Motor wird zum Sensor Pünktlich zum Vatertag: Studenten tunen Bollerwagen

Bier- und Getränkekästen, Picknickkörbe samt Kühlbox, Grillzubehör, müde Kinder, gestrauchelte Wanderer – so ein Bollerwagen kann es schon in sich haben. Geht die Mai-Tour dann nicht nur über Stock und Stein, sondern auch noch bergauf, wird dem, der die Last samt Wagen zieht, einiges abverlangt. Ein Prototyp, den Studenten der Saar-Uni in einem Projekt am Lehrstuhl für Antriebstechnik von Matthias Nienhaus entwickelt haben, kann dafür sorgen, dass der Spaß an der Mai-Tour ungetrübt bleibt und keiner zu schwer ziehen oder gar schieben muss. Ihr Bollerwagen hat Allradantrieb. Und er denkt mit.

„Die Elektromotoren in allen vier Rädern kommunizieren mit dem Griff“, sagt Student Matthias Hoffmann, der angehende Ingenieur studiert im sechsten Bachelor-Semester. Über einen Sensor erkennt der Griff des Bollerwagens, wie stark an ihm gezogen wird, und in welchem Winkel er dabei zum Wagen steht. Diese Information gibt der Griff weiter ins Gehirn des Systems, einen Mikrocontroller an der Unterseite des Wagens. Hier laufen auch die Messdaten aus den Elektroantrieben der Räder ein: Ganz ohne Sensoren, nur anhand von Daten, die in den Motoren anfallen, während die Räder sich drehen, weiß das System, in welcher Position die Räder stehen oder mit welcher Kraft der Antrieb läuft. „Alle Räder lassen sich gezielt einzeln ansteuern“, erklärt Student Sergej Fabich. Und das läuft über den Mikrocontroller automatisch: Blitzschnell berechnet die Elektronik, ob die Elektromotoren sich einschalten sollten und wenn ja, mit welcher Leistung.

Die Studenten bauten hierzu Räder mit Nabenmotor der Partnerfirma Wellgo Gerätetechnik an den Wagen. Spezialgebiet des Antriebstechnikers Matthias Nienhaus an der Saar-Uni sind intelligente Motoren, die ganz ohne zusätzliche Sensoren selbst Messdaten liefern: „Wir machen den Motor selbst zum Sensor, ein besonders kostengünstiges und zugleich leistungsfähiges Verfahren“, erläutert Professor Nienhaus. „Wir erforschen in mehreren Projekten gemeinsam mit Partnern, wie wir aus dem Motor selbst Daten gewinnen, die wir dann nutzen, um den Antrieb gezielt und effizient anzusteuern oder auch um zu überwachen, ob der Motor ohne Störungen 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 dieses Feld sich während des Betriebs verändert. Hiermit können sie zum Beispiel auf die exakte Position des Motors, auf Fehlfunktionen oder Verschleißanzeichen rückschließen.

In den Rädern, die die Firma Wellgo eigentlich für einen Zweirad-Golf-Caddy gebaut hat, steckt dieses sensorlose Verfahren. Die sportliche Aufgabe der Studenten bestand darin, das System, das auf zwei Räder angelegt ist, konstruktiv und informationstechnisch auf vier Räder zu erweitern. „Hierfür mussten wir in den programmierten Code der Räder eindringen und ihn so verändern, dass er bei vier Rädern funktioniert“, erklärt Student Sergej Fabich.