INNOVATIES / ONDERZOEK

Een jong gemotiveerd team, de allerbeste technische uitrusting en uitstekende contacten met hogescholen en andere wetenschappelijke instellingen laten brehmermechatronics ook op het gebied van innovatief onderzoek sinds lange tijd intensief werkzaam zijn. Steeds ontvankelijk voor nieuwe ideeën, worden hier boeiende projecten voor de "industrie 4.0" en tevens innovatieve mechatronica-oplossingen voor motor- en bedrijfsvoertuigen gerealiseerd.

Verder werd er reeds met voorafgaande ontwikkelingen voor de sector "Industrie 4.0" en voertuigcomponenten, zoals een Zero-Power Switch, de AdBlue-Sensor en een multikwaliteitssensor, begonnen. Tal van onze onderzoeksprojecten worden door middelen vanwege het BMWI (Duits Bondsministerie voor Economische Samenwerking en Technologie) en het BMBF (Duits Bondsministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap) gesubsidieerd.

INNOVATIES / ONDERZOEK

I-CHAIN

In de sector "Industrie 4.0" werd er vooraf een intelligente kettingschakel "i-Chain" ontwikkeld. Door middel van een geïntegreerde sensor kan deze kettingschakel trekkrachten in aandrijf- en stuurkettingen meten en draadloos overbrengen. Zo kan slijtage of een storing vroegtijdig gedetecteerd worden.

I-CHAIN

SENSA-BOLT

Het innovatieve project "SensA-Bolt" vertolkt de ontwikkeling van een zelfcontrolerende schroefverbinding, wier functie en praktische toepassing de eigen adaptieve controle van de voorspankrachten uitmaken om daarmee zwaarbelaste schroefverbindingen intelligent en duurzaam te beveiligen.

SENSA-BOLT

CONTACTLOZE VEERWEGSENSOR

Als het op een exacte en actueel afgestemde controle van de veerweg aankomt, zo bijvoorbeeld bij het gebruik in de auto, aan de motorfiets of ook in de racesport, wordt de "contactloze veerwegsensor" gebruikt.

In het kader van dit project werd er een compact sensorsysteem ontwikkeld dat zonder contact of aanraking metingen van veerwegen van maximaal 60 cm mogelijk maakt. Dit systeem is speciaal voor toepassingsgebieden bij motor-, bedrijfs- en speciale voertuigen en in de racesport voorzien. Precies voor dit onderzoeksproject worden er optimale omstandigheden geboden om dit bij een praktische toepassing in de motorracesport door het brehmermechatronics racing team succesvol op de proef te stellen.

CONTACTLOZE VEERWEGSENSOR

SENSA-CHAIR

In het kader van een gemeenschappelijk onderzoeksproject wordt er in een team van universiteiten, technische hogescholen en middenbedrijven aan onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van het intelligente zitsysteem "SensA-Chair" dat zich adaptief aan de zithouding van de gebruiker aanpast en aan de hand van geïdentificeerde stoelmodellen en musculoskeletale belasting de zittende persoon prospectief tot een wijziging van zithoudingen aanspoort. Met behulp van dit adaptieve zitsysteem wordt statisch zitten vermeden en de gebruiker doelgericht tot dynamisch zitten aangezet. Niet het zitten op zich is het probleem, maar het lang verstarren in belastende zitposities.

Door een model voor een gestimuleerde wijziging van de zitpositie, in een voor de rug ontlastend zitprofiel, werd de stoel zodanig geoptimaliseerd, dat hij de gezondheid ten goede komt. Rekening gehouden werd er zowel met typische zitposities voor werkzaamheden op kantoor resp. aan de pc als met arbeidsposities die in het kader van de digitale verandering bijzondere posities met mobiele arbeidsmiddelen (notebook, smartphone etc.) centraal stellen.

Met betrekking tot de belasting van de wervellichamen en tussenwervelschijven werd de herleiding tot zes archetypische posities kwalitatief in een rapportcijfersysteem geclassificeerd. Slechtere cijfers beschrijven hogere, van de specifieke positie afhankelijke vormen van belasting door krachten en momenten die op de zittende persoon invloed uitoefenen. Deze classificatie toonde aan dat reële – subjectief, tijdelijk comfortabele – zitprofielen deels duidelijk van het ideaal afwijken.

Het systeem is gebaseerd op twee elkaar aanvullende actorprincipes. Aan de hand van de stoelmodellen en de daaruit resulterende drukverdeling op de zitting en op de rugleuning analyseert het systeem de belasting van de zittende persoon en bepaalt het de in deze positie gezonde verblijfsduur. Vervolgens wordt de microverstelling in de zitting geactiveerd. Daardoor worden lokaal minieme wijzigingen van de hoogte van de zitting geïnitieerd. De gebruiker ervaart deze slechts in het onderbewustzijn als storend, hij wordt echter subtiel aangespoord, een andere zitpositie in te nemen.

