Um die Energiewende technisch umzusetzen, sind Turbinen erforderlich, die schnell auf wechselnde Lasten im Stromnetz reagieren können. Diese Turbinen und andere schnell laufende Maschinen stellen hohe Anforderungen an die Lagertechnik. Zur Entwicklung solcher Lager hat das Institut für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen der TU Clausthal jetzt einen Hochleistungsprüfstand fertiggestellt. Die Anlage ermöglicht tribologische, strömungsmechanische und rotordynamische Untersuchungen unter definierten Bedingungen.
Die Autorin: Stefanie Jost-Köstering, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, FVV, Frankfurt/Main
Im Sport ist das Prinzip einer kontinuierlichen Leistungssteigerung mit drei Wörtern umschrieben: schneller, höher, weiter. Bei schnell laufenden Maschinen wie Turbinen, Kompressoren, Getrieben oder Elektromotoren ist das naturgemäß etwas schwieriger. Mehrere Trends laufen dort zusammen, bedingen sich gegenseitig und lassen die konstruktiven und werkstofflichen Anforderungen kontinuierlich steigen. Besonders deutlich wird dies in der Lagertechnik.
Aus Gründen der Stabilität und Betriebssicherheit kommen für hochtourig laufende Wellen schon immer Gleitlager zum Einsatz. In diesen schwimmt der Rotor wie auf einem Ölfilm. Dabei sind bauartbedingt vergleichsweise hohe Flächenpressungen möglich. Doch mit dem Trend, auch schnell laufende Maschinen kleiner und schlanker zu bauen, werden auch die Lager kleiner. Kleinere Lager bedeuten jedoch auch kleinere Lagerflächen. Folge: Die Flächenpressung nimmt zu und die Anforderungen an die dynamischen Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften der Lager steigen.
Um dem entgegenzuwirken, arbeiten Forschung und Industrie kontinuierlich daran, die Tragfähigkeit der Lager durch noch höherfeste Legierungen zu erhöhen. Dies erfordert nicht nur eine kontinuierliche Verbesserung der zum Einsatz kommenden Berechnungs- und Simulationsverfahren. Auch für eine Verifizierung der Entwicklungsergebnisse müssen geeignete Möglichkeiten geschaffen werden.
Entwicklungsergebnisse verifizieren
Dazu hat das Institut für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen (ITR) der TU Clausthal nun einen Hochleistungsgleitlagerprüfstand im Betrieb, der den hohen Anforderungen gerecht wird. Die etwa 1,8 Mio. Euro teure Anlage wurde mit Eigenmitteln, Zuschüssen aus der Industrie sowie einer Beteiligung der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) sowie der Forschungsvereinigung Antriebstechnik (FVA) finanziert. Zwei wissenschaftliche Mitarbeiter des Instituts waren mehr als drei Jahre mit Konstruktion und Auslegung der erforderlichen Prüfstandskomponenten einschließlich der statischen und dynamischen Belastungsvorrichtungen, der Messtechnik, der Steuerung sowie der Messwerterfassung und -auswertung beschäftigt. Zwei Techniker der Institutswerkstätten benötigten zwei Jahre, um die rotornahen Bereiche des Prüfstands zu bauen. Das 12-t-Fundament, ein 630-kW-Antriebsmotor sowie ein Turboplanetengetriebe wurden zugekauft.
Der innovative Prüfstand erlaubt Untersuchungen an hoch belasteten Gleitlagern mit einer Flächenpressung von bis zu 6 MPa. Das entspricht dem Druck einer knapp 612 m hohen Wassersäule. Und dies bei Umfangsgeschwindigkeiten von bis zu 200 m/s (720 km/h oder Mach 0,6). Um mögliche Unwuchten zu simulieren, drücken Hydraulikpulser von außen auf das Lager und erzeugen so Vibrationen. Um das Verhalten des Rotors im Lagerorbit zu erkennen, läuft eine induktive Messtechnik in den Wellen mit. Der Prüfstand steht ab sofort für industrielle Entwicklungsarbeiten sowie für Forschungsprojekte zur Verfügung. I
Info & Kontakt
Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) e. V.
Stefanie Jost-Köstering
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: 069 6603-1531
Das Video zeigt einen Prüflagerwechsel am Hochleistungsprüfstand des ITR
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