Auf den Kopf gestellt

20.10.2020 | Geschrieben von Michael Pyper

Inverses Pendel – was ist das?

Sie sind uns aus den Stadtbildern vieler Metropolen vertraut: Segways. Physikalisch betrachtet sind Einachs-Roller nichts anderes als inverse Pendel, die durch Steuerung und Regelung den Kopf des Touristen oben halten. Das geschieht mit Hilfe von Elektromotoren sowie einer ausgeklügelten Sensorik und Software.

Wikipedia verrät uns: „Das inverse Pendel ist ein Pendel mit dem Schwerpunkt oberhalb der Achse. Das Pendel befindet sich in seinem höchsten Punkt in einer instabilen Ruhelage. Das inverse Pendel ist eine der Standardaufgaben der Regelungstechnik für die Stabilisierung einer instabilen Regelstrecke.“

Ein Stück Regelungstechnik

Inverse Pendel stellen also hohe Anforderungen an die Regelungstechnik. Das Ziel ist, ein inverses Pendel zum obersten Punkt aufzuschwingen und dort zu halten. Diese Ruhelage wird als instabil bezeichnet. Kleinste Störungen reichen, um das Pendel wieder in Bewegung zu versetzen. Durch Messen des Winkels gegenüber der Senkrechten können Computerprogramme errechnen, wie sie einen Motor ansteuern müssen, um das Pendel wieder in seine instabile Ruhelage zurückschwingen zu lassen und Störungen auszugleichen. Das erfordert sowohl eine leistungsfähige Datenverarbeitung, als auch einen entsprechend hochwertigen direkten Antrieb.

Was das mit Antriebsachsen zu tun hat

Antriebsachsen müssen in Maschinen und Anlagen bestimmte Komponenten hochpräzise an verschiedene Orte bewegen, um sie dort teilweise gegen äußere Lasten auf Position zu halten. Dies geschieht oft von einem Tempo nahe Null heraus bis zu einer Maximalgeschwindigkeit. Eine Domäne der sehr präzise steuerbaren Elektromechanik. Aber was, wenn die Masse groß und der Platz klein ist?

Hier kommt die Hydraulik ins Spiel, die genau diese Fähigkeiten in sich vereint. Kein Vorteil ohne Nachteil: Die Präzision, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten, lässt zu wünschen übrig, und bei bestehenden Lösungen geht durch die Drosselverluste in den Ventilen viel Energie verloren.

Es geht auch anders

Bucher Hydraulics hat sich zum Ziel gesetzt, das Beste aus den beiden Welten elektrische Antriebstechnik und Hydraulik zu vereinen, um so den zunehmend schärferen Forderungen der Politik und Gesetzgebung nach einem möglichst sparsamen Umgang mit Energie gerecht zu werden. Die ventillose direkte AX-Antriebstechnologie bringt die Hydraulik als Antriebskraft in neue Dimensionen. Sie verbindet hohe Kraft und Leistungsdichte der Hydraulik mit Präzision und Energieeffizienz der elektrischen Antriebstechnik.

„Hic Rhodus – hic salta“ hieß es schon bei den Römern: Erzählen lässt sich viel, beweisen muss man es! Und so bauten die Antriebs- und Hydraulik-Experten von Bucher Hydraulics kurzerhand einen Prüfstand in ein inverses Pendel um. Sie packten gleich ordentlich Masse drauf: 1,2 Tonnen. Diese Masse wird von der AX-getriebenen Linearachse nicht nur zum Aufschwingen gebracht, sondern im Dauerbetrieb ohne Kühlung über Stunden in der Senkrechten ausbalanciert, wie folgendes Video eindrucksvoll zeigt: