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ATESTEO Flexplate setzt neuen Standard bei Drehmomentmessung

ATESTEO entwickelt eigene, innovative Flexplates für höhere Messgenauigkeit bei der Wirkungsgradmessung im Antriebsstrang

Mit der Flexplate wird beim Drivetrain Testing direkt im Fahrzeug oder auch auf dem Prüfstand das Drehmoment gemessen. Das mechanische Design ist ein entscheidender Faktor für die Messgenauigkeit der Flexplate. Das Originalbauteil der Automobilhersteller ist nicht ausgelegt für hohe Messgenauigkeiten. Um trotzdem exakt messen zu können, hat ATESTEO eigene Flexplates entwickelt, die zur Messung gegen das Originalbauteil ausgetauscht werden. Eine Studie hat gezeigt, dass die ATESTEO Flexplate eine signifikant höhere Messgenauigkeit aufweist. Parasitäre Belastungen wie Axialkraft, Fliehkraft oder Temperatur, die im Antriebsstrang auftreten, werden weitestgehend kompensiert, damit der Fokus der Messausgangsdaten auf das Drehmoment gerichtet wird. Durch ein gezieltes mechanisches Design reagieren die Dehnungsmesstreifen empfindlicher und können genauer messen. ATESTEO setzt mit den eigenen Flexplates einen neuen Standard in der Wirkungsgradmessung beim Drivetrain.

Die Flexplate bildet das Verbindungsglied zwischen Verbrennungsmotor und Automatikgetriebe. Sie ist mit der Kurbelwelle zur Motorseite sowie mit dem Drehmomentwandler an der Getriebeseite verschraubt. Dabei überträgt sie das Motorausgangsmoment direkt ins Getriebe und muss parasitäre Belastungen wie Temperaturunterschiede, Axialkräfte, Taumelbewegungen sowie Quer- und Fliehkräfte ausgleichen und aushalten. Die Flexplate ist das ideale Bauteil, um das Motorausgangsmoment direkt und hochdynamisch messen zu können. Das bereits installierte Bauteil vom Automobilhersteller ist jedoch nicht für hochgenaue Messungen konzipiert. Misst man hiermit das Drehmoment, wären die Daten ungenau und die Ergebnisse damit weder aussagekräftig noch hilfreich.

Die Flexplate sitzt auf der Kurbelwelle. Sie dreht sich um ihre Hauptachse und nimmt damit bei Drehzahländerung das Bollonieren des Drehmomentwandlers auf (Flexplate assembly: 1 – bolts to crankshaft, 2 – bolts to torque converter, 3 – flexplate)

Das neue Konzept für hochgenaue Messungen

Die ATESTEO Flexplate (rechts) ist durch ihr mechanisches Design und den hysteresarmen Stahl um ein Vielfaches genauer in der Drehmomentmessung als das Original-Bauteil (links)

ATESTEO ist weltweit führend im Drivetrain Testing. Das Erzielen hochgenauer Messdaten ist die Basis aller Tests bei ATESTEO. Schon vor über 25 Jahren hat der Testing-Spezialist begonnen, mit der Flexplate auftretende Drehmomente am Antriebstrang zu messen. Während dieser Zeit wurden unzählige Designs und Werkstoffe eingesetzt, um für jede individuelle Messaufgabe das möglichst perfekte Drehmomentmessequipment bereitstellen zu können. Um mit der Flexplate exakte Ergebnisse zu bekommen, wurden frühzeitig eigene Bauteile entwickelt. Während das Original-Bauteil meist aus tiefgezogenem Blech und standardisiertem Stahl besteht, wird bei ATESTEO ein individueller Messeinsatz aus wärmebehandeltem und hysteresearmem Stahl gefertigt, dessen Verhalten in Bezug auf Biegung und Trägheitsmoment so nahe wie möglich an die Original-Flexplate heranreicht. Zur Auslegung dienen die Werte für das Motordrehmoment, die maximale Drehzahl, die Anzahl der Zylinder sowie der Typ des Verbrennungsmotors als Grundlage. Damit ist es ATESTEO gelungen, Genauigkeiten wie die eines Drehmomentmessflansches zu erreichen, die eine hochgenaue Wirkungsgradmessung erst möglich machen. Dafür wird für jeden einzelnen Messkörper mittels moderner FEM-Software eine Reihe von Berechnungen durchgeführt. Da FEM- Berechnungen lediglich eine Annäherung an die in der Realität auftretenden Belastungen darstellen, liegt das Augenmerk auf der Art der Vernetzung und den Werten der Parameter des Messkörpers.

