Magnet-Trick 17.07.2024, 14:23 Uhr

Revolutionäre Vibrationsdämpfung: TU Wien erfindet magnetische Lösung

Die TU Wien hat eine neue Methode zur Dämpfung störender Schwingungen patentiert. Die Technologie hilft vor allem Präzisionsgeräten wie astronomischen Hochleistungsteleskopen.

Vibrationsdämpfung mit Magnet-Trick

Vibrationsdämpfung mit Magnet-Trick: Eine schwingungsgedämpfte Platte, wie man sie für astronomische Präzisionsmessungen verwenden könnte.

Foto: TU Wien

Wenn alles wackelt, ist Präzision unmöglich. Das weiß jeder, der versucht hat, mit zittrigen Händen ein Foto aufzunehmen oder in einem rumpeligen Bus handschriftliche Notizen zu machen. Bei technischen Präzisionsmessungen sind selbst geringste Vibrationen problematisch. Sie beeinträchtigen Hochleistungsmikroskope und präzise ausgerichtete Teleskopspiegel. Auch winzige Schwingungen, die der Mensch nicht wahrnimmt, können Messungen unbrauchbar machen.

Die TU Wien hat nun eine neuartige Technologie zur Vibrationsdämpfung erfunden, die solche Probleme auf ungewöhnliche Weise löst: Elektropermanentmagnete. Diese Magnete funktionieren wie gewöhnliche Permanentmagnete, die ihren Magnetismus ohne Stromzufuhr dauerhaft aufrechterhalten. Zusätzlich sind sie mit einer Spule versehen, die es ermöglicht, ihre Magnetisierung blitzschnell durch einen Strompuls zu verändern. So lassen sich beispielsweise Vibrationen von Spiegeln in Großteleskopen aktiv unterdrücken und die Leistungsfähigkeit erheblich steigern.

Schwebende Plattform mit Nanometer-Präzision

Das System der TU Wien besteht aus einer fest montierten Basis und einer darüber freischwebenden Plattform. Diese Plattform wird durch starke magnetische Kräfte im Schwebezustand gehalten. Mehrere elektromagnetische Aktuatoren können die Position der Plattform in Sekundenbruchteilen hochpräzise justieren, auch wenn darauf eine Last von mehreren Kilogramm montiert ist.

„In sensitiven Anwendungen, wie der Positionierung von Spiegelsegmenten, muss die Position dieser Plattform auf einige 10 Nanometer genau stabil gehalten werden“, erklärt Prof. Ernst Csencsics vom Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik der TU Wien. „Das ist nur dann möglich, wenn man selbst winzige Bodenvibrationen ausgleicht, wie sie etwa entstehen, wenn außerhalb des Labors jemand vorübergeht, oder wie sie auch durch ganz normale Gebäudeschwingungen auftreten.“

Stellenangebote im Bereich Elektrotechnik, Elektronik

Elektrotechnik, Elektronik Jobs
VIVAVIS AG-Firmenlogo
Sales Manager Bahn (m/w/d) VIVAVIS AG
Berlin, Home-Office Zum Job 
PFISTERER Kontaktsysteme GmbH-Firmenlogo
High Voltage Testing Specialist (w/m/d) PFISTERER Kontaktsysteme GmbH
Winterbach Zum Job 
THU Technische Hochschule Ulm-Firmenlogo
W2-Professur "Elektrische Antriebe" THU Technische Hochschule Ulm
Mercer Stendal GmbH-Firmenlogo
Ingenieur / Techniker (m/w/d) Automatisierungstechnik Mercer Stendal GmbH
Arneburg Zum Job 
Mercer Stendal GmbH-Firmenlogo
Betriebstechniker (m/w/d) Prozessleittechnik Mercer Stendal GmbH
Arneburg Zum Job 
Solventum Germany GmbH-Firmenlogo
Prozessingenieur Automatisierungstechnik / Mechatronik / Maschinenbau (m/w/*) Solventum Germany GmbH
Seefeld Zum Job 
Josefs-Gesellschaft gAG-Firmenlogo
Leitung (m/w/d) Gebäudemanagement Josefs-Gesellschaft gAG
Hochheim am Main, Rüdesheim am Rhein, Oberursel Zum Job 
Desitin Arzneimittel GmbH-Firmenlogo
Projektmanager Gebäudeautomation (m/w/d) Desitin Arzneimittel GmbH
Hamburg Zum Job 
Desitin Arzneimittel GmbH-Firmenlogo
Projektmanager TGA (m/w/d) Desitin Arzneimittel GmbH
Hamburg Zum Job 
Wirtgen GmbH-Firmenlogo
Project Manager Product Lifecycle Management (m/w/d) Wirtgen GmbH
Windhagen Zum Job 
über ifp | Executive Search. Management Diagnostik.-Firmenlogo
COO (m/w/d) über ifp | Executive Search. Management Diagnostik.
Ostdeutschland Zum Job 
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektingenieurinnen / Projektingenieure (w/m/d) Elektrotechnik Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
NVL B.V. & Co. KG-Firmenlogo
Systemingenieur (m/w/d) für Marineschiffe - Integration von Navigationssystemen NVL B.V. & Co. KG
Bremen / Lemwerder Zum Job 
Stadtwerke Münster-Firmenlogo
Maschinenbauingenieur (m/w/d) im Bereich Energieerzeugung Stadtwerke Münster
Münster Zum Job 
Staatliches Baumanagement Hannover-Firmenlogo
Ingenieure (m/w/d) der Fachrichtung Elektrotechnik Staatliches Baumanagement Hannover
Hannover Zum Job 
Octapharma Produktionsgesellschaft Deutschland mbH-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Automatisierung (Schwerpunkt: Prozessleitsystem PCS7) Octapharma Produktionsgesellschaft Deutschland mbH
Springe Zum Job 
Fachhochschule Münster-Firmenlogo
Professur für "Elektrische Netze" (w/m/d) Fachhochschule Münster
Steinfurt Zum Job 
Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) für Automatisierungstechnik SPS / OT-Sicherheit Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung
Sipplingen Zum Job 
B. Braun Melsungen AG-Firmenlogo
Senior Prozess Experte (w/m/d) Reinmedien / Einwaage / Ansatz B. Braun Melsungen AG
Melsungen Zum Job 
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.-Firmenlogo
Versorgungsingenieur/in, Elektroingenieur/in o. ä. (w/m/d) Projektsteuerung von Baumaßnahmen Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.

