NIEZAWODNOŚĆ POŚRÓD BURZY ELEKTROMAGNETYCZNEJ

SILNIKI MINIATUROWE DC W POŁĄCZENIU Z PRZEKŁADNIĄ ZĘBATĄ CZOŁOWĄ

Prąd elektryczny oraz impulsy elektromagnetyczne chodzą ze sobą w parze. Impulsy te mogą mieć niezwykle zakłócający wpływ, np. na wszechobecne urządzenia elektroniczne, które nas otaczają. Dlatego producenci pojazdów muszą między innymi weryfikować kompatybilność elektromagnetyczną (EMC) swoich produktów. Co więcej,
same pojazdy są pełne czułych urządzeń elektronicznych oraz są testowane w specjalistycznych laboratoriach EMC. Panujące tam warunki są nieprzyjemne
dla ludzi. Aby mieć oko na wszystko podczas testów, stosowane są systemy kamer.
Firma mk- messtechnik specjalizuje się w takich systemach. Silniki FAULHABER zastosowane w głowicach obrotowych zapewniają dokładne pozycjonowanie zdalnie sterowanych modułów.

Wszystko zaczęło się wtedy, gdy radio samochodowe przestało już być jedynym urządzeniem zamontowanym w pojeździe” – wspomina dr Martin Kull, założyciel i dyrektor zarządzający mk-messtechnik. „Liczba urządzeń elektronicznych z czasem zaczęła stale wzrastać – począwszy od układów ABS i poduszek powietrznych po telefonię komórkową i nawigację”. Pojedyncze systemy nie mogą zakłócać się nawzajem; nie mogą również zaburzać działania innych systemów poza pojazdem. Dodatkowo muszą być jak najbardziej niewrażliwe na impulsy z zewnątrz. Inżynier elektryk rozpoczął prowadzenie pomiarów w laboratorium testowym Daimler, gdy był jeszcze studentem na Uniwersytecie w Stuttgarcie. Niektóre fale elektromagnetyczne
generowane w takich laboratoriach są niezwykle silne oraz znacznie przekraczają dopuszczalne wartości. Z tego powodu komory laboratoryjne są hermetycznie zamknięte podczas testów. Jedynie kamery umożliwiają obserwację tego, co dzieje się
wewnątrz. „To wtedy pojawiły się pierwsze pytania dotyczące konstruowania urządzeń monitorujących przeznaczonych do tego celu. Jednak popyt wynoszący mniej niż 100 kamer rocznie sprawił, że większe firmy wycofały się w tego niszowego rynku”.
Dr Kull dostrzegł w tym swoją szansę i w 2006 roku wraz z żoną założył własną firmę. Początkowo para konstruowała urządzenia własnoręcznie, na przykład gdy w 2008 roku producent pojazdów w USA zamówił system z 20 kamerami. „Sami lutowaliśmy
i składaliśmy każdy komponent i byliśmy dumni z tego, że zaopatrujemy międzynarodową korporację” – wspomina założyciel. Popyt wzrastał, a wraz
z nim rozwijała się firma. W roku 2010 przyjęty został pierwszy dodatkowy pracownik. Dzisiaj firma zatrudnia 60 osób, ponieważ systemy kamer firmy mk-messtechnik z Notzingen w pobliżu Stuttgartu są stosowane przez prawie wszystkich producentów
pojazdów do testowania EMC.

Seatbox lub montaż ścienny Kamery mogą być na stałe zamontowane na
ścianie lub zamocowane na różnych statywach. Firma mk-messtechnik oferuje również tzw. seatboxy umieszczane na siedzeniu kierowcy, mieszczące nawet sześć kamer. Umożliwia to monitorowanie całej deski rozdzielczej oraz wszystkich wskaźników i kontrolek pojazdu wewnątrz komory. Tendencja zmierzająca ku mobilności elektrycznej to pomyślny rozwój dla mk-messtechnik, ponieważ kompatybilność  elektromagnetyczna w przypadku pojazdów elektrycznych odgrywa jeszcze bardziej istotną rolę niż w przypadku pojazdów z silnikiem spalinowym. Co więcej, układy
elektroniczne stosowane w pociągach, samolotach i statkach również muszą przejść testy EMC. Dr Kull pochodzi z rodziny o szwabskiej tradycji w zakresie wynalazków. „Budowa modeli to moje hobby. Odkąd pamiętam, fascynowało mnie wszystko,
co się porusza na lądzie, na wodzie oraz w powietrzu. Chociaż specjalizuję się w inżynierii elektrycznej, od zawsze interesują mnie również kwestie mechaniczne”.
Firma mk-messtechnik osiąga korzyści z tego podwójnego talentu w odniesieniu do strategii rozwoju produktu: „Począwszy od 2008 roku, zaczęliśmy otrzymywać zlecenia na zdalnie sterowane kamery montowane na ścianie. To właśnie wtedy pojawiła się
podstawa do opracowania optymalnego rozwiązania pod względem rozmiaru, masy i sposobu sterowania”. Dr Kull dąży do osiągnięcia maksymalnej funkcjonalności
przy minimalnej ilości sprzętu i oprogramowania oraz wydatków na rozwój. Na przykład, polega on na powszechnie dostępnych częściach standardowych, takich jak anodowane rury aluminiowe, które firma mk-messtechnik stosuje jako obudowy. To, co wydaje się proste, jest tak naprawdę wykonanym na zamówienie rozwiązaniem wynikającym z delikatnie zrównoważonej interakcji pomiędzy różnymi komponentami: „Na przykład, podczas projektowania PCB należy wziąć pod uwagę obudowę, aby uniknąć
konieczności modyfikacji na późniejszym etapie”.

