Hohe Drücke, extreme Temperaturen, schmale Toleranzen: Bevor Drucksensoren unter realen Bedingungen eingesetzt werden, simuliert STS ihre Belastbarkeit mit der Finite-Elemente-Methode – für maximale Sicherheit selbst in der Tiefsee.
Simulation als Sicherheit: Warum FEM unerlässlich ist
In Offshore-Ölfeldern herrschen Bedingungen, die für Messtechnik zur echten Herausforderung werden. Sensoren, die in über 2.000 Metern Tiefe montiert sind, müssen dauerhaft Drücken von über 200 bar standhalten – und das zuverlässig, denn ein Ausfall wäre extrem kostspielig. Deshalb setzt STS auf mechanische Simulationen, bevor ein Sensor tatsächlich gefertigt oder gar installiert wird.
Die Finite-Elemente-Methode in der Praxis
Mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) wird das Gehäuse eines Drucksensors in viele kleine Teilkörper zerlegt, um Kräfte, Spannungen und Verformungen zu berechnen. Ziel ist es, das Verhalten des Bauteils unter realen Belastungen zu simulieren – etwa bei Druckspitzen, wie sie in der Tiefsee oder bei Fördervorgängen auftreten können.
Für Offshore-Anwendungen bedeutet das konkret: Drücke von 250 bar und mehr müssen einkalkuliert werden, plus zusätzliche Prozessdrücke. Die FEM hilft, das Design im Vorfeld so abzusichern, dass die mechanische Stabilität jederzeit gewährleistet ist.
Hyperbarische Tests zur Validierung
Nach der digitalen Simulation folgt der Test in der Druckkammer: hyperbarische Prüfungen, bei denen das Gehäuse z. B. 1.500 bar ausgesetzt wird – das entspricht 15 km Wassertiefe. So wird überprüft, ob das optimierte Design den Belastungen standhält.
Die Abbildung zeigt: Kein Unterschied zwischen Gehäuse vor und nach dem Test – ein Indikator für mechanische Exzellenz.
Weitere Anwendungsbeispiele: Temperatur & Niederdruck
Auch bei anderen kritischen Anwendungen ist die FEM hilfreich:
- Abgassensoren: Durch FEM kann gezielt untersucht werden, wie ein Sensor aufgebaut sein muss, damit nicht mehr als 150 °C auf die Messzelle wirken.
- Niederdruckmessung: Im mbar-Bereich führen schon kleinste Verformungen oder Spannungen zu Messfehlern. Selbst Klebeverbindungen zwischen Chip und Gehäuse werden hier simuliert, um Fehler durch falsches Drehmoment bei der Montage zu vermeiden.
Fazit: Simulation spart Kosten – und erhöht Sicherheit
Durch die FEM lassen sich Sensoren gezielt auf extreme Bedingungen hin optimieren. Das spart Kosten bei Tests, reduziert Ausfälle und erhöht die Sicherheit in kritischen Anwendungen. STS kombiniert Simulation mit praktischer Validierung – für Drucksensorik, die hält, was sie verspricht.
