Generatorforschung

Generator mit Radialkraftregelung optimiert Luftfahrttechnik

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Die projektierten Arbeitspakete und das Fazit:

Zur Erreichung der Projektziele sind die Arbeitspakete des Projektes, die in der nächsten Abbildung dargestellt sind, wie folgt gegliedert. Die Anforderungen an die im Generator zu verwendende Sensorik und die Lastaufbringung werden in Arbeitspaket 2 (AP2) definiert. In AP3 wird unter anderem die Sensorik für den Generatorprüfstand ausgewählt und in das aktuelle Design des Generators integriert, was zusammengefasst als Lagerüberwachungssystem bezeichnet wird. Die Radiallasteinheit wird in AP4 ausgelegt. Die Detailauslegung des gesamten Prüfaufbaus des Generators inklusive der Radialkraftregelung und die Anpassungen am Einzellagerprüfstand erfolgen in AP5. Nach der Fertigung der Bauteile in AP6 und dem Zusammenbau und der Inbetriebnahme des Generator-Prüfstands in AP7, erfolgt die Validierung der Radialkraftregelung durch Versuche am Generator Prüfstand und durch separate Untersuchungen an Wälzlagerprüfständen in AP8. Bei einer erfolgreichen Validierung und Umsetzung in der Praxis kann so langfristig die Effizienz und Zuverlässigkeit von Flugzeuggeneratoren gesteigert werden.

Arbeitspakete im Rahmen von MAGLEV *[BREC18],** [ROSS13].(Bild:  WZL der RWTH Aachen)
Arbeitspakete im Rahmen von MAGLEV *[BREC18],** [ROSS13].
(Bild: WZL der RWTH Aachen)

Fazit und Ausblick: Die Radialkraftregelung stellt eine wichtige Technologie zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Flugzeuggeneratoren und deren Lagerungen dar. Außerdem kann das in dem Projekt gewonnene Wissen auch auf andere Generatortypen übertragen werden. Bei erfolgreichen Tests des Lagerüberwachungssystems und der Radialkraftregelung, können diese auch auf andere schnelldrehende Wellen-Lager-Systeme, wie etwa in der Werkzeugspindel, übertragen werden und für Lasten mit höheren Amplituden und Frequenzen getestet werden. Zudem werden im Zuge dieses Projekts Messmethoden zur Bestimmung von Lagerreibung weiterentwickelt und Berechnungsverfahren zur Charakterisierung der Betriebszustände in Wellen-Lager-Systemen optimiert. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Forschern aus den Bereichen der Elektrotechnik, Mess- und Prüfstandstechnik und Simulationstechnik schafft Synergien und einen Wissenstransfer in die Wirtschaft.

Danksagung

Dieses Projekt wurde vom Joint Undertaking Clean Sky 2 im Rahmen der Zuschussvereinbarung finanziert (Nr. 865364). Das Joint Undertaking Clean Sky 2 erhält Unterstützung vom Forschungs- und Innovationsprogramm "Horizon 2020" der Europäischen Union und von den Mitgliedern des Joint Undertaking Clean Sky 2, die nicht der Europäischen Union angehören.

Man bedankt sich für die Förderung durch die EU über die Clean Sky 2 Initiative.(Bild:  WZL)
Man bedankt sich für die Förderung durch die EU über die Clean Sky 2 Initiative.
(Bild: WZL)

Das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen bedankt sich bei den Projektpartnern von Romax Technology Ltd. Herrn Barry James, Herrn Maik Hoppert und Frau Kirsty Walton und seitens der Universität Nottingham bei Herrn Chris Gerada, Michele Degano, Herrn Mauro Di Nardo und Herrn Mohammadreza Ilkhani für die bisherige sehr gute Zusammenarbeit in diesem Projekt.

Literatur

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[BRÄN15] Brändelein, J.: Wälzlagerpraxis. Mainz: Vereinigte Fachverlage GmbH, 2015

[BRÄU15] Bräunling, W. J.G.: Flugzeugtriebwerke. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2015

[BREC18] Brecher, C.; Fey, M.; Eckel, H. M.; Butz, F.: Prozesskraftmessung mit spindelintegrierter Sensorik. In: ZWF - Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb. 113. Jg., 2018, Nr. 10. S. 660-663

[BREC19] Brecher, C.; Fey, M.; Falker, J.: Simulation schnelldrehender Wellen-Lager-Systeme -Teil 1. In: Antriebstechnik, 2019, Nr. 58. S. 66–72

[FALK19] Falker, J.: Analyse des Betriebsverhaltens von Hochgeschwindigkeits-Wälzlagern unter radialen Lasten. Dissertation RWTH Aachen, 2019

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[MADO18] V. Madonna; P. Giangrande; M. Galea: Electrical Power Generation in Aircraft: Review, Challenges, and Opportunities. In: IEEE Transactions on Transportation Electrification. 4. Jg., 2018, Nr. 3. S. 646–659

[ROSS13] Rossaint, J.: Steigerung der Leistungsfähigkeit von Spindellagern durch optimierte Lagergeometrien. Dissertation RWTH Aachen, November 2013

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[SPAC08] Spachtholz, G.: Erweiterung des Leistungsbereiches von Spindellagern. Dissertation RWTH Aachen, 2008

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[VALE17] Valente, G.; Papini, L.; Formentini, A.; Gerada, C.; Zanchetta, P.: Radial Force Control of Multi-Sector Permanent Magnet Machines for Vibration Suppression. In: IEEE Transactions on Industrial Electronics. PP. Jg., 2017. S. 1

[XURO15] Z. Xu; A. L. Rocca; S. J. Pickering; C. Eastwick; C. Gerada; S. Bozhko: Mechanical and thermal design of an aeroengine starter/generator. In: 2015 IEEE International Electric Machines Drives Conference (IEMDC). S. 1607–1613

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