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Physikalisch-Technische Bundesanstalt: Größter PTB-Sensor verbessert Windkraft-Drehmomentmessung

In einem Aachener Teststand wurde der größte bislang an der PTB kalibrierte Drehmomentsensor eingebaut. Mit dem neuen Transfernormal soll die Genauigkeit herkömmlicher Drehmomentmessungen bestimmt und eine für alle Prüfstände allgemeingültige Vorgehensweise bei Messungen entwickelt werden.

Drehmomentsensor Bildquelle: © Physikalisch-Technische Bundesanstalt & Rheinisch-Westfälische Hochschule Aachen

Der Aachener Prüfstand mit der Forschungsgondel der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. auf der rechten Seite und dem PTB Drehmomentsensor zwischen den beiden gelben Flanschen.

Das neue Transfernomal wiegt 1,8 Tonnen. An seiner Entwicklung, der Kalibrierung und dem aufwendigen Einbau waren in der PTB Experten für Windkraftmessungen, IT-Fachleute sowie der Wissenschaftliche Gerätebau beteiligt. Die Dimension des Projektes ist so groß wie der Einsatz der Windkraft: Immer mehr und immer komplexere Anlagen werden gebaut. Damit wachsen auch die Anforderungen an die nötigen Messungen.

Um sich vom Wind an den Einsatzorten der Windkraftanlagen unabhängig zu machen sind in den letzten Jahren weltweit große Gondelprüfstände errichtet worden, an denen kontrolliert neue Entwicklungen getestet werden.. Dabei werden Getriebe und Generator oder die gesamte Gondel künstlichem Wind ausgesetzt. Ein Motor sorgt für Rotation, hydraulische Systeme ahmen Winddruck und Böen nach. Die Detailliertheit der Messungen ist durch die kontrollierten Bedingungen viel genauer als bei Feldmessungen.

Akkuwechsel Bildquelle: © Physikalisch-Technische Bundesanstalt & Rheinisch-Westfälische Hochschule Aache

Ein PTB-Kollege überprüft die Messtechnik, die an dem Drehmomentsensor befestigt ist, und wechselt die Akkus, die einen eigenständigen Betrieb ermöglichen.

Neben der Anlagenhaltbarkeit wird auch die Effizienz bei der Umwandlung der Windkraft in Stromgemessen. Bei rotierenden Anlagen ist das Drehmoment der wichtigste Messwert, da es für die Bewegung sorgt. An der bis heute nicht zufriedenstellenden Qualität dieser Messungen in den Prüfständen setzt das EU-Forschungsprojekt »MN * m Torque« an.

Drei Betreiber von Testzentren – das Center for Wind Power Drives der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule in Aachen, das Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik und das nationale Zentrum für erneuerbare Energien in Spanien – haben sich mit vier nationalen Metrologieinstituten – aus Deutschland, Spanien, Tschechien und Finnland – zusammengetan.

Nach diesem ersten Einsatz des neuen Transfernormals wird im weiteren Verlauf des internationalen Projektes  untersucht, wie sich die Rotation und die zusätzlichen Windlasten auf die Drehmomentmessung auswirken; Ziel ist ein genauer Einblick in die Technik und die Messunsicherheit des Teststands.

Außerdem wird ein »Best Practice Guide« erstellt, in dem die Durchführung von Teststandkalibrierungen und der Einsatz von Transfernormalen im MN · m-Bereich beschrieben wird. Das entwickelte Transfernormal steht auch nach dem Projekt für Messungen zur Verfügung.