Sensorloses Verfahren Ventile sensibel ohne separate Sensoren steuern

Forscher der Universität des Saarlandes haben ein neues Verfahren entwickelt, wie elektromagnetisch gesteuerte Ventile und Schließvorrichtungen ganz ohne Sensoren sanft und präzise bewegt werden können. Die Forscher demonstrieren ihr Verfahren anhand einer schwebenden Kugel auf der Hannover Messe.

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Elektromagnetisch gesteuerte Ventile und Schließvorrichtungen schalten schnell, kennen aber meist nur die Zustände „Auf“ und „Zu“. Wird bei einem so gesteuerten Türschloss der Strom eingeschaltet, stößt der Riegel mit Wucht an den Anschlag. Beim Ausschalten zieht ihn eine Feder wieder zurück. Soll das Bauteil mehr können – das Ventil etwa eine Zwischenstellung halten oder ein Verschluss sanft anschlagen – so benötigt es zusätzliche Sensoren und eine komplexe Regelungstechnik.

Strom liefert die notwendigen Informationen

Ohne weitere Sensoren kommt das neue Verfahren aus, das der Antriebstechniker Prof. Matthias Nienhaus und sein Team von der Universität des Saarlandes entwickelt haben. Mit diesem landet der Bolzen sowohl sanft am Anschlag, als auch in jeder gewünschten Stellung dazwischen – ähnlich wie bei einem Wasserhahn, mal mehr auf, mal mehr zu.

Die Forscher benötigen dazu die Informationen, die der Strom selbst liefert, mit dem der Bolzen angesteuert wird. „Wir nutzen den zeitlichen Stromverlauf in der Wicklung, das heißt: Wir schauen uns Schwankungen über einen bestimmten Zeitraum an und werten diese aus. Die Stromschwankungen verändern sich abhängig von der Position des Bolzens. Dadurch wissen wir zu jeder Zeit exakt, wo der Bolzen steht. Diese Lageerkennung ermöglicht uns, den Bolzen effektiv anzusteuern“, erklärt Matthias Nienhaus.

Schwebende Kugel auf der Hannover Messe

Die Signale, die die Forscher zunächst erhalten, sind für sich gesehen noch nicht 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. „Man kann es in etwa damit vergleichen, als würde man bei einer Autofahrt, bei der der Wagen mal schnell, mal langsam fährt, ständig die mittlere Geschwindigkeit berechnen“, verdeutlicht Nienhaus. Aus den Ergebnissen können die Forscher präzise rückschließen, wo der Bolzen gerade in der Wicklung steht. „Es entsteht ein praktisch unverrauschtes Messsignal. Und dieses können wir nutzen, um den Bolzen zu positionieren, sogar noch ein Stück außerhalb der Spule“, erläutert er.

Was sie unter „sauberer Ansteuerung“ verstehen, zeigen die Saarbrücker Antriebstechniker auf der Hannover Messe: Sie demonstrieren ihre Ingenieurkunst, indem sie eine Stahlkugel präzise und geschickt ansteuern, sodass sie nach Wunsch auf und ab schwebt. „Wir jonglieren die Kugel quasi nur mit Stromsteuersignalen ohne separaten Positionssensor“, sagt Matthias Nienhaus.

Hannover Messe 2018: Halle 2, Stand B 46

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