2015-12-01  –  2019-07-31

414.872,38 EUR

Technische Universität Ilmenau - Institut für Mikro- und Nanoelektronik - FG Experimentalphysik I, Ilmenau, Thüringen

0325891B

Logistik, Anlageninstallation, Instandhaltung und Betriebsführung [EB1250]

01161625/1  –  Bauteilintegrierte Sensorik für Kraftübertragungselemente in Windenergieanlagen

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE2)

Energie

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 aussteuert. Darüber hinaus wird ein energieeffizientes Sensorelement für die Erkennung von Vibrationen auf Basis eines piezoelektrischen Elements aufgebaut. Die erzeugten Spannungen eines piezoelektrischen Wandlers 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 mit Antenne 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 gekrümmte, rotierende Fläche (Welle), 2) Erforschung eines energieeffizienten Vibrationssensor-Musters 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 Schaltungselemente und mikrosensorischer Komponenten zu einem dreidimensionalen Schaltungsträger, welcher als autarkes System integriert auf einer rotierenden Welle umfangreiche sensorische und datenkommunikative Aufgaben erfüllen kann.