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Ultraflach und hermetisch dicht

Membranpotenziometer-Technologie weiterentwickelt

29. Oktober 2018, 13:12 Uhr | Emmanuel Lemelle, Manager Product Marketing bei Vishay MCB

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Die wichtigsten Kennzahlen

Zu den wichtigsten Anforderungen, die bei der Entwicklung eines Membranpotenziometers zu spezifizieren sind, zählen unter anderem Umgebungsparameter (Temperaturbereich, Feuchtigkeit, Art der Verschmutzung, Verschmutzungsgrad), die Lebensdauer (von 50.000 Zyklen bis 25 Millionen Zyklen) und die Genauigkeit (von 1 bis 5 Prozent). Vorab wird natürlich der Arbeitsbereich (in Grad für Drehgeber bzw. mm für Weggeber) festgelegt. Ein besonders wichtiger Parameter ist der Temperaturbereich. Der Standardtemperaturbereich reicht von –10 °C bis +50 °C.

Hybride Varianten
für erweiterte Temperaturbereiche

Ausgehend vom Grunddesign wurden bereits hybride Varianten mit anderen Membranmaterialien entwickelt und qualifiziert. Solche Varianten decken den mittleren Temperaturbereich bis +70 °C kostengünstig ab. Es sind auch höhere Betriebstemperaturen erreichbar, wobei dann allerdings sämtliche Materialien durch temperaturfestere ersetzt werden müssen.

Variante mit erhöhter Toleranz

In Anwendungen, in denen der Anpressdruck infolge einer Abnahme des äußeren Luftdrucks schwankt, kommt bei einer solchen hermetisch dichten Technologie der Balloneffekt als Störfaktor ins Spiel. Unter solchen Einsatzbedingungen besteht das Risiko, dass der Kontakt unterbrochen wird und der Sensor dann nicht mehr funktioniert. In rauen Einsatzumgebungen könnte der Balloneffekt ernste Probleme bereiten. Vishay hat deshalb ein spezielles Design entwickelt, erfolgreich getestet und qualifiziert, das einen Druckausgleich zwischen dem Sensor-Innenraum und der Umgebung ermöglicht – und dennoch das Eindringen von Wasser verhindert, sodass die Wasserdichtigkeit erhalten bleibt. Diese Variante eignet sich besonders für Luftfahrtanwendungen wie etwa elektrische Sitzverstellungen.

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Variante für Anwendungen
im Außenbereich

Bei Anwendungen im Außenbereich stellt der Memory-Effekt der oberen Membran ein weiteres hohes Risiko für das Membranpotenziometer dar, insbesondere beim Betrieb unter rauen Einsatzbedingungen mit hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit. Als Phänomen schon lange bekannt, wird der Memory-Effekt oft als ein Nachteil dieser Technologie betrachtet. Es lassen sich jedoch wirksame Lösungen finden, indem man die Bedingungen (Temperatur und Feuchtigkeit), unter denen dieses Phänomen auftritt, analysiert und das Materialverhalten unter diesen Bedingungen simuliert. Ein solcher systematischer Ansatz ermöglichte es Vishay, den Memory-Effekt vollständig zu eliminieren. Das Fehlen des Memory-Effekts ist besonders in solchen Anwendungen von Vorteil, in denen der Sensor für längere Zeit einfrieren kann (ein Aktor kann ohne weiteres ein halbes Jahr lang eingefroren sein und in der gleichen Position verharren), und die dennoch über diesen gesamten Zeitraum hinweg ihre ursprüngliche Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit beibehalten sollen. Vishay ist es gelungen, eine Wiederholgenauigkeit von bis zu 0,2 Prozent über den Temperaturbereich von –40 bis +70 °C bei einer relativen Feuchtigkeit von 90 Prozent zu erzielen.

Breites Anwendungsfeld

Mit seinen erhöhten Risiken für Verschmutzung durch Staub, Feuchtigkeit und Fett, und seiner Wasserdichtigkeit ist der „Off-Road“-Markt der angestammte Markt für UIPM-Sensoren. Hier reichen die Anwendungen von der Steuerung der Radlenkung eines Deichselstaplers über die Rückmeldung einer Mastposition, die Ermittlung der Position eines Joysticks bis zur Erfassung der Einstellung eines elektrisch verstellbaren Sitzes und mehr. In diesen Anwendungen finden sehr oft redundante Designs mit einem kompletten zweiten Sensor Einsatz, um bei Ausfall oder Fehlfunktion des ersten Sensors die Funktion sicherzustellen.

Wegen ihrer Wasserdichtigkeit zählen UIPM-Sensoren in der Medizintechnik zur ersten Wahl; typische Anwendungen in diesem Bereich sind die Messung der Kolbenposition von Pumpen in Injektionssystemen und die Positionierung von Operationstischen.
Ihre Robustheit und Langlebigkeit macht die UIPM-Weggeber zudem zur idealen Wahl für elektrische Aktoren zur Sitzverstellung in Flugzeugen oder für elektrische Aktoren zur Verstellung von Krankenhausbetten.

Weitere Anwendungsbereiche, in denen die besonderen Eigenschaften des Membranpotenziometers zum Tragen kommen, sind die Bergbauvermessung zur Überwachung der Bodenbewegung, Outdoor-Warenautomaten und Klima-Steuergeräte. Überall, wo höchste Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit gefordert wird, ist das Membranpotenziometer zum Feststellen und Steuern von Positionen die beste technische Lösung.