Bildergalerie
Mit der Schutzart IP65, der gekapselten Elektronik und den mit Polyurethan kälteisolierten Kabeln ist der Drehgeber für den Einsatz in einer Windenergie-Anlage gerüstet.

Energie aus Windkraft wird weltweit mit immer leistungsfähigeren Windenergie-Anlagen (WEA) erzeugt. Für die korrekte Ausrichtung der drehbaren Gondel im Wind verfügen die WEA über ein sogenanntes Azimutsystem. Das sorgt für die optimale Anströmung der Rotorblätter und damit für den maximalen Energieertrag. Für die Azimutverstellung spielen Getriebe-Endschalter eine große Rolle, wie sie B-Command, Hersteller von Steuerungstechnik, in mehreren Ausführungen anbietet. Sie befinden sich, meist über ein Messritzel verbunden, entweder direkt am Zahnkranz der Vertikalachse der WEA (Yaw-Zahnkranz), oder am Antriebsritzel eines Yaw-Motors, der für die Drehung um die Vertikalachse zuständig ist. An dieser Stelle erfüllen die Getriebe-Endschalter zwei sicherheitsrelevante Funktionen: Er dient als Kabelverdrillschalter und sorgt für die Positionserfassung bei der Windnachführung der Gondel. Die Endschalter begrenzen die Bewegung der Gondel dabei auf zweieinhalb bis drei Umdrehungen, um die im Turm hängenden Kabel vor dem Verdrillen und somit vor dem Abreißen oder vor Beschädigungen zu schützen. Für die genaue Positionserfassung der Gondel eignen sich prinzipiell Potentiometer, Hall-Effekt-Drehgeber oder sonstige Absolutwertdrehgeber innerhalb des Endschalters.

B-Command setzt aber den magnetischen Absolutwertdrehgeber MAB28A von Megatron in seinen Getriebeendschaltern des Typs FRM ein. Hauptgrund dafür ist, dass die Drehgeber die üblicherweise verwendeten Potentiometer an Genauigkeit übertreffen. Außerdem geben sie Analogwerte aus, die sich direkt weiterverarbeiten lassen. Zwei Schaltkontakte im ­Getriebe-Endschalter überwachen die Endstände der Gondel und der Drehgeber liefert ständig die genaue Position. Auch bei der Winkelverstellung der Rotorblätter kommen die Getriebe-Endschalter zum Einsatz. Über den Blattwinkel lässt sich die Rotationsgeschwindigkeit und damit die erzeugte Stromleistung beeinflussen. Die Schalter dienen hierbei vor allem der Erzeugung eines exakten Posi­tionssignals der Flügelblattstellung.

Zwei Schaltkontakte im Getriebe-Endschalter überwachen die Endstände der Gondel und der Drehgeber (silberfarbenes Gehäuse links von der Bildmitte) liefert ständig die genaue Position.

Zwei Schaltkontakte im Getriebe-Endschalter überwachen die Endstände der Gondel und der Drehgeber (silberfarbenes Gehäuse links von der Bildmitte) liefert ständig die genaue Position.Megatron

Regensicher

Die Umgebungsbedingungen machen der Sensorik während des Einsatzes beständig zu schaffen. Da viele Windräder außerdem an abgelegenen, schwer zugäng­lichen Standorten stehen, setzen Windanlagenbauer und ihre Zulieferer auf hohe Ausfallsicherheit und Qualität der Komponenten. Zwar schützt die Windradgondel die Getriebe-Endschalter in ihrem Inneren relativ gut. Dennoch wirken Temperaturschwankungen, Luftfeuchtigkeit und zum Teil mechanische Anforderungen durch die Windlast auf die Komponenten. Der Hersteller hat deshalb alle Geräte, die in direktem Kontakt mit der Umgebung stehen, in Ausführungen gewählt, die gegen Gase, Öle und extreme Temperaturänderungen beständig sind. Eine umlaufende Gummidichtung bietet Schutz gegen Staub und Wasser, wodurch die Getriebe-Endschalter die Anforderungen der Schutzart IP66 erfüllen.

Auch das Gehäuse des Drehgebers von Megatron hält den mechanischen Anforderungen stand: Gefertigt aus verchromtem Aluminium und mit einer Welle aus rostfreiem Stahl erfüllt es die Anforderungen der Schutzart IP65. Außerdem ist die Elektronik gekapselt. Für die bei WEA auftretenden tiefen Temperaturen bis -40 °C hat der Hersteller den Encoder für B-Command eigens mit Kabeln mit PUR-Isolierung (Polyurethan) statt mit PVC-Ummantelung ausgerüstet. Alle Kabellängen werden nach Kundenauftrag bemessen. Außer der im Getriebe-Endschalter verwendeten Standardversion mit radialer Kabel­ausführung konfektioniert der Hersteller auf Wunsch auch eine axiale Kabelausführung. Um Bauraum im Gehäuse des Getriebe-Endschalters einzusparen, plant Megatron als nächsten Schritt eine Variante ohne Zentrierbund rund um die Drehgeberachse. Das würde 2 mm Bauhöhe einsparen und B-Command die bündige Montage auf der Platine ermöglichen.

Technik im Detail

Heavy-Duty-Drehgeber

Der kugelgelagerte Hall-Effekt-Absolutwert-Drehgeber MAB28A von Megatron hat einen Analogausgang und zwei wählbare Winkelbereiche: 0 bis 20° und 0 bis 360°. Drehwinkel und Kennlinie lassen sich werksseitig konfigurieren und arbeiten mit einer Auflösung von 12 Bit (4 096 Schritte/­Umdrehung). Die Standard-Update-Rate des Posi­tionswertes beträgt 0,6 ms. Eine Highspeed-Version mit 0,2 ms ist ebenfalls erhältlich. Optional lässt sich der Drehgeber mit zwei potenzialfreien Schaltausgängen an beliebigen Winkelstellungen ausstatten. Die Ausgangsleitungen werden auf Wunsch redundant angelegt. Folgende Analogausgänge stehen zur Verfügung: 0 bis 5 V, 0 bis 10 V, ­0 bis 20 mA, 4 bis 20 mA und ein Ausgang für die Pulsweitenmodulation. Der Drehgeber wiegt 90 g und hat einen Gehäusedurchmesser von 28 mm.