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Neues Hall-Schaltkonzept von Griessbach: Verschleißfrei schalten ohne Störeinflüsse

Nach gut zweijähriger Entwicklungsarbeit hat der Bediengeräte-Hersteller Griessbach ein neues Wirkprinzip für elektronische Schalter und Taster vorgestellt. Die auf der Hall-Sensorik beruhende Schaltmethode ermöglicht eine lange Lebensdauer und bietet umfassenden Schutz gegen magnetische Störfelder.

Griessbach, Schalter.jpg Bildquelle: © Griessbach

Das von Griessbach zum Patent angemeldete Hall-Schaltkonzept verhindert das Auslösen von Fehlschaltungen durch magnetische Fremdfeldeinwirkung.

Christian Pokrandt, Produktentwickler bei Griessbach, informiert über Funktionsweise und Vorteile des Konzepts.

Markt&Technik: Sie haben bei Griessbach federführend an der Entwicklung eines neuen Hall-Schaltkonzepts mitgewirkt. Wo lagen die Herausforderungen?

Christian Pokrandt: An sich ist der Hall-Effekt bereits seit 1879 bekannt. Das magnetisch induzierte Wirkprinzip wird auch schon lange für Schalter und Taster genutzt, weil es gegenüber elektromechanischen Bedienelementen entscheidende Vorteile hat. Problematisch ist allerdings die Anfälligkeit herkömmlicher Hall-Schalter für Fremdfeldeinwirkungen. Wenn die Einbaulage keinen ausreichenden Schutz vor Störfeldern bietet, sind bisher zusätzliche konstruktive Vorkehrungen erforderlich, um durch magnetische Fremdeinwirkung verursachte Fehlschaltungen zu verhindern. Eine Gehäuseabschirmung, 3D- oder Fremdfeld-Sensorik im Zusammenspiel mit spezieller Filter-Software machen Hall-Schalter aber vergleichsweise teuer. Durch die Abschirmung der Schaltkomponenten vergrößert sich zugleich die Bauform, was die Herstellung kompakter Einheiten beispielsweise für die Kurzhub- oder Joystick-Betätigung erschwert.

Was kennzeichnet Ihr neu entwickeltes Wirkprinzip?

Unser Ziel war es, die Wirkung äußerer Magnetfelder auf das Schaltsignal des Sensors möglichst ohne konstruktiven Mehraufwand sicher und zuverlässig zu unterbinden. Durch eine innovative Magnet- und Sensor-Anordnung ist es uns gelungen, die Ausgangssignale bis zum Erreichen der Sättigungsgrenze gegenwärtig verfügbarer Sensoren sicher vor Fremdfeldern zu machen. Hierzu haben wir in unsere Funktionsmuster Hall-Sensoren mit Sättigungsgrenzen von 300 mTesla integriert. Damit konnten wir den Schaltzustand gegen homogene Beeinflussung durch Permanentmagneten mit Flussdichten von 0,6 Tesla an den Polflächen absichern. Abhängig von der Auslegung der neuen Magnet- und Sensor-Anordnung lässt sich das Schaltsignal auf diese Weise auch gegen Manipulationen durch inhomogene Störfelder schützen. Das zeigen unsere Tests mit einem 0,6-Tesla-Magneten, der auch bei direktem Kontakt mit dem Gehäuseäußeren unserer Funktionsmuster deren Schaltfunktion nicht beeinflusst hat.

Welche Vorteile bietet das neue Schaltprinzip?

Für viele Anwendungen, bei denen heute noch elektromechanische Schalter verbaut werden, steht unsere modifizierte Hall-Sensorik jetzt als zuverlässige, verschleißarme Alternative bereit, die sich kostenoptimiert auf engem Raum realisieren lässt. Weil das neu entwickelte Schaltkonzept für störsicheren Betrieb unabhängig von der Einbausituation sorgt, lassen sich die Schalter ohne aufwändige Schirmvorkehrungen flexibel installieren. Wegen des kontaktlosen Schaltprinzips wird die Funktionalität nicht durch mechanischen Verschleiß oder Kontaktabbrand beeinträchtigt, was eine Lebensdauer von mehr als 1 Mio. Schaltspielen ermöglicht. Außerdem ist das magnetisch ausgelöste Schaltsignal nicht anfällig gegenüber Vibrationen, Temperaturschwankungen, Schmutz und Feuchtigkeit. Dies prädestiniert das Schaltprinzip auch für robuste Bediensysteme in mobilen Maschinen.

Pokrandt_Christian Griessbach.jpg Bildquelle: © Griessbach

Christian Pokrandt, Griessbach »Wir sind überzeugt, dass unser Schaltkonzept eine zuverlässige und langlebige Alternative darstellt.«

Wie sehen Sie die Einsatzmöglichkeiten und Marktchancen Ihres Konzepts?

Von unseren Kunden wissen wir, dass eine große Nachfrage nach verschleißarmer, langlebiger Schaltertechnik besteht, um die Funktionszuverlässigkeit von Maschinen zu erhöhen. Mit Blick auf den bei Bedienkomponenten geforderten Performance-Level nach der Safety-Norm EN ISO 13849-1 spielt neben Lebensdauer und Ausfallsicherheit auch die funktionale Sicherheit eine wichtige Rolle. Wir haben unser Schaltkonzept deshalb so ausgelegt, dass es über Diagnosefunktionen hinaus auch zweikanalige Schalterausführungen ermöglicht. Um unsere Lösung flächendeckend verfügbar zu machen, haben wir sie für diverse gängige Schalter- und Taster-Varianten adaptiert. Dadurch lässt sie sich vom Drucktaster über Dreh-, Wahl- und Schiebeschalter bis zum in Fahrzeugen gebräuchlichen Wippschalter überall integrieren. Außerdem sind mit unserem Prinzip Schaltvorgänge auf kleinstem Raum realisierbar. Dies schließt Betätigungswege von nur 1 mm, Schalterdurchmesser ab 8 mm und kleine Bauhöhen von 10 mm ein.

Mittlerweile haben Sie zahlreiche verschiedene Prototypen auf Störsicherheit getestet. Wie geht es weiter?

Die Phase der Entwicklung und Erprobung des neuen Wirkprinzips haben wir erfolgreich abgeschlossen. Wir sind überzeugt, dass unser Schaltkonzept eine zuverlässige und langlebige Alternative darstellt, und haben es deshalb jetzt auch zum Patent angemeldet. Das Wirkprinzip lässt sich ohne nennenswerten Mehraufwand in vielen verschiedenen Tastern und Schaltern nutzen.

Im nächsten Schritt wenden wir uns an Schalter-Hersteller, die das Potenzial des Konzepts für ihr Produktprogramm nutzen wollen und die neue Hall-Sensorik über ihr Vertriebsnetz im Markt etablieren. Unternehmen, die an einer Kooperation interessiert sind, können sich direkt an uns wenden. Einen Einblick in die Funktionsweise und das Anwendungsspektrum unseres Wirkprinzips gibt ein Video, das wir unter www.griessbach-luckenwalde.de online gestellt haben.