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Sensortechnik Wiegand-Sensoren für Energy Harvesting auf kleinem Raum

| Redakteur: Udo Schnell

Die Wiegand-Sensoren können ohne Batterie betrieben werden. Sie erzeugen die notwendige Energie, in dem sie magnetische Impulse aus Drehbewegungen in Spannung oder Energie wandeln.

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Die Wiegand-Sensoren von Posital sollen „Energy Harvesting“ auf engstem Raum garantieren.
Die Wiegand-Sensoren von Posital sollen „Energy Harvesting“ auf engstem Raum garantieren.
(Bild: Posital)

Sensorik – us. Die Wiegand-Sensoren vonPosital gewährleisten nach Angaben des Unternehmens das sogenannte „Energy Harvesting“ auf kleinstem Raum. Über einen speziell behandelten Draht aus Vicalloy – dem besonderen Wiegand-Draht – nutzen sie magnetische Impulse aus Drehbewegungen zur komplett autarken Erzeugung von Spannung oder Energie. Die dabei erzeugten 7 V oder 190 nJ genügen, so Posital, um moderne Rotationszähler und die dazu gehörige Elektronik ständig zu aktivieren.

Der kleinste Wiegand-Sensor WST hat eine Länge von 15 mm und kann auch auf sehr kleine Platinen aufgebracht werden. Sämtliche Wiegand-Sensoren sind als SMD-bestückbare Komponenten ausgelegt, so dass ihre Montage überaus einfach ist, heißt es weiter.

Eingesetzt werden können die kompakten Wiegand-Sensoren überall, wo Rotationen präzise erfasst und gezählt werden müssen, führt das Unternehmen aus. Außer leistungsstarken magnetischen Multiturn-Drehgebern und Motorfeedback-Systemen gehören dazu auch Gas- oder Wasserzähler sowie Ventilatoren.

Herzstück des „Energy Harvesting“-Sensors von Posital bildet den Angaben zufolge der speziell konditionierte Wiegand-Draht, 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 dabei zu Positions­ oder Richtungswechseln, erzeugt der Draht energiereiche Spannungsimpulse – und das unmittelbar und unabhängig von der Geschwindigkeit einer Drehbewegung. „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 Posital. „Die Energie kommt aus der Drehbewegung – und das, anders als etwa beim Dynamo, auch bei sehr langsamen Bewegungen!“

Während der Wiegand-Effekt eine seit langem bekannte Größe ist, erfolgte der Durchbruch in Sachen ‚Energy Harvesting’ erst später, führt Posital aus. Vor zehn Jahren startete das Unternehmen nach eigenen Angaben eine neue Serie magnetischer Multiturn-Drehgeber – als Alternative oder Gegenentwurf zu deutlich aufwendigeren 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.“

Vor wenigen Jahren erfolgte, außer der Übernahme des Knowhow-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“, sagt Paulus. Die eigentliche Montage der Wiegand-Sensoren erfolgt an den firmeneignen Fertigungsstandorten im polnischen Slubice – der digitalen Fabrik im weltweiten Firmenverbund – und in Malaysia.

„Entscheidend für den Durchbruch des Wiegand-Effekts beim ‚Energy Harvesting’ war, dass es heute Chips gibt, die mit ‚Low Power’ arbeiten – und nur wenig Energie brauchen“, so Paulus. „Das gab es früher nicht! Parallel sind auch die Messmethoden bei der aufwändigen Produktion des Drahtes deutlich verbessert worden, wobei wir auch hier künftig noch Luft nach oben sehen.“

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