Mit dem Leitthema „Circular Economy“ hat sich die TU Clausthal der Forschung und Lehre für eine nachhaltige und klimaneutrale Energie- und Rohstoffversorgung der Zukunft verschrieben. In diesem Bereich stellt die Tribologie eine Kerndisziplin dar, da insgesamt ca. 23 % des weltweiten Gesamtenergieverbrauchs durch tribologische Kontakte verursacht werden. Darüber hinaus ist eine Vielzahl von Problemlösungen der zukünftig im Rahmen der Energiewende benötigten Antriebstechnik nur auf Basis neuester Erkenntnisse im Bereich der tribologischen Kontakte zu finden.

Das Team des ITRs forscht seit mehr als zwei Jahrzehnten im Bereich tribologischer Kontakte für die moderne Antriebstechnik. Hierbei gewinnen die Themen Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz zunehmend an Bedeutung, wobei der Anteil von Anwendungen im Bereich der Energiewende fortlaufend wächst. Als weltweit einzige Forschungsstelle verfügt das ITR über einen Hochleistungsgleitlagerprüfstand, der die experimentelle Untersuchung von Gleitlagern ermöglicht, die in Hochdruck-Turbokompressoren für die industrielle Verdichtung von Wasserstoff eingesetzt werden. Aufgrund der niedrigen Dichte des Wasserstoffs werden hierfür extrem hohe Rotordrehzahlen benötigt, die zu Wellenumfangsgeschwindigkeiten im Lagerbereich von bis zu 150 m/s führen und damit ca. 30 % oberhalb existierender Referenzen liegen. Gemeinsam mit den weltweit führenden Unternehmen forscht das ITR in verschiedenen Projekten an den spezifischen Fragestellungen dieser Anwendung, um mit seinen Partnern die Lösungen für die Zukunft zu entwickeln. Die dabei auf Komponentenebene gewonnenen Erkenntnisse können am Rotordynamikprüfstand im Großmaßstab einem Systemtest unterzogen werden. Die komplexe und weitreichend durch die Steifigkeit und Dämpfung des Gleitlagers beeinflusste Systemdynamik wird an diesem Prüfstand detailliert untersucht. Hierbei werden die Schwingungsformen des Rotors beim Durchfahren mehreren kritischer Drehzahlen identifiziert. Neueste Untersuchungen beschäftigen sich darüber hinaus mit den in diesen Maschinen vorhandenen Axialgleitlagern, die auf dem Hochgeschwindigkeitsaxialgleitlagerprüfstand des ITRs untersucht werden. Die gewonnenen Erkenntnisse setzt das ITR auf Basis physikalischer Modelle in Software um, die zur Vorhersage des Betriebsverhaltens schnell laufender und hochbelasteter Rotor-Lager-Systeme international eingesetzt wird und dabei die digitale Abbildung des realen Systems erlaubt.

Im Bereich der Windkraftantriebstechnik untersucht das ITR das Betriebsverhalten verschiedenster Lagerstellen und ihre Interaktion mit der Gesamtstruktur. Ein Fokus liegt dabei neben der Rotorhauptlagerung auf den Lagerungen in den Planetenstufen. Hierzu wurde am ITR ein hochmoderner Planetenradgleitlagerprüfstand entwickelt, der erstmalig die Identifikation gesamter Druckfelder im Schmierfilm erlaubt. Dabei können die vielfältigen Einflüsse dieser mechanisch hochbelasteten Leichtbauanwendung realitätsnah abgebildet werden. In Kombination mit den Ergebnissen zu werkstofftechnischen Fragestellungen und Verschleißuntersuchungen, die insbesondere auf dem Mischreibungsgleitlagerprüfstand gewonnen werden, entwickelt das ITR Gleitlagerlösungen für die stetig zunehmende Leistungsdichte in Planetengetrieben, die für moderne Windturbinen im zweistelligen Megawattbereich benötigt werden. Auch dabei erfolgt die Umsetzung der Ergebnisse in moderner Auslegungs- und Vorhersage-Software, deren hohe Aussagequalität zur Schonung von Ressourcen durch robuste Lagerlösungen und die Reduktion notwendiger Bauteiluntersuchungen beiträgt.

Die zentrale Philosophie des ITRs besteht darin, dass Lösungen für die Problemstellungen der Antriebstechnik der „Circular Economy“ von morgen unter dem Dach der TU Clausthal nur in enger Kooperation mit der Industrie und durch die Symbiose von Experiment und Theorie gefunden werden können. Hierbei nimmt die Entwicklung physikalischer Modelle eine zentrale Rolle zur Generierung des notwendigen Systemverständnisses ein. Neue Impulse werden dabei insbesondere auch durch die enge Vernetzung mit den industriellen Forschungsvereinigungen Antriebstechnik FVA e. V. und Energiewandlungsmaschinen FVV e.V. geliefert. Unsere Philosophie vermitteln wir in Lehrveranstaltungen und repräsentieren sie auf wissenschaftlichen Fachtagungen und in unseren Publikationen.

Leistungsspektrum des Instituts für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen