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Wie berührungslose Sensoren das Design von Haushaltsgeräten verbessern : Ausgabe 15/2015, 23.09.2015

Moderne Sensortechnologie ebnet den Weg ins Smart Home

Intelligente Technologie ist heute ein wesentlicher Teil der Unterhaltungselektronik. Auch Haushaltsgeräte werden zunehmend mit intelligenten Sensoren ausgestattet für eine erweiterte Temperaturerfassung und Steuerung. Unter anderem steigt mit dem wachsenden Einsatz von Mikroprozessor-Steuersystemen auch der Bedarf an berührungslosen Sensor-Technologien mit geringer Leistungsaufnahme wie Reed-Schaltern und Hall-Effekt-Sensoren.

Autor: Gwenn Gmeinder, Business Development Manager, Littelfuse, Inc.

Bilder: Littelfuse

Anhand vorliegender Marktdaten schätzt man, dass der Markt für Haushaltsgeräte bis 2017 auf die Produktionsmenge von 990 Mio. Einheiten anwachsen wird. Je mehr Geräte produziert werden, desto mehr Sensoren zur Erfassung von Position, Abstand, Höhe und Geschwindigkeit werden in Haushaltsgeräten und HLK-Anlagen benötigt. Schon heute verfügen moderne Geräte über viele verschiedene Sensoren. Zwei beliebte Typen von berührungslosen Sensoren in Haushaltsgeräten sind Reed-Schalter und Hall-Effekt-Sensoren, die beide magnetisch aktiviert werden. Als berührungslos werden sie deshalb bezeichnet, weil das Schaltgerät keinen physischen Kontakt mehr mit dem Gerät benötigt, um den Schaltzustand zu verändern.

Erkennen, ob die Tür offen steht

Reed-Schalter sind aufgrund ihrer Einfachheit und Zuverlässigkeit eine bevorzugte Wahl für Anwendungen mit geringer Leistungsaufnahme. Sie kommen häufig in Kühlschrank- oder Backofen-Türen zum Einsatz, um zu erkennen, ob die Tür offen oder geschlossen ist. Je nachdem sendet der Sensor ein Signal an die Steuereinheit, die entsprechend die LED-Beleuchtung im Gerät an- oder ausschaltet. Da Reed-Schalter hermetisch dicht sind, sind sie vor den in Haushaltsgeräten üblichen extremen Temperaturen sowie vor Feuchtigkeit und Nässe geschützt. Auf ihre Kontaktsicherheit oder Betriebsdauer haben diese Faktoren somit keinen Einfluss.

Magnetsensor erfasst die Geschwindigkeit

Hall-Effekt-Sensoren werden häufig für die Geschwindigkeitserfassung in Waschmaschinen eingesetzt. Die Drehgeschwindigkeit der Trommel wird durch einen mehrpoligen Ma­gneten (16 oder 32 Pole) überwacht, der an der Motorwelle befestigt ist und über einem Hall-Effekt-Sensor rotiert. Das erfasste digitale Geschwindigkeitssignal wird an die Steuereinheit übertragen, die wiederum die Motorgeschwindigkeit für die verschiedenen Programm­abschnitte regelt. Hall-Effekt-Bauteile sind programmierbar und können je nach Konfiguration für die digitale, analoge oder direkte Geschwindigkeitserfassung genutzt werden.

Berührungslose Sensoren schaffen Marktvorteile

Um in einem Markt mit immer intelligenteren Geräten wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Entwickler jede Technologie nutzen, die ihnen zur Verfügung steht. Berührungslose Sensortechnologien lassen mehr Freiheit beim Geräte-Design für Anwendungen, die enge Toleranzen erfordern. Vor allem, wenn der zur Befestigung der Sensoren verfügbare Platz begrenzt ist. Sie bieten mehr Zuverlässigkeit und Haltbarkeit über die gesamte Lebensdauer des Geräts, da sie weder mechanischem Verschleiss noch Oxidation der mechanischen Kontakte unterliegen. Darüber hinaus sind berührungslose Sensoren vor Schwankungen der Temperatur oder Feuchtigkeit geschützt, die in vielen Haushaltsgeräten die Regel sind.

Sie können digitale Signale zur Positionserfassung sowie ratiometrische Ausgangswerte für die Linear- oder Rotationserfassung liefern. Die Anzeige von Momentanwerten erlaubt genauere Kontrollen und eine höhere Auflösung für eine verbesserte Erfassungsgenauigkeit.

