Prof. Dr.-Ing. Theo Kiesel

Die Rotordynamik ist ein vergleichsweise junges Spezialgebiet der Technischen Mechanik, in der auch heute noch Grundlagenerkenntnisse gewonnen werden. Wie bei nahezu allen Ingenieurswissenschaften hängt die Anwendbarkeit auf industrielle Maschinen oder Anlagen von der Verfügbarkeit geeigneter Berechnungsmethoden ab. Das Aufkommen der Methode der Finiten Elemente hat daher auch in der Rotordynamik für einen gewaltigen Entwicklungsschub gesorgt. Kritische Stimmen merken jedoch an, dass die Rotordynamik hier der allgemeinen Entwicklung hinterherhinkt. So ist der Einsatz von finiten 3D-Volumenelementen zur Lösung von Dynamik-Problemen heute nicht mehr wegzudenken, wohingegen in der Rotordynamik fast ausschließlich finite Balkenelemente verwendet werden. Auf den ersten Blick erscheint es naheliegend, eine rotierende Welle gedanklich in einzelne Abschnitte zu zerlegen, die sich dann durch axialsymmetrische Balkenelemente abbilden lassen. Die Vorgehensweise ist intuitiv und führt zu einem Modell, das mit vergleichsweise geringem numerischen Aufwand lösbar ist. Allerdings erreicht dieser Ansatz bei komplexer Rotorgeometrie sehr schnell seine Grenzen, da das Balken-Ersatzmodell manuell aufgebaut werden muss, und nicht wie sonst üblich aus dem CAD-Modell abgeleitet werden kann. Hinzu kommt, dass Balkenmodelle nur schwer in der Lage sind, asymmetrische Rotoren zu berücksichtigen, und mathematisch gänzlich versagen, wenn sowohl der Stator als auch der Rotor nichtlineares Verhalten aufweisen. Als Alternative bietet sich der Einsatz eines finiten 3D Volumenmodells an, was jedoch besondere Anforderungen an die Elementformulierungen stellt. Im Rahmen eines Promotionsvorhabens soll dies anhand eineskomplexen Rotorsystems aus der industriellen Praxis untersucht werden.