Berührungsfreie Drehmomentsensorik im Motorsport
Messungen unter extremen Bedingungen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Berührungsfreie Drehmomentsensoren im Motorsport
Es gibt viele Möglichkeiten, die Leistung des Fahrzeugs auf der Strecke zu optimieren. Je nach den zu ermittelnden Parametern kann das Drehmoment am Antriebsstrang, an der Haupt-, Getriebeeingangs- oder Ausgangswelle gemessen werden (Bild 1). Im Fahrzeugbetrieb auf der Rennstrecke liefern Sensoren am Antriebsstrang Echtzeitdaten zum anliegenden Drehmoment an jedem Punkt des Track. So können die Renningenieure während der Testfahrten definieren, an welchen Stellen welche Idealeinstellungen getätigt werden müssen. Der Fahrer erhält Rückschlüsse darauf, wie er mit der Änderung bestimmter Fahrparameter die Leistung des Fahrzeugs punktgenau optimieren kann. Über eine Drehmomentmessung an der Welle kann auch exakt bestimmt werden, welche Lastspitzen auf die Welle wirken, zum Beispiel beim Abheben oder Wiederaufsetzen eines Rads (Bild 2). Der Einfluss von Schwingungen und Vibrationen auf die Leistung wird sekundengenau ermittelt. Das gibt Ingenieuren wertvolle Rückschlüsse zur Planung einer optimalen Achsenauslegung und Lastverteilung. Die dynamische Datenerfassung kann unterbrechungsfrei auch über ein ganzes Rennen erfolgen.
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Die Drehmomentmessung ermöglicht die Einstellung der Kupplungseingriffs- und -rutschpunkte zur Minimierung der Kupplungsintervalle in Abhängigkeit von der aktuellen Leistung in leistungsgesteigerten Motoren. Veränderungen des Drehmoments erlauben die Überwachung des Kupplungsverschleißes und vorausschauende Wartung. Zudem kann die automatische Startsteuerung durch Radtraktionsbestimmung optimiert werden.
Drehmomentdaten werden auch zur Wirkungsgradanalyse des Getriebes genutzt. Über die Drehmomentsteuerung lässt sich bei Motorrädern das Abheben des Vorderrads beziehungsweise das Wegrutschen des Hinterrads in bestimmten Lastsituationen vermeiden. Für Drag-Racing-Fahrzeuge können Schaltpunkte der verschiedenen Kupplungspakete optimiert und damit reduzierte Schaltzeiten erreicht werden. Spitzenlastzustände bei Schwingungen während des Schaltens werden durch Überwachung des anliegenden Drehmoments verhindert oder reduziert. Der Sensor erkennt Überlast rechtzeitig und trägt so dazu bei, dass Fahrzeugmissbrauch und -schaden über automatische Kraftübertragungskontrolle auf der Basis von Echzeitdaten der Antriebswelle vermieden werden kann. Die Überwachung des Drehmoments über die Zeit erlaubt vorausschauende Wartung. Zu diesem Thema hat NCTE in einem Kundenprojekt erstmalig die Motorleistung eines Dragster-Rennfahrzeugs mit ca. 11.000 PS gemessen (Bild 3). Bislang waren Messungen in dieser Leistungsklasse nicht möglich, da es dafür keine Dyno-Prüfstände gibt.
Überwachung und Kontrolle
Auch in der Fahrzeugentwicklung kann die Drehmomentmessung wertvolle Beiträge liefern. Durch die Korrelation aerodynamischer Daten lässt sich die Auswirkung verschiedener Fahrzeugteile und Set-ups auf die Fahrleistung präzise bestimmen. Die erhobenen Daten können als Leistungsdokumentation ganzer Test- und Rennphasen genutzt werden.
Auf der Basis von Echtzeitdaten aus der Drehmomentmessung kann die Einhaltung der Rennsportregularien belegt werden. So kann zum Beispiel nachgewiesen werden, dass keine unerlaubten Traktionskontrollen oder Launch-Control-Systeme verwendet wurden.
Drehmomentsensoren werden besonders gerne in der Fahrzeugentwicklung auf den Prüfständen eingesetzt, insbesondere auf Hochgeschwindigkeitsprüfständen für Kers- und Hers-Systeme sowie auf Prüfständen für Antriebsstrang und Getriebe. In Kundenprojekten hat NCTE bereits Hochdrehzahlprüfstände mit bis zu 200.000 min–1 für Turbolader realisiert.
Beim Reifenwechsel kommt es auf Bruchteile von Sekunden an. Auch hier können Drehmomentsensoren den entscheidenden Vorsprung liefern. Sie melden das ansteigende Drehmoment beim Anziehen der Radmuttern weiter, sodass die Fahrzeugabsenkung schon vor dem endgültigen Festziehen beginnen kann: Das Fahrzeug kann früher wieder starten und wertvolle Zeit wird eingespart. Zusammen mit einem Rennteam hat NCTE mit Hilfe der berührungsfreien Drehmomentsensoren den schnellsten derzeit auf dem Markt verfügbaren Schlagschrauber (Bild 4) realisiert.
Für extrem enge Bauräume, zum Beispiel in der Getriebeeingangswelle oder in Wellen innerhalb einer Hohlwelle, können die Drehmoment-Sensoren auch Messungen in der Welle vornehmen. Zum Beispiel kann in Motorrädern durch das Einbringen eines Sensors in die Abtriebswelle über das Drehmoment die Leistungsaufnahme des Hinterrades erfasst werden.
Nutzbar für alle Arten von Kraftmessung
Im Motorsport zählt nicht nur die Zeit auf der Rennstrecke. Auch Entwicklungs-und Testzeiten sind kostbar. NCTE verfügt über ein spezielles Motorsportteam, das im Bedarfsfall kundenspezifische Sensor-Lösungen innerhalb weniger Stunden direkt an die Strecke liefert. Auch die Elektronik zur Datenauswertung wird von NCTE bereit gestellt, ebenso wie die Schnittstelle zur Infrastruktur des Kunden.
Sensoren von NCTE sind bereits in vielen Industrien erfolgreich im Einsatz, zum Beispiel in Windkraftanlagen, in der Automobilindustrie, in Elektro-Bikes, in der Roboterentwicklung, der Luftfahrt und im Prüfstandsbau. Zunehmend werden sie auch in der vorausschauenden Wartung eingesetzt. Überall, wo Kräfte extrem robust, präzise und serientauglich gemessen werden müssen, helfen die intelligenten Lösungen, Maschinenausfälle zu vermeiden, Effizienz und Produktivität zu steigern, Gewicht zu reduzieren und Kosten zu sparen.
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