W E G - U N D S C H A LT P U N K T S E N S O R E N D I S P L A C E M E N T A N D S W I T C H - P O I N T S E N S O R S

Transkript

1 W E G - U N D S C H A LT P U N K T S E N S O R E N D I S P L A C E M E N T A N D S W I T C H - P O I N T S E N S O R S I n t e l l i g e n z i n B e w e g u n g I n t e l l i g e n c e i n M o t i o n

2 INTELLIGENZ IN BEWEGUNG I INTELLIGENCE IN MOTION Sensorik Durch ständig wachsende Anforderungen an Positions- und Wegerfassung im Kupplungsbereich ersetzen zunehmend berührungslos arbeitende Sensoren mechanische Schalter und Potenziometer. FTE automotive, seit Jahrzehnten international führend in der Brems- und Kupplungshydraulik, arbeitet seit 1998 erfolgreich an der Integration und Standardisierung kostengünstiger, komplexer Sensorsysteme. FTE-Sensoren der neuesten Generation haben minimalen Raumbedarf. Extrem zuverlässig bieten sie hohe Messgenauigkeit bei langer Lebensdauer. Für individuelle Anwendungen wählen FTE-Ingenieure die beste Technologie, passen die elektrische, mechanische und magnetische Schnittstellen optimal an und schaffen so maximal funktionale und wirtschaftliche Lösungen. Bis heute wurden in den FTE- Werken mehr als 4,6 Mio. Positions- und Wegsensoren, über 0,6 Mio. Drucksensoren und fast 1,15 Mio. Drehzahlsensoren an FTE-Produkten appliziert. FTE-Sensoren widerstehen Extrembedingungen im Motorraum. Ihre robusten, temperaturbeständigen Gehäuse sind dicht (Schutzart IP6K9K) vergossen oder laserverschweißt. Sensor systems Non-contact sensors are replacing mechanical switches and potentiometers to an increasing extent owing to the continually more stringent demands in respect of position and displacement detection in the sector of clutches. FTE automotive, an international leader in the sector of brake and clutch hydraulics for decades now, has, since 1998, been working successfully on integration and standardisation of low-cost, complex sensor systems. FTE sensors of the most recent generation require minimum space. With their extreme reliability, they also offer a high measuring accuracy and a long service life. FTE engineers select the best technology, optimally adapt the electrical, mechanical and magnetic interfaces and consequently create solutions with maximum functionality and maximum efficiency and economy for individual applications. To date, over 4.6 million position and displacement sensors, over 0.6 million pressure sensors and almost 1.15 million rotational-speed sensors have been incorporated in FTE products at FTE plants. FTE sensors withstand extreme conditions in the engine compartment. Their rugged, temperature-resistant housings are tightly encapsulated (enclosure IP6K9K) or tightly laser-welded.

