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24.03.2016 | Motormanagement + Motorsteuerung | Nachricht | Onlineartikel

Saarbrücker Forscher machen Motor selbst zum Sensor

Autor:
Angelina Hofacker

Motoren, die ohne Sensoren selbst wissen, ob sie noch rundlaufen, die sich effizient ansteuern lassen und sich mit anderen Antrieben abstimmen, daran forscht die Universität des Saarlandes.

"Wir entwickeln eine wichtige neue Sensorkategorie: den Motor selbst", sagt Professor Dr. Matthias Nienhaus vom Lehrstuhl für Antriebstechnik der Universität des Saarlandes. Allein mit Motordaten, die während des normalen Betriebs anfallen, will Nienhaus gemeinsam mit seinem Team berechnen, was sonst die Sensoren messen. Zudem wollen die Forscher dem Antrieb beibringen, dieses Wissen zu nutzen. Mit Projektpartnern erforschen und testen sie dafür derzeit verschiedene Verfahren. Ziel ist, die Produktion kostengünstiger und flexibler zu machen, und Maschinen permanent auf Störungen oder Verschleiß hin zu überwachen.

Motor selbst wird zum Sensor

Der Ansatz der Forscher: Sie bedienen sich der Messdaten, die im normalen Betrieb sowieso anfallen. "Wir erforschen, wie wir aus dem Motor elegant Daten herausziehen, die wir für die Ansteuerung und Prozessüberwachung nutzen. Hierzu entwickeln wir mit Partnern auch das Design von Kleinantrieben weiter und bauen Motoren so, dass sie uns möglichst viele Informationen liefern", erklärt Nienhaus. Weil keine weiteren Sensoren eingebaut werden müssen, sei das Verfahren sehr kostengünstig.

Wie ein Arzt aus Blutwerten Rückschlüsse auf den Gesundheitszustand eines Patienten ziehe, wollen Nienhaus und sein Team aus den Motordaten lesen, wie es um den Motor steht. "Wir ermitteln hierzu, welcher Motorzustand mit welchen Messwerten zusammenhängt, welcher Messwert sich wie verändert, wenn nicht mehr alles rund läuft", erläutert er. Gerade auch die Signale des normalen Betriebs seien für die Forscher aufschlussreich. Desto mehr Daten über den Motor bekannt seien, umso effizienter könne dieser angesteuert werden.

Sensibilisierte Motoren agieren im Verbund

Wie die Forscher berichten, identifizieren sie aus der Datenmasse die Signalmuster, die hierfür aussagekräftig sind, oder bei bestimmten Veränderungen auftreten, etwa bei Fehlern oder Verschleiß. Für die verschiedenen Zustände des Motors wie auch Fehler- und Verschleißgrade entwickeln sie mathematische Modelle. Mit diesen Ergebnissen bestücken sie einen Microcontroller, in dem die Daten ausgewertet werden. Verändern sich die Signale, könne der Controller sie einer bestimmten Fehlfunktion zuordnen und dann auch entsprechend reagieren. Über ein Netzbetriebssystem sollen die so sensibilisierten Motoren auch zusammen im Verbund agieren können, was neue Möglichkeiten für Wartung, Qualitätssicherung und Produktion eröffne. Denkbar wäre den Forschern zufolge etwa, dass ein anderer Motor automatisch übernimmt, wenn einer ausfällt.

Um die Daten aus dem Motor zu lesen, betrachten Nienhaus und sein Team, wie genau im Motor die Stärke des magnetischen Felds verteilt ist. Fließe etwa bei einem Kleinantrieb Strom durch die Spulen, die um sich drehende Permanentmagneten angeordnet sind, werde ein spezifisches elektromagnetisches Feld erzeugt. Die Forscher erfassen, wie sich dieses magnetische Feld verändert, wenn der Motor sich dreht. Anhand dieser Daten können sie laut eigenen Angaben sowohl die Lage des Rotors berechnen, als auch weitere Schlüsse ziehen, mit denen der Motor sehr effizient angesteuert oder Fehler erkannt werden können.

Projekt Moses

Im Rahmen des Projekts "Modulare Sensorsysteme für Echtzeit-Prozesssteuerung und smarte Zustandsbewertung" (Moses), an dem unter anderem Firmen wie Bosch, Festo, Sensitec, Pollmeier, Canway sowie Lenord, Bauer & Co. beteiligt sind, testen die Forscher der Saar-Uni derzeit verschiedene Verfahren daraufhin, welche sich am besten eignen, um Daten aus dem Motor zu gewinnen. Hierbei wollen die Forscher auch ermitteln, welcher Drehzahlbereich die besten Daten liefert oder welcher Motor sich am besten eignet. Das Projekt wird vom Bundesforschungsministerium gefördert.

Auf der Hannover Messe werden die Forscher ihre Arbeiten vom 25. bis 29. April am saarländischen Forschungsstand vorstellen.

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Handbuch Verbrennungsmotor

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