Reibungsloser Joystick - Ein neues magnetisches Steuersystem
Magnetfeldmessungen sind nicht nur wichtig, wenn man sich verlaufen hat, und wissen will, wo Norden ist. Auch in der Technik spielen sie eine wichtige Rolle.
Dr. Hans-Peter Hohe vom Fraunhofer IIS hat mit seinem Team einen magnetischen Joystick entwickelt, dessen Position durch einen 3D-Magnetfeldsensor exakt bestimmt wird.
"Unsere Technik arbeitet berührungslos und daher wartungsfrei. Es werden keine Schleifkontakte benötigt und daher gibt keine Abnutzung", erklärt der Forscher. Mit Magnet-Joystick und 3D-Sensor lassen sich kontaktlos Steuerbefehle erfassen und weiterleiten - egal wohin. Die Anwendungen reichen von der Baumaschinen-Steuerung bis zum Ansteuern einer Computermaus.
Das eigentlich Innovative an dem neuen magnetischen Steuersystem ist der winzige 3D-Magnetfeldsensor, der alle drei Raumkoordinaten gleichzeitig erfasst. Bisher konnten Halbleiter-Magnetfeldsensoren nur ein senkrecht verlaufendes Feld messen, weil die so genannten Hall-Elemente, die bei Anlegen eines Magnetfelds eine Spannung erzeugen, flach in der Oberfläche des Chips realisiert werden mussten.
Den Fraunhofer-Forschern gelang es jetzt, die Hall-Elemente quasi aufrecht in den Chip einzusetzen, damit lassen sich erstmals auch horizontale Felder erfassen. Zwei solche, im 90-Grad-Winkel angeordnete Sensoren können das Magnetfeld in der Ebene bestimmen. Ein weiterer, flach auf der Oberfläche realisierter Sensor misst die dritte Dimension. Der fertige 3D-Sensor-Chip registriert räumliche Feldänderungen - beispielsweise wenn ein magnetischer Joystick bewegt wird. Gleichzeitig digitalisiert er die Messwerte und leitet sie an den Rechner oder Mikrocontroller weiter.
"Prinzipiell kann ich den Magnetfeldsensor überall einsetzen, wo ich berührungslos eine Positionsveränderung messen will", resümiert Hohe. Das Spektrum der möglichen Anwendungen reicht vom Computer-Joystick über Drehschalter und Drehwinkelsensoren, wie sie in LKWs verwendet werden, bis hin zu Eingabefeldern für Handys und Kleincomputer, die mit einem magnetischen Stift beschrieben werden können.
Den Magnetfeldsensor gibt es mittlerweile in unterschiedlichen Ausführungen. Hans-Peter Hohe: "Das ist wichtig, denn unsere Kunden, für die wir Steuer- und Messsysteme entwickeln, stellen unterschiedliche Anforderungen, beispielsweise einen besonders geringen Stromverbrauch oder eine hohe Auflösung." Um Kundenwünsche schnell und zuverlässig befriedigen zu können, wurde eine Sensorbibliothek eingerichtet, in der das Know-how für Bauteile und -pläne gespeichert ist. Diese Bibliothek erlaubt es, integrierte Schaltkreise (ASICs) maßgeschneidert für die Wünsche eines Kunden zu realisieren.
Mit dem neuen 3D-Magnetfeldsenor können Hohe und seine Kollegen in Zukunft auch ein berührungsloses Positionsmesssystem anbieten, das direkt in einen solchen Chip integriert werden kann.
