Abtastprinzip mit robustem Polrad und intelligentem Sensor Warum in Windkraftanlagen magnetische Drehgeber die bessere Wahl sind

Autor / Redakteur: Rudolf Franz Schlosser / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Zum Erfassen von Drehwinkeln, Drehbewegungen und Winkelgeschwindigkeiten nutzt man in industriellen Anwendungen standardmäßig Drehgeber, wobei Ausführungen mit optischem Abtastprinzip am häufigsten anzutreffen sind. Im schweren Maschinenbau wie bei Windkraftanlagen, Verladeeinrichtungen in Hafenanlagen und Schiffsausrüstungen sprechen jedoch etliche Argumente für die Verwendung des magnetischen Abtastprinzips.

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In Windenergieanlagen finden sich wichtige Drehgeberanwendungen für Feed-Back-Aufgaben oder zum Speed-Monitoring. Dazu gehören z.B. die Überwachung der Anstellwinkel der Rotorblätter (Pitch-Control) und die zugehörige Advanced-Load-Control.
In Windenergieanlagen finden sich wichtige Drehgeberanwendungen für Feed-Back-Aufgaben oder zum Speed-Monitoring. Dazu gehören z.B. die Überwachung der Anstellwinkel der Rotorblätter (Pitch-Control) und die zugehörige Advanced-Load-Control.
( Archiv: Vogel Business Media )

In typischen Windenergieanlagen finden sich gleich mehrere Anwendungsmöglichkeiten für Drehgeber. So ist nicht nur die aktuelle Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors zu ermitteln (Speed Monitoring), sondern es sind die Positionen des Anstellwinkels jedes einzelnen Rotorblattes (Pitch Control), die zugehörige Advanced-Load-Control sowie die Ausrichtung der Gondel samt Windrad (Azimuthwinkel) zu überwachen.

Optisch oder magnetisch?

Der klassische Inkrementaldrehgeber mit optischer Abtastung liefert eine definierte Anzahl von Rechtecksignalen pro Umdrehung, woraus sich Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Winkel, Entfernungen und Positionen ableiten lassen. Zur Bestimmung der Drehrichtung und des Nulldurchgangs benötigt man in Verbindung mit einer integrierten Auswerteelektronik insgesamt drei optische Sensoren, zum Erzeugen von zwei um 90° phasenverschobenen Kanälen sowie des Nullimpulses aus einer separaten Spur. Während das eigentliche (optische) Abtastverfahren zwar berührungslos funktioniert, ist der Drehgeber stets über eine Welle mit der Antriebseinheit verbunden. Mechanische Einwirkungen wie Vibrationen, Stöße, Unwuchten usw. wirken sich daher unmittelbar auf den gesamten Sensor aus und können somit die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Gerätes negativ beeinflussen.

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Modernste Magneto-Resistive-Technologie für magnetische Drehgeber

Magnetische Drehgeber verhalten sich aufgrund ihres Funktionsprinzips gegenüber solchen und ähnlichen Einflüssen wesentlich toleranter. Ein magnetisches Polrad wird von einem stationären Sensor abgetastet, der nach dem AMR/GMR-Prinzip (Anisotrope-Magneto-Resistive-Effekt bzw. Giant-Magneto-Resistive-Effekt) arbeitet. Die moderne AMR/GMR-Technologie zeichnet sich durch geringe Hysterese, hohe Linearität und hohe Sensitivität aus. Das Polrad ist aus einem speziellen Elastomer gefertigt, in das magnetisch aktives Material eingebettet ist. Da zwischen Polrad und Sensor keine mechanische Verbindung besteht, handelt es sich um ein berührungsloses Abtastsystem. Lediglich das robuste, langlebige und weitgehend unverwüstliche Polrad ist fest mit der Antriebsachse verbunden; es verkraftet mechanische Vibrationen, Schwingungen usw. ebenso problemlos wie Temperaturschocks bzw. Änderungen innerhalb eines großen Temperaturbereichs.

Der zugehörige Sensorkopf ist in der Lage aus den Feldlinien bzw. Differenzfeldgradienten die Signale der beiden Kanäle A und B zu erzeugen. Hilfreich bei Einrichtung und während des Betriebs ist die integrierte Selbstdiagnose-Einheit. Über einen Statusindikator mit verschiedenfarbigen LED’s signalisiert sie dem Wartungspersonal entweder reibungslosen Betrieb oder gibt Hinweise auf mögliche Störungsursachen bei Versorgungsspannung, Eingangsfrequenz, Justage usw. Derzeit verfügbar sind Ausführungen vom kompakten MNI40N (Magnetic Non-contact Incremental Drehgeber) mit 40 bis 400 mm Polraddurchmesser und 100 bis 3200 Impulsen.

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