Drehmomenterfassung für hochdynamische Antriebsstränge

Elektromotoren gewinnen nicht nur im Bereich der Elektromobilität zunehmend an Bedeutung – auch in Großmaschinen wie Kränen oder Bohrsystemen kommen sie verstärkt in Form von Hybridantrieben zum Einsatz. 

Gerade in diesen Anwendungen wirken extreme Belastungen auf die Antriebskomponenten. Die Anforderungen an Bauteilsicherheit und Dauerfestigkeit sind entsprechend hoch – nicht zuletzt aufgrund der erheblichen Kosten, die ein Ausfall solcher Maschinen verursachen kann.

Eine Überdimensionierung der Komponenten ist dennoch keine Option, da die Maschinen gleichzeitig höchste Effizienzanforderungen erfüllen müssen. Der Einsatz von Hybridantrieben bringt zudem zusätzliche Herausforderungen hinsichtlich des Maschinengewichts mit sich.

Vor diesem Hintergrund sind zuverlässige Prüfstände zur Bauteilüberwachung und -qualifizierung von entscheidender Relevanz für die Industrie. Um alle einwirkenden Kräfte präzise erfassen zu können, ist eine hochdynamische Messwerterfassung unerlässlich. Insbesondere die messtechnische Umsetzung an rotierenden Komponenten stellte in der Vergangenheit eine große Herausforderung dar.

Kompakte induktive Übertragungsverfahren mit hoher Abtastrate waren bisher anfällig gegenüber Störungen – insbesondere in der Nähe von kraftvollen Wechselrichtern. Alternativ genutzte Verfahren erforderten oftmals groß dimensionierte und aufwendig zu montierende Statorantennen, die das rotierende System eng umschließen mussten. Diese Antennen waren wiederum anfällig für Beschädigungen durch Schwingungen im Antriebsstrang.

Die Lösung: Innovative, störsichere Messwertübertragung bei maximaler Flexibilität

Die neu entwickelte kontaktlose Messwertübertragung basiert auf einem modulationsbasierten induktiven Verfahren und ermöglicht eine störsichere Übertragung von bis zu 40.000 Messwerten pro Sekunde – auch im unmittelbaren Umfeld leistungsstarker Wechselrichter. Das neue Manner-Messsystem nutzt ein innovatives Modulationsverfahren, das die störungsfreie Übertragung von bis zu 40.000 Messwerten pro Sekunde ermöglicht. Dabei erfolgt sowohl die Energieversorgung des rotierenden Messglieds als auch die bidirektionale Datenübertragung über eine kompakte, leicht integrierbare Statorantenne – und das über nur eine einzige Übertragungsstrecke.

Die Statorantenne kann wahlweise direkt in die Auswerteeinheit integriert oder in abgesetzter Form realisiert werden – entsprechend der bei Manner-Systemen etablierten modularen Architektur.

Technische Merkmale:

• Energie- und Datenübertragung über eine einzige induktive Strecke
• Kompakte Statorantenne mit flexibler mechanischer Integration
• Hohe Störunempfindlichkeit, insbesondere bei EMV-kritischen Umgebungen
• Keine aufwendige Statorstruktur oder enge mechanische Umschließung erforderlich
• Mechanisch robuste Ausführung – unempfindlich gegenüber Schwingungen im Antriebsstrang

Funktionsumfang und Signalausgabe

Die Erfassungseinheit kann neben den Primärsignalen (z. B. Drehmoment) auch weitere Sensorwerte (Temperatur, Dehnung, etc.) verarbeiten. Die Ausgabe erfolgt wahlweise als:

• Rohsignale über Standard-Analogausgänge (Strom, Spannung, Frequenz)
• Digitale Schnittstellen wie EtherCAT, CAN, SPI
• Verrechnete Größen wie Leistung, Mittelwerte, Spitzenwerte
• Signalverarbeitung in Echtzeit: FFT, Scope, Kanalkorrelation über MAcquisition-Software

Eine optionale hochauflösende Drehzahlerfassung mit bis zu 1.024 Impulsen pro Umdrehung ist vollständig integriert. Zusätzliche Sensorik (z. B. Temperaturkompensation) kann mitgeführt werden, um materialspezifische Einflüsse wie das temperaturabhängige E-Modul messtechnisch zu kompensieren.

Bewährte Performance: Im Einsatz im Drehmomentmessflansch XtreMAX 30 kNm

Die neue Manner-Technologie ist bereits erfolgreich im Hochleistungs-Drehmomentmessflansch XtreMAX 30 kNm auf dem Prüfstand im Einsatz. Hervorzuheben ist die punktuelle Statorantenne, die deutlich weniger anfällig ist bei Vibrationen im Antriebsstrang.

Die Drehzahlerfassung erfolgt hier mit einer Auflösung von 1.024 Impulse/Umdrehung. Um höchste Messgenauigkeit zu gewährleisten, wurde auch die temperaturabhängige Variation des E-Moduls durch eine Temperaturkalibrierung vollständig kompensiert.