Die berührungslose Sensorik sorgt in E-Bikes für ein harmonisches Fahrgefühl – auf jedem Terrain. (Bild: @PR_DE - stock.adobe.com)
Die berührungslose Sensortechnologie von NCTE basiert auf dem physikalischen Effekt der Magnetostriktion. Kräfte, die auf ein Werkstück einwirken, verändern dessen Magnetfeld und diese Veränderung kann gemessen werden. Die Kräfte können somit direkt aus der Änderung eines Magnetfeldes abgeleitet werden, das mit der von NCTE entwickelten Technologie speziell in das Werkstück eingeführt wird.
Im E-Bike-Sektor bietet NCTE Drehmomentsensoren für eine Vielzahl von Antrieben an, sei es im Mittelmotor oder in Nabenmotoren (Front- oder Heckantrieb)
Welche Vorteile bringt die berührungslose Drehmomentmessung?
Bei der berührungslosen Drehmomentmessung behält der Fahrradhersteller die volle Kontrolle über die mechanischen Eigenschaften und spart Kosten für Anpassungen, da die bestehende Welle zum Primärsensor wird. Die sekundären Sensoren nehmen sehr wenig Platz ein und können an den Anwendungsfall angepasst werden.
Die Technologie ist durch ihre Kostenstruktur und Skalierbarkeit sowohl für den Einsatz auf Prüfständen als auch in der Serienproduktion geeignet. Dank geringer Systemkomplexität und einfacher Integration können berührungslose Drehmomentsensoren in das bestehende System einer Anwendung integriert werden. Aufgrund der attraktiven Kostenstruktur eignet sich die berührungsfreie Messung auch für die Anwendung in Großserien.
Die Sensoren liefern präzise Messergebnisse auch bei starken Vibrationen, Temperaturen von bis zu 125 °C und bei dauerhafter Temperaturbelastung mit extern montierter Elektronik sowie Drehzahlen von mehr als 40.000 Umdrehungen/min. Selbst Öl oder Wasser beeinträchtigt die Funktion der Sensoren nicht. Die Sekundärsensoren sind gekapselt, sodass sie selbst härtesten Umweltbedingungen standhalten.
Die magnetische Feldmessung ist wartungsfrei und selbst Überlastungen beschädigen die Sensoren nicht. Da berührungsfreie Sensoren keine beweglichen Teile haben, sind sie weniger anfällig für Verschleiß und halten über den gesamten Lebenszyklus der Anwendung. Dies senkt die Betriebskosten über die Zeit.
Außerdem sind berührungsfreie Sensoren in der Regel einfach zu installieren und zu integrieren, da sie keine komplexen mechanischen Anpassungen erfordern. Dies ermöglicht eine schnellere Inbetriebnahme von Systemen und verringert den Zeitaufwand für die Integration neuer Sensoren in bestehende Anlagen oder Geräte.
Auch Hohlwellen mit innenliegenden leistungsführenden Kabeln können zu Primärsensoren magnetisiert werden. Die gekapselten Sekundärsensoren sind geschützt vor Störfeldern und die Drehmomentmessung ist in engen Bauräumen möglich.
Schwerpunktthema: E-Mobility
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Berührungsfreie Drehmomentsensoren können auch gleichzeitig die Biegung und Scherung von Wellen messen. Parallele Biegungsmessung in zwei Achsen ermöglicht Messungen in Anwendungen mit komplexen Bewegungsabläufen, wie z.B. in der Robotik.
Mechanische Komponenten können durch intelligente Drehmomentsensorik nahezu ohne Bauteilaufwand und zusätzliches Gewicht stark aufgewertet werden. Die Drehmomentsensoren ersetzen z. B. mechanische Überlastkupplungen (Torque Limiter).
Wie beeinflussen Sensoren das Fahrgefühl im E-Bike?
