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„Antischall“ gegen Brummton durch Windräder

Forschung am Fraunhofer Institut: Aktive Dämpfung

Chemnitz

Foto: © Fraunhofer IWU: Der runde Schwingerreger (links), der an einem Kran aufgehängt ist, regt die rechteckige Eisenplattform zu Schwingungen an – wie sie auch bei Windkraftanlagen auftreten. Der aktive Tilger – mittig auf der Plattform – reduziert diese Schwingungen.

fraunhofer

Windkraftanlagen erzeugen trotz sorgfältiger Konstruktion durch die Bewegung der Rotorblätter und durch Zahnräder, die Schwingungen im Getriebe hervorrufen, für die Anwohner als störend empfundene Brummgeräusche. Wird der Lärm zu laut, dürfen die Anlagen nur unter Teillast arbeiten und produzieren dann auch weniger Strom. Durch eine aktive Dämpfung, die den Schall durch Gegenschingungen auslöscht, wollen Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU nun das Problem lösen.

Die großflächig an die Umgebung abgestrahlten störenden Brummtöne varieren in ihrer Frequenz, da moderne Windkraftanlagen ihre Drehzahl an die Windstärke anpassen. „Ähnlich wie beim Surren einer Mücke empfindet man diese Einzeltöne als besonders störend“, sagt André Illgen, wissenschaftlicher Mitarbeiter am IWU in Dresden. Betreiber müssen oft zusätzliche Dämpfungssysteme einbauen oder sogar das Getriebe wechseln – eine teure Angelegenheit. Passive Dämpfungssysteme, die bisher verwendet wurden, zeigen jedoch nur bedingt Wirkung: Sie schlucken nur Geräusche einer bestimmten Frequenz und so dringen die Brummtöne trotz Dämpfung in die Umgebung.

Gemeinsam mit Kollegen der Schirmer GmbH, der ESM Energie- und Schwingungstechnik Mitsch GmbH und dem Ingenieurbüro Dr. Ziegler haben Forscher des IWU nun eine aktive Dämpfung für Windräder entwickelt. Das Projekt wird durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt gefördert. „Diese Systeme reagieren selbstständig auf Frequenzwechsel und dämpfen Geräusche – egal wie schnell sich die Windenergieanlage dreht“, sagt Illgen. Herzstück dieses Systems sind Piezoaktoren: Sie wandeln elektrischen Strom in mechanische Bewegung um und erzeugen „Negativschwingungen“. Es handelt sich also um eine Art Gegenlärm, der den Schwingungen des Windrads genau entgegengesetzt ist und sie somit auslöscht.

Die Piezoaktoren sind an den Auflagern des Getriebes angebracht, über welche das Getriebe mit dem Maschinenträger verbunden ist. Doch wie stellen sich diese Piezoaktoren auf die jeweiligen Frequenzen der Geräusche ein? „In das System haben wir Sensoren integriert: Sie messen kontinuierlich die Schwingungen, die im Getriebe entstehen, und leiten die Ergebnisse an die Regelung der Aktoren weiter“, sagt Illgen. Ein Funktionsmuster des aktiven Schwingungsdämpfers haben die Forscher bereits entwickelt, in einem nächsten Schritt stehen Feldversuche an.

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Webtipp: >> www.iwu.fraunhofer.de

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