Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kontaktlos, klein und kostengünstig: IPH und LZH entwickeln neues Messsystem

19.01.2015

Windkraftanlagen sollen effizienter werden, Rennwagen leichter und medizinische Geräte sicherer: Möglich machen soll all das ein neues Messsystem, das Wissenschaftler aus Hannover derzeit entwickeln. Der optische Sensor misst berührungslos das Drehmoment und die Position einer Welle. Er soll kleiner und leichter werden als bisherige Systeme und zudem deutlich günstiger, so die Forscher des Instituts für Integrierte Produktion Hannover (IPH) und des Laser Zentrums Hannover e.V. (LZH).

Vom Rolltor in der Garage bis zum höhenverstellbaren Krankenhausbett, vom Generator einer Windkraftanlage bis zum Getriebe im Fahrzeugmotor: Überall dort kommen Wellen zum Einsatz. Die Bauteile übertragen die Kraft des Motors in eine Drehbewegung oder umgekehrt die Drehung der Windrad-Flügel an einen Generator, der daraus Strom erzeugt.


Wellen wie diese stecken nicht nur in Fahrzeugmotoren, sondern auch in Windenergieanlagen, automatischen Garagentoren und medizinischen Geräten.

Foto: Ernesto Andrade / Creative Commons


Nockenwelle im Motor: Forscher aus Hannover wollen erstmals berührungslos ihre Position und ihr Drehmoment messen.

Foto: Alexander Lindquist / Creative Commons

Wie effizient Motoren und Generatoren arbeiten, lässt sich überprüfen, indem man das Drehmoment und die Position der Welle misst. Beispiel Rennwagen: Tritt der Fahrer zu stark aufs Gas, drehen die Räder durch – dann wird die Kraft des Motors nicht mehr auf die Straße übertragen, das Drehmoment ist nahe null.

Wird das Drehmoment permanent gemessen und an die Motorsteuerung übertragen, kann diese gegensteuern, die Kraft etwas drosseln und so vermeiden, dass die Räder durchdrehen. Im Motorsport nennt sich das Launch Control.

Bei Windkraftanlagen ist das Drehmoment gleich Null, wenn die Rotorblätter stillstehen und kein Strom erzeugt wird. Frischt dann der Wind auf und eine Böe versetzt die Rotorblätter plötzlich in Bewegung, steigt das Drehmoment stark – und die ruppige Bewegung kann den Motor schädigen.

Am effizientesten ist die Anlage mit einem gleichmäßigen Drehmoment. Erreichen lässt sich dies durch permanentes Messen und Regeln: Die Rotorblätter werden dann so ausgerichtet, dass der Wind optimal genutzt wird.

Systeme zur Drehmomentmessung wie Codierscheiben oder Dehnmesssensoren gibt es längst, allerdings müssen diese bisher direkt an die Welle angebaut werden und nehmen daher viel Platz im Getriebe weg. Bisherige berührungslose Messverfahren, die auf magnetischen Messprinzipien beruhen, sind dagegen sehr teuer.

Wissenschaftler des Instituts für Integrierte Produktion Hannover (IPH) und des Laser Zentrums Hannover e.V. (LZH) entwickeln jetzt ein neuartiges, optisches Messsystem, das berührungslos funktioniert und nicht an die Welle angeflanscht werden muss. Dadurch soll es sich einfach nachrüsten lassen, so die Hoffnung der Forscher. Das neue Messsystem soll eine deutlich bessere Auflösung erreichen als bisherige Systeme und zudem kleiner und leichter sein – ein Vorteil beispielsweise im Motorsport, wo jedes Gramm zählt.

Und während die Kosten für bisherige berührungslose Messsysteme im vierstelligen Bereich liegen, soll das neue System wesentlich günstiger werden. Einen genauen Preis können die Wissenschaftler aber noch nicht nennen – schließlich ist das Forschungsprojekt „IntegrAD – Integrierter optischer Absolutgeber und Drehmomentmesser“ gerade erst gestartet.

Das Prinzip ist simpel: Auf die Welle werden sogenannte Absolutmessskalen aufgebracht, indem die Stahloberfläche mit dem Laser lokal hochaufgelöst geschwärzt wird. Dadurch entstehen sehr feine Strichcodes. Im Getriebe werden Leuchtdioden und Fotodioden angebracht, die diese Strichcodes berührungslos scannen.

Wirkt ein Drehmoment auf die Welle, führt das zur Torsion – die Welle wird also in sich verdreht. Wie stark die Torsion ist, lässt sich an der Absolutmessskala ablesen. Weil die Laser-Markierung sehr hoch aufgelöst ist, lassen sich bereits kleinste Veränderungen erkennen. So kann das System Position und Drehmoment der Welle in Echtzeit erfassen und an die Motorsteuerung übertragen.

Damit das System nicht nur in der Theorie funktioniert, sondern auch praxistauglich ist, suchen die Wissenschaftler noch Industriepartner. Sie sollen Parameter und Erfahrungen aus praktischen Anwendungsfällen beisteuern, etwa Material oder Durchmesser der verwendeten Wellen.

Nicht nur Motorenhersteller oder Windrad-Betreiber kommen als Industriepartner in Frage, sondern beispielsweise auch Medizintechnik-Unternehmen – denn das Messsystem könnte auch dazu beitragen, höhenverstellbare Krankenhausbetten oder Chirurgie-Roboter sicherer zu machen. Sie könnten sich automatisch abschalten, wenn sie einen Patienten einzuklemmen drohen – denn schon beim kleinsten Widerstand erhöht sich das Drehmoment.

Unternehmen, die sich am Forschungsprojekt „IntegrAD“ beteiligen möchten, melden sich bei Projektingenieur Tobias Menke unter der Telefonnummer (0511) 279 76-230 oder per E-Mail an menke@iph-hannover.de

Weitere Informationen:

http://www.integrad.de

Susann Reichert | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Leuchtende Nanoarchitekturen aus Galliumarsenid
22.02.2018 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Neuer Sensor zur Messung der Luftströmung in Kühllagern von Obst und Gemüse
22.02.2018 | Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Im Focus: Developing reliable quantum computers

International research team makes important step on the path to solving certification problems

Quantum computers may one day solve algorithmic problems which even the biggest supercomputers today can’t manage. But how do you test a quantum computer to...

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Von Hefe für Demenzerkrankungen lernen

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Sektorenkopplung: Die Energiesysteme wachsen zusammen

22.02.2018 | Seminare Workshops

Die Entschlüsselung der Struktur des Huntingtin Proteins

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics