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 BIAS erhält Bremens größten 3D-Drucker für metallische Luffahrtkomponenten
18.07.2018 | BIAS - Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH

nachricht Neues Verfahren verbessert Haltbarkeit der Beschichtung auf Werkzeugen
12.07.2018 | Technologie Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

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

Vernetzte Beleuchtung: Weg mit dem blinden Fleck

18.07.2018 | Energie und Elektrotechnik

BIAS erhält Bremens größten 3D-Drucker für metallische Luffahrtkomponenten

18.07.2018 | Verfahrenstechnologie

Verminderte Hirnleistung bei schwachem Herz

18.07.2018 | Medizin Gesundheit

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