Betrouwbaar oog in de elektromagnetische storm

Waar elektrische stroom is, zijn elektromagnetische pulsen. Die kunnen een extreem verstorend effect hebben op de elektronische apparatuur die ons tegenwoordig overal omringt. Daarom is een van de vele zaken die autofabrikanten moeten controleren de elektromagnetische compatibiliteit (EMC) van hun producten. Sterker nog: auto's zitten zelf vol met gevoelige elektronica en worden getest in gespecialiseerde EMC-laboratoria. Het is daar voor mensen niet prettig werken. Om tijdens de tests alles in het oog te houden worden camerasystemen gebruikt. mk-messtechnik is gespecialiseerd in zulke systemen. De in de zwenkkoppen gebruikte motoren van FAULHABER zorgen voor een exacte positionering van de op afstand bediende modules.

"Het begon allemaal toen de autoradio niet meer het enige stukje elektronica in de auto was," herinnert Dr. Martin Kull, oprichter en directeur van mk-messtechnik, zich. "De hoeveelheid elektronische apparatuur is vanaf dat moment gestaag toegenomen - van ABS en airbags tot mobiele telefonie en navigatie." De afzonderlijke systemen mogen elkaar niet storen, en bovendien mogen ze systemen buiten het voertuig niet hinderen. En dan moeten ze ook nog zo ongevoelig mogelijk zijn voor impulsen van buitenaf. De elektrotechnicus begon al tijdens zijn studie aan de universiteit van Stuttgart metingen te doen in Daimler's testlaboratorium. Sommige van de elektromagnetische golven die in dergelijke laboratoria worden opgewekt, zijn extreem sterk en ruim boven de toegestane grenswaarden. Daarom zijn de laboratoriumruimtes tijdens de testen hermetisch afgesloten. Wat binnen gebeurt, is alleen met camera's te observeren. "Toen kwamen de eerste verzoeken voor het bouwen van speciale monitoringapparaten hiervoor. Het ging echter om minder dan 100 camera's per jaar, een nichemarkt dus, die voor grotere bedrijven niet interessant was."

Dr. Kull zag een kans en begon in 2006 samen met zijn vrouw zijn eigen bedrijf. Het echtpaar maakte in eerste instantie alles zelf, ook toen in 2008 een Amerikaanse autofabrikant een systeem met 20 camera's bestelde. "We hebben toen nog alle onderdelen zelf gesoldeerd en geassembleerd en waren er erg trots op dat we aan een internationaal bedrijf leverden," herinnert de oprichter zich. De vraag bleef groeien - en daarmee ook het bedrijf. In 2010 werd de eerste extra medewerker aangetrokken; inmiddels zijn dat er meer dan 60, want de camerasystemen van mk-messtechnik uit het nabij Stuttgart gelegen Notzingen worden door bijna alle autofabrikanten gebruikt voor EMC-tests.

Seatbox of wandmontage
De camera's kunnen permanent aan een wand worden bevestigd of op verschillende statieven worden vastgezet. Daarnaast biedt mk-messtechnik een 'seatbox' aan die op de bestuurdersstoel wordt geplaatst en waarin maximaal zes camera's passen. Hiermee zijn het hele dashboard, alle displays en alle bedieningselementen van het voertuig in de ruimte te monitoren. De trend naar elektrisch rijden is voor mk-messtechnik een goede ontwikkeling, omdat elektromagnetische compatibiliteit bij elektrische auto's een nog belangrijkere rol speelt dan bij auto's met verbrandingsmotoren. Bovendien moet ook de elektronica die in treinen, vliegtuigen en schepen wordt gebruikt aan EMC-tests worden onderworpen.

Dr. Kull komt uit een familie van uitvinders. "Mijn hobby is modelbouw, en zolang ik me kan herinneren ben ik al gefascineerd door alles wat zich op het land, in de zee of door de lucht beweegt. Mijn vakgebied is dan wel de elektrotechniek, maar ik ben ook altijd zeer geïnteresseerd geweest in de mechanische aspecten." mk-messtechnik profiteert ook van dit dubbele talent als het gaat om de productontwikkeling: "Sinds 2008 kregen we steeds meer aanvragen voor wandcamera's met afstandsbediening. Dat zette ons aan tot het vinden van de optimale oplossing qua grootte, gewicht en bediening."

Dr. Kull streeft naar maximale functionaliteit met een minimum aan hardware en software, maar ook aan ontwikkelingskosten. Daarom vertrouwt hij op algemeen verkrijgbare standaardonderdelen, zoals bijvoorbeeld geanodiseerde aluminium buizen voor de behuizingen. Het lijkt misschien simpel, maar het is een op maat gemaakte oplossing die het resultaat is van een fijn uitgebalanceerde interactie tussen verschillende componenten: "Bij het ontwerpen van de printplaat is het bijvoorbeeld ook belangrijk om rekening te houden met de behuizing om te voorkomen dat er in een later stadium aanpassingen nodig zijn."

Programma's, afstandsbediening en infrarood
Het bedrijf in Notzingen schrikt niet terug voor complexe assemblagewerkzaamheden en zet zelf de benodigde onderdelen op de printplaten. "We monteren soms meer dan honderd verschillende printplaten per week," legt Dr. Kull uit. "Daarom zijn de doorlooptijd en de retooling-tijd een cruciale factor. Met de algemeen verkrijgbare software konden we niet tot een aanvaardbare snelheid komen. We hebben daarom ons eigen data processing-programma geschreven voor de automatische plaatsingsmachines. Hierdoor konden we de doorlooptijd per printplaat terugbrengen van meerdere minuten tot ongeveer vijf seconden."

Om de processen tijdens de EMC-test te vereenvoudigen, zijn zwenkbare camera's met afstandsbediening aan het assortiment toegevoegd. Deze waren oorspronkelijk alleen bedoeld voor wandmontage. Maar de vraag naar de verstelbare variant groeide snel daarna ook voor de mobiele systemen. "Daarom moesten we de eis van mechanische stabiliteit vanuit een heel ander perspectief benaderen. Onze systemen zijn extreem robuust, maar als een statief met een camera-adapter van 800 gram omvalt, of als de adapter te ruw wordt geroteerd, kan het materiaal eronder lijden. We hebben dit probleem opgelost met een soort frictiekoppeling."

Camera's van mk-messtechnik monitoren niet alleen de voertuigelektronica, maar ook de thermische eigenschappen. Speciaal hiervoor werd de opto-LWIR infraroodcamera ontwikkeld. De elektromagnetische velden die tijdens de tests worden opgewekt, geven een zeker brandrisico. Extreem sterke velden kunnen de testobjecten of delen van het systeem oververhitten. Een andere warmtebron ontstaat tijdens het testen van elektrische auto's. Dr. Kull legt uit: "In de testopstelling laden elektrische voertuigen hun accu's op door middel van recuperatie. Als de accu's volledig zijn opgeladen, worden de remmen van de auto geactiveerd. De remmen kunnen daarbij oververhit raken en in het ergste geval zelfs gaan branden. Die testopstellingen kunnen meer dan 10 miljoen euro kosten. De geteste prototypes zijn ook kapitalen waard. Door monitoring met infraroodcamera's kunnen we die investeringen beschermen door tijdig in te grijpen." Voor de ontwikkeling van de camera werd mk-messtechnik genomineerd voor de Innovatieprijs 2019 van Esslingen.

Micromotoren voor nauwkeurige uitlijning
Om een nauwkeurige positionering van de camera's te garanderen, gebruikt mk-messtechnik aandrijvingen van FAULHABER. "We hebben geëxperimenteerd met servo's en motoren die in de modelbouw worden gebruikt, maar ze waren niet nauwkeurig of robuust genoeg. Bij FAULHABER vonden we de juiste motoren."


In de zwenk-/kantelkop die de camera positioneert, worden twee DC-micromotoren van de 15/8 serie en de 900:1 transmissie. "Eerst probeerden we een 500:1 transmissie, maar die was te snel; hoewel de zwenkkop met de 900:1 transmissie langzamer draait, kan hij grotere gewichten verplaatsen en heeft hij ook een optimale elektrische afscherming." Een andere reden om voor de aandrijving te kiezen was het hoge rendement: het voor het zwenken benodigde vermogen wordt geleverd door de accu's van de camera's. Met uitzondering van de eigenlijke cameramodule en de aandrijvingen (die zijn uitbesteed), ontwikkelt en produceert mk-messtechnik het hele systeem zelf ten behoeve van zijn klanten, zoals Dr. Kull benadrukt: "Wanneer taken complex worden of individuele aanpassingen nodig zijn, kunnen we bij de ontwikkeling en productie van producten zelf uiterst flexibel reageren. Voor ons bestaat er niet zoiets als onmogelijk - zolang het binnen de natuurkunde valt, natuurlijk."

  Meer weten…