Belastungsanalyse an Rotorteilen bei Hybridfahrzeugaggregaten mittels Sensortelemetrie

Drehmomentaufnehmer liefern die notwendigen Daten, um den Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs auslegen zu können. Gleichzeitig dürfen sie aber den mechanischen dynamischen Leistungsfluss im Fahrzeug nicht stören. Um das zu erreichen, werden Serien-Bauteile modifiziert.

 Möchte man den CO2-Ausstoß ­eines Hybridfahrzeugs optimieren, müssen alle eingesetzten Aggregate betrachtet und aufeinander abgestimmt werden. Dafür wiederum muss man die dynamischen mechanischen Leistungsflüsse während des Fahrbetriebs kennen - und zwar über einen breiten Umgebungstemperaturbereich von -40 °C bis +160 °C. Aus diesen Werten können dann wichtige Konstruktions- und Aggregatauslegeinformationen gewonnen werden. Es können aber auch Schwachstellen an einzelnen Zulieferteilen aufgedeckt werden.

Dehnungsmessstreifen als Sensorelement
Für die präzise Erfassung der dynamischen mechanischen Leistungsflüsse im Fahrzeug sind Drehmomentaufnehmer notwendig, die eine Reihe bestimmter Merkmale aufweisen müssen: Durch den Einbau der Aufnehmer darf sich das mechanische Verhalten des Antriebsstranges nicht verändern und kein zusätzlicher Bauraum beansprucht werden. Zudem müssen die Aufnehmer über den weiten Temperaturbereichs von -40 °C bis +160 °C zuverlässig und hochauflösend in Zeit und Amplitude arbeiten. Dazu werden Serienelemente im Antriebsstrang modifiziert - Serien­teile werden quasi zum Drehmomentaufnehmer veredelt. Als Sensorelement dienen Dehnungsmessstreifen. Wichtige Mess­punkte sind die Schnittstellen zwischen befeuertem Motor zum E-Motor, E-Motor zum Getriebe, Getriebeausgang, Seitenwellen, Felgen und der Kurbelwellenriemenscheibe. Die gewonnenen Messwerte bilden die Basis, um den Antriebsstrang auslegen und die Motorsteuerung optimieren zu können. Errechnete Drehmomentdaten aus der Motorsteuerung erwiesen sich als unzuverlässig. Aus diesem Grund entwickelte die Firma Manner eine spe­zielle Technik zur Veredelung von Serienbau­elementen zum hochwertigen Drehmomentaufnehmer mit der Genauigkeitsklasse 0,1. Der Aufnehmer erfordert weder eine Verlängerung des Antriebsstrangs noch hat er Einfluss auf die dynamischen Eigenschaften des Antriebsstrangs. Kernstück ist ein eigens konstruierter Aufnehmer mit niedrigem Übersprechverhalten aus Axial,- Biege-, und Seitenkraftbelastung. Um die Genauigkeit über einen großen Temperaturbereich zu gewährleisten, wird eine E-Modulkompensation durchgeführt. Diese erfolgt auf elektronischem Wege mit Hilfe eines zusätzlichen Temperaturmesskanals und einer mechanischen Kalibrierung unter Temperatur. Damit können dynamisch hochpräzise Leistungsflussmessungen am Antriebstrang durchgeführt werden.

Kontaktlos an die Auswerteeinheit
Die Messdaten des DMS-basierenden Aufnehmers werden mittels digitaler Sensor­telemetrietechnik des Unternehmens Manner mit 16-Bit-Auflösung kontaktlos übertragen. Weitere Besonderheiten sind die hohe Temperaturfestigkeit von 160 °C und die hohe Betriebsfestigkeit im laufenden Fahrbetrieb.