Die franz\u00f6sische Kommission f\u00fcr alternative Energien und Atomenergie (CEA) verwendet eine elektrische Drehdurchf\u00fchrung (Schleifring), die von Servotecnica speziell f\u00fcr den Einsatz in kryogenen Turbulenztests im Rahmen des SHREK-Experiments (Superfluid high REynolds von K\u00e1rm\u00e1n) entwickelt wurde. Der Schleifring von Servotecnica musste die Signale der Drehmomentmessger\u00e4te so \u00fcbertragen, dass das Reibungsmoment der B\u00fcrsten auf den Ringen die Messungen nicht beeintr\u00e4chtigte.<\/p>\n\n
CEA is a key player in research, development and innovation across four principal areas: defence and security; low carbon energies (nuclear and renewable energies); technological research for industry; and fundamental research in physical and life sciences. Drawing on its expertise, CEA actively participates in collaborative projects with a large number of academic and industrial partners. The organisation has nine facilities spread throughout France, where it works in partnership with many other research bodies, local authorities and universities.<\/p>\n\n
Einer der aktuellen Forschungsschwerpunkte des CEA ist die Turbulenz, ein f\u00fcr die Praxis sehr wichtiges Ph\u00e4nomen. Sehr unterschiedliche Probleme haben ihren Ursprung in der Turbulenz; eine Vielfalt, die auf ein mangelndes Verst\u00e4ndnis auf globaler Ebene zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Im Vergleich dazu reichen Druck, Temperatur und Dichte aus, um den Ruhezustand eines Gases zu beschreiben, trotz der un\u00fcberschaubaren Komplexit\u00e4t molekularer Zusammenst\u00f6\u00dfe. Eine einfache Hypothese wie das molekulare Chaos gibt es in der Turbulenz jedoch nicht. Stattdessen sind vollst\u00e4ndige Geschwindigkeitsfeldberechnungen erforderlich. K\u00f6nnten solche Berechnungen vermieden und durch Zufallsstichproben mit all diesen Korrelationen ersetzt werden, w\u00e4re die Zeitersparnis enorm, ein potenzieller Vorteil, der das CEA dazu veranlasste, diese Forschungsarbeiten in Angriff zu nehmen.<\/p>\n\n
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In der Abteilung f\u00fcr niedrige Temperaturen (SBT) des CEA wurden spezielle Apparaturen gebaut, um Turbulenzen von der Umgebungstemperatur bis zu Temperaturen von 1,6 K (in fl\u00fcssigem Helium) zu untersuchen. Die von-K\u00e1rm\u00e1n-Str\u00f6mung wird in einer zylindrischen Zelle mit einer H\u00f6he von 1,16 m und einem Durchmesser von 0,78 m erzeugt. Die Str\u00f6mung wird durch zwei beschaufelte Scheiben mit einem Durchmesser von je 0,72 m erzeugt. Ein kaltes Drehmomentmessger\u00e4t wird so nah wie m\u00f6glich an das Laufrad herangef\u00fchrt, um genaue Drehmomentmessungen zu erhalten.<\/p>\n\n
Das SHREK-Experiment erfordert pr\u00e4zise und komplexe Messger\u00e4te, die in der Regel nicht als Standardl\u00f6sungen erh\u00e4ltlich sind. Daher sind ma\u00dfgeschneiderte Systeme erforderlich. Ein Beispiel daf\u00fcr ist das bereits erw\u00e4hnte kalte Drehmomentmessger\u00e4t, bei dem es sich im Wesentlichen um ein industrielles Drehmomentmessger\u00e4t handelt, das f\u00fcr den Betrieb bei den f\u00fcr kryogene Experimente erforderlichen au\u00dfergew\u00f6hnlich niedrigen Temperaturen modifiziert wurde.<\/p>\n\n
Es war wichtig, dass die sehr niedrigen Messwerte des kalten Drehmomentmessger\u00e4ts nicht durch das Drehmoment von kinematischen Bauteilen wie Lagern oder Getrieben beeinflusst wurden. Aus diesem Grund entwickelte SBT ein eigenes Kaltmomentmessger\u00e4t mit mechanischen und elektrischen Komponenten, die f\u00fcr den Betrieb bei niedrigen Temperaturen optimiert sind. Zu diesen Bauteilen geh\u00f6rt der spezielle Schleifring, \u00fcber den die Signale des Drehmomentmessers ohne Einfluss der Ringb\u00fcrstenreibung \u00fcbertragen werden m\u00fcssen.<\/p>\n\n
