Forschungs- und Förderprojekte Wir forschen für die Zukunft
Bei Sensitec hat die Beteiligung an nationalen und internationalen Forschungsprojekten eine lange Tradition, die auf die Ursprünge des Unternehmens als privates Forschungsinstitut zurückgeht und ohne Unterbrechung bis heute fortdauert. Insbesondere durch die Zusammenarbeit mit Experten aus Forschungseinrichtungen, Universitäten und Unternehmen konnte sich das Potential der relativ neuen xMR-Sensorik für die unterschiedlichsten Anwendungsfelder rasch entfalten.
MoSeS-Pro Modulare Sensorsysteme für Echtzeit-Prozesssteuerung und smarte Zustandsbewertung
Motivation / Ziele
Das Projekt wurde im Zuge der Ausschreibungen "Sensorbasierte Elektroniksysteme für Anwendungen für Industrie 4.0" initiiert. Unter Zuhilfenahme der drei MR-Sensortechnologien AMR, GMR und TMR entsteht ein modularer, offener Sensorbaukasten (Hard- und Software), um Montage-, Handlings- und Verpackungsprozesse unter dem Gesichtspunkt der Industrie 4.0 zu optimieren. Es sollen Systeme realisiert werden können, die eine höhere Auflösung und eine deutlich schnellere Signalverarbeitung bieten, als derzeit verfügbare Systeme und dabei energieautark und drahtlos vernetzbar sein. Eine hohe Signalverarbeitungskapazität soll die Zustands- und Prozessüberwachung in Echtzeit ermöglichen.
Das Projekt
Im Projekt werden an einem Demonstrator verschiedene Zustandsüberwachungsmöglichkeiten mit MR-Sensoren evaluiert. Der Demonstrator wird im letzten Projektabschnitt auch in Produktionsprozessen eingebunden. Die Projektpartner bringen, je nach Branche und Anwendungshintergrund, ihr Know-how ein. So werden beispielweise folgende Themen bearbeitet:
- Self-X-Sensorelemente für Positions- und Drehgeberanwendungen
- Selbstdiagnosefähiger Antriebsregler-Baukasten
- Drahtlose, energieautarke und echtzeitfähige Schnittstelle für Sensornetze
- Robuste, integrierte Sensorelektronik zur Nutzung der Self-X-Eigenschaften
- Auswertemethoden und Algorithmen für vernetzte Sensoren, Self-X und elektromagnetische Aktoren
Ergebnisse / Ausblick
Das Projekt soll während der Evaluierung der Möglichkeiten auch bereits Grundsteine für intelligente Sensornetze für die Zustandsüberwachung legen. Hierbei liegt ein Fokus auf dem Bereich der Datenübertragung und Energieeffizienz. Viele Sensordaten sollen einfach und ohne nachgelagerte komplexe Auswertung schnell verfügbar sein, was eine Datenvorverarbeitung innerhalb des Sensors nahelegt.
Das Projekt wird das Kapitel Industrie 4.0 bereichern und einige technische Hürden zur Realisierung von speziellen Messaufgaben herabsetzen.
Weitere Informationen zu dem Projekt finden Sie auf der Webseite des Projektes.
Modulare Sensorsysteme für Industrie 4.0
Bildquellen MoSeS-Pro: Universität des Saarlandes/ZeMA, Foto: Oliver Dietze
AQUILA Hochauflösende und hochkompakte energieautarke MR Positionssensorik für smarte Produktionsanlagen und Geräte
Motivation / Ziele
Projektziel ist eine hochauflösende, kleinbauende und kostengünstige Positionssensorik zur Integration in Industrieanlagen, welche unempfindlich gegen Verschmutzung ist. Dazu soll die MagnetoResistive Sensorik so weiterentwickelt werden, dass sie für hochauflösende Messungen kleiner 100 nm eingesetzt werden kann. Es sollen TMR-Sensoren genutzt werden, die aufgrund ihrer vergleichsweise kleinen Dimensionen auch an Maßverkörperungen mit geringer magnetischer Polteilung eingesetzt werden können. Hierfür werden eigens neue lithografische magnetische Maßstäbe entwickelt und hergestellt. Weitere Ziele sind ein modulares Gesamtsystem, das einfach und schnell an unterschiedliche Anwendungsanforderungen adaptiert werden kann, sowie die Unabhängigkeit von externer Stromversorgung durch ein Energy-Harvesting-Modul. Das Messsystem bildet die Grundlage und einen wichtigen Teil eines cyber-physischen Systems für die Überwachung und Steuerung von Maschinen und Geräten, im Sinne der Industrie 4.0.
