Industriemaschinen
Hydraulikdrucksensoren
TE Connectivity fertigt Drucksensoren, Druckmessumformer und Drucktransmitter für Anwendungen zur hydraulischen Druckmessung.
Sensoren sind ein wesentlicher Bestandteil hydraulischer Anwendungen, in denen die mechanische Konstruktion unter Umgebungsbedingungen im Außenbereich besondere Herausforderungen stellt. Dies bringt Herausforderungen für Konstrukteure und Systemintegratoren mit sich und kann, wenn es nicht angemessen berücksichtigt wird, zu Projektverzögerungen oder Zuverlässigkeitsproblemen im Feldeinsatz führen.
Wenn Druckmessumformer in Hydrauliksystemen installiert werden, müssen bei der Auslegung verschiedene mechanische Herausforderungen berücksichtigt und erkannt werden. Nachfolgend sind die typischen Bereiche innerhalb hydraulischer Systeme aufgeführt, die Systemdesigner im Rahmen des Designprozesses berücksichtigen müssen:
- Arbeitsdruck
- Druckspitzen
- Prüfdruck
- Flüssigkeitsverbindungen
- Berstdruck
- Vibration und mechanischer Schock
- Druckermüdung
- Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen
Jedes dieser Probleme wird durch das Design und die Validierung des Sensors angegangen. Überdruckwerte, Berstdruckwerte, Ermüdungsanalysen und die Verwendung von Druckdämpfern sind Teil des Designprozesses und werden sowohl durch Simulation als auch durch empirische Tests validiert.
Umgebungsbedingungen
Standard-Drucksensoren können so verpackt werden, dass die Elektronik von der Außenwelt abgeschirmt ist. Der Drucksensor, ein abgedichteter Relativdrucksensor, wird am Tag der Kalibrierung auf den Barometerdruck geeicht. Bei Relativdrucksensoren wird so der Eintritt von Feuchtigkeit und Staub in den Drucksensor verhindert. Da sich Relativdrucksensoren auf die Atmosphäre beziehen, „atmen“ sie gewöhnlich durch ein Röhrchen im Kabelmantel oder ein Loch im Steckverbinder. Das Abdichten des Drucksensors ist üblich bei Hydraulikanwendungen, weil die Druckbereiche hoch genug sind, dass die Differenz im Barometerdruck von Ort zu Ort und Tag zu Tag in Prozent des Messbereichs vernachlässigbar ist. Der höhere Nutzen ist der Schutz des Sensors vor Feuchtigkeit, Staub, Vereisen und Hochdruckwäsche. 
Mechanischer Aufbau
In diesem Anwendungsfall kann das Hydrauliksystem jedoch einen Drucktransienten erfahren, der die Grenzwerte des Drucksensors überschreitet – beispielsweise wenn ein Gabelstapler eine volle Last mit hoher Geschwindigkeit auf einen Betonboden absetzt. Der Drosseleinsatz dämpft die Druckspitze und schützt damit die Membran des Sensors. Der TE Drosseleinsatz, auch Dämpfer oder Snubber genannt, ist kein zusätzlicher Adapter, sondern sitzt im Inneren des Anschlusses. Dies spart gegenüber Sensoren mit außenliegenden Drosseleinrichtungen Gesamtlänge und Gewicht.
Der industrielle Drucksensor AST4000, der diese Produktserie exemplarisch repräsentiert, ist mit Prozessanschlüssen in 1/4" NPT-Außengewinde, 7/16-20 UNF (SAE4) und 9/16-18 UNF (SAE6) erhältlich. TE kann einen geschweißten Drosseleinsatz aus Edelstahl im Druckanschluss vorsehen, der den Innendurchmesser der Bohrung reduziert und so den Sensor gegen Drucktransienten schützt, wie sie in Hydrauliksystemen häufiger auftreten.
Elektrischer Aufbau
 Diese Sensorfamilie für die Hydraulikdruckmessung bietet flexible Anschlussmöglichkeiten. Eine Auswahl von Kabellängen ermöglicht dem Kunden die problemlose Anbindung an seine Elektronik. Je nach Ausgangssignal empfiehlt TE maximale Kabelstrecken zur Begrenzung des Signalverlusts. TE bietet zudem ein umfassendes Portfolio an Steckverbindern, die in das Gehäuse des Drucksensors integriert sind. DEUTSCH DT04, M12x1, PT06A und DIN. Für OEM-Anforderungen kann TE ebenso einen kundenspezifischen Kabelsatz mit speziellen Kabellängen und integrierten Steckverbindern anbieten.
Der M7100 verfügt über ein geschweißtes Gehäuse, das gegen elektrische Störungen abschirmt und die Sensorelektronik auch in anspruchsvollen Anwendungsumgebungen und bei schwierigen Einbausituationen schützt. Die Elektronik des Drucksensors verfügt außerdem über einen EMI (Electromagnetic Interference)- und RFI (Radio Frequency Interference)-Schutz gemäß den neuesten CE-Normen für Industriegeräte.
Microfused™ Technologie
Äußerlich sehen Druckmessumformer alle relativ gleich aus, doch das Kernstück der Messzelle ist zwischen den verschiedenen Sensorherstellern sehr unterschiedlich. Einer der gängigsten wirtschaftlichen und technologisch machbaren Ansätze ist die Verwendung eines Dehnungsmessstreifens als Sensorelement, um die mechanische Belastung, die der Druck auf eine Membran ausübt, in ein genaues und wiederholbares elektrisches Ausgangssignal zu übertragen. Unsere Microfused-Dehnungsmessstreifen-Technologie wird in einer Wheatstone-Brückenkonfiguration eingesetzt, um die Dehnung in ein Spannungsausgangssignal umzuwandeln.
TE hat das Sensorelement als ein einziges bearbeitetes Bauteil konzipiert, das in den Gewindeanschluss integriert ist. Dieses optimierte Design sorgt für ein robustes Signal des Sensorelements und bietet ein hohes Maß an Überdruck- und Berstleistung. Ein Glasbondverfahren wird eingesetzt, um die Silizium-Dehnungsmessstreifen mit dem Metallanschluss zu fügen. Die Messstreifen sind optimal positioniert, um die Dehnung bei Druckänderungen korrekt zu messen. Zur Herstellung der Verbindungen zwischen den Messstreifen und der Auswerteelektronik werden industrieerprobte Drahtbondverfahren eingesetzt.
Konkurrierende Technologien auf dem Markt für hydraulische Drucksensoren, wie Dünnschicht-, Dickschicht- und keramikbasierte Technologien, verwenden separate Membranen mit Sensorelementen mit geringer Empfindlichkeit. Diese Technologien erfordern zusätzliche Schweißnähte in den Flüssigkeitswegen, internen O-Ringen oder zusätzliche Verarbeitungsschritte, die lange für lange Lieferketten-Durchlaufzeiten sorgen können. Alternative Technologien erfordern möglicherweise hohe Dehnungen in ihrem Sensorelement, um die geringe Empfindlichkeit zu kompensieren. Diese hohen Belastungen zusammen mit der mehrteiligen Konstruktion können zu einer reduzierten Langzeitstabilität und Haltbarkeit führen.
Die Microfused-Dehnungsmessstreifentechnologie von TE hat sich in der großvolumigen Fertigung bewährt, birgt ein geringes Risiko von Lieferkettenunterbrechungen und liefert eine robuste einteilige Flüssigkeitsverbindung, die das Risiko von internen Sensorausfällen und anderen mechanischen Herausforderungen reduziert.
