114. Hauptversammlung

Minimierung von Vibrationen bei Fahr- und Thrustermotoren

Dipl.-Ing. Frank Zühlsdorf, Wärtsilä SAM Electronics GmbH, Hamburg

Komfort und Betriebssicherheit stellen hohe Anforderungen an moderne Fahranlagen von Kreuzfahrtschiffen. Solche Forderungen finden sich in besonders eng gesteckten Zielen hinsichtlich Körperschall und Schwingungen sämtlicher Antriebsmotoren wieder. Zur Erfül-lung der ambitionierten Grenzwerte suchen die Komponentenhersteller in Zusammenarbeit mit der Werft nach immer neuen Lösungen und führen aufwändige Vorausberechnun-gen durch. So werden die bis zu 200 t schweren Fahrmotoren beispielsweise elastisch aufgestellt, um den Schwingungseintrag durch Elektromotoren in die Schiffsstruktur zu minimieren. Diese Maßnahme sorgt für angenehme Ruhe in den Passagierkabinen. Aber auch seltener laufende Aggregate wie beispielsweise die Motoren der Bug- und Heckstrahler benötigen gezielte Eingriffe für einen schwingungsarmen Lauf. Durch gegenseitige Abstimmung von Fundament und Motor lassen sich aufstellungsbedingte Eigenfrequenzen gezielt verschieben und Resonanzen vermeiden. Als Hauptkörperschallquellen für Fahranlagenmotoren gelten Momentenpendelungen, die durch die elektrische Speisung über den Stromzwischenkreisumrichter in den Motoren ausgelöst werden. Solche gewaltigen dynamischen Kräfte erfordern eine sichere, robuste und dauerfeste Konstruktion der Entkopplungselemente. Die mechanische Auslegung eines Tellerfedersystems geht auf numerische Simulationen mittels Finite Elemente-Methode zurück und lässt eine absolute Körperschallprognose über dem gesamten Drehzahlbereich zu. Zusätzlich können neben dem eigentlichen Motor auch die Eigenschaften des Schiffsfunda-ments berücksichtigt werden. Der modulare Aufbau des Entkopplungssystems lässt auch nachträgliche Steifigkeitsänderungen an Bord problemlos zu. Eine besondere Schwingungsanfälligkeit wurde über die letzten Jahrzehnte bei Thrustermotoren dokumentiert. Die Thrustermotoren stehen aus Platzgründen oft hochkant auf dem Getriebe von quer im Schiff liegenden Thrusterkanälen. Durch das weit auskragende freie obere Motorende sind die Motoren empfindlich bezüglich Biegeeigenfrequenzen, die sich im Allgemeinen zwischen 12 Hz und 20 Hz einstellen. Im gleichen Frequenzband liegen allerdings Schwingungsanregungen durch Motordrehfrequenz sowie die Propellergrundfrequenz des Thrusters. Kommt es zur Resonanz, erreichen die Schwingwerte am oberen Motorende problemlos 40 mm/s und mehr. Derartige Amplituden haben Konsequenzen hinsichtlich der Festigkeit, Haltbarkeit und Lebensdauer der Motoren. Durch gezielte Finite-Elemente-Simulationen unter Einbeziehung von Motor und Thrustertunnel lassen sich die Eigenfrequenzen sicher vorhersagen und durch konstruktive Maßnahmen gezielt verändern. Wo genau diese Eigenfrequenzen liegen, hängt von den Steifigkeiten von Fundament und Motorgehäuse ab.