Sensorik für Prüfstände und Entwicklungsumgebungen elektrischer Antriebe
Die Entwicklung von E Motoren erfordert hochpräzise Mess- und Sensortechnologien im Prüfstand. Zum Einsatz kommen vor allem Sensorlösungen, die auch unter hohen thermischen und dynamischen Belastungen robuste und genaue Signale liefern.
Egal, ob bei hohen Drehzahlen, schnellen Lastwechseln oder anspruchsvollen Testzyklen: Die Sensorik muss stets klare, stabile und hochdynamische Signale liefern. Für valide Prüfstandsergebnisse ist höchste Genauigkeit gefragt. Das ermöglicht sauber abgestimmte Motoren, effizientere Regelstrategien und einen Entwicklungsprozess, der schneller und zuverlässiger zum Ziel führt.
Unsere Sensorlösungen schaffen ein innovatives Testumfeld, das Fahrzeugherstellern maximale Entwicklungsqualität, höhere Effizienzpotenziale und kürzere Time-to-Market-Zyklen ermöglicht.
Dynamic E-Flow (DEF) fertigt Elektromotoren für höchste Leistungsanforderungen und benötigte einen Sensor zur hochgenauen Messung der absoluten Rotorposition und Drehzahl - bei sehr begrenztem Einbauraum. „Die Rotordrehzahl muss lagerlos erfasst werden, da wir eine durchgehende Welle einsetzen. Zudem muss der Sensor unempfindlich gegenüber magnetischen Streufeldern sein, weil er direkt am Stator sitzt“, erklärt DEF.
Gerade bei großen Wellendurchmessern sind geeignete Lösungen zur Rotor- und Drehzahlerfassung schwer zu finden. „Lenord+Bauer hat uns ein extrem robustes System geliefert, sodass unsere Kunden die Prüfstandmotoren zuverlässig bis zum maximalen Drehzahl- und Temperaturbereich betreiben können.“
Condition Monitoring Systeme können kontinuierlich Drehzahl, Temperatur und Vibrationsdaten erfassen. Während eines Dauertests erkennt das System eine leichte Zunahme der Schwingungsamplitude an der Motorwelle – ein typischer Frühindikator für beginnende Lagerermüdung.
Daraufhin meldet die Steuerung einen Wartungshinweis, sodass das betroffene Lager frühzeitig ausgetauscht werden kann, bevor Folgeschäden entstehen. So bleibt der Prüfstand hochverfügbar für weitere Entwicklungs- und Validierungszyklen.
In Prüfständen für elektrische Motoren werden je nach Prüfaufgabe Drehmoment, Drehzahl, Rotorposition, Strom, Spannung und Temperatur gemessen. Drehmoment- und Drehzahlsensoren ermöglichen die Bestimmung der mechanischen Leistung; geeignete Leistungsanalysatoren erfassen die elektrische Leistung. Rotorpositionssensoren unterstützen die Motorregelung und die Synchronisation von Messdaten. Temperaturmessungen dienen der thermischen Bewertung des Antriebs. Für Wirkungsgradprüfungen sind geeignete, kalibrierte Messketten und eine Bewertung ihrer Messunsicherheit entscheidend. Bei umrichtergespeisten Wechselstrommotoren beschreibt insbesondere IEC 60034-2-3 entsprechende Prüfverfahren. Die konkrete Sensorauswahl richtet sich nach Prüfziel, Drehzahlbereich und erforderlicher Dynamik.
Die maximalen Drehzahlen elektrischer Fahrzeugantriebe unterscheiden sich deutlich nach Fahrzeugklasse, Motorbauart und Übersetzung. Viele Traktionsantriebe arbeiten mit Maximaldrehzahlen im fünfstelligen Bereich. Hochdrehende Konzepte können darüber hinausgehen. Für die Auswahl eines Sensors ist jedoch nicht nur die höchste Drehzahl entscheidend: Auch Signalqualität bei niedrigen Drehzahlen, Drehrichtungserkennung und gegebenenfalls Rotorpositionserfassung im Stillstand müssen zur Anwendung passen. Bei hohen Drehzahlen sind insbesondere Signallaufzeit, Auswertebandbreite und die mechanische Auslegung des rotierenden Maßkörpers zu beachten. Maßgeblich sind die spezifizierten Betriebsgrenzen des gesamten Sensorsystems.
Die erforderliche Genauigkeit richtet sich nach der Prüfaufgabe. Bei Wirkungsgradmessungen müssen die Unsicherheiten der elektrischen und mechanischen Leistungsmessung gemeinsam bewertet werden. Dazu gehören insbesondere Strom, Spannung, Drehmoment und Drehzahl sowie deren zeitlich abgestimmte Erfassung. Für Untersuchungen von Drehschwingungen oder Geräusch- und Vibrationsverhalten sind zusätzlich Bandbreite und zeitliche beziehungsweise winkelbezogene Auflösung wichtig. Eine hohe Auflösung allein garantiert keine hohe Messgenauigkeit. Pauschale Mindestwerte für Winkelauflösung oder Impulszahl sind deshalb nicht sinnvoll. Entscheidend sind das Prüfverfahren, der Betriebspunkt und die Messunsicherheit der gesamten Messkette.
