8526Druckkraftsensor

• Langzeitbeobachtung der Ausdehnung bei Lade- und Entladezyklen
• Bestimmung der auftretenden Kräfte mit Überwachung der Temperaturen
• Optimierung der Druckverteilung und Lebensdauer

Beschreibung

Durch die Lade- und Entladezyklen, dem Alter und den damit auftretenden Temperaturschwankungen entstehen störende Gase in der Batteriezelle, die sich in Folge ausdehnt. Hierdurch entsteht eine hohe Belastung auf das Gehäuse und die Umgebung der Zellen. Diese Beanspruchung variiert je nach Aufbau und Zusammensetzung der chemischen Verbindungen.

Besondere Anforderungen

• Genaue Erfassung der Kräfte bzw. Ausdehnung mit Temperatur beim Laden und Entladen der Zellen
• Exakte Bewertung des Langzeitverhaltens und Alterungsprozesses

Für die exakte reproduzierbare Erfassung ist ein kritische Blick auf die Details notwendig. Genau definierte Vorspannkräfte können durch die feine Steigung der Montageschrauben aufgebracht werden. Durch möglichst einheitlich aufgebrachte Anzugsmomente wird eine gleichmäßige Kraftverteilung (Vorlast) erzeugt.

Durch die bei der Verwendung entstehenden Gase und damit entstehende Ausdehnung der flexiblen Pouch-Zelle wird eine Kraft auf die Aufnahmefläche erzeugt. Die entstehende Kraft ist abhängig von der Chemie, Aufbau der Zellen, Form, Temperatur oder auch Anzahl der Lade- und Entladezyklen.

Lösung

Durch eine genaue Untersuchung des Temperatur-/Kraftverlaufs bei den unterschiedlichen Lade- und Endladezyklen, ist es möglich wichtige Rückschlüsse im Zusammenhang der chemischen Elemente und der strukturellen Varianten zu erhalten. Diese Problematik, wird bei den immer größer werdenden Packungsdichten, welche in der Regel über die Kaskadierung vieler Zellen erfolgt, immer größer.

Mit der genauen Untersuchung der Ausdehnung kann eine optimale Anpassung der Zusammensetzung des Akkus und der Auslegung des Gehäuses erfolgen. Diese Erkenntnisse der maximalen thermischen und mechanischen Belastung unter extremen Bedingungen hilft somit, eine genaue spezifizierte Anforderung auf die Umgebung zu definieren, um den Schutz und die Sicherheit zu gewährleisten.

Video Applikation

DIGIFORCE® 9311

• Schnelle Aufzeichnung des Kraftsignals durch hohe Abtastrate
• Bewertungszeit 25 ms
• Überwachung mit grafischen Bewertungselementen

Druckkraftsensor Typ 8526

• Kompakte Ausführung
• Aus nichtrostendem Edelstahl
• Schutzgrad IP64

MESSAUFGABE

Das formschlüssige Fügen oder auch Crimpen von rotationssymmetrischen Bauteilen und Baugruppen an Segmentformer- und Rollierformer-Anlagen soll überwacht werden. Je nach Ausführung werden die Bauteile mit 4 bis 16 Segmentbacken formschlüssig und symmetrisch verpresst. Neben der 100 %-Überwachung der Formschlüssigkeit soll auch ein möglicher Ausfall einer oder mehrerer Segment-Pressbacken beim Crimpvorgang überwacht werden.

BESONDERE ANFORDERUNGEN

Die Zugentlastung zwischen Hülse und Kabel und/oder die Dichtigkeit der Verbindung gegen Flüssigkeiten und Gase muss  sichergestellt werden. Da es sich oftmals um sicherheitskritische Bauteile handelt, sind diese Fertigungsprozesse zu 100 % dokumentationspflichtig und der Prozess muss vollständig überwacht werden.

LÖSUNG

Zur Überwachung des Crimpprozesses wird die Krafteinleitung der Segmentbacken in die Materialverformung als Kraft-Zeit-Verlauf ausgewertet. Der Druckkraftsensor Typ 8526 befindet sich im Hebel und misst die Einpresskraft. Die Auswertung des Kraft-Zeit-Verlaufs erfolgt über DIGIFORCE® 9311 synchron zum Crimpprozess. Die schnelle Aufzeichnung des Kraftsignals wird durch seine hohe Abtastrate ermöglicht. Aufgrund des servotechnischen Antriebes ist die Bewegung (Weg) konstant und reproduzierbar, daher wird das Kraftsignal als reine Kraft-Zeit-Kurve aufgenommen. Die X/Y-Kurve wird erfasst und mit dem Bewertungselement Hüllkurve überwacht.

