Piezokeramik in der Automobilindustrie
Piezokeramiken werden in der Automobilindustrie zur Herstellung hochpräziser Sensoren für verschiedene Anwendungen wie Motormanagement, Einparkhilfen, Füllstands- und Beschleunigungssensoren sowie Reifendrucküberwachung eingesetzt. Piezokeramiken zeichnen sich dadurch aus, dass sie präzise Messungen und Steuerungen ermöglichen, um die Leistung und Sicherheit von Fahrzeugen zu verbessern.
Leistungswandler
Sensorik
- Beschleunigungssensoren
- Energieerzeugung für Reifendrucksensoren
- Klopfsensoren
- Füllstandssensoren (Öl & Kraftstoff)
- Einparkhilfe
Bei dieser Anwendung schwingt die Piezokeramik mit einer hohen Frequenz von 1 MHz bis 3 MHz. Die Piezokeramik ist in eine integrierte Leiterplatte integriert, die Teil des Sensors ist. Der Sensor selbst ist mechanisch mit dem Boden des Öltanks im Auto verbunden. Die Piezokeramik arbeitet zunächst als Sender und erzeugt eine Ultraschallwelle in der Flüssigkeit. Die Ultraschallwelle wandert durch die Flüssigkeit und wird von der Oberfläche reflektiert. Der Piezowandler schaltet in den Empfangsmodus und erzeugt ein elektrisches Signal, sobald die reflektierte Welle auf die Oberfläche des Sensors trifft. Durch die Messung der Laufzeit der Ultraschallwelle zwischen dem Senden und dem Empfangen des Signals kann der Abstand zwischen dem Boden des Öltanks und der Oberfläche des Öls berechnet werden. Durch dieses intelligente System ist eine On-Board-Diagnose im Auto möglich. Es ersetzt die altmodische mechanische Methode durch einen Ölmessstab.
Ausführungen: Runde Scheiben
Eine piezokeramische Sensorplatte wandelt dynamische Druckschwankungen in elektrische Signale um, die dann entsprechend verarbeitet werden können. Die Druckschwankung wird durch eine mit dem piezokeramischen Teil gekoppelte seismische Masse erzeugt, die bei Beschleunigung des Gesamtsystems eine Kraft auf die piezokeramische Scheibe ausübt. Dieses System wird z. B. in dynamischen Radauswuchtmaschinen verwendet, bei denen jede Unwucht im Rad ein Signal im piezokeramischen Teil erzeugt. Damit ist es möglich, jede Unwucht an Autorädern innerhalb von Sekunden zu erkennen, zu quantifizieren und entsprechende Gegengewichte zu positionieren.
Ausführungen: Runde Scheiben, rechteckige Platten oder Ringe
Ein Klopfsensor besteht aus einem piezokeramischen Ring, einer seismischen Masse und Kontaktelektroden. Die komplette Einheit wird an einer geeigneten Stelle am Motorblock befestigt. Die Motorvibrationen beschleunigen den Klopfsensor und die seismische Masse erzeugt eine Kraft auf den piezokeramischen Ring. Der Ring erzeugt dann ein elektrisches Signal, das den Vibrationen in einem breiten Frequenzbereich entspricht. Tritt im Motor sogenanntes „Klopfen“ auf, weil Benzin mit einer niedrigeren Oktanzahl getankt wurde, oder sich die Betriebsbedingungen geändert haben, wird dieses Signal von der Auswerteelektronik erfasst und das Zündkennfeld entsprechend nachgeregelt. Durch dieses intelligente Motormanagement kann die Verbrennung sehr nahe an der Klopfgrenze betrieben werden, was den Kraftstoffverbrauch senkt.
Ausführungen: Ringe oder Runde Scheiben
Ein piezokeramischer Wandler sendet einen kurzen Ultraschallimpuls aus, der von einem Hindernis reflektiert wird, bevor er von demselben Piezo-Wandler wieder empfangen wird. Die Wellenlaufzeit wird zur Berechnung der Entfernung zum Hindernis verwendet. Sensoren dieser Art werden z. B. in Lastkraftwagen zur genauen Erfassung des Abstands zur Laderampe beim Rückwärtsfahren oder als Einparkhilfe in Pkws eingesetzt.
Ausführungen: Runde Scheiben, zum Teil mit umlaufender Metallisierung
