Häufig benötigt man in Elektromotoren eigens eingebaute Sensoren, um laufend die Position des Magnet-Rotors im Inneren des Motors zu messen. An der TU Wien wurde eine Elektromotor-Antriebsregelung entwickelt, die ganz ohne solche Sensoren auskommt. Diese Technologie wird von Firmenpartnern bereits eingesetzt, laufend wird sie weiter verbessert. Die neue Generation von Elektromotoren der TU Wien ist sehr leise und erreicht ein optimales Drehmoment im gesamten Drehzahlbereich. Die Motoren sind nicht nur effizienter, der Verzicht auf fehleranfällige Sensorik macht sie auch deutlich ausfallssicherer.

Auf den richtigen Takt kommt es an
Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von kleinen Haushaltsgeräten bis hin zu großen Eisenbahnen: Drehstrom-Synchronmaschinen sind ein Motorentyp, der heute in ganz unterschiedlichen Größen gerne eingesetzt wird. Auf dem Rotor im Inneren des Motors befinden sich Permanentmagnete, außen sind Elektromagnete angeordnet die im richtigen Takt, passend zur Rotationsgeschwindigkeit immer wieder umgepolt werden müssen. „Wenn dieser Takt nicht genau stimmt, dann ruckelt der Motor und man vergeudet Energie“, erklärt Prof. Manfred Schrödl von der TU Wien.

Normalerweise messen Sensoren die Position des Magneten, geben die Daten an die Steuerungselektronik weiter, die dann die Elektromagnete kontrolliert. „Solche Sensoren bringen aber immer wieder dieselben Probleme mit sich“, erklärt Manfred Schrödl. „Die Sensortechnik verursacht Kosten, benötigt Platz und ist immer besonders ausfallkritisch.“ Dünne Drähte und feine Lötstellen bei den Sensoren gehen leicht kaputt und sind für viele Motorenausfälle verantwortlich.

Ultrakurze Testpulse
Das Synchronmaschinen-System, das an der TU Wien entwickelt wurde, geht einen ganz anderen Weg: „Wir verwenden die Kabel, die wir ohnehin immer haben: Die Stromzufuhr zum Elektromagneten“, sagt Manfred Schrödl. Kurze elektrische Testimpulse werden durch die Leitungen geschickt, und aus der elektrischen Reaktion darauf lässt sich die aktuelle Stellung des Rotors ableiten.

Die elektrischen Pulse, die dafür nötig sind, dauern nur einige Millionstelsekunden. Eine klug angelegte Elektronik stellt sich auf die Drehzahl des Motors ein und steuert die Elektromagnete. Bei niedriger Drehzahl, beim Hochfahren des Motors, muss die genaue Position sehr oft gemessen werden. Läuft der Motor auf vollen Touren, ist es einfacher, genug Information über die Bewegung zu erhalten.
 
Wirtschaftliche Erfolge
Die neue Technik wird nun bereits mit großem Erfolg in verschiedenen Industrie- und Medizinapplikationen eingesetzt. Laufend werden weitere Anwendungsgebiete für die sensorlose Antriebstechnik erschlossen, wobei die TU Wien im Entwicklungsprozess gerne die Anwender unterstützt. Nach wie vor wird die Technologie an der TU Wien weiterentwickelt. So gelang es nun, die Motoren deutlich leiser zu machen. Sendet man nämlich elektrische Pulse in den Motor kann das zu hörbaren Schwingungen führen. Nun wurden diese Pulse allerdings so angepasst, dass die Schwingungen nur noch in einem unhörbaren Frequenzbereich auftreten. „Gerade für geräuschsensible Anwendungen, etwa bei Lüftungen oder bei Elektroautos, bringt unsere Neuentwicklung große Vorteile“, meint Prof. Schrödl.


Weitere Neuerungen, die von der TU Wien auf der SPS IPC Drives (Nürnberg, 25.-27.11.2014) in Halle1, auf Stand 251 vorgestellt werden:

Ein praxiserprobtes Tool zur Beherrschung von Schwingungen in Antriebssträngen - Hardware und Methodik für die automatisierte Modellierung und Analyse sowie Online-Überwachung und Unterdrückung von Schwingungen in rotierenden Antrieben. Zu sehen ist erstmals ein hochdynamischer Prüfstand der TU Wien für die Vermessung der nichtlinearen Eigenschaften von Elastomerkupplungen.

Der ebenfalls bereits einsatzerprobte Automation Service Bus® (ASB) der TU Wien sorgt für Effizienz im parallelen Engineering von flexiblen industriellen Anlagen und Produkten. Er schließt bei Nutzung von uneinheitlichen Software-Werkzeugen die Lücken zwischen unterschiedlichen Fachbereichen. Mit einem speziellen Modul des ASB können Engineering-Ergebnisse nun erstmals auch während der Betriebsphase von Anlagen und Geräten integriert zur Verfügung gestellt werden, was eine unabdingbare Voraussetzung für die Industrie 4.0 darstellt.

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Rückfragehinweise:
Über wissenschaftliche Aspekte:
Prof. Manfred Schrödl
Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe
Technische Universität Wien
T: +43-1-58801-370212
manfred.schroedl@tuwien.ac.at

Zum TU-Auftritt bei der Messe SPS:
Dipl.-Ing. Peter Heimerl
Forschungsmarketing
Technische Universität Wien
Karlsplatz 13, 1040 Wien
T: +43-664-605883320
forschungsmarketing@tuwien.ac.at

Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T: +43-1-58801-41027
florian.aigner@tuwien.ac.at