SCHOTT solutions Nr. 2/2009 > Sensortechnologie

Unterwegs zu mehr Fahrkomfort und weniger Kraftstoffverbrauch: Schon bald lassen sich Autos mit bis zu zehn der neuen saw-Sensoren ausstatten. Foto: SCHOTT T. Bauer

Sensoren helfen
Sprit sparen


Ein neuartiges hermetisches Sensorgehäuse für die SAW-Technologie ermöglicht umweltfreundlichere Autos.


Bernd Müller

Die Automobilhersteller warten schon lange darauf: Drehmomentsensoren, die eine genaue Dosierung von Antriebskräften, Schalt­vorgängen und Lenkbewegungen ermöglichen und dadurch den Fahrkomfort erhöhen und den Kraftstoffverbrauch reduzieren. Doch bisher gab es keinen Sensor, der die Anforderungen an exakte Messungen und Dichtigkeit über die gesamte Lebensdauer – mindestens eine Viertelmillion Kilometer – vereinte. SCHOTT Electronic Packaging hat nun gemeinsam mit dem britischen Sensor-Technologieunternehmen Transense Technologies plc ein völlig neues dreiteiliges Gehäuse für einen SAW (Surface Acoustic Wave)-Sensor entwickelt, das alle Anforderungen erfüllt.
Das neue Sensorgehäuse von Transense und SCHOTT besteht erstmals aus drei Teilen: Basis, Ring und Deckel. Quelle: SCHOTT
Automatikgetriebe schalten immer sanfter. Doch trotz Doppelkupplung spüren die Insassen beim Schaltvorgang und Wiederbeschleunigen einen merklichen Ruck. Neuere Getriebe versuchen das durch eine ausgeklügelte elektronische Steuerung zu reduzieren. Doch immer noch kommt es zu sprunghaften Änderungen des Drehmoments während des Schaltens, besonders wenn Fahrzeug und Antriebsstrang schon älter sind und die Justierung gelitten hat. Der Grund: Es lassen sich bisher keine geeigneten Sensoren produzieren, die das Drehmoment im Antriebsstrang direkt messen können. Versuche verschiedener Hersteller, Drehmoment-Sensoren aus zwei Gehäuseteilen herzustellen, sind gescheitert, weil ein Gehäuse zur exakten Messung gleichzeitig elastisch aber auch absolut dicht sein muss. „Die Lösung von Transense und SCHOTT ist ein neuartiges Gehäuse, das ein Metall mit hoher Elastizitätsgrenze zur Kraftübertragung auf den Sensor mit einem gehärteten Metall kombiniert, das für hermetische Schmelzglasdurchführungen geeignet ist”, erklärt David Vile, Business Manager Torque Systems, Transense plc. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gehäuseformen besteht es erstmals aus drei Teilen, nämlich einer Basis, einem Ring und einem Deckel.

Die runde Basis-Scheibe besteht aus einem rostfreien Stahl, der nicht durch Hitze, sondern allein durch mechanische Bearbeitung gehärtet wird. So bleibt das Metall auch unter starker Dehnung elastisch und überträgt die Verformung des belasteten Bauteils linear auf den Sensor, der auf der Innenseite befestigt ist. Das zweite Gehäuse-Bauteil aus weichgeglühtem und rostfreiem Stahl enthält Öffnungen für die beiden Anschlusspins, die im Ofen mit Glaseinschmelzung hermetisch abgedichtet werden. Der Ring wird auf die Basis geschweißt, bevor der Sensor eingefügt wird. Nach Einsetzen des Sensors wird das Gehäuse dann mit einem Deckel aus rostfreiem Stahl verschlossen und eingeschweißt.

Herz des Drehmomentsensors ist ein belastungsempfindliches SAW-Bauelement. SAW steht für Surface Acoustic Wave bzw. akustische Oberflächenwelle und bezeichnet ein Prinzip, bei dem hochfrequente mechanische Schwingungen auf einer fein strukturierten Oberfläche erzeugt werden – ähnlich wie Wellen auf einer Wasseroberfläche.
Quelle: Transense
„Der Transense-Sensor besteht aus einem vorgeformten piezoelektrischen Quarz, auf den mit gängigen photo­lithographischen Verfahren bis zu drei Resonatoren aufgebracht werden”, so David Vile. Als Antwort auf ein Anregungssignal mit 433 Megahertz erzeugt der passive Sensor Signale mit der Eigenfrequenz des Resonators, die direkt in Beziehung zu den mechanischen und thermischen Verformungen der Quarzplättchen stehen. Daraus lassen sich Drehmoment und Temperatur bestimmen.
1991 gegründet, erschließt das britische Unternehmen Transense Technologies den Automotive-Markt mit der innovativen SAW-Technologie. Foto: Transense Technologies
Transense geht auch neue Wege bei der Datenübertragung. Denn damit der Sensor das Drehmoment exakt messen kann, muss er direkt auf Wellen oder Scheiben geschweißt oder gebondet werden und ist deshalb heißem Öl ausgesetzt. Elektrische Schleifkontakte sind in dieser Umgebung unzuverlässig, deshalb setzt Transense hier auf eine kontaktlose Signalübertragung via Funkkoppler. Die Zusammenarbeit zwischen Transense Technologies und SCHOTT Electronic Packaging besteht seit 2002. Mit der Entwicklung eines dreiteiligen Gehäuses für einen Drehmomentsensor, der nun bis zur Serienreife gediehen ist, starteten SCHOTT und Transense 2004. Transense verhandelt mit Automobilherstellern sowie Tier-1- und Tier-2-Zulieferern und geht davon aus, dass Fahrzeuge schon bald mit bis zu zehn SAW-Sensoren ausgerüstet werden können. Graham Storey, Commercial Director, Transense plc.: „Diese würden nicht nur sanfte und spritsparende Schaltvorgänge ermöglichen, sondern auch die Motorüberwachung, die Traktion durch Drehmomentanpassung und eine bessere Dosierung elektrischer Servolenkungen (EPAS) erlauben.” <|