Meßsystem PiCo Cube. Mikrosystemtechnik & Mikroelektronik in Sachsen und Thüringen

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1 Meßsystem PiCo Cube Kraftfahrzeugtechnik Leistungselektronik Mikrosystemtechnik & Mikroelektronik in Sachsen und Thüringen Dipl.-Ing. Sebastian Gramstat Zwickau, 14. Mai 2009

2 Gliederung 1. Motivation 2. Meßprinzip 3. Sensormaterial 4. Meßwerterfassung 5. Applikation - Radbremse 6. Fazit / Ausblick Folie 2

3 1. Motivation Komfortaspekte Radbremse (NVH) effektive Druckverteilung maßgeblich Abb. 2: Druckverteilung Bremsbelag (Messung-stationär) Abb. 1: Verformungen bei Bremsbetätigung Wunsch: meßtechnische Erfassung auch dynamisch! Abb. 3: Druckverteilung Bremsbelag (Simulation) Folie 3

4 1. Motivation Meßsystem PiCo Cube Abb. 5: Meßverstärker Beschreibung Meßgröße Applikation Meßmodus Betriebsmodus Geometrie thermische Grenzen Forderung Kräfte in axialer Richtung Dynamometer dynamisch / quasi-statisch statisch / dynamisch möglichst geringe Strukturänderungen T von -20 C bis 70 C am Sensorelement Tab. 1: Übersicht über die gestellten Forderungen Abb. 4: Applikation Radbremse Folie 4

5 2. Meßprinzip Piezoelektrische Kraftmessung Abb. 6: Funktionsweise Piezoeffekt Folie 5

6 3. Sensormaterial Neuartige Piezokomposit-Technologie Basis: piezokeramische Faser (Blei-Zirkonat-Titanat = PZT) polymeres Matrixmaterial (Liocene PP 2602, Vantico Araldit 2020, Guß-Polyamid) Abb. 7: Schema piezokeramisches Komposit Abb. 8: piezokeramisches Komposit mit Kontaktierung Folie 6

7 4. Meßwerterfassung Kontaktierung Basis: Kupfer-Zinn (CuSn) / Silber (Ag) - Beschichtung am Sensorelement Folienelektroden kupferbeschichtete Kunststoffolie flexibel geringe Dicke Definition der Meßposition Abb. 9: Folienelektrode zur Kontaktierung der Sensorelemente Folie 7

8 4. Meßwerterfassung II III IV I Abb. 10: Schema Meßwerterfassung V Folie 8

9 4. Meßwerterfassung Speicherregime Amplitudendarstellung Zeitverlauf Betragsanzeige Abb. 11: Darstellung Meßsoftware Folie 9

10 5. Applikation - Radbremse Radbremse Bremsbelag (SENSING PAD) Abb. 12: Schema der Einbausituation Abb. 13: Komponenten des SENSING PAD Folie 10

11 5. Applikation - Radbremse Druckverteilung im dynamischen Betriebsmodus Abb. 14: Verifikation Reproduzierbarkeit (Messung 1) Abb. 15: Verifikation Reproduzierbarkeit (Messung 2) sehr gute Reproduktion Wiederholbarkeit: Fehler von rd. 3% Folie 11

12 5. Applikation - Radbremse Druckverteilung im dynamischen Betriebsmodus Abb. 16: Schematische Darstellung der Sensorsignale Folie 12

13 5. Applikation - Radbremse Druckverteilung im dynamischen Betriebsmodus deutliche Schwankungen erkennbar Abb. 17: Zeitverlauf der Sensorsignale Folie 13

14 5. Applikation - Radbremse Hoch- und niederfrequente Phänomene Abb. 18: Zeitverlauf Deceleration Abb. 19: Zeitverlauf In-Stop Erfassung der Zuspannkräfte (quasi-statisch) plus Aufzeigen dynamischer Phänomene (DTV ) Folie 14

15 6. Fazit / Ausblick Schaffung eines flexiblen und robusten Systems zur Bestimmung von Kräften / Drücken Berücksichtigung dynamischer / statischer Betriebsmodi Erfassung quasi-statischer sowie dynamischer Phänomene unbegrenzte Anzahl Meßkanäle (Kaskadierung Meßschaltung) Verwendung für weitere Applikationen im FuE-Bereich (auch non-automotive) Folie 15

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Folie 16