Entwicklung eines sensorischen Königszapfens

Herausforderung 

Am Fraunhofer IST wurde ein piezoresistives Dünnschichtsystem zur Kraftmessung entwickelt, das direkt auf dem komplex geformten sogenannten Königs­zapfen zwischen Sattelzugmaschine und Anhänger abgeschieden wird. Das Zusammenspiel der Komponenten Kraft­messsensorik, elektrisches Antriebsmodul, Traktionsbatterie und Batteriemanagementsystem wird durch intelligente Regelalgorithmen sichergestellt.

Lösung 

Die Aufgabe des Fraunhofer IST innerhalb des Projekts ist die Integration der Dünnschichtsensorik zur Messung der Last- und der Temperaturverteilung in der Hauptbelastungszone des 6 kg schweren Königszapfens. Dafür wird das in der Abbildung unten dargestellte Schichtsystem so auf die manuell polierte Oberfläche des Königszapfens abgeschieden und strukturiert, dass sich die Messbereiche im oberen Teil befinden. Die Leiterbahnen zu den Kontaktbereichen müssen, um im unteren Schraubverbindungsbereich angeordnet werden zu können, über mehrere Kanten geführt werden.

Mehrwert 

Mit den Ergebnissen der lokalen Zugkraftmessung des sensorischen Königszapfens erfolgt eine Regelung, um auftretende Zug- bzw. Schubkraft in der Anhängerkupplung zu kompensieren. Energie aus der Bremsleistung, die bei einer Bergabfahrt über die Elektromotoren rückgewonnen und in Batterien gespeichert wird, kann bei Bedarf, d. h. bei der Bergauffahrt oder bei Beschleunigungsvorgängen, dem Fahrzeug wieder als Antriebsleistung zur Verfügung gestellt werden. Das Zugfahrzeug wird entlastet, wodurch Energieverbrauch und der CO₂-Ausstoß minimiert werden.