Moderne Sensorik spart Energie und schont die Umwelt

Im Gegensatz zu mechanischen Bauteilen mit sichtbaren Hebeln oder Drucktasten bleiben die Sensor- und Magnet-Aktuatoren der kontaktlosen Technologien hinter den Bedienpaneelen verborgen und erlauben damit ein modernes Design. Berührungslose Sensorlösungen tragen auch dazu bei, die erforderliche Energieeffizienz für das ENERGY STAR-Siegel zu erreichen. Die positiven Auswirkungen des zunehmenden Einsatzes solcher Geräte haben sich bereits bemerkbar gemacht. Die EPA (Environmental Protection Agency) schätzt, dass Produkte mit diesem Siegel jährlich mehr als 150 Mio. t Treibhausgas-Emissionen einsparen. Ebenso sparen sie jährlich über 200 Mrd. kWh Strom, was etwa 15 % des Gesamtverbrauchs von Privatwohnungen in den USA entspricht.

Die Verbesserungen bei der Leistung, der Flexibilität und der Optik sind nicht die einzigen Gründe für den zunehmenden Einsatz von berührungslosen Sensoren. Verschiedene Marktfaktoren spielen ebenfalls eine Rolle. Mikroprozessorbasierte Erfassungs- und Kontrollsysteme machen grosse mechanische Schütze, Relais und Schaltertechnologien überflüssig, die bisher zum Schalten von Verstärkern und Glühbirnen nötig waren. Intelligente Sensorik in modernen Geräten benötigt intelligente Niederspannungs-Schalt-/Messvorrichtungen mit geringem Eigenverbrauch. Berührungslose Sensoren eignen sich für den Ersatz der mechanischen Einheiten.

Steigende Energiepreise und gesetzliche Vorschriften fordern energieeffizientere Geräte. Der Einsatz von Sensoren in vielfältigen Anwendungen, wie intelligenten Stromnetzen, Gebäuden und Steuerungen von industriellen Prozessen, erlaubt eine effizientere Nutzung der Ressourcen und eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen. Moderne Geräte mit integrierten Sensoren verbrauchen deutlich weniger Energie und Wasser, womit sich auch die zu entsorgenden Abwassermengen minimieren.

Der Wunsch nach Gebäudeautomation und Bedienerfreundlichkeit steigern den Bedarf an Haushaltsgeräten mit intelligenter Sensortechnologie. Moderne Häuser werden immer abhängiger von intelligenten Technologien. Entsprechend wächst der Bedarf an intelligenten Geräten mit berührungslosen Sensoren zur Unterstützung zukünftiger Smart Home-Infrastrukturen, da sie synchronisierte Kommunikation und Steuerung erlauben.

Wachstum für intelligente Haushaltsgeräte belebt Sensormarkt

Das rasante Wachstum des Markts für intelligente Haushaltsgeräte sorgt für wachsenden Bedarf an modernen Sensortechnologien. Berührungslose Sensoren wie Reed-Schalter und Hall-Effekt-Sensoren verbessern nicht nur das Gerätedesign durch mehr Flexibilität, Zuverlässigkeit und höhere Signalgenauigkeit. Darüber hinaus erlauben diese Sensoren die Entwicklung langlebiger und attraktiver Geräte, die sich zudem durch hohe Umweltfreundlichkeit auszeichnen. Die Vorteile der Sensoren für das Design und die dargestellten Marktfaktoren zeigen deutlich, dass berührungslose Sensoren in Zukunft nicht mehr aus dem Markt für moderne Haushaltsgeräte wegzudenken sind.

Infoservice


Littelfuse Europe GmbH
Julius-Bamberger Strasse 8a, DE-28279 Bremen
Tel. 0049 421 828730
www.littelfuse.de



Moderne Haushaltgeräte verfügen über eine Vielzahl verschiedener Sensoren


Einsatzpunkte für Sensoren in einer Spülmaschine


Hall-Effekt-Sensor mit Ringmagnet zur Erfassung der Geschwindigkeit einer Waschmaschinentrommel

Autor

Gwenn Gmeinder ist Business Development Manager Nordamerika für Sensorprodukte in der Electronic Business Unit von Littelfuse. Seit über 30 Jahren arbeitet er im Bereich Sensor-Technologien in unterschiedlichen Unternehmen. 1978 begann er seine Tätigkeit bei Hamlin als Produkt-Design-Ingenieur und übernahm dort 2007 die Leitung der globalen Geschäftsentwicklung. Seit Juni 2013 ist er in seiner aktuellen Position im Unternehmen (jetzt Teil von Littelfuse) tätig. Gmeinder erwarb einen Abschluss als Bachelor of Science in Industrietechnik an der University of Wisconsin-Stout und ist unter GGmeinder@Littelfuse.com erreichbar.