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Professionelle Lösungen für die Messung am Powertrain von Hybridfahrzeugen

Neben dem reinen Elektroauto für den Stadtverkehr, wird auch die Entwicklung der weitaus komplexeren Hybridfahrzeuge immer stärker vorangetrieben.

Wichtige Punkte im Rahmen der Entwicklung von Hybridfahrzeugen, sind die Erfassung der Lastkollektive zur Systemauslegung, Absicherung der Betriebsfestigkeit und die Optimierung des Fahrverhaltens. Insbesondere das optimale Zusammenspiel zwischen Verbrennungsmotor und E-Motor stellt eine enorme Herausforderung an die Steuerungstechnik dar.

Für die Auslegung der Algorithmen ist das dynamische Drehmomentverhalten im Powertain an verschieden Punkten entscheidend. Wichtige Messpunkte sind die Schnittstellen zwischen Verbrennungsmotor und E-Motor, Getriebeeingang, Getriebeausgang, Frontantriebausgang und Seitenwellen. Dabei ist speziell bei Teillastmessungen der Anspruch an die Genauigkeit der Drehmomentmessung aufwändig. Gerade die Messstellen zwischen Verbrennungsmotor , E-Moto rund E-Motor - Getriebeeingang werden thermisch hoch belastet. In der Regel ist hier der abzudeckende Temperaturbereich – 40 bis +160 °C. hinzu kommt zusätzlich die Ölumgebung. Hohe Genauigkeit für Prüfstandsdrehmomentaufnehmer bei nahe konstanter Umgebungstemperatur und ölfreier Umgebung sind heute Stand der Technik.

Spannend wird das Ganze, wenn man vergleichbare Genauigkeiten unter Umwelttemperaturbedingungen im Powertrain in Sektion Getriebe bis Verbrennungsmotor von -40 bis +160°C erwartet. Hier muss nicht der Temperatureinfluss auf die Telemetrie sondern auch der Temperatureinfluss auf die Drehmomentmessstelle (Änderung der Wellenwerkstoffeigenschaften: Nullpunkt und E-Moduländerung) korrigiert werden. Entsprechende automatische Korrekturmechanismen in der MANNER Sensortelemetrie sorgen für gleichbleibende Genauigkeit ,unabhängig von der Bauteiltemperatur. Die Erfassung des Drehmoments auf den Seitenwellen ist dabei vom Anspruch her harmlos.

Naturlich müssen alle Drehmomentmessstellen absolut synchron erfasst werden. Nur so können Leistungflussanalysen durchgeführt werden. Des weiteren muss die Telemetrieübertragung frei von Dropouts (fehlende Daten aufgrund von Telemetrieübertragungsfehlern) sein. Insbesondere auf Funkübertragungstechnik basierende Systeme sind in der Verbindung mit der hohen EMV-Belastung von E-Motoren ein kritischer Punkt. Eine Vielzahl von praktischen Messeinsätzen zeigen das hier die Komponenten von MANNER Sensortelemetrie gegen jede Art von Störeinwirkungen absolut robust sind. Die Systeme von MANNER sind synchronisiert, liefern die Daten in Echtzeit (Latenzzeit zwischen Erfassung auf der Welle und Wiedergabe < 0,5 ms) und sind frei von Telemetrieübertragungsfehlern.


Getriebeeingangswelle mit
Flex-Sensorsignalverstärker,
Sensor und Antenne

Gerade bei gewünschten Messstellen im Getriebe, Kupplung oder E-Motor sind die Platzverhältnisse herausfordernd. Hier ist es schwierig, entsprechend Platz für Telemetrietechnik zu finden. Die hochtemperaturfeste und um die Welle wickelbare Flextelemetrie mit einer Breite von 10 mm und einer Höhe von 3 mm liefert hier wertvolle Dienste. Sie erlaubt die Realisierung von Drehmomentmessstellen auf engsten Raum bei hoher Genauigkeit.

Einige Lösungen im Detail:

Revolution der Telemetriereichweite: Seitenwellenapplikationen mit MANNER – ein Plug &Play System


Eingebaute Seitenwelle mit flexibler
Statorantenne

Besonders hervorzuheben ist die Messtechnik an den Seitenwellen. Die Seitenwelle stellt die dynamische Verbindung zwischen dem Getriebe und den Antriebsrädern über Gleichlaufgelenke dar. Kennzeichnend sind die großen Lageveränderungen der Seitenwelle während des Fahrbetriebs. Entsprechend groß muss die Telemetrieübertragungsreichweite sein. Wartungsfreie und batterielose Systeme sind ein Muss.

Als optimale Lösung hat sich die Variante mit der Statorschleifenantenne in der Praxis bewährt.

