Der hrw-Podcast der Wissenschaft. In dieser Folge Elektromotoren in der Industrie. Gefahr durch sogenannte Bremsenschocks.
Hallo und herzlich willkommen beim hrw-Podcast der Wissenschaft. Mein Name ist Olaf Brinkmann. Schön, dass ihr wieder dabei seid.
In Maschinen in der Industrie sind ja ganz, ganz häufig Elektromotoren verbaut. Zum Beispiel in Robotern, in Schleifmaschinen oder in Pressen. Die Motoren laufen, damit die Maschinen bestimmte Bewegungen vollziehen, und werden gebremst, um die Bewegung an einer genau festgelegten Stelle zu stoppen.
Und warum es bei diesem Bremsen der Bewegung zu Problemen kommen kann und warum das auch gefährlich werden kann, darüber spreche ich mit Sarah Schwarzer. Sie ist an der hrw wissenschaftliche Mitarbeiterin im Institut Naturwissenschaften und promoviert zum Thema Elektromotoren und mechanische Schocks, wie sie entstehen und was sie auslösen können. Das erzählt sie uns gleich.
Jetzt sage ich erst mal hallo Frau Schwarzer. Schön, dass Sie da sind. Hallo.
Zu Beginn wie immer die Frage, wollen wir Sie oder du sagen?
Sarah Schwarzer:
Gerne du.
Olaf Brinkmann:
Sarah, unsere Hörerinnen und Hörer wollen dich ja erst mal ein bisschen kennenlernen. Deswegen machen wir ein kleines Spielchen.
Ich stelle dir einige Fragen und du wählst zwischen zwei Antworten. Okay. Torte oder Blechkuchen?
Sarah Schwarzer:
Blechkuchen.
Olaf Brinkmann:
Unsichtbar sein oder Gedanken lesen?
Sarah Schwarzer:
Schwierig. Unsichtbar sein.
Olaf Brinkmann:
Und dann eine Frage, wo sich die Geister scheiden. Die oder das Nutella?
Sarah Schwarzer:
Das Nutella.
Olaf Brinkmann:
Und Samstag oder Sonntag?
Sarah Schwarzer:
Samstag.
Olaf Brinkmann:
Sarah, seit wann bist du an der HRW und wie bist du zu deiner Stelle gekommen?
Sarah Schwarzer:
Ich bin angestellt seit Oktober 2020 als wissenschaftliche Mitarbeiterin an der HRW. Im Prinzip habe ich mein komplettes Studium schon an der Hochschule abgeschlossen. Ich habe meinen Bachelor in Sicherheitstechnik dort gemacht, meinen Master in Systemtechnik dort gemacht und habe dann auch schon sehr eng mit einem Professor zusammengearbeitet. Der hat dann gesagt, überleg mal, ob vielleicht eine Promotion was für dich ist. Und dann bin ich irgendwann zu dem Schluss gekommen, ja, kann ich mir sehr gut vorstellen. Dann haben wir das so arrangiert, dass ich an der HRW eingestellt werde.
Olaf Brinkmann:
Du gehörst zum Institut Naturwissenschaften. Was sind deine Aufgaben genau?
Sarah Schwarzer:
Das ist ein bisschen schwierig. Sicherheitstechnik hat ja jetzt erst mal nicht so viel mit Naturwissenschaften zu tun wie ein reines Physikstudium.
Meine Aufgaben sind neben meiner Forschung, dass ich den Professor in der Lehre unterstütze. Das heißt, ich mache für ihn ein paar Übungen, betreue die, damit er den Aufwand nicht hat und nur die Vorlesungen halten muss. Und ich helfe den Physikern dabei, das Physikpraktikum für die Sicherheitstechnik durchzuführen.
Olaf Brinkmann:
Jetzt lass uns mal über Elektromotoren sprechen. Wie bist du auf dein Promotionsthema gekommen?
Sarah Schwarzer:
Durch meinen betreuenden Professor. Er hatte schon, bevor ich angefangen habe, eine Kooperation mit einem Industriepartner, der mit uns dieses Projekt vorantreibt. Er hatte mir angeboten, in dieses Projekt mit einzusteigen. Daraus hat sich dann mein Promotionsthema im Verlauf ergeben, worauf ich mich genau spezialisieren möchte. Das Thema ist ja riesig. Dann haben wir irgendwann entschieden, auf welche Richtung ich mich konzentriere. Das hat sich alles so im Laufe ergeben.
Olaf Brinkmann:
Bei dir geht es um die Bremsen an Elektromotoren. Ich denke da automatisch an Elektroautos. Ist das so oder worüber sprechen wir?
Sarah Schwarzer:
Hauptsächlich sprechen wir von Elektromotoren im Maschinenbereich, also für Pressen, für Förderbänder, für solche Anwendungen. Dort ist die Bremsenzyklenzahl, also wie oft eine Bremse einfällt und sich löst, viel höher als in einem Elektroauto.
