Aktive Magnetlagerung

Hintergrund

Im Vergleich zu Wälz- und Gleitlagern bieten aktive Magnetlager interessante Vorteile:

  • Berührungslos, daher reibungs-, verschleiß- und schmiermittelfrei
  • Nahezu wartungsfrei
  • Für beliebig hohe Drehzahlen geeignet

Auf der anderen Seite sind sie noch immer relativ teuer. Die spezifische Tragfähigkeit ist niedriger als bei einer konventionellen Lagerung, der Platzbedarf aufgrund der benötigten Peripherie (Regelelektronik, Leistungselektronik) größer, und für den Fall eines Systemausfalls werden zusätzliche Fanglager (Notlager) benötigt.

Lösungsansatz

Neben der Funktion „Lagerung des Rotors“ ergeben sich allerdings durch die im Magnetlager als Sensorgrößen vorhandenen Informationen – über die Auslenkungen des Rotors und die im Magnetlager fließenden Ströme (über die auf die wirkenden Lagerkräfte geschlossen werden kann) – sowie durch die Möglichkeit gezielt Kräfte in das System einzubringen eine Reihe interessanter, weiterer Funktionen, die in das System integriert werden können:

  • Bestimmung des Wuchtzustandes des Rotors
  • Aktive Unwuchtkompensation und Kräftefreierlauf
  • Aktive Anpassung der Systemdynamik an den Betriebszustand
  • Bestimmung des Übertragungsverhaltens des Systems
  • Online Fehlerdiagnose (über die direkt vorhandenen Systemgrößen sowie über das Übertragungsverhalten des Systems

Aktuelle Forschung

Bezüglich einer Kostensenkung bietet das Magnetlager die Möglichkeit, aus den Lagerströmen die für die Regelung benötigte Rotorposition zu schätzen. Diese funktionale Integration der Positionssensorik über eine Erweiterung der Software führt zu einer erheblichen Einsparung. Die teure Positionssensorik entfällt. Weiterhin entfällt der dafür benötigte Bauraum, und die regelungstechnisch wichtige Eigenschaft der Kollokation ist inhärent gegeben.

Mit Hinblick auf einen Systemausfall wird die Notlagerung mit Fokus auf schnell drehende Rotoren mit hohen Oberflächengeschwindigkeiten untersucht. Zuverlässigkeit und Lebensdauer sind hierbei Zielgrößen. Die dabei herrschenden technischen Grenzen werden analytisch und experimentell erforscht und konstruktive Verbesserungen abgeleitet.