Drehmomentsensorik
Vom E-Bike bis zum Traktor
In einer Welt, die scheinbar weit voneinander entfernte Branchen vereint, gibt es einen entscheidenden Faktor, der sowohl für einen E-Bike-Sensor als auch für einen Agrar-Sensor von größter Bedeutung ist: Robustheit.
Daten sind in der digitalen Landwirtschaft das Erntegut der Zukunft. Mit Sensorik senken Agrarunternehmen nicht nur die Rohstoffkosten, sie werden auch den Bedürfnissen einer immer grüner werdenden Industrie gerecht. In Landmaschinen wird das Drehmomentsignal etwa als Steuergröße eingesetzt, um beim Düngerstreuer die Auswurfmenge zu optimieren. Dies führt zu einer effizienteren Nutzung der Nährstoffe, einer besseren Pflanzengesundheit und höheren Erträgen.
Sensorik am Limit
Mit Sensor-Daten über die optimale Düngermenge spart der Landwirt aber nicht nur Geld und steigert die Rentabilität. Eine genau abgestimmte Auswurfmenge schützt zudem die Umwelt, indem das Problem der Überdüngung vermieden werden kann. In vielen Ländern gibt es darüber hinaus Vorschriften und Gesetze zur Düngemittelverwendung, die eingehalten und dokumentiert werden müssen.
Die größte Herausforderung für Sensorik in der Landwirtschaft ist die Arbeitsumgebung auf dem Feld: Temperaturschwankungen, Erschütterungen, Nässe, Schmutz, Steinschlag oder Erntesäfte. Die Experten der NCTE haben hierfür die passende Antwort: Über Magnetostriktion messen die Sensoren völlig berührungslos Belastungen und Belastungsänderungen auf der Antriebswelle. NCTE verwandelt dazu die Antriebswelle in einen Primärsensor, indem es ein eigens entwickeltes Strompulsverfahren einsetzt, um eine spezifische Magnetisierung in die Welle einzubringen. Das eingebrachte Magnetfeld ist langzeitstabil, die Messung erfolgt kontaktlos und funktioniert deshalb unter schwierigsten Bedingungen.
Entwicklung von Landmaschinen
In der Entwicklung von Landmaschinen eingesetzt, lassen sich über die Sensorik die tatsächlich anliegenden Kräfte und Drehmomente in Echtzeit erfassen und somit der Energieverbrauch und die Betriebskosten genau bestimmen. Zum anderen dienen die Messungen als wertvolle Grundlage für die Optimierung von Landmaschinen und deren Einsatz, was letztendlich wieder zu nachhaltigerer Landwirtschaft und höheren Erträgen führt.
Für erste Feldtests bietet NCTE ein Standardprodukt, den PTO7300, das einfach zu installieren und zu auszuwerten ist. Der Sensor PTO 7300 ist für die Zapfwelle und lässt sich leicht ohne Werkzeug zwischen Traktor und angebauter Landmaschine montieren. Er zeichnet sich durch eine hohe Genauigkeit bis ± 0,5% sowie einen Drehmomentbereich bis 3000 Nm aus. Zudem besitzt der Sensor eine integrierte Drehzahlerfassung und die Schutzklasse IP65.
Neben Düngerstreuern sind weitere Einsatzgebiete Ballenpressen (für den optimalen Durchsatz von Heu oder Stroh), Wasserpumpen, Mähmaschinen, Ladewagen oder viele weitere landwirtschaftlichen Anbaugeräte oder in den Off-Highway-Maschinen selbst. Mit einem Laptop per Plug & Play (nur ein USB-Kabel) oder über analoge Ausgangssignale bauen Anwender einen Regelkreislauf auf, und stellen ihre Anbaumaschinen bedarfsoptimiert und effizient ein.
