Aktor erzeugt Gegenschwingungen 10.03.2015, 11:40 Uhr

Ruhiges Schippern auf der Yacht dank aktiver Kupplung

Mit der Yacht fahren ist eine tolle Sache – wären da nicht Torsionsschwingungen, die während der Fahrt ein nerviges Brummen erzeugen. Forscher des Fraunhofer-Instituts begegnen diesem Problem mit einer aktiven Kupplung, die Gegenschwingungen erzeugt.

Vor allem Besitzern PS-starker Yachten sind Torsionsschwingungen ein Dorn im Auge. Sie erzeugen während der Fahrt ein nerviges Brummen. Die Kupplung der Fraunhofer Forscher reduziert das Geräusch um bis zu sechs Dezibel. 

Vor allem Besitzern PS-starker Yachten sind Torsionsschwingungen ein Dorn im Auge. Sie erzeugen während der Fahrt ein nerviges Brummen. Die Kupplung der Fraunhofer Forscher reduziert das Geräusch um bis zu sechs Dezibel. 

Foto: Sebastien Nogier/dpa

Schiffbauer kämpfen seit eh und je gegen sogenannte Torsionsschwingungen. Sie entstehen, weil Verbrennungsmotoren nicht gleichmäßig arbeiten. Bei jeder Zündung werden die Kolben schlagartig hochgedrückt. Sie übertragen ihre Kraft auf die Kurbelwelle, die ruckartig beschleunigt wird. Die Torsionsschwingungen übertragen sich auf den Rumpf und erzeugen ein dunkles Brummen. Vor allem Besitzer PS-starker Yachten fühlen sich durch dieses Geräusch gestört. Künftig lässt es sich aber bekämpfen.

Elektrodynamischer Aktor erzeugt Gegenschwingungen

Ein sogenannter elektrodynamischer Aktor in der Kupplung, die die Motorkräfte auf das Getriebe überträgt, erzeugt Gegenschwingungen, die zu einer absolut gleichförmigen Rotation führt. Abweichungen vom perfekten Rundlauf ermitteln Sensoren, deren Daten wertet der Bordrechner aus. In Echtzeit aktiviert er dann den Aktor, der jeweils die gerade benötigte Gegenschwingung auslöst. „Dessen Leistung muss nicht allzu groß sein“, sagt Daniel Schlote vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) in Darmstadt, der zum Entwicklerteam gehört. Bei einer Motorleistung von einigen hundert Kilowatt genügten weniger als zehn Kilowatt, um die unerwünschten Schwingungen auszulöschen.

Der aktive Drehschwingungsaktor lässt sich direkt in den Schiffsmotor integrieren. Der Bordcomputer analysiert das Motorverhalten mit Sensoren und veranlasst den Aktor in Echtzeit, die benötigten Gegenschwingungen zu erzeugen.

Der aktive Drehschwingungsaktor lässt sich direkt in den Schiffsmotor integrieren. Der Bordcomputer analysiert das Motorverhalten mit Sensoren und veranlasst den Aktor in Echtzeit, die benötigten Gegenschwingungen zu erzeugen.

Foto: Fraunhofer LBF

Auf einem Prüfstand testeten die Forscher die aktive Kupplung. „Im kritischen Zündaussetzerbetrieb ließen sich Schwingungsamplituden um bis zu 90 Prozent reduzieren“, heißt es seitens des LBF.

Test auf Yacht mit Sechs-Zylinder-Motor

Gemeinsam mit dem Kupplungshersteller Centa Antriebe Kirschey in Haan bei Düsseldorf, der an der LBF-Entwicklung beteiligt war, testeten die Darmstädter Forscher ihre Entwicklung auf einer Yacht mit einem 441 Kilowatt starken Sechs-Zylinder-Motor. Das Dröhnen und Brummen reduzierte sich um sechs Dezibel. Klingt wenig, bedeutet aber eine Halbierung der Lautstärke.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie hat die LBF-Entwicklung im Rahmen des Projekts „Aktive Kontrolle von Torsionsschwingungen durch Kupplungselemente“ (Aktos) gefördert. Der elektrodynamische Aktor ist eine Alternative zu elastischen Kupplungen, die Torsionsschwingungen bislang bekämpfen. Sie bestehen aus eine Metallstruktur mit Gummielementen, die ausgleichend wirken. Ganz auslöschen können sie die Schwingungen jedoch nicht.

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