Noch knapp zwei Wochen, dann öffnet die IAA mobility vom 07. bis 12. September 2021 ihre Pforten. Selten habe ich mich auf einen Branchentreff so gefreut. Denn diese IAA ist nicht nur die erste große automobile Präsenzveranstaltung nach der langen Corona-Pause, sondern auch die erste IAA, die in München stattfindet. Nach Berlin, Köln, Leipzig und zuletzt 70 Jahren Frankfurt/Main will die Autoshow in der bayerischen Landeshauptstadt ihren Neuanfang als „360-Grad-Mobilitätsplattform“ markieren.

„Mobilität ist ein Grundbedürfnis des Menschen – und das in allen Facetten zu erfüllen, ist eine immer größere Herausforderung für unsere Gesellschaft, der sich Wirtschaft und Politik stellen müssen“, betont Hildegard Müller, Präsidentin des Verbandes der Automobilindustrie und bekräftigt: „Die neue IAA wird Wege aufzeigen, wie diese Mobilitätsaufgaben verbunden werden können: effizient, wirtschaftlich, sozial und ökologisch.”

Die Messe will mit einem „Dreiklang“ überzeugen: Dialog, Vielfalt und Plattform. Dazu wurden neue Konzepte und Formate entwickelt. Der Summit auf dem Messegelände ist der fachbezogene Teil der IAA mit Marken- und Produktpräsentationen sowie Konferenzen. Auf dem Open Space sollen die schönste Plätze in der Münchner City zu Austauschforen für zukünftige Mobilitäts- und Technologiekonzepte werden. Als Verbindung zwischen Stadt und Messe entsteht mit der Blue Lane eine Teststrecke, auf der Besucher zukunftsorientierte Mobilität, wie automatisiertes Fahren, erleben können.

Ich bin gespannt, ob die „neue“ IAA mit ihren Inhalten überzeugen und der Messeveranstalter halten kann, was er verspricht – nämlich jeden Mobilitätsenthusiasten abzuholen. Denn ein bisschen erinnert mich der Dreiklang an das Überraschungs-Ei von Kinderschokolade, das drei Wünsche – „Schokolade, was Spannendes und was zum Spielen“ erfüllen sollte. Der Bastelinhalt sorgte leider des Öfteren auch für hängende Mundwinkel.

Stefanie Eckardt, Chefredakteurin HANSER automotive

16:9

Editorial Eckardt

 Batteriemanagementsystem  gut geschützt mit Pöppelmann

Die Marquardt Gruppe fertigt Batteriemanagementsysteme (BMS) für namhafte Fahrzeughersteller. Gemeinsam mit Pöppelmann KAPSTO hat der Mechatronik-Spezialist dafür individuelle Schutzelemente aus Kunststoff entwickelt, die Hochvolt-Stecker und Montageöffnungen der BMS bei Lagerung und Transport zuverlässig vor Verunreinigungen schützen. Der Einsatz von ressourcenschonendem Recyclingmaterial sorgt dabei für mehr Nachhaltigkeit.

Elektromobilität ist ein zentraler Baustein der Energiewende. Doch damit sich das Elektroauto gegenüber anderen Technologien durchsetzt, ist neben der Umweltfreundlichkeit auch die Reichweite entscheidend. Die leistungsfähigen Lithium-Ionen-Batterien, die die E-Mobilität überhaupt erst möglich machen, reagieren empfindlich auf Tiefenentladung, Überladung und Temperaturspitzen. Eine permanente Beobachtung der Batterie durch moderne Batteriemanagementsysteme, die kontinuierlich deren Zustand analysieren, ist daher notwendig. Die BMS tragen entscheidend dazu bei, die Sicherheit und Langlebigkeit von Batterien zu steigern. Einer der Hersteller dieser Schlüsseltechnologie für die E-Mobilität ist die Marquardt Gruppe. Das Familienunternehmen mit Stammsitz in Rietheim-Weilheim in Baden-Württemberg steht für intelligente elektronische und elektromechanische Systeme und Komponenten. Marquardt gelang Mitte der 1990er Jahre mit Fahrberechtigungssystemen der Einstieg im großen Stil ins Automotive-Segment. Heute gehört das Unternehmen zu den führenden Herstellern von mechatronischen Schalt- und Bediensystemen.

Die Batteriemanagementsysteme von Marquardt für E-Fahrzeuge verschiedener Hersteller sind hochempfindliche Bauteile, die weder mit Feuchtigkeit noch mit Staub in Berührung kommen dürfen, wie Felix Kammerer, Mechanikentwickler für Batteriemanagementsysteme bei Marquardt, erzählt: „Mit unseren Produkten bewegen wir uns im Hochvoltbereich von bis zu 800 Volt für rein elektrische Fahrzeuge. Da haben Verunreinigungen ganz schnell fatale Auswirkungen. Durch metallische Partikel können beispielsweise Kriechströme entstehen, die beim Batteriemanagementsystem zu Störungen oder gar zu Ausfällen führen können. Davor müssen wir unsere hochempfindlichen Bauteile zuverlässig schützen.“ So beispielsweise die Hauptsteuereinheit, die Marquardt für einen Premium-Fahrzeughersteller fertigt. Diese besitzt mehrere  offenliegende Hochvolt-Stecker und Montagezugänge. Um die Schnittstellen auf dem Transportweg zum Kunden, bei der Lagerung und Montage zuverlässig abzudecken, setzt Marquardt auf Pöppelmann KAPSTO, eine Division des Kunststoffspezialisten Pöppelmann aus Lohne. Der Geschäftsbereich stellt Kunststoff-Schutzelemente her, die sowohl im Spritzguss- als auch im Thermoformverfahren produziert werden und in der industriellen Fertigung zum Einsatz kommen. Die Stopfen und Kappen verhindern das Eindringen von Schmutz in sensible und funktionsentscheidende Komponenten und werden für unterschiedlichste Zielmärkte produziert, zum Beispiel für Hersteller und Zulieferer der Automobilindustrie. Das Normprogramm von Pöppelmann KAPSTO umfasst Produkte in über 3.000 Abmessungen, die in allen erdenklichen Anwendungsfällen für bestmöglichen Schutz sorgen und stets aus Lagerbestand lieferbar sind. Dazu kommt ein Sonderprogramm von noch einmal 2.000 weiteren Ausführungen, die der Kunststoffspezialist innerhalb von zwei Wochen bereitstellt.

Individuelle Fertigung,  perfekte Passformen

Weil die Schutzelemente für das BMS eines Premium-Fahrzeugherstellers spezielle Anforderungen erfüllen mussten, entschied Marquardt, die Kompetenz von Pöppelmann KAPSTO für eine gemeinsame Entwicklungsarbeit zu nutzen. Denn der Schutzelemente-Profi bietet seinen Kunden auch die schnelle Entwicklung ganz individueller Kappen und Stopfen an. Dafür vereint Pöppelmann alle Dienstleistungen – von der Produktentwicklung bis zur Serienfertigung – unter einem Dach und bietet mit FastLane die individuelle Produktentwicklung in Rekordzeit an. Nach einer positiv verlaufenen Machbarkeitsprüfung erstellen die Experten von KAPSTO innerhalb kürzester Zeit das Angebot inklusive Artikelkonzept in Form einer technischen Zeichnung oder Artikelskizze. Anschließend erfolgen auf CAD-Basis die Artikelkonstruktion sowie die Erstellung eines ersten Prototyps. Je nach Anforderung kommt zur Herstellung eines Ansichts- und Funktionsmusters aus Serienmaterial eine der beiden Service-Leistungen Rapid Prototyping oder Rapid Tooling zum Einsatz. So ist sichergestellt, dass auch individuelle Schutzelemente schnellstmöglich zur Serienfertigung gelangen.

