18.11.2020

Drehgeber für Unterwasser-Gezeitenkraftwerk

Passgenau konfiguriert

Um die größtmögliche Energieausbeute bei einem Unterwasser-Gezeitenkraftwerk zu erzielen, müssen die Rotorblätter in einem bestimmten Winkel zur Strömung ausgerichtet sein. Dabei helfen Absolutwertgeber von Hengstler, welche die exakte Position des Rotorblattes erfasst und an die Steuerung melden.


Wichtiger Bestandteil für die Einstellung des Rotorblatt-Anstellwinkels bei einem Unterwasser-Gezeitenkraftwerk ist der Absolutwertgeber Acuro AC58 von Hengstler, der sowohl wasserdicht als auch salzwasserbeständig ist.
Bild: ©Alex Mit/shutterstock.com

Im Portland Firth, im Norden Schottlands, herrschen perfekte Bedingungen für die Erzeugung von Strom durch Wasserkraft, denn hier gibt es nicht nur Wind im Überfluss, sondern auch Ebbe und Flut. Beides zusammen sorgt dafür, dass im Meer vor der Küste eine starke Oberflächenströmung entsteht - und Wellen, die nicht selten Höhen von fast 20m erreichen. Ein Unterwasser-Gezeitenkraftwerk nutzt diese Wetterverhältnisse gezielt aus: Riesige Rotoren mit Durchmessern von bis zu 18m sind in 35 bis 100m Tiefe mit einem Stahl-Fundament am Meeresboden verankert. Mit einer Geschwindigkeit von 3,5m/s strömt das Wasser an gigantischen Unterwasser-Rotoren des Gezeitenkraftwerks vorbei und setzt die Rotoren in Bewegung, die dann Strom erzeugen. Diese Anlage wird in Zukunft elektrische Energie für 175.000 Haushalte produzieren und damit die größte ihrer Art weltweit sein.

Drehgeber für maximalen Stromertrag

Um die größtmögliche Energieausbeute erzielen zu können, müssen die Rotorblätter in einem bestimmten Winkel zur Strömung ausgerichtet sein. Die Einstellung des Rotorblatt-Anstellwinkels übernimmt ein Pitch-Control-System von SBB. Sein Herzstück ist der Absolutwertgeber Acuro AC58 von Hengstler, der die exakte Position des Rotorblattes erfasst und an die Steuerung meldet. Der Drehgeber wurde von SBB ausgewählt, da er sowohl wasserdicht als auch salzwasserbeständig ist. Darüber hinaus wurde eine redundante Ausführung des Encoders gefordert. SBB setzt den optischen Drehgeber schon seit langem in seinen Pitch-Control-Systemen für Windkraftanlagen ein. Der Encoder verfügt über eine Auflösung von bis zu 34Bit, eignet sich für Drehzahlen bis 5.000U/min und besitzt eine robuste Sensoreinheit (Schockfestigkeit bis 200g). Für den Einsatz in der Pitch-Verstellung der Rotorblätter im Gezeitenkraftwerk mussten die Drehgeber allerdings modifiziert werden. Peter Elbel und seine Kollegen statteten die AC58 mit einem speziellen salzwasserbeständigen Gehäuse aus, das den rauen Bedingungen wesentlich besser standhält als ein normales Gehäuse mit Beschichtung. Durch diese kundenspezifische Ausführung eignet sich der Drehgeber gut für Unterwasser-Anwendungen (DNV/Det Norske Veritas). Darüber hinaus wurden die Drehgeber redundant ausgeführt, d.h. die Ingenieure verbauten zwei Drehgeber in einem Gehäuse. Beide übertragen die jeweilige Position des Rotorblattes, sodass die Funktionsfähigkeit der Anlage beim Ausfall eines Encoders nicht gefährdet ist.

Drehgeber für Schiffsantriebe

Sehr robust müssen auch die Drehgeber sein, die in Antrieben von Versorger-Schiffen für Windkraftanlagen zum Einsatz kommen. Eine norwegische Reederei hat bei einem Hersteller von Schiffsmotoren elektrische Propeller-Antriebe für vier neue Schiffe dieses Typs bestellt. Hengstler liefert die Drehgeber für die exakte Erfassung der Position und Rotationsgeschwindigkeit der Propeller. Die Kenntnis der exakten Propeller-Position ist essentiell, um das Schiff möglichst präzise und kraftstoffsparend navigieren zu können. Eine der wichtigsten Anforderungen des Schiffsmotor-Herstellers an die Drehgeber war die Zertifizierung nach DNVL-GL. Darüber hinaus mussten sie kompatibel mit SPSen von Siemens sein. Der verschleißfreie elektronische Multiturn-Absolutgeber Acuro AR62 erfüllt diese Vorgaben. In jedem der vier neuen Versorgerschiffe werden zwei Antriebe mit je zwei Drehgebern verbaut sein.

Auch für hohe Drehzahlen

Individuelle konfigurierte Drehgeber von Hengstler sind auch in Motorenprüfständen zu finden. Auf diesen Anlagen werden PKW-Motoren, Schiffsdiesel, Flugzeugturbinen oder Antriebe von Baumaschinen auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft. Für eine erfolgreiche Durchführung der Tests muss der Prüfstand die genaue Position der Motorzylinder kennen. Die Ermittlung dieser Werte übernehmen hochgenaue Drehgeber, die aber noch eine weitere Eigenschaft besitzen müssen: Sie sollen die Zylinder-Position auch bei den hohen Drehzahlen von Elektromotoren noch zuverlässig und genau ermitteln können. "Da der Trend in Richtung Elektromobilität geht, möchte der Kunde seine Prüfplätze dafür mit der passenden Technologie ausstatten", so Peter Elbel. "Seine Lieferanten waren aber nicht bereit, Drehgeber mit diesen hohen Drehzahlen zu fertigen." Ganz anders Hengstler: Die Ingenieure verfügen über umfangreiches Know-how der Automotive-Branche und erweiterten kurzerhand den Drehzahlbereich ihres Absolutwertgebers Acuro AC58. In der Standardversion ist der AC58 für Drehzahlen von 6.000 bis 10.000U/min ausgelegt. "Für diese Anwendung haben wir ihn so modifiziert, dass er auch noch bei Drehzahlen von bis zu 20.000U/min hochpräzise arbeitet." Der Auftrag war nicht ungewöhnlich: "Wir liefern schon seit 25 Jahren Encoder mit Drehzahlen von bis zu 25.000U/min für Spinnerei-Maschinen", so Elbel.

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