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DER KONSTRUKTEUR 11/2018

DER KONSTRUKTEUR 11/2018

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK DER MAGISCHE DRAHT PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Energy Harvesting ist ein spannendes Thema. Vernetzte Sensoren und Kleinstgeräte aller Art ernten dabei den Strom, den sie benötigen, direkt aus ihrer Umgebung. Das Ergebnis sind energieautarke Netzwerke, die ohne Batterien auskommen und wartungsarm sind – gerade im Zusammenhang mit Industrie 4.0 wird das besonders interessant. Kinetische Energie, thermische Effekte und Piezosysteme sind die bekanntesten Treiber beim Energy Harvesting. Noch eher ein Geheimtipp ist der Wiegand- Effekt, bei dem über einen „magischen“ Draht magnetische Impulse aus Drehbewegungen in Spannung bzw. Energie umgewandelt werden. Autor: Martin Wendland, freier Journalist, Toronto/Kanada Alles ist mit allem vernetzt! Diese Vision – bekannt unter den Schlagworten Industrie 4.0 oder Industrial Internet of Things – in die Praxis umzusetzen, erfordert ein gigantisches Netzwerk mit Milliarden von Sensoren und Datenknoten, die sich untereinander austauschen. Umsetzen lässt sich diese Mammutaufgabe nur über eine Infrastruktur, die möglichst energieautark und wartungsfrei funktioniert. Konjunktur haben schon länger clevere Energy-Harvesting-Lösungen, die genügend Strom aus der unmittelbaren Umgebung herauskitzeln, um die angeschlossenen Systeme ohne Batterien oder externe Spannung zu betreiben. Konkret geht es um ein Heer von Low-Power-Komponenten, die permanent Messwerte ermitteln, speichern und per Datenfunk weitergeben. Schon für 2020 rechnen Experten weltweit mit rund 26 Milliarden funkenden Kleinstgeräten. DAS GEHEIMNIS DES SPEZIALDRAHTS Während Piezosysteme, thermische und kinetische Prozesse schon länger als feste Größe in Sachen Energy Harvesting gelten, ist der nach dem US-Amerikaner John Wiegand benannte Wiegand-Effekt noch eher ein Geheimtipp. Herzstück dieses Energy-Harvesting- Systems, das auf einem ursprünglich für magnetische Zugangsbzw. Sicherheitskarten entwickelten Patent des US-Tüftlers aus dem Jahr 1972 basiert, ist ein sehr spezieller – fast magischer – Draht. Der Wiegand-Draht besteht aus Vicalloy, einer speziellen Legierung aus den Hauptbestandteilen Kobalt, Eisen und Vanadium sowie Kohlenstoff und anderen Anteilen. Am Ende eines aufwendigen Fertigungsverfahrens mit Kaltumformung und anschließendem Tempern besitzt er einen Mantel aus einem hartmagnetischen Metall und einen Kern aus weichmagnetischem Metall, was zu besonderen Eigenschaften führt: Bei einer Ummagnetisierung des haarfeinen Drahts durch ein äußeres Magnetfeld entsteht ein Impuls, der sich in Spannung umwandeln lässt. 54 DER KONSTRUKTEUR 11/2018

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK Treiber der Nutzung und Weiterentwicklung des Wiegand-Effekts zur Ernte von Low-Power-Energie ist der Kölner Motion-Controlund Positionssensorik-Spezialist Posital-Fraba. Das Traditionsunternehmen feiert dieses Jahr seinen 100. Geburtstag und hat in den letzten 12 Jahren den Wachwechsel von optischen hin zu leistungsstarken und robusten magnetischen Anbaudrehgebern und Motorfeedback-Kits forciert. Bereits seit 2005 setzt der Anbieter energieautarke Wiegand-Sensoren als Impulsgeber für die elektronischen Rotationszähler seiner magnetischen Multiturn-Drehgeber DIE KOMPAKTEN WIEGAND-SENSOREN PRAKTIZIEREN ENERGY HARVESTING AUF ENGSTEM RAUM 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, dass es mittlerweile Chips gibt, die mit Low Power arbeiten und nur wenig Energie brauchen“, ergänzt Jörg Paulus, als Europa-Chef für das Posital- Drehgebergeschäft von Fraba zuständig. „Das gab es früher nicht.“ OHNE BATTERIEN UND WARTUNGSFREI So machen sich die kompakten Wiegand-Sensoren von Posital den Wiegand-Effekt zunutze. Seit Jahren kommen die als SMD-bestückbare Bauteile gefertigten Mini-Kraftwerke in den eigenen magnetischen Multiturn-Absolutgebern der hochauflösenden 16-Bit- IXARC-Serie zum Einsatz. Darüber hinaus werden sie weltweit als Standalone-Komponenten verkauft. Bei den gerade mal 15 mm langen Bauteilen ist der speziell konditionierte Wiegand-Draht, der sich entlang einer Richtung magnetisiert, eingebettet in eine Kupferspule. 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 einer Drehbe- 01 Wiegand-Maschine in Aachen: Ein komplexes Spulensystem sorgt für die passgenaue Konditionierung bzw. Umformung des Drahts Der Switch mit Zukunft INDUSTRIAL ETHERNET | PROFINET | ETHERNET/IP 27.-29.11.2018 | Nürnberg Halle 5 | Stand 5-411 Indu-Sol GmbH – Spezialist für industrielle Netzwerke Webinterface: Alles auf einen Blick Einfach. PROmesh P9 PROmesh P20 Einfach. Einzigartig. Wegweisend. Der Switch PROmesh. Indu-Sol GmbH∙Blumenstraße 3∙04626 Schmölln∙Deutschland∙Telefon: +49(0)34491 5818-0∙www.indu-sol.com∙info@indu-sol.com