Innovatives mechanisches Design für präzise Messergebnisse

Jede ATESTEO Flexplate ist ein Einzelstück und individuell auf den jeweiligen Fahrzeugtyp abgestimmt. Ihr Design erzielt die größte gleichmäßige Biegung des Stahls für die Dehnungsmessstreifen. Diese werden in Kombination mit weiteren Kompensationsstreifen präzise im Heißklebeverfahren an berechneten und simulierten Positionen aufgeklebt. Sie sind so miteinander verdrahtet, dass die parasitären Lasten direkt kompensiert werden und eine Temperaturänderung möglichst wenig Einfluss auf das gemessene Drehmoment ausübt. Eine von ATESTEO entwickelte Sendeelektronik, deren Bauraum minimiert wurde, überträgt das Ausgangssignal berührungslos als Frequenz per Infrarot-Dioden auf einen feststehenden Stator. Dieser ebenfalls individuell gestaltete Stator beinhaltet die Infrarot-Empfangstechnik sowie die Primärspule, welche die Spannung zur mitdrehenden Rotorspule transferiert. Stator- und Rotorspule bilden also die berührungslose Stromversorgung für die Sendeelektronik auf der rotierenden Flexplate. Die Infrarot-Datenübertragung bietet den großen Vorteil, dass sie störungsempfindlich gegen elektrische und magnetische Felder ist. Somit kann dieses System auch in Hybridfahrzeugen eingesetzt werden.

Simulierte, parasitäre Belastungen wie Axialkraft, Biegung sowie eingebrachte Temperaturdifferenzen geben Auskunft über die entstehenden Dehnungen des Messkörpers unterhalb der Dehnungsmessstreifen und damit auch über das zu erwartende Messsignal.

Vor dem Einsatz auf Herz und Nieren geprüft

Vergleich der Temperatureinwirkung beim Original-Bauteil und bei der ATESTEO Flexplate unter Einfluss des montierten Anlasserzahnkranzes (jeweils unteres Bild).

Bevor die ATESTEO Flexplate zum Einsatz kommt, wird sie in verschiedenen Testläufen geprüft. Zuerst wird das komplett aufgebaute Messsystem auf einem Kalibrierprüfstand kalibriert. Dabei wird darauf geachtet, dass die Flexplate lediglich das reine Drehmoment ohne parasitäre Lasten erfährt. In der ATESTEO Klimakammer folgen weitere Tests zur Kompensation auftretender Temperaturdrifts. Hierzu sind mehrere Testläufe nötig, bis die Drift in den spezifizierten Grenzen bleibt. Der Messkörper sowie die stationären Bauteile (Stator bestehend aus Primärspule und Infrarot-Empfangsdioden) müssen bei dem komplett angegebenen Temperaturbereich betriebsfähig sein und zu jedem Zeitpunkt präzise Messwerte liefern, die während der Tests auch erfasst werden. Alleine die Klimatests können mehrere Tage beanspruchen, da langsam ansteigende und abfallende Temperaturkurven gefahren werden, damit sich das Messsystem selbst komplett erwärmt und auch wieder abkühlt. Zusätzlich wird ein Axialkrafttest durchgeführt, bei dem der Einfluss einer axial auf die Flexplate wirkenden Kraft erfasst wird. Dieser Einfluss muss im spezifizierten Rahmen bleiben. Mit Hilfe eines Drehzahltests wird sichergestellt, dass sich keine Bauteile durch auftretende Fliehkräfte lösen und auch hier der Einfluss auf das Messsignal verschwindend gering ausfällt. Hat die ATESTEO Flexplate alle Tests bestanden, wird sie bei ATESTEO in das zu prüfende Fahrzeug eingebaut oder zum Kunden versendet. Von der Entwicklung des Bauteils bis zu Einbau oder Lieferung vergehen circa 12 bis 14 Wochen. Dann sorgt die ATESTEO Flexplate für hochgenaue Drehmomentmessungen am Antriebsstrang.

Über den Autor: ATESTEO

Mit über 150 Prüfständen in Deutschland, China und Japan ist ATESTEO der führende Spezialist für die Erprobung von Antriebssträngen in Kombination mit Komponentenvalidierung, Fahrzeugmesstechnik und Ingenieurdienstleistungen. Das Unternehmen gehört zu den Top-Partnern der Automobil- und Zulieferindustrie weltweit - auch bei der Erprobung von Elektromobilität.