E-Motoren- und E-Antriebsprüfstände
Drehmoment über Lastwechsel, Rekuperation und hohe Drehzahlen in elektromagnetisch anspruchsvollen Umgebungen.
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Prüfstandstechnik · Wissen
Drehmomentmessung im Prüfstand — präzise und dauerlauffest an rotierenden Wellen
Auf dem Prüfstand zeigt sich, wie ein Antrieb unter realen Lasten arbeitet. Drehmomentdaten sind eine zentrale Grundlage für Wirkungsgrad, Lastverhalten, Regelung, thermische Bewertung und Betriebsfestigkeit.
Ob E-Motor, Getriebe, Antriebsstrang oder Komponente im Dauerlauf: Entscheidend ist eine Messkette, die über viele Lastwechsel, Drehzahlbereiche und Betriebsstunden stabil bleibt.
Die Herausforderung liegt meist an der rotierenden Welle. Dort sitzt die Messstelle, während Auswertung, Datenerfassung und Prüfstandsautomatisierung stationär daneben arbeiten. Kontaktlose DMS-Telemetrie verbindet beide Seiten ohne verschleißende Schleifkontakte.
Reproduzierbare Drehmomentdaten
Kontaktlose Energie- und Datenübertragung
Für dynamische Lastwechsel und Dauerlauf
Analog- oder CAN-Anbindung je nach System
Wo im Prüfstand Drehmoment gemessen wird
„Prüfstand“ ist ein Sammelbegriff. Je nach Prüfobjekt unterscheiden sich Messstelle, Dynamik, Umgebung und Auswertungsziel.
Getriebeprüfstände
Eingangs- und Ausgangsdrehmoment zur Bewertung von Wirkungsgrad, Verlusten, Lastkollektiven und Bauteilbelastung.
Antriebsstrangprüfstände
Drehmoment entlang des realen Lastpfads, häufig zusammen mit Drehzahl-, Temperatur- und Zustandsdaten.
Komponenten- und Dauerlaufprüfstände
Betriebsfestigkeit von Wellen, Kupplungen, Lagern und rotierenden Baugruppen über lange Laufzeiten.
Verbrennungs- und Hybridprüfstände
Drehmomentmessung unter thermischer Last, Vibration und wechselnden Betriebszuständen.
Allen Prüfständen gemeinsam ist die rotierende Messstelle. Das Grundprinzip der berührungslosen Übertragung erläutert die Seite Kontaktlose Drehmomentmessung.
Warum Drehmoment die zentrale Messgröße ist
Drehmoment zeigt, wie ein Antrieb Last aufnimmt, überträgt und über Zeit belastet wird. Deshalb gehört es zu den wichtigsten Größen für Entwicklung, Validierung und Freigabe.
Wirkungsgradanalyse
Der Vergleich von Ein- und Ausgangsdrehmoment macht Verluste und Wirkungsgrade von Getrieben, E-Antrieben und kompletten Antriebssträngen bewertbar.
Lastdynamik und Regelverhalten
Bei Lastwechseln, Beschleunigungsrampen, Rekuperation und transienten Betriebspunkten zeigt das Drehmoment, wie schnell und stabil das Prüfobjekt reagiert.
Betriebsfestigkeit
Drehmoment-Zeit-Verläufe machen Belastungsspitzen, Lastkollektive und Wechselbeanspruchungen für Lebensdauerbewertungen sichtbar.
Prüfstandsregelung
Drehmoment dient nicht nur der Auswertung, sondern oft auch als Regelgröße. Ein stabiles Signal verbessert die reproduzierbare Führung des Prüfstands.
Rauschen, Drift oder Übertragungsunterbrechungen betreffen deshalb nicht nur eine Messreihe. Sie machen auch Aussagen zu Effizienz, Dauerhaltbarkeit und Regelverhalten unsicher.
Anforderungen an die Drehmomentmessung im Prüfstand
Reproduzierbarkeit
Vergleichbare Ergebnisse über viele Läufe und Tage hinweg.
Dynamik
Schnelle Lastwechsel und transiente Vorgänge müssen erfasst und dürfen nicht weggemittelt werden.
Drehzahlfestigkeit
Die Übertragung darf bei hohen oder stark wechselnden Drehzahlen nicht selbst zur Fehlerquelle werden.
Dauerlauffähigkeit
Betriebsfestigkeitsprüfungen laufen über Stunden, Tage oder Wochen ohne geplante Wartungsstopps an der Messkette.
Umgebungsfestigkeit
Öl, Temperatur, Vibration und elektromagnetische Störungen gehören häufig zum Normalbetrieb.
Integrierbarkeit
Messdaten müssen je nach System analog oder über CAN-Bus in die Prüfstandsautomatisierung gelangen.
Kombinierte Messgrößen
Drehmoment wird häufig zusammen mit Temperatur und Drehzahl ausgewertet.
Messprinzipien für Drehmoment im Prüfstand
Für Drehmomentmessungen an rotierenden Prüfstandswellen sind vor allem zwei Architekturen relevant.
