Hochseetaugliche Yachten verfügen über ebenso antriebsstarke wie laute Schiffmotoren: 6 000 PS sind bei den mehr als 60 Meter langen Mega-Yachten üblich. Mit der hohen Leistung sind leider auch störender Lärm und lästige Schwingungen an Bord verbunden. Deshalb sollen Komfort, Luxusgefühl und Arbeitsbedingungen an Bord von Mega-Yachten weiter verbessert werden. Lärm- und Schwingungen können dort am besten verringert werden, wo sie entstehen - an der Schnittstelle zwischen Motor und Schiffsfundament. Forscher vom Fraunhofer LBF haben hierzu eine viel versprechende Lösung erarbeitet: die integrierte aktive Schwingungsisolierung. Ein Demonstrator zeigt diese Technologie erstmals auf der Shipbuilding Machinery & Marine Technology Messe vom 26. bis 29. September in Hamburg.
Um den Lärm und die Vibrationen im Maschinenraum der schwimmenden Paläste wirksam zu verringern, entwickelten die Forscher am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF ein Lager zur aktiven Schwingungsisolierung. Dieses ist direkt in die konventionelle Lagerung integriert und kann sich auf die unterschiedlichen Frequenzen aktiv selbstständig anpassen. Das Funktionsprinzip basiert auf Piezoaktoren, die zusammen mit Sensoren, Reglern und Leistungselektronik die Körperschallübertragung direkt am Entstehungsort verringern können. Piezokeramiken sind spezielle Materialien, die mechanischen Druck in elektrische Spannung umwandeln. Dieser piezoelektrische Effekt funktioniert auch umgekehrt. So können die Schwingungen und Vibrationen durch die Anpassung der mechanischen Eigenschaften des integrierten Lagers gezielt eingestellt und aktiv reduziert werden.
Die integrierten Piezoaktoren des aktiven Lagers ermöglichen den aktorischen Eingriff in Frequenzbereiche in denen passive konventionelle Elastomerlager nicht oder nur unzureichende Wirksamkeit erzielen. Mit Hilfe einer integrierten Sensorik werden die störenden Signale ermittelt. Adaptive Filter errechnen unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens des Schiffes ein Gegensignal, welches über eine Leistungselektronik die Piezoaktoren ansteuert und so den Lärm aktiv verringert. „Eine aktive Lagerung von Aggregaten direkt im Kraftfluss der Motorlager reduziert die Übertragung deutlich besser als passive Lösungen.“, erläutert Dipl.-Ing. Michael Matthias, Stellvertretender Kompetenzcenterleiter Mechatronik/Adaptronik am Fraunhofer LBF.
Hierdurch unterscheidet sich das Projekt klar von anderen Lösungsansätzen, bei denen mittels elektrodynamischer, nicht im Kraftfluss der Lager arbeitenden Kompensatoren, eine Gegenschwingung erzeugt wird. Darüber hinaus soll diese Technologie auch auf andere Maschinen wie Pumpen, Kompressoren, Notstromaggregate übertragbar sein. Aus diesen Gründen wird den schwingungs- und lärmberuhigten Aggregaten eine hohe wirtschaftliche und technologische Bedeutung beigemessen. Die möglichen Lösungsansätze erarbeiten die Fraunhofer Forscher in Zusammenarbeit mit der Friedrich Lürssen Werft, Bremen, einem führenden Hersteller von Mega-Yachten und renommiertem Schiffsbauer mit über 130jähriger Tradition. Am Fraunhofer LBF arbeitet eine der größten Forschergruppen in Europa an adaptronischen Anwendungen und ist am BMBF geförderten Forschungsprogramm »Schifffahrt und Meerestechnik für das 21. Jahrhundert« beteiligt.
Um den Lärm und die Vibrationen im Maschinenraum der schwimmenden Paläste wirksam zu verringern, entwickelten die Forscher am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF ein Lager zur aktiven Schwingungsisolierung. Dieses ist direkt in die konventionelle Lagerung integriert und kann sich auf die unterschiedlichen Frequenzen aktiv selbstständig anpassen. Das Funktionsprinzip basiert auf Piezoaktoren, die zusammen mit Sensoren, Reglern und Leistungselektronik die Körperschallübertragung direkt am Entstehungsort verringern können. Piezokeramiken sind spezielle Materialien, die mechanischen Druck in elektrische Spannung umwandeln. Dieser piezoelektrische Effekt funktioniert auch umgekehrt. So können die Schwingungen und Vibrationen durch die Anpassung der mechanischen Eigenschaften des integrierten Lagers gezielt eingestellt und aktiv reduziert werden.
Die integrierten Piezoaktoren des aktiven Lagers ermöglichen den aktorischen Eingriff in Frequenzbereiche in denen passive konventionelle Elastomerlager nicht oder nur unzureichende Wirksamkeit erzielen. Mit Hilfe einer integrierten Sensorik werden die störenden Signale ermittelt. Adaptive Filter errechnen unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens des Schiffes ein Gegensignal, welches über eine Leistungselektronik die Piezoaktoren ansteuert und so den Lärm aktiv verringert. „Eine aktive Lagerung von Aggregaten direkt im Kraftfluss der Motorlager reduziert die Übertragung deutlich besser als passive Lösungen.“, erläutert Dipl.-Ing. Michael Matthias, Stellvertretender Kompetenzcenterleiter Mechatronik/Adaptronik am Fraunhofer LBF.
Hierdurch unterscheidet sich das Projekt klar von anderen Lösungsansätzen, bei denen mittels elektrodynamischer, nicht im Kraftfluss der Lager arbeitenden Kompensatoren, eine Gegenschwingung erzeugt wird. Darüber hinaus soll diese Technologie auch auf andere Maschinen wie Pumpen, Kompressoren, Notstromaggregate übertragbar sein. Aus diesen Gründen wird den schwingungs- und lärmberuhigten Aggregaten eine hohe wirtschaftliche und technologische Bedeutung beigemessen. Die möglichen Lösungsansätze erarbeiten die Fraunhofer Forscher in Zusammenarbeit mit der Friedrich Lürssen Werft, Bremen, einem führenden Hersteller von Mega-Yachten und renommiertem Schiffsbauer mit über 130jähriger Tradition. Am Fraunhofer LBF arbeitet eine der größten Forschergruppen in Europa an adaptronischen Anwendungen und ist am BMBF geförderten Forschungsprogramm »Schifffahrt und Meerestechnik für das 21. Jahrhundert« beteiligt.
