konstruktionsprinzip dieser Windenergieanlagen aus Neunkirchen überzeugt vor allem durch seine Einfachheit und die Reduktion der mechanischen und verschleißbehafteten Bauteile. Der direkt vom Rotor angetriebene Generator mit Permanentmagneterregung, die patentierte Luftkühlung und die Rotorblattverstellung mit einem verschleißarmen Zahnriemenantrieb liefern die Voraussetzung für einen möglichst störungsfreien und wartungsarmen Betrieb. Einen wesentlichen Anteil daran hat auch die Auswahl der eingesetzten Komponenten, bei denen der Hersteller hinsichtlich Zuverlässigkeit und Langlebigkeit keine Kompromisse eingeht. Ein gutes Beispiel dafür liefern die innerhalb des Pitchsystems zur Erfassung der Position der Rotorblätter eingesetzten Drehgeber. Die Anstellwinkel der Rotorblätter, der sogenannte Pitch, ist entscheidend für die Effizienz einer Windkraftanlage. Je nach Windstärke müssen die Rotorblätter entsprechend positioniert werden, zum einen, um die maximale Leistung konstant zu halten, zum anderen aber auch, um Schäden an der Anlage durch zu starken Wind zu vermeiden. Bewährte Technik überzeugt Konstrukteure Der Drehgeber erfasst die Rotorblattstellung, gibt sein Signal über eine SSI-Schnittstelle an die Steuerung des Pitchsystems weiter, die wiederum den Pitchantrieb steuert, sodass das Rotorblatt über den Zahnriemen entsprechend den Windverhältnissen positioniert wird. Dipl.-Ing. (FH) Frank Becker ist bei Vensys in Neunkirchen zuständig für die Pitchsysteme und beschreibt die Auswahlkriterien für die eingesetzten Drehgeber: \“Die Wartung von Windanlagen ist nicht ganz einfach. Unsere Qualitätsansprüche an die eingesetzten Komponenten sind darum sehr hoch. Letztendlich fiel deshalb die Wahl auf Drehgeber von Baumer. Uns überzeugte bei diesen Multiturns vor allem, dass sie bereits jahrelang in vergleichbaren Anwendungen ihre Zuverlässigkeit bewiesen haben, nicht nur in Windkraftanlagen sondern auch in Hafen-Krananlagen, Baumaschinen oder im Tagebergbau. Außerdem kommt der getriebelose Aufbau der Multiturns unserer Firmenphilosophie entgegen, da unsere Windenergieanlagen ebenfalls getriebelos sind.\“ Der Batterie den Vorzug geben An jedem Rotorblatt erfasst heute ein solcher Multiturn-Drehgeber präzise den Anstellwinkel. Dabei setzt Baumer beim Zählen der Umdrehungen bereits seit 1992 auf ein berührungsloses und verschleißfreies Verfahren. Joachim Acker, Head of Competence Center bei Baumer, beschreibt die Funktionsweise: \“Die Umdrehungen werden in einem ASIC ausgewertet und gespeichert, das über eine Lithiumzelle gepuffert ist. Somit ist die aktuelle Position jederzeit ohne zeitaufwendige Referenzfahrt verfügbar, sofort nach dem Einschalten und über eine praktisch unbegrenzte Anzahl von Umdrehungen. Verschleißanfällige, mechanische Getriebe konnten so eliminiert werden.\“ Batterien mit langer Lebensdauer Die in den Multiturn-Drehgebern eingesetzten Batterien haben dank ihrer hohen Isolation, den fehlenden Ladezyklen und dem geringen Leistungsbedarf der Drehgeber-Elektronik eine ausgesprochen lange Lebensdauer. \“Bei den mehr als 1 Million Drehgebern, die seit 1992 im Feld installiert sind, konnten wir keine Batterieausfälle verzeichnen,\“ so Acker weiter. Auch bei Vensys ist man von der Langlebigkeit der Batterien überzeugt. \“Die in den Drehgebern eingesetzten Batterien haben ja mittlerweile im jahrelangen Einsatz bewiesen, wie zuverlässig sie sind, nicht nur in unseren Anlagen, sondern z.B. auch bei Herzschrittmachern. Außerdem ist es recht einfach, den Batteriezustand zu überwachen. Erhalten wir von der Batterie z.B. bei 25% restlicher Ladekapazität ein Warnsignal, ließe sich der Drehgeber ohne Weiteres bei den im Jahres- oder Halbjahresrhythmus geplanten Wartungsmaßnahmen austauschen. Ein Getriebe dagegen gibt keine Fehlermeldung aus, bevor eine Verzahnung bricht, und außerplanmäßige, wegen der hohen Ertragseinbußen nicht tolerierbare Stillstandszeiten wären die Folge\“, ergänzt Becker. Robust und in einem weiten Temperaturbereich funktionssicher Durch das \’elektronische Getriebe\‘, bei dem der IC die Umdrehungen zählt, sind die Multiturns außerdem äußerst robust und auch für sehr große Hohlwellen geeignet (Bild 5). Sie arbeiten mit Auflösungen bis 36 Bit und eignen sich für Drehzahlen bis 12.000 U/min. Letzteres kommt in der beschriebenen Anwendung zwar nicht zum Tragen, da im Normalbetrieb nur Drehzahlen zwischen 200 bis 800 U/min üblich sind. Bei einem Notstopp müssen die Drehgeber jedoch hohe Beschleunigungen von 0 auf 1500 U/min verkraften. \“Auch hier ist die elektronische Lösung gegenüber einer Getriebemechanik sicher im Vorteil,\“ betont Becker. Die Multiturndrehgeber sind an den Windkraftanlagen nicht gänzlich ungeschützt im Freien montiert. Die Rotoreinheit mit dem Pitchsystem ist jedoch keineswegs dicht, die Drehgeber sind deshalb den Umgebungseinflüssen relativ ungeschützt ausgesetzt. Da sie serienmäßig die Anforderungen der Schutzart IP65 erfüllen und schock- bzw. vibrationsfest sind (Vibration 30g, bei 10 bis 2000Hz, Schock 500g bei 6ms, gemäß EN 60068), gibt es diesbezüglich keine Probleme zu befürchten. Mit -40 bis +85°C ist zudem der zulässige Temperaturbereich groß, was in der Praxis zu einem wichtigen Kriterium werden kann. Becker erläutert das näher: \“Während in Deutschland eine Tieftemperaturtauglichkeit von -20°C ausreichend ist, fordert der chinesische Markt -40°C, ein Wert, der bei vielen marktüblichen Drehgebern heute nicht garantiert wird.\“ Partnerschaftliche Zusammenarbeit In den Windkraftanlagen aus Neunkirchen sind die beschriebenen Drehgeber mittlerweile seit 10 Jahren im Einsatz und haben weltweit ihre Zuverlässigkeit unter Beweis gestellt. Eine weitere Zusammenarbeit mit Baumer ist deshalb fest geplant. \“Ein wesentliches Argument in diesem Zusammenhang ist aber nicht nur die Produktqualität, sondern auch der ausgesprochen gute Support. Wenn es doch mal zu applikationsspezifischen Schwierigkeiten kommt, freut man sich schließlich über rasche und kompetente Hilfe, wobei Baumer durch das gut strukturierte Vertriebsnetz jederzeit auch vor Ort zur Hand sein kann\“, so Becker abschließend.
Baumer IVO GmbH & Co. KG
