Hochtemperatursensor von BERU

Sensoren spielen in modernen Automobilen eine zentrale Rolle. Rund 100 der sensiblen Sinnesorgane hat ein Fahrzeug heute durchschnittlich an Bord. Grund: verschärfte Abgasgrenzwerte sowie ständig steigende Ansprüche an Sicherheit, Unfallschutz und Fahrspaß. Zum Schutz von Bauteilen wie Turboladern sind besondere Temperatursensoren erForderlich. Sie sitzen direkt im Abgasstrom, messen dessen Temperatur und leiten die Daten zur Auswertung und Weiterverarbeitung ans Motorsteuergerät weiter.

Mit dem neuen Hochtemperatursensor (HTS) von BERU steht der internationalen Automobilindustrie jetzt ein genauer, schneller, langzeitstabiler und baulich vielseitig verwendbarer Temperaturfühler zur Verfügung.

Zu den weiteren Entwicklungszielen zählten:

• ein Messbereich von -40 bis +950 Grad Celsius,
• eine Normkennlinie nach DIN IEC 751,
• Plug-and-play-Fähigkeit,
• extrem lange Lebensdauer,
• eine hohe Abgasbeständigkeit durch sorgfältige Werkstoffauswahl und spezielles Design,
• flexible Einbaulage,
• Abmessungen und Geometrien flexibel nach KundenanForderungen
• eine "One-size-fits-all-Lösung" für größtmögliche produktions- und fertigungstechnische Flexibilität.

HTS-Sensorelement aus Platin

Als eigentlichen Sensor verwendet BERU ein RTD-Element (Resistance Temperature Detector) aus Platin, das eigens auf diese Entwicklungsvorgaben abgestimmt ist. Zur Erfassung hoher Temperaturen eignen sich theoretisch ein NTC, also ein Messwiderstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, ein Thermoelement oder ein Platinmesswiderstand. BERU hat sich für die optimale Verbindung von Messbereich, Signalausbeute und Stabilität und deshalb für einen Dünnschicht-Platinmesswiderstand entschieden. Ein wesentlicher Pluspunkt eines solchen Platin-Sensorelements ist seine genormte Kennlinie und die OBD-Fähigkeit über alle Temperaturbereiche.

Herkömmliche Platinsensorelemente bestehen aus einer auf ein Substrat aus AluMINIumoxid aufgebrachten Platindünnschicht, die wiederum durch eine dünne Glasabdeckung vor Beschädigung geschützt ist. Bei Temperaturen von rund 800 Grad Celsius setzen bei Platinmesswiderständen Prozesse ein, durch die sich unter anderem ihre Kennlinie verändern kann. Beim neu entwickelten Platinmesswiderstand hat BERU deshalb diese Glasurschicht durch eine isolierende Keramikschicht ersetzt, die mit Hilfe spezieller Prozesse dicht aufgebracht wird. Dieser Aufbau verhindert eine chemische Alterung des Sensorelements.

Geschlossenes Sensordesign

Der neue BERU HTS ist ein geschlossener Hochtemperatursensor, dessen Aufbau auf zahlreichen Elementen aus dem BERU Glühkerzendesign basiert. Der Messwiderstand sitzt gut geschützt in einer geschlossenen, mit Magnesiumoxid gefüllten Schutzkappe. Diese besteht – wie alle sich daran anschließenden metallischen Komponenten – aus dem Chrom-Nickelsonderstahl INCONEL 601, der sich wegen seiner ausgezeichneten Temperatur- und Schwefelbeständigkeit hervorragend für die Anwendung eignet. Dieser Stahl hat sich bereits bei BERU Glühkerzen bestens bewährt, die ähnlichen Bedingungen unterworfen sind wie ein Temperatursensor im Abgas. Das Magnesiumoxid wird ebenfalls wie bei Glühkerzen der besseren Festigkeit wegen durch Crimping verdichtet. Zum Verbinden von Schutzkappe und Montagehülse werden Laserschweißprozesse verwendet.