Insgesamt benötigte Marquardt für das Bauteil innerhalb kürzester Zeit ein Angebot für sieben verschiedene Schutzlösungen. „Die BMS werden in Trays bei unserem Kunden angeliefert“, so Felix Kammerer. „Für die speziellen Montagezugänge und Anschlüsse haben wir Einzelkappen zur Abdeckung benötigt, denn diese Schutzelemente werden teilweise beim Fahrzeughersteller am Band zur Prüfung der Bauteile entfernt und dann für weitere Arbeitsschritte wieder aufgesetzt. Daher ist für die verwendeten Artikel ein fester Sitz bei gleichzeitig guter Handhabung wichtig. Ein weiterer wichtiger Faktor war natürlich die Kosteneffizienz.“ Um Marquardt schnell Muster zur Verfügung zu stellen, kam im ersten Schritt das Rapid Tooling, ein Dienstleistungsangebot, zur Herstellung von Prototypenwerkzeugen zum Einsatz. Bei diesem generativen Verfahren wird der Werkzeugeinsatz im 3D-Druck erstellt und in eine vorhandene Werkzeug-Stammform eingesetzt. Anschließend erfolgt die Fertigung aus Serienmaterial. So erhalten Kunden wie Marquardt aus dem gedruckten Werkzeugeinsatz zur Abmusterung nahezu den gleichen Artikel, den sie später aus einem Stahlwerkzeug zur Serienfertigung erhalten würden. Auch die Farbe entspricht bereits dem Serienprodukt. „Das war sehr hilfreich, weil wir die verschiedenen Schutzelemente dadurch sehr schnell abstimmen können – der Zeitfaktor eines Projekts ist für uns Entwickler besonders wichtig. Zudem haben wir von der Erfahrung und Kunststoffkompetenz von Pöppelmann KAPSTO profitiert und gern einige Optimierungsvorschläge aufgenommen, zum Beispiel Ideen zur Verbesserung der Handhabung durch die Möglichkeit, die Kappen beidseitig montieren zu können. Insgesamt war es eine sehr lösungsorientierte Zusammenarbeit mit schnellen Abstimmungen“, bestätigt Felix Kammerer. „Aufgrund der unterschiedlichen Formen und Größen der Abdeckungen haben wir uns zur Herstellung sowohl für das Spritzguss- als auch für das Thermoformverfahren, das sich eher für Schutzelemente von größeren Formaten eignet, entschieden“, ergänzt Rouven Südkamp, Projektleitung Normteile bei Pöppelmann KAPSTO, der das Projekt seitens des Schutzelemente-Herstellers begleitete.

Pöppelmann KAPSTO fertigt nun für das BMS drei Kontaktschutzkappen in verschiedenen Größen für Hochvolt-Stecker und eine Kappe für einen Signalstecker im Spritzgussverfahren sowie drei weitere Kappen im Thermoformverfahren, die für unterschiedliche Montageöffnungen vorgesehen sind. Zwei davon sind mit Grifflaschen versehen, wodurch die Demontage am Band des Kunden vereinfacht wird.

Hochvolt-Schutzelemente aus PCR – für mehr Nachhaltigkeit

Bei dem Projekt profitierte Marquardt davon, dass die Kunststoffexperten von Pöppelmann KAPSTO durch die Entwicklung einer eigenen Normreihe an Schutzelementen für den Bereich Hochvolt (HV) bereits über Erfahrung mit diesen Anwendungen verfügten. Diese flossen in das Design der individuellen HV-Schutzkappen für den Batteriemanagementgeräte-Hersteller ein. Die HV-Schutzkappen werden aus 100 Prozent Post-Consumer-Recyclingmaterial im eingesetzten Kunststoff gefertigt. Dieses Material besteht aus gebrauchten Kunststoffprodukten, die bereits einen Produktlebenszyklus durchlaufen haben und anschließend gesammelt und sortiert werden. Das hochwertige Polypropylen aus Post-Consumer-Rezyklat (PCR-PP) setzt Pöppelmann KAPSTO auch für seine neuen HV-Schutzabdeckungen aus dem Standardprogramm ein. Das Material weist in puncto Maßhaltigkeit, Montagefähigkeit und Funktionsanforderungen keine Unterschiede zur PP-Neuware auf. Die ressourcenschonenden Schutzelemente entstanden im Rahmen der Initiative PÖPPELMANN blue, die alle Aktivitäten des Kunststoffspezialisten bündelt, die sich für einen geschlossenen Materialkreislauf einsetzen. Seit Januar 2021 tragen die HV-Schutzelemente aus PCR-PP das renommierte Umweltzeichen Blauer Engel. „Viele unserer gängigen Normreihen sind mittlerweile auch als ressourcenschonende PCR-Schutzelemente erhältlich. Zahlreiche Kunden haben die nachhaltigeren Schutzelemente schon verwendet und bestätigen die bewährte KAPSTO Qualität. Nach der Entfernung sind die Kunststoffkappen und Verschlussstopfen nach individueller Prüfung wieder recycelbar und können somit den Materialkreislauf schließen“, erklärt Rouven Südkamp. Das überzeugte die Verantwortlichen bei Marquardt, so Felix Kammerer: „In unserem Unternehmen wird Nachhaltigkeit gelebt und auch die Umweltkonzepte unserer Kunden sehen vor, den Rohstoffeinsatz so gering wie möglich zu halten. Für die Schutzelemente, die zur Einmalnutzung gedacht sind, liegt der Einsatz von PCR nahe. Da wir sehr positive Erfahrungen mit den Produkten von Pöppelmann KAPSTO hinsichtlich Sitz, Passform und Handling gemacht haben, prüfen wir aktuell, ob wir auch weitere Artikel auf PCR-Material umstellen.“

Von der Erfahrung mit den Schutzlösungen im Hochvolt-Bereich, die Pöppelmann KAPSTO in dem gemeinsamen Entwicklungsprojekt mit Marquardt weiter ausbauen konnte, werden zukünftig viele weitere Kunden der beiden Partner profitieren. Die Verantwortlichen bei Marquardt haben schon festgestellt, dass sich die individuell entwickelten Schutzelemente auch in anderen Projekten gut einsetzen lassen. Und die Kunststoffexperten aus Lohne freuen sich, zahlreiche weitere Interessenten aus der Branche mit ihrer Kompetenz zu unterstützen, so Rouven Südkamp: „Wir verzeichnen eine stark gestiegene Nachfrage nach Schutzlösungen im Bereich der Elektromobilität, die unsere Entwicklungsabteilung mit ständig neuen und wechselnden Anforderungen ihre Kompetenz unter Beweis stellen lässt.“

Pöppelmann KAPSTO <a href="http://www.poeppelmann.com/de/kapsto" target="_blank">www.poeppelmann.com/de/kapsto</a>

Antje kleine Holthaus ist Marketing-Beauftragte von Pöppelmann in Lohne.

Die Revisionsabdeckung aus Polystyrol (PS) von Pöppelmann KAPSTO besitzt einen ergonomisch geformten Griff, der das Handling vereinfacht.

Fertigung von Batteriemanagementsystemen in Rietheim.

Batterien für E-Fahrzeuge müssen durch Langlebigkeit und Leistungsfähigkeit überzeugen – moderne BMS unterstützen mit kontinuierlicher Überwachung dabei.

Die Marquardt Gruppe schützt ihre hochempfindlichen BMS mit individuell entwickelten Schutzkappen – teilweise aus Rezyklat – von Pöppelmann KAPSTO.

Pöppelmann

Antriebsbatterien

Logistik

Flurförderzeuge

OEM Supplier

Elektronik

Automobile Zukunft : Auf Leistungsträger bauen

Speziell für die anspruchsvollen Anforderungen in der Automobilindustrie hat Amphenol Automotive das Rundkontaktsystem RADSOK R8S entwickelt. Das Kontaktsystem kommt in verschiedenen Größen für die Baureihen SmartSok, PowerSok, HeavySok, BatSok und GroundSok für Applikationen mit projektspezifischen Restschmutzanforderungen zum Einsatz.

Die Kontakte des Rundkontaktsystems RADSOK R8S lassen sich kundenspezifisch für eine Vielzahl an Gehäusevarianten und Pin-Belegungen konfigurieren. Das hyperbolische Kontaktsystem erlaubt die Optimierung der internen Steckkräfte, wobei die genutzte Kontaktfläche stets mehr als 65 Prozent der maximalen Kontaktfläche beträgt. Durch die Verwendung von gestanzten und vorgeformten Kontakten ist die Fertigung nicht nur kosteneffektiv, sondern auch zuverlässig.

Die Möglichkeit der Automatisierung erlaubt die sichere und zuverlässige Durchführung der einzelnen Prozesse bei gleichzeitig einfacher Montage. Da RADSOK R8S für den Einsatz in unterschiedlichen Konfigurationen optimiert ist, ist er stets zuverlässig. Durch den präzisen und kostenoptimierten Stanz- und Biegeprozess wird ein geringer Übergangswiderstand und eine hohe Korrosionsfestigkeit erreicht. Selbst bei hohen Temperaturen wie in Hochstromapplikationen mit hohen Umgebungstemperaturen zeigt RADSOK R8S dank patentiertem System nur einen geringen Spannungsabfall bei einer konstant hohen Stromübertragung. Eine saubere Kontaktierung über die gesamte Lebensdauer ist sichergestellt.