Programy, sterowanie zdalne i podczerwień Firma w Notzingen nie unika złożonych prac montażowych, a jej pracownicy sami mocują niezbędne komponenty
do PCB. „Czasami składamy ponad sto różnych elementów PCB tygodniowo” – wyjaśnia dr Kull. „To sprawia, że czas realizacji i rekonstrukcji jest kluczowym czynnikiem. W przypadku powszechnie dostępnego oprogramowania osiągnięcie zadowalającej prędkości było niemożliwe. Dlatego stworzyliśmy własny program przetwarzania danych do automatycznych maszyn do układania. W związku z tym udało nam się skrócić czas realizacji jednego elementu PCB z kilku minut do około pięciu sekund”.
Aby uprościć procesy podczas testu EMC, do zakresu produktów dodano sterowane zdalnie kamery obrotowe. Pierwotnie były przeznaczone tylko do montażu
ściennego. Jednak wkrótce zwiększył się również popyt na wariant regulowany do systemów mobilnych. „Dlatego musieliśmy poradzić sobie z kwestią stabilności
mechanicznej z całkowicie innej perspektywy. Nasze systemy są niezwykle wytrzymałe, jednak jeśli stojak z 800-gramowym adapterem kamery przewróci się lub adapter zostanie obrócony zbyt gwałtownie, materiał może ulec uszkodzeniu. Rozwiązaliśmy ten problem dzięki swego rodzaju sprzęgłu ciernemu”. Kamery firmy mk-messtechnik monitorują nie tylko elektronikę pojazdu, lecz również właściwości termiczne.
W tym celu opracowano kamerę na podczerwień opto-LWIR. Pola elektromagnetyczne generowane w trakcie testów stwarzają pewne zagrożenie pożarowe. Niezwykle silne pola mogą spowodować przegrzanie przedmiotów testujących lub elementów
systemu. Podczas testowania pojazdów elektrycznych powstają kolejne źródła ciepła. Jak wyjaśnia dr Kull: „Na stanowisku do badań akumulatory pojazdów elektrycznych
są ładowane za pośrednictwem rekuperacji. Gdy akumulatory są w pełni naładowane, aktywowane zostają hamulce pojazdu. Hamulce mogą się przegrzać i, w najgorszym wypadku, nawet zacząć się palić. Montaż stanowiska do badań wpada w zakres kilkudziesięciu milionów. Testowane prototypy posiadają nieoszacowaną
wartość. Monitorowanie za pomocą kamer na podczerwień umożliwia ochronę tych inwestycji poprzez wczesną interwencję”. Za opracowanie kamery firma
mk-messtechnik została nominowana do nagrody Innovation Award 2019 miasta Esslingen.

Miniaturowe silniki do precyzyjnego pozycjonowania Firma mk-messtechnik wykorzystuje napędy FAULHABER, aby zapewnić precyzyjne pozycjonowanie
kamer. „Eksperymentowaliśmy z serwomotorami i silnikami stosowanymi w budowaniu modeli, jednak nie były one wystarczająco precyzyjne ani wytrzymałe. Silniki FAULHABER okazały się idealne”. W głowicy obrotowej/uchylnej, która pozycjonuje
kamerę, zastosowano dwa silniki miniaturowe DC z serii 1516 … SR z układem komutacji z metalu szlachetnego, w połączeniu z przekładnią zębatą czołową o zębach
prostych z serii 15/8 oraz przekładnią 900:1. „Na początku wypróbowaliśmy przekładnię 500:1, jednak okazała się zbyt szybka. Chociaż głowica obrotowa obraca się wolniej w przypadku przekładni 900:1, może przenosić obciążenia i posiada optymalne ekranowanie elektryczne”. Wysoka skuteczność była kolejnym czynnikiem,
dla którego wybraliśmy ten napęd, ponieważ energia wymagana do obracania jest dostarczana przez baterie kamer. Z wyjątkiem właściwego modułu kamery
oraz napędów, których wykonanie zostało zlecone na zewnątrz, firma mk-messtechnik opracowuje i produkuje cały system sama, co ma korzystny wpływ dla klientów. Jak podkreśla dr Kull: „Gdy zadania stają się skomplikowane lub konieczne są indywidualne modyfikacje, opracowywanie i produkowanie na własną rękę pozwala nam reagować niezwykle elastycznie. Dla nas nie istnieje słowo »niemożliwe« – przynajmniej nie
w obrębie fizyki”.