Trendanalyse Sensor-Technologien: Marktentwicklung und Lösungen

Redakteur: Gerd Kucera

Sensorelement, Sensorsystem, Aufnehmer, Transducer, Transmitter, Messsytem. Begriffe, die allesamt dasselbe meinen: den Sensor – mit unterschiedlichem Integrationsgrad und Funktionsumfang.

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Der DMS: Die Drehmomentsensorik beginnt mit dem ersten Dehnungsmessstreifen von Prof. Arthur Ruge 1938, drei Jahre später waren die ersten industriell hergestellten Draht-DMS verfügbar. Mit modernen Drehmomentsensoren kann jeder Antrieb exakt an die auftretenden Kräfte in Echtzeit angepasst werden.
Der DMS: Die Drehmomentsensorik beginnt mit dem ersten Dehnungsmessstreifen von Prof. Arthur Ruge 1938, drei Jahre später waren die ersten industriell hergestellten Draht-DMS verfügbar. Mit modernen Drehmomentsensoren kann jeder Antrieb exakt an die auftretenden Kräfte in Echtzeit angepasst werden.
(Bild: Prof. Dr.-Ing. Stefan Keil)

Sensorik ist eine Schlüsseltechnologie quer durch alle Branchen. Die internationale Konkurrenzfähigkeit insbesondere des Maschinenbaus, der Prozesstechnik, des Fahrzeugbaus und der Konsumgüterindustrie steht und fällt mit dem Einsatz geeigneter Sensoren. Der Weltmarkt für Sensoren lag 2010 bei 102 Mrd. US-$ und legte mit Wachstumsraten zwischen 5% und über 10% per annum auf rund 150 Mrd. US-$ im Jahr 2015 zu.

Die Zahlen basieren auf der Erhebung unter den Mitgliedern des AMA Verband für Sensorik und Messtechnik e.V. und einer Hochrechnung in Kooperation mit der Intechno Consulting, die in ihrer Studie ein globales Marktvolumen von über 200 Mrd. US-$ (Bild 1) für das Jahr 2020 prognostizieren. Da Sensoren sehr individuell eingesetzt werden, ist ihr Markt relativ stabil. Doch es gibt auch Bedrohungen und Herausforderungen durch neue technische Entwicklungen, insbesondere durch die internetbasierten Technologien, etwa für Konsumanwendungen.

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Aus der Analyse der Marktanteile (Bild 1) lässt sich erkennen, dass die hinsichtlich Umsatz größten Märkte der Fahrzeugbau, die Informationstechnik und Gebäudetechnik sind. Dort werden hohe Stückzahlen zu niedrigen Preisen verlangt, es herrscht große, internationale Konkurrenz. Diesen Markt beliefern überwiegend Großunternehmen. Daneben gibt es noch zahlreiche andere Märkte, in denen angepasste höherwertige Sensorik verlangt wird, in mittleren bis kleinen Stückzahlen, mit hoher Präzision und höheren Preisen.

Diese Märkte sind die Domäne der eher kleinen und mittelgroßen Firmen, wie sie überwiegend im AMA Verband vertreten sind. Dies zeigen die Umfrageresultate bei AMA-Mitgliedern nach ihren Absatzmärkten. Da dominieren der Maschinenbau und die Prozesstechnik, die Messtechnik, die Automobilindustrie (besonders für hochwertige Fahrzeuge), die Produktion, Qualitätssicherung oder Medizintechnik (Bild 2).

Gerade in diesen Märkten können kleine und mittlere Unternehmen (KMU) sehr viele unterschiedliche Lösungen für die Messaufgaben ihrer Kunden zur Verfügung stellen. Falls sich neue Aufgaben oder Anforderungen ergeben, können die KMU schnell darauf reagieren. Der Markt für Sensorik ist sehr inhomogen und stark segmentiert. Es gibt mehr als 100 Messgrößen, für die Sensoren angeboten werden. Auf die jeweiligen Anwendungen optimiert gibt es die Sensoren in vielen unterschiedlichen Technologien. Auch diese Vielfalt von angepassten Technologien ist eine Stärke der kleineren Firmen.