Neben der Selbstreinigung des Kontakts kann im Vergleich zum Vorgänger bis zu 65 Prozent an Gewicht reduziert werden. Zudem lässt sich die neue Version des Kontakts trotz leichter Unterscheidung zum Vorgänger mit den vorhandenen Werkzeugen montieren. Durch die nahezu vollautomatische Fertigung und die konsequente Überwachung des Prozesses, können zum einen eine hohe Fertigungskapazität und zum anderen die bestmögliche Qualität garantiert werden. In der Prozessüberwachung werden die relevanten Charakteristiken eines jeden RADSOK R8S gemäß den Anforderungen der Automobilindustrie gemessen und dokumentiert. Durch den Einsatz in unterschiedlichen Applikationen bei diversen Automobilherstellern ist der Kontakt nach USCAR- und LV214/215-Standards geprüft und freigegeben. Weitere kundenspezifische Anforderungen können im hauseigenen, nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditierten und unabhängigen Labor bei der Amphenol-Tuchel Electronics GmbH geprüft werden. Zukunftssicherung bedeutet für Amphenol Automotive hohe Qualität an Produkte und Prozesse bei hohem Anspruch an ein umweltgerechtes Verhalten.

Amphenol-Tuchel Automotive <a href="http://www.amphenol-automotive.de" target="_blank">www.amphenol-automotive.de</a>

Enis Karanlik ist Leiter Vertrieb & Projektmanagement bei Amphenol Automotive in Heilbronn.

Enis Karanlik ist Leiter Vertrieb & Projektmanagement bei Amphenol Automotive in Heilbronn.

Das für Temperaturen bis zu 180 °C ausgelegte Rundkontaktsystem RADSOK R8S eignet sich für die hohen Anforderungen in der Automobilindustrie.

Amphenol Tuchel

Steckverbinder

Elektromechanik

Powermanagement-ICs: Effizienz  steigern mit reduzierten Wandlerstufen

Der Fachartikel gibt einen Überblick über Branchentrends, die den Bedarf an fortschrittlichen Wandler- und Gehäusetechnologien im Automobilbereich forcieren. Im Fokus: Innovationen, die den Wirkungsgrad des Wandler-Designs in 48-V-Systemen verbessern.

Moderne Applikationen verfügen über schnelle Prozessoren, eine hohe Speicherdichte und eine Fülle von Funktionen. Gleichzeitig bieten sie eine höhere Zuverlässigkeit und verbrauchen weniger Strom. Der Wechsel zu Halbleiterprozessen mit kleineren Strukturen und geringeren Betriebsspannungen ermöglicht diese Verbesserungen – ohne die Chipfläche, die Kosten und den Bedarf an speziellen Materialien drastisch zu erhöhen. Umgekehrt reduzieren Stromversorgungssysteme mit höheren Spannungen – 48 V und höher – den Stromverbrauch und verbessern den Wirkungsgrad der Leistungsübertragung.

Bei Automobilanwendungen vergrößert das die Spannungsdifferenz zwischen den Stromversorgungssystemen und Anwendungen im Sensor-, Prozessor-, Speicher- und Kommunikationsbereich. Die Überbrückung des Spannungsgefälles erfordert in der Regel mehrere Wandlerstufen und Kompromisse mit höherem Einschaltwiderstand (RON = Leitungsverluste). Daraus ergibt sich ein geringerer Wirkungsgrad. Glücklicherweise wurden Fortschritte in der Wandlertechnologie und im Packaging gemacht, um den Wirkungsgrad der Wandler zu erhöhen und Leitungsverluste zu reduzieren.

Herausforderungen bei hoher Spannung und Stromausbeute

Ein Spannungswert von 48 V stellt einen akzeptablen Kompromiss für die Verbindungs- und Systemanforderungen dar. Die Herausforderung bei der Verwendung von 48 V als Versorgungsspannung: Moderne Digitalelektronik verwendet Spannungen von ca. 1 V. Um diese Systeme zu versorgen, werden Spannungswandler benötigt, die eine 48-V-Spannung beispielsweise in 1,2 V umwandeln. In vielen Anwendungen benötigen diese Low-Voltage-Spannungen auch zig Ampere Strom. Das kann bei Verwendung mehrerer Wandlerstufen zu sehr schlechten Wirkungsgraden bei der Spannungsreduzierung führen. Jede Wandlerstufe hat einen typischen Wirkungsgrad. Bei mehreren kaskadierten Stufen reduziert sich der Wirkungsgrad entsprechend der Multiplikation der Einzeleffizienzen.

Viele Schaltwandlertopologien verwenden Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) als Schaltbauteile in den Stromversorgungen. MOSFETs haben einen Drain-Source-Einschaltwiderstand (RDS(ON), oder RON), der einen intrinsischen Leitungsverlust im Gerät darstellt. Ein niedriger RON-Wert reduziert die Leitungsverluste in einem MOSFET erheblich und führt gleichzeitig zu einer geringeren Wärmeentwicklung – und vereinfacht das Wärmemanagement. Ein kühlerer MOSFET bewirkt auch einen niedrigeren RON-Wert, da RON eine Funktion der Temperatur ist und mit steigender Bausteintemperatur ansteigt (positiver Temperaturkoeffizient).

Verbesserung des Wirkungsgrads in 48-V-Systemen

Im Automobilbereich gewinnen 48-V-Mild-Hybrid-Fahrzeuge zunehmend an Bedeutung. Der Hauptunterschied zwischen Mild-Hybrid- und Standardfahrzeugen ist die Versorgungsspannung der Batterie. Mild-Hybrid-Systeme verwenden eine 48-Volt-Batterie, die die vierfache Spannung von Standardsystemen (12 V) aufweist. Da jedoch alle anderen Elemente wie die Steuergeräte gleichbleiben, wird die Differenz zwischen Eingangs-/Ausgangsspannung deutlich höher. Um die Umwandlung von hohen Spannungen in die niedrigen Spannungen von modernen integrierten Schaltungen in einer einzigen Stufe zu ermöglichen, hat ROHM die Nano-Pulse-Control-Wandlertechnologie entwickelt. Durch die Reduzierung der Einschaltzeit des DC/DC-Wandlers von typisch über 100 ns auf einige ns ermöglichen Komponenten mit Nano-Pulse-Control eine stabile Regelung bei extrem schmalen Pulsbreiten.

Eine technische Hürde, um bei hoher Frequenz aus einer höheren Eingangsspannung eine niedrigere Ausgangsspannung zu erreichen, ist die Verringerung der Schaltpulsbreite. Die Schaltpulsbreite wird mit steigender Eingangsspannung, sinkender Ausgangsspannung und steigender Frequenz schmaler. Daher wird für 48-V-Mild-Hybrid-Systeme eine Methode zur Reduzierung der Schaltpulsbreite benötigt. Um die Impulsbreite zu reduzieren, müssen jedoch zunächst Probleme im Zusammenhang mit den Störern beim Schalten gelöst werden.

Wenn es im IC zu einer Störbeeinflussung kommt, kann der Betrieb instabil werden. Um das zu verhindern, nutzen konventionelle Steuerungsmethoden die Maskenzeit. Außerdem ist für den Betrieb eine Analogschaltung erforderlich, die eine Verzögerungszeit einführt. Diese beiden Faktoren, die durch den erhöhten Rauschanteil entstehen, vergrößern die Pulsbreite. Es wird eine analoge Steuerung benötigt, die Hochspannungsprozesse und ultraschnelle Impulssteuerungsschaltungen nutzt, um vor dem Entstehen von Rauschen Informationen zu erkennen und entsprechend zu reagieren.

ROHMs Nano-Pulse-Control-Bauelemente wandeln Spannungen von bis zu 76 V in einer einzigen Stufe auf 2,5 V bei Schaltfrequenzen über 2 MHz. Sie erzielen damit wesentlich höhere Wirkungsgrade als bei der Verwendung von kaskadierten Wandlern bei gleicher Frequenz. Ein Vorteil der hohen Schaltfrequenz sind kleinere und damit kostengünstigere externe Bauelemente.

Mit zunehmender Verbreitung von High-Voltage-Versorgungen und sinkender Spannung für digitale Schaltungen, steigt die Nachfrage nach einer hocheffizienten DC/DC-Wandlung. Die Reduzierung auf eine einzige Wandlerstufe kann zu einer großen Effizienzsteigerung führen – ebenso wie das innovative Design der MOSFETs, das Leitungsverluste reduziert. W

ROHM Semiconductor <a href="http://www.rohm.de" target="_blank">www.rohm.de</a>

Michael Maurer ist Senior Application Marketing Manager ADAS bei ROHM Semiconductor Europe.

