Entwicklung des 3D-Hall-Sensor-ASICs:
Das Team von Marquardt entwickelte in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen einen neuen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) für einen 3D-Hall-Sensor, der die drei Vektorkomponenten eines magnetischen Dipolfelds misst. Das komplette Messsystem besteht aus einem an der Trommel der Waschmaschine befestigten Magneten und dem mit dem Gerätegehäuse verbundenen 3D-Hall-Sensor-ASIC. Der Hall-Sensor misst Richtung und Stärke des Magnetfelds und ermittelt so die relative Bewegung des Magneten in drei Dimensionen. Diese Informationen werden an den eingebetteten Mikrocontroller übermittelt, der mithilfe eines proprietären Algorithmus den Bewegungssteuerungsmodus der Trommel bestimmt.

Zur Entwicklung des Algorithmus wandte sich Marquardts Gruppe an Maple™. Dr. Allmendinger empfand Maple als unschätzbares Werkzeug, das ihm die Bearbeitung komplexer Probleme ermöglichte, wie beispielsweise die Modellierung von Magnetfeldern, die Abschätzung zulässiger Toleranzen für den Magneten und die Bestimmung, ob die Neigung des 3D-Hall-Sensormoduls innerhalb einer sehr geringen Toleranz von etwa zwei Grad lag. Der resultierende Algorithmus wurde anschließend in C-Code umgesetzt, um den Controller anzusteuern.
Dr. Allmendinger arbeitete erstmals während seines Studiums mit Maple. Er war beeindruckt von Maples Fähigkeit, mit symbolischer Mathematik zu arbeiten, seinen leistungsstarken grafischen Werkzeugen, seiner Schnittstelle für die technische Dokumentation und seiner Exportmöglichkeit in andere Sprachen (wie C, MATLAB® und Java™). Dr. Allmendinger erklärte: „Die Arbeit mit Maple erwies sich als sehr einfach, selbst bei den komplexen mathematischen Fragestellungen. Wir konnten Gleichungen unkompliziert eingeben und bearbeiten, ihre Lösungsfähigkeit prüfen und anschließend die notwendigen Änderungen vornehmen. Die Benutzeroberfläche von Maple ist sehr benutzerfreundlich und komfortabel; insbesondere die Exportfunktionen und die Interoperabilität mit anderen technischen Programmen haben sich deutlich verbessert und sind nun für die schnelle Entwicklung der Lösung von unschätzbarem Wert.“

Das neue 3D-Positionierungssystem des Hall-Sensors bietet mehrere Vorteile. Erstens ist die Montage einfach, da keine mechanische Verbindung zwischen Magnet und Sensor besteht. Da die Messwerte der drei Magnetfeldkomponenten gleichzeitig erfasst werden können, ermöglicht das Sensorsystem auch die Geschwindigkeitsberechnung. Insgesamt trägt das Design zu einem verantwortungsvolleren Umgang mit natürlichen Ressourcen bei. Die mathematische Modellierung des Feldes macht herkömmliche 3D-Planungstechniken überflüssig und ermöglicht den Einsatz eines kleineren, kostengünstigeren Mikrocontrollers.
Durch die Verwendung eines deutlich kleineren Magneten wird zudem Ressourcen gespart.

Marquardt untersucht derzeit gemeinsam mit namhaften Kunden weitere Anwendungsmöglichkeiten für seinen 3D-Sensor. Dazu gehören die allgemeine Positionserfassung in der Produktions- und Automatisierungstechnik sowie Multimedia-Schnittstellen in der Automobilindustrie, wie beispielsweise das iDrive-System in einem BMW™-Fahrzeug. Das Unternehmen arbeitet außerdem an der Weiterentwicklung dieses innovativen Sensorkonzepts, um dessen Fähigkeit zu erweitern, neben dem 3D-Abstand eines Hall-Sensors zu einem Magneten auch einen 3D-Raumwinkel zu bestimmen. Dieses Sensorkonzept erfordert die Messung des Magnetfelds an zwei Positionen. Für die Lösung dieses Problems wird ein sechsdimensionales Gleichungssystem benötigt. Maplesoft
wird in Spanien von Addlink Scientific Software vertreten.

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