Beschleunigungssensor und Neigungssensor zur Inertialmessung
- Details
- Zugriffe: 896
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
- Beschleunigungssensor für grünen Wasserstoff
- Dynamischer Neigungssensor mit einzigartiger Winkelstabilität
Beschleunigungssensor für grünen Wasserstoff
02.03.2023 | Der unsere Gesellschaft prägende grundsätzliche Wandel der gesamten Energieversorgung betrifft nicht nur die Erzeugung von Elektrizität, sondern alle auf fossilen Stoffen basierenden und CO2 emittierenden Energieträger. Weil nicht alle Bereiche elektrifiziert werden können, benötigen wir Ersatzstoffe für Öl, Gas und Kohle. Es besteht inzwischen Einigkeit über den Einsatz von Wasserstoff und dessen Derivaten. Welchen Beitrag Pepperl+Fuchs hierzu leistet, erfahren Sie nachfolgend:
Grundlegende Betrachtungen zur Energiewende
Der heute verwendete Wasserstoff wird aus Gas unter Freisetzung von CO2 gewonnen. Wenn man von dem Verfahren des Carbon Capture and Storage (CCS) als Alternative absieht, dann ist der sogenannte grüne Wasserstoff das Mittel der Wahl. Dieser wird durch Elektrolyse aus Wasser erzeugt, indem mittels elektrischer Energie Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten wird. Es wird also auch Strom benötigt, aber grüner.
In Deutschland gehen wir davon aus, dass sich der Strombedarf in den nächsten 20 Jahren verdoppeln wird. Derzeit decken wir aber nur knapp die Hälfte unseres derzeitigen Strombedarfs über regenerative Quellen. Also müssen wir die Stromerzeugung vervierfachen.
Das löst aber nicht das fundamentale Problem, dass Energie Lieferanten wie Windparks oder Solarkraftwerke weder zeitlich noch räumlich die erforderliche Menge zuverlässig bereitstellen können. Passen wir den Verbrauch an die Energieerzeugung an, ist das sicher eine Komponente, diese ist aber nur beschränkt umsetzbar.
Die stilisierte Graphik (rechts) verdeutlicht die Problematik. Wind und Sonne liefern entweder zu viel oder zu wenig Energie. Beides verursacht Probleme, weil entweder abgeregelt werden muss oder Reservekraftwerke Energie bereitstellen müssen. Beide Szenarien sind aber unwirtschaftlich. Das Ziel muss es daher sein, beide Situationen so weit wie möglich zu minimieren.
Die dafür erforderliche Regelung beinhaltet im Wesentlichen drei Vorgänge: Steuern, Speichern, Transportieren. Als Lieferant von elektronischen Bauteilen und Sensoren, interessiert Pepperl+Fuchs zunächst die Steuerung von Prozessen. Es geht darum, dass Windkraftanlagen zunehmend netzdienliche Funktionen übernehmen müssen und auf Anforderungen aus dem Netz reagieren können.
Schwingungssensor und Beschleunigungssensor in Windkraftanlage
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.
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.
Grüner Wasserstoff – Chance oder Risiko für Fabrikautomatisierer?
Für Sensorhersteller und Fabrikautomatisierer ergeben sich mit dem klar prognostizierten starken Wachstum im Bereich der Windkraft für die nächsten 20 Jahre hervorragende Chancen. Diese werden noch potenziert dadurch, dass für Speicherung, Transport und für die Herstellung all dieser Anlagen das Gleiche gilt. Wolfgang Weber, Global Industry Manager bei Pepperl+Fuchs, referiert im nachfolgenden Video zum Thema auf den Fachpressetagen des RBS Stutensee in Karlsruhe.
Dynamischer Neigungssensor mit einzigartiger Winkelstabilität
14.12.2023 | 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.
Das könnte Sie auch interessieren...
SOS Alleinarbeiterlösung mit Ecom Smartphone zertifiziert
Induktiver Sensor mit verlässlich hohem Schaltabstand
Edge Computing | Geräte, Anwendungen und viele Tipps
Über 50 Jahre Funktionale Sicherheit zur Erfüllung von SIL
Omlox | Alles Wissenswerte über die neue Ortungstechnologie
IoT Sensor überwacht Füllstand und Position aus der Ferne
2D Lidar Sensor für flexibleres Transportshuttle von Montratec
Erster IO-Link Master mit OPC UA zur lückenlosen Kommunikation
Angela Struck ist freie Journalistin und Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.
Homepage