Michael Maurer ist Senior Application Marketing Manager ADAS bei ROHM Semiconductor Europe.

Die Schaltpulsbreite wird mit steigender Eingangsspannung, sinkender Ausgangsspannung und steigender Frequenz schmaler.

Der RON ist ein Produkt der kumulierten Widerstände vom Drain zur Source eines MOSFETs.

Rohm Semi

Elektronische Bauelemente

Kfz-Elektronik

Leistungselektronik

Gesteigerte Sicherheit mit Cabin und Driver Monitoring von Gentex

Das ganzheitliche Cabin Monitoring System von Gentex nutzt sowohl Kameras als auch Sensoren, um den Fahrer, Insassen und Objekte im Blick zu behalten und zusätzlich die Luftqualität im Fahrzeug zu messen.

Fahrerbeobachtung ist eine unerlässliche Voraussetzung in automatisierten Fahrzeugen, weil sichergestellt werden muss, dass der Fahrer beim Systemausfall/-fehler bereit ist, zur manuellen Steuerung zurückzukehren. Der Vorteil des Systems zur Fahrerbeobachtung von Gentex ist die Integration im Innenspiegel. Die Kamera ist dabei nicht sichtbar hinter dem Spiegelglas verborgen und stellt Bilder zur Analyse visueller Messgrößen des Fahrers zur Verfügung. Für ein ideales Ergebnis der Fahrerbeobachtung sorgen eine Infrarotkamera und eine Beleuchtung hinter dem Spiegel, die den Fahrer optimal ausleuchtet. Werden Müdigkeit oder Ablenkung erkannt, werden dem Fahrzeug entsprechende Signale zur Verfügung gestellt, um zu reagieren. Die Position des Spiegels ermöglicht die optimale Sicht, sowohl auf den Fahrer als auch auf den Innenraum.

Sobald eine Kamera im Spiegel integriert ist, lässt das weitere Anwendungsfelder mit dem skalierbaren System von Gentex zu. So können nicht nur Fahrer, sondern auch der Innenraum mithilfe einer Kamera mit größerem Öffnungswinkel und dadurch erweitertem Sichtfeld beobachtet werden. Die Erkennung von Objekten im Fahrzeug ist beispielweise für Car-Sharing-Dienste oder zukünftig autonome Taxis ein interessantes Szenario, um Fahrer oder Insassen über liegengelassene Objekte in Kenntnis zu setzen, via App oder indem man einen Einblick ins Fahrzeuginnere und dessen Zustand erhält. Damit die Zeit während der autonomen Fahrt bestens genutzt werden kann, verwandelt sich das Fahrzeug mithilfe der Kamera auch schnell in ein mobiles Kommunikationszentrum, in dem an Videotelefonaten teilgenommen werden kann. Hierfür würde eine RGB-Farbkamera zum Einsatz kommen.

Erkennung von Schadstoffen durch Sensoren

Die Messung der Luftqualität im Fahrzeuginneren ist über das Gentex Sensorsystems möglich, um Rauch, Dämpfe oder Luftschadstoffe zu erkennen. Diese Anwendungen sind unerlässlich, um die Sicherheit der Insassen autonomer Fahrzeuge zu gewährleisten. Zudem profitieren auch Anbieter von Car-Sharing-Diensten oder Mietfahrzeugen davon, indem sie über die Sauberkeit der Fahrzeuge Gewissheit haben.

Zur Raucherkennung kommt ein speziell für Fahrzeuge ausgelegter optoelektronischer Rauchmelder zum Einsatz. Die jahrelange Expertise von Gentex im gewerblichen Brandschutz ist dabei die Grundlage die Technologie auf Fahrzeuge zu übertragen. Sobald Rauch oder Dampf erkannt werden, erfolgt ein entsprechender Hinweis an den Fahrer oder die Insassen. Außerdem kann das Fahrzeug zur Reinigung vorgemerkt und der verursachende Insasse könnte an den Kosten beteiligt werden.

Ende 2020 hat Gentex die Firma Vaporsens übernommen und somit das Kompetenzportfolio auf diesem Gebiet erweitert. Mithilfe der Nanofaser-Sensortechnologie können nun auch Chemikalien wie Sprengstoffe oder flüchtige organische Verbindungen im Fahrzeug erkannt werden. Die chemische Sensortechnologie von Vaporsens besteht aus einem Netz von Nanofasern, welche rund tausend Mal kleiner sind als ein menschliches Haar. Die Technologie erlaubt den schnellen Nachweis bestimmter Substanzen mit hoher Empfindlichkeit in einer Größenordnung von ppb (Teile pro Milliarde) bis ppt (Teile pro Billion).

Alle Komponenten des Gentex Cabin Monitoring Systems können sowohl zusammen im Fahrzeug verbaut als auch modular integriert werden. Der Nutzen des Systems besteht darin, die Sicherheit des Fahrers und der Insassen zu gewährleisten. Für kommerzielle Anbieter ergibt sich der Vorteil, den Status des gesamten Fahrzeugbestandes im Blick zu behalten, was im Falle einer autonomen Fahrzeugflotte überaus nützlich ist. W

Gentex <a href="http://www.gentex.com" target="_blank">www.gentex.com</a>

Craig Lincoln Piersma ist Marketing Director bei Gentex.

Fahrerbeobachtung im Spiegel mit Kamera hinter dem Spiegelglas verborgen.

Gentex

Fahrerassistenzsysteme / Automatisiertes Fahren

Für zukünftige Abgasnormen werden deutlich verschärfte Anforderungen an die Schadstoffemissionen erwartet. Heutige Abgasnachbehandungssysteme funktionieren hervorragend bei Abgastemperaturen größer 200 °C. Während den Betriebszeiten mit geringerer Abgastemperatur sind die Konvertierungseigenschaften der Katalysatoren aber nicht ausreichend für zukünftige Emissionsanforderungen. Hier setzt das von HJS entwickelte Heizelement an.

In der Abgasgesetzgebung wurden in der Vergangenheit nicht nur die Grenzwerte für Schadstoffe reduziert, sondern auch die Testzyklen verschärft. Mit der aktuellen Emissionsgesetzgebung (Euro VI) für Nutzfahrzeuge wurden auch In-Use-Conformity-Grenzwerte für den realen Betrieb implementiert. Für zukünftige Abgasgrenzwerte (On-Highway: Euro VII, Off-Highway: Stufe V) wird erneut eine Verschärfung der Grenzwerte und eine Erweiterung der Einsatzbereiche im realen Betrieb erwartet.

Seit der Euro IV kommen Selectiv-Catalytic-Reduction-Systeme (SCR-Systeme) zur Reduzierung von Stickoxidemissionen (NOx) zum Einsatz. Diese basieren auf der Eindosierung eines Reagenzmittels (AdBlue) und der Reaktion des Reagenzmittels mit den Stickoxiden. SCR-Systeme funktionieren temperaturabhängig, eine signifikante Reaktion startet bei ca. 200 °C, erreicht einen stabilen Umsatz von ca. 99 Prozent zwischen etwa 300 und 450 °C und fällt dann etwas ab. Der Zeitraum bis zum Erreichen einer optimalen Betriebstemperatur wird Kaltstartverhalten genannt.

Die erwarteten zukünftigen Grenzwerte werden so niedrig sein, dass Abgasnachbehandungssysteme (AGN-Systeme) die NOx-Emissionen auch im Kaltstartverhalten verstärkt applikativ berücksichtigen müssen. Übliche Kaltstartzeiten in Nutzfahrzeuganwendungen liegen im Bereich von fünf bis zehn Minuten. Danach ist das SCR-System soweit aufgewärmt, dass nennenswerter NOx-Umsatz vorhanden ist.

Um während des Kaltstarts günstige Bedingungen für die SCR-Systeme zu erreichen, hat HJS einen elektrischen Heizer entwickelt. Der Heizleiter, als Kernelement, ist über Isolatoren elektrisch vom Gehäuse entkoppelt. Bei einem Kaltstart wird der Heizleiter vom Bordnetz elektrisch versorgt und heizt den Abgasmassenstrom auf. Lokal können, je nach Auslegung, rund 1000 °C im Heizer erreicht werden. Damit lassen sich Komponenten des AGN-Systems schnell auf Betriebstemperatur bringen.

