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Antrieb

Mitdenkende Räder sorgen selbst für den nötigen Schub

| Redakteur: Jan Vollmuth

Räder, die ohne Sensoren wissen, wann sie für wie viel Anschub sorgen müssen, und dabei im Team zusammenarbeiten – eine neue Technik macht's möglich.

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Professor Matthias Nienhaus entwickelt mit seinem Team ein neues Verfahren, mit dem Räder ohne zusätzliche Sensoren selbst wissen, wann sie für Anschub sorgen müssen.
Professor Matthias Nienhaus entwickelt mit seinem Team ein neues Verfahren, mit dem Räder ohne zusätzliche Sensoren selbst wissen, wann sie für Anschub sorgen müssen.
( Bild: Universität des Saarlandes/Oliver Dietze )

Schwere Lasten zu tragen muss den Menschen schon vor Jahrtausenden eine Qual gewesen sein – und so erfand er das Rad und damit die Grundlage für Transporthilfen aller Art: Eine Fahrspur in einem Hünen-Bett bei Flintbek im Kreis Rendsburg-Eckernförde deutet darauf hin, dass bereits Mitte des 4. Jahrtausends v. Chr. Wagenräder genutzt wurden, heißt es in einem Wikipedia-Eintrag.

Obwohl das Rad damit auf eine sehr lange Entwicklungszeit zurückblicken kann, lässt es sich weiter verbessern. So haben sich Professor Matthias Nienhaus und sein Team von der Universität des Saarlandes überlegt, wie Räder dazu beitragen könnten, das Schieben oder Ziehen von Lasten zu unterstützen. Das Ergebnis: Intelligente Räder, die etwa unterschiedliche Belastungen erkennen, ihre Umdrehungsgeschwindigkeit eigenständig an Gegebenheiten anpassen oder selbstständig Positionsänderungen erkennen.

Keine Sensoren erforderlich

Hierfür brauchen sie keine zusätzlichen Sensoren. Allein anhand von Daten, die in kleinen Elektromotoren im Inneren der Räder anfallen, während diese sich drehen, weiß das System, wie die Räder stehen und mit welcher Kraft die Antriebe laufen. Dies soll bei allem funktionieren, was Räder so bewegen – ob Rollator, Einkaufswagen oder Transportsystem in der Logistik. Allein anhand von Daten, die beim Drehen in Motoren in den Rädern anfallen, lassen sich diese gezielt ansteuern, Sensoren braucht das Verfahren nicht. Das macht es aus Systemsicht preisgünstig.

Antriebstechniker Nienhaus hat sich auf intelligente Motoren spezialisiert, die ohne weitere Sensoren selbst Messdaten liefern: „Wir machen den Motor zum Sensor und entwickeln damit eine neue Sensorkategorie. Es ist ein kostengünstiges und zugleich leistungsfähiges Verfahren“, erläutert Nienhaus. „Wir erforschen in mehreren Projekten, wie wir aus den Elektromotoren möglichst viele Daten gewinnen, die wir dann nutzen, um die Antriebe effizient anzusteuern. Oder um zu überwachen, ob der Motor ohne Störung oder Verschleiß einwandfrei funktioniert“, sagt er. So lesen die Forscher etwa ab, wie das elektromagnetische Feld an bestimmten Punkten im Inneren des Motors verteilt ist, und wie sich dieses Feld während des Betriebs verändert. Sie haben neuartige Verfahren entwickelt und zum Patent angemeldet, gewinnen sie zusätzliche Informationen aus dem Motor und rechnen Störeffekte wie Rauschen heraus.

Mikrocontroller integriert

Dieses funktioniert auch mit mehreren Rädern. „Die neue Technik ermöglicht es, beliebig viele Räder gezielt einzeln anzusteuern und auch beliebig viele Räder zusammenarbeiten zu lassen“, erläutert Nienhaus. Dafür sorgt ein Microcontroller: Er berechnet auf Basis der Daten aus den Elektromotoren der Räder, ob und welche der Motoren sich wann und mit welcher Leistung einschalten sollten.

Die Antriebstechniker haben hierfür erforscht, welcher Motorzustand mit welchen Messwerten zusammenhängt, welcher Messwert sich beim Drehen des Rades wie verändert. Desto mehr Daten sie über den Rad-Motor kennen, umso effizienter können sie ihn ansteuern. Sie identifizieren aus der Datenmasse die Signalmuster, die aussagekräftig sind, oder bei bestimmten Veränderungen auftreten. Für die verschiedenen Zustände des Motors entwickeln sie mathematische Modelle. Verändern sich die Signale, kann die Steuerung des Systems dies zuordnen und dann blitzschnell mit entsprechend programmierten Befehlen reagieren. Verbunden über ein Datenbussystem arbeiten mehrere Räder mit den so sensibilisierten Motoren im Verbund.

Damit die intelligenten Räder so richtig ins Rollen kommen, braucht es noch ein wenig Unterstützung: „Derzeit suchen wir Partner, die mit uns die Räder für verschiedene Anwendungen weiterentwickeln“, erklärt Professor Nienhaus. (jv)

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