Der Ausfall, Bruch oder Verschleiß einer Segmentbacke führt zu einer deutlichen Änderung der Kraft-Zeit-Kurvencharakteristik. Mithilfe der synchronen Aufzeichnung des DIGIFORCE® 9311 können eine Null-Fehler-Überwachung durch eine unmittelbare Bewertung des Crimpprozesses und die Ausgabe eines IO/NIO-Signals sichergestellt werden.

• Hohe Messgenauigkeit
• Schnelle Messwerterfassung
• Konfiguration über PROFIBUS

MESSAUFGABE

An einem vollautomatisierten Prüfstand sollen Sitze auf ihre Belastungseigenschaften überprüft werden. Folgende Eigenschaften sollen getestet und protokolliert werden:

• Verstellwinkel der Rückenlehne
• Drehkraft bzw. Drehmoment des Drehgriffs
• Gesamtgewicht des Sitzes (mit und ohne Dummy)
• Endpositionsbestimmung

Um eine klar definierte Aussage über die Kategorisierung des Kfz-Sitzes machen zu können, müssen die Messdaten erfasst und zusammen als Prüfendergebnis auf PROFIBUS-Ebene vernetzt und hinterlegt werden.

BESONDERE ANFORDERUNG

Alle Prüfdaten sollen gleichzeitig zur Speicherung übertragen werden, um erhebliche Erleichterung bei einer vergleichenden Protokollierung dieser Prüfung zu erzielen. Tariermöglichkeiten an montierten Sensoren müssen hinsichtlich der Vorlast (Belastung durch einen Dummy) realisiert werden.

LÖSUNG

Für die Aufnahme aller mechanischen Messgrößen werden folgende Sensoren eingesetzt:

• Verstellwinkel der Rückenlehne → Drehwinkelsensor Typ 8820
• Drehkraft bzw. Drehmoment d. Drehgriffs → Drehmomentsensor Typ 8661
• Gesamtgewicht des Sitzes → 2 Kraftsensoren Typ 8526
• Endpositionsbestimmung → Wegsensor Typ 8710

Sämtliche Sensorsignale werden mit 4 Sensor-Profibus-Modulen vom Typ 9221 erfasst. Gleichzeitig versorgen die Module die Sensoren mit Spannung und bewerten deren Signale. Die Messwertübertragung aller Module erfolgt parallel via PROFIBUS. Die Tarierungsansteuerung hinsichtlich einer eventuellen Vorlast, die durch einen Dummy hervorgerufen werden kann, erfolgt auf einfachstem Weg direkt von der SPS-Einheit über PROFIBUS.

• Vielseitig einsetzbar
• Schleppkettenfähiges Anschlusskabel
• Universeller Druckkraftsensor
• Schutzart IP64

MESSAUFGABE

Ein Hebelmechanismus soll nach der Montage in der Karosserie eines Kfz überprüft werden. Der Kraftsensor 8526 wird dafür an einem Roboterarm montiert. Durch die horizontale Gebrauchslage und das Eigengewicht des Werkzeugs wird eine entstehende Querkraft mithilfe von vier Linearführungen in unmittelbarer Umgebung des Kraftsensors abgefangen.

• Kompakte Bauform
• Einfach zu integrieren
• Kostengünstiger Kraftsensor
• Standardisierter Nennkennwert zum einfachen Austausch

MESSAUFGABE

In einem automatisierten Fertigungsprozess werden kleine Spiralfedern auf ein Bauteil gedrückt und auf eine definierte Kraft vorgespannt. Der Kraftsensor 8526 mit dem Messbereich 0 ... 10 kN baut sehr kompakt und kann somit direkt in das Werkzeug integriert werden. Durch die Bauart des Werkzeugs ist er dennoch gut zu erreichen und kann im Falle einer Havarie schnell ausgetauscht werden. Das Werkzeug ist so konstruiert, dass es unzulässige Querkräfte abfängt und den Kraftsensor lediglich in Messrichtung belastet.