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Belastungsänderungen, die beim Hochfahren, Regulieren und Ausschalten von Kraftwerksgeneratoren, Industriemaschinen und Antriebseinheiten auftreten, bewirken Drehschwingungen, die die rotierenden Teile schädigen können. Die daraus resultierenden Ausfallzeiten durch vorzeitiges Abschalten der Maschinen und ihre Reparaturen sind teuer, aber vermeidbar, haben Ingenieure am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching bei München gezeigt. Schwingungen, die die Antriebsachsen, Wellen und Kupplungen verdrehen, lassen sich kostengünstig einfach durch Magnetimpulse dämpfen.
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Eifrig wird am IPP am Kraftwerk der Zukunft gewerkelt. Ein Atomkraftwerk, bei dem Energie nicht durch Spaltung radioaktiver Materialien gewonnen wird, sondern - ganz nach dem Vorbild der Sonne - durch Verschmelzung leichter Atomkerne. Als Brennstoff dient ein dünnes ionisiertes Gas, ein Wasserstoffplasma. Um dieses zu zünden, muss es in starken Magnetfeldern eingeschlossen und auf hohe Temperaturen gebracht werden.
Zur Stromversorgung der Magnetspulen und der Heizung stehen dem Institut Generatoren zur Verfügung, die von bis zu 76 Tonnen schweren Schwungrädern angetrieben werden. Für Deutschlands größtes Fusionsexperiment ASDEX Upgrade liefern die Generatoren in rund zehn Sekunden langen Pulsen Leistungen zwischen 100 und 300 Megawatt. Dazu müssen die Schwungrad-Generatoren entsprechend schnell geregelt werden, was für das Material nicht folgenlos blieb. Schleifspuren an der Kupplung und Verdrehungen der Generatorwelle zeugten vom Wirken der auftretenden Drehschwingungen und machten die teure Reparatur eines der Generatoren notwendig.
Zur Vermeidung weiterer Schäden überwachten die Wissenschaftler von nun an mit Messgeräten die Schwingungsfrequenzen. Wurden die Werte kritisch, schalteten sie vorsorglich die Generatoren ab, was unbefriedigend war, denn, so Ingenieur Christof Stihler: "Viele Plasma-Experimente mussten so vorzeitig abgebrochen werden." Da sich Schwingungen bekanntlich durch gezielte Gegenimpulse dämpfen lassen, entwickelten die IPP-Forscher eine eigene technische Lösung, die künftig in allen technischen Bereichen die Drehschwingungen in Antriebs- und Energieerzeugungssystemen unterdrücken soll.
Das gilt z.B. für Windkraftwerke ebenso wie für Dieselmotoren und Pumpen. Erfinder Stihler: "Wir verwenden dazu eine Magnetspule, die im Gegentakt zur gemessenen Winkelgeschwindigkeit der Schwingungen dem System gerade soviel Energie zuführt, dass die schädlichen Drehschwingungen gedämpft werden."
Seine Praxistauglichkeit hat das inzwischen patentierte Dämpfungssystem in mehr als 1.000 Plasma-Entladungen unter Beweis gestellt. Generatoren und Antriebsmaschinen, die mit stoßartigen Belastungen fertig werden müssen und möglicherweise mit dem neuen Dämpfungssystem aufgerüstet werden sollen, brauchen dazu nicht umgebaut zu werden. "Die erforderlichen Bauteile können einfach und schnell nachträglich angebracht werden und sind wegen der kleinen benötigten Leistung auch kostengünstig", so Stihler.