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antriebstechnik 10/2016

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WÄLZ- UND GLEITLAGER

WÄLZ- UND GLEITLAGER Raus aus der Nische Warum Magnetlager für Großmaschinen bereits ausgereifte Technik sind Bert-Uwe Köhler, Joachim Denk, Gijs van Maanen Siemens hat auf der Hannover Messe seine Magnetlagertechnik für Großmaschinen vorgestellt. Dabei kann man beachtliche Leistungsdaten vorweisen: In den vorgestellten Referenzanwendungen haben die Lager Rotoren von bis zu 9,5 t getragen und können Drehzahlen bis 17 200 min -1 erreichen. Und damit soll das Ende noch lange nicht erreicht sein. D ie Siemens Magnetlagertechnik basiert auf industrieller Sinamics S120 Regelungs- und Umrichtertechnik, die seit Jahren im Bereich Werkzeugmaschinen und für Großmaschinenumrichter eingesetzt wird. Dementsprechend leistungsstark und robust ist die eingesetzte Leistungselektronik, die die Rotoren zum Schweben bringt. Ergänzt wird das Magnetlagersystem durch Fanglager, die als Schutzsystem den Rotor im unwahrscheinlichen Falle eines Lagerver- sagens tragen und auf Basis von Kugellagertechnik realisiert wurden. Bei den Fanglagern, die für den 9,5 t-Rotor entwickelt wurden, handelt es sich um die jemals größten, auf Basis von Kugellagertechnik, gebauten Lager dieser Art. Ausgereifte Technik Die Technologie, Rotoren magnetisch zu lagern, ist eigentlich gar nicht so neu. Bereits seit über 30 Jahren gibt es Magnetlager anwendungen nicht nur in der Forschung und Wissenschaft, sondern auch im industriellen Bereich. Neu an der Siemens-Technik ist, dass nun industrielle Regelungs- und Umrichterkomponenten eingesetzt werden und die Magnetlagertechnologie damit einen großen Schritt weg von einer Nischenanwendung hin zu einer etablierten und im Dr.-Ing. Bert-Uwe Köhler ist Entwicklungsingenieur bei der Siemens AG in Berlin, Dr.-Ing. Joachim Denk ist Leiter der Magnetlagerentwicklung bei der Siemens AG in Berlin, Gijs van Maanen ist Projektmanager Öl & Gas bei der Siemens AG in Den Haag 01 Magnetlager-Demonstrator auf der Hannover Messe 22 antriebstechnik 10/2016

Rotek.indd 1 22.10.2015 14:19:01 WÄLZ- UND GLEITLAGER großen Maßstab eingesetzten Technik geht. Immerhin werden eben diese Elektronik Baugruppen mehrere hunderttausend Mal im Jahr verkauft und sind dementsprechend ausgereift und verfügbar. Auch die Bedienung und Diagnose bleibt nun nicht mehr wenigen Spezialisten überlassen, sondern kann von einer Vielzahl von Automatisierungsingenieuren und -technikern übernommen werden, die bereits in anderen Anwendungen mit den Regelungs- und Steuerungskomponenten von Siemens gearbeitet haben. Robuste Technik Das Prinzip der magnetischen Lagerung ist relativ einfach: Eine Anordnung von Elektromagneten erzeugt ein Magnetfeld, das den Rotor in der Schwebe hält. Die Elektromagneten sind in jeweils zwei Achsen gegenüberliegend angeordnet, um den Rotor aktiv immer in die richtige Richtung, also zur Lagermitte hin, ziehen zu können. Dazu wird die Rotorposition mit einem Abstandssensor mehrere tausend Mal pro Sekunde erfasst. Ein digitaler Regler berechnet daraus die notwendigen Ströme für die Elektromagneten, die dann mit Hilfe der Leistungsverstärker erzeugt und in die Spulen der Elektromagneten eingespeist werden. Ein großes Plus sind die großen Ströme, die mit den Siemens-Leistungsverstärkern erzeugt werden können. Damit können die für die schweren Rotoren notwendigen Magnetfelder auch bei großen Luftspalten zwischen Rotor und Stator erzeugt werden. Diese großen Luftspalte helfen bei der Montage, vereinfachen die Kühlung und führen insgesamt zu einer robusten Technik. Immerhin werden die Motoren bei Siemens für eine Laufzeit von 30 Jahren ausgelegt. Weniger Baugruppen Mit Hilfe von Standard-Technik zu höchster Zuverlässigkeit Für den Einsatz ihrer Standard-Technik haben sich die Siemens-Ingenieure etwas Besonderes einfallen lassen. Die beiden Elektromagnete in einer Magnetlagerachse werden in der Regel in einem bestimmten Arbeitspunkt betrieben, der über einen Vormagnetisierungs-Gleichstrom durch beide Magnete eingestellt wird. Dadurch stellt sich zunächst ein Gleichmagnetfeld an DICHTUNGSTECHNIK PREMIUM-QUALITÄT SEIT 1867 I N T E L L I G E N C E T H A T M O V E S COG SETZT ZEICHEN: Das größte O-Ring-Lager weltweit. WWW.ROTEK-MOTOREN.DE Präzisions-O-Ringe in 45 000 Varianten abrufbereit. www.COG.de

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