03.03.2011 | Der starke Trend regenerativer Energien erfordert immer häufiger den Einsatz von modernster Sensortechnik für die Betriebsüberwachung respektive für die Fertigungsüberwachung. Für diese Anwendungen werden unterschiedlichste Messprinzipien beansprucht. Ganz anders als man meinen möchte werden aber eher selten Sonderanfertigungen eingesetzt. Viel häufiger werden dagegen Sensoren aus dem Standardprogramm verwendet. Das umfangreiche Programm der Micro-Epsilon bietet daher viel Möglichkeiten für die Wahl des richtigen Sensors.
Moderne Sensorik übernimmt
unterschiedliche Aufgaben beim Einsatz in Anlagen zur Gewinnung regenerativer
Energien. Sie werden verwendet, um Reparaturen zu vermeiden und Wartungszyklen
zu optimieren, den Wirkungsgrad zu steigern oder um die nötige Qualität bereits
während der Fertigung sicher zu stellen. Dafür werden unterschiedlichen
Sensoren bereits bei der Fertigung der einzelnen Bauteile verwendet.
Rotoren
unter Belastung
Bei der Entwicklung
neuer Geometrien und Fertigungstechniken für Rotoren wird immer mehr auf
sorgfältige Prüfungsmethoden gesetzt. Für Belastungstests an Rotorblätter für
Windkraftanlagen (WKA) werden deshalb inzwischen eigene Prüfstände entwickelt, mit denen reale
Belastungen durch Wind und Wetter simuliert werden können. Übliche Rotoren
haben derzeit Längen zwischen 40 m und 60 m und werden in
Halbschalen-Sandwichbauweise aus glasfaserverstärkten Kunststoff gefertigt. Das
Fraunhofer Institut IWES, Bremerhaven hat einen Prüfstand entwickelt, mit dem
Rotorblätter bis 70 m Länge geprüft werden können. Durch mechanische Belastung
kann die Spitze des Rotorblattes um bis zu 10 m verzogen werden. Das Rotorblatt
wird dafür in horizontaler Lage an den Prüfstand montiert. Stahlseile werden
über Umlenkrollen zum Rotor geführt und an verschiedenen Positionen entweder
direkt oder über mechanische Klemmen am Rotorblatt befestigt. Zur Messung der
Verformung werden am Prüfstand zwölf Seilzugsensoren verwendet mit Messbereichen
zwischen 3 m und 10 m. Je Zugpunkt messen zwei Sensoren die Auslenkung und
Verwindung des Rotorblattes. Das einfache Handling und die robuste
Konstruktionsweise der Sensoren überzeugten. Die Seilzugsensoren arbeiten in
dieser Anwendung mit Messbereichen zwischen 3 m und 10 m. Das ausgegebene
Digitalsignal wird direkt für weitere Simulationen herangezogen.
Kontrollierte Schweißnaht
Der Turm einer WKA
wird meist als das unscheinbarste Bauteil erachtet. Dabei ist der Turm mit
Höhen von 130 m und einem Gewicht von mehreren hundert Tonnen das größte und
schwerste Bauteil einer WKA. Die unscheinbare aber äußerst wichtige Aufgabe,
die Gondel zu tragen und allen Witterungseinflüssen standzuhalten erfordert ein
hohes Maß an Qualität und Zuverlässigkeit. Eine sehr häufige Form sind
Stahlrohrtürme, die aus meistens zwei bis fünf Segmenten mit je 20 m bis 30 m
Länge bestehen. Ein Segment eines Turms wird aus 20 mm bis 40 mm starkem
Stahlblech gerollt und anschließend verschweißt. Die einzelnen Segmente werden
miteinander verschraubt oder auch geschweißt. Eine Qualitätsprüfung der
Schweißnähte ist schon allein aus Sicherheitsgründen ein notwendiger Schritt.
