Das Projekt "Teilprojekt C: Monitoring der Dynamik der Biofilmbildung in technischen Systemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von UMEX GmbH Dresden durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens besteht in der Entwicklung eines Konzeptes zur Erfassung einer Biofilmbildung in unterschiedlichen technischen Systemen. Die Basis für das innovative Monitoringsystem bilden dabei spezielle piezoelektrische und hochempfindliche Thermosensoren. Die geplante Entwicklung soll an Hand von unterschiedlich modifizierten Sensoren und Modellaufbauten realisiert und die Zusammenhänge zwischen der Biofilmbildung in den verschiedenen Empfindlichkeitsbereichen und den messbaren elektrischen Parametern untersucht werden. Darüber hinaus soll eine Untersuchung und Modellierung von Varianten der Integration in technische Systeme realisiert werden. Die Ergebnisse der Entwicklung sollen innerhalb der Fa. UMEX GmbH Dresden in Form von kompletten Monitoringsystemen zur Überwachung von Reinst- und Trinkwasseraufbereitungssystemen realisiert werden, wobei die jeweiligen Ergebnisse der Kooperationspartner mit einfließen sollen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Anlagenkonzept zur homogenen Sensorbeschichtung von 3D-Bauteilen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von VTD Vakuumtechnik Dresden GmbH durchgeführt. Die wichtigsten Ziele von VTD im Vorhaben bestehen in der Erstellung und Beurteilung von Anlagenkonzepten für die Sensorbeschichtung von 3D-Bauteilen. Dafür wird das Anforderungsprofils der Beschichtungsanlage und der Beschichtungstechnologie bezüglich der Substratabmessungen und prognostizierten Stückzahlen, der geforderten Vakuumbedingungen, der geforderten Vorbehandlungs- und Beschichtungstechnik, der zu erzielenden Schichteigenschaften und der zu realisierenden Defektdichte charakterisiert. Auf dieser Grundlage werden Anlagenkonzepten entwickelt und unter technisch-technologischen und ökonomischen Gesichtspunkten beurteilt. Alternativer Vorbehandlungs- und Beschichtungstechnik werden betrachtet und in vorhandenen Versuchsanlagen getestet. Ein Carriersystem für 2 D-Substrate wird zur Beschichtung von 3D-Bauteilen modifiziert und in einer vorhandenen Anlage beim Verbundpartner FEP getestet. Im Vorhaben ist VTD in die zwei fachlichen Arbeitspaketen AP 2 und AP 3 integriert. Bei beiden Arbeitspunkten erfolgt eine enge Zusammenarbeit mit den Projektpartnern FEP, STFT und ST. Für den AP 2 ist VTD verantwortlich. Der Arbeitspunkt startet mit der Erarbeitung eines Anforderungsprofils an eine Beschichtungsanlage und das dort zu realisierende Schichtsystem. Im Anschluss werden Anlagenkonzepte erstellt und beurteilt. Bis zum Projektende fließen neue Erkenntnisse des Verbundvorhabens durch Überarbeitung ein. Alternative Vorbehandlungs- und Beschichtungstechnik wird betrachtet und in vorhandener Anlagentechnik (DREVA 600) getestet. Die Modifizierung eines Carriersystems für 2 D-Substrate zur Beschichtung von 3D-Bauteilen erfolgt zu Beginn des Projektes in den Etappen Konstruktion, Realisierung und Testung. Der Beitrag von VTD im AP 3 liegt hauptsächlich bei der Berücksichtigung industriell umsetzbaren Aspekten bei der Entwicklung einer Beschichtungstechnologie mit hoher Beschichtungsrate und -homogenität und der Eignung und Anpassung dieser Technologie für 3D-Substrate.
