antriebstechnik 4/2019

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK ENERGY HARVESTING MINI-DRAHT MIT MAGISCHER WIRKUNG Energy Harvesting ist ein heißes Thema. Vernetzte Sensoren und Komponenten ernten dabei den Strom, den sie benötigen, direkt aus ihrer Umgebung. Das Resultat sind energieautarke Systeme – ohne Batterien und wartungsfrei. Kinetik, thermische Effekte und Piezo sind die bekanntesten Treiber. Noch als Geheimtipp gilt der Wiegand-Effekt, bei dem über einen „magischen Draht“ magnetische Impulse aus Drehbewegungen in Spannung umgewandelt werden. Alles ist mit allem vernetzt! Diese Vision – bekannt als Industrie 4.0 oder Industrial Internet of Things – in die Tat umzusetzen, erfordert ein gigantisches Netzwerk von Sensoren und Datenknoten, die sich in Echtzeit untereinander austauschen. Realisieren lässt sich diese Mega-Aufgabe nur über eine Infrastruktur, die möglichst energieautark und wartungsfrei funktioniert. Voll im Trend liegen schon länger clevere Energy-Harvesting-Lösungen, die genügend Strom aus der unmittelbaren Umgebung ‚herauskitzeln’, um die vernetzten Systeme ohne Batterien und ohne externe Spannung zu betreiben. Konkret geht es um eine Flut von Low-Power-Komponenten, die permanent Messwerte ermitteln, speichern und per Datenfunk weitergeben. Experten rechnen bereits für 2020 weltweit mit rund 26 Mrd. funkenden Kleinstgeräten. Jörg Paulus ist General Manager Sales Europe bei Posital-Fraba in Köln 01 DER WIEGAND-EFFEKT Während Piezosysteme, thermische und kinetische Prozesse schon länger als feste Größen beim Energy Harvesting gelten, ist der nach dem Amerikaner John Wiegand benannte Wiegand-Effekt noch eher ein Insider-Tipp. Herzstück des Energy-Harvesting-Systems, das auf einem 1972 ursprünglich für magnetische Zugangs- bzw. Sicherheitskarten entwickelten Patent des US-Tüftlers basiert, ist ein sehr spezieller – fast magischer – Draht. Der Wiegand-Draht besteht aus Vicalloy, einer speziellen Legierung mit den Haupt bestandteilen Kobalt, Eisen und Vanadium sowie Kohlenstoff und anderen Anteilen. Das Erfolgsgeheimnis liegt vor allem in der Rezeptur für seine Herstellung. Am Ende eines aufwändigen Fertigungsverfahrens mit Kaltumformung und anschließendem Tempern besitzt der Draht einen Mantel aus einem hartmagnetischen Metall und einem Kern aus weich magnetischem Metall, was zu besonderen Eigenschaften führt: Bei einer Ummagnetisierung des haarfeinen Drahtes durch ein äußeres Magnetfeld entsteht ein Impuls, der sich in Spannung umwandeln lässt. 72 antriebstechnik 2019/04 www.antriebstechnik.de

SENSORIK UND MESSTECHNIK Treiber bei der Nutzung und Weiterentwicklung des Wiegand- Effekts zur Ernte von Low-Power-Energie ist der Kölner Positionssensorik-Spezialist Posital-Fraba. Bereits seit 2005 setzt das Traditionsunternehmen, das 2018 seinen 100. Geburtstag feierte und in den letzten gut zehn Jahren den Wachwechsel von optischen hin zu leistungsstarken und robusten magnetischen Anbaudrehgebern und Motorfeedback-Kits forciert hat, energieautarke Wiegand-Sensoren als Impulsgeber für die elektronischen Rotationszähler seiner magnetischen Multiturn-Drehgeber ein. „Wir waren der erste Lizenznehmer des Erfinders, der die Wiegand-Technik für diese Anwendung bei Drehgebern nutzbar gemacht hat“, unterstreicht Christian Leeser, CEO und Mehrheitsaktionär der Fraba-Gruppe. „Entscheidend für den Durchbruch des Wiegand-Effekts beim Energy Harvesting war die Verfügbarkeit von Chips, die mit Low Power arbeiten und nur wenig Energie brauchen.“ OHNE BATTERIEN UND WARTUNGSFREI Realisiert wird der spezielle Effekt in kompakten Wiegand-Sensoren, die von Posital als SMD-Bauteile produziert und weltweit verkauft werden. Die ‚Mini-Kraftwerke’, deren Fertigung erst kürzlich auf die jährliche Kapazität von einer Million Stück hochgeschraubt wurde, passen auf eine Fingerkuppe. Bei den gerade mal 15 mm langen Bauteilen ist der speziell konditionierte Wiegand-Draht, der sich entlang einer Richtung magnetisiert, in einer Kupferspule eingebettet. Er reagiert auf das Magnetfeld eines rotierenden Permanentmagnets. Kommt es hier zu Positions - bzw. Richtungswechseln, erzeugt der Draht energiereiche Spannungsimpulse – und das unmittelbar und unabhängig von der Geschwindigkeit der Drehbewegung. Die kompakten Wiegand-Sensoren garantieren Energy Harvesting auf engem Raum. Die Spannungs- bzw. Energieausbeute von 7 V bzw. 190 nJ genügt, um moderne Rotationszähler und die dazu ge hörige Elektronik 02 01 Posital-Fraba produziert die kompakten Wiegand-Sensoren als SMD-Bauteile und setzt sie in der Elektronik von Drehgebern ein 02 Am Ende des aufwändigen Fertigungsverfahrens mit Kaltumformung und Tempern besitzt der Draht seine speziellen elektrischen Eigenschaften ABSOLUTE SICHÄRHEIT Besuchen Sie uns! 01. – 05. April 2019 Halle 25, Stand C24 Falsche Versprechen erkennen Sie sofort. Auch bei Zahnriemen? Schließlich ähneln minderwertige Produkte auf den ersten Blick dem Qualitätsprodukt. Sicherheit bieten die Polyurethan- Zahnriemen der führenden Hersteller BRECO und ContiTech: Die werden aus abriebfestem Polyurethan und hochfesten Stahlcord-Zugträgern gefertigt und besitzen überlegene chemische und mechanische Eigenschaften. Das macht sie zuverlässig, langlebig und sicher. Versprochen: www.mulco.de www.mulco.de