Aktive Piezolager

Rotoren können mittels aktiver Lager und einer geeigneten Regelung ohne Unwuchtkräfte betrieben werden. Dieser Sachverhalt wurde am IMS theoretisch nachgewiesen und experimentell validiert. Ein aktives Lager kann sein Rotationszentrum dynamisch verlagern. Die unwuchterregten Lagerkräfte eines starren Rotors kommen dadurch zustande, dass der Rotor, bedingt durch Fertigungsfehler, nicht exakt um seine Hauptträgheitsachse rotiert.

Rotorprüfstand mit aktiver Lagerstelle

Werden die aktiven Lager so geregelt, dass die Lagermittelpunkte mit der Exzentrizität des Rotors umlaufen, so verschwinden die dynamischen Lagerkräfte. Der Rotor rotiert dann um seine Hauptträgheitsachse. Auch für elastische Rotoren, welche aufgrund ihrer Verformbarkeit keine konstante Hauptträgheitsachse besitzen, lässt sich dieses Verfahren anwenden.

Am IMS werden unterschiedlichste Regelungsverfahren zur Ansteuerung der aktiven Lagerebenen untersucht. Herausfordernd sind hierbei vor allem Rotorsysteme mit ausgeprägter Gryroskopie, die zu einer drehzahlabhängigen Aufspaltung von Eigenfrequenzen führt. Zu den untersuchten Regelungsansätzen zählen insbesondere:

  • Adaptive Störgrößenaufschaltungen
  • Gain scheduled H∞ optimale Regelung
  • Modellfreier Regelungsansatz inkl. analytischem Stabilitätsbeweis

Ein weiteres Themenfeld ist die Weiterentwicklung des bisher im Laborumfeld aufgebauten aktiven Wälzlagers hin zum Maschinenelement für zahlreiche rotierende Anwendungen. Hierzu wurde in einem ersten Schritt der Integrationsgrad des Gesamtaufbaus erhöht. Hierzu wurde ein monolitischer Lagerrahmen entwickelt, der eine integrierte Vorspannung ermöglicht.