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Schwingungen in Pumpsystemen senken

Lösung des Fraunhofer Instituts zur Vermeidung unerwünschter Vibrationen in Fördersystemen

Ungewollte Schwingungen in Pumpensystemen vermeiden
Ästhetisch, aber ineffizient: Wo Schwingungen im System auftreten, wird Energie verschwendet.

 

Schwingungen verursachen nicht nur Lärm, sondern kosten auch Geld. Fördersysteme, die für ihre Arbeit durch ungewollte Schwingungen mehr Energie als nötig aufwenden müssen, sind daher optimierungsbedürftig. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit hat jetzt Lösungen vorgestellt, um auf Basis intelligenter vernetzter Systeme strukturdynamische Optimierungsmaßnahmen zu erarbeiten und umzusetzen.

 

Digitalisierung reduziert Schwingungen im System

Es gibt zahlreiche Methoden, die Effizienz von Pumpsystemen zu optimieren. Den direktesten Hebel stellt der Wirkungsgrad dar: Je besser er ist, desto effizienter das System. Auch der Einsatz von Frequenzumrichtern oder die Nutzung von Pumpentechnologien, die besonders gut zum zu fördernden Medium passen, erhöhen die Leistung. Doch was, wenn bereits sämtliche Aspekte optimiert wurden und die Leistung des Gesamtsystems dennoch zu wünschen übrig lässt?

In diesem Fall kann es sich oft lohnen, der Anlage genau zuzuhören – und zwar im Wortsinn. Denn immer wieder kommt es vor, dass schwingungstechnische Fragestellungen außer Acht gelassen wurden. Schwingungen, die von beweglichen Komponenten verursacht werden, müssen nicht zwangsläufig auf Fehlern beruhen, die zu eklatanten Schäden führen können. Doch wenn bewegende Teile in der Praxis Vibrationen verursachen, deutet das auf einen ineffizienten Betrieb hin.

 

Optimierung schwingungstechnischer Mängel

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (Fraunhofer LBF) hat vor diesem Hintergrund Optimierungsmaßnahmen für bestehende und neu entwickelte Systeme erarbeitet, die schwingungstechnische Mängel beheben können. Dabei machten sich die Forscher des Instituts die Digitalisierung zunutze: Sie bietet ein breites Spektrum an Maßnahmen, um Prozesse und Produkte sensorisch zu vernetzen und zu automatisieren. So steigt die Menge theoretisch erfassbarer Daten und gleichzeitig die Herausforderung, diese hinsichtlich ihrer Aussagekraft über Prozess- und Produktcharakteristiken sinnvoll auszuwerten.

Gerade für kleine und mittelständische Unternehmen stellt diese Entwicklung eine besondere Herausforderung dar. Denn im Vergleich zu Großkonzernen verfügen sie oft über weniger Ressourcen. Zudem ist meistens ein heterogeneres Produktionsumfeld in über die Zeit gewachsenen Maschinenparks gegeben. Das Fraunhofer LBF bietet in diesem Zusammenhang Lösungswege für die Umsetzung intelligenter vernetzter Systeme an. Das Institut mit Sitz in Darmstadt kann langjährige Erfahrung in der anwendungsorientierten Entwicklung intelligenter Lösungen im Kontext der Strukturdynamik vorweisen.

Ein neues System des Fraunhofer LBF zeigt, wie ein Sensorsystem die dynamische Anregung eines Mehrmassenschwingers erfasst. So lässt sich die Auswirkung der Anregung durch einen adaptiven Tilger reduzieren. Die mechanischen und digitalen Komponenten sind autark, der Ort der Wirkung ist jeweils modular wechselbar. Dabei ist die Eingabe durch den Nutzer und die Ausgabe der aktuellen Zustände über Smartphone-Anwendungen umgesetzt, während die Gerätekommunikation über bestehende Standards abgedeckt wird.

 

Anwendungen für Pumpen, Extruder und Turbinen

Systeme dieser Art bieten sich für den Transfer in eine Vielzahl potenzieller industrieller Anwendungen an – nicht nur im Umfeld von Pumpen. Derartige schwingungstechnische Optimierungsmaßnahmen lassen sich auch auf Extruder, Turbinen oder stationäre und mobile Antriebsstränge im Allgemeinen anwenden. Gleiches gilt für Systeme mit dynamischen Betriebslasten, um die Dauerfestigkeit zu erhöhen oder Effizienzsteigerung durch höhere Taktzahlen zu erzielen.

Dabei betont das Fraunhofer LBF seine Kompetenz für interdisziplinäre Lösungen für vibrationsarme Systeme mit hoher Zuverlässigkeit. Kunden sollen maßgeschneiderte und anwendungsorientierte Lösungen erhalten, mit denen sie die Zuverlässigkeit ihrer Fertigungsprozesse und Produkte erhöhen. Darüber hinaus besteht für KMU die Möglichkeit zu einer methodenorientierten Weiterbildung des Personals im Rahmen des Kompetenzzentrums Mittelstand 4.0.

 

Mehrmassenschwinger des Fraunhofer Instituts
Der Mehrmassenschwinger des Fraunhofer Instituts als Demonstrator für strukturdynamische Optimierungsmaßnahmen.

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