Magnetische Drehmomentsensoren zur Regelung von E-Bike Motoren
In den letzten Jahren wurde E-Mobilität zu einem immer wichtigeren Thema. Auch Fahrräder mit elektrischem Motor zur Unterstützung des Fahrers finden zunehmend Anklang bei verschiedenen Verbrauchergruppen. Der Absatz von E-Bikes in Deutschland hat sich innerhalb von 5 Jahren bis 2016 fast verdoppelt. Fahrräder dieser Art können nicht nur bei der Tretkraft des Fahrers unterstützen, sondern auch eine höhere Geschwindigkeit ermöglichen. Diese Eigenschaften erfordern die zuverlässige Messung des Drehmoments.
Die anspruchsvolle Regelung des Antriebs eines E-Bikes stellt eine große Herausforderung dar. Zum einen soll der Motor den Fahrradfahrer genau dann unterstützen, wenn es notwendig ist und zum anderen soll er sich abschalten, sobald der Fahrer die Unterstützung nicht mehr benötigt. Der Übergang zwischen menschlicher Tretkraft und Motorkraft soll also fließend sein, damit Mensch und Fahrrad eine Einheit bilden. Um dies gewährleisten zu können, reichen simple Sensoren nicht aus. Das durch Tretkraft des Fahrers ausgelöste Drehmoment muss auf anderem Wege ermittelt werden. Drehmomentsensoren besitzen die nötigen Voraussetzungen zur Lösung dieses Problems.
Bisher waren die Anwendungsgebiete von Drehmomentsensoren begrenzt. Dies änderte sich durch die Einführung magnetoelastischer Drehmomentsensoren. Denn Magnetoelastische Drehmoment- und Kraftsensoren, wie die, welche Trafag herstellt, messen Veränderungen in der elektrischen Induktivität und wandeln diese Daten in Messergebnisse um. Es entsteht der große Vorteil einer berührungslosen Drehmomentmessung, wodurch zunehmend mehr Einsatzgebiete möglich sind. So auch die Anwendung in E-Bike Antrieben. Dabei können Drehmo-mentsensoren an der Hinterachse, an der Antriebseinheit oder im Tretlager, nahe der Welle angebracht werden. Es bedarf keiner Behandlung der Welle. Dort kann der Sensor berührungslos und präzise das Drehmoment aufnehmen. Sobald der Fahrer in die Pedale tritt, wirken Kräfte auf die Welle und das Magnetfeld dieses ferromagnetischen Materials verändert sich. Diese Veränderungen werden vom Drehmomentsensor aufgenommen und an die Sensorelektronik zur Auswertung weitergegeben. Der Sensor von Trafag kann auch im Niedrig-Drehzahlbereich, wie er bei E-Bikes vorhanden ist, Drehmoment messen. Des Weiteren kann der Drehmomentsensor in einem Temperaturbereich von -40 °C bis 185°C eingesetzt werden und arbeitet mit einer Messlinearität von bis zu 0,1 % des Skalenendwertes. Das bedeutet, der Drehmomentsensor gewährleistet neben berührungsloser Messung auch unter rauen Bedingungen präzise Messergebnisse.
