SFB 653 - S1 - Modulare, mehrfunktionale Mikrosensorik

In der modernen Fertigungstechnik ist es notwendig eine Vielzahl von Messdaten zu erfassen, um zum einen die Prozesszuverlässigkeit während der Produktion zu gewährleisten und zum anderen die Produktqualität am Ende der Produktion zu verifizieren. Das Teilprojekt S1 beschäftigt sich mit der Entwicklung von modularen, mehrfunktionalen Mikrosensoren, die dazu dienen, nutzungs-, wartungs- und recyclingrelevante Daten während des gesamten Lebenszyklus eines Bauteils zu erfassen. Hierbei ermöglicht der modulare Aufbau der  Mikrosensoren die prozessoptimierte Fertigung von Mikrosensoren zur Messung von Kraft, Dehnung, magnetischen Eigenschaften und Temperatur. Ferner gestatten die kleinen Abmessungen der Mikrosensoren einen universellen Einbau an schwer zugänglichen Orten. 

Zur Realisierung dieses Ziels lag der Forschungsschwerpunkt im ersten Antragszeitraum in der Entwicklung und Untersuchung von Funktionsschichten, welche als elementare Grundbausteine dieser neuartigen modularen Mikrosensoren eingesetzt wurden. Abb. 1 zeigt die Komponenten dieses Baukastensystems. Hierzu wurden im Rahmen des  Teilprojektes magnetoelastische, magnetoresistive, isolierende sowie temperaturempfindliche Schichten untersucht. 

Besondere Gestaltungsmöglichkeiten bieten sich bei der Kombination unterschiedlicher Effekte. Solch eine Kombination gestattet die Realisierung einer Mikrosensorfamilie, welche unterschiedliche Messaufgaben wahrnehmen kann. Abb. 2 zeigt die Kombinationsmöglichkeiten der modularen Mikrosensorfamilie. Eine erste Umsetzung des modularen Konzeptes erfolgte mit dem Aufbau und der Charakterisierung von Mikrotemperatur-, Dehnungs- und Wirbelstromsensoren. Abb. 3 zeigt einen dünnfilmtechnisch gefertigten Mikrotemperatursensor. 

Im zweiten Antragszeitraum sind Hauptziele des Teilprojektes S1, die Flexibilität beim Einbau der Mikrosensoren weiter zu erhöhen sowie das Spektrum von Mikrosensoren zu erweitern. Wie bisher wird der Bedarf an Mikrosensoren durch die anderen Teilprojekte vorgegeben. Durch Verbesserungen bei der Systemintegration soll dabei das Einsatz­spektrum dieser Mikrosensoren erweitert werden. Wie im ersten Antragszeitraum erfolgt die Modellierung und Simulation durch analytische Berechnungen sowie durch Einsatz der Finiten-Elemente-Methode (FEM). Im Anschluss daran findet die Fertigung sowohl von Mikrosensoren für den Einzeleinsatz als auch von Mikrosensorarrays statt. Nach Abschluss der Fertigung werden die Mikrosensoren einer Charakterisierung sowie einer Erprobung unterzogen und dem Anwender zur Verfügung gestellt.