Servotecnica machte sich daran, einen ma\u00dfgeschneiderten rahmenlosen Schleifring zu spezifizieren, der nur die 12 ABS-Ringe, die Welle und die B\u00fcrstenhalter umfasste; das Lager wurde weggelassen, da sein Fettschmiermittel den niedrigen Temperaturen nicht standhalten w\u00fcrde (eine alternative L\u00f6sung wurde implementiert). Dar\u00fcber hinaus wurden die Schleifringdr\u00e4hte mit Teflon isoliert. Diese kosteng\u00fcnstige L\u00f6sung erm\u00f6glichte eine schnelle und einfache Integration in den SHREK-Versuchsapparat.<\/p>\n\n
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Was die Leistung des Schleifrings betrifft, so zeigten die ersten Tests bei 4,2 K (-269 \u00b0C) einen normalen Betrieb f\u00fcr eine Stunde bei einer maximalen Drehzahl von 90 U\/min. Wichtig ist, dass kein sichtbarer Materialverschlei\u00df beobachtet wurde.<\/p>\n\n
Die Wahl des Kontaktmaterials ist von grundlegender Bedeutung f\u00fcr die Leistung eines Schleifrings. Eine geeignete Verschlei\u00dffestigkeit ist von entscheidender Bedeutung, vor allem unter kryogenen Bedingungen. Eine sich verschlechternde Kontaktfl\u00e4che k\u00f6nnte die \u00dcbertragung von Drehmomentsignalen w\u00e4hrend der Tests bei SBT beeintr\u00e4chtigen. Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnte ein vorzeitiger Verschlei\u00df zu einer m\u00f6glichen Besch\u00e4digung des Systems f\u00fchren, was sich im Falle der f\u00fcr das SHREK-Experiment entwickelten ma\u00dfgeschneiderten Vorrichtung als \u00e4u\u00dferst kostspielig erweisen w\u00fcrde. In einer weiteren Materialfrage wurde festgestellt, dass die besten Ergebnisse mit vergoldeten Oberfl\u00e4chen erzielt w\u00fcrden, um einen niedrigen Kontaktwiderstand und geringe Ger\u00e4uschentwicklung zu erreichen.<\/p>\n\n
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Die Betriebsbedingungen waren ein weiterer wichtiger Aspekt f\u00fcr die Ingenieure von Servotecnica. Das Vorhandensein solch niedriger Temperaturen trug dazu bei, Probleme zu erkennen, wie z. B. die Unf\u00e4higkeit von Standard-Lagerfett, wie erforderlich zu funktionieren. Ein weiterer Faktor war die Ausrichtung, d. h. ob der Schleifring w\u00e4hrend des Betriebs vertikal oder horizontal montiert werden sollte (die SHREK-Versuchsvorrichtung erforderte einen vertikalen Schleifring). Je nachdem, in welcher Ebene der Schleifring montiert wird, sind besondere mechanische Vorkehrungen zu treffen, die typischerweise Komponenten wie Geh\u00e4use und Lager betreffen.<\/p>\n\n
Trotz der technischen Herausforderungen, die mit der Lieferung eines Schleifrings f\u00fcr diese anspruchsvolle Anwendung verbunden sind, beschreibt Servotecnica seine L\u00f6sung als relativ einfach. Dadurch konnte der Schleifring innerhalb einer kurzen Vorlaufzeit an den Kunden geliefert werden. Dieser Faktor erwies sich als wichtig, da SBT sein kaltes Drehmomentmessger\u00e4t bereits entwickelt hatte und auf den Schleifring wartete, um mit den Tests zu beginnen.<\/p>\n\n
Nach der Installation des Schleifrings haben die Experimente zur L\u00f6sung wichtiger technologischer Herausforderungen im Zusammenhang mit Turbulenzen gef\u00fchrt, darunter Sicherheitsfragen, der Antrieb gro\u00dfer Laufr\u00e4der und die W\u00e4rmeabfuhr unter unterk\u00fchlten superfluiden Bedingungen. Dar\u00fcber hinaus wurden die gr\u00f6\u00dften Reynoldszahlen (Re), die jemals in einer von K\u00e1rm\u00e1n-Zelle erreicht wurden, sowohl unter normalen als auch unter suprafluiden Bedingungen erzielt (die Re-Zahl ist eine wichtige dimensionslose Gr\u00f6\u00dfe in der Str\u00f6mungsdynamik, die hilft, Str\u00f6mungsmuster in verschiedenen Situationen vorherzusagen). Entscheidend ist, dass die Drehmomentmessungen unter diesen Bedingungen mit denen \u00fcbereinstimmen, die in Wasserzellen mit \u00e4hnlichem Seitenverh\u00e4ltnis durchgef\u00fchrt wurden, bei denen die Re-Zahl viel kleiner ist (zwei Gr\u00f6\u00dfenordnungen kleiner als bei SHREK).<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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