Anwendungen für aktive Magnetlager

In der Industrie werden aktive Magnetlager bereits seit über 30 Jahren eingesetzt. In diversen industriellen Anwendungen werden elektrische Hochgeschwindigkeitsmaschinen/High Speed Motoren in den Prozessen eingesetzt. Aufgrund der sehr hohen Drehzahlen (>10 000 U/min) kommt es bei diesen Anlagen häufig zu Störungen und Ausfällen. Dies beeinträchtigt die Produktivität und Effizienz der von ihnen angetriebenen Systeme. Elektrische Hochgeschwindigkeitsmaschinen profitieren in hohem Maße vom Einsatz aktiver Magnetlager. Sie tragen nicht nur die Last der rotierenden Antriebswelle, sondern eliminieren auch die typische Reibung zwischen den beweglichen und stationären Teilen. Die Vorteile aktiver Magnetlager ergeben sich aus dem reibungsfreien Betrieb, der die Energie-Effizienz verbessert und einen wartungsfreien und völlig öl-/schmiermittelfreien Betrieb ermöglicht.

Die nachfolgende Abbildung zeigt, wie aktive Magnetlager in einem elektrischen Hochgeschwindigkeitsmotor eingebaut werden.

Industrielle Anwendungen

Über Jahrzehnte hinweg gab es gewisse Einschränkungen, die die Verwendung von aktiven Magnetlagern für die Mehrzahl der Anlagen-und Maschinenbauer unattraktiv machten. Die SpinDrive Technologie ermöglicht eine einfache Einbindung des Magnetlagersystems, die branchenübergreifend genutzt werden kann. Das Prinzip unserer individuell angepassten aktiven Magnetlager wird hier beschrieben.

Abbildung 1 Beispiel für ein aktives Magnetlager von SpinDrive

SpinDrive aktive Magnetlager wurden für industrielle Prozesse entwickelt. Sie erlauben hohe Drehzahlen, die die Prozess-Effizienz insgesamt verbessern. Sie sorgen außerdem für einen zuverlässigen und wartungsfreien Betrieb bei Anwendungen, in denen diese Leistungsmerkmale höchste Priorität haben.

Turbokompressoren

Eine Anwendung, die stark von der Verwendung aktiver Magnetlager profitiert, sind Radialverdichter-/Turbokompressoren. Sie werden für die Einspeisung und Verdichtung von Gasen verwendet. Sie finden breite Verwendung in industriellen Prozessen, z. B. in der chemischen Industrie, der Lebensmittelverarbeitung, der Abwasseraufbereitung sowie in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen. Lager spielen in Turbokompressoren eine zentrale Rolle. Durch den Einsatz von aktiven Magnetlagern können die Turbokompressoren ohne Ölschmierung betrieben werden. Dadurch wird das Risiko einer Verunreinigung des Enderzeugnisses ausgeschlossen. Außerdem entfällt die Ölwartung, d. h. der Ölwechsel, der Austausch von Ölfiltern sowie die Trennung und Entsorgung von Altöl, was zu spürbaren operativen Kosteneinsparungen führt. Außerdem können Turbokompressoren mit unseren aktiven Magnetlagern vor Schäden während eines Kompressionsstoßes geschützt werden. Dadurch wird die Betriebseffizienz des Verdichters erhöht. Die Lager können Druckstöße aktiv erkennen und Strom einspeisen, so dass die Verdichterwelle ohne Ausfälle weiterläuft.

