Universität des Saarlandes Sensorlos und trotzdem präzise

Das sensorlosen Verfahren steuert eine Stahlkugel so präzise und geschickt an, dass diese frei auf und ab schwebt.
Das sensorlosen Verfahren steuert eine Stahlkugel so präzise und geschickt an, dass diese frei auf und ab schwebt.

Allein am Strom erkennen, wo sich ein elektromagnetisch gesteuerter Bolzen befindet und ihn dann ansteuern – ein Team der Uni Saarland macht es möglich.

Heute gängige Ventile oder Schließvorrichtungen, die elektromagnetisch gesteuert werden, schalten zwar schnell, sie kennen aber meist nur die Zustände »Auf« und »Zu«. Soll das Bauteil mehr können – das Ventil etwa eine Zwischenstellung halten oder ein Verschluss sanft anschlagen – so ist dies bislang ein teures Unterfangen: Zusätzliche Sensoren und eine komplexe Regelungstechnik kommen zum Einsatz.

Ganz ohne weitere Sensoren kommt das neue Verfahren aus, das der Antriebstechniker Professor Matthias Nienhaus und sein Team von der Universität des Saarlandes entwickelt haben. Mit diesem landet der Bolzen sowohl sanft am Anschlag, als auch präzise und frei in jeder gewünschten Stellung.

Alles, was die Forscher hierfür benötigen, ist ein magnetisch leitfähiger Metallbolzen, der sich in einer Spule aus gewickeltem Kupferdraht hin und her bewegt, und ihre zum Patent angemeldete sensorlose Ansteuerung. Die Forscher nutzen die Informationen, die der Strom liefert, mit dem der Bolzen angesteuert wird. Genauer gesagt werten sie den zeitlichen Stromverlauf in der Wicklung aus, denn dieser schwankt, abhängig von der Position des Bolzens. »Dadurch wissen wir zu jeder Zeit exakt, wo der Bolzen steht. Diese Lageerkennung ermöglicht uns zugleich, den Bolzen effektiv anzusteuern«, erklärt Matthias Nienhaus.

Die Signale, die die Forscher hierbei zunächst erhalten, sind für sich gesehen noch alles andere als aussagekräftig: Sie sind erheblich verrauscht. »Wir glätten diese Signale mithilfe eines neu entwickelten, integrierenden Verfahrens, das wir zum Patent angemeldet haben«, erklärt Nienhaus. Die Antriebstechniker filtern mithilfe der neuartigen Methode die eigentlichen Messsignale sauber heraus. Aus den Ergebnissen können die Forscher präzise rückschließen, wo der Bolzen gerade in der Wicklung steht.

Auf der Hannover Messe am saarländischen Forschungsstand (Halle 2, Stand B 46) zeigen die Ingenieure das Potenzial ihres sensorlosen Verfahrens, indem sie eine Stahlkugel frei schweben lassen.