Die Dimensionen des Heizleiters werden durch den gewünschten elektrischen Widerstand bestimmt. Dieser ist abhängig vom Bordnetz und der benötigten Leistung. Um die Kaltstartzeit möglichst klein zu halten, ist für Nutzfahrzeuge eine elektrische Leistung von ca. 10 kW notwendig, wobei durch kleine Änderungen in der Heizleitergeometrie auch deutlich höhere Leistungen (20 kW) dargestellt werden können. Die Auslegung des Heizleiters geschieht unter Berücksichtigung der notwendigen Oberfläche für die Wärmeübertragung und der Limitierung durch den verfügbaren Bauraum. Ein guter Kompromiss ergibt sich für einen Heizleiter mit einer Breite von etwa 40 mm (Länge des Bauteils im Abgasstrang) in einem 48-V-Bordnetz. Durch die geringe Materialstärke des Heizleiters ist der zusätzliche Gegendruck üblicherweise kleiner 5 mbar.

Der Heizleiter wird durch Keramikeinsätze in den Kammleisten gelagert und elektrisch isoliert. Die Geometrie der Keramikeinsätze sorgt für die korrekte Position und für eine spannungsfreie Längenausdehnung des Heizleiters bei Temperaturerhöhung.

Mithilfe dieses Lagerungskonzeptes ist eine einfache Skalierbarkeit des elektrischen Heizers möglich, weil die Kammleisten gut in der Länge zu modifizieren sind. Dadurch ist es leicht möglich, den elektrischen Heizer an verschiedene Durchmesser von Komponenten im AGN-System zu adaptieren.

Der Heizer vor einem DOC kann beim schnellen Erreichen der Light-Off-Temperatur unterstützen und somit Kaltstartphasen als auch aktive Regenerationen zeitlich reduzieren. Der Heizer vor einem SCR-beschichteten Dieselrußpartikelfilter (SDPF) führt zu einem raschen Aufheizen des SDPFs und damit zu einer hohen NOx-Konvertierungsrate. Diese Position des Heizers verhindert auch eine Abkühlung des SDPF im Falle von Schwachlastzyklen. Somit wird die NOx-Konvertierung trotz geringer Abgastemperaturen des Motors auf einem hohen Niveau gehalten. Für die Emissionsanforderungen ist ein SDPF oft nicht ausreichend, daher wird dahinter noch ein weiteres SCR-Substrat integriert. Dieses hat einen vorgeschalteten elektrischen Heizer, der für ausreichende Temperaturen und hohe NOx-Konvertierung sorgt. Im Bedarfsfall lässt sich der Heizer mit einer katalytischen Beschichtung ausstatten, um zum Beispiel die Aufbereitung des Harnstoff-Wasser-Gemisches zu unterstützen. Eine weitere Reduzierung der Kaltstartphase kann durch die Aktivierung des elektrischen Heizers vor dem Motorstart erreicht werden.

Zur Absicherung der Dauerhaltbarkeit wurden die verwendeten Komponenten im Heizer in Bezug auf das Risikopotenzial bewertet. Ein ständiger Temperaturwechsel des Heizleiters führt zu dauernden Längenänderungen des Materials und die Keramikeinsätze sorgen für eine spannungsfreie Längenausdehnung. Um dieses Konzept im frühen Reifegrad zu bestätigen, wird ein Schaltzyklendauerlauf durchgeführt. Dieser Versuch ist unabhängig von den späteren Applikationsparametern wie Bauraum und mechanischer Belastung. Beim Aufbau eines Prüfstandes wurde ein elektrisches Gebläse genutzt und der Luftstrom über einen Konus in den elektrischen Heizer geleitet. Der Heizer wurde an ein programmierbares Netzteil mit einer Spannungsversorgung von 48 V angeschlossen. Mithilfe eines Datenloggers wurden die relevanten Temperaturen aufgezeichnet. Neben den Ein- und Austrittstemperaturen des Heizers werden auch Oberflächentemperaturen des Heizleiters mitgeschrieben. Zusätzlich wurden an den Stromanschlüssen des Heizers und an den stromführenden Leitungen Thermoelemente platziert.

Der verwendete Testzyklus zeigt ein mögliches Betriebsverhalten. Mit angeschaltetem Gebläse wird der Heizer mit einer Leistung von 10 kW bestromt. Dabei erwärmt sich das Heizband auf bis zu 600 °C und erhitzt den Luftmassenstrom von ca. 20 °C auf über 180 °C innerhalb einer kurzen Betriebszeit. Der Stromanschluss wird hierbei auf ca. 70 °C erwärmt. Nach einer Minute Bestromung wird die Last abgeschaltet und der Heizer durch das Gebläse solange abgekühlt, bis die Temperatur nach dem Heizer wieder nahezu Umgebungstemperatur erreicht hat. Dieser Vorgang dauert etwa 2 min. Danach startet der Zyklus erneut. Im eingeschwungenen Zustand kühlt sich die Oberfläche des Heizers nur noch auf eine Temperatur von ca. 50 °C ab. Die Temperatur am Stromanschluss verharrt dann auch bei 70 °C.

Nach rund 30.000 durchgeführten Zyklen (1.500 Betriebsstunden) wurden keine Schädigungen im Heizer erkannt. Der Heizleiter zeigt leichte Verformungen, ist aber stabil in den Keramikeinsätzen gelagert. Auch sind keine Materialschäden erkennbar. So bestätigen die Ergebnisse des Schaltzyklentests die Dauerhaltbarkeit des Heizerkonzeptes.

Die Ergebnisse zeigen auch, dass für spätere Anwendungen ein zusätzlicher Fokus auf die weiteren Anbaukomponenten wie Kabel oder Anschlüsse gelegt werden muss. Hierfür ist ein intensiver Austausch zwischen HJS und den Anwendern notwendig.

HJS hat einen skalierbaren, elektrischen Heizer für die Anwendung in Abgasnachbehandlungssystemen entwickelt. Trotz der geringen Baulänge im Abgasstrang ist es möglich, den Abgasmassenstrom mit einer elektrischen Leistung von bis zu 20 kW mit einer hohen Geschwindigkeit und geringem Gegendruck aufzuheizen. So erreichen nachfolgende Komponenten früher eine Betriebstemperatur mit hohen NOx-Konvertierungsraten und erfüllen die hohen Anforderungen im realen Betrieb. Eine erste Absicherung der Dauerhaltbarkeit wurde mit einem Schaltzyklentest nachgewiesen. Dabei sind die Funktionen nach über 30.000 Zyklen komplett vorhanden.

HJS Emission Technology <a href="http://www.hjs.com" target="_blank">www.hjs.com</a>

Dipl.-Ing.(FH) Sandra Arndt arbeitet im Projektmanagement im Hause HJS. Dipl.-Ing. Simon Steigert ist Abteilungsleiter Technologieentwicklung bei der HJS Emission Technology GmbH & Co. KG in Menden. Dipl.-Ing. (FH) Dominik Lamotte hat die technische Projektleitung unter sich.

Schaltzyklentest: Nach ca. 30.000 durchgeführten Zyklen wurden keine Schädigungen im Heizer erkannt.

Komfort im Kfz

Kfz-Systeme

Für E-Autos und andere moderne Fahrzeugkonzepte:  Huf liefert den Einstieg

Hersteller von zukunftsweisenden Fahrzeugen vertrauen auf die flächenbündigen Türgriffe von Huf. Sie schmiegen sich nahtlos in die glatten Oberflächen modern designter Fahrzeuge ein, fahren auf Wunsch elektrisch aus und bieten dank Illumination eine zuverlässige Nutzerführung. Beim rotatorisch öffnenden Türgriff hat Huf den Bauraum nochmals deutlich reduziert und bietet so noch mehr Freiraum für kreatives Design und Leichtbauambitionen.

Elektromobilität und Digitalisierung revolutionieren nicht nur den Antrieb. Auch wie sich Fahrer und Nutzer einem Auto nähern und es öffnen, verändert sich grundlegend. Moderne Phone-as-a-Key-Systeme wie das von Huf, die Teil eines pollenden Fahrzeugsystems sind, erkennen schon heute digitale Schlüssel auf Smartphones, und das bereits in einem großen Umkreis rund um das Fahrzeug. Durch die Kombination von Funk-Technologien wie zum Beispiel BLE und UWB können unterschiedliche Erkennungsradien definiert und ein sicherer Fahrzeugzugang gewährleistet werden.

