Hochtemperaturtelemetrie für die berührungslose Messung an rotierenden Komponenten

Die Erfassung von Temperaturen an rotierenden Teilen gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Gewährleistung der Betriebsfestigkeit. Neue Fertigungsmethoden ermöglichen eine immer kompaktere Bauweise von Antrieben und Motoren, während Weiterentwicklungen kontinuierlich die Leistungsdichte in den Komponenten steigern. Infolgedessen stellen sowohl die durch die hohe Leistung entstehende Wärme als auch die begrenzten Platzverhältnisse die Messtechnik für Entwicklungsphasen vor Herausforderungen.

Kritische und hochwertige Komponenten wie Kupplungen, Elektromotoren und Kolben in Antriebsträngen erfordern eine präzise Überwachung ihrer Langzeitbetriebsfestigkeit. Der Einfluss der Temperatur auf diese Bauteile während verschiedener Betriebsphasen kann die Lebensdauer beeinträchtigen, jedoch nicht die Funktionalität. Nur durch Messdaten aus dem realen Betrieb ist es möglich, Reibungsverluste zu minimieren und Betriebsüberlastungen zu vermeiden, die sich später auf die Langzeitbetriebsfestigkeit und damit die Produktqualität des Herstellers auswirken.

Als Lösung für diese Herausforderung bietet Manner die Sensortelemetrie zur Erfassung dieser Daten mit miniaturisierten Temperaturmessstellen, die eine berührungslose und robuste Übertragung der Messdaten ermöglichen an.

Das System ist weltweit einzigartig, da es die Herausforderungen der Messtechnik in einer Lösung vereint: Miniaturisiert integrierbar, wartungsfrei, temperaturfest bis 200°C und absolut EMV-fest.

Dieses Produktversprechen wurde bereits in mehreren tausend Anwendungen erfolgreich erprobt. Zusätzlich bietet Manner Full-Service für die Integration der Messstellen, angefangen vom konstruktiven Design bis hin zur Integration durch unser Applikationsteam.

Herausforderung und Lösung im Automotive Bereich

Die Messtechnik von Manner ist vielfach erprobt bei Messungen in Elektrofahrzeugen bzw. Hybridfahrzeugen. Hierdurch wird die Messtechnik häufig nahe oder sogar In situ am Elektromotor installiert, um auch dort zu messen, wo die relevanten Messpunkte des Antriebskonzeptes liegen. Dies stellt jedoch besondere Herausforderungen an die Übertragungstechnik dar. Manner hat hierbei ein robustes und ein über eine Vielzahl von Applikationen erprobtes Übertragungsverfahren entwickelt, dass aus dem Elektromotor hohe Datenraten für die Echtzeitauswertung überträgt und zuverlässig bei 200 °C Umgebungstemperatur betrieben werden kann. Neben den hier dargelegten Temperaturkanälen können somit auch beliebig andere Sensoren mit hohen Datenraten angeschlossen werden.

Aufgrund der Komplexität der heutigen Nasskupplungen sind 8, 16 und 24 Messkanäle Standard, welche im Inneren verbaut werden. Diese Applikation ist äußerst Herausfordernd durch die Bewegungen im Kupplungssystem. Auch für diese ausgewählte Lösung wird ein Full-Service von Manner angeboten, bei dem Manner vom Design hin über die komplette Teilebearbeitung bis hin zur mit Messtechnik ausgestatteten Kupplung alles übernimmt.

Neben der Betriebsfestigkeit bei extremen elektromagnetischen Feldern, einer hohen Umgebungstemperatur und den hohen Drehzahlen stellt der Bauraum eine besondere Herausforderung dar, um Messtechnik in das fertige Serienbauteil zu integrieren.

Die von Manner entwickelten kaskadierbaren Miniaturmessverstärker – die mit nahezu beliebigen Formfaktoren gestaltet werden können – ermöglichen die Integration in noch so kleine Bauräume. Auch die Energie- und Datenübertragung erfolgt mit simplen Kupferringen. Dies erlaubt äußerst innovative Möglichkeiten der Applikationsgestaltung, welche für immer kompaktere Entwicklungen dieser Fahrzeugkomponenten unabdingbar sind.

Aber auch die betriebsfeste Applikation von miniaturisierten Thermoelementen stellt eine besondere Herausforderung dar. Auch ein an sich simples Thermoelement kann an Kolben, Nasskupplungen und E-Motoren aufgrund der hohen Beschleunigung an die Grenzen kommen. Zusätzlich dürfen kaum mechanische Bearbeitungen an Bauteilen, wie der Kupplung stattfinden, da diese die mechanischen Teile unzulässig schwächen würden. Auch müssen vorhandene Öl Löcher weiter zugänglich sein, um den Realzustand und die Betriebsfestigkeit naturgetreu zu testen. Neben dem Know-how der betriebsfesten Verlegung und Montage sind auch die Thermoelemente für solche Applikationen von Manner entwickelt und werden mit besonderen Tests und Fertigungsverfahren veredelt.

Know-how für alle Industrien

Als Spezialist der berührungslosen Messdatenübertragung mit einem Messverstärkerportfolio mit bis zu 200 °C Elektroniktemperatur und als Dienstleister für Messapplikationen bietet Manner das Full-Service-Package oder auch nur die Telemetrie zur Selbstapplikation.

Durch die Miniaturmesstelemetrie sind auch innovative Möglichkeiten der Applikation gegeben, welche die immer kompakteren Entwicklungen dieser Fahrzeugkomponenten fordern. Die Messtechnik kommt erst nach dem Design. Der typischerweise 9-kanalige Temperaturmessverstärker ist äußerst kompakt (21 x 12 x 5 mm) und wiegt nur 3 g. Zur Erweiterung der Messkanäle können mehrere Bausteine kaskadiert werden. Neben diesem Messverstärker sind auch weitere im Portfolio, um jeglicher Bauraumanforderung gerecht zu werden. 

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Die Laufzeit des Systems ist aufgrund der induktiven und wartungsfreien patentierten Sensortelemetrie-Übertragungstechnik unbegrenzt.

Manner arbeitet standardmäßig mit eigenentwickelten robusten Thermoelementen, die dem zunehmenden Vibrationsgrad mühelos standhalten. Die Test-, Bearbeitungs- und Verlegetechnik basiert auf jahrelangem Know-how.

Last but not Least – der Spezialist

Als Spezialist für berührungslose Sensortelemetrie bieten wir nicht nur eine Vielzahl verschiedener Temperaturmessstellen an, sondern auch die Integration sämtlicher physikalischer Messsensoren in das Manner-Messsystem. Neben Druck- und ICP-Sensoren werden Drehmoment- und Kraftsensoren mittels Dehnungsmessstreifen mit Sensortelemetrie eingesetzt. In unserer Sensorik-Abteilung werden komplette Drehmomentaufnehmer hergestellt. Dort werden sowohl Serienteile wie Antriebswellen oder Flaps aus der Luftfahrt veredelt als auch Standarddrehmomentmessflansche und kundenspezifische Flansche appliziert. Alle fertigen berührungslosen Messsensoren werden in unserem hausinternen DAkkS-Kalibrierlabor kalibriert sind somit bereit zur Plug-and-play-Nutzung.