Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Störende Schwingungen - Problemlösung für Forschung und Industrie

07.11.2003


Ein kostengünstiges Verfahren zur Dämpfung schädlicher Drehschwingungen in einem rotierenden Antriebssystem wurde im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching entwickelt und zum Patent angemeldet. Die Methode wurde im Rahmen der Fusionsforschung erarbeitet, ist aber universell einsetzbar - überall dort, wo in der Energie- oder Fertigungstechnik stoßartige Belastungen einer Maschine auftreten, die zerstörerische Schwingungen in der Generatorwelle oder im Antriebsstrang verursachen.


Einer der Schwungrad-Generatoren im IPP: Links das große Schwungrad, unter der Haube rechts der Generator. An der mit Pfeil markierten Stelle auf der Achse misst ein Sensor die Drehschwingungen.



Es begann damit, dass bei einer Routineprüfung an den Schwungrad-Generatoren, die die Plasmaexperimente des IPP mit elektrischer Leistung versorgen, Schäden an der Drehachse festgestellt wurden. Für Deutschlands größtes Fusionsexperiment, ASDEX Upgrade, liefern die Generatoren in rund zehn Sekunden langen Pulsen Leistungen von ein- bis dreihundert Megawatt. Zunächst unerklärlich, hatte man Schleifspuren an der Kupplung zwischen einem 76 Tonnen schweren Schwungrad und dem von ihm angetriebenen Generator entdeckt. Die genaue Untersuchung brachte Klarheit: Schnelle Laständerungen am Generator, von dem die IPP-Wissenschaftler während eines Experiments in raschem Wechsel unterschiedlich große Mengen an elektrischer Energie abrufen, können als Anregung auf das Gesamtsystem zurückwirken und die Achse der gesamten Anlage ins Schwingen bringen. Der Rotor des Generators schwingt dann gegen das massive Schwungrad und verdrillt dabei die stählerne Drehachse. Gemessen wurde dies mit einem speziellen, berührungslos arbeitenden Sensor. Zwar zeigte er nur minimale Verdrehungen um hundertstel bis zehntel Grad an, dennoch sind die Belastungen für die Achse dabei sehr hoch. Folge dieser Wechselbeanspruchung sind Schäden an den Kupplungen, die langfristig sogar zur Zerstörung der Welle führen können.



Nach der Reparatur des Generators behalfen sich die Wissenschaftler vorläufig damit, die Fusionsexperimente abzubrechen, sobald das Messgerät zu starke Schwingungen meldete. Da aber so zu viele Plasma-Entladungen ein vorzeitiges Ende fanden, begann man mit der Entwicklung einer Methode, die Schwingungen aktiv zu bekämpfen: Gesteuert durch eine ausgefeilte Elektronik führt eine Magnetspule im Gegentakt zur gemessenen Winkelgeschwindigkeit der Schwingung dem System genau so viel Energie zu, dass die Schwingungen optimal gedämpft werden. Dabei müssen nur geringe Leistungen aufgewandt werden: Während der Generator über hundert Megawatt an elektrischer Leistung liefert, reicht zur Schwingungsdämpfung nur rund ein Megawatt. Die zwei an den Schwungrad-Generatoren des IPP eingesetzten Dämpfungskreise haben sich mittlerweile in mehr als tausend Plasma-Entladungen bewährt.

Die neuartige Methode wurde über die Firma "Garching Innovation GmbH" zum Patent angemeldet. Der Erfinder, Dr.-Ing. Christof Sihler, ist zuversichtlich, dass sich Interessenten und Lizenznehmer finden lassen: "Das von uns entwickelte Verfahren kommt mit geringer Leistung aus, funktioniert nachweislich zuverlässig und kann nicht nur an großen Generatoren, sondern generell zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem rotierenden Antriebsstrang eingesetzt werden."

Mit dem Verfahren ließen sich also ganz allgemein bei drehbaren Antrieben Torsionsschwingungen unterdrücken, zum Beispiel bei großen Turbogeneratoren in Kraftwerken, bei Industriemaschinen, Windkraftwerken, Schiffsdieseln oder Pumpen. Zwar sind Drehschwingungen in gleichmäßig laufenden Antrieben selten. Wenn sie aber einmal auftreten - zum Beispiel beim Hochfahren der Maschinen oder ausgelöst durch dynamische Ansteuerung oder Belastung - können die Schäden erheblich sein und teure Reparaturen erforderlich machen. Auch das vorsorgliche Abschalten der Maschinen zum Vermeiden der Schwingungen kann Kosten verursachen. "Immer dann, wenn es durch Schaltvorgänge oder dynamische Prozesse in der Energietechnik, Fertigungstechnik oder Plasmaphysik zu stoßartigen Belastungen bei der Energieversorgung oder einer Antriebsmaschine kommt und dabei Schwingungen in der Generatorwelle oder im Antriebsstrang auftreten", so erklärt Dr. Sihler, "haben wir eine wirkungsvolle Methode zum Dämpfen dieser Schwingungen anzubieten. Ihr Vorteil: Weder am Prozess noch am Generator oder der Antriebsmaschine muss etwas verändert werden. Die erforderlichen Bauteile können einfach und schnell nachträglich angebaut werden und sind wegen der kleinen benötigten Leistung auch kostengünstig."


