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Airbus Helicopters reduziert mit Rotodiff-Technologie den Energieverbrauch deutlich : Ausgabe 01/2017, 20.04.2017

Für einen sicheren Flug

Um zu prüfen, ob ihre mechanischen Antriebssysteme der geforderten Qualität, Reproduzierbarkeit und Sicherheit entsprechen, setzen Helikopterhersteller weltweit auf eine Schweizer Technologie: Der kompakte Rotodiff empfiehlt sich, wo grosse Drehwinkel- oder Drehzahlanpassungen zur energieoptimierten Prüfung rotierender Bauteile unter präzisen und flexibel steuerbaren Parametern nötig sind.

Bilder: Viscotherm

Die Rotodiff-Lösung gewährleistet als Kern von Verspannprüfständen, dass diese mit einem Bruchteil der Turbinenleistung betrieben werden können. Zudem lassen sich Getriebe dadurch mit diversen Übersetzungen unter den vorgeschriebenen Betriebsbedingungen testen. Darüber hinaus können Verspannprüfstände mit dem Rotodiff in einem mechanisch geschlossenen Kreislauf betrieben werden, was den Energieverbrauch deutlich reduziert.

Bei Verspannprüfständen in Back-to-back-Anordnung und mechanischem closed loop werden Ein- und Ausgangswelle des Prüflings spiegelsymmetrisch an ein baugleiches Getriebe gekoppelt. Beide werden anschliessend bis zur Nenndrehzahl beschleunigt und auf diesem Niveau im Leerlauf gehalten. In den Antriebskreis wird dann ein Drehmoment eingeleitet, wodurch die Getriebe gegeneinander verspannt werden. Über die elastische Verformung von Prüfling und Prüfstand ergibt sich ein Verspannwinkel zwischen belastetem und unbelastetem Aufbau. Geprüft wird dabei nur mit einem Bruchteil der Nennleistung der Getriebe, da nach Erreichen der Nenndrehzahl nur Leerlauf- und Verlustleistung bereitgestellt werden müssen. So spart ein Helikopterhersteller bei seinen jährlich anfallenden Getriebetests im Werk so viel Strom, dass man damit eine durchschnittliche Stadt mit 30 000 Einwohnern versorgen kann.

Flexible Anpassung an alle Lastfälle und Getriebetypen

Um Tests mit verschiedenen Getrieben für Helikopter zu ermöglichen, haben sich bei derartigen Prüfständen Rotodiffs zur Einleitung des Drehmoments bewährt. In Kombination mit einer Vorrichtung zur Anpassung der Prüfstandgeometrie an die jeweiligen Ein- und Ausgangswellen der unterschiedlichen Getriebetypen, ergibt sich über den Ausgleich der Differenzdrehzahl eine universelle Testumgebung. Dazu wird der Ölvolumenstrom über ein Hydraulikaggregat geregelt und so den jeweiligen Über- oder Untersetzungen angepasst. Hierbei drehen Gehäuse und Rotor des Hydromotors, die Differenzdrehzahl zwischen beiden ist stets proportional zum Volumenstrom.

Da Prüfstand und Prüfling gegeneinander verspannt sind, ist das Drehmoment proportional zum Druck und wird hydraulisch reguliert. Diese hydraulische Lösung erlaubt es, Schwingungen vollständig zu eliminieren. Je nach Baugrösse erreicht das Gehäuse Drehzahlen bis zu 6500 min–1, während die Differenzdrehzahl des Rotors zwischen ±0,5 und ±200 min–1 – bei einem Drehmoment von bis zu 100 000 Nm – betragen kann. Mit dem Rotodiff ist es zudem möglich, die Drehrichtung von Gehäuse und Rotor an das zu prüfende Getriebe anzupassen. Das Getriebe wird dabei über ein Druckbegrenzungsventil gegen Überlast gesichert. Durch die Kombinationen der diversen Variablen ergibt sich ein flexibler Verspannprüfstand, der Tests unterschiedlicher Getriebevarianten bei hohen Drehmomenten und verschiedenen Frequenzen und minimalem Stromverbrauch erlaubt. In Zusammenarbeit mit Viscotherm hat beispielsweise Airbus Helicopters seine Prüfstandtechnologie bis hin zur neusten Generation von Multipurpose-Prüfständen entwickelt.