Das Projekt
Im Projektverlauf werden folgende Systemmodule erforscht und entwickelt:
- Lithografisch-galvanisch hergestellte magnetische Maßstäbe (Pollänge: 20 μm) sowie innovative auf dieser Technologie basierende Maßstabskonzepte
- Polangepasste TMR-Positionssensoren
- Magnetoelastischer Energy Harvester/Multiquellen Harvester
- 3D Aufbau- und Verbindungstechnik zur Integration der Sensoren, Maßstäbe und Energy Harvester mit einem äußerst geringen Arbeitsabstand
- Eine Reibschicht auf Sensor und Maßstab, die einen berührenden, möglichst verschleißfreien Betrieb ermöglicht
Das Positionsmesssystem wird in zwei unterschiedlichen Anwendungsdemonstratoren erprobt und die Eignung für konkrete Anwendungen in Produktionsanlagen nachgewiesen (Robustheit, Zuverlässigkeit).
Ergebnisse / Ausblick
Das Projekt wurde erfolgreich abgeschlossen.
Weitere Informationen zum Projekt sowie den Abschlussbericht finden Sie auf unserer Webseite.
InnoServ Innovative Serviceprodukte für individualisierte, verfügbarkeitsorientierte Geschäftsmodelle für Investitionsgüter
Motivation
Trotz steigender Nachfrage nach garantierten Verfügbarkeiten von Investitionsgütern scheuen sich zahlreiche Unternehmen, diese Garantien anzubieten (sogenannte verfügbarkeitsorientierte Geschäftsmodelle). Gründe dafür sind u.a. fehlende Betriebsdaten, mangelnde Transparenz über den Zustand der Maschinen während der Nutzungsphase sowie fehlende Kenntnisse über das Kundenverhalten während des Betriebes. Im Kontext von Industrie 4.0 bieten heute verfügbare Technologien neue Möglichkeiten, Innovationen im Dienstleistungsbereich zu realisieren und die genannten Defizite zu beseitigen.
Projektziel
Gesamtziel des Projektes InnoServPro ist es, durch die Entwicklung von innovativen Serviceprodukten individualisierte, verfügbarkeitsorientierte Geschäftsmodelle (vGM) zu realisieren. Die Grundlage dazu bildet zum einen die Entwicklung von intelligenten, kommunikationsfähigen Komponenten, die Echtzeitdaten über Maschinenzustand und Kundenverhalten aus dem Betrieb der Investitionsgüter bereitstellen. Zum anderen wird zur Realisierung von vGM ein Management sämtlicher servicerelevanter Informationen notwendig, eine cloudbasierte, flexible Kommunikationsplattform, Methoden zur Mustererkennung, ein Back-End als durchgängige Datenbasis sowie ein Front-End zur Darstellung der servicerelevanten Informationen.
Aufgabe von Sensitec innerhalb des Projektes
Für den UseCase des Kartoffelvollernters von Grimme sollte der Verschleiß des ersten Aufnahmebandes in der Maschine überwacht werden.
Sensitec war mit der Entwicklung eines Sensorkonzeptes sowie der Bereitstellung erster Prototypen im Projekt beauftragt. Diese Prototypen wurden in der Maschine verbaut und lieferten über insgesamt zwei Ernteperioden Sensordaten für die Projektpartner, die sich mit der Mustererkennung in den Sensordaten beschäftigten.
Die Herausforderungen an die Sensorik sind, die sehr raue Umgebung (Schmutz, Sand, Steine usw.) sowie die hohe Änderung des Arbeitsabstandes durch das unruhige Laufverhalten des Bandes.
Ergebnis
Es wurden Konzepte erarbeitet, mit dessen Hilfe verfügbarkeitsorientierte Geschäftsmodelle entwickelt und realisiert werden können. Der Entwicklungsprozess kann sowohl aus marktgetriebener Perspektive als auch aus technologieorientierter Perspektive durchlaufen werden.
Zudem sind innerhalb der Projektlaufzeit zwei Überwachungskonzepte entstanden, die je nach Natur des Anwendungsfalles für die Überwachung einzelner Verschleißkomponenten oder für die Überwachung des mechanischen Gesamtsystems geeignet sind. Eine neue flexible, hardwarebasierte Kommunikationsplattform kann darüber hinaus zur Nachrüstung unterschiedlicher Investitionsgüter verwendet werden.
Und es wurde eine cloudbasierte IT-Kommunikationsplattform erarbeitet, die die Daten der intelligenten kommunikationsfähigen Komponenten über eine mobile Datenverbindung oder durch manuelle Synchronisation auf die Plattform überträgt, wo sie ausgewertet und für diverse Arbeitsabläufe bereitgestellt werden können.
COSIVU Compact, Smart and Reliable Drive Unit for Fully Electric Vehicles
Motivation / Ziele
Motivation in diesem von der EU geförderten Projekt war es, einen hochintegrierten und kompakten Elektromotor zu entwickeln, der als Radnabenantrieb verwendet werden kann. Der Schwerpunkt lag auf der Verwendung moderner Siliziumkarbid-Halbleiter in Verbindung mit einem ultrakompakten Kühlsystem, um dem hohen Leistungsdichtegrad gerecht zu werden.
