VERDIAN - Vernetzte magnetische Direktantriebe - Ilmenau (2006 - 2009)

Der Wachstumskern

Am Rennsteig, in der Mitte Deutschlands, etabliert sich der Innovative regionale Wachstumskern VERDIAN. Hier hat ein Großteil der Bündnispartner, die vor allem durch Ausgründungen aus der TU Ilmenau entstanden sind, seinen Sitz.

Die Region besitzt ein hohes Innovationspotenzial auf den Gebieten der Antriebstechnik, der Produktionstechnik, der Mess- und Prüftechnik, der Mikrosystemtechnik und der Informationstechnologien, das im Wachstumskern gebündelt wird, um die vorhandenen Kompetenzen zu stärken und weiter auszubauen.

Die technisch-technologische Kernkompetenz von VERDIAN besteht im Entwurf, in der Konstruktion und der Herstellung magnetischer Direktantriebe kleiner Leistung.

Direktantriebe erzeugen die Bewegung des Wirkelements ohne weitere Übertragungselemente (Getriebe entfallen). Sie besitzen dadurch gegenüber konventionellen Antrieben eine Reihe von Vorteilen, besonders hinsichtlich der Genauigkeit, der Dynamik und der kompakten Bauform. Aufgrund der direkten Kopplung müssen Direktantriebe an die jeweilige Aufgabe exakt angepasst werden. Entscheidend für den Markterfolg derartiger Antriebe sind zwei Faktoren: Einerseits muss man die Komplexität der Mechatronik mit ihren Domänen Mechanik, Elektrotechnik, Magnetik usw. beherrschen, und zwar jeweils übergreifend über die Bereiche Entwurf, Fertigung und Steuerung. Andererseits ist die Systemintegrierbarkeit bedeutend, d.h. ein möglichst geringer Aufwand für Verdrahtung, Programmierung, Inbetriebnahme und Wartung.

Die Ziele

Ziel des Wachstumskerns VERDIAN ist die Entwicklung neuartiger Direktantriebe mit überragenden Eigenschaften auf der Grundlage neuer Funktionsstrukturen, Magnetwerkstoffe und Fertigungstechnologien.

Durch die Anwendung des ganzheitlichen mechatronischen Entwurfs können Machbarkeitsaussagen auf Kundenanfragen in zwei bis drei Werktagen getroffen werden.

Alle Partner erwarten eine Umsatzsteigerung und die Möglichkeit, neue Arbeitsplätze in ihren Unternehmen zu schaffen. Der Verbund plant eine Verdoppelung des Umsatzes auf über 300 Mio. Euro und die Erweiterung der Mitarbeiterzahl von heute 730 auf 1.200 in den nächsten 10 bis 12 Jahren.

Die Projekte

Das Portfolio von VERDIAN umfasst

  • Proportional-, Schalt- und Sondermagnete für die Automobil- und Automatisierungstechnik
  • Schrittmotoren für die Automatisierungstechnik
  • Miniaturisierte Magnetventile für die Pneumatik-Industrie
  • Kompakte regelbare Wasserpumpen für die Automobilindustrie
  • Mehrkoordinatenantriebe für Mess-, Inspektions- und Qualitätssicherungssysteme und  Präzisionslaserbearbeitungsanlagen

Die Entwicklung neuer Schalt- und Proportionalmagnete soll auf der Grundlage polarisierter Magnetsysteme mit Impulsansteuerung und Energierückgewinnung erfolgen. Dadurch werden eine bisher nicht erreichbare Dynamik und höhere Grenzfrequenzen realisierbar. Durch den Einsatz polarisierter Magnetsysteme ist eine Erhöhung des Wirkungsgrades auf > 30% erreichbar. Bei Schaltmagneten erzielt man dadurch eine Volumenreduzierung bis auf 30% und Schaltzeiten kleiner 1,5 ms.

Ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt ist die Realisierung von linearen Schrittmotoren mit „unbegrenzten“ Verfahrwegen und der von Kunden geforderten extrem flachen (wenige cm) Ausführung, wobei der Modulbauweise besondere Beachtung geschenkt werden wird.

