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TECHNOLOGIE

Smarte Sensoren für eine sichere digitale Welt.

Seit vielen Jahren setzt die KMW mit ihren Innovationen neue Standards für Sensoren. Ein hochqualifiziertes Team von Forschungs- und Entwicklungsexperten fokussiert sich auf alle relevanten Aspekte des Themas, um neue Produkte zu kreieren, die die Produktivität ihrer Kunden deutlich steigert.

Dünnfilmtechnik – robust, sensibel und anwendungsspezifisch

Wir als KMW verfügen über jahrzehntelange Erfahrung in Design, Entwicklung und Serienproduktion von Mess- und Funktionselementen in Dünnschichttechnik. Diese Erfahrung bildet die Basis für unser breites Spektrum an generischer und kundenspezifischer Sensorik. Der Reinraum der Klasse ISO 5 und unsere hochmodernen Anlagen ermöglichen die Beschichtung verschiedenster Substrate aus Stahl, Keramik, speziellen Legierungen oder Kunststoff in vielfältigen Geometrien.

Als Funktionsschichten und zur Kontaktierung dienen keramische oder metallische Materialien. Substrat, Isolations- und Funktionsschichten werden von unserem Entwicklungsteam mittels Simulation und „Design of Experiments“ perfekt aufeinander abgestimmt. Das Ergebnis ist ein präzises und gleichzeitig robustes Messelement, welches den spezifischen Anforderungen der Sensing-Anwendung genau entspricht.

Auf Basis des Automotive-Standards IATF 16949 beherrschte Entwicklungs- und Produktionsprozesse garantieren eine termin- und kostengerechte Produktentstehung verbunden mit einer hervorragenden Qualität des Messelements im Serieneinsatz.

Aufbau- und Verbindungstechnik

Wesentliches Element zur Integration und Packaging von Messelementen in der Anwendung sind zuverlässige Prozesse der Aufbau- und Verbindungstechnik.

Neben verschiedenen Lötverfahren verfügt die KMW über ein breites Spektrum an Wire-Bonding-Prozessen zur robusten elektrischen Anbindung von Komponenten der Mikroelektronik in der Serienfertigung - inklusive Die-Montage und –Bonding.

Metallteile wie Messelemente, Medienanschlüsse und Gehäuse werden mittels Elektronenstrahl-, Laser- oder Widerstandsschweißung hermetisch und druckfest miteinander verbunden.

Um die Temperatur- und Vibrationsfestigkeit unserer Sensorik für extreme Anforderungen weiter zu erhöhen, ist die Aufbau- und Verbindungstechnik ein wesentliches Kernthema unserer Forschungs- und Entwicklungsarbeit.

Aus einer Hand: Intelligente, sichere Sensoren

Das Angebotsspektrum der KMW beinhaltet auch Entwicklung und Produktion von fertigen Sensoren, Transmittern und Messsystemen. Neben den nach Datenblatt verfügbaren Standard-Transmittern und –Messzellen bieten wir auf Basis des Automotive-Qualitätsstandards IATF 16949 aus einer Hand:

  • Konstruktion von Sensor-Aufbau und -Gehäuse mit kundenspezifischen Schnittstellen für Medien und Daten
  • Individuelle Entwicklung von Elektronik und Software mit kundenspezifischer Signalkonditionierung und -verarbeitung
  • Design, Qualifizierung und Zertifizierung gemäß verschiedener Industriestandards wie CE, UL, E1, ATEX, Functional Safety SIL2/3 und PLd
  • Erstellung und Qualifizierung aller für eine entsprechende komplette Serienfertigung notwendigen Fertigungs- und Prüfprozesse

Wir wollen für unsere Kunden höchsten Nutzen erzielen. Entsprechend arbeiten wir an einer optimalen Integrationstiefe des Produkts - sowohl im Aufbau wie auch in der Applikation. Wir machen Sensoren intelligent, robust, präzise, sicher und verfügbar.

Druckmessung in Wasserstoff

KMW stellt Messelemente und Sensoren für die Druckmessung von Wasserstoff in Brennstoffzellen oder in der Infrastruktur zur Verfügung. Die Sensoren sind in der Lage, in einem Druckbereichen von 3,5 bis 900 bar zu messen.

Unsere neuen, wasserstoffresistenten Funktionsschichten sind hochsensibel. Sie ermöglichen die Verwendung eines Messzellensubstrats aus Stahl der 316L-Gruppe mit einer deutlich dickeren Membran, welche eine äußerst hohe Überdruckfestigkeit besitzt. Eine Messzelle mit 3,5 bar Nenndruck bleibt beispielsweise bis 20 bar Überdruck schadensfrei.

Unsere Wasserstoffsensorik wurde unter extremen Bedingungen getestet und findet bereits kommerzielle Anwendung in Industriegasapplikationen.

