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Technologievorsprung durch Wissen – Magnetisch induktive Kraftsensoren

Magnetisch induktive Kraftsensoren
Warum haben es magnetisch induktive Kraftsensoren erst in den letzten Jahren geschafft ihre volle Stärke zu entfalten? Die ersten Entdeckungen zu Induktionssensoren und die damit verbundenen Patente gehen auf die sechziger Jahre zurück. Die Firma ABB war damals sehr aktiv, um mit dieser Technologie Drehmomentsensoren für Schiffsantriebe zu entwickeln. Zu dieser Zeit ist auch ein erstes Produkt entstanden, welches bis heute eingesetzt wird - der Torqueduktor von ABB. Das sollte aber für einige Jahrzehnte die einzige Innovation in diesem Bereich sein, die es von der Technologie zum Produkt geschafft hat. Jahrzehnte lang haben sich verschiedene große OEM im Bereich Automobil und Maschinenbau in der Technologie versucht. Es sind zahlreiche Patente entstanden und neue Ideen kreiert worden, wie der Sensoraufbau seine maximale Performance entfalten kann. Es sind jedoch keine wirklichen Produkte entstanden. Erst seit einigen Jahren gibt es punktuell Produkte von verschiedenen Herstellern in diesem Bereich. Wenn man sich den Drehmomentsensor der Firma Magnetic Sense genauer anschaut, werden die Gründe dafür auch ersichtlich.
Die Kompetenzen bei der Entwicklung eines magnetisch induktiven Kraftsensors oder Drehmomentsensors, beschränken sich nicht alleine auf die Elektronik und die Signalauswertung, sondern auch auf das notwendige Wissen über die Interaktion von Magnetfeldern und Materie. Die Signale, die ein magnetisch induktiver Drehmomentsensor aufnimmt, hängen in erster Linie von der Permeabilität der Messwelle und deren Änderung unter Last ab. Diese Änderung ist sehr materialspezifisch und muss für jede Anwendung speziell charakterisiert werden.
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Das vorhandene Wissen über den Magnetismus von Metallen hat sich aber erst in den letzten Jahren durch die Weiterentwicklungen von Elektromotoren aufgebaut. Dies war mit Sicherheit einer der wichtigsten Gründe. Ein weiterer Grund ist die notwendige Rechenleistung der Elektronik, um aus den hochfrequenten angeregten Induktivitäten die wichtigen Signale in das Digitale zu wandeln und die zur Linearisierung notwendiger Rechnungen durchzuführen.
Induktivitäten haben ihre Eigenheiten bzgl. dem Verhalten unter Temperatur und Änderung der Umgebungsbedingungen. Diese Änderungen müssen in komplexen Kompensationsalgorithmen mit einer hohen Messbandbreite verarbeitet und ausgegeben werden. Diese notwendige Rechenleistung war vor einigen Jahren noch gar nicht vorhanden. D.h. es war fast unmöglich vor ca. 15 Jahren mit den vorhandenen Mitteln die notwendige Signalverarbeitung zu betreiben, um ein stabiles Sensorsignal zu erzeugen. Die Firma Magnetic Sense hat es durch Kombination der wichtigsten Kernelemente geschafft für einen magnetisch induktiven Kraftsensor ein hoch integriertes Produkt für Serienanwendungen herzustellen. Das Herzstück jeder Sensorik, die nur sehr kleine Messsignale liefert, ist es eine Anordnung zu finden, die es erlaubt, den Sensor in einer differentiellen Messung zu betreiben. Dieses ist die Basis für möglichst kleine Messfehler, aufgrund der oben beschriebenen Einflüsse auf den Sensor. Die Wheatstonebrücke hat sich als optimale Einsatzmöglichkeit sowohl für die Differentielle Messung als auch für die Messung bei Dehnungsmessstreifen etabliert. Dies bedeutet, dass Sensoren die Potentiell den Dehnungsmessstreifen ersetzen können, in der Lage sein müssen, mit einer ähnlichen Signalgüte d.h. einer differentiellen Messung betrieben zu werden. Wenn sich eine Technologie in einer Anwendung durchgesetzt hat, d.h. absolut etabliert und akzeptiert ist, dann fällt es jeder neuen Technologie schwer, sich gegen diese zu behaupten.
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Warum haben es magnetisch induktive Kraftsensoren erst in den letzten Jahren geschafft ihre volle Stärke zu entfalten? Die ersten Entdeckungen zu Induktionssensoren und die damit verbundenen Patente gehen auf die sechziger Jahre zurück.

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