Rotordynamik

Die Rotordynamik vereint die Fachgebiete der Festkörperdynamik von Rotoren, der Dynamik der Strömungsvorgänge im Schmierspalt von Gleitlagern sowie bei der Verwendung aktiver Magnetlager die Dynamik mechatronischer Systeme.

Die Rotordynamik beschreibt unter anderem:

• Die Amplitudenvergrößerungen der relativen Wellenschwingung beim Hoch- und Auslauf von Rotor-Lagersystemen. Infolge der drehfrequenten (1X) Unwuchterregung werden Resonanzen bei sogenannten kritischen Drehzahlen durchfahren.
• Resonanzzustände bei Erregung eines Rotors durch mehrere Drehzahlharmonische. Wird z.B. ein Rotor durch die Unwucht drehfrequent (1X) und durch einen einseitigen Wellenriss mit der doppelten Drehfrequenz (2X) erregt, so herrscht Resonanz auch beim halben Wert jeder kritischen Drehzahl. Die Laufschaufeln axialer Turbomaschinen und scheibenförmige Bauteile von Dampfturbinenrotoren (Schirmschwingungen) können durch weit höhere Drehzahlharmonische in Resonanz angeregt werden.
• Anhebung von Rotoreigenfrequenzen durch die Kreiselwirkung scheibenförmiger Bauteile von Rotoren und radialer Laufräder. Veränderung der Rotoreigenfrequenzen und Eigenschwingformen mit der Drehzahl durch die Drehzahlabhängigkeit der Steifigkeit der Gleitlager.
• Das Auftreten subsynchroner Anteile der Wellenschwingung beim Erreichen und Überschreiten der Stabilitätsgrenze, an der die unwuchterregte (d.h. drehfrequente) Wellenschwingung instabil wird.

Die Rotordynamik nahm als technische Wissenschaft mit der Entwicklung und der Produktion von Dampfturbinen Ende des 19. Jahrhunderts einen starken Aufschwung. Probleme der Rotordynamik waren nicht nur bei der Entwicklung thermischer und hydraulischer Turbomaschinen zu lösen, sondern traten z.B. auch bei der Entwicklung von Zentrifugen, schnell laufenden Spindeln von Spinnmaschinen, bei luftgelagerten Spindeln von Bohrern in der Dentaltechnik, sowie in den vergangenen Jahrzehnten bei der Entwicklung von Festplattenlaufwerken auf.

Literatur

• Robert Gasch, Rainer Nordmann, Herbert Pfützner: Rotordynamik, Springer Verlag, 2. Auflage, 2007.
• Aurel Stodola: Dampf- und Gasturbinen. Mit einem Anhang über die Aussichten der Wärmekraftmaschinen und über die Gasturbinen. Springer Verlag, 6. Auflage, 1925.