Wie misst man das Drehmoment einer Welle, die in heißem Getriebeöl, unter Wasser oder mit hoher Drehzahl läuft? Kabel lassen sich an rotierenden Bauteilen nicht dauerhaft anschließen. Genau hier setzt die Telemetrie an. Die MANNER Sensortelemetrie GmbH aus Spaichingen entwickelt und produziert seit über 30 Jahren Messsysteme, die Daten direkt am Bauteil erfassen und berührungslos übertragen, auch bei extremen Temperaturen, in Öl oder in Salzwasser.

Telemetrie auf einen Blick

Was versteht man unter Telemetrie?

Der Begriff Telemetrie stammt aus dem Griechischen: tele bedeutet „fern“, metron bedeutet „Maß“. Telemetrie heißt also „Messen aus der Ferne“. Messdaten werden von einer Messstelle zu einer räumlich getrennten Empfangs- oder Auswerteeinheit übertragen.

In der industriellen Messtechnik ist Telemetrie besonders wichtig, wenn Sensoren auf rotierenden, bewegten oder schwer zugänglichen Komponenten sitzen. Das Telemetriesystem versorgt die eigentliche Sensorik (zum Beispiel Dehnungsmessstreifen, Drucksensoren oder Temperatursensoren), bereitet das Signal auf und überträgt es drahtlos.

Telemetrie in der Messtechnik und andere Bedeutungen

Der Begriff wird auch in anderen Bereichen verwendet. In der Medizin bezeichnet Telemetrie die Fernüberwachung von Vitaldaten wie dem EKG, in der Softwareentwicklung die automatische Übermittlung von Nutzungs- und Diagnosedaten, im Motorsport die Live-Übertragung von Fahrzeugdaten an die Box. Dieser Artikel behandelt die industrielle Sensortelemetrie: die Messung mechanischer und thermischer Größen an rotierenden und bewegten Maschinenteilen.

Was bedeutet Sensortelemetrie?

Sensortelemetrie bezeichnet ein Messsystem, das Sensorik und telemetrische Datenübertragung in einer geschlossenen Messkette vereint. Der Begriff ist zugleich der Name der MANNER Sensortelemetrie GmbH und beschreibt deren Ansatz:

• Sensor: Die Messgröße wird direkt am Bauteil erfasst, zum Beispiel mit applizierten Dehnungsmessstreifen auf einer Welle, mit Thermoelementen oder mit Beschleunigungsaufnehmern.
• Telemetrie: Die Messwerte werden vom rotierenden Bauteil berührungslos zur stationären Auswertung übertragen, häufig mit gleichzeitiger induktiver Energieversorgung.

Bei MANNER kommen Sensorik, rotierende Elektronik, Übertragung und Auswertung aus einer Hand. Alle Komponenten werden aufeinander abgestimmt entwickelt und gefertigt. So entsteht eine geschlossene Messkette vom Messpunkt bis zum Datensignal.

Wie funktioniert ein Telemetrie-Messsystem?

Ein Telemetrie-Messsystem arbeitet in vier Schritten:

1. Erfassung: Ein Sensor misst die gewünschte physikalische Größe direkt am Bauteil.
2. Signalaufbereitung: Eine kompakte, mitrotierende Elektronik verstärkt das Signal, digitalisiert und verarbeitet es.
3. Übertragung: Die Messdaten werden berührungslos an eine stationäre Empfangseinheit gesendet.
4. Auswertung: Die Daten stehen zur Anzeige, Speicherung oder weiteren Analyse bereit.

Typische Komponenten sind daher Sensor, rotierende Messelektronik, Rotor- und Statorantenne (bei induktiver Telemetrie) sowie die Empfangs- und Auswerteeinheit.

Wie werden Messdaten von einer rotierenden Welle übertragen?

Messdaten werden von einer rotierenden Welle entweder induktiv oder per Funk übertragen. In beiden Fällen gibt es keine mechanische Signalverbindung wie einen Schleifring zwischen rotierendem und stationärem Teil.

• Induktive Telemetrie: Daten und Energie werden über ein magnetisches Wechselfeld zwischen einer rotierenden und einer stationären Antenne übertragen. Die Messelektronik wird dabei berührungslos mit Energie versorgt.
• Funktelemetrie: Die Daten werden per Funk gesendet. Die Energieversorgung erfolgt in der Regel über eine Batterie oder einen Akku.

Benötigt ein Telemetriesystem Batterien?

Induktive Telemetriesysteme benötigen keine Batterie, weil sie berührungslos über die Antenne mit Energie versorgt werden. Funktelemetriesysteme arbeiten dagegen in der Regel mit Batterie oder Akku. Bei MANNER Sensortelemetrie arbeitet die Mehrzahl der Systeme induktiv.

