Franz, Daniel (2021)
Magnetgelagerter Schleuderprüfstand zur Untersuchung der Betriebsfestigkeit von Faserverbund-Rotoren.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Bibliographie
Dies ist die neueste Version dieses Eintrags.
Kurzbeschreibung (Abstract)
Im Rahmen der Energiewende gewinnt die dezentrale Speicherung elektrischer Energie zunehmend an Bedeutung. Eine Speichertechnologie mit großem Potential sind kinetische Energiespeicher in Außenläuferbauform. Die Außenläuferbauform, bei der die Schwungmasse als Hohlzylinder aus einem Faser-Kunststoff-Verbund ausgeführt ist, verspricht eine hohe Energiedichte und geringe Verluste. Nachteilig sind ihre hohen Anschaffungskosten. Diese resultieren nicht zuletzt auch daraus, dass die Auslegung der Rotoren meist konservativ erfolgt, da über ihre zyklische Festigkeit kaum experimentelle Untersuchungen vorliegen. Um die zyklische Festigkeit zu untersuchen wird in dieser Arbeit ein Schleuderprüfstand entworfen und aufgebaut, mit dem Hohlzylinder-Proben aus Faser-Kunststoff-Verbund zyklisch auf hohe Drehzahlen beschleunigt und wieder abgebremst werden, bis es zu einem Probenversagen kommt. Besondere Herausforderungen resultieren hierbei aus niederfrequenten und stark drehzahlabhängigen Biegeeigenfrequenzen des Rotors. Um diese zu stabilisieren, erfolgt die Lagerung der Antriebswelle mittels aktiver Magnetlager. Diese berührungslose Lagerung verhindert zudem mechanischen Verschleiß und reduziert die energetischen Verluste. Aufgrund der hohen Drehzahlen wird der Rotor im Vakuum betrieben, weshalb bereits geringe rotorseitige Verluste zu einem Überhitzen des Rotors führen können. Ein wesentlicher Anteil dieser Verluste resultiert aus der Vormagnetisierung der radialen Magnetlager. Daher wird im Rahmen einer robusten Reglerauslegung für die radialen Magnetlager untersucht, wie weit der Vormagnetisierungsstrom bei der hier verwendeten linearen Regelung gesenkt werden kann.
| Typ des Eintrags: | Dissertation |
|---|---|
| Erschienen: | 2021 |
| Autor(en): | Franz, Daniel |
| Art des Eintrags: | Bibliographie |
| Titel: | Magnetgelagerter Schleuderprüfstand zur Untersuchung der Betriebsfestigkeit von Faserverbund-Rotoren |
| Sprache: | Deutsch |
| Referenten: | Rinderknecht, Prof. Dr. Stephan ; Melz, Prof. Dr. Tobias |
| Publikationsjahr: | 2021 |
| Ort: | Düren |
| Verlag: | Shaker Verlag |
| Reihe: | Forschungsberichte Mechatronische Systeme im Maschinenbau |
| Kollation: | XVII, 224 Seiten |
| Datum der mündlichen Prüfung: | 10 Februar 2021 |
| Zugehörige Links: | |
| Kurzbeschreibung (Abstract): | Im Rahmen der Energiewende gewinnt die dezentrale Speicherung elektrischer Energie zunehmend an Bedeutung. Eine Speichertechnologie mit großem Potential sind kinetische Energiespeicher in Außenläuferbauform. Die Außenläuferbauform, bei der die Schwungmasse als Hohlzylinder aus einem Faser-Kunststoff-Verbund ausgeführt ist, verspricht eine hohe Energiedichte und geringe Verluste. Nachteilig sind ihre hohen Anschaffungskosten. Diese resultieren nicht zuletzt auch daraus, dass die Auslegung der Rotoren meist konservativ erfolgt, da über ihre zyklische Festigkeit kaum experimentelle Untersuchungen vorliegen. Um die zyklische Festigkeit zu untersuchen wird in dieser Arbeit ein Schleuderprüfstand entworfen und aufgebaut, mit dem Hohlzylinder-Proben aus Faser-Kunststoff-Verbund zyklisch auf hohe Drehzahlen beschleunigt und wieder abgebremst werden, bis es zu einem Probenversagen kommt. Besondere Herausforderungen resultieren hierbei aus niederfrequenten und stark drehzahlabhängigen Biegeeigenfrequenzen des Rotors. Um diese zu stabilisieren, erfolgt die Lagerung der Antriebswelle mittels aktiver Magnetlager. Diese berührungslose Lagerung verhindert zudem mechanischen Verschleiß und reduziert die energetischen Verluste. Aufgrund der hohen Drehzahlen wird der Rotor im Vakuum betrieben, weshalb bereits geringe rotorseitige Verluste zu einem Überhitzen des Rotors führen können. Ein wesentlicher Anteil dieser Verluste resultiert aus der Vormagnetisierung der radialen Magnetlager. Daher wird im Rahmen einer robusten Reglerauslegung für die radialen Magnetlager untersucht, wie weit der Vormagnetisierungsstrom bei der hier verwendeten linearen Regelung gesenkt werden kann. |
| Fachbereich(e)/-gebiet(e): | 16 Fachbereich Maschinenbau 16 Fachbereich Maschinenbau > Institut für Mechatronische Systeme im Maschinenbau (IMS) |
| Hinterlegungsdatum: | 16 Jul 2021 09:03 |
| Letzte Änderung: | 01 Mär 2024 09:47 |
| PPN: | |
| Referenten: | Rinderknecht, Prof. Dr. Stephan ; Melz, Prof. Dr. Tobias |
| Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: | 10 Februar 2021 |
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Verfügbare Versionen dieses Eintrags
-
Magnetgelagerter Schleuderprüfstand zur Untersuchung der Betriebsfestigkeit von Faserverbund-Rotoren. (deposited 09 Sep 2021 12:32)
- Magnetgelagerter Schleuderprüfstand zur Untersuchung der Betriebsfestigkeit von Faserverbund-Rotoren. (deposited 16 Jul 2021 09:03) [Gegenwärtig angezeigt]
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