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Title:
COMPENSATING DEVICE AND METHOD FOR COMPENSATING FOR DISRUPTIVE TORSIONAL VIBRATIONS ON ROTATABLE MACHINE ELEMENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/104661
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a compensating device (1) for compensating for disruptive torsional vibrations on rotatable machine elements (A1), comprising: - a rotational frequency detecting unit (A2) for detecting the actual rotational frequency of a rotatable machine element (A1) over time, - a compensating unit (A4) which is coupled to the rotatable machine element (A1) and which has at least one actuator that can be controlled via a compensation signal in order to compensate for disruptive translational rotational vibrations, and - a regulating unit (A7) which is designed to generate the compensation signal dependent on the detected actual rotational frequency. The compensating unit (A4) has an actuatable mass ring unit (B12) which is arranged in a freely rotatable manner about the rotatable machine element (A1), and at least one actuator is designed as a coupling unit for mechanically coupling the rotatable machine element (A1) to the mass ring unit (B12).

Inventors:
HESSE RALF (DE)
TURSCHNER DIRK (DE)
BECK HANS-PETER (DE)
STUBBE MARKUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2013/050290
Publication Date:
July 18, 2013
Filing Date:
January 09, 2013
Export Citation:
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Assignee:
UNIV CLAUSTHAL TECH (DE)
International Classes:
F16F15/18
Domestic Patent References:
WO2004112234A12004-12-23
Foreign References:
DE102010046669A12011-04-14
DE1242059B1967-06-08
DE4447574B42006-07-13
EP2017471A22009-01-21
Other References:
TH. EUTEBACH: "Dissertation", 2000, UNIVERSITÄT SIEGEN, article "Ein Beitrag zur Bedämpfung von Torsionsschwingungen in hochdynamischen Industrieantrieben"
TH. ZÖLLNER; TH. LEIBFRIED; A.M. MIRI: "ETG-Kongress", 2009, VDE VERLAG GMBH, article "Dämpfung von Torsionsschwingungen mittels einer leistungselektronischen Netzkomponente", pages: 27,28
A. ALIZADEH: "Dissertation", 2005, TECHNISCHE UNIVERSITÄT DARMSTADT, article "Robuste Regelung zur aktiven Schwingungsdämpfung elastischer Rotoren mit Piezo-Stapelaktoren"
Attorney, Agent or Firm:
GRAMM, LINS & PARTNER GBR (DE)
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Claims:
Patentansprüche:

1 . Kompensationseinrichtung (1 ) zur Kompensation von Torsionsstörschwin- gungen an rotierbaren Maschinenelementen (A1 ) mit: einer Drehfrequenzerfassungseinheit (A2) zur Erfassung der tatsächlichen Drehfrequenz eines rotierbaren Maschinenelementes (A1 ) über die Zeit,

- einer Kompensationseinheit (A4), die mit dem rotierbaren Maschinenelement (A1 ) gekoppelt ist und mindestens einen über ein Kompensationssignal ansteuerbaren Aktor zur Kompensation von translatorischen Stördrehschwingungen hat, und

einer Regelungseinheit (A7), die zur Erzeugung des Kompensations- Signals in Abhängigkeit der erfassten tatsächlichen Drehfrequenz eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinheit (A4) eine frei rotierbar um das rotierbare Maschinenelement (A1 ) angeordnete und antreibbare Masse-Ring-Einheit (B1 2) hat, und dass mindestens ein Aktor als Koppeleinheit zur mechanischen Kopplung des rotierbaren Maschinenelementes (A1 ) mit der Masse- Ring-Einheit (B1 2) ausgebildet ist.

2. Kompensationseinrichtung (A4) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Masse-Ring-Einheit (B1 2) über den Umfang der Masse- Ring-Einheit (B1 2) verteilt angeordnete Magnete hat und dass Spulenelemente (B20) mit dem rotierbaren Maschinenelement (A1 ) drehfest gekop- pelt sind, wobei die Spulenelemente (B20) und die Magnete so ausgerichtet sind, dass durch das Magnetfeld der Magnete und das durch Strom- fluss durch die Spulenelemente (B20) induzierte Magnetfeld eine Kraft zwischen Spulenelement (B20) und Masse-Ring-Einheit (B1 2) erzeugbar ist.

