Hochdynamisches Drehmomentmesssystem

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567117766

In dem Anwendungsbereich der Elektromobilität sind elektrische Antriebe für eine hohe mechanische Drehzahl auszulegen. Hierfür, aber auch für viele weitere Einsatzgebiete, sind die Kenntnis der Drehmomentschwingungen durch den Antrieb und die damit verbundenen akustischen Auswirkungen kritische Auslegungspunkte und nicht zuletzt ein Qualitätsmerkmal für den Antrieb. Aufgrund dieser Anforderungen an den elektrischen Antrieb besteht hier ein weiterer Forschungsbedarf. In der Forschung von elektrischen Antrieben wird der Fokus auf einen glatten Drehmomentverlauf, sowie auf akustisch optimierte Antriebe gelegt. Für diese Forschungsarbeiten bedarf es einer breitbandigen Messung der auftretenden Kräfte an der elektrischen Maschine. Daher wird im Folgenden die Beschaffung eines sogenannten dynamischen Drehmomentmesssystems beantragt, das den Frequenzbereich nach oben wesentlich erweitert und die Beantwortung drängender Forschungsfragen unterstützt. Im Unterschied zu den vorhandenen Drehmomenterfassungen mit Drehmomentmesswellen wird die geplante dynamische Drehmomenterfassung nicht zwischen Lastmaschine und Prüfling montiert, sondern als Montageplatte mit eingebauter Sensorik zwischen Prüfling und Prüfstandswinkel eingebracht. Das neue Messsystem, dass unmittelbar die Reaktionskräfte des Antriebs auf die Montageplatte erfasst, weist eine wesentlich steifere Kopplung zum Prüfstandaufbaus auf. Zudem werden die Kraftmessungen mit piezoelektrischen Sensoren erfasst, so dass sich dadurch ein deutlich höherer Frequenzbereich erschließt. Neben dem dynamischen Drehmoment um die Rotationsachse, können auch radiale Kräfte auf das Gehäuse des Motors erfasst werden. Zusätzlich zu dem Drehmomentaufnehmer in der Montageplatte (piezoelektrische Sensorik) ist eine entsprechende Stromversorgung, Datenerfassungsplattform und Software für die synchrone Datenerfassung des Drehmomentaufnehmers notwendig. Um Rückschlüsse des generierten Drehmomentverlaufes auf die elektrischen Eingangsgrößen (Strom und Spannung) der elektrischen Maschine zu schließen, wird ein 8-kanaliges Leistungsmesssystem bestehend aus Strom- und Spannungsmesskanälen mit beantragt. Hiermit ist eine synchrone Signalaufzeichnung der elektrischen Größen und des mechanischen Drehmomentes möglich. Aus den geplanten Forschungen können Optimierungspotentiale für elektrische Antriebe aufgezeigt werden. Weiteführend lassen sich Regelungskonzepte wie z.B. KI-basierte Regelungsansätze hinsichtlich der Akustik untersuchen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochdynamisches Drehmomentmesssystem
• Gerätegruppe: 2600 Elektromotoren
• Antragstellende Institution: Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Armin Dietz