In den Bereichen Industrieautomatisierung, Automotive und Logistik steigen die Anforderungen für die sensorische Erfassung von Daten zur Steuerung oder Überwachung von Funktionen. Oft werden die Daten von Orten benötigt, die mit klassischen, drahtgebundenen Sensoren schwer erreichbar sind, weil sie sich z.B. in Bewegung befinden. Um die Überwachung oder Wartung zu vereinfachen, bedient man sich gerne Funksensoren, die bei Bedarf drahtlos ausgelesen werden können.

Um hier auf batteriebetriebene Systeme verzichten zu können und somit durch den Wegfall regelmäßiger Wechsel gleichzeitig ökologischer und ökonomischer zu sein, sollen die entsprechenden Sensoren mit einer autarken Energieversorgung ausgestattet werden: mit sogenannten Energy-Harvestern. Eine Möglichkeit, ist die Verwendung von piezoelektrischen Wandlern. Bei diesen wird mechanische Energie aus Schwingungen, die durch Bewegung z.B. beim Transport entstehen, in elektrische umgewandelt.

Grundvoraussetzung für den erfolgreichen Einsatz dieser Technologie ist zunächst das genaue Verständnis zwischen Umgebungsbedingungen, dem Energiebedarf des Sensors selbst und der zur Verfügung stehenden elektrischen Energie. Nur so kann die Funktionalität draht- und batterieloser Sensoren sichergestellt werden. Darüber hinaus ist die Absicherung der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems elementare Grundvoraussetzung für den Dauereinsatz derartiger Systeme.
 

Die Ziele

Ziel der Initiative ist die Entwicklung einer Methodik für den zuverlässigen und funktionalen Entwurf piezoelektrischer Energiewandler. Dabei werden Kompetenzen sowohl in der Dimensionierung derartiger Systeme mit Hinblick auf die Zielfunktion Energiebereitstellung als auch in der zuverlässigen Systemintegration entwickelt. Dies beinhaltet neben der Optimierung der Verbindungsstelle Piezokeramik-Trägersubtrat das vibrationsgerechte Design der Leiterplatte und der mechanischen Kopplung zwischen Gehäuse und Piezo im Sensorsystem selbst.
 

Die thematischen Schwerpunkte

• Entwurf von Verfahren zu Modellierung der Energiewandlungskette
• Bewertung der Zuverlässigkeit der Klebverbindung piezoelektrischer Energiewandler
• Zuverlässige mechanische und elektrische Kontaktierungsverfahren für Vibrationsharvester
• Systemorientierte Werkzeuge für robustes, nachhaltiges Design piezoelektrischer Energiewandler

Die Partner

• AEMtec GmbH
• AMIC GmbH Knauer GmbH
• Fraunhofer IZM
• Yacoub Automation GmbH

AEMtec GmbH und AMIC GmbH werden Konzepte für den Entwurf robuster Verbindungstechnik entwickeln.

Das Fraunhofer IZM stellt Teststände und umfangreiche Methoden zur Verfügung, die eine Charakterisierung unter realen Bedingungen ermöglichen und dadurch eine Bewertung der Zuverlässigkeit erlauben.

Für die Yacoub Automation GmbH steht die Erstellung von Anforderungsprofilen und Modellen zur Beschreibung der energetischen Anforderungsprofile applikationsnaher Sensorsysteme im Vordergrund.

Kontakt

Dr.-Ing. Olaf Wittler
Head of Department Environmental and Reliability Engineering
Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM)
Gustav-Meyer-Allee 25
13355 Berlin
Tel.: 030 46403-240 (Sekretariat -200)
E-Mail: olaf.wittler[at]izm.fraunhofer.de
http://www.izm.fraunhofer.de


Berichterstattung aus dem "Blickpunkt" finden Sie hier.


Nähere Informationen zur vorangegangenen InnoProfile-Initiative "TeSiMat" finden Sie hier.