Globale Herausforderungen an die Technologieentwicklung

Nachfolgend dargestellt sind Auszüge der umfassenden Marktanalyse „Sensor-Technologien 2022“ des AMA Verband für Sensorik und Messtechnik e.V. mit fast 150 Seiten.

Die Entwicklungen in der Sensorindustrie werden von globalen Faktoren geprägt, die sich wirtschaftlich und politisch auswirken sowie von technologischen Weiterentwicklungen beeinflusst, die unsere Zeit prägen. Solche globalen Änderungen wirken auf technische Fähigkeiten, auf notwendige Transportsysteme, Maschinen und Anlagen und damit auf die Märkte und Entwicklungen generell. Dies simplifiziert – soweit möglich und sinnvoll – die Studie auf die Sensortechnik und deren Entwicklungen in Deutschland.

An globalen Herausforderungen ist etwa das Wachstum der Erdbevölkerung zu nennen. Im Jahr 1960 überstieg die Weltbevölkerung die 3-Milliarden-Grenze, im Jahre 2000 die 6-Milliarden-Grenze und seit der letzten Studie 2010 die 7-Milliarden-Grenze. Derzeit sind es 7,642 Milliarden Menschen. Neue Märkte entstehen hierdurch für viele neue Produkte – Sensoren gehören dazu.

Mehr Menschen leben in großen Städten, heute über 50% der Weltbevölkerung. All diese müssen mit vielen Dingen des täglichen Lebens inklusive der Lebensmittel, Wasser, der Energie, Fernsehen und Unterhaltung versorgt werden. Auch die Entsorgung von Müll, von Abwasser oder der wachsende Verkehr muss verwaltet und organisiert werden, bei gleichzeitiger Minimierung des Energieverbrauchs. Diese Aktivitäten nehmen in Zukunft stark zu und sollen in den „Smart Cities“ gipfeln. Hier ergeben sich sehr viele neue Aufgabengebiete für die Sensorik und Messtechnik.

Relevante politische Faktoren sind beispielsweise die Gesetzgebung zu den erneuerbaren Energien, die Hightech-Strategie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, Aktivitäten der Forschungsorganisationen wie Helmholtz-Institute, Fraunhofer-Institute, Deutsche Forschungsgemeinschaft und andere mehr. Auch größere technologische Entwicklungen haben Einfluss auf die Sensorik, etwa das Aufkommen des Internets vor über zwei Jahrzehnten und seiner rasanten Ausbreitung der mobilen Konsumgeräte und von zugehörigen Diensten. Industrie 4.0 oder die Entwicklung vom Sensor zur intelligenten Systemtechnik sind weitere Faktoren (Bild 3).

In der Industriesensorik ist Deutschland führend

Weltweit hat Deutschland die Führungsrolle in der Industrie-Sensorik und -Aktorik auf der Basis neuartiger Technologien. Der Markt wird neben einigen Weltkonzernen vorzugsweise durch mittelständische und kleine Unternehmen geprägt. Das hohe Potenzial der Ausbildung in Firmen, an Hochschulen und Universitäten sichert perspektivisch den qualifizierten Nachwuchs an hochspezialisierten Facharbeitern und Ingenieuren. Forciert wurde diese Entwicklung durch die umsichtige und langandauernde Förderung durch Bund und Länder.

Mit dem Aktionsplan zur Umsetzung der Hightech-Strategie 2020 verfolgt die Bundesregierung mit zehn Zukunftsprojekten wie Smart Cities, Smart Grid und Smart Factory ambitionierte Ziele (Bild 3). Deutschland soll als Anbieter und Anwender neuer und zukunftsweisender Technologien beispielsweise für die industrielle Produktion zum Leitmarkt positioniert werden. Dazu ist die Zusammenarbeit zwischen Industrie, Hochschulen und Forschungseinrichtungen zu stärken. Im Fokus sollen kleine und mittlere Unternehmen sowie Start-Ups stehen.

