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Besser als ein Wetterhahn: Getriebeendschalter geben Windkraftanlagen nicht nur Information zu deren Ausrichtung, sondern auch über eine drohende Kabelverdrillung.
Windenergie: On- & Offshore

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Richtig positioniert im Wind

Text: Helmut Friedl, Megatron
Windkraftanlagen müssen oft unter harten klimatischen Bedingungen zuverlässig Strom erzeugen. Dabei ist die richtige Position der Windräder ausschlaggebend. Absolutwertdrehgeber ermitteln präzise Analogwerte für deren Ausrichtung.

Energie aus Windkraft wird weltweit mit immer leistungsfähigeren Windenergieanlagen erzeugt. Für die korrekte Ausrichtung der drehbaren Gondel im Wind verfügen die Anlagen über ein sogenanntes Azimutsystem. Mit seiner Hilfe kann immer die optimale Anströmung der Rotorblätter und damit der maximale Energieertrag gewährleistet werden. Für die Azimutverstellung spielen Getriebeendschalter eine große Rolle. Sie werden meist über ein Messritzel entweder direkt an den Yaw-Zahnkranz, also den Zahnkranz der Vertikalachse der Anlage, angebunden oder an das Antriebsritzel eines Yaw-Motors angeschlossen.

An dieser Stelle erfüllen sie zwei sicherheitsrelevante Funktionen: als Kabelverdrillschalter und für die Positionserfassung bei der Windnachführung der Gondel. Die Bewegung der Gondel wird dabei auf 2,5 bis 3 Umdrehungen begrenzt, um die im Turm hängenden Kabel vor dem Verdrillen und somit vor dem Abriss oder Beschädigungen zu schützen. Für die genaue Positionserfassung der Gondel können Potentiometer, Hall-Effekt-Drehgeber oder sonstige Absolutwertdrehgeber in den Endschalter integriert werden. Die Spezifikation des Kunden entscheidet, welche Variante eingesetzt wird. Die auch Encoder genannten Drehgeber übertreffen die häufig verwendeten Potentiometer noch an Genauigkeit. Zum einen liefern sie genauere Positionsdaten, zum anderen geben sie Analogwerte aus, die direkt weiterverarbeitet werden können. Zwei Schaltkontakte überwachen die Endstände der Gondel und der Drehgeber liefert ständig die genaue Gondelposition.

Da viele Windräder an abgelegenen und schwer zugänglichen Standorten stehen, setzen Windanlagenbauer und ihre Zulieferer auf die bedingungslose Ausfallsicherheit und Qualität aller Komponenten. Zwar sind die Getriebeendschalter relativ geschützt im Inneren der Windradgondel angeordnet, dennoch wirken Temperaturschwankungen, Luftfeuchtigkeit und zum Teil mechanische Anforderungen durch die Windlast auf die Komponenten.

Deshalb werden alle Materialien, die in direktem Kontakt mit der Umgebung stehen, in Ausführungen ausgewählt, die beständig gegen Gase, Öle und extreme Temperaturänderungen sind. Eine umlaufende Gummidichtung ermöglicht optimalen Schutz gegen Staub und Wasser, so dass problemlos Schutzart IP 66 erreicht werden kann. Der optimierte Innenraum ermöglicht eine schnelle und einfache Verkabelung. Aber auch im Gehäuseinneren machen die Ingenieure aus Erfahrung keine Kompromisse und wählen bewusst robuste Komponenten. So setzt Getriebeendschalter-Hersteller B-Command beispielsweise auf den Absolutwertdrehgeber MAB28A von Megatron: Sein Gehäuse ist aus verchromtem Aluminium gefertigt, die Welle aus rostfreiem Stahl.

Der Drehgeber erfüllt die Schutzart IP65, die Elektronik ist gekapselt. Für die bei Windanlagen auftretenden tiefen Temperaturen bis -40 °C wurde der Encoder eigens mit Kabeln mit PUR-Isolierung (Polyurethan) statt mit PVC-Ummantelung ausgerüstet. Alle Kabellängen werden nach individuellem Kundenauftrag bemessen.

Um Bauraum im Gehäuse des Getriebeendschalters einzusparen, ist für Hersteller als nächster Schritt eine Variante ohne Zentrierbund rund um die Drehgeberachse geplant. Das würde zwei Millimeter an Bauhöhe einsparen und die bündige Montage auf der Platine möglich machen. Verwendung finden die Getriebeendschalter auch bei der Winkelverstellung der Rotorblätter. Über den Blattwinkel kann die Rotationsgeschwindigkeit und damit die erzeugte Stromleistung maßgeblich beeinflusst werden. Die Getriebeendschalter dienen hierbei vor allem der Erzeugung eines exakten Positionssignals der Flügelblattstellung.

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