Die Rotorantenne um die Seitenwelle und die Statorantenne in Schleifenform agieren in Form eines Trafos über den sowohl die Drehmomentdaten und die Versorgungsenergie übertragen werden.

Die weiterentwickelte Variante der Firma MANNER besitzt eine 2,5 Reichweitenerweiterung, welche eine extrem hohe Montagetoleranz zulässt. Die Verbesserung basiert nicht auf einer Energieerhöhung für das Induktionsfeld, sondern auf einer technologischen Innovation. Die Plug & Play Lösung verzeiht dabei auch kleinere Montagefehler. Auch die Stromaufnahme ist im Vergleich zu anderen System deutlich geringer.

Miniaturthermoelemente in Kombination mit Messtechnik: Thermische Validierung der Kupplungslammelen


Kupplung mit 16 Temperaturmesskanälen

Eine weitere, wichtige Komponente ist die Kupplung, welche zum Zu- und Abschalten des Verbrennungs- bzw. E-Motors genutzt wird. Wegen der hohen Leistungsdichte und des geringeren Bauvolumens werden heute Nasskupplungen verwendet.

Allerdings stellt die hohe Leistungsdichte hohe Ansprüche an die Kupplungslamellen. Die thermische Validierung der Lamellen stellt eine besondere Anforderung an die Messtechnik dar.

Die zuverlässige Erfassung des dynamischen Temperaturverhaltens in den Reibbelägen, abhängig von Last und Öldruck erfordert viel Know How. Das Einbringen von Thermoelemente in die Reibbeläge mit einer Dicke von nur 0,8 mm erfordert handwerkliches Geschick. In der Regel werden bis 16 Messstellungen verbaut. Zusätzlich bewegen sich die Lamellen horizontal in rascher Folge bei hoher Drehzahl. . Bei hoher gewünschter Standzeit und 16 Messstellen ist der Anspruch an die eine drehzahlfeste Verkabelungstechnik enorm. MANNER besitzt für die Aufgabenstellung langjährige Erfahrung, welche den Erfolg der Messung garantiert.

Natürlich müssen die Messsignale auch auf die stationäre Seite übertragen werden. Entsprechende kaskadierbare, 8-kanalige Miniaturtelemetriebaustelle (Baugröße 12 x 21 x 5 mm) mit einer Temperaturfestigkeit von 180°C garantieren die zuverlässige Übertragung der Temperatursignale unter Ölbedingungen.

Zuverlässiges, Dynamisches Drehmoment trotz parasitärer Kräfte: Flexplate-Drehmomentaufnehmer im Kernstück des Antriebsstrangs


Flexplate-Aufnehmer mit 160°C
Temperaturfestigkeit zur Erfassung
dynamischer Drehmomente

Die Firma MANNER hat eine spezielle Technik zur Veredelung von Serienflexplates zum hochwertigen Drehmomentaufnehmer für den Fahrzeugbetrieb mit einer Genauigkeitsklasse von 0,05% entwickelt.

Der Aufnehmer erfordert weder eine Verlängerung des Antriebsstrangs noch hat er Einfluss auf die dynamischen Eigenschaften des Antriebsstrangs. Kernstück ist ein speziell konstruierter Aufnehmer mit extrem niedrigem Übersprechverhalten aus Axial,- Biege-, und Seitenkraftbelastung. Um die Genauigkeit über einen großen Temperaturbereich zu gewährleisten (-40°C bis+160°C), wird eine Nullpunktdrift- und E-Modulkompensation durchgeführt. Letzteres erfolgt auf elektronischem Wege mit Hilfe eines zusätzlichen Temperaturmesskanals und einer mechanischen Kalibrierung unter Temperatur. Neu ist, dass ein digitaler Signalprozessor in Echtzeit das erfasste Drehmoment nach dem ermittelten Fehlerpolynom korrigiert. Damit ergibt sich ein praktisch von Temperatureinflüssen unabhängiges Drehmomentsignal zur direkten Bewertung.

Die hohe zeitliche Auflösung des Drehmomentsignals mit 4000 Messwerten/Sekunde garantiert die originalgetreue Widergabe des Drehmomentverlaufes. Damit können erstmalig dynamisch hochpräzise Leistungsflussmessungen am Antriebsstrang durchgeführt werden. Dieses Werkzeug ist ideal für die Optimierung der Komponenten im Antriebsstrang.

Die Messdaten des DMS-basierenden Aufnehmers werden über die bewährte digitale Sensortelemetrietechnik mit 16 Bit Auflösung der Firma MANNER kontaktlos übertragen.


24.05.2018

Eschenwasen 20
78549 Spaichingen
DEUTSCHLAND
Tel.: +49 7424 9329-0
Fax: +49 7424 9329-29
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