3 1 = Rad-Drehzahlsensor 2 = Gangsteller 3 = Zentralausrücker 4 = Kupplungsnehmer 5 = Bremslichtsensor 6 = Kupplungsgeber 1 = Wheel-speed sensor 2 = Gear actuator 3 = Concentric slave cylinder 4 = Clutch slave cylinder 5 = Stop-light sensor 6 = Clutch master cylinder Sensor-Aufgaben FTE-Sensoren arbeiten in der Kupplungshydraulik in Kupplungsgeber-, Kupplungsnehmerzylindern und in Zentralausrückern. Sie unterstützen und optimieren Fahrzeugfunktionen wie: Startlock: Das Fahrzeug startet nur bei vollständig getretener Kupplung. Tempomat: Sobald das Kupplungspedal betätigt wird, schaltet der Tempomat ab. Elektronische Parkbremse: Die Parkbremse wird in Abhängigkeit zum Kupplungsweg betätigt. Start/Stopp-Automatik: Bei einem Halt des Fahrzeuges (Ampel) wird der Motor automatisch gestoppt. In der Bremshydraulik unterstützen und optimieren FTE-Sensoren Fahrzeugfunktionen wie: Bremslichtsensoren: Der berührungslose Bremslichtschalter sitzt direkt am Tandemhauptzylinder. Er arbeitet verschleißfrei und benötigt keine Justage. Notbremsassistent: In Abhängigkeit von der Betätigungsgeschwindigkeit des Bremspedals wird eine normale oder eine Notbremsung eingeleitet. FTE-Sensoren optimieren Kraftstoffverbrauch und Drehmoment, reduzieren Emissionen und ermöglichen moderne X-by-Wire-Anwendungen. Automatisierte Schaltgetriebe (ASG), Doppelkupplungsgetriebe (DSG) oder Hybridantriebe sind ohne Sensoren nicht realisierbar. Sensor tasks FTE sensors operate in the sector of clutch hydraulics in clutch master cylinders, clutch slave cylinders and concentric slave cylinder. They assist and optimise vehicle functions such as: Start-lock: the vehicle starts only if the clutch is fully depressed. Cruise control: it is switched off as soon as the clutch pedal is depressed. Electronic parking brake: the brake is operated as a function of clutch travel. Automatic start/stop: the engine is stopped automatically when the vehicle stops (at a traffic light). In the sector of brake hydraulics, FTE sensors assist and optimise vehicle functions such as: Stop-light sensors: the non-contact stop-light switch is located directly on the tandem master cylinder. It is not subject to wear and does not require adjustment. Emergency-brake assist: a normal or an emergency braking operation is started depending on the speed at which the brake pedal is operated. FTE sensors optimise fuel consumption and torque, reduce emissions and allow modern X-by-Wire applications. Automated manual transmission (AMTs), twin-clutch transmissions (TCTs) or hybrid drives could not be implemented without sensors.

4 SENSORPRINZIPIEN I SENSOR PRINCIPLES Messprinzipien Bei FTE-Sensoren kommen hauptsächlich Hall-, Reed- und induktive Prinzipien zum Einsatz. Schaltpunktsensoren arbeiten entweder nach dem Hall-, oder nach dem Reed-Prinzip. Bei Wegsensoren werden das Hallprinzip und induktive Prinzipien verwendet. Measurement principles Hall, reed and inductive principles are used chiefly on FTE sensors. Switchingpoint sensors operate on the basis of either the Hall principle or the reed principle. The Hall principle and inductive principles are used for displacement sensors. Hallprinzip Ein Halbleiterplättchen wird in einem Magnetfeld so angeordnet, dass der Steuerstrom senkrecht zu dem Magnetfeld liegt. Die bewegten Ladungsträger werden durch die Lorentz-Kraft abgelenkt. Das führt zur einseitigen Anhäufung von Ladungen eines Vorzeichens. Zwischen den beiden Seiten des Halbleiterplättchens entsteht so eine Potenzialdifferenz, die als Hall-Spannung gemessen werden kann. Die Hall-Spannung ist direkt proportional zum senkrecht durch das Halbleiterplättchen verlaufenden Magnetfeld. Sie lässt sich in ein Schaltsignal oder in ein Wegsignal umwandeln. Hall principle A semiconductor wafer is arranged in a magnetic field so that the control current is perpendicular to the magnetic field. The moving charge carriers are deflected by the electrodynamic force. This leads to an accumulation of charges of one polarity at one side, resulting in a potential difference between the two sides of the semiconductor wafer, and this potential difference can be measured as the Hall voltage. The Hall voltage is directly proportional to the magnetic field running perpendicularly through the semiconductor wafer. It can be converted to a switching signal or a displacement signal. 4

