Strukturintegrierte, drahtlose Sensorik in Werkzeugen und Maschinen

Die Digitalisierung gilt als der Schlüssel zur Hebung von Optimierungspotential in Produktionsprozessen. Die Vision ist eine selbstorganisierende, nutzerzentrierte und bedarfsgesteuerte Produktion, die hohe Wettbewerbsfähigkeit auch in einem volatilen Umfeld ermöglicht. Die Analyse von Prozess- und Anlagendaten ermöglicht die Optimierung des Ressourcen- und Materialverbrauchs, der Produktionsqualität und erhöht die Anlagenverfügbarkeit und Sicherheit. Eine direkte Erfassung von Signalen direkt in Antrieben, Werkzeugen und Werkstücken erhöht die Informationsdichte und Qualität der Daten und die Echtzeitfähigkeit der Prozessoptimierung im Vergleich zu indirekten Schätzungen mit einer cloudbasierten Datenanalyse. Dafür müssen die benötigte Sensorik und Aktorik, sowie die zugehörigen miniaturisierten Komponenten für eine energieeffiziente Datenübertragung zu wesentlichen Teilen direkt in die Strukturen von Antrieben oder Werkzeugen integriert werden.

Hierzu konzipiert, entwickelt und erprobt das Leistungszentrum zusammen mit dem Leistungszentrum „Smart Production Materials“ die Integration von Sensoren und Aktoren in Maschinen. Als Beispiel wurde ein Sensorring in einen Kugelgewindetrieb integriert. Durch die intelligenten Funktionen im Sensorring kann der Verschleiß im Kugelgewindetrieb während des Betriebs gemessen werden. Wartung und Austausch können somit bedarfsgerecht erfolgen. Dadurch können Wartungszeiten verkürzt und Kosten eingespart werden. Dabei wurden folgende Technologien eingesetzt, die selbstverständlich auch in viele weitere Anwendungen integriert werden können:

• Vollständige Strukturintegration (mikro/nano) aller Kernkomponenten durch konsequente Miniaturisierung
• Flexible Bauform zur Anpassung an den verfügbaren Bauraum durch flexible Träger und Verbinder
  • Flexplatine
  • Flexible Printed Circuit-Verbinder
  • Starrflex-Wafer-Level-Package für sehr kleine Biegeradien (faltbares Design)
• Modulares Konzept aus Einheiten für Energieversorgung, Sensorik, Datenverarbeitung und Datenübertragung
  • Drahtlose Energieübertragung zum Aufladen des Akkus
  • Sensoren für Temperatur, Beschleunigung (Schwingungen, Orientierung), Kraft (DMS-basiert), Akustik (MEMS-Mikrofon) sowie digitale Interfaces für weitere Sensorik (UART, SPI, I2C, GPIO)
  • Sensornahe Datenverarbeitung mit der Möglichkeit zur lokalen Speicherung von Messdaten (Datalogger-Funktion)
  • Kabellose Datenübertragung aus metallisch abgeschirmter Umgebung, je nach Anforderungen über Bluetooth, NFC oder LiFi

Sie haben Interesse oder weitere Ideen, wie mit den zugrundeliegenden Technologien der Mikro-/Nanoelektronik und Mikrosystemtechnik Ihre Maschinen mit intelligenten Funktionen ausgestattet werden können? Sprechen Sie uns gerne an.

Ihre Vorteile/Unser Angebot

Für Komponentenhersteller (z.B. aus Maschinenbau, Automatisierungstechnik):

• Umfassende Beratung zur Digitalisierung von Komponenten, von der Analyse der Business Cases bis zur Technologie
• Aufbau und Inbetriebnahme von Prototypen
• Validierung in Labor und Einsatzumgebung

Für Sensorhersteller:

• Unterstützung bei der Erkundung neuer Anwendungsfelder
• Prototyping der Integration von Sensorkomponenten in intelligente Systeme