Antriebssystem für höchste Geschwindigkeiten - Bergische ...

2. Eigenschaften eines Hochgeschwindigkeitsantriebes 12
hen Gewichtes nicht in Frage. Wegen der kleineren Bauform und ihrer
natürlichen Kühlung werden bevorzugt Luftlager mit diskreten Düsen
verwendet. Der Rotor schwebt frei in einem Luftstrom und bildet mit dem
Lager ein schwingfähiges System mit geringer Dämpfung und mehreren
möglichen Resonanzfrequenzen [5, 28].
Die in Bild 2.4 gezeigten Wirbelfrequenzen ω1 und ω2 entsprechen den
mechanischen Rotorfrequenzen. Bei diesen Drehzahlen werden durch die
Unwucht des Rotors, der in zylindrischen und konischen Moden schwingen
kann (Bending Modes [35, 39]), umlaufende Wirbel im Lagerspalt
angeregt. Diese Frequenzen liegen typischerweise im Arbeitsbereich der
Maschine und sind kritisch für die Regelung.
a
Radiale Beschleunigung
� 1 � 2
"Half-Speed-Whirl"
Rotorgeschwindigkeit
Bild 2.4: Typisches Resonanzverhalten eines Rotors bei einem
Luftlager mit diskreten Düsen [28]
Der sogenannte „Half-Speed-Whirl“ tritt etwa beim doppelten Wert der
vorgenannten Drehzahlen auf. Die Wirbelfrequenz hat hier die halbe Rotorfrequenz,
die Dämpfung des Lagers ist für diesen Wirbel außerordentlich
klein. Dies ist die kritische Drehzahl des Luftlagers, wegen der fehlenden
Dämpfung kann der Rotor bis zur Lagerschale ausschwingen. Mit
dem „Half-Speed-Whirl“ ist die absolute Maximaldrehzahl des Luftlagers
definiert [5, 28].
Der Betrieb der Maschine mit dieser Drehzahl führt unweigerlich zur Zerstörung
des Lagers und damit zur Zerstörung der Maschine. Die Drehzahlregelung
des Antriebes darf daher beim Anfahren der Maximaldrehzahl
nicht überschwingen; hierzu sind gegebenenfalls besondere Maßnahmen
erforderlich.
