Moderne Sensorik übernimmt unterschiedliche Aufgaben beim Einsatz in Anlagen zur Gewinnung regenerativer Energien. Sie werden verwendet, um Reparaturen zu vermeiden und Wartungszyklen zu optimieren, den Wirkungsgrad zu steigern oder um die nötige Qualität bereits während der Fertigung sicherzustellen. Dafür werden unterschiedliche Sensoren bereits bei der Fertigung der einzelnen Bauteile verwendet. Bei der Entwicklung neuer Geometrien und Fertigungstechniken für Rotoren wird immer mehr auf sorgfältige Prüfungsmethoden gesetzt. Für Belastungstests an Rotorblättern für Windkraftanlagen werden deshalb inzwischen eigene Prüfstände entwickelt, mit denen man reale Belastungen durch Wind und Wetter simulieren kann. Übliche Rotoren haben derzeit Längen zwischen 40 und 60m und werden in Halbschalen-Sandwichbauweise aus glasfaserverstärkten Kunststoff gefertigt. Prüfstand mit Seilzugsensoren Das Fraunhofer Institut IWES in Bremerhaven hat einen Prüfstand entwickelt, mit dem sich Rotorblätter bis 70m Länge prüfen lassen. Durch mechanische Belastung kann die Spitze des Rotorblatts um bis zu 10m verzogen werden. Das Rotorblatt wird dafür in horizontaler Lage an den Prüfstand montiert. Stahlseile werden über Umlenkrollen zum Rotor geführt und an verschiedenen Positionen entweder direkt oder über mechanische Klemmen am Rotorblatt befestigt. Zur Messung der Verformung werden am Prüfstand 12 Seilzugsensoren verwendet mit Messbereichen zwischen 3 und 10m. Je Zugpunkt messen zwei Sensoren die Auslenkung und Verwindung des Rotorblatts. Das einfache Handling und die robuste Konstruktionsweise der Sensoren überzeugten. Die Seilzugsensoren arbeiten in dieser Anwendung mit Messbereichen zwischen 3 und 10m. Das ausgegebene Digitalsignal wird direkt für weitere Simulationen herangezogen. Kontrollierte Schweißnaht Der Turm einer Windkraftanlage wird meist als das unscheinbarste Bauteil erachtet. Dabei ist der Turm mit Höhen von 130m und einem Gewicht von mehreren hundert Tonnen das größte und schwerste Bauteil einer Windkraftanlage. Die unscheinbare, aber äußerst wichtige Aufgabe, die Gondel zu tragen und allen Witterungseinflüssen standzuhalten, erfordert ein hohes Maß an Qualität und Zuverlässigkeit. Eine sehr häufige Form sind Stahlrohrtürme, die aus meistens zwei bis fünf Segmenten mit je 20 bis 30m Länge bestehen. Ein Segment eines Turms wird aus 20 bis 40mm starkem Stahlblech gerollt und anschließend verschweißt. Die einzelnen Segmente werden miteinander verschraubt oder auch geschweißt. Eine Qualitätsprüfung der Schweißnähte ist schon allein aus Sicherheitsgründen ein notwendiger Schritt. Für die automatische und präzise Kontrolle von Schweißnähten werden bereits in vielen anderen Branchen Laserscanner von Micro-Epsilon verwendet. Einen passenden Vergleich bietet die Schweißnahtkontrolle von Pipelines. Auch hier müssen die Schweißnähte bestimmten Qualitätsanforderungen genügen. Ein Laser projiziert einen Punkt oder eine Linie auf ein Objekt. Das dort diffus reflektierte Licht wird über die lichtempfindliche Empfangseinheit (CMOS) aufgenommen. Entfernt sich das Objekt, ändert sich auch der Lichteinfallswinkel und damit die beleuchtete Stelle auf dem Empfangselement. Bei einer Messung wird das diffus gestreute Licht der Linie von einem hochempfindlichen CMOS-Chip detektiert, welcher ein präzises Abbild des Oberflächenprofils erzeugt. Wird der Scanner über die Schweißnaht traversiert, entsteht durch aneinanderlegen der einzelnen Linienprofile ein 3D-Abbild des Objekts. Für eine Anlage kann mit dieser Methodik eine einwandfreie Schweißnaht sichergestellt werden. Füllmengenmessung am Fermenter Biogas als eine moderne erneuerbare Energiequelle ist für viele Landwirte eine lukrative Einnahmequelle. Die Besonderheit liegt in der Erzeugung von Strom, Wärme und Dünger aus Biomasse. Durch anaerobe Gär- und Fäulnisprozesse entstehen brennbare Gase. Je nach Ausgangsstoffe beinhaltet Biogas im Wesentlichen Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf. Grundsätzlich besteht ein Fermenter aus einem luftdichten Rundsilo, das mit einem Gasbehälter aus einer Folie verbunden ist. Ziel ist es einen konstanten Gärprozess zu erzeugen, damit die Verbrennung ständig bei maximalen Wirkungsgrad erfolgen kann. Je nach Gasmenge bläht sich die Folie des Gasbehälters durch steigenden Druck auf. Die Auswölbung der Folie lässt auf die zu vergärende Füllmenge zurück schließen. Um Sie zu erfassen, wurden bisher induktive Endschalter verwendet, die jeweils die untere, mittlere und obere Position der Folie erfassten. Diese diskrete Erfassung der Füllmenge ließ die Trägheit des Gärprozesses unberücksichtigt und machte die Steuerung der Biogaserzeugung uneffizient. Durch Einsatz von Seilzugsensoren ist man in der Lage die Füllmenge im Fermenter kontinuierlich zu erfassen. Für eine konstante Andrückkraft wird auf der Folie eine Masse befestigt, die das Sensorseil auf Spannung hält. Der Sensor befindet sich im Generatorhaus und ist über Seilverlängerungen mit der Masse auf der Folie verbunden. Bei sich ändernder Ausdehnung der Folie ändert sich auch der gemessene Weg. Bei abnehmender Füllmenge im Gasbehälter steigt die Distanz zwischen Folie und Wegsensor. Durch die Zunahme des Wegsignals reduziert die Steuerungseinheit die Drehzahl des Stromaggregats, um die Soll-Füllmenge im Gasbehälter wiederherzustellen. Damit wird die Effizienz der Biogaserzeugung und -verbrennung um ein Vielfaches gesteigert, da zu jedem Zeitpunkt des Gärprozesses die Füllmenge erfasst und ggf. neues Gärmaterial zugegeben werden kann. Verwendet werden für diesen Fall die Seilzugsensoren WireSensor MK bzw. Wiresensor P96 von Micro-Epsilon. Diese Sensor sind einfach aufgebaut und robust konstruiert. Sie bieten Messbereiche zwischen 500 und 7.500mm. Die Notwendigkeit, den Wirkungsgrad von Kraftanlagen erneuerbarer Energien zu steigern, wird weitere Einsätze von Sensorik fordern. Nur damit kann man Anlagen in Grenzbereichen über längere Zeit sicher betreiben.
Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
