Vom 31. März bis zum 4. April 2025 präsentiert das CiS Forschungsinstitut sein Technologieportfolio auf der HANNOVER MESSE 2025. In Halle 6 auf dem Thüringer Gemeinschaftsstand der LEG (Stand F61) stellen unsere Experten siliziumbasierte MEMS- und MOEMS-Sensorkonzepte für vielseitige Anwendungen vor.
Elastisch stabile Zugkraftsensoren zur Riemenspannungsüberwachung (ZugKraftSensor)
In der Antriebstechnik werden Zahn- und Transmissionsriemen verwendet, um große Kräfte bei längeren Distanzen zu übertragen. Hierbei ist eine optimale Riemenspannung entscheidend für eine konstante Kraftübertragung und damit Grundlage für eine gleichbleibende Qualität in der jeweiligen Anwendung. Aktuell erfolgt die Auslegung der Riemen häufig nach pauschalen Katalogwerten der einzelnen Hersteller ohne einheitliche Normen. Die Riemenspannung wird nur bei Wartung und Einbau gemessen, eine kontinuierliche Überwachung fehlt bisher. Hierfür entwickelte ein Forschungsteam einen Zugkraftsensor. Der miniaturisierte Siliziumdehnungssensor (500 µm x 500 µm) kann die Riemenspannung kontinuierlich überwachen. Die Sensoren werden direkt in Zahn- und Transmissionsriemen integriert und ermöglichen eine präzise Kraftmessung bis 35 kN. Damit lassen sich Wartungsintervalle exakt planen, Materialermüdung frühzeitig erkennen und ungeplante Stillstandzeiten vermeiden.
Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Sensoren zur Riemenspannungsüberwachung“ (ZugKraftSensor) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert. FKZ: 49MF210167
Palladium-beschichtete MEMS-Strukturen (H2MEMS)
Für die Nutzung von Grünem Wasserstoff sind spezifische Sensoren für die Messung des Wasserstoffanteil im Erdgasnetz notwendig. Hierfür entwickelte das CiS Forschungsinstitut gemeinsam mit zwei weiteren Partnern, Palladium-beschichtete MEMS-Strukturen, die Si-MEMS-Drucksensoren sehr ähnlich sind. Palladium kann das 900-fache des eigenen Volumens an Wasserstoff bei Raumtemperatur aufnehmen. Bei einer Volumenvergrößerung entstehenden mechanische Spannungen, Eine hochempfindliche piezoresistiven Messbrücke erfasst diese und damit den Wasserstoffanteil im Palladium.
Das diesem Beitrag zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 03ZZ0757B gefördert.
Weitere MEMS-Entwicklungen können am Messestand diskutiert werden:
» Infosheet: High-End-Beschleunigungssensoren (HEB)
» Infosheet: Hybrid aufgebaute Silizium-Dehnungssensoren (SiDMeses)
Flinkes Infrarot-Emitter-Array (FIRE)
Optische Gassensoren bieten zahlreiche Vorteile bei der Prozessüberwachung und der medizinischen Atemgasanalyse. Für einige Anwendungen ist eine schnelle Reaktionszeit im Bereich von 10 ms notwendig, beispielsweise, um einzelne Atemzüge mit hinreichend hoher Zeitauflösung erfassen und bewerten zu können. Gleichzeitig müssen die verwendeten Infrarot-Strahler eine hohe optische Leistung aufweisen.
Eine neue Generation von MEMS-Emittern, die aus Arrays von aktiven Flächen bestehen, wurde Im Projekt Flinkes Infrarot-Emitter-Array (FIRE) entwickelt. Vorteile sind hier eine hohe Miniaturisierung, Langzeitstabilität, breitere Emissionsspektren sowie höhere Dynamik bis zu 100 Hz.
Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Flinkes Infrarot-Emitter-Array“ (FIRE) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert. FKZ: 49MF220020
» Infosheet: Flinkes Infrarot-Emitter-Array (FIRE)
Neuer mikrooptischer Partikelzähler für große Volumenströme (NewPARZ)
Im Projekt NewPARZ wurde ein optoelektronischer Partikelzähler für gastragende Teilchen sehr geringer Partikelkonzentrationen bei großem Volumendurchsatz > 50 l / min entwickelt. Ein spezielles Fotodiodenarray mit Winkelfilter ändert bei der Laserwellenlänge se seine Transmission über wenige Winkelgrad von nahezu 100 % auf einen optische Dichte (OD) kleiner als sechs. Damit können mehrere Messtellen entlang des Laser-Vorhangs getrennt und parallel mit dem Fotodiodenarray abgefragt werden.
Die Projektergebnisse sind auch in einer veröffentlichten Patentschrift des CiS-Forschungsinstituts niedergeschrieben (DE102022113774A1).
Auf unserem Messestand wird ein Demonstrator vorgestellt.
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Projekt „Neuer mikrooptischer Partikelzähler für große Volumenströme“ (NewPARZ) wurden gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. FKZ: 49MF210049
» Infosheet: Neuer mikrooptischer Partikelzähler für große Volumenströme (NewPARZ)
Optischer Magnetfeldsensor mit Diamant (DiaQuantFab)
Im Verbundprojekt DiaQuantFab wurde ein sehr kompakter Magnetfeldsensor entwickelt. Herzstück bildet ein Diamant mit magnetfeldsensitiven Defekten. Werden diese Defekte (NV-Zentren) mit grünem LED-Licht angeregt, emittieren sie rotes Fluoreszenzlicht. Die Intensität des detektierten Fluoreszenzlichts lässt auf die Stärke eines äußeren Magnetfelds schließen. Der Sensor wurde als hybride Strahler- Empfängerplattform mit integrierter LED-Lichtquelle, Trennung des Anregungs- und Fluoreszenzsignals durch einen Glas-Langpassfilter sowie monolithischen Fotodetektoren zur Analyse des Fluoreszenzsignals aufgebaut. Eine Besonderheit ist, dass dieser Sensor auch für Nullfeldmessungen geeignet ist.
Standardisierungen in der Herstellung und Verarbeitung von Quantenmaterialien am Beispiel von NV-Farbzentren in Diamant zur Realisierung eines hochpräzisen auf Quanteneffekten beruhenden Amperemeters Diamant für Elektronendetektion (DiaQuantFab). FKZ: 13N14984 – gefördert vom BMBF.
» Infosheet: Optischer Magnetfeldsensor mit Diamant (DiaQuantFab)
Drucksensorik am Stand des FTVT
Forschungs- und Technologieverbund Thüringen (FTVT e.V.) ist ebenfalls auf der Hannover Messe mit einem Messestand vertreten. Dort in Halle 2 am Stand C 64 zeigt das CiS Forschungsinstitut einen hochstabilen, medienbeständigen barometrischen Drucksensor, welcher mittels Wafer-Level-Packaging gefertigt wurde. Dieser Drucksensor weist eine erhöhte chemische Resistenz auf sowie verbesserte Kontakt und Langzeitstabilität und ist für medizinische Anwendungen geeignet.
