Hochgenaue, robuste und berührungslose Drehmomentmessung

Neueste Messtechnik für Serienteile und Prüfstandsanwendungen als Plug-and-play Lösung.

Die hochgenaue Drehmomenterfassung bleibt eine Schlüsselgröße zur Optimierung der Antriebseffizienz im Antriebsstrang. Jüngste Schlagzeilen über drohende Fahrverbote unterstreichen die anhaltende Bedeutung dieser Messgröße. Die zunehmende Wettbewerbssituation unter den Automobilherstellern verstärkt die Notwendigkeit für hochpräzise Messmittel zur Optimierung der Fahrzeugleistung.

Die Anforderungen an die Messmittel variieren je nach Antriebskonzept, aber hohe Genauigkeit, Wartungsfreiheit beweglicher Messglieder und Miniaturisierung sind gemeinsame Nenner. Zusätzlich wird eine Umweltfestigkeit von bis zu 200°C gefordert.

Während Verbrennungsmotorantriebe Drehmomentmessungen an Getrieben und Seitenwellen sowie Temperaturmessungen an Nasskupplungslamellen und Kolben erfordern, sind Elektromotor-Entwicklungen durch In-Situ-Temperaturmessungen am Elektromotor und Kupplungslamellenmessungen für die Parksperre sowie hochrobuste Drehmomentapplikationen geprägt, die die höheren Drehmomente des Elektroantriebs bewältigen können

Universelle berührungslose Messtechnik für alle Antriebsstränge am Prüfstand – Drehmomentmessung

Komponenten am Prüfstand kommen häufig nur für Teilbereiche des Antriebsstrangs zum Einsatz. Hier bieten sich zunächst optimale Bedingungen für die Messung und Identifikation von vermeidbaren Verlusten durch Reibung, die auf fehlende Schmierung an den Antriebsteilen zurückzuführen sind.

Dennoch kann die Messung eine Herausforderung darstellen, da höchste Genauigkeit gefordert ist. Temperaturänderungen am Prüfling müssen erfasst und die Messergebnisse entsprechend korrigiert werden. Darüber hinaus müssen die Messinstrumente zur Erfassung des Drehmoments für hohe Drehzahlen im Zusammenhang mit einem Elektromotor ausgelegt sein. Trotzdem kann nur ein Teil des Drehzahlsfehlers durch das Design kompensiert werden.

Temperatur, parasitäre Kräfte und Drehzahleffekte sind oft vernachlässigte Umgebungseinflüsse. Auf der Automotive Testing präsentiert Manner erstmals den Messflansch XTREMA HP mit integrierter 3er Echtzeitkompensation für Axialkraft-, Temperatur- und Drehzahleffekte.

Effekte und Kräfte erklärt:

Drehzahleffekte: Mit der Elektromobilität erreichen Rotationsmotoren immer höhere Drehzahlen (>30.000 -1/min), was zu physikalischen Effekten führt, die das gemessene Drehmoment verändern können. Die Zentrifugalkräfte, Ausdehnungseffekte, Luftverwirbelungseffekte die bei hohen Drehzahlen auftreten, müssen sorgfältig berücksichtigt werden, um genaue Messergebnisse zu gewährleisten.

Temperatureffekte: Temperaturschwankungen können die Materialeigenschaften des Drehmomentmessflansches verändern und somit die Messgenauigkeit beeinträchtigen. Eine besondere Herausforderung stellt bei Prüfständen für Hybrid und Verbrennungsmotoren die erhöhte und stetig wechselnde Umgebungstemperatur dar. Bekanntlich ändert sich der E-Modul eines Messkörpers über der Temperatur mit ca. 2,5 % pro 100°K, dies ist erheblich. Eine effektive Kompensation dieser Temperaturabhängigkeit ist entscheidend, insbesondere in Umgebungen mit extremen Temperaturbedingungen.

Parasitäre Kräfte: Unerwünschte externe Einflüsse wie Reibung, Ungleichgewicht und axiale Belastungen können das gemessene Drehmoment verfälschen. Diese parasitären Kräfte müssen systematisch identifiziert und kompensiert werden, um die Genauigkeit der Messungen zu verbessern.

Das von Manner erfasste und in Echtzeit kompensierte Drehmoment wird direkt im Rotor digitalisiert. Die Messwerte werden berührungslos und digital an den Signal-Pickup übertragen, und das System wird wie gewohnt wartungsfrei und induktiv versorgt. In modernen Prüfstandskonzepten erfolgt die Weiterleitung der erfassten Daten in der Regel digital über EtherCAT, CAN oder Ethernet an die Prüfstandsdatenerfassung.

Der XTREMA HP mit kompakten Auswerteeinheit kann optional natürlich auch über einen Frequenzausgang sowie einen Strom- oder Spannungsausgang verfügen – ganz nach den Anforderungen des Kunden.