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Forschungserfolg

100 µm dünner, biegsamer Magnetfeldsensor

26. August 2013, 14:20 Uhr | Nicole Wörner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Kommerzielle Anwendungen

Machbarkeitsanalysen haben eine Vielzahl von Anwendungen für die neue Sensortechnologie aufgezeigt, darunter Elektromotoren, Medizintechnik, Werkzeug- und Strömungsmaschinen, Industrieroboter, Dosiersysteme, Halbleiterverfahren, Antriebswellen und Automotive. Zunächst konzentrieren sich die Wissenschaftler auf Anwendungen im Bereich elektrischer Maschinen und Magnetlagersysteme. So lässt sich etwa durch die Integration ultradünner und mechanisch flexibler Magnetfeldsensoren in den Luftspalt zwischen Stator und Rotor die magnetische Flussdichte exakt erfassen. Dabei kann der Messwert sowohl zur Beobachtung als auch als Rückführungsgröße für die Regelung von Magnetlagern oder elektrischen Maschinen genutzt werden. »Die Dynamik- und Präzisionssteigerung der Magnetlager sowie das Magnetfeld-Monitoring elektrischer Maschinen auf Basis der Luftspaltflussdichtemessung ist ein bekannter Ansatz, der jedoch aufgrund der Bauhöhe kommerziell verfügbarer Hall-Sensoren für den Großteil der Antriebsysteme mit Luftspaltweiten kleiner 0,5 mm bislang nicht möglich war«, führt Schmidt aus. »Aufgrund der begrenzten Bauhöhe und der gekrümmten Statorpolgeometrie ist der Einsatz integrierbarer, flexibler Sensorelemente, die auf dünnen Membranen hergestellt werden, nötig.«

Drehgebersysteme

Für die direkte Sensorintegration in der elektrischen Maschine bzw. im Magnetlager finden die neuen Sensoren auch bei Gebern zur Erfassung des Drehwinkels von Rotoren Anwendung. Damit lässt sich ein kostengünstiges Drehwinkelgebersystem aufbauen, das auf Basis der Sin-Cos-Auswertung eines rotierenden Permanentmagnetbandes den Drehwinkel der Rotorwelle hochgenau erfasst. »Im Gegensatz zu derartigen Systemen mit konventionellen Hall-Sensoren besteht der Vorteil darin, dass die zwei benötigten Hall-Sensoren im geforderten, definierten Abstand exakt durch eine lithographische Strukturierung auf einem gemeinsamen Polymerträger positioniert werden können«, führt der Experte aus. »Darüber hinaus entfällt der zusätzliche Sensorhalter und die damit verbundene Justage zur Einhaltung des benötigten elektrischen Winkelversatzes. Durch die Flexibilität und geringe Bauhöhe unserer Sensoren ergeben sich zusätzlich Einsparpotenziale beim Platzbedarf und Gewicht eines solchen Drehwinkelgebers.«

Die Dresdner Wissenschaftler haben den neuartigen Sensor bis zur Prototypenreife entwickelt. Nun sucht die Forschergruppe Partner aus der Industrie, um die durch Patente geschützte Technologie zur Serienreife zu führen.