Konstruktion und Produktzuverlässigkeit

KuP - Konische Gasfolienlager

Abb. 1: Druckverteilung der konischen Gasfolienlager

Abb. 2: Fertigung der konischen Gasfolienlager

  • Projekt: Konische Gasfolienlager
  • Förderung: KuP
  • Projektlaufzeit:  01.11.2019 - 31.10.2024
  • Kurzbeschreibung:  Gasfolienlager (GFBs) sind innovative Maschinenelemente, die dazu dienen schnelldrehende Rotoren kontaktlos auf einem aerodynamischen Luftfilm zu lagern. Dabei treten sehr geringe Lagerreibung und damit sehr wenig Verschleiß und Verluste auf. Dank einer nachgiebigen Folienstruktur im Luftspalt weisen GFBs im Vergleich zu herkömmlichen aerodynamischen Lagern ein vorteilhaftes Schwingungsverhalten und geringere Anforderungen an Fertigungs- und Ausrichtungsgenauigkeiten auf.  Durch die Verwendung von Luft als Schmiermedium funktionieren GFBs ohne die Kontamination durch Schmieröl. Durch diese Eigenschaft sind GFBs für den Einsatz in der Luftversorgung von Brennstoffzellen prädestiniert. Dadurch gewinnt das Thema GFBs in der aktuellen Energiewende stark an Bedeutung und an allgemeinem Interesse. Eine konische Bauform von GFBs verfolgt den Gedanken, dass sowohl axiale als auch radiale Kräfte von nur einem Lager aufgenommen werden können. Im Vergleich zu konventionellen Lagerungen durch zwei radiale und zwei axiale GFBs besteht dadurch das Potenzial die notwendige Lageranzahl in einem Rotorsystem zu halbieren. Dies ergibt nicht nur Vorteile in Bezug auf Kosten und Bauraum Vorteile, sondern ermöglicht weiterhin eine erhöhte konstruktive Freiheit. Trotz dieses Potentials sind konische GFB bis heute nahezu unerforscht. Durch die nichtlinearen Eigenschaften des Luftfilms und der Folienstruktur ergibt sich ein komplexes Schwingungsverhalten für durch GFBs gelagerte Rotoren. Dabei treten verschiedenste nichtlineare Effekte wie subsynchrone Schwingungen und Instabilitäten auf. Da diese Effekte die Funktionalität der Lager stark einschränken können, ist es von entscheidender Bedeutung diese grundlegend zu verstehen. Dabei werden sowohl numerische Simulationsmethoden als auch experimentelle Untersuchungen am Fachgebiet durchgeführt.
  • Projektziel: 
    • Numerische Beschreibung des dynamischen und statischen Verhaltens von konischen Gasfolienlagern
    • Fertigung und geometrische Vermessung von Lagerprototypen
    • Experimentelle rotordynamische Untersuchung der Lager
    • Validierung des numerischen Modells durch experimentelle Ergebnisse
  • Veröffentlichungen:

Partner & Förderer

Kontakt

M.Sc.

Marian Franz Sarrazin

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

m.sarrazin@tu-berlin.de

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