3. Kompensationseinrichtung (A4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- net, dass eine gradzahlige Anzahl von Spulenelementen (B20) über den

Umfang des rotierbaren Maschinenelementes (A1 ) gleichverteilt angeordnet sind, wobei die Spulenelemente (B20) Spulenwindungen (B1 ) haben, die die Magnete ringförmig umfassen, wobei die Masse-Ring-Einheit (B1 2) relativbeweglich zu den Spulenelementen (B20) gelagert und durch die Innenräume der ringförmigen Spulenwindungen (B1 ) hindurchgeführt ist.

4. Kompensationseinrichtung (A4) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse-Ring-Einheit (B1 2) eine Anzahl von Permanentmagnetringen (B9) hat, die auf mindestens einen Zentrier- stab (B1 1 ) aufgenommen sind, wobei in dem Zwischenraum zwischen nebeneinanderliegenden Permanentmagnetringen (B9) ferromagnetische Füllelemente (B1 0) angeordnet sind, wobei der mindestens eine Zentrierstab (B1 1 ) mit einem Lager (B4) zur rotierbaren Lagerung der Masse- Ring-Einheit (B1 2) verbunden ist.

5. Kompensationseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenelemente (B20) an einem scheibenförmigen Träger angeordnet sind und der Träger mit dem rotierbaren Maschinenelement (A1 ) verbunden ist.

6. Kompensationseinrichtung (A4) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lager (B4) zwischen Träger und Masse-Ring- Einheit (B1 2) zur frei drehbaren Lagerung der Masse-Ring-Einheit (B1 2) relativ zum Träger angeordnet ist.

7. Kompensationseinrichtung (A4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (A7) zur Erzeugung eines mit dem Kompensationssignal überlagerbaren Positionie- rungssignals derart eingerichtet ist, dass das Positionierungssignal eine gegenüber der Rotation des rotierbaren Maschinenelements (A1 ) gebundene und synchrone Rotation der Masse-Ring-Einheit (B1 2) bewirkt. 8. Kompensationseinrichtung (A4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (A7) einen Phasenregelkreis (A6) zur Nachbildung einer Solldrehfrequenz hat, die der Drehfrequenz des rotierbaren Maschinenelementes (A1 ) entspricht, wenn dieses frei von Torsionsschwingungen ist, und zur Bildung der Differenz zwischen der mit Hilfe des Phasenregelkreises (A6) bestimmten Solldrehfrequenz und der mit Hilfe der Drehfrequenzerfassungseinheit (A2) erfass- ten tatsächlichen Drehfrequenz des rotierbaren Maschinenelementes (A1 ) und zur Invertierung dieser Differenz mit Hilfe des Signalinvertierers (A8) und zur Multiplikation des Ausgangssignals des Signalinvertierers (A8) mit dem Signal des Dämpfungsfaktors (K) eines Konstantengebers (A1 0) zum Erhalt des Kompensationssignals eingerichtet ist.

Verfahren zur Kompensation von Torsionsstörschwingungen an rotierbaren Maschinenelementen (A1 ) mit einer Kompensationseinrichtung (A4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch synchrone Rotation einer antreibbaren Masse-Ring-Einheit (B1 2) um das rotierbare Maschinenelement (A1 ) und mechanische Kopplung des rotierbaren Maschinenelementes (A1 ) mit der angetriebenen Masse-Ring-Einheit (B1 2) derart, dass eine Kraft zwischen dem rotierbaren Maschinenelement (A1 ) und der angetriebenen rotierenden Masse-Ring-Einheit (B1 2) zur

Kompensation translatorischer Stördrehschwingungen aufgebracht wird.

1 0. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch elektrisches Ansteuern von Spulen (B1 ) der Masse-Ring-Einheit (B1 2) mit Hilfe eines Leistungs- Verstärkers (A5) derart, dass die entstehenden Kräfte zuwischen der Masse-Ring-Einheit (B1 2) und dem rotierbaren Maschinenelement (A1 ) zur Kompensation von Torsionsstörschwingungen des rotierbaren Maschinenelementes (A1 ) führen, indem die von dem Leistungsverstärker (A5) in die Spulen (B1 ) eingeprägten Ströme dem Ausgangssignal einer Regelungseinheit (A7) folgen. Verfahren nach Anspruch 9 oder 1 0, gekennzeichnet durch Ermitteln der Differenz zwischen einer mit einem Phasenregelkreis (A6) ermittelten Soll-

Drehfrequenz des rotierbaren Maschinenelementes (A1 ) und der erfass- ten tatsächlichen Ist-Drehfrequenz und mechanische Kopplung des rotierbaren Maschinenelementes (A1 ) mit der rotierenden Masse-Ring-Einheit (B1 2) in Abhängigkeit von der ermittelten, mit einem Dämpfungsfaktor (K) nach Phaseninvertierung multiplizierten Differenz.

