Verschleißfrei und günstig

Physik Journal – Magnetlager funktionieren auch ohne Sensoren.
 

Magnetlager bieten Vorteile gegenüber herkömmlichen Lagern. Da sie reibungsfrei sind, arbeiten sie energieeffizient und verschleißfrei. Lange Lebensdauern und geringer Wartungsaufwand sind die Folge. Selbst Drehzahlen jenseits von 200 000 Umdrehungen pro Minute bereiten kein Problem. Besonders attraktiv sind Magnetlager wegen des fehlenden Schmiermittels für Vakuumpumpen, wo austretendes Öl die Umgebung – z. B. einen Reinraum – kontaminieren würde.

Abb.: Beim Siemens-Demonstrator hält ein Elektromagnet eine Metallkugel in der Schwebe. (Bild: Siemens)

Das Prinzip ist einfach: Elektromagneten, die von einer Regelelektronik gesteuert werden, müssen das Lager einer Welle in der Schwebe halten. Dafür ist eine Regelung in Echtzeit erforderlich. In heutigen Magnetlagern registrieren daher Positionssensoren die Lage der Welle. Sie brauchen Platz und sind recht teuer, weshalb Magnetlager bisher nur Nischenprodukte sind.
 

Wissenschaftler von Siemens und der TU Wien haben einen Demonstrator entwickelt, der ohne Sensoren auskommt. In ihm halten Magnete eine 6 cm große Metallkugel in der Schwebe. Aus Symmetriegründen ist bei ihr nur ein Freiheitsgrad zu kontrollieren. Den Elektromagneten steuern die Forscher über einen Pulsweitenmodulator bei einer Frequenz von 1 kHz. Der Abstand zwischen Kugel und Magnetpolen beeinflusst das Magnetfeld und damit die Induktivität. Dieser Zusammenhang lässt sich nutzen, um durch Änderungen der Stromstärke den Luftspalt konstant zu halten. Hierfür tasten die Forscher die hochfrequenten Anteile des Stromsignals ab und ermitteln über einen neu entwickelten Algorithmus die erforderlichen Korrekturen für das Stromsignal des Pulsweitenmodulators. Das Verfahren ist großserientauglich und kostenoptimiert.

Michael Vogel

Quelle: Physik Journal, Januar 2010, S. 16
 

 AH