Sensorik

Tunnelmagnetoresistive Sensoren für präzise Wege und Winkel

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Einsatz im kabellosen Linearführungssystem

Bei einer weiteren interessanten Anwendung handelt es sich um kabellose Linearführungssysteme mit integrierter Positionsmessung (Bild 7). Im Verbundprojekt „KaLiPso“ haben Sensitec, SNR Wälzlager und das Institut für Fertigungstechnik der Leibniz Universität Hannover mit Unterstützung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) zwischen 2013 und 2015 gemeinsam an dieser Entwicklung gearbeitet [8].

Linearführungssysteme bilden die Basis für jegliche lineare Bewegung innerhalb von Maschinen und Anlagen in vielen industriellen Bereichen. Die Produktivität der Maschinen und Anlagen verlangt nach Systemen mit hoher Leistungsdichte bezogen auf Verfahrgeschwindigkeit und Genauigkeit; die Anwender verlangen nach geringem Montage- und Wartungsaufwand.

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Externe Messsysteme verursachen hohen Montageaufwand. Kabel, die rauen Betriebsbedingungen (Kühlschmiermittel, Späne, Temperatur) unterliegen, sind häufig Ursache von Stillständen und Ausfällen. Deshalb wird im Projekt KaLiPso die Grundlage für ein Produkt geschaffen, bei dem das externe Messsystem in das Führungssystem integriert werden kann, um Störanfälligkeit und Montagekosten zu minimieren.

Um die Verfügbarkeit weiter zu steigern und neue Anwendungen zu ermöglichen, wird das Kabel durch eine drahtlose Kommunikation ersetzt. Dies wird über die im Projekt entwickelte Sensortechnik mit extrem geringer Energieaufnahme, einer dazu passenden drahtlosen Datenübertragung und die Versorgung des Systems aus der Umgebungsenergie möglich (Bild 8).

Das neue Positionsmesssystem, welches auf der Hannover Messe 2015 als Studie erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt wurde und jetzt für den Serieneinsatz vorbereitet wird, zeichnet sich sowohl durch eine extrem geringe Leistungsaufnahme als auch durch eine hohe Auflösung aus. Dadurch ergeben sich zwei Alleinstellungsmerkmale für diese innovative Lösung: Erstens werden Kabel und Kabelschlepp zwischen Antrieb und Schlitten nicht benötigt. Die Energie kann von einer Batterie oder einer lokalen Energiequelle über Energy Harvesting geliefert werden. Zweitens wird die Positionsmessung nie ausgeschaltet, sodass jede Bewegung des Schlittens kontinuierlich verfolgt und die aktuelle Absolut-Position immer gespeichert bleibt, selbst bei ausgeschalteter Motorsteuerungseinheit. Weitere Merkmale (beispielsweise ein Betriebsstundenzähler) können ergänzend integriert werden.

Durch diese spannenden Anwendungen deutet sich jetzt schon an, dass dieser neue MR-Effekt die Verbreitung von MR-Sensoren insbesondere in der Antriebs- und Fahrzeugtechnik weiter beschleunigen wird [9].

Literaturhinweise

[1] Duret, C. et al, “TMR : a new frontier for magnetic sensing”, Proc. of 11th Symposium Magnetoresistive Sensors and Magnetic Systems, Wetzlar, 2011

[2] Paul,J., Lehndorff, R. & Duret, C.; „Ressourceneffizienz am Beispiel magnetoresistiver Sensoren“, Mikrosystemtechnik Kongress 2011, Darmstadt

[3] Slatter, R.; „Neuartige magnetoresistive Sensoren für Winkel- und Längenmessaufgaben im Automobil“, Sensoren im Automobil IV, Expert Verlag, Renningen, 2011

[4] Doms, M. et al; “AMR vs. GMR vs. TMR – Eigenschaften, Unterschiede, Anwendungen“, Proc . of 5. Mikrosystemkongress, Aachen, 2013

[5] Duret, C. et al; „TMR: Going to Applications“, Proc. of 12th Symposium Magnetoresistive Sensors and Magnetic Systems, Wetzlar, 2013

[6] Slatter, R., Doms, M., “Energy efficient magnetoresistive sensors for low-power and wireless applications”, Proc. of Smart Systems Integration Conference, Vienna, 2014

[7] Slatter, R., Buß, R.; „Energieeffiziente, miniaturisierte magnetische Sensoren für energieautarke Anwendungen“, 8. GMM-Workshop Energieautarke Sensorik - EAS 2016, Renningen, 2016

[8] Lindemann, R.; “KaLiPso - Wireless position measuring in linear guides using integrated TMR Sensors”, Proc. of 14th Symposium Magnetoresistive Sensors and Magnetic Systems, Wetzlar, 2017

[9] Slatter, R., von Manteuffel, G.; „Neue Entwicklungen bei magnetoresistiven Sensoren für Weg-, Winkel-, Strom- und Feldmessung in und um das Automobil“ in Automobil-Sensorik, Tille, T. (Hrsg.), Springer Vieweg, Wiesbaden, 2016.

* Dr. Rolf Slatter ist Geschäftsführer bei Sensitec,.Lahnau.

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