Description:
Kompensationseinrichtung und Verfahren zur Kompensation von Torsionsstörschwingungen an rotierbaren Maschinenelementen

Die Erfindung betrifft eine Kompensationseinrichtung zur Kompensation von Torsionsstörschwingungen an rotierbaren Maschinenelementen mit:

einer Drehfrequenzerfassungseinheit zur Erfassung der tatsächlichen Drehfrequenz eines rotierbaren Maschinenelementes über die Zeit, einer Kompensationseinheit, die mit dem rotierbaren Maschinenelement gekoppelt ist und mindestens einen über ein Kompensationssignal an- steuerbaren Aktor zur Kompensation von translatorischen Stördrehschwingungen hat, und

einer Regelungseinheit, die zur Erzeugung des Kompensationssignals in Abhängigkeit der erfassten tatsächlichen Drehfrequenz eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Kompensation von Torsionsstörschwingungen an rotierbaren Maschinenelementen mit einer Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

An rotierbaren Maschinenelementen, wie z. B. mechanischen Wellen, wie sie als Antriebs-, Abtriebs- oder allgemeine Koppelstränge in mechanischen Systemen vorzufinden sind, kann es in der Praxis zu störenden Torsionsschwingungen kommen. Ein Beispiel sind gro ßtechnische Anlagen der verarbeitenden Industrie, in denen es prozessbedingt zwischen rotierenden Elementen fertigungstechnischer Einrichtungen mit gro ßem Masseträgheitsmoment über ihre koppelnden Wellen zur Ausbildung von für ein Produkt oder das Produktionsmittel schädlichen Torsionsschwingungen kommen kann. Solche Torsionsschwingungen sind ungewollte Abweichungen des Drehwinkels, der Drehwinkelgeschwindigkeit und/oder der Drehwinkelbeschleunigung. Th. Eutebach :„Ein Beitrag zur Bedämpfung von Torsionsschwingungen in hochdynamischen Industrieantrieben", Dissertation, Universität Siegen, Lehrstuhl für Leistungselektronik und elektrische Antriebe, 2000, schlägt einen nach dem Prinzip eines Phasenregelkreises arbeitenden Algorithmus zur Bestim- mung der Eigenfrequenz einer als Zwei-Massen-System mit räumlich konzentrierten Massen angenäherten mechanische Strecke vor, der zur Dämpfung auftretender Torsionsschwingungen genutzt wird. Th. Zöllner, Th. Leibfried, A.M. Miri : "Dämpfung von Torsionsschwingungen mittels einer leistungselektronischen Netzkomponente", in : ETG-Kongress 2009, FT 1 +2, 27. bis 28. Oktober 2009, Düsseldorf, VDE Verlag GmbH, Berlin, Offenbach, offenbaren ein Verfahren zur Dämpfung von Torsionsschwingungen mit Hilfe eines parallel zu einem Generator angeschlossenen Stromrichters als zusätzliche Netzkomponente. Mit Hilfe dieses Stromrichters, der als parallel geschalteter Dämpfungsschaltkreis dient, wird die notwendige Dämpfungsleistung am Knotenpunkt zwischen Generator und Netz eingespeist.

Eine hiermit vergleichbare Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung einer Torsi- onsschwingung in einem rotierenden Antriebsstrang ist auch in WO

2004/1 1 2234 A1 beschrieben. Das Dämpfungsmoment wird dabei in einem Elektromotor in Gegenphase zu der Geschwindigkeit der Torsionsschwingung aufgebracht. Hierzu wird Wirkleistung in dem Elektromotor verursacht, wodurch der Elektromotor je nach Phasenlage der Torsionsschwingung und des Dämp- fungsdrehmomentes abgebremst oder beschleunigt wird.

