VORSCHAU MEASCOMP

Maßanzug für Sensoren

Sonderlösungen bringen ungeahnte Kostenvorteile für Hersteller und Anwender

Bild1: Dieser bei Renault eingesetzte Sensor erlaubt es, tangentiale Kräfte am Lenkrad zu messen

bezogen hat. Hat der Entwickler also einen Verlust gemacht?

Ein weltweiter Standard entsteht

Die Antwort ist ein eindeutiges "Nein", denn weltweit werden heute bei den meisten Automobilherstellern fast ausschließlich diese Sensoren für die Messung von Schalthebelkräften eingesetzt. Die Erfolgsgeschichte dieses Sensors ging noch weiter: Die ergonomische Form des neuentwickelten, triaxialen Kraftaufnehmers erwies sich als optimale Grundidee für weitere Sensoren. Zwei Beispiele sollen das verdeutlichen:

Türkraftsensoren bei Renault: In Sachen Qualität und Komfort wird bei Renault ständig geforscht. Neben der Neuentwicklung im Labor finden die Tests auch an laufenden Modellen statt, um den wirklichen Fahrbedingungen so nahe wie möglich zu kommen. Zahlreiche, zum Teil sehr komplexe Messungen, sollen bei der Analyse von Ursache und Wirkung helfen. So wurde eine spezifische Messeinrichtung entwickelt, die Kräfte beim Öffnen und Schließen der Türen misst und damit Aufschluss über Widerstände, Reibung und Trägheitsmomente verschafft. Hierfür wurde der Sensor FN 7080 weiterentwickelt, um Kräfte in mehreren Richtungen in Verbindung mit einem Beschleunigungsaufnehmer zu messen.

Tangentiale Kräfte am Lenkrad: Ein weiterer, noch kleinerer Sensor erlaubt es, tangentiale Kräfte am Lenkrad zu messen. Der spezielle Sensor FF 1058 wird direkt am Lenkrad befestigt. Auf einer geraden Strecke legt der Fahrer seinen Zeigefinger an den Sensor. Abweichungen von der Fahrspur führen zu einer tangentialen Kraft am Lenkrad, die aufgezeichnet wird.

Sowohl der Türkraftsensor als auch der Lenkradkraftsensor wurden speziell für Renault entwickelt. Besonderer Wert wurde dabei auf das ergonomische Design gelegt, um die Anwendung nicht zu entfremden.

Hans Ajiet Holtkamp

Um kostengünstige Standard- sensoren zum Einsatz zu bringen, müssen Anlagen häufig entfremdet werden. Dies wiederum hat in der Regel einen starken Einfluss auf die Messung. Bleibt aber dieser doch vernachlässigbar gering, so ist zumeist der Kostenaufwand für den Umbau der Anlage höher als der Aufpreis für einen maß- geschneiderten Sensor - die Anpassung ist also die sinnvollere Lösung.

Dass Sensoren in Sonderanfertigung hergestellt werden, ist nicht unüblich. Meistens werden diese aber nicht für den Serieneinsatz, sondern in der Entwicklungsphase benötigt. Der Kunde muss entweder eine Mindestanzahl an Sensoren bestellen oder - bleibt es bei den kleinen Stückzahlen - hohe Entwicklungskosten in Kauf nehmen.

Autor:
Dipl.-Phys. Hans Ajiet Holtkamp ist Geschäftsführer der disynet GmbH

Hier geht disynet neue Wege. Sie bietet Sonderlösungen unabhängig von der Stückzahl an -also auch schon für nur einen Sensor. Ein erfolgreicher Weg, denn neben der Zufriedenheit der Anwender hat die Vergangenheit gezeigt, dass aus einstigen Sonderlösungen oftmals Standardsensoren werden. Erste sind zwar kostenintensiver, bleiben aber immer noch bezahlbar.

Am Anfang war der Kundenwunsch

Der Schalthebelkraftaufnehmer, der in enger Zusammenarbeit mit der Automobilindustrie und dem disynet-Partner, FGP Sensors, entwickelt wurde, untermauert die obige Überlegung. Die Anforderung war, einen Sensor, mit dem man Kräfte in allen drei Raumrichtungen messen konnte, integriert in einem Schaltknauf herzustellen. Dieser sollte bei der Getriebeentwicklung eingesetzt werden, um die Effektivität von Schaltvorgängen zu optimieren.

Bei der ersten Anfrage waren die Konstrukteure sehr skeptisch, da der zur Verfügung stehende Raum sehr klein und das Budget des Kunden nicht sehr hoch war. Bestehende Sensoren konnten nicht eingesetzt werden - ein völlig neuer Sensor musste entwickelt werden. Nach vielen Entwicklungsstunden entstand dann ein biaxialer Sensor. Der Kunde war mit den Ergebnissen zufrieden. Auch die Entwicklung der Z-Richtung war zeit- und arbeitsintensiv - zum Schluss aber stand ein Sensor, der wirklich überzeugte. Die Kosten für die Entwicklung standen dabei in keinem Verhältnis zu dem Preis, für den der Kunde den Sensor

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Bild2: Der triaxiale Schalthebel-kraftaufnehmer wird heute weltweit von Automobil- bauern eingesetzt

Vom Fallschirm bis ins Automobil...