Das Projekt
Für das Projekt wurde eine Leistungselektronik auf Basis von SiC-Halbleitern innerhalb eines kompakten Motors integriert. Der eingesetzte Stromsensor CFS1000 von Sensitec erlaubt durch seine Flexibilität und geringe Baugröße viele Freiheitsgrade bei dem Design. Ein speziell entwickeltes Schirmkonzept schützt den Sensor gegen Fremdfeldeinflüsse. Das speziell entwickelte Wasser-Kühlsystem sorgt für eine direkte Kühlung der Halbleiter sowie einen schnellen Abtransport bzw. Verteilung der Wärme, so dass der Motor eine hohe Leistung abgeben kann. Der Radnabenmotor verfügt über eine 24 V-Spannungsversorgung und ein CAN-Interface zur Kommunikation mit der Bordelektronik.
Ergebnisse / Ausblick
Im Projekt ist es gelungen einen ultrakompakten Antriebsregler auf Basis von SiC-Halbleitern zu entwickeln, der innerhalb einer Radnabenantriebseinheit eingesetzt werden kann. Die SiC-Halbleiter erlauben hierbei eine große Leistungsdichte. Kombiniert mit einer kompakten Wasserkühlung wurde ein Radnabenmotor-Prototyp entwickelt, der die Basis für eine Produktentwicklung für Hybridfahrzeuge im Nutzfahrzeugbereich bietet.
Weitere Informationen zum Projekt finden Sie auf folgender Webseite.
MRCyte Magnetische Durchflusszytometrie
Motivation / Ziele
Design und Optimierung von GMR-Sensoren für die magnetische Durchflusszytometrie zur schnellen und einfachen Bestimmung von Zellkonzentrationen im Blut ("Point-of-care"-Diagnostik) z. B. für die Krebstherapie oder Notfallbehandlung von Unfallopfern.
Ziel des Projektes ist es - mittels magnetischer Marker mit superparamagnetischen Eigenschaften - Blutbestandteile (Zellen) zu markieren und die markierten Zellen einzeln über den GMR-Sensor zu führen, so dass die Anzahl der gesuchten Zellen gezählt und damit die Konzentration im Blut bestimmt werden kann.
Dafür wird ein Sensor benötigt, der das Streufeld einer Zelle (oder eines anderen biologischen Materials) detektiert, welche mit superparamagnetischen Markern belegt ist. In erste Linie soll die Anzahl der mit Markern behafteten Zellen gezählt werden, daher werden für die Anforderung hochspezialisierte und angepasste GMR-Sensoren benötigt, die gegen das agressive Medium Blut widerstandsfähig sind und gleichzeitig einen Abstand zwischen den sensiblen Sensorschichten und den Blutzellen von weniger als 0,1 µm erlauben. Die Sensoren sollen industriell gefertigt werden, damit eine spätere Verwertung in hohen Stückzahlen gewährleistet ist.
Das Projekt
Neben den Aktivitäten der anderen Projektteilnehmer, die sich unter anderem mit den mechanischen Komponenten und der Mikrofluidik beschäftigten, war der wesentliche Sensitec-Projektteil die Entwicklung eines geeigneten Sensors zur Detektion der magnetischen Marker.
Es wurden verschiedene Sensordesigns innerhalb des Projektes umgesetzt, um eine geeignete Sensorgeometrie für die bestmögliche Erfassung der Marker zu gewährleisten. Hierbei wurden die Sensoreigenschaften mittels Variation der Sensorschichten optimiert. Um den zum Teil stark korrosiven Flüssigkeiten (wie z. B. Blut) zu widerstehen wurde eine spezielle Schutzschicht über dem Sensor entwickelt. Das Sensordesign wurde ebenfalls so ausgeführt, dass die Sensorsignale optimal zu der Eingangsstufe des Signalverarbeitungs-Asic passen.
Ergebnisse / Ausblick
Im Projekt wurden die GMR-Sensoren erfolgreich in neu entwickelte Disposables integriert, deren Aufgabe es ist, die Blutflüssigkeit über den Sensor zu führen, Messwerte zu erfassen und diese in das ebenfalls entwickelte Auswertegeräte einzuspeisen. Tests mit Blutzellen haben die Machbarkeit des neuen Gesamtsystems demonstriert und somit die Möglichkeit eines magnetisch basierten Zytometrie Tests am Point-of-Care ohne Nutzung eines Zentrallabors belegt.
Anwendungen
xMR-Sensoren weltweit im Einsatz!
Finden Sie hier einige unserer Referenzanwendungen und entdecken Sie die vielfältigen Möglichkeiten zur Realisierung verschiedenster Messaufgaben mit magnetoresistiven Sensoren.