Ein solcher Einsatz von Standardkomponenten der Antriebstechnik, wie z. B. umrichtergespeisten Drehfeldmaschinen, die ggf. bereits Bestandteile der Anlage sind und zu diesem Zweck mitgenutzt werden, ist hinsichtlich der maxima- len Frequenz der zu bedämpfenden Torsionsstörschwingungen Einschränkungen unterworfen. Die Dynamik der häufig anzutreffenden Funktionsgruppe von Antriebsumrichter und Asynchronmaschine ist für die Bedämpfung hoher Schwingungsfrequenzen zu gering. A. Alizadeh :„Robuste Regelung zur aktiven Schwingungsdämpfung elastischer Rotoren mit Piezo-Stapelaktoren", Dissertation Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Maschinenbau, Mechatronik, Maschinenakustik, 2005, in : Forschungsberichte Mechatronik und Maschinenakustik, beschreibt ein Verfah- ren zur Schwingungsdämpfung mittels piezoelektrischer Stellglieder. Solche piezoelektrischen Aktoren weisen eine sehr hohe Stelldynamik auf, sind in i hren Stellwegen jedoch eingeschränkt und unterliegen mechanischen Belastungsgrenzen , die bei einer direkten Wirkung im Kraftfluss des Systems nicht überschritten werden dürfen.

EP 2 01 7 471 A2 offenbart eine Vorrichtung zur aktiven Dämpfung eines Triebstrangs bei einer Windenergieanlage, bei der der Ist-Wert der Generatordrehzahl erfasst und über ein schwingungsfähiges Verzögerungselement verstärkt wird. Das schwingungsfähige Verzögerungselement besitzt eine vorbestim mte Schwingungseigenfrequenz, die kleiner als die kleinste Eigenfrequenz des Triebstrangs ist. Eine Differenz aus Ist-Wert der Drehzahl und verstärktem Wert für die Drehzahl liegt als Regeldifferenz an einem Regler an, der ein Korrekturmoment für eine Generatorsteuerung besti mmt.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Kompensationseinrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Kompensation von Torsionsstörschwingungen an rotierbaren Maschinenelementen zu schaffen .

Die Aufgabe wird mit der Kompensationseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Kompensationsein heit eine frei rotierbar um das rotierbare Maschinenelement angeordnete und antreibbare Masse-Ring-Einheit hat, und dass mindestens ein Aktor als Koppeleinheit zur mechanischen Kopp- lung des rotierbaren Maschinenelementes mit der Masse-Ring-Einheit ausgebildet ist.

Damit kann der Aktor zwischen dem aufgrund des Kraftschlusses mit dem rotierbaren Maschinenelement starr mitdrehenden Teil der Kompensationsein- richtung, das auf dem rotierbaren Maschinenelement fest aufgebracht ist, und der Masse-Ring-Ein heit als frei rotierbarer Teil der Kompensationseinheit eine Kraft einstellen, die eine Drehbewegung der Masse-Ring-Einheit gegenüber dem rotierbaren Maschinenelement hervorrufen kann . Der Aktor wirkt damit als Koppel- und Antriebseinheit.

