Gegenwärtig genießen regenerative Energiequellen wieder großen öffentlichen Zuspruch. Insbesondere für die Stromerzeugung aus Windenergie ist geradezu ein Boom zu erwarten. Damit das so bleibt, muss dafür gesorgt werden, dass die ökologische Energie auch ökonomisch an Attraktivität gewinnt.

Noch immer haftet der Windenergie das Image einer nur durch öffentliche Zuschüsse lebensfähigen Branche an. Unter anderem Getriebeschäden haben in der Vergangenheit immense Kosten verursacht, weil die Komplexität der im Betrieb auf das Getriebe einwirkenden Belastungen unterschätzt wurde. Obwohl konzeptionell und konstruktiv einiges getan wurde, kommt eine Windenergieanlage über ihre komplette Lebensdauer von 20 Jahren bisher nicht ohne Getriebewechsel aus. Für den Austausch des Getriebes einer 1,5 MW Anlage müssen rund 300.000 € veranschlagt werden - das sind etwa 20% des Neupreises der kompletten Anlage. Wenn über die Betriebsdauer der Windenergieanlage nicht nur ein, sondern zwei Wechsel erforderlich sind, hat das dramatische Auswirkungen auf die Rentabilität.

Schäden früh erkennen

Durch eine kontinuierliche Überwachung des Getriebes können Störungen und entstehende Schäden frühzeitig erkannt und durch kleinere Reparaturmaßnahmen beseitigt werden, bevor es zum Totalausfall kommt. Die Aufzeichnung und Analyse von Schwingungen am Getriebe ermöglicht das bereits in großem Umfang. Naturgemäß können damit aber Schäden, die keine Schwingungen erzeugen oder bei denen die Schallübertragung, wie z.B. in der Planetenstufe, sehr ineffizient ist, nicht erkannt werden. Diese Lücke schließt die Überwachung des Schmieröls auf metallische Partikel, die bei den verschiedenen Ermüdungs- und Verschleißprozessen im Getriebe generiert werden. Diese Partikel werden vom Schmieröl mitgenommen und können so durch induktive Partikelsensoren im Kühlschmierkreislauf detektiert werden. Die Hydac MCS 1000 Partikelsensoren wurden speziell für diese Anwendung entwickelt. Sie können quasi nahtlos in Kühlschmierkreisläufe integriert werden und erfüllen derzeit als einzige Sensoren am Markt die Anforderungen des Germanischen Lloyd an Partikelsensoren in vollem Umfang.

Große Partikel finden

In induktiven Partikelzählern wird von einer Feldspule ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, dessen Feldstärke mit einer Pick-up Spule gemessen wird. Treten ferromagnetische Partikel in das Magnetfeld ein, wird dieses verstärkt. In nicht ferromagnetischen leitfähigen Partikeln werden Wirbelströme induziert, die wiederum ein Magnetfeld hervorrufen, das zur Schwächung des ursprünglichen Magnetfelds führt. So können bei einer lichten Weite des Sensors von 25 mm ferromagnetische Partikel ab einer Größe von 200 µm und nicht ferromagnetische Partikel ab einer Größe von 550 µm detektiert werden. Partikel dieser Größe befinden sich normalerweise nicht in einem „gesunden" Getriebe, dessen Schmieröl typischerweise mit einer Filterfeinheit von 10 µm permanent gefiltert wird.

Die Partikelschwärme

In der Frühphase eines entstehenden Schadens ist normalerweise keine kontinuierliche Generation von Grobpartikeln, sondern das sporadische Auftreten von regelrechten Partikelschwärmen zu beobachten. Dies geschieht immer dann, wenn Material aus einer Oberfläche abplatzt und unmittelbar in den Ölsumpf fällt oder zuvor durch die Verzahnung läuft und dort zerkleinert wird. Diese Partikel werden von der Ölumwälzung erfasst, durch den MCS gefördert und dann vom Ölfilter zu 100% abgeschieden. Es stellt sich - anders als bei der Feinverschmutzung - keine konstante Partikelkonzentration ein, die den Zustand des Getriebes charakterisieren würde. Als Herausforderung zeigt sich bei dieser induktiven Messtechnik die Eliminierung der grundsätzlich vorhandenen Querempfindlichkeit auf Luftblasen. Das Schmieröl im Getriebe ist je nach Konstruktion des Getriebes, Ansaugpunkt der Pumpe und verwendetem Öl immer mehr oder weniger stark „aufgeschäumt". Dieser Aufgabe widmet sich beim MCS ein leistungsfähiger Signalprozessor, der Luftblasen anhand ihrer speziellen Signalform als solche erkennt und nicht als Partikel fehlinterpretiert. Bei rein analoger Verarbeitung der Signale würden von Luftblasen Fehlzählraten verursacht, die das frühzeitige Erkennen entstehender Schäden stark beeinträchtigen.

Fazit

Die Einbindung induktiver Partikelsensoren in Schwingungsüberwachungssysteme stellt eine hervorragende Ergänzung zur Früherkennung von Getriebeschäden dar.
Durch die Kombination der Systeme wird eine gemeinsame Nutzung von DFÜ- und Alarmierungs-Strukturen möglich. Die dazu benötigten Schnittstellen stellt der MCS zur Verfügung. Je nach Bedarf können parametrierbare Schaltausgänge, die das Erkennen von Partikeln signalisieren, oder digitale Schnittstellen wie RS485 und Ethernet genutzt werden. Die Wahrscheinlichkeit kapitaler Getriebeschäden mit langen Ausfallzeiten der Windenergieanlagen für die Stromproduktion und das damit verbundene finanzielle Risiko kann minimiert werden. (gro)