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Drehmomentsensoren unterstützen die Entwicklung von Gezeitenturbinen

Berührungslose Drehmomentsensoren von Sensor Technology spielen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von großtechnischen Gezeitenturbinen des irischen Unternehmens OpenHydro. Mit diesen neuartigen SAW-Sensoren misst das Unternehmen Drehzahl- und Reibungskräfte in einem Simulator für die Turbinenlager und optimiert so die Zuverlässigkeit.

Turbinen zur Erzeugung erneuerbarer Energie aus Gezeitenströmen. Die Vision des Unternehmens OpenHydro ist es, Farmen mit Gezeitenturbinen unter den Weltmeeren zu betreiben, wo sie zuverlässig und ohne Kosten für die Umwelt Strom erzeugen. Diese Methode der Stromerzeugung hat viele Vorteile. Da die Turbinen unter Wasser stehen, sind sie unsichtbar und produzieren keinen

Lärm. Und da sie in einer beträchtlichen Tiefe versenkt sind, stellen sie keine Gefahr für die Schifffahrt dar. Der jedoch möglicherweise wichtigste Vorteil ist, dass die Gezeiten vollständig vorhersehbar sind, so dass die Energieausbeute der Turbinen gleichermaßen vorhergesagt werden kann. Es gibt keine großen saisonalen Schwankungen und keine Abhängigkeit von den Unwägbarkeiten des Wetters, wie es bei vielen anderen erneuerbaren Energiequellen der Fall ist.

Die zuverlässige und effiziente Gewinnung von Gezeitenenergie erfordert jedoch den Einsatz neuartiger Technologien, und im Falle von OpenHydro handelt es sich dabei um Open-Center-Turbinen, die direkt auf dem Meeresboden eingesetzt werden können. Bei der Installation an einem so unzugänglichen Ort wird die Zuverlässigkeit bei der Konstruktion und dem Bau der Turbinen natürlich großgeschrieben. Aus diesem Grund bewertet OpenHydro sorgfältig und umfassend die Leistung aller in seinen Turbinen verwendeten Komponenten.

Drehmomente genau und zuverlässig messen

Für die Lager beinhaltet diese Bewertung den Einsatz eines Simulators, mit dem die Ingenieure des Unternehmens bestimmen können, wie sich die Reibungskräfte in den Lagern bei unterschiedlichen Belastungen und Drehzahlen unterscheiden. Im Mittelpunkt des Betriebs dieses Simulators steht die Messung des Drehmoments in einer Welle vom Motor, der das zu prüfende Lager antreibt. Mit herkömmlichen Sensoren ist es schwierig, diese Art der Drehmomentmessung genau und zuverlässig durchzuführen, aber OpenHydro fand heraus, dass der Sensor der TorqSense RWT420-Serie von TorqSense eine geeignete Lösung darstellt.

Wie alle TorqSense-Sensoren sind auch die RWT420-Einheiten auf den Betrieb mit SAW-Wandlern (Surface Acoustic Wave) angewiesen. Diese Wandler bestehen aus zwei dünnen Metallelektroden in Form von ineinandergreifenden "Fingern" auf einem piezoelektrischen Substrat, wie z.B. Quarz.

Wenn ein HF-Signal mit der richtigen Frequenz an den Wandler angelegt wird, werden akustische Oberflächenwellen aufgebaut, und der Wandler verhält sich wie ein Schwingkreis. Wird das Substrat jedoch verformt, ändert sich die Resonanzfrequenz. Wenn der Wandler an einer Antriebswelle befestigt ist, hängt die Verformung des Substrats und damit die Änderung der Resonanzfrequenz mit dem Drehmoment auf der Welle zusammen. Das heißt, der Aufnehmer arbeitet als frequenzabhängiger Dehnungsmessstreifen.

Da die Wandler mit Hochfrequenzen arbeiten, ist es einfach, Signale drahtlos an sie zu koppeln. TorqSense-Sensoren können daher auf rotierenden Wellen eingesetzt werden und können kontinuierlich Daten liefern, ohne dass die inhärent unzuverlässigen und unbequemen Bürsten und Schleifringe, die häufig in herkömmlichen Drehmomentmesssystemen verwendet werden, benötigt werden. „Wir haben uns für den RWT420 entschieden, weil er bequem drahtlos zu bedienen ist und weil es für uns einfach war, ihn in unserem Versuchsaufbau mit einem vorhandenen Schaft zu befestigen“, sagt Kevin Harnett, Maschinenbauingenieur bei OpenHydro. „Darüber hinaus verfügt dieses Sensormodell über eine integrierte Elektronik und einen seriellen Ausgang, so dass wir es in unserem Testlabor direkt mit einem Laptop verbinden können. Das ist ein einfacher und bequemer Aufbau.“

Unschätzbare Daten

OpenHydro verwendet den RWT420 Sensor in Verbindung mit der TorqView-Software von Sensor Technology. Sie bietet eine Auswahl an Zifferblatt-, Digitalbalken- und Diagrammformaten für Drehmoment, Drehzahl, Temperatur und Leistung. Die Software bietet auch Funktionen für die Echtzeitdarstellung und Datenaufzeichnung und kann gespeicherte Ergebnisse als Dateien ausgeben, die mit Matlab und Excel kompatibel sind. „Wir haben festgestellt, dass sowohl der Sensor als auch die Software sehr einfach zu bedienen sind“, sagt Kevin Harnett, „und der Sensor hat sich als sehr widerstandsfähig gegen die harten Betriebsbedingungen in unserem Labor erwiesen. Wir haben auch exzellenten technischen Support von der Sensorik erhalten, was sehr hilfreich war, da wir noch nie zuvor mit Sensoren dieser Art gearbeitet haben. Insgesamt sind wir mit dem Produkt und dem Service, den wir erhalten haben, sehr zufrieden, und der Sensor liefert unschätzbare Daten für unsere Entwicklungsarbeit.“


27.05.2019

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