Messung von Drehmoment und Dehnung an einer Serienkurbelwelle bei laufendem Motor
Kurz zusammengefasst
Die Serienkurbelwelle wird an Stellen, die auf dem 3D-Modell des Kunden gewählt werden, mit Dehnungsmessstreifen (DMS) ausgestattet: Moment nahe der Hauptzapfenlagern am Schwungradende, Biegung sowie Dehnung in den Hohlkehlen der Hubzapfen. Die Drähte der DMS verlaufen entlang der Welle zu einem auf dem Schwingungsdämpfer des Motors montierten Schleifring- und Messverstärker-Set oder zu einem Telemetrie-Sender. Mit einem SR/ERT-Schleifring werden Kurbelwellendrehzahl und -position auf demselben System erfasst. Der Motor läuft im Fahrzeug oder auf einem Prüfstand.
- 10 bis 36
- Kanäle an einem SR/ERT-Schleifring
- 10 000 min⁻¹
- SR/ERT mit 10 Kanälen
- 14.17 g
- Messverstärker AMP-SG-M1 auf der rotierenden Seite
DMS-Positionen
Es gibt keinen Standard-Kurbelwellensensor: Die Konstruktionen der Motoren unterscheiden sich zu stark, und Michigan Scientific hat Kurbelwellen von kleinen Motorradmotoren bis hin zu 12-Liter-Motoren ausgestattet. Jeder Auftrag beginnt auf dem 3D-Modell des Kunden oder dessen Querschnitten, wo die DMS-Positionen und der Platz für die Verkabelung und den Schleifring festgelegt werden, bevor ein DMS appliziert wird.
Drei Messungen sind üblich. Das Ausgangsmoment, von DMS auf dem Hauptzapfen am Schwungradende, ist eine direkte Messung des Moments, das in das Getriebe eingeht, und bildet meist den Hauptkanal; die Biegung ist die zweite; die Dehnung in den Hohlkehlen der Hubzapfen, den am stärksten beanspruchten Stellen, ist die dritte. Ein Flexplate-Schenkel wird auf die gleiche Weise ausgestattet.
Instrumentierung
| DMS | DMS-Brücken auf der Serienkurbelwelle, appliziert im Werk von Michigan Scientific an den auf dem 3D-Modell festgelegten Stellen |
|---|---|
| Schleifring SR/ERT | wellenende, 10, 20 oder 36 Kanäle, 10 000 min⁻¹ mit 10 Kanälen, 4 000 mit 20, 2 400 mit 36 · Drehgeber 256 bis 512 ppr oder Resolver, ohne Nutzung der Kanäle · Rotor 63,5 oder 50,8 mm, 80 bis 115 mm lang |
| AMP-SG-M1 | eine Brücke, Brückenspeisung ± 2,5 V oder ± 5 V, Verstärkung 100 bis 2000 V/V, Ausgang ± 10 V, 20 kHz bei −3 dB, 14,17 g, −40 bis 125 °C, Fern-Shunt-Kalibrierung |
| Telemetrie | Sender auf dem rotierenden Teil, batterie- oder induktionsgespeist, analoger Ausgang ± 10 V am Empfänger |
| Betriebstemperatur, SR/ERT | −40 bis 100 °C; −40 bis 85 °C mit der Elektronik des Drehgebers T |
Signalpfad
Die Drähte der Dehnungsmessstreifen (DMS) werden am Kurbelwellenleiter entlang zum vorderen Ende geführt. Ein Schleifring mit mitrotierendem Messverstärker wird auf dem Motordämpfer montiert: der AMP-SG-M1 speist jede Brücke und hebt ihren Ausgang vor den Ringen auf ± 10 V, und die Statorleitungen verlassen den Motor zum Datenerfassungssystem. Der Rotationssensor des SR/ERT liefert Drehzahl, Winkelposition und Drehrichtung an getrennten Ausgängen. Steht kein freier Wellenstutzen zur Verfügung, sendet ein Telemetriesender auf dem rotierenden Teil die Signale kontaktlos.
Der AMP-SG-M1 wird mit Dow Corning 3145 RTV auf eine saubere Oberfläche geklebt und benötigt eine Vollbrücke, um seine Speisung zu regeln. Ein Netzteil der Baureihe PS liefert die ± 15 V, schaltet die Brückenspeisung durch Umkehrung der Polarität aus und führt von der stationären Seite eine positive oder negative Shunt-Kalibrierung durch. Die Anordnung ist im Fahrzeug nicht dieselbe wie auf dem Prüfstand, daher wird der Ort des Versuchs festgelegt, bevor die Anordnung der Dehnungsmessstreifen (DMS) und des Schleifrings gezeichnet wird.
Vorgehen
- 01
Die Messstellen am Modell festlegen
Am soliden Modell des Kunden, mit dem Platz für die Verkabelung und den Schleifring im Motorraum oder auf dem Prüfstand.
- 02
Dehnungsmessstreifen (DMS) aufkleben
Die Dehnungsmessstreifen (DMS) werden im Werk von Michigan Scientific auf der Serienkurbelwelle aufgeklebt, und die Welle wird kalibriert.
Kundenspezifische Kraftaufnehmer mit Dehnungsmessstreifen (DMS) - 03
Schleifring und Messverstärker auf dem Dämpfer montieren
Der SR/ERT-Rotor am Wellenende, der AMP-SG-M1 auf der rotierenden Seite geklebt, der Stator durch eine flexible Halterung gehalten.
Schleifringe der Baureihe SR/ERT - 04
Mit Kurbelwellendrehzahl und -position aufzeichnen
Dehnung, Drehmoment, Drehzahl und Winkel auf einer gemeinsamen Zeitbasis, im Fahrzeug oder auf dem Prüfstand.
Ergebnis
Drehmoment, Biegung und Kerbgrunddehnung an der eigenen Kurbelwelle des Kunden, mit Kurbelwellendrehzahl und -position, im laufenden Motor. Die Daten prüfen die Festigkeit der Welle und werden mit den Simulationsergebnissen verglichen; das Ausgangsdrehmoment dient auch der Untersuchung des Antriebsstrangs als Ganzes.
Häufige Fragen
Wo wird das Drehmoment an einer Kurbelwelle gemessen?
Am Hauptzapfen auf der Schwungradseite. Es ist eine direkte Messung des Drehmoments, das in das Getriebe eingeht.
Kann der Kurbelwinkel zusammen mit der Kurbelwellendehnung aufgezeichnet werden?
Ja. Der Schleifring SR/ERT trägt einen Drehgeber mit 256 bis 512 Impulsen pro Umdrehung oder einen Resolver, der Drehzahl, Position und Drehrichtung liefert, ohne einen Kanal des Schleifrings zu belegen.
Gibt es einen standardisierten Kurbelwellen-Drehmomentaufnehmer?
Nein. Die serienmäßige Kurbelwelle wird mit Dehnungsmessstreifen (DMS) ausgestattet und wird selbst zum Aufnehmer. Michigan Scientific hat Kurbelwellen von kleinen Motorradmotoren bis zu 12-Liter-Motoren instrumentiert.
Wie gelangen die Signale der Dehnungsmessstreifen aus einem laufenden Motor?
Über ein Paket aus Schleifring und Messverstärker, das auf dem Motortilger montiert ist, oder über einen Telemetrie-Sender auf dem rotierenden Teil.
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