Novotechnik
Der remanente Multiturn
Der Sensorhersteller Novotechnik kann dank der BMBF-Förderung (Bundesministerium für Bildung und Forschung) die Forschung an seinen magnetischen Multiturn-Drehgebern fortsetzen, die den revolutionären GMR-Effekt nutzen.
Bis in drei Jahren soll die nächste Generation der GMR-Drehgeber über 4000 Umdrehungen ohne Pufferbatterie oder Getriebe dauerhaft speichern können.
Der GMR-Effekt (Giant Magneto Resistance oder Riesen-Magnetwiderstand), für dessen Entdeckung Peter Grünberg und Albert Fert 2007 den Physik-Nobelpreis erhielten, ist ein quantenmechanisches Phänomen, das in dünnen Strukturen aus ferromagnetischen und nichtferromagnetischen Schichten auftritt. Mit dem Effekt kann zusätzlich zum Drehwinkel auch die Anzahl an Umdrehungen - aktuell nur 16 - im stromlosen Zustand ohne Pufferbatterie oder Getriebe dauerhaft gespeichert werden. Zudem steht das Signal sofort nach dem Start zur Verfügung (“True-power-on”). Ziel ist, in den nächsten drei Jahren einen GMR-Multiturn mit 12 Bit Auflösung (4096 Umdrehungen) bis zur Serienreife zu entwickeln. Die momentan realisierbare Winkelauflösung von 0,1 ° dürfte dabei für die meisten industriellen Applikationen ausreichend sein.
GMR - so funktioniert`s
Der GMR-Effekt ist ein quantenmechanisches Phänomen, das in dünnen Filmstrukturen aus ferromagnetischen und nichtferromagnetischen Schichten beobachtet wird: Hat man einen solchen heterogenen Aufbau aus zwei magnetischen Schichten (eine weichmagnetische Sensorschicht und als Referenzschicht eine sehr hartmagnetische Schicht), die durch eine nur wenige Atomlagen dicke, nichtmagnetische Schicht getrennt sind, so lässt sich der Widerstand des Stapels durch externe Magnetfelder ändern. Die Referenzschichtorientierung wird, solange die Magnetfelder nicht extrem groß werden, festgehalten. Der Schichtstapel selbst ist in Streifen mit einer Bereite von unter 200 nm strukturiert, wodurch sich die Sensorschicht nur entweder parallel oder antiparallel zum Streifen ausrichten kann. Der elektrische Widerstand ändert sich deutlich, wenn die magnetischen Momente in dieser Sensorschicht umklappen. Stehen sie parallel zueinander, sinkt der Widerstand auf den Minimalwert, bei antiparalleler Ausrichtung erreicht er sein Maximum. Der Magnetisierungszustand einer solchen Struktur lässt sich also leicht durch eine ohmsche Messung bestimmen.
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