In der industriellen Produktion vollzieht sich ein grundlegender Wechsel von einer zentralen zu einer dezentralen und autonomen Steuerung der Fertigung, mit dem Ziel einer hochflexiblen Produktion individualisierter, digital „veredelter“ Produkte und Dienste. Traditionelle Branchengrenzen verschwinden, es entstehen neue, übergreifende Handlungsfelder und Kooperationsformen. Wertschöpfungsprozesse verändern sich, die Arbeitsteilung wird neu organisiert. Um sich den globalen Herausforderungen stellen zu können, sind verstärkt branchenübergreifende und interdisziplinäre Kooperationen zwischen Wirtschaft und Wissenschaft erforderlich. Dies trifft auch auf den Querschnittsbereich der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT), der Sensorik und Messtechnik zu.

Moderne Mikrosysteme – bestehend aus Sensorik und Elektronik – sind inzwischen vernetzt, autark und intelligent und weit mehr als eine Komponente. Sie haben sich zu eigenständigen Knoten in intelligenten Systemen wie Sensornetzwerken entwickelt. Durch die fortschreitende Miniaturisierung werden damit ständig neue Anwendungsbereiche auf dem Weg zur intelligenten Umgebung (Ambient Intelligence) erschlossen. Fazit: All diese gezeigten technologischen Schwerpunkte sind verbunden mit den Schlagworten mehr Digitalisierung, verstärkte Vernetzung und starker Zuwachs an Messstellen durch „Sensoren überall“. Doch diese Sensoren müssen weiterentwickelt und angepasst werden an diese zukünftigen Aufgaben; dann bieten sich große Chancen.

Miniaturisierung und Trends der Informationsverarbeitung

Mittlerweile sind mobile Geräte wie Computer und Handys so klein und leistungsfähig geworden, dass sie in Kleidung oder tragbare Gegenstände integriert werden können. Die heutigen drahtlosen Kommunikationstechniken erlauben Ad-hoc-Vernetzungen und eine Anbindung an leistungsfähige Rechenanlagen und Datenbanken. Mit dem Trend zur weiteren Miniaturisierung in der Technik und der steigenden Leistungsfähigkeit kleinster Geräte wird deutlich, dass sich für mobile Nutzer ganz neue Möglichkeiten und Anforderungen an eine Geräteunterstützung ergeben. Nimmt man den Menschen selbst in den Fokus der Betrachtung, so erkennt man, dass ihn stets ein unsichtbarer, mobiler Informationsraum umgibt. Dieser Raum wird gebildet und aufrecht erhalten durch Interaktion von mobilen Geräten, drahtgebundenen bzw. drahtlosen Netzen und dem Internet, um Informationen zu finden und mit anderen Menschen zu kommunizieren und zusammenzuarbeiten.

Auch bei der drahtlosen Datenkommunikation von Maschinen, Fahrzeugen, Automaten oder sonstigen Objekten miteinander oder mit einer zentralen Leitstelle spielt die Sensorik eine entscheidende Rolle. Für eine Vielzahl von M2M-Applikationen steht der drahtlose Informationsaustausch zur Optimierung von Geschäftsprozessen im Mittelpunkt. Zu den wichtigsten Einsatzgebieten gehören unter anderen Transport und Logistik, Flottenmanagement, Fernüberwachung/-steuerung/-messung, Sicherheitstechnik sowie Gesundheitswesen. Gebäude der Zukunft werden ebenso wie Autos informationstechnisch vollständig erfasst sein.