Mit der um das rotierbare Maschinenelement angeordneten und antreibbaren rotierbaren Masse-Ring-Einheit können sehr dynamisch und robust Torsions- störschwingungen kompensiert werden. Durch mechanische Kopplung des rotierbaren Maschinenelementes mit der ebenfalls rotierbaren Masse-Ring- Einheit in Abhängigkeit von einem Kompensationssignal können stör- oder tor- sionsschwingungskompensierende Wechselmomente mit hoher Dynamik zur Verfügung gestellt werden. Die Stelldynamiken sind bei der Kompensationsein- richtung gegenüber konventionellen Antrieben, die aus Antriebsumrichter und Asynchronmaschinen bestehen, erhöht. Zudem weist die Kompensationseinrichtung im Vergleich zu Lösungen mit im Kraftfluss befindlichen piezoelektrischen Aktoren eine höhere I mmunität gegenüber stossförmigen Momentenbelastungen, z. B. einer Welle als Maschinenelement, in der der Aktor im Kraft- fluss montiert ist, auf. Erreicht wird dies durch freie Rotation einer Masse-Ring- Einheit um das rotierbare Maschinenelement und die mechanische Kopplung, z. B. durch Abbremsen oder Beschleunigen der Masse-Ring-Einheit relativ zum rotierbaren Maschinenelement. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Masse-Ring-Einheit über den Umfang des Masse-Ring-Elementes verteilt angeordnete Magnete hat. Dabei sind Spulenelemente mit dem rotierbaren Maschinenelement drehfest gekoppelt. Die Spulenelemente und Magnete sind relativ zueinander so ausgerichtet, dass durch das Magnetfeld der Magnete und durch Stromfluss durch das spulenin- duzierte Magnetfeld eine Kraft zwischen dem mindestens einen Spulenelement und Massering erzeugbar ist. Auf diese Weise lässt sich eine Relativbewegung bzw. Drehmomente zwischen rotierbaren Maschinenelementen und rotierbarer Masse-Ring-Einheit erzeugen, die in Abhängigkeit vom Kompensationssignal zur Kompensation von translatorischen Stördrehschwingungen genutzt werden. Zum Zweck der Dämpfung von Stördrehschwingungen kann dabei ein Drehmoment mit positivem oder negativem Vorzeichen (Bremsen oder Beschleunigen) erzeugt werden. Dabei sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine gradzahlige Anzahl von Spulenelementen über den Umfang des rotierbaren Maschinenelementes gleichverteilt angeordnet. Die Spulenelemente haben hierbei Spulenwindungen, die die Magnete ringförmig umfassen. Die Masse-Ring-Einheit ist dabei relativ beweglich zu den Spulenelementen gelagert und durch die Innenräume der ringförmigen Spulenwindungen hindurchgeführt. Damit ist die Kompensationseinheit in der Art einer elektrischen Maschine ausgeführt, die durch eine um das Maschinenelement frei rotierbare Masse-Ring-Einheit mit einer zur dynamischen Kompensation von Torsionsstörschwingungen ausreichenden Masse gekennzeichnet ist. Der Ausgleich von Torsionsstörschwingungen erfolgt dann durch Aufbringen eines Drehmomentes zwischen dem rotierenden Maschinenelement und der um dieses Maschinenelement synchron rotierenden Masse- Ring-Einheit. Die Masse-Ring-Einheit kann eine Anzahl von Permanentmagnetringen haben, die auf mindestens einen vorzugsweise gekrümmten Zentrierstab aufgenommen sind. In dem Zwischenraum zwischen den nebeneinander liegenden Permanentmagnetringen sind bei dieser Ausführungsform ferromagnetische Füllelemente angeordnet. Der mindestens eine Zentrierstab ist mit einem Lager- element zur rotierbaren Lagerung der Masse-Ring-Einheit verbunden.

Eine Masse-Ring-Einheit mit einer solchen Anordnung von segmentweise aufgebauten Permanentmagnetringen mit hoher magnetischer Feldstärke, vorzugsweise aus dem Material NdFeB, in Verbindung mit ferromagnetischen Füllelementen, die den magnetischen Fluss über die entstehenden Versatzstrecken schließen, sowie den als Spannelemente dienenden Zentrierbögen wird eine hochwirksame Kompensationseinheit geschaffen, die eine sehr dynamische Kompensation von Torsionsstörschwingungen erlauben. Die Spulenelemente sind vorzugsweise an einem scheibenförmigen Träger angeordnet, der mit den rotierbaren Maschinenelementen verbunden ist.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn mindestens ein Lagerelement zwischen Träger und Masse-Ring-Einheit zur frei drehbaren Lagerung der Masse-Ring-Einheit relativ zum Träger angeordnet ist. Damit ist sichergestellt, dass die Masse- Ring-Einheit innerhalb der Kompensationseinrichtung frei rotieren kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Regelungseinheit zur Erzeugung eines mit dem Kompensationssignal überlagerbaren Antriebssignals derart eingerichtet ist, dass das Antriebssignal eine vorgegebene Rotation der Masse-Ring- Einheit bewirkt. So kann beispielsweise mit Hilfe eines Gleichstroms, der in den Spulen eingestellt wird, die Masse-Ring-Einheit ohne tatsächliche Ist-Drehzahl des rotierbaren Maschinenelementes gegenüber dem rotierbaren Maschinenelement in eine synchrone, gebundene Rotation überführt werden. Diesem z. B. als Gleichstrom, vorzugsweise konstant gehaltenen Antriebssignal, wird dann das Kompensationssignal überlagert, so dass ein proportionaler Kompensationsstrom (mit positiven oder negativen Vorzeichen) zusätzlich in den Spu- len fließt, mit dem dann Torsionsstörschwingungen ausgeglichen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :

Figur 1 - Skizze einer Kompensationseinrichtung mit Drehfrequenzerfas- sungsein heit, Kompensationseinheit und Regelungsein heit;

Figur 2 - Skizze der Kompensationsein heit aus Figur 1 in der Vorderansicht;

Figur 3 - Skizze der Kompensationsein heit aus Figur 1 und 2 in der Seiten- Schnittansicht mit zwei Spulen .

