Präzision durch Magnetismus

Wenn ein magnetisch codierter Körper verformt wird, verändert sich dessen Magnetfeld. Dieses als Magnetostriktion bezeichnete Phänomen nutzen Sensorhersteller, um die Kräfte zu messen, die z. B. auf eine Achse wirken. Dieser Effekt ist streng linear und präzise reproduzierbar. Wenn also eine Achse einer Torsionskraft ausgesetzt wird, messen Sensoren durch die Veränderung des Magnetfelds sehr genau und berührungslos das Drehmoment, das auf die Achse wirkt. Auf diese Art wird zum Beispiel die Kraft gemessen, die auf die Bauteile von Windkraftanlagen wirkt. Ebenso werden lebenserhaltende medizinische Geräte überwacht. Und auch die Kraft gemessen, mit der ein E-Biker in die Pedale tritt.
Voraussetzung ist, dass die entsprechende Achse aus Stahl zuvor magnetisch codiert wurde. In diesem Vorgang liegt auch das Know-how, mit dem sich NCTE von vergleichbaren Lösungen im Markt abheben will. »Man kann eine Achse magnetisieren, in dem man einfach einen starken Magneten an die Achse hält. Doch das wäre wenig prozesssicher und führt tendenziell zu einem unrunden Magnetfeld in der Achse«, erklärt Dr. Jens Müller, Vorstand von NCTE. Das im Münchner Umland beheimatete Unternehmen magnetisiert die Achsen stattdessen in einem patentgeschützten Verfahren, bei dem in genau definierten Bereichen ein mehrere tausend Ampere starker elektrischer Strompuls auf die Achsen wirkt.
Das Ergebnis ist ein exakt begrenztes Magnetfeld, das sehr genaue Messungen der einwirkenden Kräfte erlaubt. Um die Messgenauigkeit auch unter störenden Einflüssen, wie zum Beispiel externen Magnetfeldern zu gewährleisten, wird zudem nicht nur ein Magnetfeld in die Achse eingebracht: Ein zweites gegenpoliges Magnetfeld dient quasi als Kont‑
rollinstanz für die Messwerte. Zudem lässt sich damit auch die Drehzahl einer Achse messen.
Mit der Technologie von NCTE lassen sich Toleranzen von gerademal 0,02 % realisieren, wie man in Unterhaching mit sichtlichem Stolz berichtet. »Solche hochgenauen Messungen sind am E-Bike allerdings gar nicht notwendig, denn schließlich wird hier mit unseren Sensoren nicht die Kraft einer Maschine, sondern eines Menschen gemessen«, erklärt NCTE-Frontmann Dr. Müller. Deshalb werden Sensoren für E-Bikes auch mit einer Messgenauigkeit von »nur« ein bis zwei Prozent, dafür aber kostensparend ausgelegt.
Die Sensoren von NCTE kommen neben den oben erwähnten Beispielen unter anderem auch im Prüfstandbau, in der Flugzeugindustrie und der Agrartechnik zum Einsatz. Der zahlenmäßig größte Kunde ist bislang jedoch die Fahrradindustrie: Von den rund 10.000 Sensoren, die NCTE vor den Toren Münchens jährlich fertigt, gehen ca. 90 % bislang an Kunden aus der Fahrradindustrie. Dabei sind dies bisher vorwiegend die Anbieter von Antriebssystemen, die von NCTE ein mit Sensoren und Schnittstelle ausgestattetes Tretlager beziehen.
Nach dem Markteintritt im E-Bike-Segment vor vier Jahren war zunächst der Komponentenhersteller Thun exklusiver Abnehmer der NCTE-Technologie und ist auch heute noch ein wichtiger Partner für die Unterhachinger. Seit dem Auslaufen der exklusiven Vereinbarung mit Thun ist zudem Systemanbieter Benchmark Drives, der seit diesem Jahr unter das Dach von Contitech gewandert ist, eine wichtiger Kunde für NCTE geworden.
Darüber hinaus werden in Unterhaching bereits ehrgeizige Pläne im E-Bike-Markt geschmiedet. »Unser Ziel sind zwischen fünf und zehn Prozent Anteil im E-Bike-Markt«, berichtet Vorstand Dr. Müller. Zwar gebe es die magnetische Drehmomentmessung bereits auch von anderen Anbietern, »aber nur mit unserer patentierten Technologie sind solche hohen und dauerhaften Genauigkeiten möglich«, so der Sensoren-Spezialist. Dabei spielt es übrigens keine Rolle, in welche Achsen die Technik eingebracht wird, solange diese aus Stahl sind.
Zudem hat NCTE längst auch ein anderes Segment im Fahrradmarkt im Blick: Bei einer Tretlagerachse, die theoretisch in der Lage ist, mit nur wenigen hundertstel Prozent Abweichung die Kraft des Menschen im Sattel zu messen, werden natürlich auch Leistungsdiagnostiker hellhörig. Ein entsprechendes Projekt ist bereits mit Sportelek‑
troniker Ciclo Sport in der Pipeline. Allerdings muss dafür noch eine Eigenart der Messung an der Tretlagerachse konstruktiv gelöst werden: Eine torsionale Verwindung der Achse tritt nur auf, wenn der Fahrer auf der kettenblattabgewandten Seite in die Pedale tritt. Beim Tritt in die Pedale auf der Kettenblattseite haben die Sensoren somit nichts zu messen.
Am E-Bike wird diese konstruktive Eigenschaft gelöst, in dem die Software eine Krafteinwirkung von rechts virtuell errechnet. Doch für Leistungssportler, die auch wissen wollen, wie die Kraft von linkem und rechtem Bein sich unterscheidet, sind solche Kniffe natürlich nicht zulässig. Deshalb tüftelt man bei NCTE bereits an einer speziellen Tretlagerachse, in der die Kraft von rechts nach links und wieder zurück geleitet wird. Mehr Details will man bei NCTE noch nicht verraten. Aber es ist durchaus vorstellbar, dass das Unternehmen nach dem Motorsport nun auch im Radsport hilft, die eine oder andere Zehntelsekunde zu gewinnen.