De actor is gebaseerd op de wisselwerking van een van geheugenmetaal gemaakt element met een bladveer. Als de gebruiker niet op de microverstelling reageert, wordt de 3D-macroverstel¬lung van de zitting geactiveerd en de gebruiker actief tot een minder belastende zitpositie bewogen. Het systeem kan via een app geconfigureerd en bijgevolg kan ook het dagelijks specifieke gebruikersgedrag  geanalyseerd worden.

Systeemkenmerken

  • De zitting van de stoel wordt door twee actoren driedimensionaal versteld.
  • In de zitting en de rugleuning zijn er actoren en sensoren voor de microverstelling van de zitting geïntegreerd.
  • Aan de opbouw is zodanig vorm gegeven, dat de integratie van de actoriek een gewoon beeld oplevert.
  • De horizontaal en verticaal verstelbare armleuningen garanderen individuele zitposities.
  • Door een in de zitschaal geïntegreerde hefboom is de zithoogte snel en betrouwbaar aan te passen.
  • Door een QR-code aan de achterzijde van de rugleuning kan de app moeiteloos met de stoel verbonden worden.
SENSA-CHAIR

SCHAKELINGDETECTIEAUTOMAAT

Voor de voertuigindustrie werd er een onderzoeksproject "Schakelingdetectie" gerealiseerd, ter ondersteuning van snelle gangwissels bij het schakelen naar een hogere en lagere versnelling. Eenvoudig afstellen en parametriseren stonden daarbij al even centraal als de programmering door middel van een smartphone app via NFC, Bluetooth of WLAN.

Doelstelling van het project
De schakelingdetectieautomaat (in Duitsland “GWEA”) voor motorfietsen detecteert de gewenste gangwissel van de motorrijder en maakt een zowel geautomatiseerd als koppelingsvrij schakelen naar een hogere en lagere versnelling mogelijk. Hij verkort zodoende de schakeltijden van de gangwissels tijdens de rit. Voor het overige worden de door de gebruiker met de hand te leveren inspanningen duidelijk verminderd, omdat de koppeling alleen bij het starten/remmen bediend moet worden.

De in het kader van een onderzoeksproject ontwikkelde GWEA maakt door zijn geïntegreerde elektronica een bidirectioneel schakelen van de versnellingen mogelijk dat afhankelijk van de belasting door een geïntegreerde krachtmeting binnen de GWEA geactiveerd wordt. Aanvullend kan de GWEA door een geïntegreerde NFC-interface in overeenstemming met de wensen van de gebruiker geconfigureerd worden.

Het prototype
Het eerste prototype (afb. links) van de schakelingdetectieautomaat werd met behulp van metaaldraaionderdelen uit de prototypebouw en op basis van een geïntegreerde elektronica met geïntegreerde Hall-sensor en glijstukken van kunststof gemaakt. Dit prototype werd dan tijdens meerdere veldtests door het Brehmer Racing Team uitgeprobeerd en aan de hand van de behaalde resultaten geoptimaliseerd.

Het product
De GWEA (afbeelding rechts) werd voor het laatst ter gelegenheid van de RL-Cup door het Brehmer Racing Team op de Nürburgring getest. Bovendien voldoet deze aantoonbaar aan alle milieutechnische eisen. Actueel wordt er gewerkt aan een model met toelating voor het gebruik op de openbare weg (conform richtlijnen vanwege de OEM) dat op grond van tot nu toe gekende problemen met de EMC nog niet gerealiseerd kon worden.

Technische gegevens

  • Bedrijfstemperatuur: –10°C tot +80°C
  • Bedrijfsspanning: 5V
  • Bruikbaar signaalbereik: 0.3V tot 4.7V (herhalingsnauwkeurigheid <3%)
  • Beschermingsniveau: IP69K
  • Regelbereik 3 mm – 8 mm
SCHAKELINGDETECTIEAUTOMAAT

KMMIS: KUNSTSTOF MOTORHUISDEKSEL VOOR MOTOREN VAN MOTORFIETSEN MET GEÏNTEGREERDE SENSORIEK

Tegenwoordig bestaan typische versnellingsbakdeksels voor motorfietsen uit meerdere componenten: deksel, bevestigingsschroeven, afdichtingsring, steunplaat, elastomeerschijf en schroeven voor de bevestiging van laatstgenoemde. De voornaamste taken bestaan uit de afdichting van de versnellingsbak en van de koppeling om lekkage te vermijden en om de geluidsemissies, ter naleving van de euronorm 4, te verminderen. Mogelijkheden om factoren zoals de koppelingsslag of de olietemperatuur te detecteren, bestaan er echter niet. Zeer vaak worden deze versnellingsbakdeksels op basis van een magnesiumlegering gemaakt.