Figur 1 lässt eine Skizze einer Kompensationseinrichtung 1 für ein rotierbares Maschinenelement A1 , beispielsweise in Form einer rotierbaren Welle, erkennen.

Mit dem rotierbaren Maschinenelement A1 ist eine Drehfrequenzerfassungs- einheit A2 gekoppelt, die die Welle beispielsweise umschließt. Die Drehfre- quenzerfassungseinheit A2 ist zur Erfassung der tatsächlichen Drehfrequenz des rotierbaren Maschinenelementes A1 über die Zeit eingerichtet. Das von der Drehfrequenzerfassungseinrichtung A2 an die Regelungseinheit A7 abgegebene Drehfrequenzsignal ist der Sinus des absoluten Drehwinkels des rotierbaren Maschinenelementes A1 mit normierter Amplitude.

Die Regelungsein heit A7 verarbeitet das von der Drehfrequenzerfassungsein- heit A2 der Regelungsein heit A7 zugefü hrte Drehfrequenzsignal durch einen Phasenregelkreis A6. Der Phasenregelkreis A6 stellt seinen internen steuerbaren Oszillator in Frequenz und Phase so nach , dass im stationären Fall der Regelungsein heit A7 und ohne Torsionsstörschwingung des rotierbaren Maschinenelementes A1 der Verlauf des Sinussignal des internen Oszillators des Phasenregelkreises A6 hinsichtlich Frequenz und Phase exakt dem Verlauf des Sinussignal der Drehfrequenzerfassungsein heit A2 entspricht, so dass beide Sinusverläufe deckungsgleich werden. Die normierte und konstante Amplitude des Sinussignals der Drehfrequenzerfassungseinheit A2 ist dabei stets gleich der normierten und konstanten Amplitude des internen steuerbaren Oszillators des Phasenregelkreises A6. Das durch den Phasenregelkreis A6 am Ausgang des Phasenregelkreises anliegende Solldrehfrequenzsignal wird dann von dem Ist-Drehfrequenzsignal der Drehfrequenzerfassungseinheit A2 subtrahiert und die Differenz einem Signalinvertierer A8 zugeführt. Das durch den Phasenregelkreis A6 am Ausgang des Phasenregelkreises anliegende Solldrehfrequenzsignal wird dann von dem Ist-Drehfrequenzsignal der Drehfrequenzerfassungseinheit A2 subtrahiert und die Differenz einem Signalinvertierer A8 zugeführt. Ist der Phasenregelkreis A6 stationär und das rotierbare Maschinenelement A1 ohne Torsionsstörschwingungen, so sind das sinusförmige Ausgangssignal des Phasenregelkreises A6 und das sinusförmige Ausgangssignal der Drehfrequenzerfassungseinheit A2 zu jedem Zeitpunkt gleich, so dass das Signal hinter der Differenzstelle zu Null wird. Erscheinen am rotierbaren Maschineelement A1 Torsionstörschwingungen, so weicht das Signal hinter der Differenz- stelle aufgrund der Regelträgheit des Phasenregelkreises A6 von Null um den Betrag des Störwinkels ab. Auf diese Weise kann der Störwinkel unabhängig von der Grunddrehzahl des rotierbaren Maschinenelementes A1 dargestellt werden. Mit Hilfe des Signalinvertierers A8 wird der ermittelte Störwinkel in einen gegenphasigen Störwinkel umgewandelt, um ihn so für die Kompensation der Torsionsstörschwingung nutzen zu können. Der Ausgang des Signalinvertierers A8 ist an einen Multiplizierer A9 geführt, der die Amplitude des gewonnen phaseninvertierten Störanteils der Drehzahlinformation der Drehfrequenzerfassungseinheit A2 um einen Dämpfungsfaktor K von einer Dämpfungsfaktoreinheit A1 0 erhöht. Die Dämpfungsfaktoreinheit A1 0 kann beispielsweise einen digitalen Datenspeicher haben. Das dämpfungsfaktorbewertete Ausgangssignal des Multiplizierers A9 wird zu einem Leistungsverstärker A5 übertragen. Der Leistungsverstärker A5 führt der mechanischen Kompensationseinheit A4 zum gewonnenen phaseninvertierten Störanteil des Drehfrequenzsignals der Drehfrequenzerfassungseinheit A2, die im Falle einer Torsionsstör- Schwingungen des rotierbaren Maschinenelementes A1 erscheinen, signalproportionale Ströme über einen Schleifring A3 zu.