Ist der Schalthebelkraftaufnehmer eine Ausnahme? Auch hier lautet die Antwort "Nein". Viele weitere Sensoren, die als Sonderanfertigungen entwickelt wurden, stehen heute als Standardprodukte im Katalog von disynet. Dabei waren die ursprünglichen Anwendungen oft nicht die, in der sich der Sensor etabliert hat. So auch bei der Sicherheit am Fallschirm durch einen Gurtkraftaufnehmer: Der Fallschirm-Kraftaufnehmer FN 4031 ersetzt die "großen" Ringe des Auslösesystems von Parafoil-Fallschirmen und misst alle auf den

Kundenspezifische Sensor- Lösungen stellen eine interessante Alternative dar

Springer übertragenen Kräfte, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen. Die beiden verfügbaren Größen des Sensors ermöglichen die Überprüfung aller existierenden Fallschirme, unabhängig von der Schirmgröße. Die Auswerteelektronik wird vom Springer getragen.

Der gleiche Gurtkraftaufnehmer dient heute auch der Sicherheit am Auto: Als Disynet die ersten Anfragen nach Sicherheitsgurt-Kraftmessungen erhielt, war es naheliegend, den Fallschirmsensor als Basis für die Entwicklung zu benutzen und es entstand der Sicherheitsgurtkraftaufnehmer FN 4032, den FGP Sensors als erste Firma weltweit einführte.

Weitere Ausführungen mit austauschbarer Zunge (FN 4070) und Sensoren, die entlang des Gurtes montiert werden können, entstanden anschließend.

... in die Internationale Raumstation ISS

Der Gurtsensor FN 4063-2 wurde entwickelt um Kräfte beim Training an einem Trainingsgerät in der ISS

Bild3: Triaxiale kraftaufnehmer misst die Kräfte beim Öffnen und schließen von Fahrzeugtüren

zu messsen. Dabei wird der Sensor an einem Geschirr montiert und überwacht die Astronauten-Leistung.

Neue Bestimmungen erfordern neue Entwicklungen

Sicherheitsgurtaufnehmer wie der FN 4032 und FN 4060 messen Kräfte im Bereich von 10 bis 25 kN. Neue Bestimmungen erfordern allerdings zusätzlich, die Gurtvorspannung zu messen, also Kräfte, die deutlich unter 250 N liegen. Es ist nicht sinnvoll, einen 15 kN Sensor für die Messung von Kräften, die typischerweise bei 50 N liegen, zu nutzen. Deshalb wurde ein Kraftaufnehmer aus den bestehenden Sensoren entwickelt, der ähnlich arbeitet, aber niedrigere Kräfte misst - es entstand der FN 4090.

Entsprechend der neuen Bestimmung konnte nun eine Erstmessung mit dem kleineren Sensor erfolgen, der danach durch den Crash-Sensor ersetzt werden musste. Hierbei hätte jedoch die Vorspannung in beiden Fällen identisch sein müssen, was nicht unbedingt gegeben ist. Langjährige Erfahrung führte zu einem neuen, patentierten Gedankenweg. Ein neuer Sensor wurde entwickelt, der zwei Sensoren miteinander vereint: Der Standardsensor FN 4060 und ein neuer Bolzenkraftaufnehmer FN 1291, der einen der Gurtführungsbolzen für die Messung der Vorspannkraft ersetzt und der nach der Messung durch den Originalbolzen gleichfalls ersetzt wird. Somit war es möglich, beide Messungen ohne nennenswerte Veränderung der Gurtvorspannung durchzuführen.

Eine klare wirtschaft- liche Alternative

Wie man anhand der Beispiele sehen kann, sind kundenspezifisch gefertigte Sensor-Lösungen eine interessante Alternative zu Standard-Sensoren. Die wachsende Anzahl an Standards fordert immer neue Messmethoden. In mehr als 30 Jahren hat die hauseigene Entwicklung des Herstellers aus

Bild4: Der Fallschirm-Kraftaufnehmer misst alle auf den Springer über-tragenen Kräfte

Bild5: Aus dem Fallschirm- Kraftaufnehmer ist die Idee für diesen Sicherheitsgurtaufnehmer mit aus-tauschbarer Zunge entstanden

Bild6: Sicherheitsgurtaufnehmer und Vorspannbolzen miteinander vereint

Bild7: Gurtaufnehmer für Astronauten-Muskeltraining in der Raumstation ISS

Brüggen an unzähligen Projekten teilgenommen und ein weites Spektrum an Sensoren konstruiert, die bei den verschiedensten Anwendungen zum Einsatz kommen können.

Jede neue Anfrage ist für die Entwickler Herausforderung und Ansporn und motiviert sie, komplexe Aufgabenstellungen zu meistern.

Die in besonderem Maße in solchen Projekten übliche enge Zusammenarbeit mit dem Kunden stärkt das Vertrauen und ist fürbeide Seiten vorteilhaft - auch wirtschaftlich gesehen.