Um eine Nasenlänge voraus: Innovative Klopfsensor-Kalibrierlösung für Formel-1-Rennstall
Revolutionierung der Motorentests für einen Wettbewerbsvorsprung. Der SPEKTRA Klopfsensor-Prüfstand – ein Wendepunkt in der Formel-1-Motorenprüfung
Um in der dynamischen Welt des Formel-1-Rennsports die Nase vorn zu haben, bedarf es nicht nur eines geschickten Fahrers, sondern auch modernster Technologie. Diese Erfolgsgeschichte dreht sich um einen renommierten Motorenhersteller und einen Formel-1-Rennstall, der sich noch vor der Einführung der neuen technischen FIA-Vorschriften im Jahr 2026 auf den Weg machte, um sich einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen. Dazu testete er bereits 2023 Klopfsensoren – eine entscheidende Komponente der Power Units.
Das neue Reglement der FIA betont die Verwendung von Standardkomponenten (SSPUC: Supplier Power Unit Components), wobei spezifische Richtlinien für Klopfsensoren in 5.15.11 aufgeführt sind. Auf der Suche nach einer effizienten und genauen Testlösung wandte sich der Motorenhersteller an SPEKTRA, ein Unternehmen, das vom Sensorentwickler und -hersteller BOSCH empfohlen wurde.
Was ist ein Klopfsensor?
Klopfsensoren befinden sich außen am Motorblock. Ihre Aufgabe ist es, Klopfgeräusche in allen Betriebszuständen des Motors zu erkennen, um Motorschäden zu vermeiden. Jeder Klopfsensor nimmt die Körperschallschwingungen des Motorblocks auf und wandelt sie in elektrische Spannungssignale um. Diese Signale werden im Steuergerät gefiltert und ausgewertet. Das Klopfsignal wird dem entsprechenden Zylinder zugeordnet. Beim Auftreten von Klopfen wird das Zündsignal für den entsprechenden Zylinder so lange verstellt, bis keine klopfende Verbrennung mehr auftritt.
Präzisionstechnik: Erfüllung der strengen FIA-Parameter für Klopfsensor-Tests
Die zentrale Herausforderung für den Kunden besteht darin, unter strikter Einhaltung der FIA-Vorschriften und der vom Hersteller definierten Sensorparameter eine Prüf- und Kalibrierungslösung für Klopfsensoren zu entwickeln. Gemäß dem neu veröffentlichten technischen Reglement für die FIA F1 Weltmeisterschaft ab 2026, insbesondere 5.15.11 und SSPUC - 18.4.1, muss der Kunde sicherstellen, dass seine Klopfsensoren die vorgegebenen Standards erfüllen. Diese Vorschriften verlangen eine akribische Vorgehensweise bei der Prüfung, Kalibrierung und Leistungsbewertung der Klopfsensoren, um die Einhaltung der festgelegten Richtlinien zu gewährleisten.
Die zweite Herausforderung besteht in den spezifischen Parametern und Bedingungen, die der Klopfsensor selbst vorgibt. Das FIA-Reglement definiert Klopfsensoren als SSPUC und wie diese installiert, verwendet und getestet werden müssen. Die Spezifikation, die Parameter und die Testkriterien wiederum werden vom Sensorhersteller festgelegt. Dabei handelt es sich um strenge Kriterien, die genaue Leistungsspezifikationen für die Klopfsensor-Testlösung erfordern. Zu den wichtigsten Parametern gehören:
Frequenzbereich: Die FIA-Vorschriften schreiben vor, dass die Klopfsensoren in einem breiten Frequenzbereich bis zu 30 kHz getestet werden müssen. Dies erfordert ein Prüf- und Kalibriersystem, welches eine präzise Schwingungsanregung des Klopfsensors in einem weiten Frequenzbereich von 3 Hz bis 30 kHz ermöglicht, um die Eigenschaften des Sensors unter ähnlichen Bedingungen zu prüfen, wie sie im Motorbetrieb auftreten.
Befestigungsdrehmoment: Eine weitere Anforderung ist, dass die Sensoren für den Betrieb mit einem Drehmoment von bis zu 20 Nm montiert werden müssen. Solch hohe Drehmomente sind jedoch mit der empfindlichen Mechanik eines hochpräzisen Schwingungserregers nicht vereinbar.