Die Regelungseinheit A7 kann beispielsweise mit Software in eine Rechenein- heit i mplementiert werden . Denkbar ist aber auch die Realisierung mit diskreten Bauelementen oder als kombinierte Software- und Hardware-Lösung z. B. in Verbindung mit einem„Field-Program mable-Gate-Array" (FPGA), einem Mik- rocontroller oder Mikroprozessor o. ä..

Figur 2 lässt die Kompensationsein heit A4 in der Vorderansicht erkennen. Es wird deutlich, dass die Kompensationseinheit A4 eine Doppelschale B6 hat, die mit Hilfe von Buchsen B5 starr auf einer durch die Achsendurchfü hrung B7 hindurch geführten Welle, d. h . auf das Maschinenelement A1 , befestigt ist. Die Doppelschale B6 ist aus zwei scheibenförmigen Platten gebildet, die parallel zueinander angeordnet sind und das rotierbare Maschinenelement A1 u mschlie ßen . Die beiden scheibenförmigen Platten der Doppelschale B6 werden durch Befestigungselemente B8, wie beispielsweise Schrauben, miteinander befestigt und kraftschlüssig auf dem I nnenring eines Lagers B4 fixiert. Das La- ger B4 ist am Au ßenumfang der scheibenförmigen Doppelschale B6 angeordnet.

Weiterhin trägt die scheibenförmige Doppelschale B6 Spulenelemente B20, die beispielsweise gleichverteilt um den U mfang der Doppelschale B6 angeordnet sind. I m dargestellten Beispiel sind vier Spulenelemente B20 im Winkel von 90 ° zueinander auf der Doppelschale montiert. Die Spulenelemente B20 haben Spulenwindungen B1 auf einem mit der Doppelschale B6 verbundenen Spulenkörper B2. Auf der Au ßenseite des Lagers B4 ist eine Masse-Ring-Einheit B1 2 montiert. Mit Hilfe des Lagers B4 ist die Masse-Ring-Ein heit B1 2 frei u m die Doppelschale B6 und relativ zu den Spuleneinheiten B20 und damit auch frei u m das rotierbare Maschinenelement A1 rotierbar. Die Masse-Ring-Ein heit B1 2 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus vier u m den U mfang gleichverteilt ange- ordneten Segmenten jeweils aus einem gebogenen Zentrierstab B1 1 gebildet, der eine Anzahl von Permanentmagnetringen B9 mit hoher magnetischer Feldstärke und zwischenliegende ferromagnetische Füllelemente B1 0 trägt. Die Permanentmagnetringe B9 sind vorzugsweise aus dem Material Nd FeB (Neo- dym-Eisen-Bor) gefertigt. Die ferromagnetischen Füllelemente B1 0 dienen zu m Schließen des magnetischen Flusses über die entstehenden Versatzstrecken. Jedes Segment der Masse-Ring-Ein heit B1 2 wird mit Hilfe von Segmentspannelementen B3 kraftschlüssig auf dem Au ßenring des Lagers B4 fixiert. Hierzu sind die Segmentspannelemente B3 fest mit dem Au ßenring des Lagers B4 verbunden. Die freien Enden zugeordneter Zentrierbögen B1 1 sind durch Öffnungen der Segmentspannelemente B3 gefü hrt und mit Hilfe z. B. von Muttern an dem Segmentspannelement B3 befestigt. Die Masse-Ring-Einheit B1 2 und die Spulenelemente B20 sind so aufeinander ausgerichtet, dass die Masse-Ring-Ein heit B1 2 von den Spulenelementen B20 ringförmig (mindestens teilweise oder auch vollständig) u mfasst werden .

Dies ist aus der Figur 3 deutlicher erkennbar, die eine Seiten-Schnitt-Ansicht der Kompensationsein heit A4 zeigt.

