Drehmomentmessung an Elektrofahrzeugen

Der allmähliche Wandel der Mobilitätskonzepte vom Verbrennungsmotor zum Elektromotor hat Auswirkungen auf die Prüfstandsmesstechnik, die sich in absehbarer Zukunft weiter verstärken werden. Mit kleineren Abmessungen und geringerem Gewicht erreichen elektrische Antriebssysteme im Vergleich zu klassischen Verbrennungsmotoren eine deutlich höhere Leistungsdichte. Die Wärmeverluste von Elektromotoren betragen nur noch etwa 10 Prozent, während über 90 Prozent der elektrischen Energie in mechanische Energie umgesetzt werden. Obendrein arbeiten Elektroantriebe in Fahrzeugen mit deutlich höheren Drehzahlen, was die Prüfstände der Elektromobilität zugleich zu einer Herausforderung an die Drehmomentmesstechnik macht.

Steigerung der Nenndrehzahl plus neuartige Schnittstellen

Bereits im Jahr 2004 setzte HBM mit dem Drehmomentaufnehmer T11 Maßstäbe in Sachen Nenndrehzahl. Mit geringer Rotormasse und entsprechend niedrigem Massenträgheitsmoment galt der T11 lange als Standard im Bereich des Motorsports und konnte Drehzahlen bis 30.000 U/min erreichen. Der Sensor wurde kontinuierlich weiterentwickelt und im Jahr 2016 durch die T40-Baureihe abgelöst.

Neben einer Steigerung der Nenndrehzahl auf bis zu 45.000 U/min verfügt die neue Generation des Aufnehmers über EtherCAT- und PROFIBUS-Schnittstellen, was sie ideal für dynamische Anwendungen macht und die Integration von Drehmoment- und Drehzahlmessungen in übergeordnete Automatisierungs- und Steuerungssysteme erheblich erleichtert.

Neben der gesteigerten Drehzahl stellt auch das dynamische Verhalten elektrischer Antriebe hohe Anforderungen an die Prüfstandskonzepte zukünftiger Elektromobilität dar. Entsprechend stand die weitere Reduktion des Massenträgheitsmomentes und von Gewicht weit oben auf der Liste der Entwicklungsziele. Die Optimierung elektrischer Aggregate bringt aber noch weitere Anforderungen an die Messsysteme mit sich. Bei einem Wirkungsgrad im Bereich von über 90 % lassen sich – im Gegensatz zur Situation bei Verbrennungsmotoren – Unterschiede zwischen den jeweiligen Varianten nur mit sehr hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Messmittel realisieren.

Neue Herausforderungen: Genauigkeit und frei wählbare Messbereiche

Für diese Anforderungen wurde der Präzisions-Drehmoment-Aufnehmer T12HP entwickelt: Bei einer spezifizierten Drehzahlfestigkeit von bis 22. 000 U/min steht diese Baureihe mit einer Genauigkeitsklasse von 0,02 zu Verfügung. Die hohe Grundgenauigkeit dieses Aufnehmers ermöglicht eine FlexRange™-Funktion über den gesamten Messbereich von bis zu 10 kNm. Damit müssen Anwender nicht zwischen festgelegten Messbereichen umschalten, sondern können beliebig ausgewählte Messbereiche genauer betrachten.

Ein generell größeres Umweltbewusstsein und der Trend zu mehr Nachhaltigkeit wird die weitere Entwicklung der Elektromobilität beeinflussen. Dabei werden DMS-basierte Drehmomentsensoren auch in Zukunft eine entscheidende Rolle spielen und ein integraler Bestandteil der Optimierung von rotierenden Maschinen- und Fahrzeugkomponenten sein.

Eingebettet in ein ganzheitliches Messkonzept

Bei dieser Optimierung gilt es, neben der mechanischen Größe Drehmoment, eine Vielzahl von mechanischen und elektrischen Größen bei der Entwicklung von elektrifizierten Antriebssträngen zu erfassen und auszuwerten. Das HBM eDrive System für das Testen und Prüfen elektrischer Inverter und elektrischer Maschinen setzt genau hier an: Physikalische Signale (z.B. Drehmoment), elektrische Signale (Strom, Spannung) und auch digitale BUS-Signale (CAN) werden simultan erfasst, wobei die Daten in Echtzeit miteinander verrechnet und analysiert werden können. Somit versetzt Sie das eDrive System in die Lage, den Antrieb und dessen Verluste mit einem ganzheitlichen System aus einer Hand bei höchster Genauigkeit zu analysieren.

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