Für die
automatische und präzise Kontrolle von Schweißnähten werden bereits in vielen anderen
Branchen Laserscanner von Micro-Epsilon verwendet. Einen passenden Vergleich
bietet die Schweißnahtkontrolle von Pipelines. Auch hier müssen die
Schweißnähte hohen Qualitätsanforderungen genügen.
Ein
Laser projiziert einen Punkt oder eine Linie auf ein Objekt. Das dort diffus
reflektierte Licht wird über die lichtempfindliche Empfangseinheit (CMOS)
aufgenommen. Entfernt sich das Objekt, ändert sich auch der Lichteinfallswinkel
und damit die beleuchtete Stelle auf dem Empfangselement.
Bei
einer Messung wird das diffus gestreute Licht der Linie von einem hochempfindlichen
CMOS-Chip detektiert, welcher ein präzises Abbild des Oberflächenprofils
erzeugt. Wird der Scanner über die Schweißnaht traversiert, entsteht durch
aneinanderlegen der einzelnen Linienprofile ein 3D-Abbild des Objekts.
Für WKA kann mit
dieser Methodik eine einwandfreie Schweißnaht sichergestellt werden.
Füllmengenmessung
am Fermenter
Biogas als eine
moderne erneuerbare Energiequelle ist für viele Landwirte eine lukrative
Einnahmequelle. Die Besonderheit liegt in der Erzeugung von Strom, Wärme und
Dünger aus Biomasse. Durch anaerobe Gär- und Fäulnisprozesse entstehen
brennbare Gase.
Je nach
Ausgangsstoffe beinhaltet Biogas im Wesentlichen Methan, Kohlendioxid und
Wasserdampf. Grundsätzlich besteht ein Fermenter aus einem luftdichten
Rundsilo, das mit einem Gasbehälter aus einer Folie verbunden ist.
Ziel ist es einen
konstanten Gärprozess zu erzeugen, damit die Verbrennung ständig bei maximalen
Wirkungsgrad erfolgen kann.
Je nach Gasmenge
bläht sich die Folie des Gasbehälters durch steigenden Druck auf. Die
Auswölbung der Folie lässt auf die zu vergärende Füllmenge zurück schließen. Um
Sie zu erfassen, wurden bisher induktive Endschalter verwendet, die jeweils die
untere, mittlere und obere Position der Folie erfassten.
Diese diskrete
Erfassung der Füllmenge ließ die Trägheit des Gärprozesses unberücksichtigt und
machte die Steuerung der Biogaserzeugung uneffizient.
Durch Einsatz von
Seilzugsensoren ist man in der Lage die Füllmenge im Fermenter kontinuierlich
zu erfassen. Für eine konstante Andrückkraft wird auf der Folie eine Masse
befestigt, die das Sensorseil auf Spannung hält. Der Sensor befindet sich im
Generatorhaus und ist über Seilverlängerungen mit der Masse auf der Folie
verbunden. Bei sich ändernder Ausdehnung der Folie ändert sich auch der
gemessene Weg. Bei abnehmender Füllmenge im Gasbehälter steigt die Distanz
zwischen Folie und Wegsensor.
Durch die Zunahme
des Wegsignals reduziert die Steuerungseinheit die Drehzahl des Stromaggregats,
um die Soll-Füllmenge im Gasbehälter wieder herzustellen.
Damit wird die
Effizienz der Biogaserzeugung und -verbrennung um ein Vielfaches gesteigert, da
zu jedem Zeitpunkt des Gärprozesses die Füllmenge erfasst und ggf. neues
Gärmaterial zugegeben werden kann.
Verwendet werden
für diesen Fall die Seilzugsensoren wireSENSOR MK bzw. wireSENSOR P96 von
Micro-Epsilon. Diese Sensor sind äußerst einfach aufgebaut und robust
konstruiert. Sie bieten Messbereiche zwischen 500 mm und 7.500 mm.
Die Notwendigkeit
den Wirkungsgrad von Kraftanlagen erneuerbarer Energien zu steigern wird
weitere Einsätze von Sensorik fordern. Nur damit können Anlagen in
Grenzbereiche sicher über längere Zeit betrieben werden.
