Umdrehungszähler Energieautarker magnetischer Umdrehungszähler

Im Rahmen des Förderprogramms „Magnetische Mikro- und Nanotechnologien“ hat Novotechnik zusammen mit Industriepartnern und dem Institut für Photonische Technologien (IPHT) in Jena die Grundlagen für einen Multiturnsensor entwickelt, der Umdrehungszahlen größer 4096 energieautark erfassen kann.

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Nach wie vor wird der heutige Multiturnmarkt von den optischen Encodern beherrscht, die über mehrstufige Getriebe die Zahl der Umdrehungen erfassen. Für viele mobile und industrielle Anwendungen sind sie allerdings eher ungeeignet, weil sie eine dauerhafte Stromversorgung benötigen und auf mechanischen und damit verschleißbehafteten Konstruktionen beruhen oder für manche Einsatzbereiche einfach zu aufwändig und zu teuer sind. Als Alternative kommen hier magnetische Verfahren infrage, mit deren Hilfe sich zukünftig mehr als 4.000 Umdrehungen energieautark erfassen lassen.

Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Jahr 2008 genehmigten und mit insgesamt ca. 3,3 Mio. Euro unterstützten Förderprojektes hat Novotechnik zusammen mit Industriepartnern und dem Institut für Photonische Technologien (IPHT) in Jena die Grundlagen für den magnetischen Multiturnsensor Uniturn geschaffen, der Umdrehungszahlen größer 4096, also mindestens 12 Bit, energieautark erfassen kann.

Ausgangsbasis für die Neuentwicklung bildete ein bereits von Novotechnik im Markt eingeführter magnetischer Multiturnsensor, der sich jedoch nur für maximal 16 Umdrehungen eignet und nicht durchdrehbar ist, d. h. man muss diesen Sensor nach 16 Umdrehungen wieder zurückdrehen, um zum Ausgangszustand zu gelangen. Ursache dafür ist die offene Struktur der Domänenbahnen.

Im Gegensatz dazu ist beim neuen Uniturn die Struktur nun geschlossen und kann somit durchgedreht werden, d. h. er beginnt nach dem maximalen Zählwert wieder bei 0. Der Sensor arbeitet ebenfalls mit magnetischen Domänen, die durch die zu überwachende Drehbewegung auf Bahnen verschoben werden und zum Erhalt der Information keine Energie benötigen. Dabei ist die Funktion nicht grundlegend verschieden von der bisherigen sogenannten „Quadstruktur“:

Ordnet man fünf Schleifen mit einer jeweils teilerfremden Anzahl von Spitzen an, erreicht das gesamte System erst nach 3 x 4 x 5 x 7 x 11 = 4620 Umdrehungen wieder den Ausgangszustand, das entspricht mehr als 12 Bit. Fügt man eine weitere Schleife mit 13 Spitzen hinzu, erreicht man bei den Umdrehungen knapp 18 Bit. Eine Million Umdrehungen können mit einer weiteren Schleife mit 17 Spitzen gezählt werden.

Das Aufmacherbild oben zeigt eine mögliche Realisierung eines GMR-Chips mit der Fläche 1,4 mm x 2,2 mm. Mit sechs teilerfremden Schleifen können N = 3 x 5 x 7 x 9 x 11 x 13 = 45.045 Umdrehungen erfasst werden.

Am Projekt sind beteiligt: AB Elektronik, FSG Fernsteuergeräte, IMSTec, IPHT, Kübler, Novotechnik und Sensitec sowie die Unterauftragnehmer AMIC und IZM Fraunhofer. Projektträger sind VDI-Tz und VDI/VDE-IT. (jv)

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