Die Vorteile des Sensordesigns sind vielfältig: HTS-Sensoren von BERU besitzen beispielsweise eine schnelle Ansprechzeit und lassen sich in nahezu jeder Einbaulage installieren. Sensorspezialist Schneider erklärt: "Offene Konstruktionen muss man hingegen fast zwingend senkrecht nach unten einbauen, damit sich in ihnen kein Kondenswasser sammelt, das zur Korrosion des Sensors führen kann. Außerdem besteht bei offenen Sensoren immer die Gefahr, dass sich die Spitze mit Ruß zusetzt, was sich unter anderem auch negativ auf die Ansprechzeit des Sensors auswirkt. Beim geschlossenen HTS gibt es diese Form des Cloggings nicht." Extrem flexibel sind Maße und Geometrie des neuen BERU HTS-Sensors. Eintauchtiefen von 25 bis 70 mm lassen sich je nach KundenanForderung ebenso problemlos realisieren wie Biegewinkel von 90 bis 180 Grad. Gefertigt wird der HTS auf 2 vollautomatischen Linien am BERU Stammsitz in Ludwigsburg.

Den steigenden KundenanForderungen nach einer unter Qualitätsgesichtspunkten erForderlichen Ausweitung der Erprobung neuer, innovativer Sensorikprodukte bei gleichzeitiger Reduzierung der Entwicklungszeiten wird BERU unter anderem mit dem Forschungs- und Entwicklungszentrum (FEZ) in Ludwigsburg gerecht. Dort bietet der Spezialist für Zündungstechnik, Dieselkaltstarttechnologie, Elektronik und Sensorik seinen Partnern eine Vielzahl von Leistungen an: von der Entwicklung und Werkstoffauswahl, über einen leistungsfähigen Musterbau bis hin zur 100-prozentigen Erprobung auf eigenen Prüfständen und der elektromagnetischen Verträglichkeits-Spezifikation (EMV) im FEZ.

Für den HTS hat BERU eigens neue Test- und Prüfverfahren entwickelt. Beim so genannten Hotshake werden die Sensoren an einen Schwingtisch montiert, 144 Stunden lang auf 900 Grad Celsius erhitzt und gleichzeitig unterschiedlichen Arten von Schwingungen ausgesetzt, wie sie auch am Motor vorkommen können. Zum weiteren Prüfprocedere zählt auch ein Temperaturwechseltest, mit dessen Hilfe sich die unterschiedlichen Temperaturverhältnisse während des Fahrbetriebs simulieren lassen. Dazu fahren die Sensoren 12.000 Mal auf einem pneumatischen Tisch in einen 950 Grad heißen Ofen ein, während außerhalb eine Temperatur von rund 150 Grad Celsius herrscht.

BERU Sensoren

"Wir verstehen uns als Sensorik-Entwicklungspartner der internationalen Automobilindustrie und Automobilzulieferer", erklärt Schneider. "Dabei profitieren Kunden von über 30 Jahren Erfahrung auf dem Sensorsektor und unserem großen Fertigungs-Know-how in den Bereichen Metallverarbeitung und Kunststofftechnik." Im aktuellen Leistungsumfang hat sich BERU zunehmend auf innovative Sensoriklösungen für den Antriebs- und Abgasstrang spezialisiert. Dazu zählen unter anderem:

• Temperatur-Sensoren für Anwendungen in Dieselpartikelfiltern, Oxidationskatalysatoren, SCR-Systemen, NOx-Speicherkats und Turboladern wie der neue BERU HTS
• Bewegungs-Sensoren wie Drehzahlsensoren, Abstands- und Winkelsensoren
• SMART-Sensoren mit einer intelligenten Elektronik wie beispielsweise der von BERU entwickelte Kühleridentifikations-Sensor (Radiator Identification Sensor, RIS)