HBM-Messtechnik auf dem Prüfstand: Dynamische Drehmoment-Messungen an Wasserturbinen

Wie kann Drehmoment noch sicherer und effizienter gemessen werden? Ein namhafter Hersteller von Prüfständen für Wasserturbinen setzt hier auf ein neues Konzept: Anstatt Drehmoment indirekt mittels eines Kraftaufnehmers über das Reaktionskraft zu messen, sorgt der Einbau des digitalen Drehmomentaufnehmers T12 für signifikant bessere Ergebnisse. Intelligente Messtechnik trägt so zu deutlichen Effizienzgewinnen bei der Stromerzeugung aus Wasserkraft bei.

Energieeffizienz ist eines der Themen unserer Zeit. Entsprechend wichtig ist die genaue Bewertung der Leistungsparameter der bei der Energieerzeugung beteiligten Komponenten. So werden z.B. die zur Gewinnung von Energie aus Wasserkraft notwendigen Turbinen einer genauen Prüfung unterzogen. Dabei spielt die Messung des Drehmoments eine entscheidende Rolle.

Zuverlässige Aussagen hierzu lassen sich am besten durch Testläufe auf dem Prüfstand treffen. Zu diesem Zweck sind solche Prüfstände in der Regel mit einer Einrichtung zur indirekten Drehmomentmessung ausgerüstet, welche aus einer vertikal angeordneten, drehbar gelagerten Belastungseinrichtung (Dynamometer) besteht.

Bremswirkung mit Einschränkung

Diese Belastungseinrichtung ist mit der darunter eingebauten Turbine mit einem Wellenstrang verbunden. Treibt man nun die Turbine durch einen Wasserstrom an (inverser Betrieb), so übt die Belastungseinrichtung eine Bremswirkung auf den Wellenstrang aus und erfährt dadurch eine Drehbeschleunigung.

Sie würde nun in der Folge um ihre vertikale Achse rotieren, sofern sie sich nicht mit Hilfe eines Hebelarms gegen einen Kraftaufnehmer abstützen würde. Die Abstützkraft (Reaktionskraft) wird vom Kraftaufnehmer gemessen, der gemessene Wert multipliziert mit der Länge des Hebelarms ergibt das Reaktionsmoment.

Die beschriebene Anordnung liefert gute Ergebnisse, sie hat jedoch zwei wesentliche Einschränkungen:

  1. Der Wert des gemessenen Drehmoments ist um den Wert des Reibmoments im Lager verändert und
  2. Es lassen sich keine genauen Aussagen zur Dynamik des gemessenen Drehmoments treffen, da das Massenträgheitsmoment der Belastungseinrichtung eine starke Dämpfung ausübt.

Neues Konzept: Direkter Einbau eines Drehmoment-Messflanschs

Um diese Einschränkungen zu beseitigen soll der Wasserturbinenprüfstand eines namhaften Unternehmens so umgebaut werden, dass an Stelle des Kraftaufnehmers nun ein Drehmomentmessflansch direkt in den Wellenstrang zwischen Turbine und (der dann blockierten) Belastungseinrichtung montiert wird.

Hebelarm, Kraftaufnehmer sowie die Lagerung der Belastungseinrichtung sind in dieser Konstruktion nicht mehr notwendig, sie können jedoch auch für alternative Vergleichsmessungen weiterhin eingebaut bleiben.

Die messtechnische Lösung von HBM: Digitale Drehmomenterfassung mit T12

Zur Realisierung dieses hochdynamischen Wasserturbinen-Prüfstandes bietet HBM die passende Lösung. Eine Schlüsselrolle spielt der digitale Drehmomentaufnehmer T12, der direkt in den Antriebsstrang zwischen Turbine und Belastungseinrichtung eingebaut wird.

Die Gründe für T12 sind vielfältig – setzt der Aufnehmer doch neue Maßstäbe für Präzision, Dynamik und Auflösung des Messsignals.

Als erster Drehmomentaufnehmer überhaupt liefert T12 über einen Messfrequenzbereich von 0 Hz bis 6000 Hz hinweg Ergebnisse höchster Genauigkeit und Auflösung – bis hin zur physikalischen Grenze der Dehnungsmessstreifentechnologie.

Das spezielle A/D-Wandlungsverfahren ermöglicht die Digitalisierung des analogen Messsignals ohne Informationsverluste, die Auflösung von 19 bit gestattet die Messung großer und kleiner Signalamplituden ohne Messbereichsumschaltung.

Mit diesen und weiteren Eigenschaften lässt sich T12 ideal in die Prüfstände für Wasserkraftturbinen integrieren und ermöglicht so sichere und vertrauenswürdige Messergebnisse. Damit trägt T12 dazu bei, die Turbinen in punkto Energieeffizienz weiter zu optimieren.

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