Die Gegebenheiten der umfangreichen Netzinfrastrukturen, Zugangsmedien, Plattformen, Tools u.a.m. bilden die Basis für ein gewaltiges Marktpotenzial an integrierten Informationsprodukten. Interaktive und personalisierte Dienste sind entscheidungsorientiert. Dazu werden stets aktuelle und vorausschauende Informationen benötigt. Mit den heute bereits verfügbaren Technologien ist weitaus mehr möglich, als was aktuell in der Breite der Anwendungen umgesetzt wird.

So geht es bei Industrie 4.0 vor allem darum, neue Dimensionen in der gesicherten intranetbasierten Erfassung der Umwelt und Interaktion zu erschließen und die Autonomie von Systemen durch zunehmende kognitive Fähigkeiten weiter voranzubringen. Wichtig ist dabei, die wachsende Dynamik und Komplexität der Prozesse durch intelligente Verfahren, die Überwachung, Analyse, Modellierung, eigenständige Kommunikation und (Selbst-)Steuerung umfassen, zu beherrschen. Die klassischen Komponenten der Mikrosystemtechnik, die Sensoren und Aktoren, werden heute in großen Stückzahlen gefertigt. Sie bilden die Basis für ein breites Anwendungsspektrum in Elektronik, Mechanik, Optik sowie Biologie und Chemie.

Intelligente technische Systeme als Cyber-Physical Systems (CPS) stehen heute für die Verbindung von physikalischer (realer) und informationstechnischer (virtueller) Welt. Sie entstehen durch ein komplexes Zusammenspiel von eingebetteten Systemen (Anwendungssystemen und Infrastrukturen) auf Basis ihrer Vernetzung und Integration sowie der Mensch-Technik-Interaktion in Anwendungsprozessen. Wesentliche Komponenten von CPS sind leistungsstarke eingebettete Systeme, die bereits heute als geschlossene Systeme kooperativ und vernetzt agieren. Vor allem in der Automobilbranche, der Luftfahrt und in der Produktion existieren ortsgebundene und zunehmend mobile Sensor-, Regelungs- und Steuerungsdienste. Die Zustands- und Umgebungsbeobachtung sowie das „Gedächtnis“ der digitalen Komponenten, z.B. mit RFID-Technik, werden an Bedeutung gewinnen.

Klassifizierung, Messgrößen, Bestandsaufnahme

Der Begriff Sensor ist in den letzten Jahren stark im Wandel. Wurden zunächst nur einfache Messelemente als Sensoren bezeichnet, so sind es heute zunehmend Messgeräte in unterschiedlichen Ausbaustufen. Die bisherigen Begriffe wie Wandler, Aufnehmer, Transducer, Transmitter, Messgerät werden daher in dieser Analyse insgesamt durch das Wort Sensor ersetzt. Dabei ist es wichtig zu beachten, dass der Sensor unterschiedliche Integrationsgrade und Funktionsumfänge aufweist.

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Zur Beschreibung des Zusammenhangs zwischen Messgröße μ(t), elektrischer Ausgangsgröße u(t) und die auf die Signalkette im Sensor wirkenden Störgrößen n(t) lässt sich ein Sensor unabhängig von seinem gerätetechnischen Aufbau als Übertragungssystem betrachten, wie in Bild 4 dargestellt. Der Zusammenhang zwischen der elektrischen Ausgangsgröße u(t) des Sensors und der Messgröße μ(t) wird für den statischen Messfall durch den Übertragungsfaktor bzw. die Empfindlichkeit B0 und die auf das Nennausgangssignal bezogenen reduzierten statischen Fehler Fi beschrieben. Die absoluten Fehler werden in der messtechnischen Praxis vorzugsweise als Abweichungen von der statischen Sollkennlinie des Sensors bezeichnet. Die Abweichungen können systematischen oder zufälligen Charakter aufweisen. Die zufälligen Abweichungen (Reproduzierbarkeiten), bestimmen wegen ihrer Nichtkompensierbarkeit die Genauigkeit (d.h. die Messunsicherheit nach DIN V ENV 13005) des Sensors entscheidend. Im dynamischen Messfall wird das Übertragungsverhalten durch die zeit- bzw. frequenzabhängige Übertragungsfunktion B(ω) beschrieben. Dabei werden bei der experimentellen Fehlerermittlung meist die statischen Abweichungen vernachlässigt. Diese Annahme ist gerechtfertigt, da die dynamischen Abweichungen deutlich größer sind.

