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 IPH entwickelt Prüfstand für angetriebene Tragrollen
29.11.2016 | IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

nachricht LZH optimiert laserbasierte CFK-Nachbearbeitung für die Luftfahrtindustrie
24.11.2016 | Laser Zentrum Hannover e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie