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Drehzahlüberwachung ist jetzt auch direkt auf der Turbinenwelle möglich.

Drehzahlüberwachung ist jetzt auch direkt auf der Turbinenwelle möglich.Baumer

Baumer setzt bei seinem Programm an inkrementalen und absoluten lagerlosen Drehgebern auf das magnetische Abtastprinzip, das sich als praxistauglich und robust erwiesen hat. Dies gilt insbesondere für Anwendungen unter rauen Umgebungsbedingungen. Durch Staub-, Faser- und Schmutzeinwirkung können die Kugellager-Dichtungen schnell verschleißen oder versagen. Partikel und Feuchtigkeit gelangen so in den Drehgeber und beeinträchtigen seine Funktion.

Das Funktionsprinzip eines lagerlosen magnetischen Drehgebers ist einfach. Er besteht aus einem Polrad, das als Rotor auf der drehenden Achse angebracht ist, und einem Sensorkopf als Stator. Auf der Außenseite des Geberrads befindet sich die magnetische Maßverkörperung, die oft noch zusätzlich mit einer speziellen, schützenden Bandage überzogen ist. Der Sensorkopf tastet das Polrad berührungslos ab. Reibungsbedingter Verschleiß ist somit prinzipbedingt ausgeschlossen.

Ihre Trümpfe spielen die lagerlosen Drehgeber aber erst richtig aus, wenn große Wellen ins Spiel kommen. In Bezug auf Baugröße, Anschaffungskosten und Lebensdauer sind sie hier zumeist ohne Alternative. Mit inkrementalen und absoluten Drehgebern der Produktreihe HDmag ist die direkte Montage auf Wellen mit einem Durchmesser bis zu 740 mm möglich. Die Welle muss so nicht mehr auf bestimmte Durchmesser abgedreht oder mit einem speziellen Wellenadapter angepasst werden, der mit erheblichem Aufwand bezüglich Rundlauf und Taumeln ausgerichtet werden muss. Auch Riemenlösungen oder Reibräder gehören somit der Vergangenheit an.

Integrierte Signalverarbeitung

Die absoluten Drehgeber liefern eine Singleturn-Auflösung von bis zu 17 Bit. Zusätzlich werden von der integrierten Signalverarbeitung bis zu 524.288 inkrementale Rechteck- oder 32.768 Sinussignale pro Umdrehung generiert. Die rein inkrementalen Systeme geben ebenfalls bis zu 524.288 Rechteck- oder 32.768 Sinussignale je Umdrehung aus. Basis für diese hohen Strichzahlen ist die Qualität der originären Sinussignale, aus der die höheren Impulszahlen durch ein spezielles, genaues und rauscharmes Interpolationsverfahren erzeugt werden.

Lagerlose Drehgeber für Wellendurchmesser bis 740 mm.

Lagerlose Drehgeber für Wellendurchmesser bis 740 mm.Baumer

Wenn es auf erweiterte Messfunktionalität ankommt, können einfach zwei um 180° versetzte Sensorköpfe verwendet werden. Diese sorgen nicht nur für Redundanz in der Signalverarbeitung, sondern ermöglichen darüber hinaus mittels nachgeschalteter Signalverarbeitung auch die Kompensation von Positions- oder Drehzahl-Messfehlern, die durch Rundlaufabweichungen verursacht werden.

Das berührungslose Abtasten, das robuste magnetische Messprinzip sowie eine hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit machen diese lagerlosen Drehgeber ideal für raue Umgebungsbedingungen. So beeinträchtigen weder Staub noch Schmutz oder Feuchtigkeit die Messergebnisse. Radiale Abstände bis zu 3 mm oder axiale Verschiebungen in der gleichen Größenordnung, wie sie durch thermische Effekte entstehen, wirken sich nicht auf das Messergebnis aus. Mit diesen Eigenschaften schließen die lagerlosen Drehgeber eine Anwendungslücke, die mit gelagerten Ausführungen bisher nicht oder nur unter Einschränkungen bedient werden konnte.

Einsatz in der rauen Praxis

Die Positions- und Drehzahlüberwachung des Rotors in einer Windkraftanlage ist mit lagerlosen Drehgebern ohne Weiteres direkt auf der Rotor- beziehungsweise Turbinenwelle möglich. Als Positionswert steht der hochaufgelöste Singleturn zur Verfügung. Zusätzlich können bis zu 524.288 inkrementale Impulse ausgegeben werden, um die vergleichsweise langsamen, Rotordrehzahl rauscharm zu erfassen. Die Ausgabe der Drehzahl ist jedoch auch als applikationsspezifisch gefilterter Digitalwert möglich, zum Beispiel via SSI. Ein Vorteil lagerloser Drehgeber in Windkraftanlagen ist dabei, dass unvorhergesehene und kostenintensive Wartungsarbeiten für die Drehgeber seltener vorkommen. Sie sind unempfindlich gegen axiale und radiale Wellenbewegungen, weisen eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer auf und einige Varianten sind als DNV-zertifizierte Variante für den rauen Offshore-Einsatz erhältlich.

Aber nicht nur in Windkraftanlagen finden sich geeignete Anwendungsfelder für lagerlose Drehgeber. Auch große Torque-Motoren mit Drehmomenten von mehr als 10.000 Nm, wie sie in Müllschreddern eingesetzt werden, profitieren von der berührungslosen Positionserfassung. Für die Kommutierung benötigt der hochpolige, permanenterregte Synchronantrieb zu jedem Zeitpunkt die genaue absolute Positionsinformation. Das Polrad wird auf der bis zu 300 mm im Durchmesser starken Motorhohlwelle montiert, während der separate Abtastkopf fest mit dem Motorgehäuse verschraubt ist. Die integrierte Signalverarbeitung ermittelt die Absolut-Information und generiert gleichzeitig auch inkrementale Sin/Cos-Signale zur dynamischen Regelung der Anlage.

Wolfgang Jarausch

Senior Marketing Manager, Baumer Group Produktsegment Motion Control

(mf)

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