Das Projekt "Teilvorhaben: Energie-Harvesting durch piezoelektrische Dünnschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Festkörperelektronik durchgeführt. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines autarken Messsystems zum Condition-Monitoring auf Basis bauteilintegrierter Sensorik. Überwachte Messgrößen sind vor allem Drehmoment, aber auch Bauteiltemperatur, Vibrationen und Drehzahl. Mit Blick auf die Übertragung der Technologie in Großserienanwendungen müssen die Systeme robust gegen Alterung und beständig gegen (aggressive) Medien wie zum Beispiel Kühlmittel, Schmierstoffe, Feuchtigkeit und Taumittel sein. Daher steht die Erforschung von Technologien und Konzepten im Vordergrund, um die Sensoren und Leiterbahnen direkt, unter Verzicht von Klebeverbindungen, auf rotationssymmetrischen Bauteiloberflächen mittels Dünnschichttechnologie und Mikrostrukturtechnik zu integrieren. Der Schwerpunkt des vorliegenden Teilantrages liegt auf der Entwicklung hocheffizienter Energy Harvester, um die Energieversorgung der Sensorelemente sicherzustellen. Daher ist die Entwicklung eines angepassten Moduls zur Energiegewinnung mit hoher Stabilität auf Basis piezoelektrischer Schichten erforderlich. Weiteres Ziel ist die Verringerung der Defektdichte der Isolationsschichten. Im Teilprojekt erfolgen Untersuchungen zur defektfreien Abscheidung piezoelektrischer Schichten, die in Energie-Harvestern für einen energieautarken Betrieb eingesetzt werden. Zur Sicherstellung der großflächigen elektrischen Isolation müssen weiterhin Lösungen zur Verminderung der Defektdichte erarbeitet werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Aufbau eines Versuchstands zur Verifikation und Validierung des Messsystems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Bremer Institut für Messtechnik, Automatisierung und Qualitätswissenschaft durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Umsetzung eines neuen Mess- und Wartungsprinzips für Kraftübertragungselemente in hochbelasteten Anlagen wie etwa Windenergieanlagen. Dazu soll ein autark arbeitendes Condition-Monitoring-System umgesetzt werden, das die Messung von Drehmoment, Temperatur und Drehzahl quasikontinuierlich ermöglicht. Dieses Sensorsystem erfordert robuste, direkt auf technische Oberflächen beschichtete Dünnschichtsensoren. Um das System unabhängig von äußeren Energiequellen zu gestalten, ist eine integrierte Energieerzeugung aus der Eigenbewegung mit einem Energiespeicher zwingend erforderlich. Zusammen mit einer energieeffizienten Low-Energy-Mikroelektronik mit energiearmer Datenübertragung wird ein autarker Betrieb auch über die Gesamtbetriebszeit der Windkraftanlage (WEA) möglich.
Das Projekt "Teilvorhaben: Elektronikentwicklung, Demonstratoraufbau und Funktionstests am autarken Sensormodul" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Schäffler Technologies AG & Co. KG durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Umsetzung eines neuen Mess- und Wartungsprinzips für Kraftübertragungselemente in hochbelasteten Anlagen, wie zum Beispiel Windkraftanlagen. Dazu soll ein autark arbeitendes Condition Monitoring System (CMS) umgesetzt werden, welches die Messung von Drehmoment, Temperatur, Vibration und Drehzahl quasikontinuierlich ermöglicht. Dieses Sensorsystem erfordert robuste, direkt auf technische Oberflächen beschichtete Dünnschichtsensoren mit angepasstem Low-Energy-Elektronikmodul. Um das Gesamtsystem unabhängig von äußeren Energiequellen zu gestalten, ist eine integrierte Energieerzeugung aus der Eigenbewegung mit einem Energiespeicher zwingend erforderlich. Zusammen mit einer energieeffizienten Low-Energy Mikroelektronik mit energiearmer Datenübertragung wird ein autarker Betrieb auch über die Gesamtbetriebszeit der Windenergieanlage möglich. Die neuartigen Kraftübertragungselemente mit integriertem Messsystem sollen die klassischen Systeme ersetzen, ohne die Betriebszeiten negativ zu beeinflussen. In dem Verbundprojekt erfolgen Untersuchungen zur defektfreien Abscheidung piezoelektrischer Schichten, die in Energie-Harvestern für