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Aktive Dämpfung von Torsionsschwingungen bei langen sowie schwer zugänglichen Antriebswellen mit prozessbegleitender, adaptiver Nachführung dynamischer Lasteingangsfunktionen am Beispiel der Stribeck-Kurve (DäToNa)
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. V. Wesling, Dr.-Ing. D. Turschner
Förderzeitraum: 11/2022 – 01/2026
Förderstelle: DFG
Bearbeiter: D. A. Piontek, M.Sc., Dipl.-Ing. A. Oberland
Antriebswellen sind während des Betriebes mechanischen Belastungen in Form von Schwingungen aufgrund dynamisch wirkender Kräfte ausgesetzt. Erfahrungen aus dem Bereich der Tiefbohrtechnik zeigen, dass vor allem der Stick-Slip-Effekt im Bereich geringer Rotationsgeschwindigkeiten maßgeblich das zur Verfügung stehende Drehmoment beeinflusst. Stick-Slip-Schwingungen werden in der Tiefbohrtechnik in erster Linie durch den Kontakt zwischen dem Bohrkopf und der gegenüberliegenden Gesteinsformation induziert. Im Zustand der Haftreibung (Stick) rotiert der Bohrkopf nicht, wohingegen im Zustand der Gleitreibung (Slip) selbiger aufgrund des Torsionsmomentes schlagartig „durchrutscht“ und dadurch deutlich schneller rotiert als von der Drehzahl der Antriebsmaschine vorgegeben. Derartige Torsionsschwingungen können zu erheblichen Schäden an den Komponenten des Antriebsstranges führen. Da die tribologischen Zusammenhänge am Bohrkopf nichtlinear sind und von zahlreichen, oftmals unbekannten sowie sich verändernden Parametern abhängen, gestaltet sich eine Regelung des Drehmoments am Bohrkopf schwierig. Das von der DFG geförderte Vorhaben DäToNa knüpft an diese Problematik aus regelungstechnischer Sicht an und greift hierbei auf Methoden und Modelle aus den Bereichen der Antriebstechnik, Mechatronik und Tribologie zurück.
Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer aktiven Dämpfung von Torsionsschwingungen, welche infolge des Stick-Slip-Effektes aufgrund einer Selbsterregung durch negative Gradienten der Lasteingangsfunktion (hier: Stribeck-Kurve) bei langen, schwer zugänglichen Antriebswellen (z.B. Tiefbohrgestängen) auftreten und zu erheblichen Schäden am Antriebsstrang führen. Hierzu stehen zwei Prüfstände zur Verfügung, mit deren Hilfe zum einen die tribologischen Zusammenhänge am Bohrkopf quantifiziert und zum anderen der zu entwickelnde, adaptive Regler validiert werden kann.