Über die gesamte Laufzeit eines E-Bikes
Nicht ganz so extrem wie auf dem Feld, aber immer noch äußerst herausfordernd sind die Umgebungsbedingungen für ein E-Bike. Kilometer um Kilometer wird jedes Bauteil des Fahrrads immer wieder auf die Probe gestellt. Nicht nur bei Moutainbikes im Gelände, auch das Stadtrad ist ständig Erschütterungen sowie Wind und Wetter ausgesetzt. Besonderes Augenmerk liegt daher auch bei E-Bike-Sensoren auf der Zuverlässigkeit über die gesamte Laufzeit eines E-Bikes.
Die NCTE legt daher auch bei ihren E-Bike-Sensoren großen Wert auf Robustheit. Die berührungslosen Drehmomentsensoren bestehen dabei mühelos alle Anforderungen der DIN EN 15194 für E-Bikes und Pedelecs. Zusätzlich müssen sich die E-Bike-Sensoren einer 96 Stunden langen Salzsprühnebelprüfung und Härtebelastung für Trekkingfahrräder und Mountainbikes unterziehen. Damit bestätigt das Unternehmen, dass die Sensoren über die produktspezifisch geltenden europäischen Richtlinien hinaus ausgelegt sind.
Vom Drahtesel zum smarten E-Bike
Im E-Bike-Markt ist NCTE seit 10 Jahren Partner von Unternehmen wie Fazua (heute Porsche eBike Performance), Schaeffler, Van Raam und Pendix. Mehr als eine Million E-Bike-Sensoren sind auf Mountainbikes, City-Fahrrädern oder Cargo-Bikes weltweit unterwegs. Für den E-Bike-Sensor magnetisiert das Unternehmen mit einer patentierten Technologie die bestehende Kurbelwelle im Fahrrad. Wenige Millimeter entfernt werden berührungsfrei kleinste Veränderungen des Magnetfelds gemessen, und darüber Drehmoment sowie Drehzahl bestimmt.
Das E-Bike wird smart, erkennt, wie stark der Fahrer in die Pedale tritt und passt die elektrische Unterstützung entsprechend an. Die präzise Messung der vom Fahrer eingebrachten Kräfte auf der rotierenden Welle ist die Grundlage für ein harmonisches Fahrgefühl, ohne störendes ruckartiges Einsetzen des E-Antriebs. NCTE entwickelt die Sensorik auch immer wieder weiter und hat kürzlich MidSense auf den Markt gebracht, ein Sensor-Baukasten-System für E-Bike-Mittelmotoren. E-Bike- und Motorenhersteller können aus verschiedenen, vorgefertigten Konfigurationen wählen, die schnell in Serienproduktion umsetzbar sind.
Wichtig ist im E-Bike die zuverlässige Kombination der Mess-Variablen. Misst ein Drehmomentsensor etwa nur die Kraft, könnte das E-Bike trotz gezogener Bremse reagieren, beispielsweise wenn man an der Ampel steht und einen Fuß aufs Pedal stellt. Um das zu verhindern, messen die NCTE-Sensoren Drehmoment und gleichzeitig Trittfrequenz. Die Daten werden digital an die elektrische Antriebseinheit gesendet. Der Schub ist immer auf die individuelle Kraft des Fahrers eingestellt. Es entsteht ein harmonisches Fahrgefühl, ob im Straßenverkehr oder Gelände, bergauf oder bergab. Da der Elektromotor die Unterstützung intelligent zu- und abschaltet, verlängert sich die Akkulaufzeit der E-Bikes. Nicht nur beim größeren Gewicht von Lasten- und Spezialfahrrädern ein entscheidender Faktor.
Ob in Agrartechnik, E-Mobilität oder auch in vielen Industrieanwendungen– insgesamt bietet die Robustheit der berührungslosen NCTE-Sensoren einen entscheidenden Vorteil in Umgebungen, in denen Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Langlebigkeit entscheidend sind. Da keine direkte Berührung mit den zu messenden Oberflächen erfolgt, sind berührungslose Sensoren weniger anfällig für Verschmutzung oder Beschädigung durch äußere Einflüsse und unterliegen keinem Verschleiß. Solange das E-Bike fährt oder der Traktor seine Bahnen zieht, liefern die berührungslosen Kraftsensoren zuverlässig Daten.