Superleister

Lebensmittel, Medikamente, Fahrzeugkomponenten – wo immer etwas hergestellt, verarbeitet oder transportiert wird, müssen Maschinenachsen definiert bewegt werden. Damit das auch unter harten industriellen Bedingungen funktioniert, braucht es zuverlässige Antriebstechnik. Und die stammt in vielen Industrieanlagen von Siemens.

„Wir haben einen disruptiven Ansatz entwickelt, der den Aufbau der Leistungseinheit innerhalb von Frequenzumrichtern völlig neu denkt“, erzählt Stefan Pfefferlein. Er ist Teil eines Teams bei der Motion Control von Siemens Digital Industries in Erlangen und wird für seinen Beitrag zu diesem Ansatz als Siemens „Erfinder des Jahres 2021“ in der Kategorie Newcomers ausgezeichnet. 

Zur Hardware, die in der Antriebstechnik zum Einsatz kommt, zählen Steuerungen, Motoren, Kupplungen, Getriebe und Frequenzumrichter. Und gerade jenes Teil, das den wenigsten Laien ein Begriff ist, ist ganz zentral. Der Frequenzumrichter sorgt dafür, dass der Antrieb, der die Dinge bewegt, elektrische Spannung in genau der Form erhält, die er benötigt. Wie zuverlässig ein Frequenzumrichter dabei ist, hängt auch stark von der Leistungseinheit in seinem Kern ab. Eine robuste Leistungseinheit mit vernetzter Leistungselektronik kann die Zuverlässigkeit des Systems verbessern und eine engere Anbindung an digitale Welten ermöglichen.

In einem in die Büroarbeitsumgebung im Innovationszentrum für angewandte Leistungselektronik integrierten Laborbereich haben die Erlanger Experten die Möglichkeit, neu designte, simulierte und aufgebaute Prototypen zu untersuchen. Das Team ist im Innovationszentrum für angewandte Leistungstechnik des Standortes tätig. Sie bewegen sich zwischen realen und digitalen Welten. 

In ihrer Laborecke geht es von der digitalen Welt von Design und Simulation eines neuen Ansatzes zurück zur realen Welt: Mikroskop, Lötstation und Messgeräte kommen zum Einsatz, um neue Musterteile zu untersuchen. „Leistungshalbleiter sind sehr hohen Belastungen ausgesetzt. Dies beansprucht das Material und die Verbindungen stark“, erklärt Stefan Pfefferlein. „Wir können hier prüfen und analysieren, ob durch unsere beschleunigten Lebensdauertests Risse oder andere Fehlerstellen entstanden sind.“

Dank innovativer Erfindungen von Stefan Pfefferlein konnte das Team die Aufbau- und Verbindungstechnik der Leistungseinheit planarer anlegen als bislang. Daraus ergeben sich viele Vorteile im Frequenzumrichter. „Wir können dadurch die Zuverlässigkeit verbessern und somit höhere Leistungsdichten im Produkt ermöglichen“, erzählt Stefan Pfefferlein. „Und wir kommen dabei mit weniger Material aus, verwenden also weniger Ressourcen, und die Komponente wird deutlich kompakter.“

Dass diese innovative Leistungseinheit funktioniert und zu einer Art Superheld für die Leistungselektronik werden könnte, konnte das Team bereits in seinem Demonstrator zeigen. „Wenn es uns gelingt, die Vorteile unserer neuen Aufbau- und Verbindungstechnik in Produkten zu realisieren, kann dies disruptive Veränderungen bewirken und einen echten Mehrwert für Kunden bedeuten“, erwartet Stefan Pfefferlein.