Hochfrequenz-Sensorik zur kontaktlosen Drehmomentmessung

Drehmomentmessungen werden u.a. in Fahrzeugen und industriellen Maschinen durchgeführt, um dynamische Prozesse aufeinander abzustimmen und somit eine hohe Effektivität und Kontrolle gewährleisten zu können.

Stand der Technik

Dabei ist die kontaktlose Messung mittels Sensoren auf magnetischer Basis weit verbreitet. Jedoch besteht hier ein erhöhter technischer Aufwand, da für die Messung zusätzliche Leitungen verbaut werden müssen. Die Zusatzelemente benötigen viel Bauraum, was den Einsatz für Serienproduktionen unter Umständen erschwert und teuer macht.

Technologie

Wissenschaftler vom Institut für Angewandte Materialien (IAM) am KIT haben einen neuartigen Sensoraufbau zur kontaktlosen Drehmomentmessung entwickelt. Dieser setzt sich aus einer ferromagnetischen Sensorschicht auf der zu messenden Welle und einem Messkopf, bestehend aus einem bestimmten Hochfrequenz-Wellenleitertyp (Triplate-Stripline), zusammen. Zunächst wird die Sensorschicht mit einer magnetischen Vorzugsrichtung konditioniert und auf die zu messende Antriebswelle aufgebracht. Der Messkopf ist kontaktlos in geringem Abstand über der Antriebswelle platziert. Er strahlt eine elektromagnetische Hochfrequenzwelle in die ausgerichtete Sensorschicht ein, in der eine ferromagnetische Resonanz angeregt wird. Bei einer Änderung des Drehmoments entstehen Spannungen in der Antriebswelle, die sich auf die Sensorschicht übertragen und somit eine Verschiebung der ferromagnetischen Resonanz auslösen. Das am Messkopf entstehende, reflektierte Signal zeigt die Änderung dieser Hochfrequenzeigenschaft und ermöglicht nach einer entsprechenden Kalibrierung einen direkten Rückschluss auf das Drehmoment.

Vorteile

Das Drehmoment kann direkt mit der ferromagnetischen Resonanzfrequenzverschiebung in Zusammenhang gebracht und Messungen in Reflektion mit einer Hochfrequenzleitung ohne technischen Mehraufwand realisiert werden. Zudem sind die einzelnen Komponenten preiswert und platzsparend, sodass ein geringes Einbaugewicht entsteht und Kosten reduziert werden können.

Optionen für Unternehmen

Verschiedene Aufbauten für statische Messungen wurden bereits im Labor umgesetzt, dynamische kontinuierliche Messungen werden erprobt. Das KIT sucht Partner zur Weiterentwicklung der Technologie.