DMS-Messung mit kontaktierender Signalübertragung
Dehnungsmessstreifen erfassen die Torsion. Das Signal wird über mechanische Schleifkontakte von der rotierenden auf die stationäre Seite übertragen. Für einfache, gut zugängliche Kurzzeitaufbauten kann das ausreichen. Bei Dauerläufen, hohen Drehzahlen und rauen Bedingungen werden Verschleiß, Kontaktwiderstände und Wartungsaufwand jedoch zum Betriebsrisiko.
Kontaktlose DMS-Telemetrie
Die DMS sitzen direkt auf der Welle. Das Signal wird auf der rotierenden Seite digitalisiert und anschließend berührungslos übertragen. Energie und Daten laufen kontaktlos zwischen Rotor- und Statorseite — ohne Schleifkontakte und ohne Batterie auf der Welle.
Daneben existieren Sonderverfahren wie magnetoelastische oder optische Prinzipien mit jeweils eigenen Einsatzgrenzen. Für viele Prüfstandsaufgaben in Automotive, E-Mobilität und Maschinenbau steht in der Praxis vor allem die Entscheidung zwischen kontaktierender Übertragung und kontaktloser Telemetrie im Vordergrund.
Warum kontaktlose DMS-Telemetrie im Prüfstand überzeugt
Verschleißfreie Übertragung
Ohne Bürsten und Schleifkontakte entfällt die mechanische Kontaktstelle, die bei Dauerläufen zum Wartungsfaktor werden kann.
Dauerlauf ohne geplante Kontaktwartung
Keine regelmäßige Kontaktreinigung oder Bürstenkontrolle an der Signalübertragung.
Kurzer analoger Signalweg
Kleine DMS-Signale werden direkt auf der Welle digitalisiert, bevor sie elektromagnetische Störungen auf längeren analogen Leitungswegen aufnehmen können.
Robuste Architektur
Die kontaktlose Kopplung vermeidet eine mechanische Kontaktzone, die bei Drehzahl, Öl, Vibration und Temperaturwechseln kritisch werden kann.
Kombinierbare Messgrößen
Drehmoment und Temperatur lassen sich je nach Aufgabe mit kombinierten oder ergänzenden Systemen im selben Lastpfad erfassen.
Typische Prüfstands-Szenarien
E-Motoren- und E-Antriebsprüfstand
Dynamische Lastwechsel, hohe Drehzahlen und EMV-Belastung treffen aufeinander. J1DB oder J2D bringen die Signalaufbereitung auf die Welle; J2DT, JXTH oder AT10 ergänzen bei Bedarf Temperaturdaten.
Getriebeprüfstand
Für Wirkungsgrad- und Verlustbetrachtungen werden häufig Eingangs- und Ausgangsdrehmoment benötigt. Mehrkanalige oder mehrere Telemetriesysteme bilden die erforderlichen Messkanäle passend zum mechanischen Aufbau ab.
Antriebsstrangprüfstand
Drehmoment wird entlang des realen Lastpfads über lange Laufzeiten und wechselnde Betriebspunkte erfasst. Verschleißfreie Übertragung reduziert geplante Eingriffe in die Messkette.
Komponenten- und Dauerlaufprüfstand
Bei Betriebsfestigkeitsversuchen ist die Verfügbarkeit der Messkette ein direkter Termin- und Kostenfaktor. Ein gestörter Kontakt kann einen vollständigen Prüfstandslauf beeinträchtigen.
AXON unterstützt die Prüfstandsaufgabe außerdem mit DMS-Applikation auf Messwellen und Messwellen-Applikation.
Integration in die Prüfstandsumgebung
Eine Prüfstandsmessung endet nicht am Sensor. Die Daten müssen zuverlässig in Datenerfassung und Automatisierung gelangen. Ein typisches AXON-Telemetriesystem besteht aus drei Komponenten.
Rotor Unit
Sitzt auf der Welle, versorgt die DMS-Brücke, erfasst das Signal und digitalisiert es direkt am Messort. Beim J1DB erfolgt die DMS-Übertragung mit 16-Bit-Auflösung.
Stator Unit
Versorgt den Rotor berührungslos mit Energie und empfängt die Messdaten. Beim J1DB und JXTH nennen die Produktdaten Übertragungsdistanzen von 1 bis 80 mm; andere Systeme haben andere Werte.
Control Unit
Verarbeitet die empfangenen Daten und gibt sie je nach System analog oder über CAN-Bus weiter. Systemparameter wie Rotorversorgung und Signalqualität unterstützen die Diagnose im Dauerlauf.
Die empfindliche Signalaufbereitung bleibt nahe am Messort, während etablierte Schnittstellen die Verbindung zur stationären Prüfstandsumgebung herstellen.
