Schwingungsreduktion von Schiffsmotoren

Schwingungsreduktion für Schiffe mit aktiver Motorlagerung. (Foto: Lürssen).

Steuert ein Motor mit 4 000 KW durch den Pazifik ist vom Stillen Ozean an Bord oft nichts mehr zu hören. Bislang ist die Motorkraft hochseetauglicher Superyachten und Kreuzfahrtschiffe leider auch mit störendem Lärm und lästigen Vibrationen an Bord und im Wasser verbunden.

Der Grund: Motorschwingungen können sich über das geschweißte Stahl- oder Aluminiumkorsett der Schiffe übertragen. Forscher vom Fraunhofer LBF haben gemeinsam mit der Lürssen Werft in einem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Projekt eine aktive Aggregatelagerung (AAL) entwickelt. Diese reduziert die Ausbreitung der Schwingungen dort wo sie entstehen: an der Schnittstelle zwischen Motor und Schiffsfundament. Wie mit so genannten klugen Funktionswerkstoffen Vibrationen aktiv reduziert werden zeigt ein Demonstrator des Fraunhofer LBF im Rahmen der Shipbuilding Machinery & Marine Technology Messe vom 23. bis 26. September in Hamburg, Halle A1, Stand 630A. Um den Lärm und die Vibrationen an Bord von Superyachten und Kreuzfahrtschiffen wirksam zu verringern, entwickelten Forscher vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt ein Lager zur aktiven Schwingungsisolierung. Zum Einsatz kommt hierbei eine Piezokeramik, ein Funktionswerkstoff, dessen sensorische und aktorische Funktionen über einen elektronischen Regler mit einander verbunden sind. Dabei werden die vom Motor eingeleiteten Schwingungen gemessen und eine in Phase, Frequenz und Amplitude angepasste Gegenschwingung in die Struktur eingeleitet. So lassen sich mechanische Eigenschaften wie das Dämpfungsverhalten oder die Steifigkeit der Motorlager aktiv beeinflussen. Diese Lösung ist breitbandig einsetzbar und kann direkt in konventionelle Lagerungen integriert werden.

"Das im BMWi-Projekt entwickelte aktive Lagerungskonzept ermöglicht den aktorischen Eingriff in Frequenzbereiche von 30 bis 350 Hz, in einem Spektrum, in dem passive konventionelle Elastomerlager nicht oder nur unzureichende Wirksamkeit erzielen.", erläutert Dipl.-Ing. Michael Matthias, stellvertretender Kompetenzcenterleiter Mechatronik/Adaptronik am Fraunhofer LBF. "Diese aktive Aggregatelagerung wirkt direkt im Kraftfluss der Motorlager und reduziert damit die Übertragung deutlich besser als passive Lösungen." Hierdurch unterscheidet sich das Projekt klar von anderen Lösungsansätzen, bei denen mittels elektrodynamischer, nicht im Kraftfluss der Lager arbeitenden Kompensatoren, eine Gegenschwingung erzeugt wird. Schwingungs- und lärmberuhigten Aggregaten wird deshalb im Schiffsbau und anderen Branchen wie im Automobil-, Schienen- und Flugzeugbau eine hohe wirtschaftliche und technologische Bedeutung beigemessen.

Die Ergebnisse aus dem Forschungsprogramm des BMWi "Schifffahrt und Meerestechnik für das 21. Jahrhundert" stimmen auch den Projektpartner und die Friedrich Lürssen Werft, einen führenden Hersteller von Superyachten, Marine- und Sonderschiffen mit über 130jähriger Expertise, zuversichtlich. Nach Testfahrten im November 2007 meint Bernhard Urban, Koordinator Forschung und Entwicklung bei Lürssen: "Im Forschungsprojekt konnten wir feststellen was im Schiffbau mit aktiver Schwingungsreduktion an Antriebsmotoren möglich ist. Wir möchten die Zusammenarbeit fortsetzen, um zu untersuchen, ob und in welchem Umfang die Technologie über die Anwendung bei Antriebsmotoren hinaus, einsetzbar ist. Hierzu zählen zum Bespiel Generatormotoren, Getriebe, Kompressoren und Pumpen."

Für die Zukunft hoffen die Forscher, dass aktive Aggregatelagerungen bereits in der Planungsphase neuer Yachten zwischen Werft und Motorenhersteller berücksichtigt werden, so dass in Schiffen die akustischen Profile gezielt optimiert werden können. Ferner könnten auch bei nachträglichem Einbau aufwendige und kostspielige Baumaßnahmen zur Schallisolierung eingespart werden.

Quelle: Informationsdienst Wissenschaft e.V.