Hintergrund: Ziel der Fusionsforschung ist die Entwicklung eines Kraftwerks, das Energie aus der Verschmelzung von Atomkernen gewinnen soll. Brennstoff ist ein dünnes ionisiertes Gas, ein Wasserstoffplasma, das zum Zünden des Fusionsfeuers in Magnetfeldern eingeschlossen und auf hohe Temperaturen aufgeheizt werden muss. Die für die Plasma-Experimente nötige elektrische Leistung für Magnetfeld und Heizung wird im IPP in Garching durch große Schwungrad-Generatoren bereitgestellt.

Isabella Milch | idw
Weitere Informationen:
http://www.ipp.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Neues Quantenpunkt-Mikroskop zeigt die elektrischen Potenziale einzelner Atome
11.06.2019 | Forschungszentrum Jülich GmbH

nachricht Wasserdicht dank flinker Laser
27.05.2019 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: MPSD-Team entdeckt lichtinduzierte Ferroelektrizität in Strontiumtitanat

Mit Licht lassen sich Materialeigenschaften nicht nur messen, sondern auch verändern. Besonders interessant sind dabei Fälle, in denen eine fundamentale Eigenschaft eines Materials verändert werden kann, wie z.B. die Fähigkeit, Strom zu leiten oder Informationen in einem magnetischen Zustand zu speichern. Ein Team um Andrea Cavalleri vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie in Hamburg, hat nun Lichtimpulse aus dem Terahertz-Frequenzspektrum benutzt, um ein nicht-ferroelektrisches Material in ein ferroelektrisches umzuwandeln.

Ferroelektrizität ist ein Zustand, in dem die Atome im Kristallgitter eine bestimmte Richtung "aufzeigen" und dadurch eine makroskopische elektrische...

Im Focus: MPSD team discovers light-induced ferroelectricity in strontium titanate

Light can be used not only to measure materials’ properties, but also to change them. Especially interesting are those cases in which the function of a material can be modified, such as its ability to conduct electricity or to store information in its magnetic state. A team led by Andrea Cavalleri from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg used terahertz frequency light pulses to transform a non-ferroelectric material into a ferroelectric one.

Ferroelectricity is a state in which the constituent lattice “looks” in one specific direction, forming a macroscopic electrical polarisation. The ability to...

Im Focus: Konzert der magnetischen Momente

Forscher aus Deutschland, den Niederlanden und Südkorea haben in einer internationalen Zusammenarbeit einen neuartigen Weg entdeckt, wie die Elektronenspins in einem Material miteinander agieren. In ihrer Publikation in der Fachzeitschrift Nature Materials berichten die Forscher über eine bisher unbekannte, chirale Kopplung, die über vergleichsweise lange Distanzen aktiv ist. Damit können sich die Spins in zwei unterschiedlichen magnetischen Lagen, die durch nicht-magnetische Materialien voneinander getrennt sind, gegenseitig beeinflussen, selbst wenn sie nicht unmittelbar benachbart sind.

Magnetische Festkörper sind die Grundlage der modernen Informationstechnologie. Beispielsweise sind diese Materialien allgegenwärtig in Speichermedien wie...

Im Focus: Schwerefeldbestimmung der Erde so genau wie noch nie

Forschende der TU Graz berechneten aus 1,16 Milliarden Satellitendaten das bislang genaueste Schwerefeldmodell der Erde. Es liefert wertvolles Wissen für die Klimaforschung.

Die Erdanziehungskraft schwankt von Ort zu Ort. Dieses Phänomen nutzen Geodäsie-Fachleute, um geodynamische und klimatologische Prozesse zu beobachten....

Im Focus: Determining the Earth’s gravity field more accurately than ever before

Researchers at TU Graz calculate the most accurate gravity field determination of the Earth using 1.16 billion satellite measurements. This yields valuable knowledge for climate research.

The Earth’s gravity fluctuates from place to place. Geodesists use this phenomenon to observe geodynamic and climatological processes. Using...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Doc Data – warum Daten Leben retten können

14.06.2019 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - August 2019

13.06.2019 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz in der Materialmikroskopie

13.06.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

German Innovation Award für Rittal VX25 Schaltschranksystem

14.06.2019 | Förderungen Preise

Fraunhofer SCAI und Uni Bonn zeigen innovative Anwendungen und Software für das High Performance Computing

14.06.2019 | Messenachrichten

Autonomes Premiumtaxi sofort oder warten auf den selbstfahrenden Minibus?

14.06.2019 | Interdisziplinäre Forschung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics