Entwicklung und Validierung eines Verfahrens zur innovativen Herstellung von pastösen Thermoelementen
Aufgrund immer strengerer Abgasgrenzwerte für Kraftfahrzeuge rücken verstärkt Optimierungsmaßnamen im Bereich des Motorenmanagements und in der Abgasnachbehandlung in den Fokus der Automobilentwickler. Als messbare Steuergröße zur Ermittlung des Betriebszustandes hat sich die Abgastemperatur bewährt. Diese wird gegenwärtig durch sogenannte Mantelthermoelemente im Abgasströmungsbereich gemessen. Nachteilig sind bei dieser Methode der große Raumbedarf der Messelemente, eine durch den Sensor entstehende Behinderung des Strömungsgangs und die unzureichende Abbildung des Temperaturprofils über den Rohrquerschnitt.
Ziel des Verbundprojekts „FreeSense-HT“ der Technischen Universität Ilmenau und des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme ist es, erstmalig eine Möglichkeit zur dreidimensionalen, schnellen und zugleich präzisen Temperaturprofilüberwachung zu schaffen. Mittels der Thermoelementerzeugung aus druckbaren thermoelektrischen Pasten soll ein Messverfahren entwickelt werden, das zur behinderungsfreien thermischen Strömungsvermessung oder zur Flächentemperaturbestimmung von Bauteiloberflächen eingesetzt werden kann. Dies soll zu einer Senkung des Material- und Energiebedarfs führen. Zur Erreichung der Projektziele werden metallische thermoelektrische Pasten durch verschiedene Druck- und Sprühprozesse auf komplex geformte Geometrien (z.B. Turbolader und Partikelfilter) abgeschieden und evaluiert. Die Positionierung und Dimensionierung der Sensorform erfolgt u.a. auf der Grundlage von Strömungssimulationen. Die Langzeitstabilität der Sensoranwendung wird unter realen Bedingungen im Motorraum eines Personenkraftwagens validiert.