Aktuelles Ziel ist es, Drucktransmitter nach dem Standard EC79 verfügbar zu machen.

Anwendungen in Verbrennungsmotoren

Mit den sich ergebenden Vorteilen eignen sich KMW-Sensoren für die Messung von Druck und Temperatur in den wichtigsten Systemen von großen, schnell, mittelschnell und langsam laufenden Verbrennungsmotoren.

Zylinderdruck (Zünddruck)

Seit mehr als 20 Jahren produziert KMW eigenentwickelte Sensoren für die Zylinderdruckmessung in großen Diesel-, Gas- und Dual-Fuel-Motoren.

Da die Messelemente hier hohen Temperaturen, schnelle Temperaturwechseln und starken Vibrationen dauerhaft widerstehen müssen, sind die wenigen auf dem Markt verfügbaren Lösungen teuer - und nicht immer zuverlässig.

KMW bietet dazu Sensorik unter Verwendung eines Messelements auf Nickelbasis mit einer hoch-temperaturbeständigen, keramischen Funktionsschicht (Dauertemperatur > 250 °C, Spitzentemperatur > 350 °C).

Trotz der extremen Temperatur- und Druckwechsel ist die Materialermüdung der Membran besonders gering, der relativ geringe Temperaturkoeffizient der Funktionsschicht reduziert die Temperatureinflüsse deutlich. Nach 20.000 Betriebsstunden bleibt der Spannenfehler < 0,5 %. Zur weiteren Reduzierung des Thermoschocks am Messelement kommt unser patentierter Flammschutz zum Einsatz.

Ein wesentlicher Vorteil des Messprinzips liegt darin, dass die bei KMW genutzte Technologie zu vergleichsweise niedrigen Kosten für den Serieneinsatz verfügbar ist.

Entsprechend ist die Sensorik neben der Zylinderdruckmessung selbstverständlich auch für andere Anwendungen im Bereich großer Verbrennungsmotoren wie beispielsweise Common-Rail-Druck-Messung geeignet.

Einspritzung

Durch die Fähigkeit, Drücke bis zu 2000 bar zu messen, sind die KMW Drucksensoren geeignet für die Druckmessung an verschiedenen Punkten in modernen Common-Rail-Einspritzsysteme. Sie ermöglichen:

  • Enge Steuerung der Speichereinspritzung.
  • Aufzeichnung und Diagnose von Bedingungen und Fehlern im Gesamtsystem.

Turbolader

Basierend auf dessen hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperatur und Druck bietet unser Z01 Sensor hohes Potenzial in der Messung von Temperaturen und Drücken in Abgasen und Ladeluft vor und nach den Turbinen und Kompressoren von Turboladern in großen Motoren. Potenzielle Anwendungen umfassen Forschung und Entwicklung sowie Serieneinsatz:

  • Berechnung von Kompressor- und Turbinenkennfeldern
  • Bestimmung des effektiven Ladeluftdruckverhältnisses
  • Bestimmung der Turboladereffizienz
  • Aufzeichnung und Diagnose durch Vergleich von gemessener und theoretischer Leistung (Kompressorkennlinien, Turbinenkennlinien)
  • Aufzeichnung und Diagnose des Gesamtzustandes des Turboladers für zustandsabhängige Wartung
  • Erzeugung von exakten “real-life” Betriebsprofilen

Multisensoren: ein Substrat - viele Funktionen

Die bei KMW verfügbaren, modernen und robusten Prozesse der Dünnschicht-, Aufbau- und Verbindungstechnik eignen sich hervorragend, um auf einem einzigen Messelement multifunktionale Sensoren (Multisensoren) mit hoher Robustheit und äußerster Präzision kostengünstig für Serienapplikationen zu realisieren. Ein durchdachtes Design der Sensor-Träger-Materialien und -Geometrien, der Funktionsschicht-Masken und -Materialien sowie der jeweiligen elektrischen und mechanischen Anbindung ermöglicht es, verschiedene Messgrößen in einem Package zur Verfügung zu stellen - angepasst an die Einbausituation oder direkt auf Kundenbauteilen.

Bereits bei kleinen und mittleren Stückzahlen ergibt sich ein deutlicher Kundennutzen:

  • Die Messdaten können an nur einem Medienanschluss erfasst und über eine zentrale Datenschnittstelle übermittelt werden.
  • Sich beeinflussende oder voneinander abhängige Messgrößen können bereits im Sensor kompensiert bzw. verrechnet werden.
  • Der Integrationsgrad ist entsprechend hoch, Aufwände werden reduziert.

Unter anderem stehen als kombinierbare Messgrößen im Fokus:

  • Druck
  • Temperatur
  • Leitwert
  • Strömung
  • Durchfluss (sowohl in Gasen, als auch in Flüssigkeiten)

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