Warum dynamische Messungen eine kontinuierliche Energieversorgung brauchen

Drehmoment und Beschleunigung müssen hochdynamisch erfasst werden, typischerweise mit 4.000 Samples pro Sekunde und mehr. Bei diesen Datenraten wären kleine Batterien trotz sehr geringer Leistungsaufnahme der Elektronik schnell erschöpft. Große Batterien setzt man auf einer rotierenden Welle selten ein: Zusätzliche Masse erzeugt Fliehkräfte und Unwucht und beeinflusst die Dynamik des Systems.

Wann ist ein batteriebetriebenes Funktelemetriesystem sinnvoll?

MANNER bietet auch ein leistungsfähiges batteriebetriebenes Funktelemetriesystem. Es eignet sich besonders für:

• Kurzzeitmessungen: zum Beispiel Power-Checks an Schiffsantrieben, Messungen an Landmaschinen oder das Einstellen und Abnehmen von Maschinen
• Langsame Messgrößen: zum Beispiel Temperaturverläufe mit geringer Abtastrate über bis zu 2 Jahre
• Schnelle, flexible Installation: ohne stationäre Antenne

Für Langzeit- und Dauermessungen ist die induktive Telemetrie die erste Wahl. Die Energie wird kontinuierlich übertragen, die Messdauer ist praktisch unbegrenzt, und ein Batteriewechsel entfällt.

Vergleich: Funktelemetrie und induktive Telemetrie

Kriterium	Funktelemetrie (Batterie)	Induktive Telemetrie
Energieversorgung	Batterie oder Akku	berührungslos über Antenne
Messdauer	Kurzzeitmessung; langsame Messgrößen bis zu 2 Jahre	Langzeit- und Dauermessung, praktisch unbegrenzt
Hochdynamische Signale über lange Zeit	zeitlich begrenzt	ja
Installation	schnell, ohne stationäre Antenne	mit stationärer Antenne
Unter Wasser	stark eingeschränkt (Funkdämpfung)	ja, bei angepasster Auslegung
Typische Einsätze	Power-Checks an Schiffen, Landmaschinen, Einstellen und Abnehmen von Maschinen	Prüfstand, Monitoring, Serienanwendung, Flugzeugturbinen, E-Motoren

Funktioniert Telemetrie vom Stillstand bis zur Höchstdrehzahl?

Ja. Telemetrie misst ab 0 U/min, also auch im Stillstand. Weil Dehnungsmessstreifen die Verformung des Bauteils direkt erfassen, lassen sich auch statische Lasten messen, zum Beispiel:

• Vorspannungen im Antriebsstrang
• Haltemomente
• Losbrech- und Anfahrmomente
• Belastungen beim langsamen Drehen oder Pendeln

Für sehr hohe Drehzahlen an schnelllaufenden Wellen, Spindeln und Turbinen gibt es speziell ausgelegte Telemetriesysteme. Entscheidend sind dabei mechanische Ausführung, Fliehkraftfestigkeit, Bauraum, Temperatur und die Anforderungen an die Signalübertragung. MANNER deckt den gesamten Bereich vom Stillstand bis zur Höchstdrehzahl mit anwendungsspezifischen Lösungen ab.

Welche Temperaturen hält ein Telemetriesystem aus?

Rotierende Telemetrie-Elektronik von MANNER arbeitet von −70 °C bis +200 °C. Sensoren wie Thermoelemente messen an der Messstelle auch Temperaturen von 500 °C bis über 1.000 °C. Dabei muss man zwischen Messelektronik und Sensor unterscheiden.

Messelektronik: −70 °C bis +200 °C

Als High-End-Hersteller fertigt MANNER rotierende Telemetrie-Elektronik für einen Temperaturbereich von −70 °C bis +200 °C. Damit kann die Elektronik direkt in heißen Getrieben, Motoren oder Triebwerksumgebungen mitlaufen, aber auch in Kälteprüfständen.

Sensoren: bis über 1.000 °C

Der Sensor sitzt direkt an der Messstelle und kann deutlich heißer werden als die Elektronik. Mit Thermoelementen lassen sich Temperaturen von 500 °C bis über 1.000 °C erfassen, etwa:

• am Kolben eines Verbrennungsmotors
• an einer Bremsscheibe
• an Turbinenkomponenten

Die Elektronik wird dabei an einer kühleren Stelle des rotierenden Bauteils platziert, der Sensor misst direkt am Hotspot.

Ist Telemetrie in Salzwasser oder Öl möglich?