Gerade bei Elektroautos ist es so, dass man die Bremse eher weniger verwendet, weil das E-Auto die Möglichkeit hat, durchs Laufenlassen Energie wieder zu produzieren und in den Akku einzuspeisen. Deswegen ist das Elektroauto eher nicht gemeint, sondern tatsächlich der Maschinenbereich.
Olaf Brinkmann:
Was beschäftigt dich in deiner Arbeit genau? Erklär uns das bitte möglichst einfach.
Sarah Schwarzer:
Es gibt ein kleines Messgerät, das auf der Motorwelle sitzt. Das nennt sich Drehgeber und misst die Geschwindigkeit, mit der diese Welle dreht.
Wenn aber eine Bremse im Elektromotor einfällt, breitet sich ein mechanischer Schock über die Motorwelle und über das Motorgehäuse aus. Es wurde festgestellt, dass diese Schocks dieses kleine Messgerät schädigen können. Die Verbindung zum Motor kann zum Beispiel kaputtgehen. Dadurch ist die Signalerfassung des Messgeräts nicht mehr korrekt.
Dann weiß man in der Anwendung unter Umständen nicht mehr, wie weit der Motor noch drehen muss, um an einen gewissen Punkt zu kommen. Ich vergleiche das gerne mit einem Aufzug. Wenn dieses Messgerät im Aufzug kaputt ist, weiß das System nicht mehr, wie oft der Motor noch drehen muss, um zum Beispiel in Etage zwei anzukommen und die Leute ein- und aussteigen zu lassen.
Beim Aufzug ist das nicht ganz so schlimm, dann muss man Treppen laufen. Wenn wir uns das aber bei einem Roboter anschauen, der vielleicht mit einem Menschen gemeinsam an einem Produktionsschritt arbeitet, und man nicht mehr weiß, wie man diesen Roboter regeln muss, dann kann es passieren, dass der Roboter ausschlägt und unter Umständen den Menschen verletzt.
Das ist gerade in der Sicherheitstechnik etwas, was wir vermeiden wollen. Also Ausfälle, die Mensch und Umwelt schädigen können. Das will ich durch meine Analyse vermeiden, damit man weiß, welches Messgerät für welche Anwendung geeignet ist und wann man es austauschen müsste, bevor es kaputtgeht. So kann man ein Wartungsintervall implementieren.
Olaf Brinkmann:
Wie steht es um die Standards in Deutschland? Gibt es eine Norm für diese mechanischen Schocks?
Sarah Schwarzer:
Es gibt eine Norm, die sich mit Drehgebern beschäftigt. Die müssen einem Prüfverfahren unterzogen werden, bevor sie in Verkehr gebracht werden dürfen in der EU und in Deutschland.
Diese Norm ist international. Das heißt, nicht nur wir in Europa müssen uns daran halten, sondern alle auf der Welt, die solche Drehgeber herstellen.
Das Problem ist, dass diese Bremsenschocks aktuell nicht repräsentiert sind in der Norm. Das, was tatsächlich auftritt, hat nichts mit dem zu tun, was man laut Norm prüfen muss. Deswegen ist unser Ziel, dieses Thema weiter zu erforschen, damit wir in der neuen Version, die erscheinen soll, das korrigieren und die real auftretenden Schocks in der Norm repräsentiert werden.
Olaf Brinkmann:
Was genau ist das Ziel deiner Arbeit? Was willst du am Ende in den Händen halten und wer profitiert davon?
Sarah Schwarzer:
Ich möchte am Ende eine Empfehlung für die Hersteller von Antriebssystemen in den Händen halten, bei welcher Anwendung sie welche Art von Drehgebern am besten einsetzen.
Bei Anwendungen, wo die Bremsenzahl niedriger ist, braucht man einen Drehgeber, der nicht so stark ausgelegt ist. Es gibt aber auch Anwendungen, da tritt das millionenfach auf, dann braucht man einen entsprechenden Drehgeber.
Ich möchte Einfluss nehmen können auf den Wartungsplan von Antriebssystemen. Dass man genau weiß, der Drehgeber kann dann und dann ausfallen. Wir tauschen ihn vorher aus zu einem wählbaren Zeitpunkt, bevor unser System ausfällt und wir schnell reparieren müssen. Wir machen das dann, wenn es für uns am besten passt.
Und wir möchten in die internationale Norm in der neuen Version mit reinkommen, damit diese Art von Schocks besser repräsentiert wird.
Olaf Brinkmann:
Was versprichst du dir persönlich von deiner Promotion?
Sarah Schwarzer:
Ich möchte später die Möglichkeit haben, mit meinem Doktortitel in die Lehre gehen zu können. Das ist für mich ein interessanter Weg, wieder an die Hochschule zurückzufinden, wenn es sich so ergibt.