5 Induktiv Spulen induktiver Wegsensoren werden mit Wechselspannung betrieben. Bei dem Sensorprinzip wird die Wegänderung eines Eisenkerns in eine Induktivitätsänderung umgewandelt, die elektrisch ausgewertet wird. Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher induktiver Sensoren, z.b.: Wirbelstromsensoren Kurzschluss-Ringsensoren LVDT - Sensoren (linear variable differential transformer) PLCD - Sensoren (permanent magnetic linear displacement) Tauchankersensoren Fluxgate-Sensoren Inductive Coils of inductive displacement sensors are operated with AC voltage. The sensor principle involves converting the change in displacement of an iron core to a change in inductance that is evaluated electrically. There are a wide variety of different inductive sensors, e.g.: Eddy-current sensors Short-circuiting ring sensors LVDT (linear variable differential transformer) sensors PLCD (permanent magnetic linear displacement) sensors Solenoid plunger sensors Fluxgate sensors Magnetoresistiv Magnetoresistive Sensoren ändern bei der Einwirkung eines Magnetfeldes ihren elektrischen Widerstand. In der Praxis werden am häufigsten sogenannte GMR Sensoren eingesetzt. Dabei handelt es sich um Halbleiterbauelemente aus weichmagnetischen, parallel ausgerichteten Elementarmagnetschichten (FM), die durch eine nichtmagnetische Schicht (NM) von einander getrennt sind. Bei einer Magnetfeldänderung werden die Elementarmagnete antiparallel ausgerichtet. Die sich ergebende Widerstandsänderung wird in ein Wegsignal umgewandelt. Magneto-resistive Magneto-resistive sensors change their electrical resistance when subject to the influence of a magnetic field. In practice, so-called GMR sensors are used most frequently. These are semiconductor components made of magnetically soft, parallel aligned elementary magnetic layers (FM) that are separated from each other by a non-magnetic layer (NM). In the event of a change of magnetic field, the elementary magnets are aligned anti-parallel. The resultant change in resistance is converted to a displacement signal. Reed-Kontakt Im Reedschalter arbeiten ferromagnetische Kontaktpaddel mit geringem magnetischen Widerstand. Die Paddel sind in ein Glasröhrchen eingeschmolzen, das zur Vermeidung von Kontaktoxidationen mit Schutzgas gefüllt ist. Die parallel angeordneten, sich überlappenden Enden der Kontaktpaddel sind durch einen Luftspalt voneinander getrennt. Unter Einfluss eines äußeren Magnetfeldes nehmen die Paddel entgegengesetzte Polaritäten an und schließen sich bei ausreichender Feldstärke. Der Kontakt bleibt geschlossen, solange das äußere Magnetfeld einwirkt. Reed contact Ferromagnetic contact paddles with low magnetic resistance operate in the reed switch. The paddles are sealed into a small glass tube that is filled with inert gas in order to avoid contact oxidation phenomena. The ends of the contact paddles that are arranged in parallel and that overlap are separated from each other by means of an air gap. When subject to the influence of an external magnetic field, the paddles assume opposite polarities and close if the field strength is adequate. The contact remains closed for as long as the external magnetic field acts. 5

6 ANWENDUNGEN I APPLICATIONS Signalverlauf Schaltpunkte Signal characteristic switching points Schaltpunkt 1 Switch Point 1 Schaltpunkt 2 Switch Point 2 PWM [%dc] Pulsweitenmodulation Puls Width Modulation Testschaltung Test circuit Signalverlauf Schaltpunkte Der Schaltpunkt wird aus dem Pegelwechsel des Signals abgeleitet. Der Abstand zwischen den Pegelwechseln vom Vor- und Rücklauf des Signals wird Hysterese genannt und stellt einen definierten Signalpegel sicher. Testschaltung Die Testschaltung dient als Beispielschaltung um den Sensor zu Testzwecken in Betrieb zu nehmen. Signal characteristic switch points The switch point is derived from the signal s change of level. The interval between the changes of level of forward and return signal is referred to as hysteresis and ensures a defined signal level. Test circuit The test circuit serves as an example circuit for placing the sensor into operation for test purposes. 6