einen energieautarken Betrieb eingesetzt werden. Wichtiger Bestandteil des Projekts ist die Entwicklung der autarken Energieversorgung und die Bereitstellung einer angepassten energiearmen mikroelektronischen Schaltung. Zur Datenerfassung und Vorverstärkung wird ein miniaturisiertes, kompaktes Controller-Modul, unter Einsatz kommerziell verfügbarer Mikrochips zur Steuerung der Messung, Ansteuerung der Energiegewinnung, Energiespeicherung und Steuerung der Datenübertragung, realisiert. Alle elektronischen Komponenten werden integriert und lebensdauerfest auf die Stahlwelle montiert. Der Nachweis der gesteckten Ziele soll in verschiedenen Demonstratoren erbracht werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Zuverlässige Realisierung von hochintegrierten, dreidimensionalen Schaltungsträgern auf Basis von LTCC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Micro Systems Engineering GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Umsetzung eines neuen Mess- und Wartungsprinzips für Kraftübertragungselemente in hochbelasteten Anlagen wie etwa Windenergieanlagen. Dazu soll ein autark arbeitendes Condition-Monitoring-System umgesetzt werden, das die Messung von Drehmoment, Temperatur und Drehzahl quasikontinuierlich ermöglicht. Dieses Sensorsystem erfordert robuste, direkt auf technische Oberflächen beschichtete Dünnschichtsensoren. Um das System unabhängig von äußeren Energiequellen zu gestalten, ist eine integrierte Energieerzeugung aus der Eigenbewegung mit einem Energiespeicher zwingend erforderlich. Zusammen mit einer energieeffizienten Low-Energy-Mikroelektronik mit energiearmer Datenübertragung wird ein autarker Betrieb auch über die Gesamtbetriebszeit der Windkraftanlage (WEA) möglich.
Das Projekt "Teilprojekt D: Ortsselektive funktionale Beschichtung des Piezoarrays und Herstellung von Mastern für das Mikrokontaktdrucken von Nachweismolekülen auf das Piezoarray" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik durchgeführt. Ziel des Projektes ist der Aufbau eines Immunoassaysensors. Grundlage bildet ein massesensitives Piezosensorarray, dessen Oberfläche funktionalisiert werden soll, um darauf Antikörper zu immobilisieren. Das Vorhaben gliedert sich in zwei Teilprojekte. Die ortselektive Funktionalisierung der Oberfläche zur Immobilisierung der Nachweismoleküle und die Herstellung eines Mikrofluidiksystems. Mit der Funktionalisierung der aktiven Sensoroberflächen soll sowohl die unspezifische, als auch die spezifische Anbindung von Biomolekülen an den Oberflächen detektiert werden. Mit dem Ziel einer räumlich strukturierten Wechselwirkung der Reaktanden mit der Sensoroberfläche sollen Lösungen zur Mikrostrukturierung der Sensoroberflächen mittels Laserstrukturierung ausgearbeitet werden. Durch eine ortselektive Funktionalisierung können bestimmte Oberflächeneigenschaften in Bereichen von mym bis mm erzeugt werden. Damit ist es möglich, ortselektiv Nachweismoleküle direkt und ohne zusätzliche Nachbearbeitungsschritte auf den verschiedenen Sensoren zu immobilisieren und für deren Funktion notwendige hydrophile und hydrophobe Areale und Mikrofluidiksysteme zu schaffen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Technologie zur defektarmen Isolationsbeschichtung auf 3D-Bauteilen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Umsetzung eines neuen Mess- und Wartungsprinzips für Kraftübertragungselemente in hochbelasteten Anlagen wie etwa Windenergieanlagen. Dazu soll ein autark arbeitendes Condition-Monitoring-System umgesetzt werden, das die Messung von Drehmoment, Temperatur und Drehzahl quasikontinuierlich ermöglicht. Dieses Sensorsystem erfordert robuste, direkt auf technische Oberflächen beschichtete Dünnschichtsensoren. Um das System unabhängig von äußeren Energiequellen zu gestalten, ist eine integrierte Energieerzeugung aus der Eigenbewegung mit einem Energiespeicher zwingend erforderlich. Zusammen mit einer energieeffizienten Low-Energy-Mikroelektronik mit energiearmer Datenübertragung wird ein autarker Betrieb auch über die Gesamtbetriebszeit der Windkraftanlage (WEA) möglich.
