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Die Technologie
Dürfen wir Sie davon überzeugen, dass unsere Technologie einzigartig gut ist? Dann begleiten Sie uns
durch unsere Grundlagen. Was uns bei NCTE zu einem wertvollen Partner für Sie macht, ist unser
Umgang und unsere präzise Erfahrung mit dieser Technologie – kurz unser Know-how. Wir sind in der
Lage, unter schwierigsten Bedingungen komplette absolut messende Sensorsysteme für Drehmomentund Kraftmessung zu entwickeln und in eigener Produktion herzustellen. Über 40 Patentanmeldungen
und erteilte Patente beweisen, was in uns steckt. Die Methode von NCTE, Drehmomente und Kräfte zu
messen, basiert auf dem physikalischen Prinzip der Magnetostriktion.
Die Magnetostriktion
Magnetostriktion selbst ist definiert als "jegliche Änderung der
Dimension eines Körpers durch Änderung seines magnetischen
Zustands". Bei ferromagnetischen Materialien ist der magnetostriktive
Effekt am größten und wurde erstmals von Joules 1842
(Längenänderung von Eisendraht im Moment der Magnetisierung)
nachgewiesen.
Beim Joules-Effekt, der - von einem unmagnetisierten Material
ausgehend – die Änderung des Körpers durch Magnetisierung
beobachtet, spricht man von einem direkten magnetostriktiven Effekt.
Geht man hingegen von einem bereits magnetisierten Material aus
und beobachtet man die Änderung des Magnetfeldes
im betrachteten Körper bei Veränderung der mechanischen
Eigenschaften des Körpers, so spricht man von inversen
magnetostriktiven Effekten. Der bekannteste inverse magnetostriktive
Effekt ist sicher der Villari Effekt:
Villari wies nach, dass sich Änderungen des Magnetfeldes in einem
ferromagnetischen Körper ergeben, in dem man Stress/Kraft auf den
Körper einwirken lässt.
Joules Effekt
Villari Effekt
Das Magnetfeld: Primärsensor
NCTE arbeitet mit dem physikalischen Grundprinzip der inversen
Magnetostriktion. Dazu haben wir ein Verfahren entwickelt, mit dessen
Hilfe die magnetische Domäne in einem Bereich einer ferromagnetischen
Welle derart ausgerichtet werden kann, dass unter der Wellenoberfläche
ein Magnetfeld mit einzigartigen und nutzbaren Eigenschaften entsteht.
Die Vorteile des Primär-Sensors:
Sehr kleine Magnetfeldstärke (0,5 bis 0,7 Millitesla)
Die geringe Feldstärke des Magnetfeldes verhindert die
Ansammlung metallischer Partikel auf der Wellenoberfläche
Langzeitstabil, robust bei hohen Temperaturen und Vibrationen
Nachgewiesen durch erfolgreiche Tests wie Wöhler-Versuche
(Automotiv) und Robustness-Test (Luftfahrt)
Krafteinwirkungen und Torsion auf die Welle wirken sich annähernd
linear auf das eingebrachte Magnetfeld aus
Hohe Genauigkeit/Linearität des Sensorsystems ist realisierbar
Primärsensor
Kernstück und patentrechtlich geschütztes Verfahren von NCTE ist dabei die Methode der
Magnetisierung. Wir nehmen keine Magnete zu Hilfe, sondern arbeiten mit einem speziell entwickelten
Strompulsverfahren, welches die magnetische Domäne in die gewünschte Richtung bringt. Hierzu wird
der Teilbereich der Welle, der als Sensor dienen soll, mit selbst gebauten und meist
applikationsspezifisch angepassten Werkzeugen kontaktiert. Danach werden hohe Ströme in
bestimmten Frequenzmustern über die Kontakte der Werkzeuge in die Welle geleitet. So verdient
dieser Prozess den Namen PCME-Magnetisierung (Puls Current Magnetic Encoding). Der Prozess
durchläuft mehrere, sich gegebenenfalls wiederholende Stufen - bis das erzeugte Magnetfeld die
gewünschte Ausrichtung hat und die festgelegten Genauigkeitsanforderungen erfüllt. Um sich gegen
externe Magnetfelder später durch Differentialmessung schützen zu können, werden zwei Magnetfelder
in zwei gegenläufigen Richtungen erzeugt. Da der magnetisch kodierte Bereich relevant für das
Messergebnis ist und damit integraler Bestandteil des Sensorsystems, bezeichnen wir ihn als
Primärsensor.
Die Magnetfeldsensoren: Sekundärsensor
Durch die auf die Welle einwirkende Kraft oder durch das anliegende
Drehmoment werden proportionale Lageverschiebungen hervorgerufen.
Diese werden mit Hilfe hochauflösender Magnetfeldspulen in einer Entfernung
von bis zu 3 mm Abstand zur Welle detektiert.
Aus Gründen der Differentialmessung handelt es sich mindestens um ein
Spulenpaar, wobei jede Spule eines Spulenpaars jeweils eines der
Magnetfelder unterschiedlicher Richtung detektiert.
Je höher die Genauigkeitsanforderungen sind, desto mehr Spulenpaare
(i. d. R. bis zu 4) werden um den kodierten Bereich der Welle angeordnet.
Die Spulen werden auf Spulenboards in einen Spulenhalter vergossen
und somit in fester Position zur Welle gehalten.
Bei möglichen externen magnetischen Störfeldern wird der Spulenhalter
zusätzlich in ein Gehäusebauteil verpackt, welches - über den
Differentialmodus hinaus – als zusätzliche Abschirmung dient.
Magnetfeldspulen, Spulenhalter und Abschirmung bilden eine Einheit und
werden zusammen als Sekundärsensor bezeichnet.
Signalausgabe: Elektronik
Und es werde Licht: Die Elektronik wandelt die von den Magnetfeldspulen
aufgenommenen Magnetfeldveränderungen der Welle in für unsere Kunden
sichtbare und damit nutzbare elektrische Signale um.
Nicht zwingend, aber wegen Bauraum- und Temperaturanforderungen
oft üblich, wird die Elektronik des Sensorsystems in einiger Entfernung
von der eigentlichen Messstelle platziert.
Als Standard stellt NCTE dem Kunden analoge Ausgangssignale
(Spannungs- oder Stromausgang) zur Verfügung. Andere Signalausgänge
wie z. B. Frequenzausgang oder PWM-Ausgang sind jederzeit möglich.
DISA Elektro AG
Kägiswilerstrasse 33, CH-6060 Sarnen, Tel. +41 41 666 70 50, Fax +41 41 666 70 49
E-Mail: [email protected] www.disa.ch Ein Unternehmen der ELBET Holding AG
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