(WK-intern) – SCAIME stellt das speziell für Windenergieanlagen entwickelte Messdatenerfassungssystem MDX-400 vor

Scaime hat speziell für Windenergieanlangen eine Signalaufbereitung und Messdatenerfassung für faseroptische Dehnungs- und Temperatursensoren entwickelt.

Die primäre Anwendung dieses Messsystems ist die Betriebsüberwachung der Rotorblätter, des Masts und des Unterbaus, um diese Komponenten zu schützen, ihre Laufzeit zu optimieren und gleichzeitig eine vorausschauende Instandhaltung zu betreiben.

Durch die Summierung der Belastungen während der Betriebsdauer kann die Materialermüdung der Konstruktion beurteilt werden, und auf der Basis dieser Daten können Entscheidungen getroffen werden, wann in den Betrieb eingegriffen werden soll. Eine zweite Anwendung dient zur Effizienzsteigerung in Windparks, indem man die auf die Rotorblätter wirkenden Kräfte von benachbarten Windenergieanlagen misst, um dann die dynamischen Parameter so zu beeinflussen, dass die Summe der erzeugten Energie optimiert wird.

Das von Scaime entwickelte Signalaufbereitungs- und Messdatenerfassungssystem MDX-400 basiert auf der optischen Messung mittels Faser-Bragg-Gitter-Sensoren. Diese FBGS sind in Lichtwellenleiter eingeschriebene optische Interferenzfilter. Wenn ein FBGS einer mechanischen Belastung oder Temperaturänderung ausgesetzt wird, ändert sich die Wellenlänge des reflektierten Strahls proportional. MDX-400 liefert ein Lichtspektrum an die FBGS, das zum Teil reflektiert wird. Durch Analyse des reflektierten optischen Signals berechnet es die Temperatur und mittels der Dehnung die Belastung, die auf das Gitter wirken. Ende der 1970er-Jahre war es der Kanadier Ken Hill, der als Erster die potenziellen Anwendungen von Braggs Forschungsergebnissen für Kommunikationssysteme und optische Messungen aufzeigte und dadurch die Vorarbeiten für eine neue Generation von Dehnungsmessstreifen eröffnete. Diese faseroptischen Dehnungsmessstreifen sind sehr gut geeignet für die neuen aus glas- und kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen bestehenden Materialien, die häufig in Strukturen eingesetzt werden, bei denen unter hohen Belastungen starke Dehnungen erfolgen, wie z. B. in Flugzeugen oder Windenergieanlagen.

Patrick Rey, Leiter des Produktmanagements bei Scaime, erklärt die Vorteile: “FBGS sind äußerst robust und verfügen über eine hohe Langzeitstabilität. Dadurch können sie ihre guten messtechnischen Betriebseigenschaften für mehr als 20 Jahre auch unter rauen Umgebungseinflüssen, wie Feuchtigkeit, Salz, Kälte und Hitze, und auf Prüfgegenständen, die unter ständiger Belastung arbeiten, aufrechterhalten. Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft ist die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Einstrahlungen. Der Aufwand zur Verdrahtung wird erheblich reduziert, da an einer einzigen Faser etwa fünfzehn FBG uneingeschränkt durch die Leitungslänge in Reihe angeordnet werden können. Außerdem erlaubt diese Technologie eine einfache Kompensation von thermischer Drift, wodurch keine weiteren Korrekturen erforderlich werden“.

Durch die Akquisition des jungen französischen Unternehmens FOS in 2010 profitierte Scaime von dessen Expertenwissen über Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FBGS) und zehnjähriger Erfahrung mit Installationen in industriellen, militärischen und sicherheitstechnischen Anwendungen. Die Entwicklungen von Scaime umfassen die faseroptischen Dehnungsmessstreifen der Serie OBSG, die faseroptischen Temperatursensoren der Serie OBTS und die elektronischen Signalaufbereiter und Messdatenerfassungen der Serie MDX, die ein Lichtspektrum an die FBGS liefern und aus den reflektierten optischen Signalen die Messwerte für Belastungen und Temperaturen berechnen.

Speziell für Anwendungen in Windenergieanlagen hat Scaime das Messdatenerfassungsmodul MDX-400 entwickelt. „Der Unterschied zu anderen Systemen dieser Art ist offensichtlich: MDX-400 ist in ein Edelstahlgehäuse eingebaut, um auch aggressiven Umgebungsbedingungen Stand zu halten, speziell salzhaltiger Luft, was besonders für Windenergieanlagen im Offshore-Betrieb und an der Küste erforderlich ist. Weitere wichtige Eigenschaften sind Staubdichtigkeit und Beständigkeit gegen Strahlwasser gemäß IP 66 und Widerstandsfähigkeit gegen Schwingungen und Stöße, die im Betrieb von großen Turbinen ständig vorhanden sind. Auch die Verbindungen zwischen dem Gehäuse des MDX-400 und den Glasfaserleitungen sind äußerst robust“ bemerkt Patrick Rey. Um die erforderlichen Messungen in Windenergieanlagen abzudecken, wurden die Eingänge für 3 oder 4 Glasfaserleitungen mit je 15 Sensoren ausgelegt und eine hohe Geschwindigkeit von 100 Messungen pro Sekunde realisiert. Eine weitere wichtige Funktion des MDX-400 ist eine CANopen-Feldbusschnittstelle, die über einen robusten, wasserdichten Steckverbinder angeschlossen wird, um die Messergebnisse zu der SPS der Turbine zu übertragen. Der integrierte Webserver wird über einen robusten Ethernet-Steckverbinder verbunden und ermöglicht die ferngesteuerte Parametrierung.

Zusammenfassung der Eigenschaften des MDX-400

• Elektronisches Modul zur Messdatenerfassung von Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FBGS)
• Kann auf 3 oder 4 Kanälen je 15 Sensoren abfragen, die in Reihe geschaltet sind; die Länge der Zuleitungen ist nahezu unbegrenzt.
• Messfrequenz: 100 Hz
• Interner Speicher: 32 GB
• Kommunikation: Ethernet TCP-IP (HTTP- und FTP-Server) und CANopen
• 4 konfigurierbare Relaisausgänge
• Einhaltung der Niederspannungsrichtlinie 2006/95/EC und der EMV-Richtlinie 2004/108/EG
• Edelstahlgehäuse, gemäß Schutzart IP 66 staubdicht und geschützt gegen starkes Strahlwasser
• Kompakte Abmessungen: 258 x 204 x 72 mm

Über SCAIME
Scaime S.A.S. hat seinen Firmensitz in Annemasse (Frankreich), in der Nähe des Genfer Sees. Das Unternehmen wurde im Jahre 1983 gegründet und ist heute weltweit als innovativer Lieferant von Sensoren und anderen Komponenten für die Messgrößen Masse, Kraft, Drehmoment, Druck, Füllstand und Dehnung anerkannt. Zum Produktprogramm gehören Anzeigeinstrumente, Wägezellen, Kraftmessdosen, Drehmomentmessgeräte, Längenänderungsaufnehmer und Sensoren für unterschiedliche Anwendungsbereiche. Spezialgebiete sind Controller für die dynamische Messung der Masse und Dosierung, faseroptische Systeme zur Dehnungs- und Temperaturmessung und Lösungen zur Dehnungs- und Temperaturmessung an Windkraftanlagen. Scaime ist nach DIN EN ISO 9001 zertifiziert und stellt hohe und konsistente Produktqualität mit standardisierten Abläufen sicher.

PM: QuintMark Network
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