Wo sich etwas bewegen oder drehen soll, verringern so genannte Lager die Reibung – wie beim Auto zwischen Rad und Achse. Ein neuartiges Magnetlager, das nicht nur ganz ohne Reibung auskommt, sondern intelligent und selbstständig Störungen abschätzt und ausgleicht, haben Saarbrücker Forscher um Professor Joachim Rudolph entwickelt. Mit einer schwebenden Metallplatte, die einen Tischtennisball jongliert, zeigen sie ihr Know-how vom 8. bis 12. April auf der Hannover Messe. Die Ingenieure suchen am saarländischen Forschungsstand Kontakt zu Partnern aus Unternehmen und Industrie, für die sie maßgeschneiderte Magnetlager-Lösungen entwickeln können. (Halle 2, Stand C 40).
Kugellager ohne Kugeln? Das ist möglich: Magnetlager heißt die Alternative, die komplett ohne Reibung und Wartung auskommt. Damit ist diese Methode klar im Vorteil, denn herkömmliche Lager verringern die Reibung nur und müssen zeitaufwändig Instand gehalten werden. An intelligenten Magnetlagern, die Lagerungen aller Art ersetzen können, arbeiten an der Saar-Uni Ingenieure im Team von Professor Joachim Rudolph. Die Technologie findet sogar in Präzisionswerkzeugen Anwendung: Hier macht die freie Lagerung zum Beispiel passgenaues Bohren von Speziallöchern möglich – etwa in einer vorher festgelegten Ellipsenform.
Kein rundes, aber umso intelligenteres Beispiel für ein Magnetlager zeigen die Regelungstechniker auf der Hannover Messe: eine schwebende Metallplatte, der sie Ballgefühl verliehen haben. Sie lässt einen Tischtennisball hüpfen. Einen solchen lässig auf einem Schläger auftippen zu lassen, erfordert auch beim Menschen einiges an Geschick. Der geübte Spieler lässt den Ball immer halbwegs gleich hoch fliegen, er hat das richtige Timing und gleicht Fehlhopser aus. Bei ihm gelingt das Zusammenspiel von Auftippen und der leichten Aufwärtsbewegung des Schlägers, die dem Ball wieder Schwung verleiht. Dieses Ballgefühl zu entwickeln, ist schon für den Menschen kein ganz leichtes Unterfangen.
Metallplatte mit Ballgefühl
Die rund fünf Kilogramm schwere Metallplatte, die Professor Rudolph und Lothar Kiltz in Hannover zeigen, wird von vier Elektromagneten frei beweglich in der Schwebe gehalten. Das macht eine reibungsfreie Bewegung möglich, ein mechanisches Lager wird ersetzt. Ihr besonderes „Talent“ zeigt die Platte, wenn sie gestört wird. Fällt etwa ein Tischtennisball auf sie, müsste sie dies normalerweise empfindlich aus dem Gleichgewicht bringen: Eigentlich müsste sie jetzt herunterfallen. Nicht so die Saarbrücker Platte. Im Gegenteil: Nicht nur, dass sie ihre Balance hält, sie kommt dem Ball sogar beim nächsten Mal im richtigen Moment entgegen und versetzt ihm einen passenden Stoß, damit er weiterhin gleichmäßig springt.
Was beim Menschen, der den Tischtennisball balanciert, vom Gehirn gesteuert wird, übernimmt bei der schwebenden Metallplatte eine Steuerungseinheit. Das besondere Know-how des neuen Verfahrens liegt in der Koordination. Es genügt dem System, die Position der Platte und die Ströme in den Magnetspulen zu messen, um den Aufprall des Balls zu erkennen. Weitere Sensoren sind nicht erforderlich, was zusätzliche Fehlerquellen ausschließt. Neue hochleistungsfähige Algorithmen berechnen innerhalb weniger Mikrosekunden, wie die Elektromagneten die Stöße abfangen können. Gleichzeitig leitet das System anhand der wenigen gemessenen Signale ab, was als nächstes passiert – es schätzt, wann der nächste Aufprall erfolgt und berechnet, wie diesem zu begegnen ist. Schon bevor der Ball wieder auftippt, weist es die Elektromagnete vorausschauend und genau an, wie sie zu reagieren haben: Die Platte ist bereit, ihm im rechten Augenblick einen angemessenen Stoß zu versetzen.
Was auf den ersten Blick spielerisch wirkt, demonstriert handfeste Ingenieurleistung: Die Saarbrücker Regelungstechniker um Joachim Rudolph entwickeln modellbasierte Algorithmen für ultraschnelle Präzisionsregelung. Dabei können sie auch „schlechte“ Signale so verarbeiten, dass sie für ein Regelungssystem verwendet werden können. Ihre Regelung erkennt Störungen und Fehler im System schnell und berücksichtigt sie, indem sie Fehlerdaten herausrechnet.
(Universität des Saarlandes, 27.03.2013 – KBE)
