Sonderspindel sorgt für Rotorlaufgenauigkeit im Turbinenprüfstand

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Der Aufbau des Versuchsstandes ist komplex und benötigt allein für die Erzeugung der gewünschten Strömungsbedingungen viel Platz. Das Prinzip: Der RGG ist eine im geschlossenen Kreislauf kontinuierlich betriebene Anlage mit trockener Luft als Strömungsmedium. Mit dem von einem 1-MW-Gleichstrommotor angetriebenen vierstufigen Radialverdichter werden die Zuströmbedingungen und das gewünschte Druckverhältnis über die Turbine eingestellt. Dabei können sowohl in der Messstrecke als auch in der Turbine Strömungsgeschwindigkeiten bis in den Überschallbereich (also auch bei supersonischen Machzahlen) erreicht werden. Neben der Machzahl sind die Reynoldszahlen wichtige Ähnlichkeitsparameter, die im Prüfstand mit denen im realen Triebwerk übereinstimmen müssen, um möglichst realistische Testbedingungen zu erreichen.

Lagerung der Turbinenrotoren ist von großer Bedeutung

Die Leistungsabnahme der Turbinen und die Einstellung der Drehzahlen erfolgt über einen Gleichstrommotor als Bremsgenerator. Die gewonnene elektrische Leistung wird dabei in das öffentliche Stromnetz zurückgespeist. Bei maximalen Drehzahlen von 14.000 min^-1 ist die Lagerung der Turbinenrotoren von großer Bedeutung, denn Stabilität, das heißt ein ruhiger Lauf und die Aufnahme von Axialkräften bei gleichzeitiger genauer Positionierung der Rotoren, zählt zu den entscheidenden Kriterien.

Bereits von Anfang an wurde eine einseitige beziehungsweise fliegende Lagerung der Rotoren angestrebt, weil damit die Montage und Demontage der zu testenden Rotoren deutlich vereinfacht werden kann. Darüber hinaus werden die Zugänglichkeit und der Einsatz von Messtechniken erleichtert. So lassen sich beispielsweise auch Telemetriesysteme einsetzen, die Messsignale von den Drücken und Temperaturen auf den rotierenden Schaufeln übertragen.

Schnell war klar, dass sich die physikalischen Anforderungen nur durch den Einsatz einer stabilen und schnelllaufenden Lagerspindel erreichen lassen, wie sie zum Beispiel auch in Werkzeugmaschinen zur Anwendung kommt. Dementsprechend nahmen die Wissenschaftler Kontakt mit mehreren Spindelanbietern auf. Manche waren technisch nicht in der Lage, die Wünsche des DLR zu erfüllen. Andere sahen keine Möglichkeit, den entwicklungstechnischen Aufwand wirtschaftlich abzubilden. Die Siemenstochter Weiss Spindeltechnologie zeigte sich in der Lage, Preis und Leistung einer solchen Spezialkonstruktion zu vereinbaren.

Sonderspindel nimmt Axialkräfte bis zu 24 kN auf

So kam es zum Auftrag für eine Sonderspindel, die in horizontaler Lage in den Windkanal eingebaut wurde. Ausgelegt für Drehzahlen bis 15.000 U/min, wurden die Abmaße hinsichtlich Länge und Durchmesser den Bedürfnissen des Instituts für Antriebstechnik angepasst. Zudem nimmt die Spezialspindel auftretende Axialkräfte von bis zu 24 kN problemlos auf und sorgt dafür, dass die notwendige Rotorlaufgenauigkeit von ≤0,1 mm durchgängig eingehalten wird. Auch der Drehzahlkennwert von 1,8 Mio. mm/min lässt sich problemlos erzielen.

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