Diese spezifischen und anspruchsvollen Parameter, insbesondere das hohe Drehmoment, stellen zusätzliche Anforderungen an die Robustheit des Erregers. Für diese Anwendung haben wir ein Testsystem mit einem SE-09 bereitgestellt. Dieser Hochfrequenz-Schwingungserreger verfügt über eine keramische Armatur, dessen Gewinde nur einen Bruchteil des geforderten Anzugsdrehmoments aushalten kann. Aus diesem Grund muss der Erreger bei der Montage des Sensors auf dem Schwingtisch mit einem speziellen mechanischen Adapter vor Überlastung geschützt werden. Dank dieser Modifikation kann der Erreger, der ursprünglich für die Anregung kleiner Prüflinge bis 50 kHz konzipiert wurde, auch für die Prüfung und Kalibrierung der größeren und robusteren Klopfsensoren verwendet werden.
Von Regelkonformität zum Wettbewerbsvorteil: Klopfsensor-Kalibriersystem für die neuen F1-Triebwerksregeln
Der Kunde benötigte ein Test- und Kalibriersystem, welche die einzigartigen Bedingungen des FIA-Reglements präzise erfüllt, bei Leistungsparametern und unter Testbedingungen, die der Sensorhersteller BOSCH vorgibt. Ziel war es, nicht nur die Einhaltung der Vorschriften zu gewährleisten, sondern auch die optimale Leistung und Langlebigkeit der Klopfsensoren im Wettbewerbsumfeld der Formel 1 zu sichern. Die Herausforderung für SPEKTRA bestand darin, nicht nur ein universelles Prüfsystem zu entwickeln, sondern eine maßgeschneiderte Lösung für die komplizierten Prüfparameter und -bedingungen zu konstruieren.
Die SPEKTRA-Ingenieure und -Experten schlugen eine maßgeschneiderte Lösung mit ihrem CS Q-LEAP™-Kalibriersystem vor, das einen SE-09 Hochfrequenz-Schwingungserreger enthält. Um die Herausforderung des hohen Befestigungsdrehmoments zu meistern, hat SPEKTRA einen speziellen mechanischen Adapter für Klopfsensoren entwickelt und gefertigt. Dieser kundenspezifische Klopfsensor-Prüfstand übertraf die Erwartungen des Kunden, erfüllte alle Testanforderungen und stellte die Zuverlässigkeit der Sensoren sicher.
Der Motorenhersteller entschied sich für SPEKTRA aufgrund der Empfehlung von BOSCH und des guten Rufs unseres Unternehmens für die Lieferung von hochwertigen, leistungsstarken Erregern und Systemen. Unser Engagement für maßgeschneiderte Lösungen und technische Dienstleistungen entsprach perfekt den einzigartigen Anforderungen des Kunden.
Außerdem bieten die CS Q-LEAP™-Systeme Flexibilität und Skalierbarkeit. Obwohl das System ursprünglich für die Prüfung von Klopfsensoren konzipiert wurde, kann es problemlos für andere Sensoren und Messgeräte erweitert werden, was Kosten spart und die Anpassungsfähigkeit an zukünftige Anforderungen gewährleistet. Diese Anpassungsfähigkeit ist ein Beweis für unser Innovationsversprechen im Bereich der Mess- und Prüfsysteme.
CS Q-LEAP™ – Das zukunftssichere System zur Klopfsensorprüfung
Mit unserem innovativen Kalibriersystem und dem speziell entwickelten Klopfsensor-Prüfstand führt der Motorenhersteller erfolgreich umfassende Tests durch, um die Einhaltung der FIA-Vorschriften zu gewährleisten und wertvolle Erkenntnisse über die Leistung der Klopfsensoren zu gewinnen. Die Zusammenarbeit mit SPEKTRA bot nicht nur eine Lösung für den unmittelbaren Testbedarf, sondern legte auch den Grundstein für zukünftige Weiterentwicklungen bei der Sensorprüfung und -kalibrierung.
In einem Sport, in dem es auf Millisekunden ankommt, unterstreicht der Beitrag von SPEKTRA zur Verbesserung der Präzision und Zuverlässigkeit der Klopfsensorprüfung unsere Rolle als Vorreiter bei der Bereitstellung modernster Lösungen für die Automobilindustrie. Diese Erfolgsgeschichte ist ein Beispiel dafür, wie die Zusammenarbeit zwischen Branchenführern Innovationen vorantreiben kann, um einen Wettbewerbsvorteil in der schnelllebigen Welt der Formel 1 zu sichern.
Haben Sie weitere Fragen zu unseren Lösungen für die Prüfung von Hochfrequenzsensoren (Klopfsensoren) oder andere technische Dienstleistungen? Bitte kontaktieren Sie uns.
Telefon: +49 351 400 24 0 | E-Mail: sales@spektra-dresden.com
