Es treten keine Veränderungen auf, das Gehäuse ist stabil.
In Abbildung 2 sind die Schliffbilder zweier baugleicher Sensorgehäuse zu sehen. Das links gezeigte Gehäuse wurde keinem Druck ausgesetzt, das rechte wurde beaufschlagt mit einem Druck von 1.500 bar. Das entspricht einer Wassersäule von 15 Kilometern und damit weitaus mehr als am tiefsten Punkt der See. Durch eine Optimierung des Bauteils mittels der Finite-Elemente-Methode konnte es so modelliert werden, dass es diesem enormen Druck standhält. Zum Vergleich: Der Marianengraben als tiefster Punkt des Meeres ist 11 Kilometer tief. Druckmessungen im Marianengraben sollten damit also kein Problem darstellen. Der Sicherheitsaufschlag für die meisten Anwendungen ist hier also sehr hoch und ein zuverlässiges Funktionieren ist gewährleistet.
Weitere Anwendungsfälle der Finite-Elemente-Methode
Nicht nur für Hochdruckanwendungen sind mechanische Simulationen sinnvoll. Wie an anderer Stelle bereits beschrieben, ist die Temperatur ein wichtiger Einflussfaktor bei der piezoresistiven Druckmessung. Nehmen wir als Beispiel die Abgasleitung eines Kraftfahrzeuges. Hier herrschen sehr hohe Temperaturen, die die Grenzen eines Druckmessumformers übersteigen können. Mittels der Finite-Elemente-Methode wird in diesem Anwendungsfall also untersucht, wie der Druckmessumformer konstruiert werden muss, damit nicht mehr als 150 °C auf die Messzelle wirken.
Auch im Niederdruckbereich können mechanische Simulationen sinnvoll sein. Denn mechanische Veränderungen haben im Niederdruck viel grössere Auswirkungen: Während Messabweichungen im mbar Bereich bei einer Hochdruckanwendung kaum ausschlaggebend sein dürften, ist dies bei einem Messbereich unter einem bar bereits signifikant. Ein Beispiel: Das Verbindungselement zwischen Messchip und Gehäuse ist in der Regel ein Klebstoff. Ist das Drehmoment bei der Montage des Druckmessumformers zu hoch, könnte diese Verbindung gelöst oder auch nur geringfügig verändert werden, und es würden Verspannungen auf die Messzelle übertragen. Das kann bereits zu gravierenden Messfehlern führen. Auch die Eigenschaften des verwendeten Klebers lassen sich durch die Finite-Elemente-Methode modellieren. Ziel muss es dabei natürlich sein, nicht die Belastungsgrenze des Verbindungselements herauszufinden und dem Anwender mitzugeben, sondern eine Lösung zu finden, die alle möglichen Drehmomente während der Montage problemlos aushält.
Der Aufwand mechanischer Simulationen lohnt sich auf lange Sicht. Nicht nur können Produkte dahingehend konstruiert werden, dass sie geforderten Spezifikationen entsprechen. Dadurch wird es auch möglich, das Design dahingehend zu optimieren, dass die Produkte so anwenderfreundlich wie möglich sind.