Die Annäherung des Fahrers eröffnet viele Möglichkeiten. Diese werden insbesondere von Automobilherstellern gefordert, die mit ihren Fahrzeugen Emotionen wecken und ein außergewöhnliches Fahrzeug- und damit auch Markenerlebnis bieten wollen. Es stellt sich also nur die Frage: Ab welchem Abstand zum Fahrzeug startet die Show? Die Entscheidung trifft der Automobilhersteller, die Hauptdarsteller kommen aus dem Hause Huf. Sei es mit Illumination am Fahrzeug für eine optimale Nutzerführung oder automatisch ausfahrbaren Elementen für den speziellen Wow-Effekt. Viele dieser Begrüßungs-Details integriert Huf in seine Türgriffe, denn diese Bauteile nehmen beim Fahrzeugzugang eine Sonderrolle ein: Sie sind der erste physische Kontakt zwischen Fahrer und Fahrzeug und machen das Erlebnis Automobil „greifbar“.

Huf ist der weltweit führende Automobilzulieferer für Türaußengriffe und stellt heute in seinen weltweiten Werken pro Jahr Türgriffkomponenten für mehr als 12,5 Millionen Fahrzeuge her. Den Großteil des aktuellen Absatzvolumens machen noch klassische Ziehtürgriffe aus, doch in den vergangenen Jahren ist eine deutliche Veränderung zu erkennen. Waren flächenbündige Türgriffe bisher speziell bei hochpreisigen Sportwagen verbaut, kommt nun auch eine breitere Kundschaft mit diesen modernen Türgriffsystemen in Kontakt. Grund dafür ist die stetig steigende Anzahl an Elektrofahrzeugen, die ähnliche Anforderungen an Design und Nutzererlebnis stellen.

Das wiederum senkt den Energieverbrauch und steigert die Reichweite der Elektroautos. Speziell für Modelle wie beispielsweise den VW ID.4 (in Asien) hat Huf zudem besonders leichte Türgriffsysteme entwickelt, die auf das Thema Leichtbau zusätzlich einzahlen und ebenfalls den Energieverbrauch reduzieren.

Besonders leicht und mit geringem Bauraum

Basierend auf Wünschen und Feedback der Kunden hat Huf den flächenbündigen Türgriff weiter optimiert. Mit sehr geringem Gewicht zählt das neue Modell zu den leichtesten Türgriffsystemen der Welt. Ein weiterer Vorteil des neuen Leichtgewichtes sind seine kompakten Abmessungen und die geringe Bautiefe. Damit kann der Türgriff in nahezu alle Fahrzeugtüren integriert werden und bietet damit viel Spielraum für besondere Design-Kniffe in der Karosserie oder weitere Bauteile innerhalb der Tür, die zum Beispiel die Unfallsicherheit erhöhen können. Dieser neue Türgriff von Huf öffnet rotatorisch: So dreht der Türgriff bei der Annäherung an das Fahrzeug ab einem Abstand von beispielweise 5 Meter bis zu einem Winkel von 15 Grad aus. Der Griff ist beleuchtet und leitet den Nutzer auch bei Nacht an sein Ziel.

Trotz seines geringen Gewichts und kompakter Abmessungen hält diese Innovation wie alle Türgriffe von Huf Zugkräften bis 1.200 Nm stand. Damit lässt sich im Notfall auch mit ungewöhnlichem Kraftaufwand die Tür öffnen. Mit allen anderen flächenbündigen Türgriffen von Huf hat das Leichtgewicht eine Eisbrecherfunktion gemein, die einen zuverlässigen Einstieg auch bei Temperaturen von minus 40 Grad und Vereisungen ermöglicht. Der versteckte Schließzylinder zur Notöffnung des Fahrzeugs kann auf Wunsch integriert werden. Ebenfalls optional verfügt der Türgriff über eine integrierte NFC-Antenne zur Öffnung der Tür durch Vorhalten des Smartphones.

Ob rotatorisch, ausfahrbar, aufklappend oder feststehend mit Griffmulde – Huf bietet für unterschiedliche Fahrzeugkonzepte die passenden Türgriffsysteme an. 2006 hat Huf den ersten flächenbündigen Türgriff im Mercedes SLS verbaut. Diese Variante mit seitlich aufklappendem Griff ist auch heute noch bei Sportwagen äußerst gefragt. Bestes Beispiel ist der Sportwagenhersteller Porsche, der seit 2019 flächenbündige Türgriffe von Huf mit automatischer Aufklappfunktionen im Porsche 911 (992) verbaut. Auch beim Taycan, dem ersten Porsche Seriensportwagen mit reinem Elektroantrieb, setzt der Hersteller auf dieses Türgriffkonzept. Zunehmend vertrauen neben den etablierten Größen der Branche auch Elektroauto-Newcomer auf die Türgriffe von Huf. Beim neuen Elektro-Pick-up Rivian R1T und dem SUV-Modell R1S sind die flächenbündigen Türgriffe des Herstellers nahezu unmerklich in die glatten Flanken der eindrucksvollen Fahrzeuge integriert. W

Huf Hülsbeck & Fürst GmbH & Co.KG <a href="http://www.huf-group.com" target="_blank">www.huf-group.com</a>

Michael Theidel ist Produktmanager in der Business Unit Exterior and Access bei Huf.

Gerade bei Sportwagen sehr gefragt: Der flächenbündige Türgriff von Huf mit automatischer Ausklappfunktion.

Der flächenbündige Türgriff von Huf liefert mit rotatorischer Öffnung und Beleuchtung ein modernes Nutzererlebnis und erfüllt mit kompakter Bauweise und geringem Gewicht weitere Wünsche der Automobilhersteller.

Huf Hülsbeck & Fürst GmbH

Elektromobilität

Mobilität

Infrarot-Lösungen optimieren  Interaktion mit dem Fahrzeug

Bereits heute sorgt die stetig größere Autonomie der Fahrzeuge für einen Wandel des Autoinnenraums. Wird der Fahrzeuglenker zum Passagier, entsteht gegenüber dem Interieur eine andere Erwartungshaltung. Neben Funktion und Sicherheit geht es um eine intuitive Interaktion mit dem Fahrzeug. Infrarotes Licht spielt hierbei eine zentrale Rolle.

Technologien wie die biometrische Identifikation, die bisher vor allem aus der Welt der Smartphones und Tablets bekannt waren, bieten neue Anwendungsmöglichkeiten. Neben der Entriegelung der Türen können eine Reihe von personifizierten Einstellungen im Auto freigeschaltet werden: von der gewünschten Sitzposition bis hin zur automatischen Wiedergabe der Musik des Lieblingskünstlers.

Verschiedene Studien zeigen, dass menschliches Fehlverhalten oftmals Ursache für schwere Verkehrsunfälle ist. Daher werden Sicherheitssysteme wie die Fahrerüberwachung (Driver-Monitoring-Systeme) immer wichtiger. In diesen Lösungen beleuchtet eine Infrarot-Lichtquelle das Gesicht des Fahrzeuglenkers. Eine Kamera zeichnet bis zu 60 Bilder pro Sekunde auf, die dann von einem System ausgewertet werden. Dabei wird die Blickrichtung des Fahrers oder auch die Häufigkeit des Lidschlusses analysiert. Mit diesen Informationen können Rückschlüsse auf eine Ablenkung oder zunehmende Ermüdung des Fahrers gezogen werden und dieser entsprechend gewarnt werden.

Technologie für In-Cabin-Monitoring-Systeme

Der Tara2000-AUT von ams OSRAM ist der erste AECQ-102-qualifizierte VCSEL Flood Illuminator. Das Bauteil erzielt einen Spitzenwert in puncto optischer Leistung. Die gleichmäßige Ausleuchtung des Field-of-Illumination sorgt für ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis und ermöglicht hochwertige Aufnahmen für die Kameras. Dank verschiedener Optik-Optionen eignet sich der Tara2000-AUT neben der Fahrerüberwachung auch für In-Cabin-Monitoring-Systeme.

Infrarotlicht hilft auch dabei, die Sitzposition der Fahrzeuginsassen zu bestimmen und zu vermeiden, dass etwas versehentlich im Fahrzeug zurückgelassen wird. Ein Beispiel: Die Rückgabe des Mietwagens. Das In-Cabin-Monitoring System erkennt, dass die Tasche auf dem Rücksitz vergessen wurde und alarmiert den Nutzer rechtzeitig über eine Nachricht auf dem Smartphone. Gleichzeitig helfen diese Systeme dabei, dass bei heißen Temperaturen vermieden wird, dass ein Kleinkind oder ein Hund im Auto vergessen wird.