Auswahlfragen vor der Applikation
Diese Angaben bestimmen die Auslegung der Messkette:
- 1Prüfstandstyp: E-Motor, Getriebe, Antriebsstrang, Komponente, Verbrenner oder Hybrid
- 2erwarteter Drehmoment- und Drehzahlbereich sowie deren Dynamik
- 3Prüfdauer: Einzelversuch, Tageslauf oder Dauerlauf über Wochen
- 4Umgebung: Öl, Temperatur, Vibration und EMV-Belastung
- 5Anzahl und Position der Messstellen, etwa Getriebeeingang und -ausgang
- 6zusätzliche Temperaturmessung im selben Lastpfad
- 7benötigte Schnittstelle zur Automatisierung
- 8Zugänglichkeit der Messstelle nach dem Aufbau
Je stärker Dauerlauf, wechselnde Drehzahl, raue Umgebung und eingeschränkte Zugänglichkeit die Aufgabe prägen, desto mehr spricht für eine kontaktlose Telemetrie-Architektur.
AXON-Systeme für die Drehmomentmessung im Prüfstand
Die Systemauswahl folgt der konkreten Messaufgabe:
AXON J1DB
Digitales 1-Kanal-DMS-Telemetriesystem für Drehmoment, Kraft oder Dehnung an rotierenden Bauteilen.
ProduktdetailsAXON J2D
Zwei unabhängige DMS-Kanäle, zum Beispiel für Torsion und Biegung an einer rotierenden Welle.
ProduktdetailsAXON J2DT
Ein DMS- und ein Thermoelement-Kanal für die gemeinsame Bewertung mechanischer und thermischer Belastung.
ProduktdetailsAXON JXTH
Mehrkanalige Temperaturtelemetrie mit bis zu 16 Thermoelement-Kanälen und Messbereichen bis 1.250 °C.
ProduktdetailsAXON AT10
Plug-and-Play-Temperaturmessflansch zur Ergänzung kompatibler Drehmomentmessflansch-Aufbauten.
ProduktdetailsDie Lösung beginnt nicht beim Gerät, sondern bei Welle, Last, Umgebung und Schnittstelle. AXON unterstützt von der DMS-Applikation und mechanischen Integration bis zur kalibrierten, prüfstandsfertigen Messkette.
Drehmoment im Prüfstand verlässlich erfassen
Im Prüfstand ist Drehmoment die Grundlage für Aussagen zu Effizienz, Lastverhalten und Lebensdauer. Entscheidend ist nicht der einzelne Messwert, sondern eine Messkette, die über die gesamte Prüfdauer reproduzierbar und störungsfest bleibt.
Schleifringe können für einfache, gut zugängliche Kurzzeitaufbauten genügen. Bei Dauerläufen, hohen Drehzahlen, rauen Umgebungen oder eingeschränkter Zugänglichkeit bietet kontaktlose DMS-Telemetrie die robustere Architektur: Signal auf der Welle erfassen und digitalisieren, berührungslos mit Energie versorgen und sauber an die Prüfstandsautomatisierung übergeben.
Häufige Fragen
Welches Messprinzip eignet sich für einen Dauerlaufprüfstand?
Für Dauerläufe ist kontaktlose DMS-Telemetrie häufig die bessere Wahl, weil sie ohne verschleißende Schleifkontakte und ohne Batteriewechsel auf der Welle auskommt. Schleifringe können bei kurzen, gut zugänglichen Versuchen ausreichen.
Wie kommt das Drehmomentsignal in die Prüfstandsautomatisierung?
Die Control Unit bereitet die kontaktlos empfangenen Daten auf und gibt sie je nach System analog oder über CAN-Bus an Datenerfassung oder Prüfstandssteuerung weiter.
Kann an mehreren Stellen gleichzeitig gemessen werden?
Ja. Für Wirkungsgrad- und Verlustbetrachtungen werden häufig mehrere Messkanäle oder Messstellen genutzt. Je nach Aufbau kommen mehrkanalige Systeme oder mehrere Telemetriesysteme zum Einsatz.
Lässt sich Temperatur zusammen mit dem Drehmoment erfassen?
Ja. J2DT kombiniert einen DMS- und einen Temperaturkanal. JXTH und AT10 ergänzen die Messkette um mehrkanalige Temperaturerfassung.
Können bestehende Prüfstandswellen umgerüstet werden?
Häufig ja. Ob eine vorhandene Welle geeignet ist, hängt von Geometrie, Werkstoff, Bauraum, Belastung und Umgebungsbedingungen ab. AXON prüft die DMS-Applikation sowie die Integration von Rotor, Stator und Control Unit für den konkreten Aufbau.
Welche Angaben braucht AXON für eine erste Einschätzung?
Hilfreich sind Prüfstandstyp, Wellengeometrie, Drehmoment- und Drehzahlbereich, Temperaturbereich, Medienkontakt, verfügbarer Bauraum und die gewünschte Schnittstelle.
Drehmomentmessung für Ihren Prüfstand auslegen
Prüfobjekt, Drehmoment- und Drehzahlbereich, Temperatur, Bauraum und gewünschte Schnittstelle reichen für eine erste technische Einschätzung.