Drehgeber passgenau konfiguriert

Diese Anlage wird in Zukunft elektrische Energie für 175 .000 Haushalte produzieren und damit die größte ihrer Art weltweit sein.

Perfekte Bedingungen für die Erzeugung von Strom durch Wasserkraft herrschen oft im Portland Firth. 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 20 Metern erreichen. Das Gezeitenkraftwerk nutzt diese Wetterverhältnisse aus: Riesige Rotoren mit Durchmessern von bis zu 18 Metern sind in 35 bis 100 Metern Tiefe mit einem Stahlfundament am Meeresboden verankert. Die starke Strömung setzt die Rotoren in Bewegung, die dann Strom erzeugen.

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 sogenanntes 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. Den Acuro-AC58 wählte SBB, weil man einen Drehgeber suchte, der sowohl wasserdicht als auch salzwasserbeständig sein musste. Darüber hinaus wurde eine redundante Ausführung des Encoders gefordert. SBB setzt den optischen Drehgeber AC58 schon seit Langem in seinen Pitch-Control-Systemen für Windkraftanlagen ein. Der Encoder verfügt über eine Auflösung von bis zu 34 Bit, eignet sich für Drehzahlen bis 5.000 min-1 und besitzt eine robuste Sensoreinheit (Schockfestigkeit bis 200 g).

Für den Einsatz in der Pitch-Verstellung der Rotorblätter im Gezeitenkraftwerk mussten die AC58-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 kundenspezifisch entwickelte redundante Ausführung eignet sich der Drehgeber ideal für Unterwasser-Anwendungen (DNV/Det Norske Veritas). Darüber hinaus wurden die Drehgeber redundant ausgeführt – das heißt, 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.

Sehr robust müssen auch die Drehgeber sein, die in Antrieben von Versorgerschiffen 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 essenziell, 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 Siemens-SPS-Controllern sein. Der verschleißfreie elektronische Multiturn-Absolutgeber Acuro AR62 von Hengstler erfüllt diese Vorgaben. In jedem der vier neuen Versorgerschiffe werden zwei Antriebe mit je zwei AR62-Drehgebern verbaut sein.

Hengstler hat sich auf die Produktion kundenspezifisch konfigurierter Drehgeber, Zähler, Drucker und Relais für Anwendungen spezialisiert, die sich nicht mit Standardprodukten realisieren lassen. Das Unternehmen produziert zudem bereits ab Losgröße 1. „Wir unterscheiden uns damit von vielen Wettbewerbern“, sagt Peter Elbel, Manager Application Management bei Hengstler. Durch die anwendungsspezifische Fertigung haben sich die Ingenieure aus dem schwä­bischen Aldingen umfangreiche Branchen-Kenntnisse erworben: „Dank unserer langjährigen Expertise können wir unseren Kunden exakt die Lösungen liefern, die sie brauchen. Und zwar zu marktfähigen Preisen.“

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 bewährten Absolutwertgebers Acuro AC58. In der Standardversion ist der AC58 für Drehzahlen von 6.000 bis 10.000 min-1 ausgelegt. „Für diese Anwendung haben wir ihn so modifiziert, dass er auch noch bei Drehzahlen von bis zu 20.000 min-1 hochpräzise arbeitet.“ Der Auftrag war nicht ungewöhnlich: „Wir liefern schon seit
25 Jahren Encoder mit Drehzahlen von bis zu 25.000 min-1 für Spinnereimaschinen“, berichtet Elbel.

Manche Anwendungen erfordern auch Drehgeber mit besonderer Druckfestigkeit. So orderte der Vakuumpumpen-Hersteller Leybold bei Hengstler für seine Prüfstände einen Inkrementalgeber, der auch bei Unterdruck einwandfrei und hochgenau funktioniert. Der Encoder erfasst auf den Testständen die exakte Position der Vakuumpumpen und ermöglicht so deren genaue Ausrichtung für die Prüfung. Hengstler ist in der Lage, sowohl Singleturn- als auch Multiturn-Drehgeber für den Einsatz in solchen Applikationen anzupassen. Sie werden zudem – anders als in der Branche üblich – als Motorfeedback-Lösung ausgeführt. „So kann der Kunde den Drehgeber im Vakuum mit einem Motor gekoppelt als Gesamtsystem verwenden.“

Ein ganz anderes Beispiel für die zahlreichen kundenspezifischen Lösungen von Hengstler sind Drehgeber mit brandsicheren Kabeln. Sie werden unter anderem in Rolltreppen im U-Bahn-Bereich verbaut, da für elek­trische Komponenten hier besonders strenge Anforderungen an die Brandsicherheit gelten. Der Hintergrund: Sollte ein Feuer ausbrechen, müssen die Passagiere ausreichend Zeit haben, den Gefahrenbereich unverletzt zu verlassen. Herkömmliche PVC- oder PUR-Kabel würden im Brandfall aber schnell giftige Gase absondern und eine große Rauchentwicklung verursachen. Der Fluchtweg wäre so versperrt. Die Drehgeber, die Hengstler an einen Hersteller von U-Bahn-Rolltreppen lieferte, waren deshalb mit halogenfreien, schwer entflammbaren Kabeln ausgestattet. Sie setzen im Falle eines Feuers keine korrosiven Brandgase frei (IEC 61034 + EN 61034), sind flammhemmend und selbstverlöschend (IEC 60332-1-2 + EN 60332-1-2) und verhindern die Brandweiterleitung (nach IEC 60332 + EN 50266).

Nicht nur seine Drehgeber, auch die Drucker passt Hengstler auf Wunsch an jede Anwendung an. Für die Schweizer Post konfigurierten die Ingenieure ihren Extendo-Thermodrucker so, dass er sich optimal in das Fahrkarten-Terminal in den Linienbussen des Unternehmens einfügte.

„Wir fertigen alle unsere Drucker kundenspezifisch, weil sie immer direkt in die Applikation eingebaut werden“, meint Peter Elbel. Die Drucker sind nicht nur in Fahrkartenautomaten zu finden, sondern werden auch als Kontoauszugsdrucker geliefert oder als Etikettendrucker unter anderem für Obst- und Gemüsewaagen. Die Schweizer Post bestellte für ihre Busse jeweils einen Fahrkarten- und einen Belegdrucker. Hengstler konstruierte eine Lösung, die sich perfekt in das Design der Fahrzeuge einfügte und übernahm auch die Zulassung der Drucker sowie die Anpassung der Software.