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Entwicklung und Aufbau einer Wuchtungseinrichtung für die experimentelle Untersuchung von Rotorkonfigurationen von Scheibenläuferturbinen

Klug, Florian :
Entwicklung und Aufbau einer Wuchtungseinrichtung für die experimentelle Untersuchung von Rotorkonfigurationen von Scheibenläuferturbinen.
TU Darmstadt, Institut EMK / FG M+EMS
[Masterarbeit], (2015)

Kurzbeschreibung (Abstract)

iel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Inbetriebnahme einer Auswuchtmaschine für das Auswuchten einer miniaturisierten Scheibenläuferturbine zur Energiegewinnung aus Atemdruckluftsystemen. Dazu wurden die theoretischen Grundlagen zum Thema Auswuchten aufgearbeitet und Designrichtlinien zur auswuchtgerechten Konstruktion aufgestellt. Außerdem wird ein entsprechend gefertigter Rotor ausgewuchtet und eine Charakterisierung der Auswuchtmaschine durchgeführt. Die zum Auswuchten notwendigen Arbeitsschritte sind in Form einer Bedienungsanleitung beschrieben. Der Unwuchtmessung liegt das Prinzip einer kräftemessenden Auswuchtmaschine zu Grunde, wobei die von der Unwucht hervorgerufenen Lagerreaktionskräfte im Bereich von 0 bis 12N über piezoelektrische Sensoren im Kraftnebenschluss erfasst werden. Die Signale der Messwertaufnehmer werden für die weitere Auswertung von Ladungsverstärkern vom Typ 5001 der Firma Kistler aufbereitet. Anschließend erfolgt die Digitalisierung der Sensorsignale mit der USB Messkarte 6212 von National Instruments bei einer Abtastrate von 200 kHz, wobei ein Drehzahlsensor als Trigger genutzt wird. In LabVIEW werden die Sensorsignale mit einem digital realisierten Lock-in-Verstärker ausgewertet und sowohl numerisch in Betrag und Winkel, als auch graphisch in einem Polardiagramm angezeigt. Ein im Rahmen dieser Arbeit konstruierter Beispielrotor wird kraftschlüssig mit Hilfe einer Spannzange an den zur Verfügung stehenden BLDC Motor vom Typ EC-13 der Firma Maxon montiert. Der Wuchtausgleich erfolgt nach dem subtraktiven Verfahren mit einem Handfräswerkzeug und ermöglicht das Auswuchten von mindestens zehn Scheibenkonfigurationen, bevor ein Austausch der Ausgleichsebenen erfolgt. Über präzise gewogene Testgewichte mit einer Masse von 11mg kann die Auswuchtmaschine für den ausgelegten Rotor dauerhaft auf eine Drehzahl zwischen 0 Umin-1 und 25.000 Umin-1 kalibriert werden. In einer abschließenden Charakterisierung konnte das zuvor anhand von Netzwerkmodellen simulierte Systemverhalten messtechnisch nachvollzogen werden. Die entwickelte Auswuchtmaschine ermöglicht das Auswuchten der neu konstruierten Rotorkonfiguration in weniger als zehn Minuten. Dabei wurde die Funktionsfähigkeit entsprechend der unten stehenden Tabelle gezeigt. Insgesamt konnte eine Restunwucht unter 2,4mgmm, was einer Unwuchtmasse von 0,24mg am Außenradius des Rotors und der gewünschten Gütestufe G1 entspricht, erreicht werden. Durch die Ergebnisse dieser Arbeit wird eine Erhöhung der Betriebsdrehzahl der Scheibenläuferturbine von gegenwärtig unter 40.000 Umin-1 auf über 64.800 Umin-1 ermöglicht.

Typ des Eintrags: Masterarbeit
Erschienen: 2015
Autor(en): Klug, Florian
Titel: Entwicklung und Aufbau einer Wuchtungseinrichtung für die experimentelle Untersuchung von Rotorkonfigurationen von Scheibenläuferturbinen
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

iel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Inbetriebnahme einer Auswuchtmaschine für das Auswuchten einer miniaturisierten Scheibenläuferturbine zur Energiegewinnung aus Atemdruckluftsystemen. Dazu wurden die theoretischen Grundlagen zum Thema Auswuchten aufgearbeitet und Designrichtlinien zur auswuchtgerechten Konstruktion aufgestellt. Außerdem wird ein entsprechend gefertigter Rotor ausgewuchtet und eine Charakterisierung der Auswuchtmaschine durchgeführt. Die zum Auswuchten notwendigen Arbeitsschritte sind in Form einer Bedienungsanleitung beschrieben. Der Unwuchtmessung liegt das Prinzip einer kräftemessenden Auswuchtmaschine zu Grunde, wobei die von der Unwucht hervorgerufenen Lagerreaktionskräfte im Bereich von 0 bis 12N über piezoelektrische Sensoren im Kraftnebenschluss erfasst werden. Die Signale der Messwertaufnehmer werden für die weitere Auswertung von Ladungsverstärkern vom Typ 5001 der Firma Kistler aufbereitet. Anschließend erfolgt die Digitalisierung der Sensorsignale mit der USB Messkarte 6212 von National Instruments bei einer Abtastrate von 200 kHz, wobei ein Drehzahlsensor als Trigger genutzt wird. In LabVIEW werden die Sensorsignale mit einem digital realisierten Lock-in-Verstärker ausgewertet und sowohl numerisch in Betrag und Winkel, als auch graphisch in einem Polardiagramm angezeigt. Ein im Rahmen dieser Arbeit konstruierter Beispielrotor wird kraftschlüssig mit Hilfe einer Spannzange an den zur Verfügung stehenden BLDC Motor vom Typ EC-13 der Firma Maxon montiert. Der Wuchtausgleich erfolgt nach dem subtraktiven Verfahren mit einem Handfräswerkzeug und ermöglicht das Auswuchten von mindestens zehn Scheibenkonfigurationen, bevor ein Austausch der Ausgleichsebenen erfolgt. Über präzise gewogene Testgewichte mit einer Masse von 11mg kann die Auswuchtmaschine für den ausgelegten Rotor dauerhaft auf eine Drehzahl zwischen 0 Umin-1 und 25.000 Umin-1 kalibriert werden. In einer abschließenden Charakterisierung konnte das zuvor anhand von Netzwerkmodellen simulierte Systemverhalten messtechnisch nachvollzogen werden. Die entwickelte Auswuchtmaschine ermöglicht das Auswuchten der neu konstruierten Rotorkonfiguration in weniger als zehn Minuten. Dabei wurde die Funktionsfähigkeit entsprechend der unten stehenden Tabelle gezeigt. Insgesamt konnte eine Restunwucht unter 2,4mgmm, was einer Unwuchtmasse von 0,24mg am Außenradius des Rotors und der gewünschten Gütestufe G1 entspricht, erreicht werden. Durch die Ergebnisse dieser Arbeit wird eine Erhöhung der Betriebsdrehzahl der Scheibenläuferturbine von gegenwärtig unter 40.000 Umin-1 auf über 64.800 Umin-1 ermöglicht.

Freie Schlagworte: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Konstruktionsregeln Systeme elektromechanisch Wandler elektromechanisch Unwuchtmessung Kraftsensor piezoelektrisch Ladungsverstärker Trägerfrequenzverfahren Mechanische Simulation
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 30 Nov 2015 15:55
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKM 1886 Masterarbeit

Beginn Datum: 03-11-2014

Ende Datum: 11-05-2015

ID-Nummer: 17/24 EMKM1886
Gutachter / Prüfer: Schlaak, Prof. Helmut F.
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