Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues Getriebekonzept für Windturbinen: Höhere Energieausbeute durch Torque-Vectoring-Getriebe

23.02.2011
Windkraftanlagen haben ein Problem: Abhängig von der Stärke des Windes ändert sich die Drehzahl des Rotors und damit auch des Generators. Einspeisen müssen sie jedoch einen Wechselstrom von exakt 50 Hertz.

Bisher wird der erzeugte Wechselstrom daher zunächst gleichgerichtet, um dann in den gewünschten 50 Hertz-Wechselstrom umgewandelt zu werden. Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) haben nun ein aktives Getriebe entwickelt, das die doppelte Umwandlung überflüssig macht.

Große Windkraftanlagen werden derzeit meist drehzahlvariabel betrieben. Bei starkem Wind dreht der Rotor schnell, weht der Wind schwächer sinkt die Drehzahl. Typischerweise macht der Rotor dabei 12 bis 16 Umdrehungen pro Minute. Über ein Getriebe ist der Generator mit dem Rotor verbunden. Auch seine Drehzahl variiert daher mit der Windgeschwindigkeit.

Ins Netz einspeisen kann die Windkraftanlage aber nur einen Wechselstrom, der exakt zur 50 Hertz-Schwingung des Wechselstroms des Netzes passt. Bisher wird daher der Wechselstrom des Generators mit großen Gleichrichtern in Gleichstrom umgewandelt. Der Gleichstrom wird dann in einer zweiten Stufe wieder in Wechselstrom von exakt 50 Hertz transformiert. Knapp fünf Prozent Verlust muss der Betreiber dafür in Kauf nehmen.

Im Rahmen seiner Forschungsarbeit nahm der Lehrstuhl für Maschinenelemente der TU München nun das System aus Getriebe und Generator genauer unter die Lupe. Um die Netzfrequenz von 50 Hertz zu erreichen, muss ein Generator mit der üblichen Polpaarzahl von zwei eine Synchrondrehzahl von exakt 1500 Umdrehungen pro Minute besitzen. Um diese Forderung trotz variabler Eingangsdrehzahl erfüllen zu können, entwickelten die Forscher ein neuartiges Überlagerungsgetriebe analog zu einem geregelten Differenzial für Kraftfahrzeuge.

Wie bei herkömmlichen Konstruktionen sorgt ein Planetengetriebe für einen Großteil der benötigten Übersetzung. Hinzu kommt ein Überlagerungsgetriebe mit einem zusätzlichen Elektromotor, der sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden kann. Damit kann die vom Rotor ankommende Leistung gezielt unterstützt, oder abgezweigt werden, so dass sich eine konstante Abtriebsdrehzahl am Generator ergibt. Für eine Windkraftanlage mit 1,5 MW reicht bei einem solchen Konzept ein Elektromotor mit einer Überlagerungsleistung von lediglich etwa 80 kW aus.

„Der Vorteil dieses Konzepts ist ein leichterer Triebstrang, wodurch die Gondel der Anlage kleiner ausgeführt werden kann,“ erläutert Professor Bernd-Robert Höhn, Inhaber des Lehrstuhls für Maschinenelemente der TU München. „Zusätzlich kann ein robuster, wartungsarmer Synchrongenerator verwendet werden, so dass keine Leistungselektronik zur Frequenzanpassung benötigt wird und damit der Wirkungsgrad der Anlagen gesteigert werden kann.“

Auch für Differenziale in Fahrzeugen werden solche Überlagerungsgetriebe entwickelt und dort unter dem Namen „Torque-vectoring-System“ angeboten. Im Rahmen der Arbeit des Lehrstuhls im Wissenschaftszentrum Elektromobilität der TU München wird diese patentierte Entwicklung auch für das Elektrofahrzeugkonzept „MUTE“ weiter entwickelt, das auf der IAA 2011 vorgestellt wird. Hier erhöht die aktive Steuerung der Kraftverteilung die Fahrsicherheit, die Traktion und sorgt für ein sportliches Kurvenverhalten.

Kontakt:

Prof. Dr.-Ing. Bernd-Robert Höhn
Technische Universität München
Forschungsstelle für Zahnräder- und Getriebebau
Boltzmannstr. 15, 85748 Garching, Germany
Tel.: +49 89 289 15807 – Fax: +49 89 289 15808
E-Mail: fzg@fzg.mw.tum.de

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.fzg.mw.tum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Ein MRT für Forscher im Maschinenbau
23.11.2017 | Universität Rostock

nachricht Mehr Sicherheit beim Fliegen dank neuer Ultraschall-Prüfsysteme
20.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Metamaterial mit Dreheffekt

Mit 3D-Druckern für den Mikrobereich ist es Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelungen ein Metamaterial aus würfelförmigen Bausteinen zu schaffen, das auf Druckkräfte mit einer Rotation antwortet. Üblicherweise gelingt dies nur mit Hilfe einer Übersetzung wie zum Beispiel einer Kurbelwelle. Das ausgeklügelte Design aus Streben und Ringstrukturen, sowie die zu Grunde liegende Mathematik stellen die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Science vor.

„Übt man Kraft von oben auf einen Materialblock aus, dann deformiert sich dieser in unterschiedlicher Weise. Er kann sich ausbuchten, zusammenstauchen oder...

Im Focus: Proton-Rekord: Magnetisches Moment mit höchster Genauigkeit gemessen

Hochpräzise Messung des g-Faktors elf Mal genauer als bisher – Ergebnisse zeigen große Übereinstimmung zwischen Protonen und Antiprotonen

Das magnetische Moment eines einzelnen Protons ist unvorstellbar klein, aber es kann dennoch gemessen werden. Vor über zehn Jahren wurde für diese Messung der...

Im Focus: New proton record: Researchers measure magnetic moment with greatest possible precision

High-precision measurement of the g-factor eleven times more precise than before / Results indicate a strong similarity between protons and antiprotons

The magnetic moment of an individual proton is inconceivably small, but can still be quantified. The basis for undertaking this measurement was laid over ten...

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungen

Forschungsschwerpunkt „Smarte Systeme für Mensch und Maschine“ gegründet

24.11.2017 | Veranstaltungen

Schonender Hüftgelenkersatz bei jungen Patienten - Schlüssellochchirurgie und weniger Abrieb

24.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinen über die eigene Handfläche steuern: Nachwuchspreis für Medieninformatik-Student

24.11.2017 | Förderungen Preise

Treibjagd in der Petrischale

24.11.2017 | Biowissenschaften Chemie