Schluss mit dem Dröhnen

Schwere Schiffsmotoren sind kraftvoll, aber auch sehr laut. Ihre Schwingungen übertragen sich auf den ganzen Rumpf. Wer auf einer Yacht oder einem Kreuzfahrschiff Ruhe sucht, empfindet die Motorengeräusche als ausgesprochen störend. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt haben eine Methode entwickelt, um das Dröhnen mit Gegenschwingungen direkt am Fuße des Motors auszumerzen.

Schiffsmotoren werden mit Lagern auf Fundamenten oder direkt am Rumpf befestigt. Ihre Schwingungen können sich somit leicht auf den gesamten Schiffskörper übertragen. Will man die Schwingungen dämpfen, muss man sie direkt am Lager abfangen. Die Lösung der Forscher ist ein aktiver Dämpfer, der zwischen dem Motor und dem Lager montiert wird. Hauptbestandteil dieses aktiven Lagers sind Piezokeramiken. Diese Werkstoffe können sich bei elektrischer Anregung verformen. Regt man sie sehr schnell an, vollführen sie hochfrequente Vibrationen – und genau die sind beim Schiffsmotor gefragt. Mit einer ausgeklügelten Sensorik messen die Wissenschaftler die momentane Schwingung des Motors und steuern die Piezokeramiken so an, dass sie den Bewegungen exakt entgegen arbeiten. Da die aktiven Lager das Gewicht des Motors direkt tragen, ist ihre Wirkung maximal groß. Bei herkömmlichen Lösungsansätzen schwingen Dämpfer von der Seite gegen die Füße des Motors oder sitzen in einem Hohlraum im Lager. Der Motor steht bisher nicht unmittelbar auf diesen Schwing-elementen, so dass sie die Vibrationen nur indirekt ausgleichen können. Diese Systeme müssen folglich mit deutlich mehr Leistung arbeiten, um eine gute Dämpfung zu erzielen.

Mittlerweile haben die Forscher ihre Methode an einer mehr als Lkw-motorgroßen Maschine in ihren Darmstädter Labors untersucht. In diesem Jahr wird das Schwingungsschlucker-System erstmals an Bord eines Schiffs getestet. Kooperationspartner ist die Friedrich Lürssen Werft in Bremen. „Durch das Schiffbau-Wissen unserer Partner war es möglich, die Eigenheiten des Schiffs – etwa die Steifigkeiten und Resonanzen des Metalls – genau zu spezifizieren“, sagt der am LBF für das Projekt zuständige Ingenieur Michael Matthias. Ferner stellt die Werft im kommenden Jahr ein Schiff für die Testfahrten zur Verfügung. „Nach den Untersuchungen im Labor sind wir davon überzeugt, dass die Methode auch im Realbetrieb funktioniert“, sagt Matthias. „Der Test im Sommer wird zeigen, wie viel besser sie ist als herkömmliche Dämpfungen.“