Das „Auto der Zukunft“ wird – aktuell angetrieben durch den Siegeszug der Elektrofahrzeuge – Schritt für Schritt zur Realität. Zahlreiche Funktionen, die noch vor zehn Jahren unmöglich erschienen, haben sich heute aufgrund der Fortschritte etwa bei der Sensortechnologie und der Fähigkeit, diese Technologie strategisch zu integrieren, quasi zum Standard entwickelt. Von diesem Einsatz integrierter Elektronik profitieren Hersteller, Erstausrüster und Endverbraucher gleichermaßen. Laut einer von BIS Research im November 2020[1] veröffentlichten Studie wird das Umsatzvolumen der Sensortechnologie bis 2025 weltweit auf etwa 353,5 Millionen US-Dollar jährlich geschätzt.

In Elastomerwerkstoff eingebetteter Sensor, kombiniert mit einer gedruckten Antenne

In Elastomerwerkstoff eingebetteter Sensor, kombiniert mit einer gedruckten Antenne (Bild: Dätwyler)

Ausgehend von einem kollaborativen Ansatz bei Design und Entwicklung, der funktionale Systeme statt einzelner Komponenten fokussiert, werden heute Sensoren effektiv mit fortschrittlichen Dichtungslösungen kombiniert. Daraus resultieren Vorteile über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg – insbesondere im Bereich der vorausschauenden Analytik und Wartung.

Sensoren, die entweder in Elastomerkomponenten eingebettet oder direkt auf deren Oberfläche gedruckt sind, erlauben in zahlreichen Einsatzszenarien die Erfassung von Daten zur Bestimmung der Effektivität eines bestimmten Teils oder Systems. Diese sensoraktiven Schichten können zur Registrierung von Messwerten wie Temperatur, Druck, Kraft und Abrieb oder auch Undichtigkeiten verwendet werden, um die vorausschauende Wartung zu erleichtern. Nehmen wir die Leckage als Beispiel: Werden kleine Flüssigkeitsmengen auf der Oberfläche einer Dichtung erkannt, kann automatisch ein Alarm erfolgen, der mitteilt, dass sich eine Fehlerquelle zu entwickeln beginnt. Diese lässt sich nun umgehend beseitigen, was Ausfallzeiten oder sogar ein Versagen des Systems verhindert.

Diese Fähigkeit zur Vorhersage der Ausfallwahrscheinlichkeit bestimmter Teile oder Komponenten ist für den Nutzer eines Fahrzeugs ein grundlegender Vorteil. Entsprechend groß ist das Interesse an dieser Funktion. Im Rahmen einer Studie zu 45 unterschiedlichen Einsatzszenarien haben die Analysen von Capgemini die vorausschauende Wartung als ein Anwendungsfall mit hohem Mehrwert für den Mobilitätssektor identifiziert. Darüber hinaus hat man das Potenzial intelligenter Sensoren zur Erkennung von technischen oder medizinischen Notfällen im Fahrzeug festgestellt[2].

Vorhersagbare Leistung

Gedruckte Sensorstruktur auf einem dehnbaren Elastomersubstrat

Gedruckte Sensorstruktur auf einem dehnbaren Elastomersubstrat (Bild: Dätwyler)

Diese Technologie lässt sich auch einsetzen, um die Qualität der Leistung eines Mediums zu erkennen, das in direktem Kontakt mit einer Dichtung steht – wie etwa Öl in einem Getriebe. So könnte das Sensorelement Kriterien oder Parameter des Öls ermitteln, anhand derer festgestellt werden kann, wann ein sinkendes Leistungsniveau einen Wechsel erforderlich macht. Auch Metallabrieb, der auf eine Fehlausrichtung des Getriebes hinweist, könnte beispielsweise erkannt werden. Insbesondere bei Elektrofahrzeugen wäre dies vorteilhaft, da hier die Motordrehzahl weit höher liegt als bei Standardgetrieben.

Für Dichtungslösungen ist es zudem wichtig, dass ein Sensor die Fähigkeit besitzt, das Verhalten eines Materials im Laufe der Zeit zu analysieren. Denn auf der Grundlage des Materialverhaltens lässt sich vorhersagen, ob ein Teil in naher Zukunft wahrscheinlich ausfallen wird. Unter Testbedingungen erlaubt der Einsatz eines Sensors bei spezifischen Teilen die Erfassung von Daten, anhand derer sich die Leistungsparameter von Komponenten optimieren lassen und ein Over-Engineering vermieden wird.

Bei Elektrofahrzeugen ist die Möglichkeit, die Batterie zu überwachen, von entscheidender Bedeutung – nicht nur für Wartungszwecke in Bezug auf den Zustand der Batterie, sondern auch aus Sicherheitsaspekten. Lithium-Ionen-Batterien haben strenge Vorgaben in Bezug auf die Betriebstemperatur. Wenn diese Temperaturen überschritten werden, besteht die Gefahr eines thermischen Durchgehens – also einer Überhitzung. Diese exotherme Reaktion führt häufig zu Bränden, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu löschen sind, da eine kontinuierliche Kühlung erforderlich ist.

Kein Zweifel: Integrierte Elektronik nimmt eine Schlüsselrolle in der Evolution des Mobilitätssektors ein, insbesondere wenn es um die prädiktive Analytik geht. Der Einsatz eingebetteter oder gedruckter Sensortechnologie generiert viele weitere Vorteile, die für sich eine stetig weiterentwickelnde Branche, ein deutliches Plus an Sicherheit und Nachhaltigkeit gewährleisten.

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[1] https://www.globenewswire.com/news-release/2020/11/18/2129518/0/en/Global-Electric-Vehicle-Sensors-Market-Report-2020-EV-Revolution-Set-to-Create-Annual-353-5-Million-Revenue-Opportunity-for-Sensor-Manufacturers-by-2025.html

[2] https://www.capgemini.com/wp-content/uploads/2019/03/30-min-–-Report-3.pdf