Turbogebläse

Turbogebläse kommen in einer Vielzahl von industriellen Prozessen zum Einsatz. Turbogebläse sind Niederdruck-Turbokompressoren, die in der Regel nur ein Laufrad haben, während Mitteldruckkompressoren mindestens zwei Verdichtungsstufen benötigen. Zu den industriellen Prozessen, bei denen Turbogebläse zum Einsatz kommen, gehören Belüftung, Trocknung, Luftumwälzung und Druckluftförderung. Sie kommen in vielen Industriezweigen zum Einsatz, z. B. in der Abwasserbehandlung, in der chemischen und pharmazeutischen Industrie, in der Papier- und Zellstoffindustrie, in der Landwirtschaft, in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie und im Bauwesen. Turbogebläse arbeiten mit hohen Drehzahlen (d. h. normalerweise im Bereich von 10 000 bis 60 000 U/min). Entscheidend für einen hohen Wirkungsgrad ist die Begrenzung der Reibung während der Rotation. Der Umstand, dass Turbogebläse in der Regel in rauen Umgebungen arbeiten, begünstigt zudem den Verschleiß. Aktive Magnetlager reduzieren sowohl die Reibung als auch den Verschleiß erheblich und verringern so den Bedarf an teuren Reparaturen und Ausfallzeiten der Anlage. So machen beispielsweise Belüftungsgebläse in Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen bis zu 80 % der jährlichen Betriebskosten aus.

Organischer Rankine-Zyklus

ORC-Kraftwerke (Organic Rankine Cycle) wandeln die Abfallwärme aus industriellen Prozessen in Strom um. Die Technologie wird zur dezentralen Stromerzeugung aus erneuerbaren Wärmequellen (z. B. Erdwärme, Biomasse, Solarenergie) und zur Steigerung der Energie-Effizienz industrieller Prozesse (Wärmerückgewinnung aus industriellen Prozessen – typischerweise bekannt als Waste-Heat-to-Power-Anwendungen) eingesetzt. Eine große technologische Herausforderung besteht darin, Energie aus der lauwarmen Abwärme zu gewinnen. Weltweit liegen mehr als 60 % der Abwärme unter dem Siedepunkt von Wasser. Umso kälter das Wasser ist, desto schwieriger ist es, ihm nutzbare Energie zu entziehen. Abhilfe schaffen hier höhere Rotationsgeschwindigkeiten des Laufrads. Häufig wird dies durch den Einsatz eines unhandlichen Motors mit niedriger Drehzahl und eines Getriebes erreicht, was jedoch zu Lasten der Effizienz, der Zuverlässigkeit und des Wartungsbedarfs geht.

Das ORC-System besteht aus einer einzelnen Radialturbine, die mit einem Generator verbunden ist. Aktive Magnetlager von SpinDrive halten die Antriebswelle in der Schwebe. Für den Antrieb des Turbogenerators wird kein Schmiermittel benötigt. Aktive Magnetlager ermöglichen außerdem einen reibungsfreien Betrieb, der Energie- und mechanische Verluste sowie Verschleiß vermeidet und den Wartungsaufwand im Vergleich zu anderen Lagertypen reduziert. Das Risiko einer Verunreinigung der Kältemittel durch Schmiermittel wird reduziert und die thermische Stabilität der organischen Flüssigkeit erhöht. Die aktiven Magnetlager sind resistent gegen aggressive Medien, was sie zur idealen Lösung für jedes ORC-System macht.

weitere Anwendungen

Es gibt zahlreiche Anwendungen für aktive Magnetlager. Die Beweggründe für den Einsatz aktiver Magnetlager variieren von Anwendung zu Anwendung. Die grundlegenden Vorteile der SpinDrive-Lösung sind jedoch für alle Anwendungen verfügbar. Spindrive setzt neue Maßstäbe in der Wahrnehmung aktiver Magnetlager in der Industrie und macht sie schnell und einfach integrierbar für Hersteller jeder Größe. Unser Ziel ist es, die Schwebetechnologie zu demokratisieren und für viele Nutzer anwendbar zu machen.

Aktive Magnetlagersysteme

Zu einem aktiven Magnetlagersystem gehören neben der neuen Generation der Magnetlagersteuerung auch individuell abgestimmte Aktuatoren und Positionssensoren sowie ausgewählte Fang-/Stützlager. Alle benötigten Komponenten für ein aktives Magnetlagersystem werden von SpinDrive konzipiert und realisiert, lesen Sie mehr darüber.