Entwicklung eines sensorischen Königszapfens

Herausforderung 

Die Aufgabe des Fraunhofer IST innerhalb des Projekts ist die Integration der Dünnschichtsensorik zur Messung der Last- und der Temperaturverteilung in der Hauptbelastungszone des komplex geformten Königszapfens. Dieser befindet sich zwischen Sattelzugmaschine und Anhänger. Die Kraftmessung mittels des sensorischen Königszapfens ist wichtig für das Zusammenspiel der Komponenten elektrisches Antriebsmodul, Traktionsbatterie und Batteriemanagementsystem und wird durch intelligente Regelalgorithmen sichergestellt.

Lösung 

Am Fraunhofer IST wurde ein piezoresistives Dünnschichtsystem zur Kraftmessung entwickelt.  Dafür wird das in der Abbildung unten dargestellte Schichtsystem so auf die manuell polierte Oberfläche des 6 kg schweren 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. Der am Fraunhofer IST entwickelte sensorische Königszapfen trägt also zur Reduzierung von Umweltschäden durch Fahrzeuge bei.