Struktur und Funktionsblöcke eines Sensors

In Abhängigkeit vom Integrationsgrad der Elektronik lassen sich drei grundlegende Sensor-Signalverarbeitungsstufen unterscheiden: Das Sensorelement nimmt den eigentlichen Messwert auf und ist durch das physikalische Wandlungsprinzip gekennzeichnet. Es erfolgt die analoge Wandlung der Messgröße in eine elektrisch verwertbare Zwischengröße, z.B. Widerstands- (ΔR), Kapazitäts- (ΔC), Induktivitäts-(ΔL), Frequenz- (Δf) oder Ladungsänderung (ΔQ). Die Primärelektronik übernimmt die Wandlung der Zwischengrößen in ein störsicheres und an einen folgenden ADC angepasstes analoges elektrisches Ausgangssignal, z.B. Spannung u(t) oder Strom i(t).

In der Sekundärelektronik erfolgt zunächst durch angepasste Analog- Digital-Converter (ADC) die Wandlung in ein digitales Signal u*(t). Durch hochintegrierte Schaltkreise, wie Mikrokontroller oder festprogrammierbare Schaltkreise (PLD) erfolgt die jetzt mögliche erweiterte digitale Signalverarbeitung, z.B. Fehlerkorrektur, Filterung, Selbstadaption, Selbstüberwachung. Bedingt durch die nun üblichen Integrationsmöglichkeiten werden diese drei Basiskomponenten zusammen als Sensor bezeichnet, manchmal auch noch als Sensorsystem. Zu letzterem Begriff ist festzustellen, dass er kontextabhängig und immer mehr auch für Zusammenschlüsse der vorgenannten Sensoren für die Erfassung unterschiedlicher Messwerte verwendet wird (Bild 5), etwa zur Zustandsüberwachung (Condition Monitoring).

MR-Sensoren: Vielfalt und Marktdurchdringung

Ein wichtiger Teil des technischen Sensor-Baukastens sind xMR-Sensoren. Es gelingt mit der technologischen Basis der verschiedenen magnetoresistiven Effekte geeignete Produkte zu etablieren, die den Trends und den Anforderungen im Bereich der Sensorik gerecht werden und vermehrt in neue Anwendungsbereiche vorstoßen. Die heute noch junge TMR-Technologie beginnt sich seit etwa 2015 in breiterer Ebene in industriellen Applikationen zu etablieren, während der GMR-Sensor schon seit längerem einen sicheren Platz gefunden hat. Damit reihen sich GMR- und bald auch TMR-Produkte neben den schon bewährten AMR-Sensoren im Marktangebot ein. Interessanterweise konnte bisher keine der neuen Technologien die althergebrachte AMR-Technik verdrängen. Vielmehr haben die Bauelemente neuerer MR-Technologien ergänzende Eigenschaften und werden abhängig von den Anwendungsanforderungen ausgewählt.

Es werden sogar noch mehr Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Bereich der AMR-Sensoren gestartet, um eine weitere Verbesserung der Eigenschaften herbeizuführen. Die Sensorelemente lassen sich ähnlich wie eine elektronische Schaltung sehr variabel ausführen. In Kombination mit ständigen Weiterentwicklungen an den Schichten sind verschiedenste Funktionen und damit umfangreiche Möglichkeiten für den Einsatz möglich. So lassen sich in den Sensoren als weitere Funktionslagen zum Beispiel Flusskonzentrationsstrukturen oder Leiterschleifen zum Flippen (Rücksetzen von aufmagnetisierten Sensorelementen) integrieren.

