Beschleunigungssensor und Neigungssensor zur Inertialmessung
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Beschleunigungssensoren und Neigungssensoren der Baureihe IMU F99 von Pepperl+Fuchs wurden speziell für dynamische Anwendungen entwickelt, wie sie in der Windkraft oder bei Baumaschinen zu finden sind. Beide Inertialmesssysteme bieten eine 360 Grad Messung in drei Achsen. Lesen Sie, wie ein Beschleunigungssensor in einer Windkraftanlage und ein Neigungssensor im Bagger ihre Vorteile ausspielen:
Inhalt
- Schwingungssensor und Beschleunigungssensor in Windkraftanlage
- Dynamischer Neigungssensor mit einzigartiger Winkelstabilität
Schwingungssensor und Beschleunigungssensor in Windkraftanlage
02.03.2023 | Man stelle sich vor, dass eine moderne Windkraftanlage eine Turmhöhe von 130 m hat und die zu tragende Masse von Maschinenhaus und Gondel 400 bis 600 t beträgt. Die unterschiedlichen Windlasten belasten mechanisch enorm die Konstruktion. Schwingungssensoren werden im Turm, in der Gondel, in der Rotornabe und den Rotorblättern eingesetzt. Die typischen Frequenzen bewegen sich dabei in einem Bereich von 0 bis 5 Hz. Dabei muss das Eigenschwingungsverhalten verschiedener Anlagen Komponenten separiert werden. Die auftretenden Kräfte übersteigen 2 g in der Regel nicht.
Die erforderliche Regelung beinhaltet das Abbremsen des Rotors durch Verstellen des Blattwinkels, was eine vergleichbare Last zur Folge hat. Diese wirkt sich wiederum massiv auf die Lebensdauer und damit auf die Wirtschaftlichkeit der Anlage aus.
Modernste Sensorik erfasst diese Lasten in Echtzeit. Die Inertialmesssysteme dienen zur Auswertung im Sinne des „Structural Health Monitorings“ oder direkt zum Feedback der Anlagen Steuerung. Die Sensoren beinhalten unterschiedliche Prinzipien der Messungen und liefern schon bei extrem niedrigen Frequenzen zuverlässige Daten. Dabei können die Kräfte nicht nur in drei Achsen gemessen werden. Die Beschleunigungssensoren IMU360D F99 von Pepperl+Fuchs erfassen Vibrationen bzw. Schwingungen im Raum und erkennen so auch Torsionskräfte. Mit diesen Beschleunigungssensoren lässt sich das Schwingungsverhalten der gesamten Konstruktion des Windkraftwerks ermitteln.
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Mit dem Ziel, die Anlagen möglichst sanft zu steuern, sollen unnötig hohe Belastungen ausgeschlossen werden. Zudem ermöglicht die Erfassung der Daten des jeweiligen Sensors über den Betriebszeitraum hinweg die Bestimmung der verbleibenden Lebensdauer. Die Vorhersage für den weiteren Betrieb der Windkraftanlage ist entscheidend für ihre Wirtschaftlichkeit.
Dynamischer Neigungssensor mit einzigartiger Winkelstabilität
14.12.2022 | Versucht man mithilfe einer Wasserwaage ein Bild waagrecht aufzuhängen bzw. die Neigung zu ermitteln, gelingt das recht einfach, indem die Luftblase der Libelle anzeigt, wenn das Bild gerade hängt. Beim Löffel eines Radladers gelingt es nicht, ihn so waagrecht zu steuern, während die Maschine beschleunigt, bremst oder über einen Schotterweg fährt. Weder die Libelle der Wasserwaage noch ein statischer Neigungssensor zeigen hier einen Wert mit der erforderlichen Genauigkeit an. Anders der neue Neigungssensor IMU F99 von Pepperl+Fuchs:
Der Sensor liefert für solche dynamischen Anwendungen stabile Neigungswerte, denn externe Störgrößen wie Schlaglöcher werden verzögerungsfrei herausgefiltert. Die einzigartige Software Justierung über CAN-Bus ermöglicht zudem die erforderliche Winkel Qualität, selbst bei stark unterschiedlichem Fahrverhalten von Maschinen.
Statische Neigungssensoren kommen bei dynamischen Bewegungen von Maschinen schnell an ihre Grenzen. Solche Anwendungen finden sich beispielsweise in Baumaschinen, Agrarmaschinen, Forstwirtschafts-Fahrzeugen, Windkraftanlagen oder Fahrerlosen Transportsystemen. Dies liegt daran, dass statische Neigungssensoren die Änderung vom Winkel anhand der immer gleichgerichteten Erdbeschleunigung ermitteln. Zusätzliche Beschleunigungen, die zum Beispiel durch Bremsen oder ein Schlagloch ausgelöst werden, sind signifikante Störgrößen, die eine zuverlässige Winkel Messung unmöglich machen.
Der Dynamische Neigungssensor IMU F99 wurde für diesen Einsatz konzipiert. Es werden in allen drei Raumrichtungen Drehraten und Beschleunigungen gemessen, welche anschließend in einem intelligenten Algorithmus zu einem Winkelwert verschmelzen. Diese Messung ermöglicht eine stabile Winkelausgabe. Dennoch erfordern die unterschiedlichen Bewegungsarten von Maschinen eine individuell angepasste Fusionierung der Drehrate und Beschleunigung. Die einzigarte benutzerfreundliche Einstellbarkeit der Neigungssensoren von Pepperl+Fuchs gestatten es, dass die Neigungsmessung von einem Radlader, einer Planierraupe, einem Kran usw. mit einem Gerät möglich wird.
Drehraten und Beschleunigung in drei Achsen
Zusätzlich ermitteln die Neigungssensoren IMU F99 parallel zur Winkelausgabe auch die Drehraten und Beschleunigung in jeweils 3 Achsen. Die Sensoren sind somit mannigfaltig einsetzbar. Mit dem einen Sensor lässt sich die Drehgeschwindigkeit von Windkraftanlagen ermitteln oder die Überwachung der Beschleunigung von Rotorblättern vornehmen. Diese unterliegen wiederum Schwankungen, sobald sich eine ungewollte Vereisung an den Rotorblättern ablagert. So lässt sich die Drehgeschwindigkeit regeln und eine vorausschauende Wartung der Windkraftanlage realisieren.
Die Beschleunigungssensoren haben eine E1-Zulassung und sind in Schutzart IP68 / IP69K ausgeführt. Damit eignen sich die Sensoren für den Einsatz im Straßenverkehr und in Baumaschinen. Sie bieten trotz dynamischer Beschleunigung einen Messbereich der Neigung von 360 Grad in der horizontalen Ausrichtung.
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Angela Struck ist Chefredakteurin des developmentscouts und freie Journalistin sowie Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.