Faszination Technik Wie Ventile sensorlos die Stellung halten

Quelle: Universität des Saarlandes / Redakteur: Dorothee Quitter Lesedauer: 2 min |

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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: eine patentierte Magnetventilansteuerung, die wenig Energie braucht und über einen eigens entwickelten Chip in Systeme integriert werden kann.

Ein neues Verfahren der Universität des Saarlandes macht es möglich, Ventile und Schließvorrichtungen völlig ohne zusätzliche Sensoren frei anzusteuern. Nötig sind dafür nur ein Metallkolben in einer Spule aus gewickeltem Kupferdraht, ein winziger Chip und kleine Stromimpulse.
Ein neues Verfahren der Universität des Saarlandes macht es möglich, Ventile und Schließvorrichtungen völlig ohne zusätzliche Sensoren frei anzusteuern. Nötig sind dafür nur ein Metallkolben in einer Spule aus gewickeltem Kupferdraht, ein winziger Chip und kleine Stromimpulse.
(Bild: Oliver Dietze)

Sie schließen, öffnen, dosieren oder mischen – Magnetventile kommen millionenfach zum Einsatz, sei es in automatischen Schließsystemen für Türen, in Geschirrspülern, Heizungs- und Druckluftanlagen oder in der industriellen Produktion. Sie sind an sich zwar schnell und zuverlässig, aber meist auch ziemlich unflexibel. Sie kennen standardmäßig nur „auf“ und „zu“. Sollen sie sich jedoch langsam oder besonders schnell öffnen, eine bestimmte Stellung halten oder soft und geräuschlos am Anschlag landen, wird es teuer: In diesem Fall müssen zusätzliche Sensoren rein in das System, was den Einbau von Technikkomponenten samt Kabelaufwand nötig und die Sache kompliziert macht. Im Betrieb verbrauchen diese Sonderanfertigungen dann auch mehr Strom.

Neues Verfahren kommt ohne Sensoren aus

Eine Forschungsgruppe um Professor Matthias Nienhaus von der Universität des Saarlandes hat jetzt ein Verfahren entwickelt, das komplett ohne Sensoren auskommt. Vor allem bei Systemen, die permanent Strom brauchen, um eine Position zu halten, soll es den Energiebedarf minimieren können. Alles, was das Verfahren benötigt, ist ein magnetisch leitfähiger Metallbolzen in einer Spule aus gewickeltem Kupferdraht, ein kleiner Mikrochip und kleine Stromimpulse.

Nur durch die Auswertung des Stroms, der durch die Spule fließt, um den Ventilkolben zu bewegen, erkennen die Saarbrücker Forscher die Lage des Kolbens und können diesen schnell und zielsicher ansteuern. Dafür wird die Induktivität überwacht. Das heißt, es werden Spannung und Strom gemessen, die Schwankungen über einen bestimmten Zeitraum ausgewertet und der magnetische Zustand beobachtet. Die Messsignale, die die Forscher aus der Spule erhalten, sind jedoch stark verrauscht. Sie werden mithilfe einer eigens entwickelten, patentierten Methode geglättet.

Stromschwankungen machen Lageerkennung möglich

Der magnetische Zustand und damit die Stromschwankungen verändern sich je nachdem, wo sich der Kolben gerade befindet. Diese Lageerkennung macht es möglich, den Bolzen effektiv und positionsgenau anzusteuern. Dafür haben die Forscher Bewegungsabläufe modelliert und können mithilfe intelligenter Algorithmen die Kolbenstellungen individuell programmieren. Auch lässt sich so überwachen, ob eine bestimmte Stellung des Bolzens eingehalten wird, also zum Beispiel, ob das Ventil auch wirklich zu ist. Das mache eine integrierte Sicherheitsüberprüfung möglich.

Der Chip, den sie entwickelt haben, enthält die gesamte patentierte Technologie und übernimmt zentrale Teile der Ansteuerung. Er soll sich verhältnismäßig leicht einbauen lassen. Für die richtige Ventilstellung genügt ein Stromimpuls. Für das Halten selbst wird nur minimale Energie benötigt.

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