Motor oder Pumpe, vor- oder nacheilender Rotor

Zur Veranschaulichung der Funktion des Rotodiffs wird dieser in acht Betriebsquadranten aufgeteilt, die einzeln betrachtet und mit ihrer jeweiligen hydraulischen Schaltung dargestellt werden können. In den Quadranten I, III, VI und VIII fungiert der Rotodiff als Hydromotor: Die von einer Hochdruckpumpe eingespeiste hydraulische Leistung wird in Drehmoment und Drehbewegung umgewandelt. In den Quadranten II, IV, V und VII arbeitet der Rotodiff dagegen als Pumpe: Die dem Rotor oder Gehäuse über eine Welle zugeführte mechanische Arbeit wird in hydraulische Leistung umgewandelt.

Dabei dreht sich der Rotor des Helicopters langsamer als das Gehäuse, also nacheilend, wohingegen in den Quadranten I, IV, VI und VII der Rotor schneller als das Gehäuse, also voreilend, läuft. In den Quadranten IV und VII muss dazu das Antriebsdrehmoment am Rotor eingeleitet werden, in II und V stehen Rotor oder Gehäuse zur Auswahl. Durch diese verschiedenen Schaltmöglichkeiten lassen sich Back-to-back-Prüfstände zum einen auf verschiedenste kinematische Gegebenheiten der Prüflinge abstimmen, zum anderen können die erwünschten Belastungsparameter bequem durch hydraulische Regelung erzielt werden.

Infrastrukturkosten lassen sich einsparen

Mit den vielen Anpassungsvarianten der Kinematik, ihrer Robustheit und einem hohen Wirkungsgrad bewähren sich Rotodiffs inzwischen in Verspannprüfständen weltweit. Zudem lassen sich durch den kompakten und einfachen Aufbau der Aggregate Infrastrukturkosten einsparen. Ein weiterer Vorteil ist die Energiebilanz – welche geringer ausfällt als bei gleichwertigen elektromechanischen Prüfständen. 

Infoservice

Viscotherm AG
Im Neuhaus, 8132 Hinteregg
Tel. 044 986 28 54
info@viscotherm.ch, www.viscotherm.ch



Um die hohen Anforderungen an ihre mecha­nischen Antriebssysteme sicher zu erfüllen, nutzen Helikopter­hersteller wie Airbus Helicopters Back-to-back-Verspann­prüfstände mit Rotodiff-Technologie


Verschiedene Belastungen des Prüflings lassen sich dank Anpassung des Drehmoments sowie der Drehrichtung des Rotors beziehungsweise des Gehäuses simulieren


Basis des Rotodiffs ist die Differenz­drehzahlanpassung zwischen drehendem Gehäuse (grün), Rotor (gelb) und stehendem Anschlussblock (grau)

Firmenprofil

Die Viscotherm AG mit Sitz in Hinteregg-Zürich ist einer der international führenden Hersteller und Anbieter von hydrostatischen Antriebssystemen, unter anderem für Dekanterzentrifugen. Durch seine fortwährende Forschungs- und Entwicklungsarbeit auf den Gebieten der Hydrostatik, Elektronik und Sensorik kann das Unternehmen in seinen Anlagen stets die Möglichkeiten der aktuellsten Technologie nutzen. Gepaart mit jahrzehntelanger Erfahrung und einem breiten Spektrum an Anpassungsoptionen ergeben sich optimale Lösungen für unterschiedliche Anwendungsfelder von der Lebensmittel- über die Chemie- und Umwelt-industrie bis zu Bohrtechnik und Luftfahrt.