Sen­sor­lo­ses Verfahren

Mit dem neu­ar­ti­gen Ver­fah­ren der Antriebs­tech­ni­ker der Uni­ver­si­tät des Saar­lan­des kön­nen Ven­ti­le Flüs­sig­kei­ten wie ein Was­ser­hahn dosie­ren und Tür­rie­gel sanft und geräusch­los schlie­ßen. 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. Um den Bol­zen in belie­bi­ger Stel­lung zu hal­ten, kom­men Pro­fes­sor Mat­thi­as Nien­haus und sein Team ohne sepa­ra­te Lage­sen­so­ren aus: Nur indem sie den Strom aus­wer­ten, der durch die Spu­le fließt, erken­nen sie die Lage des Bol­zens und kön­nen die­sen blitz­schnell ansteuern.
Heu­te gän­gi­ge Ven­ti­le oder Schließ­vor­rich­tun­gen, die elek­tro­ma­gne­tisch gesteu­ert wer­den, schal­ten zwar schnell, sie ken­nen aber meist nur die Zustän­de „Auf“ und „Zu“. Wird etwa bei einem sol­chen 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 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 „soft“ am Anschlag, als auch prä­zi­se und frei in jeder gewünsch­ten Stel­lung: Also nicht nur bei „Auf“ und „Zu“, son­dern auch bei allem dazwi­schen – ähn­lich wie bei einem Was­ser­hahn, mal mehr auf, mal mehr zu.
Die For­scher benö­ti­gen hier­zu allein 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 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. „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 spie­le­risch ihre Inge­nieur­kunst und das Poten­zi­al ihrer Ent­wick­lung, indem sie eine Stahl­ku­gel so prä­zi­se und geschickt ansteu­ern, dass sie nach Wunsch auf und ab schwebt. „Damit zei­gen wir, zu wel­cher Geschwin­dig­keit und Prä­zi­si­on unse­re Tech­no­lo­gie in der Lage ist. Wir jon­glie­ren die Kugel qua­si nur mit Strom­steu­er­si­gna­len ohne sepa­ra­ten Posi­ti­ons­sen­sor“, sagt Mat­thi­as Nienhaus.
Die saar­län­di­schen Inge­nieu­re auf der Han­no­ver Mes­se: Hal­le 2, Stand B46