Magnetlager Schwebende Metallplatte lässt Tischtennisball hüpfen

Forscher der Universität des Saarlandes haben ein Magnetlager entwickelt, das intelligent und selbstständig Störungen abschätzt sowie ausgleicht. Dies zeigten sie auf der Hannover-Messe anhand einer schwebenden Metallplatte, die einen Tischtennisball jongliert.

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Universität des Saarlandes Fakultät 8/Naturwissenschaftl. Technische Fakultät III

Magnetlager kommen komplett ohne Reibung und Wartung aus und sind in dieser Hinsicht herkömmlichen Lagern im Vorteil. An intelligenten Magnetlagern, die Lagerungen aller Art ersetzen können, arbeiten an der Universität des Saarlandes Ingenieure im Team von Professor Joachim Rudolph. Die Technologie findet auch in Präzisionswerkzeugen Anwendung, um: beispielsweise passgenaues Bohren von Speziallöchern möglich zu machen.

Auf der Hannover-Messe zeigten die Regelungstechniker eine schwebende Metallplatte, der sie Ballgefühl verliehen haben: Sie lässt einen Tischtennisball hüpfen. Einen solchen lässig auf einem Schläger auftippen zu lassen, erfordert auch beim Menschen einiges an Geschick. Der geübte Spieler lässt den Ball immer halbwegs gleich hoch fliegen, er hat das richtige Timing und gleicht Fehlhopser aus. Bei ihm gelingt das Zusammenspiel von Auftippen und der leichten Aufwärtsbewegung des Schlägers, die dem Ball wieder Schwung verleiht. Dieses Ballgefühl zu entwickeln, ist schon für den Menschen kein ganz leichtes Unterfangen.

Metallplatte von vier Elektromagneten in Schwebe gehalten

Die rund 5 kg schwere Metallplatte, die Professor Rudolph und Lothar Kiltz in Hannover zeigen, wird von vier Elektromagneten frei beweglich in der Schwebe gehalten. Das macht eine reibungsfreie Bewegung möglich. Ihr besonderes „Talent“ zeigt die Platte, wenn sie gestört wird. Fällt etwa ein Tischtennisball auf sie, müsste sie dies normalerweise empfindlich aus dem Gleichgewicht bringen, sie müsste jetzt herunterfallen. Doch das Gegenteil tritt ein: sie hält nicht nur ihre Balance, sie kommt dem Ball sogar beim nächsten Mal im richtigen Moment entgegen und versetzt ihm einen passenden Stoß, damit er weiterhin gleichmäßig springt.

Was beim Menschen, der den Tischtennisball balanciert, vom Gehirn gesteuert wird, übernimmt bei der schwebenden Metallplatte eine Steuerungseinheit. Das besondere Know-how des neuen Verfahrens liegt in der Koordination. Es genügt dem System, die Position der Platte und die Ströme in den Magnetspulen zu messen, um den Aufprall des Balls zu erkennen. Weitere Sensoren sind nicht erforderlich. Neue hochleistungsfähige Algorithmen berechnen innerhalb weniger Mikrosekunden, wie die Elektromagneten die Stöße abfangen können. Gleichzeitig leitet das System anhand der wenigen gemessenen Signale ab, was als nächstes passiert – es schätzt, wann der nächste Aufprall erfolgt und berechnet, wie diesem zu begegnen ist. Schon bevor der Ball wieder auftippt, weist es die Elektromagnete vorausschauend und genau an, wie sie zu reagieren haben.

Was auf den ersten Blick spielerisch wirkt, demonstriert Ingenieurleistung: Die Saarbrücker Regelungstechniker um Joachim Rudolph entwickeln modellbasierte Algorithmen für ultraschnelle Präzisionsregelung. Dabei können sie auch „schlechte“ Signale so verarbeiten, dass sie für ein Regelungssystem verwendet werden können.

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