Berührungsfreie Drehmomentsensorik im Motorsport Messungen unter extremen Bedingungen

NCTE-Sensor zur Leistungsmessung am Getriebeausgang im Top Fuel Dragster Motor Bike.
NCTE-Sensor zur Leistungsmessung am Getriebeausgang im Top Fuel Dragster Motor Bike.

Im Rennsport entscheiden Bruchteile von Sekunden über Sieg oder Niederlage. Zur Optimierung in Entwicklung, Test und Rennen sind Messungen unabdingbar. Doch besonders die Messung von Drehmomenten erwies sich lange bei den auftretenden Drehzahlen, Vibrationen und Temperaturen als schwierig.

Die hochmoderne Technik in Rennfahrzeugen ist in ihrer Leistungsfähigkeit den unterschiedlichsten Einflüssen unterworfen, sowohl durch das Zusammenspiel der einzelnen Bestandteile von Motor und Antriebsstrang als auch durch das Fahrverhalten und die Einstellungen des Fahrers. Daher arbeiten ganze Teams von Ingenieuren und Messtechnikspezialisten eng zusammen, um die Interaktion der Komponenten optimal zu koordinieren.

Die entscheidende Voraussetzung, damit dies gelingen kann, sind zuverlässige Daten aus dem Inneren des Fahrzeugs, von dem Ort, an dem die Kraft auf die Straße kommt: Die an Antriebsstrang, Getriebeeingangs- und -ausgangswellen, Kupplung und Differenzial auftretenden Kräfte sowie das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten entscheiden über den Wirkungsgrad des gesamten Fahrzeugs. Eine gute Methode zur Qualifizierung und Bewertung dieser Kräfte ist die berührungslose Drehmomentsensorik von NCTE.

Die Drehmomentmessung liefert wertvolle Datenerhebungs-, Optimierungs und Steuerungsoptionen. Allerdings halten immer noch viele Ingenieure und Entwickler diese Messtechnologie für sehr teuer, fehleranfällig und komplex. Folglich wurde die Drehmomentsensorik im Motorsport bislang nahezu ausschließlich in der klassischen Messtechnik, also auf Testständen zur Motor- und Antriebsentwicklung, eingesetzt.

Dafür gibt es auch einen Grund: Die auf dem Markt kommerziell erhältlichen Drehmomentsensoren auf Basis von Dehnmessstreifen halten den anspruchsvollen Bedingungen im Fahrzeugeinsatz auf der Straße nicht stand. Die auftretende hohe mechanische, thermische und Schwingungsbeanspruchung im Fahrzeugeinsatz bringt herkömmliche Lösungen schnell an ihre Grenzen, Dehnmessstreifen sind in ihrer zeitlichen Nutzungsdauer sehr limitiert und können daher für langzeitstabile Messungen nur bedingt zum Einsatz gebracht werden. Zudem ist die Signalübertragung per Telemetrie aufwändig, teuer und störanfällig.

Mit einer modernen Messtechnologie eröffnet sich im Motorsport eine Reihe neuer Datenerhebungsmöglichkeiten: Berührungsfreie Drehmomentsensoren sind eine serientaugliche Alternative mit außerordentlicher Robustheit, Präzision und Haltbarkeit.

Berührungsfreie Drehmomentmessung

Die vom Sensorikexperten NCTE AG entwickelte Messtechnik arbeitet vollständig berührungsfrei und ist robust. Im patentierten NCTE-Prozess werden Welle, Achse oder beliebige rotierende Komponenten zwischen Motor und Rad selbst zur Telemetrieeinheit. Zur Kraftmessung wird das Prinzip der Magnetostriktion genutzt. In einem Strompulsverfahren wird die Achse dauerhaft mit einer remanenten, schwachen magnetischen Kodierung versehen.

Das dabei erzeugte Magnetfeld ist langzeitstabil und unempfindlich auch gegen die anspruchsvollen Umgebungsbedingungen im Motorsport, z.B. Vibrationen, Schwingungen, hohe Umdrehungszahlen und Temperaturen. In der Nähe des Primärsensors erfassen hochauflösende Miniatursensoren berührungslos und verschleißfrei selbst kleinste Magnetfeldänderungen durch einen Luftspalt von mehreren Millimetern. Dieser Prozess funktioniert genauso zuverlässig auch in flüssigen Medien wie Öl oder Wasser. So können in einer Vielzahl von Anwendungen im und am Fahrzeug Echtzeitdaten ermittelt werden und zur Steigerung von Effizienz und Geschwindigkeit, zur Optimierung von Wartung und Service und zur Entwicklung idealer Fahrprofile eingesetzt werden.

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Sensoren im Motorsport

Die NCTE-Sensoren zur Drehmomentmessung werden im Motorsport eingesetzt. Wir zeigen einige Beispiele.