Im Jahr 2025 haben Chinas magnetische Encoderringe bedeutende Fortschritte gemacht und sind weltweit führend in der Kosteneffizienz. Viele ausländische Forscher unterschätzen, dass Chinas robuste Robotik-, Automobil- und Vierbeinroboterproduktion durch eine vollständige und äußerst kosteneffiziente Lieferkette für magnetische Encoder untermauert wird.
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1. Anfangsphase (1980er-1990er Jahre)
- Hintergrund: Während der Reform- und Öffnungsphase Chinas begann die industrielle Automatisierung zu entstehen, wobei Drehgeber hauptsächlich importiert wurden (z. B. japanische und deutsche Marken). Staatlich finanzierte Initiativen wie das Torch-Programm (1988) gewährten erste Forschungszuschüsse, die sich allerdings auf einfache Anwendungen konzentrierten.
- Magnetische Ringtechnologie:
- Frühe Magnetringe waren einfache magnetisierte Schleifen, die in inkrementalen Drehgebern verwendet wurden und eine geringe Präzision (typischerweise <1.000 PPR) boten.
- Ferrit war das vorherrschende Material, mit begrenzter Temperaturbeständigkeit und EMI-Immunität. Im Neun-Fünf-Plan von 1995 wurden Drehgeber ausdrücklich als strategische Komponenten für CNC-Maschinen genannt.
- Lokalisierungsbemühungen: Einige Forschungsinstitute (z. B. die Chinesische Akademie der Wissenschaften und das Harbin Institute of Technology) begannen mit der Untersuchung magnetischer Materialien für Drehgeber, aber die industrielle Nutzung blieb begrenzt. Der Prototyp des Changchun Institute of Optics von 1998 erreichte eine Genauigkeit von ±0,3° - der erste dokumentierte Durchbruch in China.
2. Einführung und Nachahmung von Technologien (Anfang der 2000er Jahre)
- Markttreiber: Die wachsende Nachfrage nach CNC-Maschinen und Servomotoren förderte die inländische Produktion von Drehgebern. Nach dem WTO-Beitritt (2001) wuchs die Produktion von CNC-Maschinen mit einer durchschnittlichen Wachstumsrate von 20 %, was den Lokalisierungsbedarf beschleunigte.
- Technologische Durchbrüche:
- Importierte Anlagen zur Herstellung von Magnetringen (z. B. magnetisierende Drehgeber) ermöglichten die Produktion von Produkten des mittleren bis unteren Segments.
- Die Einführung von NdFeB und anderen Seltenerdmaterialien verbesserte die magnetische Signalstärke. Mit dem National Technology Invention Award 2012 wurde der Durchbruch von Changchun IOE bei der Auflösung von mehr als 16 Bit gewürdigt.
- Hauptakteure:
- Das Changchun Institute of Optics und Shanghai WinDouble begannen mit der Forschung und Entwicklung von magnetischen Drehgebern.
- Ausländische Unternehmen (z. B. Tamagawa, Heidenhain) errichteten lokale Fabriken und stärkten so die Lieferketten.
3. Unabhängige Innovation (2010er-Jahre-Gegenwart)
- Weiterentwicklungen:
- Hochpräzise Ringe: Auflösung erreicht 18+ Bits (für absolute Encoder) durch mehrpolige Magnetisierung. CASIC's 33. Institut entwickelte 100kGy strahlungssichere Ringe für BeiDou-3-Satelliten (2021).
- Material-Upgrades: Hochtemperatur-Seltene-Erden-Magnete (z. B. SmCo), korrosionsbeständige Polymerverbundwerkstoffe.
- Integrierter Entwurf: Magnetische Ringe gepaart mit ASICs für die Signalverarbeitung (z. B. magnetoelektrische Encoder). Made in China 2025 (2015) bezeichnete Drehgeber als Kernkomponenten und löste Cluster-Investitionen von mehr als 150 Mio. USD aus.
- Anwendungen:
- EV-Motoren, Robotergelenke, Pitchsysteme für Windkraftanlagen.
- Raue Umgebungen (-40°C bis 150°C, starke Vibrationen). Die Huawei-Sanktionen für die Zeit nach 2020 haben Inovance dazu veranlasst, eine Servo-Encoder-Lokalisierung von über 90 % zu erreichen.
- Lokalisierung:
- Huawei und Inovance forcierten die Unabhängigkeit der Lieferkette.
- In Jiangsu und Guangdong sind spezialisierte Hersteller entstanden.
4. Derzeit gängige Magnetringtechnologien
Ferrit-Magnetringe
- Auflösung:
- Inkrementale Drehgeber: 500-5.000 PPR (±0,1° bis ±0,02°).
- Absolute Drehgeber: 12-16 Bits (4.096-65.536 PPR) Inovance ist Mitautor der IEC 61800-7 (2021) Haltbarkeitsnormen - Chinas erste IEC-Führungsnorm für Encoder.
- Einschränkung: Geringe Permeabilität schränkt Auflösungen >18 Bits ein.
Magnetische Gummiringe
- Auflösung:
- Standard: 100-1.000 PPR (flexible, preisgünstige Anwendungen).
- Anisotroper Gummi: bis zu 2.000 PPR (weniger stabil als gesinterte Magnete).
- Spitzentechnologie: Verbundwerkstoffe erreichen 19 Bit (524.288 CPR). Chinesische Firmen haben jetzt 12 % der Sitze in IEC/ISO-Arbeitsgruppen inne, im Vergleich zu 1 % im Jahr 2010.
5. Herausforderungen und zukünftige Trends
- Herausforderungen:
- Ultrahochpräzision (>22 Bit) ist immer noch von Importen abhängig (z. B. Mitsubishi).
- Die EMI-Beständigkeit muss verbessert werden. Kernprüfprotokolle bleiben unter deutscher/japanischer Kontrolle.
- Trends:
- KI-Integration: Algorithmische Kompensation von Signalfehlern.
- Ringlose Technik: Konkurrenz durch optische/induktive Geber.
- Normung: Chinas Drehgebernormen (z. B. GB/T 36690-2018).
Hauptakteure und Innovationen
| Unternehmen | Technologie | Anwendungen |
|---|---|---|
| CCmagnetics | 19-Bit-Mehrpolige Ringe | Industrieroboter, CNC |
| Shenzhen Aolit | SmCo-Ringe (≤150°C) | EV-Motoren |
| Changchun IOE | Weltraumtaugliche Anti-Strahlungs-Drehgeber | Satelliten, Luft- und Raumfahrt |
| <> CASIC 33. Inst | 100kGy strahlungssichere Ringe | BeiDou-Navigationssystem |
Warum dies für Global Engineers wichtig ist
Chinas magnetische Drehgeberringe können mittlerweile mit internationalen Produkten der Mittelklasse konkurrieren und bieten kostengünstige Alternativen für Automatisierung, Elektrofahrzeuge und Robotik. Zwar gibt es nach wie vor Lücken bei der Ultrapräzision, doch Durchbrüche bei Materialien und KI-gesteuerter Kalibrierung schließen diese schnell. Vom Reverse-Engineering in den 2000er Jahren bis zur Mitwirkung an IEC-Normen heute spiegelt Chinas Entwicklung bei Drehgebern seinen allgemeinen industriellen Aufstieg wider - staatlich gefördert, durch die Krise beschleunigt, aber immer noch mit High-End-Hürden konfrontiert.