Infrarotes Licht kommt außerdem bei Systemen zur Gestensteuerung im Fahrzeug zum Einsatz. Weniger komplexe Systeme, die bereits einfache Gesten und Bewegungsabläufe erkennen, greifen üblicherweise auf diskrete Bauteile wie einen separaten Emitter und Detektor zurück. Die speziellen Eigenschaften von VCSEL ermöglichen aber auch High-End Lösungen, die komplexere Bewegungen und Gesten des Fahrers dreidimensional erkennen und verarbeiten können.

In wenigen Jahren werden Fahrerkabinen ein grundlegend anderes Erscheinungsbild haben. Abhängig von der Fahrzeugklasse werden die Anforderungen hinsichtlich der Komplexität der Systeme durchaus unterschiedlich ausfallen – ein deutlicher Vorteil für Hersteller wie ams OSRAM, die mit ihrem umfassenden Portfolio jeden dieser Ansätze bedienen können. W

ams OSRAM <a href="http://www.ams-osram.com" target="_blank">www.ams-osram.com</a>

Firat Sarialtun ist Segment Manager In-Cabin Sensing bei ams OSRAM.

Ein Driver-Monitoring-System beleuchtet das Gesicht der Fahrerin gleichmäßig mit infrarotem Licht, um ihre Blickrichtung oder zunehmende Ermüdung festzustellen.

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Optoelektronische Bauelemente

Photonik

Optoelektronik

3M Friction Shims ermöglichen  sichere Verbindungen bei hohem Batteriegewicht

E-Autos haben buchstäblich schwer zu tragen. Der elektrifizierte Antriebsstrang mit seiner Batteriekapazität erhöht das Powertrain-Gewicht im  Vergleich zu klassischen Verbrennungsmotoren erheblich. Zwischen 300 und 750 kg bringen aktuell die Akkus der Stromer auf die Waage, um alltagstaugliche Reichweiten mit einer Batterieladung zu ermöglichen. Das stellt hohe Anforderungen an die Konstruktion – insbesondere was die Schraubverbindungen angeht.

Gleichzeitig zur Elektrifizierung des Antriebs unternehmen die Hersteller umfassende Anstrengungen im Bereich der Leichtbaukonstruktionen und bei der Auswahl innovativer Verbundwerkstoffe. Das bringt wiederum erhöhte Anforderungen an die Konstruktion von Fahrwerk, Achsen und Chassis mit sich: Es werden Maßnahmen notwendig, um Verbindungen gegen hohe Scherkräfte zu sichern – zum Beispiel, damit die Fahrwerksverschraubungen auch eine unliebsame Fahrzeug-Berührung mit der Bordsteinkante unbeschadet übersteht. Als Praxislösung haben sich in einer Reihe von Elektro- und Hybrid-Serienfahrzeugen reibwerterhöhende Scheiben wie 3M Friction Shims bewährt.

Die Scheiben dienen dazu, die Schraubverbindungen gegen hohe Scherkräfte zu sichern. In reibschlüssigen Verbindungen begrenzt der statische Reibwert die übertragbaren Kräfte und Drehmomente. Reibwerterhöhende Maßnahmen ermöglichen es, diese Grenzen nach oben zu verschieben und somit verlässliche, robuste Verbindungen zu schaffen. Bislang kommen die Scheiben im Automobilbau insbesondere im Antriebsstrang von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor zum Zuge. Hier ermöglichen sie zuverlässige und gleichzeitig leichte Konstruktionslösungen, beispielsweise Stirnpressverbindungen mit einer Zentralverschraubung an Kurbelwellen oder Nockenwellenverstellern. Somit lassen sich auf einfache und kostengünstige Weise ohne konstruktive Änderung der Verbindung bis zu fünf Mal höhere Drehmomente reibschlüssig sicher übertragen. Die Scheiben unterstützen Automobilhersteller und Zulieferer zudem dabei, ihre Leichtbauziele zu erreichen.

Reibwerterhöhende Scheiben für Elektromobilität

In Folge der Elektrifizierung des Automobils eröffnen sich zahlreiche neue Anwendungsbereiche für die Scheiben – beispielsweise Verbindungen zwischen Chassis, Achsen oder dem Fahrwerk. Aufgrund der erhöhten Anforderungen im Elektrofahrzeug eignen sich insbesondere Scheiben mit groben Oberflächen-Körnungen für zuverlässige und sichere Verbindungen von Aluminium und KTL-beschichteten Bauteilen. Wenn die Möglichkeiten von reibwerterhöhenden Maßnahmen bereits in der Fahrzeugentwicklung und Konstruktion berücksichtigt werden, können sie gezielt Leichtbaumaßnahmen unterstützen. Das Resultat sind leichtere und kompaktere Konstruktionen im Elektrofahrzeug, ohne dabei Kompromisse bei Kraft- und Drehmomentübertragung einzugehen. Darüber hinaus sind 3M Friction Shims dünn genug und weisen flexible Design-Möglichkeiten auf, um an bestehende Baugruppen-Designs angepasst zu werden. Somit ist es möglich, bestehende Geometrien im Nachhinein zu optimieren.

Lösungen für individuelle Anforderungen

Reibwerterhöhende Maßnahmen mit 3M Friction Shims tragen zu leichteren und kompakteren Konstruktionen bei, ohne dabei Kompromisse bei Kraft- und Drehmomentübertragung einzugehen. Sie bestehen aus einem Stahlsubstrat mit einer Chemisch-Nickel-Beschichtung und darin eingelagerten Diamanten. Wenn die Scheibe zwischen zwei Komponenten verpresst wird, dringen die Diamanten in die Gegenflächen ein und bilden so einen Mikroformschluss. Rund 240 Millionen Scheiben wurden bereits für die unterschiedlichen Anwendungsbereiche produziert. Mit langjähriger Expertise im Automobilbereich bietet 3M hohes Anwendungswissen sowie Fachkompetenz zum Thema Reibwerterhöhung aus einer Hand. Auf diese Weise ist es möglich, für die individuellen konstruktiven Anforderungen jeweils geeignete, effiziente und zuverlässige Lösungen zu finden. W

3M Advanced Materials <a href="http://go.3M.com/FrictionShimsAuto" target="_blank">go.3M.com/FrictionShimsAuto</a>

Dipl.-Ing. Florian Grimm ist Global Technical Lead – Auto Electrification in der Advanced Materials Division bei 3M Technical Ceramics.

3M Friction Shims gibt es in zahlreichen kundenspezifischen Ausführungen.

In Folge der Elektrifizierung eröffnen sich viele neue Anwendungsbereiche für die reibwerterhöhenden Scheiben, beispielsweise am Chassis oder Fahrwerk.

» Der Automotive-Markt  wächst am stärksten «

PhotoMOS und EV-DC-Contactors bilden neben den klassischen 12-V-Relais das Kerngeschäft von Panasonic Industry im Automobilbereich. Thomas Burgmayr und Michael Renner erläutern im Interview, warum das so ist und wie sich die Zukunft gestaltet.

In den letzten zwei Jahren erfuhr das Thema Elektromobilität einen bedeutenden Schub.

Renner: Ja, man könnte fast davon sprechen, dass der Dieselskandal ein wahrer Katalysator für den Wandel war. Gehversuche gab es von allen Herstellern, doch an die breite Serienreife hat sich lange niemand getraut.

Burgmayr: Wir sind seit 25 Jahren fester Bestandteil der globalen Elektromobilität. Als die Anrufe zu konkreten E-Auto-Projekten kamen, hatten wir die Lösungen schon parat.

Wer sind Ihre Kunden im Automotive-Geschäft – Automobilhersteller oder Zulieferer?

Renner: Die PhotoMOS-Relais werden hauptsächlich von Tier1- und Tier2-Zulieferern bezogen, die sich um Battery Monitoring Systeme kümmern. Aber auch Automobilhersteller fragen die Bauteile immer wieder direkt an. Automotive-Relais, auch die für den Einsatz in Elektrofahrzeugen gelangen hauptsächlich über Tier1-Zulieferer in den Markt.

Gibt es bereits Serieneinsätze im Fahrzeug?

Burgmayr: Panasonic EV-Relais sind bereits vielfach im Serieneinsatz bei europäischen sowie internationalen Fahrzeugherstellern. Weltweit gehen wir derzeit von ca. 43 Prozent Marktanteil aus. Panasonic war der Pionier auf dem Gebiet der EV-Relais und ist seit dem ersten Toyota Prius von 1997 im Markt.

Was sind die wichtigsten Aktivitäten von Panasonic im Bereich Elektromobilität?