Ja. Telemetrie funktioniert auch in Salzwasser und Öl, wenn diese Umgebungen bei der Auslegung von Anfang an berücksichtigt werden.

Telemetrie in Salzwasser

Salzwasser ist elektrisch rund hundertmal leitfähiger als Süßwasser. Das hat direkte Folgen für die berührungslose Übertragung:

• Induktive Übertragung: Das magnetische Wechselfeld zwischen rotierender und stationärer Antenne induziert im leitfähigen Salzwasser Wirbelströme. Diese dämpfen das Feld, entziehen ihm Energie und verstimmen die abgestimmten Schwingkreise. Abhilfe schaffen die passende Übertragungsfrequenz, eine angepasste Antennengeometrie, ein geeigneter Luftspalt und gegebenenfalls eine Abschirmung.
• Funkübertragung: Hochfrequente Funksignale werden in Salzwasser bereits nach wenigen Zentimetern stark gedämpft. Unter Wasser ist deshalb in der Regel die induktive Telemetrie das Mittel der Wahl.
• Korrosion: Gehäuse, Antennen und Befestigungen müssen meerwasserbeständig ausgeführt sein.

MANNER legt Systeme für maritime Anwendungen wie Propellerwellen, Strahlruder oder Unterwasserantriebe gezielt auf diese Bedingungen aus. Mehr dazu unter Telemetrie in der Schifffahrt.

Telemetrie in Öl

In Getrieben oder Schmierkreisläufen laufen Telemetriesysteme oft dauerhaft im Öl. Wichtig sind hier:

• Dichtigkeit: Die Elektronik muss vollständig und dauerhaft gegen Öleintritt geschützt sein.
• Chemische Beständigkeit: Gealtertes Öl, etwa Altöl aus Schiffsanwendungen, kann durch Säuren, Schwefelverbindungen, Wasser und Additive sehr aggressiv sein. Viele Materialien quellen auf, verspröden oder lösen sich mit der Zeit.
• Langzeitfestigkeit: MANNER setzt spezielle Vergussverfahren und Vergussmassen ein, die gegen diese Medien beständig sind, auch bei hohen Temperaturen und über viele Jahre Betrieb.

Welche Messgrößen lassen sich mit Telemetrie erfassen?

Mit Telemetrie lassen sich vor allem mechanische und thermische Größen an rotierenden Bauteilen erfassen:

• Drehmoment und Torsion
• Dehnung und Kraft
• Temperatur
• Druck
• Schwingungen und Beschleunigungen
• Drehzahl (in geeigneten Systemen ergänzend)

Welche Messgrößen und wie viele Kanäle möglich sind, hängt von Sensorik, Telemetriesystem und Messaufgabe ab.

Wie funktioniert die Drehmomentmessung mit Telemetrie?

Bei der Drehmomentmessung mit Telemetrie werden meist Dehnungsmessstreifen (DMS) auf eine Welle appliziert. Sie erfassen die geringe Verformung der Welle unter Torsionsbelastung. Die mitrotierende Messelektronik bereitet das Signal auf und überträgt es berührungslos. So lässt sich das Drehmoment direkt im realen Betrieb ermitteln, vom Stillstand bis zur Nenndrehzahl, zum Beispiel an Antriebswellen, Getrieben oder auf Prüfständen. Für Anwendungen mit fertigem Messflansch bietet MANNER den Drehmomentaufnehmer XtreMA.

Telemetrie oder Schleifring: Wann ist Telemetrie die bessere Wahl?

Telemetrie ist vor allem dann die bessere Wahl, wenn eine dauerhafte Kabelverbindung wegen Rotation, Bewegung, Bauraum oder Umgebungsbedingungen nicht praktikabel ist. Mit Telemetrie misst man direkt an der relevanten Stelle, ohne Signalleitungen über eine rotierende Schnittstelle führen zu müssen. Ob sie im Einzelfall die beste Lösung ist, hängt von Genauigkeit, Drehzahl, Messdauer und Einbausituation ab.

Kriterium	Telemetrie	Schleifring
Signalübertragung	berührungslos	über Schleifkontakte
Verschleiß und Wartung	kein Kontaktverschleiß	Kontakte verschleißen, regelmäßige Wartung nötig
Signalqualität	digitale Übertragung ohne Kontaktstörungen	Übergangswiderstände und Kontaktrauschen möglich
Einbauort	auch mitten auf der Welle, ohne freies Wellenende	in der Regel am Wellenende
Drehzahl	bis zu sehr hohen Drehzahlen bei passender Auslegung	durch Reibung und Erwärmung begrenzt

Kann man bestehende Maschinen und Antriebe nachrüsten?