Das Projekt "Teilvorhaben: Miniaturisierte komplex integrierte Mikrosensorik in dreidimensionalen funktionalisierten LTCC Modulen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Ilmenau, Institut für Mikro- und Nanoelektronik, Fachgebiet Mikromechanische System durchgeführt. Für die Integration von Sensorik auf rotierenden Wellen werden Konzepte für das Energy Harvesting entwickelt, die eine Anregung der piezoelektrischen Harvester auch auf ausgewuchteten Wellen erlauben. Die wichtigsten Aufgaben sind dabei der Entwurf eines Harvestermoduls auf Aluminiumnitrid- Basis für gekrümmte Oberflächen sowie die Erzeugung einer Oberflächenkraft aus der Rotation, die den Harvester aussteuern. Darüber hinaus soll das Harvester-Konzept auf seine sensorische Eignung untersucht werden. Darauf aufbauend soll ein Sensorelement für die Erkennung von Unwuchten aufgebaut werden. Die erzeugten Spannungen des Energy Harvesters sollen dazu spektral analysiert und bewertet werden. Für die Integration des Elektroniksystems auf die Welle werden neuartige, gebogene Keramikträger auf LTCC-Basis erforscht, die alle notwendigen Komponenten inklusive des Kommunikationsmoduls zur drahtlosen Kommunikation enthalten. Hier liegt die besondere Herausforderung in der Entwicklung eines robusten mehrlagigen Schaltungsträgers, der an die Form der Welle angepasst ist und eine Kontaktierung an den Drehmomentsensor erlaubt. Das Projekt gliedert sich im Wesentlichen in vier Arbeitsschwerpunkte: 1. Entwurf eines Harvester-Konzepts auf Basis der Technologie des FEP für die Integration auf eine gekrümmt, rotierende Fläche (Welle) - 2. Untersuchung des Harvesterkonzepts auf sensorische Eignung und Aufbau eines Unwuchtsensors auf Basis piezoelektrischer Schichten - 3. Schaffung einer technologischen Plattform zur Erzeugung gekrümmter LTCC-Module deren Krümmungsradius in einem breiten Bereich einstellbar ist und - 4. Integration komplexer integrierter Schaltungsträger, welche als autarkes System integriert auf einer rotierenden Welle umfangreiche sensorische und datenkommunikative Aufgaben erfüllen kann.
Das Projekt "Teilvorhaben: 3D-Sensorplattform für energieminimierte Kraft- und Temperatursensoren in Dünnfilmtechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siegert Thinfilm Technology GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Umsetzung eines neuen Mess- und Wartungsprinzips für Kraftübertragungselemente in hochbelasteten Anlagen, wie zum Beispiel Windkraftanlagen. Dazu soll ein autark arbeitendes Condition Monitoring System (CMS) umgesetzt werden, welches die Messung von Drehmoment, Temperatur, Vibration und Drehzahl quasikontinuierlich ermöglicht. Dieses Sensorsystem erfordert robuste, direkt auf technische Oberflächen beschichtete Dünnschichtsensoren mit angepasstem Low-Energy-Elektronikmodul. Um das Gesamtsystem unabhängig von äußeren Energiequellen zu gestalten, ist eine integrierte Energieerzeugung aus der Eigenbewegung mit einem Energiespeicher zwingend erforderlich. Zusammen mit einer energieeffizienten Low-Energy Mikroelektronik mit energiearmer Datenübertragung wird ein autarker Betrieb auch über die Gesamtbetriebszeit der Windenergieanlage möglich. Die neuartigen Kraftübertragungselemente mit integriertem Messsystem sollen die klassischen Systeme ersetzen ohne die Betriebszeiten negativ zu beeinflussen. In dem Verbundprojekt erfolgen Untersuchungen zur defektfreien Abscheidung piezoelektrischer Schichten, die in Energie-Harvestern für einen energieautarken Betrieb eingesetzt werden. Wichtiger Bestandteil des Projekts ist die Entwicklung der autarken Energieversorgung und die Bereitstellung einer angepassten energiearmen mikroelektronischen Schaltung. Zur Datenerfassung und Vorverstärkung wird ein miniaturisiertes, kompaktes Controller-Modul, unter Einsatz kommerziell verfügbarer Mikrochips zur Steuerung der Messung, Ansteuerung der Energiegewinnung, Energiespeicherung und Steuerung der Datenübertragung, realisiert. Alle elektronischen Komponenten werden integriert und lebensdauerfest auf die Stahlwelle montiert. Der Nachweis der gesteckten Ziele soll in verschiedenen Demonstratoren erbracht werden.
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