Aktives Folienlager mit nachgiebigem Lagerträger und piezokeramischen Patchaktuatoren

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Folienlager sind Gleitlager mit einer nachgiebigen Innenkontur, die eine Kompensation der fliehkraft- und temperaturbedingten Wellenexpansion bei hohen Drehzahlen ermöglichen. Die zahlreichen Reibkontakte zwischen den Folien erhöhen die Lagerdämpfung, wodurch Turbomaschinen je nach Baugröße über 100.000 U/min betrieben werden können. Ein limitierender Faktor für die Lebensdauer ist der Verschleiß bei jedem Start-Stop-Zyklus. Geometrische Optimierungen der Folienlager können entweder den Verschleiß beim Anfahren reduzieren oder die Stabilität bei hohen Drehzahlen erhöhen. Der vorgestellte Ansatz eines aktiv schaltbaren Folienlagers ermöglicht es, das Lagerspiel und die geometrische Vorspannung je nach Betriebszustand anzupassen. Theoretische und experimentelle Ergebnisse zeigen die Eignung der angestrebten Schaltformen, wobei trotz Fertigungs- und Montageabweichungen eine Verbesserung des Anfahrverhaltens und ein stabiler Betrieb bei hohen Drehzahlen erreicht werden können. Die Integration aktiver Komponenten, bestehend aus piezokeramischen Patchaktuatoren und einem Lagerträger, verändert das Betriebsverhalten erheblich. Die Lagersteifigkeit und -dämpfung verringern sich, und moderate Lasten können die aktive Verformung blockieren. Theoretische Modelle deuten darauf hin, dass eine Versteifung der aktiven Komponente sinnvoll ist, jedoch ist eine praktische Umsetzung aufgrund fehlender Aktuatorwerkstoffe derzeit nicht möglich.