7

8 SPEZIELLE MERKMALE I SPECIAL FEATURES Allgemeines Mikroschalter und Potenziometer verschleißen häufig und werden zunehmend durch berührungslos arbeitende Sensoren ersetzt. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Schaltpunktsensoren und Wegsensoren. General Microswitches and potentiometers are frequently subject to wear and are being replaced to an increasing extent by noncontact sensors. Basically, a distinction can be made between switch-point sensors and displacement sensors. Hall-Schaltpunktsensoren Der im Kupplungsgeberzylinder integrierte Schaltpunktsensor funktioniert als Schalter und ersetzt die Funktionen der Pedalschalter z.b. für Startlock und Tempomat. Durch das berührungslose Arbeitsprinzip ist der Sensor verschleißfrei, geräuschlos und äußerst vibrationsbeständig. Technische Daten Temperaturbereich: -40 C C Elektr. Schnittstelle (U/I): Low-Side/High- Side-Schalter Versorgungsspannung: 3,8V - 24V Schaltpunktgenauigkeit: +/- 0,5mm Hall switch-point sensors The switch-point sensor integrated in the clutch master cylinder functions as a switch and replaces the functions of the pedal switches, for start-lock and cruise control for instance. Owing to the noncontact mode of operation, the sensor is not subject to wear, operates silently and is exceedingly resistant to vibration. Technical data Temperature range: -40 C C Electrical interface (U/I): low-side/highside switch Supply voltage:.8v 24V Switching-point accuracy: +/- 0.5mm Reed-Schaltpunktsensoren Direkter Ersatz für verschleißbehaftete Mikroschalter durch potentialfreien Kontakt. Beim Montageprozess sind keine Einstellarbeiten nötig. Technische Daten Temperaturbereich: -40 C C Schaltspannung: 0V - 48V Elektr. Schnittstelle (U/I): Potentialfrei Schaltpunktgenauigkeit: +/- 1mm Reed switch-point sensors Floating contact allows direct replacement of microswitches that are subject to wear. No setting work required during assembly. Technical data Temperature range: -40 C C Switching voltage: 0V - 48V Electrical interface (U/I): floating Switching-point accuracy: +/- 1mm 8

9 Hall-Wegsensoren Ein Wegsensor gibt über seinen Messbereich eine stetig steigende Kennlinie aus. Der integrierte Wegsensor funktioniert als absolutes Wegmesselement und misst die Stellung des Kolbens. Das Ausgangssignal (Spannungssignal) ist direkt proportional zum Kolbenweg. Es besteht die Möglichkeit einer Kombination aus Positionssensor und Wegsensor. Hall displacement sensors A displacement sensor produces a constantly rising output characteristic over its measuring range. The integrated displacement sensor functions as an absolute displacement measuring element and measures the position of the plunger. The output signal (voltage signal) is directly proportional to the plunger travel. There is an option for a combination of position sensor and displacement sensor. Hall-Wegsensor HF-DS Technische Daten Temperaturbereich: -40 C C Versorgungsspannung: 5V oder 12V Elektr. Schnittstelle (U/I): PWM Messbereich: 10-50mm Hall displacement sensor HF-DS Technical data Temperature range: -40 C C Supply voltage: 5V or 12V Electrical interface (U/I): PWM Measuring range: 10-50mm Hall-Wegsensor DHA-DS Technische Daten Temperaturbereich: -40 C C Versorgungsspannung: 5V oder 12V Elektr. Schnittstelle (U/I): PWM / LIN-Bus Messbereich: 10-50mm Für hohe Genauigkeitsanforderungen Hall displacement sensor DHA-DS Technical data Temperature range: -40 C C Supply voltage: 5V or 12V Electrical interface (U/I): PWM / LIN bus Measuring range: 10-50mm For high accuracy requirements Hall-Wegsensor DHS-DS Technische Daten Temperaturbereich: -40 C C Versorgungsspannung: 5V oder 12V Elektr. Schnittstelle (U/I): PWM / Spannung Messbereich: mm Hall displacement sensor DHS-DS Technical data Temperature range: -40 C C Supply voltage: 5V or 12V Electrical interface (U/I): PWM / voltage Measuring range: mm 9

