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Sicherheit bei Multiturn-Drehgebern Energieautarke Wiegand-Sensoren

03.08.2018

Wiegand-Sensoren werden in vielen Anwendungen als Impulsgeber eingesetzt. Die Sensoren benötigen keine Batterie und haben keine beweglichen Teile. Stattdessen nutzt die von John Wiegand erfundene Technologie die Eigenschaften eines feinen Drahtes. Damit werden Drehgeber wartungsfrei bei erhöhter Betriebssicherheit.

Punkten können die kompakten Wiegand-Sensoren überall, wo Rotationen präzise erfasst und gezählt werden müssen. Neben leistungsstarken magnetischen Multiturn-Drehgebern und Motorfeedback-Systemen gehören hierzu auch Gas- oder Wasserzähler sowie Ventilatoren. Der kleinste Wiegand-Sensor WST hat eine Länge von 15 mm und kann daher auch auf sehr kleine Platinen aufgebracht werden. Sämtliche Wiegand-Sensoren sind als SMD-bestückbare Komponenten ausgelegt, so dass ihre Montage sehr einfach ist.

Wiegand-Draht aus Vicalloy

Die von Fraba Posital produzierten Wiegand-Sensoren, die problemlos auf eine Fingerkuppe passen, garantieren „Energy Harvesting“ auf engstem Raum. Herzstück des „Energy Harvesting“-Sensors von Fraba Posital bildet der speziell konditionierte Wiegand Draht aus Vicalloy, der in einem aufwändigen und komplizierten Verfahren gefertigt wird.

Der kurze Wiegand Draht, der sich entlang einer Richtung magnetisiert, ist eingebettet in eine Kupferspule und reagiert auf das Magnetfeld eines rotierenden Permanentmagnets. Kommt es hier zu Positions- beziehungsweise Richtungswechseln, erzeugt der Draht energiereiche Spannungsimpulse – und das unmittelbar und unabhängig von der Geschwindigkeit einer Drehbewegung. Die dabei erzeugten 7 V oder 190 nJ genügen, um moderne Rotationszähler und die dazu gehörige Elektronik ständig zu aktivieren – und das ohne Batterien und absolut wartungsfrei. „Bei dem in den 70er Jahren von dem US-Amerikaner John Wiegand ausgetüftelten System handelt es sich um echtes ‚Energy Harvesting’“, so Jörg Paulus, Deutschland- und Europachef von Fraba Posital. „Die Energie kommt aus der Drehbewegung – und das, anders als etwa beim Dynamo, auch bei sehr langsamen Bewegungen!“

Energieautarke Impulsgeber

Während der Wiegand-Effekt eine seit langem bekannte Größe ist, erfolgte der Durchbruch in Sachen ‚Energy Harvesting’ erst später. Vor zehn Jahren startete Fraba Posital eine neue Serie magnetischer Multiturn-Drehgeber – als Gegenentwurf zu deutlich aufwändigeren und teureren optischen Abtastsystemen.

Erstmals wurden dabei Wiegand-Sensoren als energieautarke Impulsgeber für die elektronischen Rotationszähler genutzt. „Mittlerweile sind weltweit mehr als 150.000 magnetische Multiturn-Drehgeber von uns im Einsatz – und das ohne Probleme“, so Paulus. „Kein Wunder, dass wir an das Wiegand-System glauben und hier gezielt investiert haben.“

Zusammengefasst bietet die Wiegand-Technologie im Einsatz bei Drehgebern folgende Vorteile:

  • Keine externe Stromquelle erforderlich – keine Batterien, die irgendwann zu tauschen sind

  • Längere Lebensdauer

  • Einsatz in schwierigen Umgebungen

  • Kontaktlose Messung – kein mechanischer Verschleiß

Eigene Fertigungsanlagen

Vor wenigen Jahren erfolgte, neben der Übernahme des Know-how-Fundus aus dem John Wiegand-Nachlass, auch der Aufkauf der kompletten Fertigungsanlagen zur Herstellung und Konditionierung des speziellen Drahtes. Aktuell wird der eigentliche Wiegand-Draht an Posital-Standorten in den USA und in Deutschland produziert. „Mit der parallelen Fertigung garantieren wir eine stabile und zuverlässige Lieferkette“, unterstreicht Paulus.

Die eigentliche Montage der Wiegand-Sensoren erfolgt an den firmeneignen Fertigungsstandorten im polnischen Slubice – der digitalen Fabrik im weltweiten Firmenverbund – und in Malaysia. Im Frühjahr 2018 wurde die Marke von 500.000 produzierten Wiegand-Sensoren geknackt.

Bildergalerie

  • „Energy Harvesting“ auf engstem Raum: Der kleinste Wiegand-Sensor WST hat eine Länge von gerade mal 15 mm und kann auch auf sehr kleine Platinen aufgebracht werden.

    Bild: Fraba

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