Welle in der Schwebe: Magnetlager ohne Sensor

In Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Wien gelang es den Forschern von Corporate Technology, einen Demonstrator für ein Magnetlager ohne Sensoren zu betreiben. Magnetlager sind für Kompressoren oder Vakuumpumpen geeignet und haben einen sehr hohen Wirkungsgrad. Der Demonstrator besteht aus einer Kugel, die von Magnetfeldern ohne zusätzliche Sensoren in der Schwebe gehalten wird. Das neue Funktionsprinzip könnte Magnetlagern einen Weg zum Massenmarkt eröffnen.

Magnetlager bieten viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Lagern. Ohne Reibung arbeiten sie extrem energieeffizient und ohne Verschleiß. Sie haben eine lange Lebensdauer, brauchen wenig Wartung und liefern hohe Drehzahlen von mehr als 200.000 Umdrehungen pro Minute. Wegen des fehlenden Schmiermittels sind sie besonders attraktiv für Vakuumpumpen, wo austretendes Öl die Umgebung – zum Beispiel einen Reinraum in der Halbleiterproduktion – kontaminieren würde.

Die Technik basiert auf den anziehenden und abstoßenden Kräften zwischen magnetischen Teilen. Magnetlager arbeiten daher berührungslos und ohne Schmiermittel. Allerdings muss die Kraft der Magnete permanent und in Echtzeit geregelt werden, um die Welle in der Schwebe zu halten, die sonst zu einem der Magnete wandert. Heute registrieren daher Positionssensoren die Lage der Welle.

Diese Sensoren müssen robust sein, damit die Lager zuverlässig funktionieren. Sie brauchen Platz und sind teuer. Magnetlager werden deshalb trotz ihrer Vorteile nur in Nischenmärkten eingesetzt. Es gibt heute zwar Konzepte zur sensorlosen Positionsregelung, aber noch kein marktfähiges Produkt.

Die Forscher von Siemens Corporate Technology und der TU Wien nutzen nun den Effekt, dass die Position der Welle das Magnetfeld verändert und so die Induktivität des Elektromagneten beeinflusst. Dadurch ändern sich die Strom- und Spannungswerte am Elektromagneten. Die Forscher entwickelten ein Auswerteverfahren, das die Lage der Welle so schnell und genau erfasst, dass ein sensorloses Lager möglich wird. Gemessen wird an der Stromversorgung der Elektromagneten, zusätzliche Kabel fallen weg. Die Lager werden kompakter, billiger und robuster. (IN 2009.11.4)