Andererseits wächst man an so einer Promotion auch sehr. Man muss viele Hürden überstehen. Corona war ein Riesenthema bei uns. Es hat sich viel verzögert. Ein gewisses Durchhaltevermögen kann man entwickeln. Das ist später im Berufsleben sicher nicht schlecht.
Olaf Brinkmann:
Was brauchst du, um mit deiner Promotion sichtbar zu werden?
Sarah Schwarzer:
Eine Bühne wie diese zum Beispiel. Die Sicherheitstechnik ist sehr unterrepräsentiert im Kosmos der Hochschulen und bei Schülerinnen und Schülern.
Die Firmen kommen jetzt, weil sie durch Richtlinien gezwungen werden, darauf, dass sie solche Leute brauchen. Aber das fängt gerade erst an. Sichtbarkeit kann nur größer werden durch Konferenzen und Formate, wo man darüber berichten kann.
Olaf Brinkmann:
Wer betreut dich an der HRW?
Sarah Schwarzer:
An der HRW betreut mich Prof. Dr. David Schepers.
Olaf Brinkmann:
Und mit welcher Uni kooperierst du?
Sarah Schwarzer:
Ich kooperiere mit der Universität Kassel und dort ist mein Doktorvater Prof. Dr. Josef Boertschek.
Olaf Brinkmann:
So eine Promotion kostet Zeit. Wie machst du das?
Sarah Schwarzer:
Ich habe einen ganz normalen Arbeitstag wie jeder andere Arbeitnehmer auch. Ich sitze meine acht Stunden da und habe gut zu tun.
Ich habe das Privileg, nicht so stark in der Lehre eingespannt zu sein. Mein betreuender Professor achtet darauf, dass ich meine Zeit für die Forschung zur Verfügung habe. Er ist interessiert daran, dass ich genug Zeit habe und flexibel bin, um am Ende ein sehr gutes Ergebnis zu bringen. Deswegen kann ich mich über meine Zeit für die Forschung nicht beschweren.
Olaf Brinkmann:
Jetzt lass uns auf den Claim der HRW schauen. Der heißt Never Stop Growing. Dafür stelle ich dir drei Fragen und du antwortest bitte ganz kurz und spontan.
An was denkst du als erstes, wenn du den Claim Never Stop Growing hörst?
Sarah Schwarzer:
Niemals das Interesse verlieren, sich weiter Wissen anzueignen. Egal, ob es die Fachrichtung ist, in der man gerade forscht, oder Themen, die nichts damit zu tun haben. Einfach immer weiter das Bedürfnis haben, Sachen zu lernen.
Olaf Brinkmann:
Was macht die HRW für Doktoranden, sodass du den Claim leben kannst?
Sarah Schwarzer:
Die Kommunikation ist sehr einfach. Ich habe viel Kontakt zu meinem Professor, der mich betreut. Er nimmt sich immer Zeit für mich. Ich kann auch jederzeit auf andere Professoren oder wissenschaftliche Mitarbeiter zugehen, die mir bei Fragestellungen weiterhelfen können. Sie haben kurzfristig Zeit, um sich mit mir zusammenzusetzen und Sachen zu besprechen.
Olaf Brinkmann:
Was brauchen Frauen wie du, um den wissenschaftlichen Weg gehen zu können?
Sarah Schwarzer:
Erst einmal die Möglichkeit aufgezeigt zu bekommen, dass man in diese Richtung gehen kann. Ich bin explizit angesprochen worden. Aber das Thema muss weiter gestreut werden in der Hochschulwelt, dass gerade auch in den Ingenieurwissenschaften und in den MINT-Fächern die Möglichkeit besteht zu promovieren und dass das auch für uns Frauen möglich ist.
Olaf Brinkmann:
Sarah, ganz lieben Dank für das spannende Gespräch. Es hat mir sehr viel Spaß gemacht.
Sarah Schwarzer:
Dankeschön. Sehr gerne.
Olaf Brinkmann:
Liebe Hörerinnen und Hörer, wenn ihr euch für das Forschungsgebiet von Sarah interessiert und Sicherheitstechnik studieren möchtet, ihr könnt zum Sommer- und Wintersemester beginnen.
Jetzt noch eine Bitte. Empfehlt unseren Podcast weiter, schickt unsere Folgen gerne an andere Kommilitoninnen und Kommilitonen oder an eure Kolleginnen und Kollegen und abonniert uns bitte auch. Dann bekommt ihr eine Nachricht auf euer Smartphone, wenn eine neue Folge da ist.
Und natürlich haben wir auch nichts dagegen, wenn ihr uns Sternchen bei Spotify dalasst. Am besten natürlich richtig viele.
Dafür und fürs Zuhören sage ich von Herzen danke. Bis zum nächsten Mal, euer Olaf Brinkmann.