Drehmomentsensoren auf Basis der Magnetostriktion haben neue Möglichkeiten in Anwendungen eröffnet, in denen vorher eine Messung nicht oder nur sehr umständlich möglich war. So ist die Kontaktlos-Technologie entscheidend mit dem E-Bike-Boom verknüpft. Die Messtechnik für Drehmoment, Drehzahl und Drehrichtung ist das Herzstück von E-Bike-Antrieben. Über die präzise Messung auf der Welle schafft die Sensorik eine Einheit zwischen Fahrer und E-Bike – die Grundlage für ein harmonisches, ruckelfreies Fahrgefühl. Die Drehmomentsensoren messen mit hoher Präzision, ob und wie kräftig der Fahrer in die Pedale tritt, und steuern den E-Motor entsprechend, um den Fahrer exakt mit der gewünschten Schubkraft zu unterstützen oder zu unterbrechen, wenn nötig.
Wichtig ist dabei die 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 und sichere Fahrt zu gewährleisten, messen die NCTE-Sensoren das Drehmoment und gleichzeitig die Trittfrequenz. Die Daten werden digital an die elektrische Antriebseinheit gesendet. Der Schub ist immer auf die individuelle Kraft des Fahrers eingestellt.
Welche neuen Möglichkeiten schafft die MidSense-Technologie?
Neben der Präzision spielen das zusätzliche Gewicht, der Platzbedarf, die Lebensdauer und der Einfluss auf die Akkuleistung eine entscheidende Rolle, denn jedes zusätzliche Gewicht kostet Menschen- und Akkuleistung. Die NCTE-Technologie ermöglicht eine leichte und platzsparende, aber robuste Bauweise, die auch unter schwierigsten Bedingungen funktioniert, wie starken Vibrationen, Schmutz oder Wasser, was sie geeignet für den Einsatz in verschiedenen E-Bike-Typen macht, darunter E-Mountainbikes, Lastenfahrräder, City-E-Bikes und E-Rennräder. Aufgrund des stabilen Magnetfelds arbeiten die Sensoren zuverlässig über die gesamte Laufzeit eines E-Bikes.
Ein aktuelles Update bringt mit dem modularen Drehmomentsensor MidSense ein Sensor-Baukasten-System für E-Bike-Mittelmotoren auf den Markt. Dieses System ermöglicht es E-Bike- und Motorenherstellern, aus einer Vielzahl von vorgefertigten Konfigurationen zu wählen, die schnell und effizient in die Serienproduktion übernommen werden können. MidSense hat neben den analogen Ausgangssignalen ein optionales digitales Ausgangssignal, das direkt auf der Platine bereitgestellt wird.
Welche Rolle spielt der SensoHubSense in der E-Bike-Performance?
Der SensoHubSense ist eine Lösung für die beidseitige Messung von Drehmoment und Drehzahl. Durch die Erfassung der Kraft auf beiden Pedalen wird das Anfahren erleichtert, da der Motor unmittelbar auf die Krafteinwirkung reagiert – egal, ob mit dem rechten oder linken Pedal angetreten wird. Besonders bei Lasten-E-Bikes oder bei Mountainbikes ist eine gleichmäßige Leistungsentfaltung entscheidend für die Fahrsicherheit und den Komfort. HubSense wird Plug & Play im Tretlager eingebaut und ist so kompatibel und geeignet für Front- als auch Heckmotoren.
Sowohl HubSense als auch alle Varianten von MidSense erfüllen die relevanten Normen und Zuverlässigkeitstests für E-Bikes und Lastenräder, wie etwa die EMV-Prüfung gemäß EN 15194:2017 oder die Vibrationstests gemäß DIN 79009. Mit Schutzart IP64 trotzen die Sensoren Schmutz oder Wasser – ideal für Aktivitäten wie Mountainbike-Touren, aber auch für andere E-Bike-Typen wie Lastenräder, City-E-Bikes oder E-Rennräder. (bs)