Bei der Weiterentwicklung von Mikroventilen soll der Übergang von der Siliziumtechnologie zu magnetischen Wirkprinzipien erfolgen. Hierdurch wird eine Nennweite bis 0,8 mm, ein Nenndruck bis 6,3 bar, ein Anreihmaß von 4mm (bis 2,5mm) und eine Verlustleistung von 0,1 ... 0,3 W realisierbar sein.

Zur Realisierung eines Hubes von 8mm bei Wasserpumpen werden optimierte Magnete sowie Proportionalmagnete mit sensorloser Wegüberwachung eingesetzt. Ziel ist die Entwicklung drehzahlregelbarer dichtungsloser Wasserpumpen mit elektrisch erregter Hysteresekupplung sowie die Entwicklung kostengünstiger elektrisch angetriebener Wasserpumpen. Hierbei ist ein Schwerpunkt die Optimierung des Aktorprinzips, der Messsysteme und der Regelung. Dadurch werden Drehzahlen bis 2000 U/min, eine hohe Lebensdauer (ca. 6000h) und eine Geräuschreduzierung auf 50 dBA erzielt. Durch den Einsatz integrationsfähiger Elektronikkomponenten, z.B. SOI-Elektronik, ist die Temperaturbeständigkeit bis 300 °C gewährleistet. Eine zu entwickelnde echtzeitfähige Vernetzung ermöglicht die kontinuierliche Beobachtung der Systemgrößen und realisiert eine Prävention, Selbsterkennung und Selbstdiagnose.

Einen weiteren Schwerpunkt bildet die Entwicklung komplexer mechatronischer Systeme mit integrierten planaren und/oder elektrodynamischen Direktantrieben. Diese Systeme sollen hinsichtlich der Volumenintegration und Vernetzung optimiert werden. Auch hier wird ein Schwerpunkt die Optimierung des Aktorprinzips, der Messsysteme und der Regelung sein. Auf der Basis von embedded-PC unter Linux soll eine echtzeitvernetzte dezentrale Echtzeitsteuerung multiaxialer Anlagen mittels der im Antrieb eingebetteten Intelligenz erfolgen. Mit dieser Entwicklung sind Verfahrbereiche bei Mehrkoordinatenantrieben von mindestens 320 mm bei einer Genauigkeit von 100nm, bei einer Dynamik von 2g und Geschwindigkeitstoleranzen < 1% erreichbar. Die Taktrate liegt dann bei 20 kHz und ermöglicht Prävention, Selbsterkennung und Selbstdiagnose in Echtzeit.

Die Partner

Momentan besteht das Bündnis aus zehn Unternehmen

  • GPM GmbH Merbelsrod
  • IDAM-INA Drives & Mechatronics GmbH & Co. oHG Suhl
  • Innomas GmbH Ilmenau
  • Kern Technik GmbH & Co. KG Schleusingen
  • LLT Applikation GmbH Ilmenau
  • LPKF Motion & Control GmbH Suhl
  • Microstep GmbH Sömmerda
  • MiMtechnik GmbH Schmalkalden
  • Steinbeis Transferzemtrum Mechatronik Ilmenau
  • TETRA GmbH Ilmenau

und zwei Forschungseinrichtungen

  • IMMS - Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gGmbH Ilmenau
  • Technische Universität Ilmenau


Die Aufnahme weiterer Firmen in den Verbund ist möglich und erwünscht, um die Entwicklung der Region zum Kompetenzzentrum für magnetische Direktantriebe nachhaltig zu forcieren.
 

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. habil. Eberhard Kallenbach (Vorstandsvorsitzender des Wachstumskerns)
Steinbeis Transferzentrum Mechatronik
Werner-von-Siemens-Str. 12
98693 Ilmenau
Tel.: (03677) 4627-0
Fax: (03677) 462711
Internet: http://www.verdian.eu/

Olaf Mollenhauer (Sprecher und Koordinator des F&E-Verbundprojektes)
TETRA GmbH
Gewerbepark „Am Wald“ 4
98693 Ilmenau
Tel.: (03677) 86590
Fax: (03677) 865940