Doelstelling van het project
Het koppelingsdeksel van kunststof, met geïntegreerde sensoriek, bestaat uit één enkele component die alle huidige functionaliteiten verenigt en bovendien de mogelijkheid van een "predictive maintenance" voor de motorfietskoppeling creëert. Wat de prijs betreft, is het niet duurder dan de gebruikelijke deksels. Dit prijsvoordeel maakt de – ondanks uitgebreide functionaliteiten – zeer veel gemakkelijkere montage mogelijk.

Uitdagingen
Voor de praktische realisatie zijn innovatieve maatregelen op het gebied van "configuratie/berekening" en bij het productieproces noodzakelijk. Door de inwerkingtreding van de euronorm 4 wordt een extra elastomeercomponent, die een bijkomende kostenfactor is en de montage bemoeilijkt, voor de demping van geluidsemissies noodzakelijk.

Het prototype
De nu gebruikte kunststof biedt een duidelijkere geluidsdemping en creëert de mogelijkheid om meerdere functies te integreren. Dit maakt een extra component van elastomeer overbodig. De integratie van het afdichtingssnoer vergemakkelijkt de montage en demontage duidelijk en doet bijgevolg de kosten van de productie van de motorfiets dalen. De nieuw ontwikkelde bevestiging van het versnellingsbakdeksel vervangt de huidige schroeven. Dit is nog een ander pluspunt voor de eenvoudige montage en demontage en uiteindelijk ook voor de productiekosten van de fabrikant van de motorfiets.

KMMIS: KUNSTSTOF MOTORHUISDEKSEL VOOR MOTOREN VAN MOTORFIETSEN MET GEÏNTEGREERDE SENSORIEK

HET MULTIFUNCTIONELE SENSORNETWERK

Doelstelling van het project
Het ontwikkelingsproject “Multifunctioneel sensornetwerk” beschrijft een micro-elektronisch systeem voor de contactloze bepaling van meerdere fysieke parameters van technische vloeistoffen, prioritair is hierbij de bepaling van de conductometrische geleidbaarheid en van de relatieve permittiviteit.

De meting van geleidbaarheid en van de relatieve permittiviteit wordt gewoonlijk uitgevoerd aan vloeistoffen door directe contactvorming door middel van speciale metalen elektroden. Wegens de elektrische stroom, die bij de meting vloeit, en de bestaande potentiaalverschillen komt het daarbij tot ongewenste elektrolyse-effecten die de elektroden langzaam afbreken, ook als de metaalstructuur op zich langdurig bestand tegen het medium zou zijn. De praktische realisatie van dergelijke elektroden voor duurzaam mediacontact en langdurige meetwaardestabiliteit is daarom vanuit constructief oogpunt zeer moeilijk.

Het doel van het ontwikkelingsproject “Multifunctioneel sensornetwerk” bestaat erin, de bepaling van de conductometrische geleidbaarheid en van de relatieve permittiviteit zodanig te vereenvoudigen, dat er een robuust metende, langdurig stabiele en toch gunstig geprijsde analysesensor gerealiseerd kan worden.

Mogelijk toepassingsgebied van een dergelijke sensor is bijvoorbeeld de kwantitatieve en kwalitatieve bepaling van een waterhoudende ureumoplossing (AdBlue) in diesel-uitlaatsystemen van auto’s.

Waarvoor dient AdBlue?
Sinds 1996 worden de grenswaarden voor uitlaatgassen – waaronder ook het stikoxide (NOX) – meer en meer verlaagd. Stikoxides behoren tot de voornaamste oorzaken voor zure regen en de uitbreiding van het ozongat.

De “SCR” (selectieve katalytische reductie) genaamde technologie heeft voor de vermindering van het stikoxide (NOX) in uitlaatgassen door verandering in onschadelijke waterdamp en stikstof reeds haar deugdelijkheid bewezen. Om de werking van het SCR-systeem te garanderen, is het noodzakelijk om over de kwaliteit van Adblue te waken. Dankzij ons multifunctioneel sensornetwerk kunnen in één sensoreenheid niveau, temperatuur en kwaliteit (concentratie) van de vloeistof gemeten worden.

Het prototype
Het eerste tot stand gekomen prototype was gebaseerd op een contactloze, hoogfrequente sensoriek, waarvan de werkwijze op de wervelstroomopdamping gebaseerd is. Daarvoor werd een passieve transponder zonder eigen energievoorziening in het veld van een hoogfrequent 13,56 MHz-magneetveld bediend.

Het product
Het systeem werd stap voor stap geoptimaliseerd en verbeterd. Uiteindelijk werd de elektronica ontworpen op een voor de serie geschikt systeem dat tegen de harde omgevingsomstandigheden bestand is.

  • Technische eisen
  • Niveau-, temperatuur- en kwaliteitsmeting in één systeem
  • -40°C tot +85°C bedrijfstemperatuur
  • Tolerantie kwaliteitsmeting +/- 2%
  • Tolerantie niveaumeting +/-2%
  • Resolutie temperatuurmeting 1°C
  • Geringe dode zone van het niveau in de tank door capacitieve sensoriek
HET MULTIFUNCTIONELE SENSORNETWERK