Das Interesse im Allgemeinen an magnetischen Sensoren – dazu gehören auch Hall Sensoren – wurde bisher permanent durch eine Wechselbeziehung von Technologie-Push und Market-Pull gefördert. In der Regel sind es die Anwender, die mit der Forderung nach höherer Messgenauigkeit und gesteigerter Kompaktheit immer neue Entwicklungsphasen auslösen. Aber auch die Hersteller und Hochschulen treiben durch ihre Forschung und Entwicklung neue Sensoreigenschaften voran, die meist sehr schnell für den breiten Markt zur Verfügung stehen.

In jüngster Vergangenheit ist zu beobachten, dass bei der Marktdurchdringung der xMR-Technologie ein deutlich sichtbar gesteigertes Engagement großer Bauelementhersteller wie Infineon, TDK oder Analog Devices vorhanden ist. Hier wird das Portfolio durch Sensoren auf Basis der xMR-Technologie verstärkt erweitert. Auch dadurch können sowohl die Bedeutung als auch das Potenzial der xMR-Technologie deutlich abgeleitet werden.

MR-Sensoren: Anforderungen und Anwendungen

Die Steigerung der Leistungsdichte ist in vielen Branchen als klare Forderung vorgegeben. Die Folge: Statt einen Standard-Sensor mit vordefinierter Schnittstelle zu verwenden, werden optimal angepasste Sensoren verlangt. Diesem Trend sind die xMR-Sensoren bis an das technisch Machbare gefolgt. Mit dem TMR-Effekt wurde erst vor wenigen Jahren ein weiterer technologischer Meilenstein gelegt, der zusätzliche Miniaturisierungsschritte ermöglicht.

Ebenfalls vermehren sich die Anfragen für Anwendungen, die eine funktionale Sicherheit (SIL) erfordern. Ausfälle und Fehler müssen sicher erkannt werden. Sicher bedeutet, dass die Anlage bzw. Baugruppe im Fall eines Fehlers einen sicheren Zustand einnehmen muss, ohne das Umfeld in irgendeiner Art zu gefährden. Auch hier sind Sensorkomponenten gefragt, die diesem Anspruch gerecht werden. Neben dem Thema der funktionalen Sicherheit spielt der noch deutlich bekanntere Trend zu Industrie 4.0 der Sensorik im Allgemeinen in die Karten. Auch magnetoresistive Sensoren werden hiervon sicher profitieren.

Mittels Zustandsüberwachung oder weiter gefasst im Begriff „Condition Monitoring“ sollen Maschinenlaufzeiten deutlich optimiert und Eingriffe wie zum Beispiel vorbeugende Instandhaltung effektiver gestaltet werden. Durch Sensoren ist der Verschleiß der Komponenten in der Anlage erfassbar und eine Reparatur gezielt auf das betroffene Bauteil somit planbar.

Sowohl die Möglichkeiten als auch die Einsatzgebiete unterliegen so gut wie keinen Grenzen. In der Tat finden sich Anwendungen quer durch alle Gebiete der Technik; von A wie Automotive bis Z wie Zytometrie. Passend hat sich die Jury beim AMA Innovationspreis 2016 für ein Entwicklungsprojekt entschieden, bei dem mit Hilfe von magnetischen Biomarkern und MR-Sensoren magnetische Durchfluss-Zytometrie realisiert wurde. Ein ganz neues und insbesondere schnelles diagnostisches Verfahren für die Untersuchung von Antikörpern im Blut.

Ein weiteres spektakuläres Beispiel für den Einsatz magnetoresistiver Sensoren ist der Marsrover Curiosity. Dieser ist an fast allen beweglichen Achsen mit MR-Sensoren ausgestattet und verrichtet unter widrigsten Umgebungsbedingungen seit Jahren fehlerfrei seine Aufgabe, die Marsoberfläche zu analysieren.