10 KOMPETENZEN I COMPETENCE Hohe Entwicklungskompetenz Mittels FEM-Simulationstools, selbstentwickelter Prüfsoftware und eigenen Sensorprüfeinrichtungen sind wir in der Lage, schnell und günstig neue Sensorsysteme zu entwickeln. Neben der Adaption vorhandener Sensortechnologien auf kundenspezifische Applikationen forschen wir an innovativen Verfahren zur Weg- und Positionserfassung. Eine dieser Innovationen ist die Integration der Sensoren direkt in die Kupplungsmodule, wodurch wir einen weiteren technologischen Vorsprung erreichen. Qualifizierung Alle Sensoren werden bei uns im Haus vollständig qualifiziert. Wir haben eine eigene Versuchs- / Qualifizierungsabteilung, die mit modernsten Prüfanlagen ausgestattet ist. Angefangen bei Temperatur-, Vibrations- und Dichtheitsprüfungen bis hin zur chemischen Beständigkeitsuntersuchung werden unsere Produkte nach den aktuellen Umweltprüfungsanforderungen erprobt. Für bestimmte EMV-Untersuchung arbeiten wir mit renommierten Partnern zusammen. Hohe Kompetenz der Prozessentwicklung Mittels Prozessplanungssoftware entwickeln wir die Montage- und Prüfoperationen auf Basis der Prozess-FMEA. Montagezellen werden virtuell und dreidimensional am Computer entworfen, simuliert und optimiert bevor der Anlagenbau gestartet wird. Zum Vorteil unserer Kunden steht dabei die Umsetzung unserer Qualitäts- und Produktivitätsziele im Vordergrund. High level of development competence With our FEM simulation tools, test software developed by FTE automotive and our own sensor test facilities, we are able to develop new sensor systems quickly and at low cost. We conduct research into innovative methods of displacement and position detection, besides into adapting existing sensor technologies to customer-specific applications. One of these innovations is integration of sensors directly in the clutch modules, consequently giving us one further technological lead. Qualification All sensors are fully qualified on our company premises. We have our own Test/Qualification Department that avails of state-of-the-art testing installations. Our products are trialed in accordance with current environmental testing requirements, ranging from temperature, vibration and leakage tests through to chemical resistance tests. We work together with renowned partners for certain EMC tests. High level of competence in process development We develop our assembly and testing operations on the basis of Process FMEA using process planning software. Assembly cells are designed, simulated and optimised virtually and three-dimensionally on the computer before the installation is constructed. We focus on implementing our quality and productivity targets in this to the advantage of our customers. Hohe Fertigungskompetenz Die Sensorfertigung ist eingebunden in unser ganzheitliches internationales Produktionssystem mit Fokussierung auf die Beherrschung verschiedener Kerntechnologien zur Erreichung höchster Prozesssicherheit, Produktivität und Logistikleistung. Das Engagement und Können unserer Mitarbeiter sind wesentliche Faktoren, die unsere Produkte im weltweiten Wettbewerb so erfolgreich machen. High level of manufacturing competence Sensor production is integrated in our integral international production system with the focus on mastery of the various core technologies in order to achieve maximum process reliability, productivity and logistic performance. The commitment and abilities of our staff are important factors that make our products so successful against the backdrop of worldwide competitors. 10

11 INTELLIGENZ IN BEWEGUNG INTELLIGENCE IN MOTION Spitzentechnik für führende Automobilhersteller Auf dem Gebiet der Brems- und Kupplungshydraulik gehört FTE automotive zu den weltweit führenden Unternehmen. Engste Kontakte zu allen wichtigen Fahrzeugherstellern, intensive Entwicklungsarbeit, Verarbeitung hochwertiger Werkstoffe in modernsten Produktionsprozessen und der dadurch erreichte hohe Qualitätsstandard brachte unser Unternehmen ganz nach vorn. Die Produkte, die unsere Werke verlassen, garantieren größtmögliche Sicherheit und höchsten Komfort. Top-flight technology for leading carmakers FTE automotive is one of the world leaders in the sector of brake and clutch hydraulics. Very close contacts with all important vehicle manufacturers, indepth development work, use of highquality materials in state-of-the-art production processes and the high quality standard achieved by this have brought our company right to the very fore. Products that leave our plants guarantee maximum possible safety and maximum convenience. 11

12 d a s f t e - O E - p r o g r a m m Aluminium-Radzylinder Bremsleitungssysteme Bremskraftverstärker Hydraulische Kupplungsbetätigungssysteme Pedalwerke Trommelbremsen Weg- und Schaltpunktsensoren Controlled piston CP1 f t e s O E p r o g r a m Aluminum wheel cylinders Brake-pipe-systems Vacuum brake boosters Hydraulic clutch actuation systems Pedalboxes Drum brakes Displacement and switch-point sensors Controlled piston CP1 FTE automotive FTE automotive GmbH Postfach D Ebern Germany Andreas-Humann-Straße 2 D Ebern Germany Telefon +49 (0) Fax +49 (0) fte.ebern@fte.de Internet PROSP.SENSOREN PROSP.WEGSENSOREN