Die Position der Plattform muss extrem genau gemessen und jede kleinste Bewegung sofort ausgeglichen werden. So lassen sich besonders Schwingungen mit niedriger Frequenz, die bei solchen Anwendungen häufig auftreten, effizient unterdrücken.

Permanentmagnete gezielt ummagnetisieren

Dem Forschungsteam gelang es, die Vorteile von Elektro- und Permanentmagneten zu kombinieren. „Das ist ein Permanentmagnet, der zusätzlich mit einer Spule versehen ist“,  sagt Csencsics. Solange die Stärke des Permanentmagneten im richtigen Bereich liegt, benötigt er keinen Strom, die Schwebeplattform wird stabil gehalten. Nur kleine Korrekturmaßnahmen der Aktuatoren sind notwendig, um Schwingungen auszugleichen.

Wenn die Stärke des Permanentmagneten jedoch nicht mehr angemessen ist, zum Beispiel weil sich das Gewicht auf der Plattform verändert hat, wird ein kurzer, starker Stromimpuls durch die Spule geschickt. Dieser erzeugt für einen Augenblick ein starkes Magnetfeld und ändert somit die Magnetisierung des Permanentmagneten. Durch die passende Wahl der Magnet-Pulsstärke kann der Permanentmagnet auf einen neuen Arbeitspunkt eingestellt werden, an dem er dann wieder konstant bleibt, ohne Energiezufuhr zu benötigen.

Prototyp funktioniert, Patent angemeldet

Diese Regelung lässt sich automatisieren. Das System erkennt automatisch, ob es sich noch in der Nähe des gewünschten Arbeitspunkts befindet oder ob eine Ummagnetisierung notwendig ist. „Die dafür notwendige Regelungstechnik haben wir im Lauf der letzten zwei Jahre entwickelt, sie funktioniert bereits sehr gut“, sagt Ernst Csencsics. Unterstützt vom Forschungs- und Transfersupport der TU Wien wurde die Erfindung bereits zum Patent angemeldet.

„Wir haben mit unserem Prototyp gezeigt, dass auf diese Weise eine extrem präzise und stromsparende Vibrationsunterdrückung möglich ist“, sagt Institutsvorstand Prof. Georg Schitter. „Die Technik würde zum Beispiel perfekt zu großen Teleskopen passen, die aus mehreren Spiegelsegmenten bestehen. Das Teleskop muss auf unterschiedliche Bereiche des Himmels ausgerichtet werden können, in jeder Position müssen die Spiegel dann hochpräzise ausgerichtet und stabil gehalten werden. Genau dafür wäre unsere Technik optimal geeignet.“

Die Technologie der Elektropermanentmagnet-Vibrationsdämpfung lässt sich auch auf andere Bereiche anwenden, etwa in der Präzisionsfertigung von Halbleiterchips und großen Qualitätsoptiken oder der laborgebundenen Präzisionsmesstechnik. „Wo immer hohe Präzision erforderlich ist, die von Schwingungen gestört werden könnte, ist unsere Technologie eine interessante Lösung“, ist das Forschungsteam überzeugt.

Die Technologie wurde im Rahmen der IEEE Advanced Intelligent Mechatronics Conference in Boston publiziert und präsentiert: https://www.acin.tuwien.ac.at/file/publications/iat/pre_post_print/2024_friedl_aim.pdf

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.