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Entwicklung der 5 MN·m Drehmoment-Normalmesseinrichtung des CCW

20.12.2019

Um die Energiewende auch auf hoher messtechnischer Ebene zu unterstützen, ist an der PTB im Jahre 2016 das Kompetenzzentrum Wind (CCW) gegründet worden. Dazu gehört auch die Planung und der Bau einer 5 MN·m Drehmoment-Normalmesseinrichtung (D-NME) zur Rückführung von Drehmomentmessung in Testständen für Windenergieanlagen. Die Konstruktion der Maschine ist nun abgeschlossen.

Die neu-konstruierte 5 MN·m D-NME besteht in erster Linie aus einer Belastungs- und einer Messseite. Beide werden aus einem Rahmen, einem Hebel und einer Belastungs- bzw. Kraftmesseinheit gebildet (siehe Abbildung 1). Über die Berechnung Kraft x Hebelarm kann so ein Drehmoment gemessen werden. Das Drehmoment zur Belastung wird über Hydraulikzylinder erzeugt und auf der Messseite von angekoppelten Kraftaufnehmer gemessen. Zusätzlich können in der Maschine noch Biegemomente erzeugt und gemessen werden.

Bei den Hebeln handelt es sich um eine Gusskonstruktionen, bei der die Festigkeit durch eine FE-Optimierung erhöht wurde und das Gewicht zur besseren Handhabung durch den Hallenkran auf 32 (Belastungshebel) bzw. 33 t (Messhebel) reduziert werden. Zur Reduzierung der Haftreibung in den Hydraulikzylindergelenken sind an den Hebelanschlüssen Wälzlager-Kardangelenke ausgewählt worden, welche eine verbesserte Regelgenauigkeit versprechen . Aufgrund der speziellen Anwendung innerhalb der Maschine ist eine Kardangelenk-Eigenkonstruktion mit 1200 kN Nennlast entstanden.
Die Gesamtanlage beinhaltet auch einige Zubehörteile. Dazu gehören Montage- und Ausrichtwerkzeuge, Bühnenzugänge und -gestelle und Vorrichtungen wie etwa zur Kalibrierung der Biegefedern. Die Ersatzlasteinrichtung  besteht aus einer einfachen hydraulischen Klemmeinheit, einer Vorspannfeder und eines kleineren E-Motors.
Die Festkörpergelenke zum Anschluss der Kraftaufnehmer auf der Messseite sind hinsichtlich Festigkeit und Signalauflösung optimiert worden. Außerdem konnten erste Kalibrierungen an einem Testaufnehmer der primären Kraftmesstechnik durchgeführt werden, mit einem vielversprechenden Ergebnis. Mit dem ausgewählten Referenzkraftaufnehmer liegt die relative Messunsicherheit des einzelnen Messstrangs bei etwa 0,01 %.

Da die grundlegendsten Konstruktionsschritte erfolgt sind und die notwendige Messtechnik untersucht wurde, konnten die Ausschreibungen zur Fertigung der größten Maschinenkomponenten erfolgreich im Jahre 2019 vergeben werden. Dazu gehören die Maschinenrahmenteile (Mess- und Aktorrahmen), die Hydraulikanlage samt Steuerung und Regelung sowie die Kraftmesstechnik. Die ersten Teile werden bereits extern gefertigt und der Wissenschaftliche Gerätebau der PTB hat Anfang Dezember mit der Fertigung der Biegefedern für die Messtränge begonnen. Die T-Nutenplatten und die Führungsbetten für das Schienensystem der Maschine sind ebenfalls in der Fertigung. Auch der Euler-Bau II, in dem die Maschine entstehen soll, steht kurz vor der Fertigstellung. Das Maschinenfundament ist schon im Rahmen des Gebäudeneubaus abgeschlossen worden, so dass einem Aufbau der Anlage ab Februar 2020 nichts mehr im Wege steht.

 

 

Bild: Finale Konstruktion der neuen 5-MN·m-Drehmoment-Normalmesseinrichtung des CCW

 

Ansprechpartner:

Kai Geva, FB 1.2, AG 1.22, E-Mail: Opens window for sending emailkai.geva(at)ptb.de