Theoretische und praktische Betrachtungen zur Schwingungsdämpfung in permanentmagnetisch gelagerten Systemen

Schwungradenergiespeichers können permanentmagnetische Lager eingesetzt werden. Diese arbeiten nahezu reibungsfrei und damit verlustarm. Technisch gesehen stellt solch ein Lager ein schwingfähiges Feder-Masse-System dar. Dies macht zusätzliche Maßnahmen zur Dämpfung notwendig. In dem vorliegenden Beitrag werden zunächst Möglichkeiten der Dämpfung rotierender permanentmagnetisch gelagerter Wellen vorgestellt und diskutiert. Aufgrund der getroffenen Aussagen wird ein permanentmagnetischer Dämpfungsmechanismus theoretisch sowie praktisch untersucht. Durch Magnete, die sich radial mit der Welle bewegen, wird in einer mit dem Gehäuse verbundenen Dämpfungsscheibe eine Spannung induziert. Durch sie werden in Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit entsprechende Wirbelströme hervorgerufen. Diese wiederum verursachen magnetische Felder, welche ihrer Ursache, der Schwingung, entgegen wirken. Die daraus resultierende Dämpfung kann durch die Betrachtung der magnetischen Kräfte oder aber den Energieerhaltungssatz beschrieben werden. Um eine bessere Wirkung zu erzielen, wurden Magnete in alternierender Polarisation angeordnet. Dadurch wurde die Änderung der Durchflutung der Dämpfungsscheibe pro Periode erhöht. Mit Hilfe eines Fall-Testes wird die Abhängigkeit der Dämpfungswirkung von der Anzahl der Magnetpole dargestellt. Für die Ausprägung nennenswerter Wirbelströme ist die Beschaffenheit der Scheibe von entscheidender Bedeutung. Sie muss möglichst gut elektrisch leitend sein und darf dabei keine ferromagnetischen Eigenschaften besitzen. Mit Hilfe eines Versuchslagers wurden die Zusammenhänge von Dicke und Material der Scheibe sowie der Abklingzeit einer angeregten Schwingung untersucht.