In vielen Fällen ja. Für bestehende Kupplungen, Gelenkwellen und andere Komponenten gibt es nachrüstbare Sensor- und Telemetrielösungen, zum Beispiel die MANNER-Antriebsstrangüberwachung TelMAX. Die konkrete Umsetzung wird anhand von Zugänglichkeit, Oberflächen, Betriebsbedingungen und gewünschten Messgrößen geprüft.

In welchen Branchen wird Telemetrie eingesetzt?

• Automotive und Elektromobilität: Drehmoment- und Belastungsmessungen an E-Motoren, Getrieben und Antriebssträngen, Temperaturmessungen an Kolben und Bremsscheiben
• Luftfahrt und Triebwerkstechnik: Dehnungs-, Schwingungs- und Temperaturmessungen an Rotoren und Turbinen
• Bahnindustrie: Untersuchungen an Radsätzen, Achsen und Getrieben
• Maschinen- und Anlagenbau: Analyse von Wellen, Antrieben und Prüfständen
• Windenergie: Belastungs- und Torsionsmessungen im Antriebsstrang
• Schifffahrt: Power-Checks, Drehmoment- und Leistungsanalysen an Propellerwellen, auch in Öl und Salzwasser
• Agrartechnik: Belastungs- und Leistungsmessungen an Zapfwellen und Antrieben

Welche Vorteile bietet Telemetrie in Entwicklung und Prüfstand?

Mit Telemetrie lassen sich dynamische Belastungen und reale Betriebszustände direkt am Bauteil messen. Die Daten helfen dabei,

• Konstruktionen zu validieren,
• Wirkungsgrade zu optimieren,
• Bauteilbeanspruchungen zu untersuchen und
• Entwicklungsentscheidungen abzusichern.

Über digitale Schnittstellen lassen sich die Ergebnisse in bestehende Prüf- und Datenerfassungssysteme einbinden, zum Beispiel über die MANNER Signal Suite oder die Integration in DewesoftX.

Welche Telemetrie-Lösungen bietet MANNER?

MANNER entwickelt Sensorik, rotierende Messelektronik, Übertragungstechnik und Auswerteeinheiten als aufeinander abgestimmte Systeme, sowohl als induktive Telemetrie als auch als Funktelemetrie. Je nach Messaufgabe kommen unter anderem diese Produktfamilien zum Einsatz:

• TelMA: Telemetrie-Messsystem für Drehmomentmessung und Getriebeüberwachung
• TelMAX: nachrüstbare Antriebsstrangüberwachung für Kupplungen und Gelenkwellen
• XtreMA: Drehmomentaufnehmer für 50 N·m bis 10 kN·m
• Software und Echtzeit-Datenanalyse: Auswertung, Visualisierung und Anbindung an bestehende Systeme

Neben Standardprodukten realisiert MANNER kundenspezifische Messlösungen für extreme Umgebungen.

Wie finde ich das passende Telemetrie-Messsystem?

Für die Auswahl eines Telemetrie-Messsystems sind diese Angaben wichtig:

• zu messende Größe und benötigte Abtastrate
• Drehzahlbereich, inklusive Stillstand
• Temperatur an Elektronik und Messstelle
• Umgebungsmedien, etwa Öl, Salzwasser oder Staub
• gewünschte Genauigkeit
• Messdauer (Kurzzeit- oder Langzeitmessung)
• Anzahl der Kanäle
• vorhandener Bauraum
• benötigte Datenschnittstellen

Auf dieser Basis empfiehlt MANNER die passende Sensorik, Übertragung und Auswertung für Ihre Anwendung.

Glossar: Die wichtigsten Begriffe der Telemetrie

• Dehnungsmessstreifen (DMS): Sensor, der seinen elektrischen Widerstand bei Verformung ändert. Grundlage der Drehmoment- und Dehnungsmessung an Wellen.
• Induktive Telemetrie: Übertragung von Daten und Energie über ein magnetisches Wechselfeld zwischen Rotor- und Statorantenne, ohne Batterie.
• Funktelemetrie: Übertragung der Messdaten per Funk, meist mit Batterie- oder Akkuversorgung.
• Schleifring: mechanische Verbindung zwischen rotierendem und stehendem Teil über Schleifkontakte; klassische Alternative zur Telemetrie.
• Rotor- und Statorantenne: mitrotierende und feststehende Antenne eines induktiven Telemetriesystems.
• Abtastrate: Anzahl der Messwerte pro Sekunde (Samples pro Sekunde, S/s).
• Thermoelement: Temperatursensor für sehr hohe Temperaturen, auch über 1.000 °C.

Ihre Messaufgabe. Unsere Lösung.

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