Deutlich wird, dass Spulenkörper B2 der Spuleneinheiten B20 die Masse-Ring- Ein heit B1 2 ringförmig, aufgrund des äu ßeren Spaltes teilweise, umfassen. I n den Spulenkörpern B2 sind Spulenwindungen B1 geführt, u m einen magneti- sehen Fluss bei Stromfluss durch die Spulenwindungen B1 zu induzieren. Mit Hilfe dieses magnetischen Flusses ist die Masse-Ring-Ein heit B1 2 auf dem Lager B4 relativ zu den Spulenein heiten B20 und zu dem damit fest gekoppelten rotierbaren Maschinenelement A1 zur Rotationsbewegung antreibbar. Erkennbar ist weiterhin , dass das Lager B4 und die Spuleneinheiten B20 von einer aus zwei parallel zueinander angeordneten scheibenförmigen Platten gebildeten Doppelschale B6 getragen werden . Die Doppelschale B6 wird mit Hilfe von Schraubverbindungen als Befestigungselemente B8 miteinander verbunden und ist auf dem rotierbaren Maschinenelement A1 aufgespannt. Zur dreh- festen Fixierung der Doppelschale B6 auf dem rotierbaren Maschinenelement A1 sind Achsendurchführungen B7 mit konisch zulaufender Innenbohrung und Buchsen B5 vorgesehen . Die Formgestaltung der Doppelschale B6 stellt sicher, dass bei deren Ver- schraubung über die Befestigungselemente B8 die Spulenkörper B2 kraftschlüssig in der Kompensationseinheit A4 fixiert werden. Das Lager B4 stellt sicher, dass die Masse-Ring-Einheit B1 2 innerhalb der Kompensationseinheit A4 frei rotieren kann. Die Spulen B1 sind elektrisch mit dem Leistungsverstärker A5 über einen Schleifring A3 verbunden.

Die vom Leistungsverstärker A5 über den Schleifring A3 in den Spulenwindungen B1 eingestellten Ströme folgen dem mit dem Dämpfungsfaktor K bewerte- ten Ausgangssignal des Multiplizierers A9 mit sehr hoher Dynamik, da die elektrische Zeitkonstante der Spulenwindungen B1 zu diesem Zweck gering gehalten wird. Die Ströme in den Spulenwindungen B1 haben die Entstehung magnetischer Felder zur Folge, die zusammen mit den magnetischen Feldern der aus Permanentmagnetringen B9 gebildeten Masse-Ring-Einheit B1 2 Kraft- Wirkungen verursachen, die Drehmomente zwischen der Masse-Ring-Einheit B1 2 und den Spulenwindungen B1 bzw. den Spulenelementen B20 nach sich ziehen. Da die Spulenelemente B20 über die Doppelschale B6 und die Buchsen B5 kraftschlüssig mit dem rotierbaren Maschinenelement A1 (Welle) verbunden sind, führt das oben genannte Drehmoment zu einem Drehmoment zwischen der Masse-Ring-Einheit B1 2 und dem rotierbaren Maschinenelement A1 .

Mit Hilfe eines Gleichstromes, der durch den Leistungsverstärker A5 in den Spulenwindungen B1 eingestellt wird und der den Strömen, die dem Aus- gangssignal des Multiplizierers A9 proportional sind, überlagert ist, wird die Masse-Ring-Einheit B1 2 unabhängig von der Drehzahl des rotierbaren Maschinenelementes A1 , d. h. der Welle, gegenüber dem rotierbaren Maschinenelement A1 in eine synchrone, gebundene Rotation überführt. Die dem Ausgangssignal des Multiplizierers A9 proportionalen Ströme des Leistungsverstärkers A5 führen unabhängig von der Drehzahl des rotierbaren Maschinenelementes A1 zu einer Winkelauslenkung der Masse-Ring-Einheit B1 2 gegenüber dem rotierbaren Maschinenelement A1 aus der Relativ- Kongruenten-Lage beider zueinander heraus, die Winkelbeschleunigungskräfte zwischen Masse-Ring-Einheit B1 2 und rotierbaren Maschinenelemente A1 zur Folge hat. Die Regelungseinheit A7 stellt sicher, dass die Ströme des Leistungsverstärkers A5 zu jedem Zeitpunkt so eingestellt werden, dass diese Win- kelbeschleunigungskräfte so gerichtet sind, dass sie den durch die Drehfre- quenzerfassungseinheit A2 aufgenommenen Drehzahlveränderungen entgegenwirken. Stördrehschwingungen des rotierbaren Maschinenelementes A1 werden auf diese Weise unabhängig ihrer Frequenz und unabhängig von der mittleren Drehzahl des rotierbaren Maschinenelementes A1 elektromechanisch bedämpft. Die elektrischen Energiebeträge, die in den Phasen des Entgegenwirkens der Winkelbeschleunigungskräfte gegen unerwünschte Drehzahlveränderungen des rotierbaren Maschinenelementes A1 entstehen und der elektro- mechanischen Dämpfung proportional sind, werden vom Leistungsverstärker A5 in Form thermischer Energie in die Umgebung ausgetragen.