Burgmayr: Wir stellen Komponenten für eine Vielzahl von Anwendungen im Fahrzeug ebenso wie in der Ladeinfrastruktur bereit. Unsere PhotoMOS-Relais kommen zum Beispiel in Batteriemanagementsystemen zur Isolationsüberwachung oder Batterieüberwachung zum Einsatz. Die EV-Relais finden auch in Trennsystemen Platz, um im Fehlerfall die Hochspannungsbatterie vom restlichen System zu trennen.

Entwickelt Panasonic einbaufertige Produkte, oder übernehmen Sie Teilaufgaben?

Renner: Als Vertriebsorganisation bringen wir im Wesentlichen einbaufertige Produkte, die hauptsächlich in Japan entwickelt wurden und weltweit gefertigt werden, auf den Markt. Aber natürlich sehen wir unsere Aufgabe auch darin, kundenspezifische Neuentwicklungen oder Produktänderungen zu diskutieren und auf den Weg zu bringen.

Welche besonderen Vorteile  bieten Sie Ihren Kunden?

Renner: Hohe Qualität und Zuverlässigkeit durch die vorherige Analyse der Anforderungen durch unsere Experten. Auch Sonderlösungen können mit unserer Fertigung diskutiert und realisiert werden.

Wo liegen die besonderen Herausforderungen bei Trenn-Relais?

Trenn-Relais müssen einen niedrigen Kontaktwiderstand über die Lebensdauer gewährleisten, sowie im Fehlerfall hohe Lasten von bis zu 1.500 A und 800 V abschalten können. Wichtig ist auch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Kurzschlüssen.

Welche speziellen Vorteile bieten  EV- und Halbleiter-Relais?

Burgmayr: Bei EV-Relais werden alle beweglichen Teile sowie die Kontakte in einer hermetisch dichten, mit Wasserstoff befüllten Kammer untergebracht, das gewährleistet Spitzenleistung auf kleinstem Raum sowie gleichbleibende Performance über die gesamte Lebensdauer. Im Vergleich zu anderen Halbleiterschaltern wie etwa Optokopplern bieten PhotoMOS eine lineare Ausgangscharakteristik, die also ohne Schwellwert Signale schaltet und diese somit nicht verfälscht.

Welche Vorteile bieten PhotoMOS gegenüber Reed-Relais?

Renner: Neben einer geringen Bauteilgröße bietet ein PhotoMOS hohe I/O-Isolationsspannungen von bis zu 5.000 V und hohe Widerstände gegen Schocks und Vibrationen. Durch prellfreies Verhalten garantiert es darüber hinaus eine hohe Kontaktzuverlässigkeit und einen stabilen On-Widerstand unabhängig von der Anzahl der Schaltspiele. Das wirkt sich natürlich enorm positiv auf die Lebensdauer des Bauteils aus.

Renner: PhotoMOS finden immer dann Verwendung, wenn hohe Spannungen, aber geringe Ströme geschaltet werden sollen. Das ist zum Beispiel bei der Isolations- oder Batterieüberwachung der Fall.

Bis zu welchen Stromstärken arbeiten die Trennrelais von Panasonic?

Burgmayr: Dauerströme bis 400 A bei 85 °C mit einer Abschaltfähigkeit von 1.500 A bei 800 V ohne Polarität der Lastkontakte. Kurzschlussströme bis 8.000 A sind je nach Relais-Type möglich.

Welche künftigen Entwicklungen planen Sie im Komponentenbereich?

Renner: Der Trend bei den PhotoMOS geht in Richtung höherer Schaltspannungen. Durch den Einsatz von SiC-MOSFETs kann der On-Widerstand dabei weiterhin geringgehalten werden. Neue Gehäuseformen werden den durch die höheren Spannungen gestiegenen Anforderungen an Kriechstrecken gerecht.

Burgmayr: Auch für elektromechanische Relais geht der Trend weiter zu höheren Spannungen. Zukünftige EV-Relais von Panasonic werden 1.000 VDC schalten können.

Panasonic Industry Europe GmbH <a href="http://www.industry.panasonic.eu" target="_blank">www.industry.panasonic.eu</a>

PhotoMOS-Relais kommen zum Beispiel zur Isolationsüberwachung zwischen Hoch- und Niederspannungskreisen in Hybrid- und Elektrofahrzeugen zum Einsatz.

Bei EV-Relais werden alle beweglichen Teile sowie die Kontakte in einer hermetisch dichten mit Wasserstoff befüllten Kammer untergebracht.

Panasonic

Dipl.-Ing. (FH) Thomas Burgmayr studierte Mechatronik / Feinwerktechnik an der Hochschule München. Seit April 2015 arbeitet er im Hause Panasonic. Derzeit ist Thomas Burgmayr als Senior Manager der Automotive Relay Section im Unternehmen tätig und zeigt sich in dieser Position für das Product Management und die Leitung des Bereichs Application Engineering verantwortlich.

B. Eng. Michael Renner ist Product Manager für Automotive PhotoMOS und in der Abteilung Signal & Sensing bei Panasonic tätig.

Relais

Neues Luftgebläse  zur Anwendung in Hybrid-Antrieben

Die zur Rheinmetall AG gehörende Pierburg GmbH hat ein drehzahlgeregeltes Gebläse für Sekundärluftsysteme entwickelt. Damit ist eine Anwendung in Hybrid-Antrieben möglich. Der neue Gebläsetyp rundet damit das Produktportfolio des Herstellers für Sekundärluftgebläse und Sekundärluftventile hinsichtlich zukunftsweisender Motortechnologien und Gesetzgebungen ab.

Zur Reduzierung von Emissionen in Ottomotoren haben sich Sekundärluftsysteme als gleichermaßen robust und effizient erwiesen. Sie bewirken eine schnelle Katalysatoraufheizung, benötigen dafür nur einen geringen Einsatz elektrischer Energie und sind in ihrer Wirkungsweise nicht durch schlechte Kraftstoffqualitäten eingeschränkt.

Das dazu gehörige Gebläse wurde von Pierburg in den letzten Jahren konsequent weiterentwickelt und mit einem drehzahlgeregelten Motor versehen. Mit dem neuen Gebläsetyp können ganz neue Anwendungen außerhalb des Ottomotors erschlossen werden.

Beim Ottomotor ermöglicht es das Gebläse, die Sekundärlufteinblasung in einem deutlich vergrößerten Bereich des Motorkennfelds einzusetzen, sodass zu jedem Zeitpunkt genau die erforderliche Luftmasse zur Beschleunigung der Katalysatorerwärmung in das Abgassystem eingeblasen wird.

Das neue Luftgebläse kann sowohl über die klassische Sekundärluft als auch über thermische Vorheizung die Katalysatoraufheizung beschleunigen. Damit erfüllt das Gebläse die motorischen Anforderungen für zukünftige Umweltgesetzgebungen wie EU7, WLTP oder China 6b.

Darüber hinaus ermöglicht das dauerlauffähige Gebläse in einer verwandten Anwendung eine kontrollierte Regeneration des Partikelfilters unabhängig von Umgebungs- und Fahrbedingungen.

Wirkungsweise der Sekundärlufteinblasung

Die Sekundärlufteinblasung dient der beschleunigten Aufheizung des Katalysators in Kaltstartphasen oder in Phasen von Wiederholstarts beispielsweise bei Hybridfahrzeugen oder im Start-Stopp-Betrieb. Die Methode beruht darauf, durch Verbrennung unter Luftmangel im Brennraum ein oxidierbares Gasgemisch im Abgassystem zu erzeugen, das durch das Einblasen von Luft direkt in das Abgassystem exotherm reagiert. So werden die unverbrannten Abgasbestandteile oxidiert und die Temperatur am Katalysatoreintritt signifikant gesteigert. Als Folge beschleunigt sich die Katalysatoraufheizung; Emissionen von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen reduzieren sich in der Aufheizphase.

Üblicherweise kommen heutzutage ungeregelte Gebläse zum Einsatz, die für einen bestimmten Luftmassenstrombereich ausgelegt sind. Bei geringem Motorluftmassenstrom bei niedriger Motorlast und -drehzahl kann eine auf hohen Massenstrom ausgelegte Sekundärluftpumpe (SLP) eine zu starke Abmagerung und Abkühlung des Abgases bewirken. Als Folge davon käme die exotherme Reaktion zum Erliegen. Andererseits kann die Luftmassenmenge der Sekundärluftpumpe bei hohem Motorluftmassenstrom zu gering sein, um eine exotherme Reaktion überhaupt zu starten. Eine ungeregelte Sekundärluftpumpe schränkt somit den Funktionsbereich der Sekundärlufteinblasung auf einen begrenzten Motorkennfeldbereich ein.

Erforderliche Luftmasse gezielt zugeführt