Magnetlager mit neuartiger Sensortechnik.
TU Wien
Schwebende Rotoren, beispielsweise im Elektromotor, sparen Energie. Eine Erfindung der TU Wien ermöglicht nun die sensorlose Steuerung von Magnetlagern.
Bei vielen rotierenden Maschinen werden Magnetlager verwendet, die den Rotor schweben lassen, sodass er reibungsfrei und ohne direkte Berührung festgehalten wird. Allerdings gilt es dann mit elektronischer Regelungstechnik dafür Sorge zu tragen, dass der Rotor auch bei hohen Drehzahlen dort bleibt wo er sein soll und nicht mit dem umgebenden Gehäuse kollidiert. Durch eine Erfindung der Technischen Universität Wien lässt sich die nötige Information nun ohne zusätzliche Sensoren elektrisch auslesen. Auf der Hannover Messe wird der neuartige Lagertyp erstmals öffentlich vorgestellt.
"Es gibt viele Arten von rotierenden Wellen, bei denen ein berührungsfreies Lager besonders wichtig ist", betont Professor Manfred Schrödl vom Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe der TU Wien. Beispielsweise seien Flywheels dafür gedacht, Rotationsenergie viele Stunden lang zu speichern und sie dann nach Bedarf in elektrische Energie umzuwandeln. Das sei aber nur sinnvoll, wenn die Reibungsverluste minimal seien. Auch bei Vakuumpumpen sollte jede Reibung, die Abrieb verursachen könnte, unbedingt vermieden werden, und bei Antriebswellen, die eine besonders hohe Drehzahl erreichen müssten, führe an Magnetlagern oft ebenfalls kein Weg vorbei.
Schwebend gelagerte Rotoren
"Das Problem bei Magnetlagern ist allerdings, dass man die Position des Rotors elektronisch fixieren muss", erklärt Manfred Schrödl. "Würde man den schwebend gelagerten Rotor einfach nur rotieren lassen, würde er rasch in eine Richtung driften, mit dem Lager kollidieren und die Maschine zerstören." Daher werde mit speziellen Sensoren ständig die Position des Rotors gemessen und mit Elektromagneten dagegen gesteuert, sodass er trotz seiner rasenden Rotationsbewegung immer am selben Ort bleibe.
Der Elektromagnet als Sensor
Doch diese Sensorik ist teuer und niemals völlig ausfallssicher, betonen die Wiener Wissenschaftler. Daher haben die Experten an der TU Wien diesbezüglich einen ganz anderen Weg eingeschlagen: "Die Elektromagneten, die man zum Nachjustieren der Rotor-Position verwendet, nutzen wir gleichzeitig auch als Sensoren", erläutert Schrödl. "Durch das Magnetfeld sind der Rotor und die elektromagnetische Spule miteinander gekoppelt. Wenn man die zeitliche Veränderung des Stroms misst, der in der Spule auftritt, kann man daraus die Position des Rotors ganz genau berechnen."
Die mathematische Methode dafür entwickelte Manfred Schrödl mit seinem Team. Die Idee wurde patentiert, nun steht ein funktionsfähiger Prototyp zur Verfügung. "Die Technik ist ausgereift, nun suchen wir nach Industriepartnern, die davon profitieren möchten", verrät Schrödl.
Auf der Hannover Messe wird das Magnetlager der TU Wien erstmals öffentlich präsentiert. Darüber hinaus stellt das Team von Manfred Schrödl auch noch eine sensorlose Drehzahlregelungs-Methode für Elektromotoren vor.