Doch extreme Anwendungen gibt es auch auf der Erde. Hier werden MR-Sensoren beispielsweise in Prüfständen für die Entwicklung von Verbrennungsmotoren eingesetzt. Die Sensoren können die Ventilbewegungen erfassen, dabei sind sie von heißem Motoröl umgeben, welches im Bereich des Auslasskanals bei Volllast auch bis zu 180 °C erreichen kann.

Mit Hilfe der Sensorinformationen lässt sich die Effizienz auch von E-Motoren verbessern, konsatiert Hersteller Sensitec, der sich seit jeher auf den magnetoresistiven Effekt für industrielle und automobile Serienanwendungen konzentriert. Es sei nur eine Frage der Zeit, bis die Sensoren vom Prüfstand Einzug in die Serienmotoren halten. Die große Masse der magnetischen Sensoren hat es allerdings nicht ganz so schwer, sie sind aber wichtige Helfer unseres Alltags. So arbeiten zum Beispiel weit über 100 Millionen Sensitec-MR-Sensoren für u.a. die Überwachung des ABS-Bremssystems im PKW.

Vom DMS zum berührungslosen Drehmomentsensor

Die präzise und schnelle Erfassung von Drehmoment, Biegung und Scherung an sich bewegenden Teilen wie Vorschub-, Antriebs- oder Getriebewellen war angesichts der ständig steigenden Anforderungen an Maschinen und Fahrzeuge schon immer der Wunsch der Entwickler und Ingenieure. Wer zu jedem Zeitpunkt Zugriff hat auf in Echtzeit erhobene Daten aus dem Inneren von Wellen, Motoren und Getrieben, kann Prozesse optimal nach den real auftretenden Kräften in der Maschine bzw. im Fahrzeug planen, auslegen und steuern. Der Einsatz von Drehmomentsensorik verlängert auch die Lebenszeit von Maschinen, reduziert den Kraftstoff- und Energiebedarf, verlängert die Wartungsintervalle und erhöht die Sicherheit. Denn mit Drehmomentsensoren kann jeder Antrieb exakt an die auftretenden Kräfte angepasst werden – in Echtzeit.

Die Drehmomentsensorik beginnt mit dem ersten Dehnungsmessstreifen von Prof. A. Ruge 1938, drei Jahre später waren die ersten industriell hergestellten Draht-DMS verfügbar. Drehmomentsensoren auf Basis von DMS halten anspruchsvollen Bedingungen aber nur mit hohem Aufwand stand. Mechanische, thermische und chemische Beanspruchung bringen herkömmliche Lösungen schnell an ihre Grenzen. Moderne Drehmomentsensorik ist berührungsfrei. Durch die präzise Erfassung von Messwerten direkt an Wellen und Gelenken ermöglichen berührungsfreie Drehmomentsensoren neue Möglichkeiten in einer Vielzahl von Anwendungen, insbesondere in der Automation.

Die junge NCTE AG konzentriert sich auf die Nutzbarmachung des magnetostriktiven Effekts für vollständig berührungsfreie und robuste Drehmomentmesstechnik. Dabei werden Welle, Achse oder rotierende Komponenten eines Roboters oder einer Maschine selbst zum Elementarsensor. In einem eigenentwickelten, patentgeschützten Strompulsverfahren wird die Achse dauerhaft mit einer remanenten, schwachen magnetischen Kodierung versehen, wie im Bild 7 links gezeigt ist. Durch die Wirkung einer Kraft (gelbe Pfeile im Bild rechts) ändert sich nach dem magnetostriktiven Effekt die Größe und Richtung des eingeprägten Magnetfelds.

Die Vorteile von Drehmomentsensoren und weitere Themen beschreibt die 144-seitige AMA-Studie ‚Sensor Technologien 2022‘: Anforderungen, generelle Entwicklungstrends, Sensorkomponenten und Fertigungstechnologien. Sie zeigt Chancen neuartiger Technologie- und Anwendungsfelder auf und ist gegen Schutzgebühr von 12 € unter http://www.ama-sensorik.de/studie-kaufen/ erhältlich (als PDF oder Print).

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