Wissenschaftliche Publikationen "Sensorik + Aktorik"

PDF des Abschlussberichts 3DLKM

A novel optical incremental and absolute encoder based on an optical application-specific integrated circuit (opto-ASIC) and an encoder disc carrying micro manufactured structures is presented. The physical basis of the encoder is the diffraction of light using a reflective phase grating. The opto-ASIC contains a ring of photodiodes that represents the encryption of the encoder. It also includes the analog signal conditioning, the signal acquisition, and the control of a light source, as well as the digital position processing. The development and fabrication of the opto-ASIC is also described in this work. A laser diode was assembled in the center on top of the opto-ASIC, together with a micro manufactured polymer lens. The latter was fabricated using ultra-precision machining. The encoder disc was fabricated using micro injection molding and contains micro structures forming a blazed grating. This way, a 10-bit optical encoder with a form factor of only 1 cm3 was realized and tested successfully.

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• Überblick, Stand der Technik
• Beschleunigungssensoren in Silizium Mikromechanik zur Bestimmung
  der Lage im Raum
• Kapazitiver, fluidischer Neigungssensor zur Bestimmung der Lage
  im Raum
• Anwendungsbeispiele

Traceability of single parts is essential in automated manufacturing, especially considering recent developments in Industry 4.0 or Smart Manufacturing. In some cases, however, conventional traceability methods, e.g. barcode, DMC or RFID, are not sufficient to track individual components through their entire production chain. One solution is the exploitation of an object's inherent, individual surface patterns. This work demonstrates label-/tag-free traceability of approx. 1000 components in a molded interconnect device (MID) production chain. The parts' surface patterns are photographed several times along the MID production chain. Based on the captured images nearly 3,300 successful identification processes were performed without any failure. Using a hash algorithm to compress the relevant data of the surface pattern images reduces the required disk space and the runtime significantly. Since the results demonstrate the robustness against surface alterations, this work gives the proof of concept regarding to a method for fast label-/tag-free part tracking that is applicable in an industrial production line.

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Several European projects on Digital Innovation Hubs (DIHs) have developed their own platforms or marketplaces, offering solutions for companies to improve their production processes, products or business models with digital technologies.

These marketplaces have a high potential to make a real difference for companies, but how to make the most out of them?

The aim of the meeting is to bring together Digital Innovation Hubs representatives, who are part of the European Catalogue of DIHs and who are part of the Working Group on Digital Innovation Hubs, to explore:

• What marketplaces and platforms exist and how could they be grouped together?
• How regions could benefit from them for their own companies?
• How Digital Innovation Hubs could be the main distributors of the portfolio of tools developed by EU-funded Innovation Actions at regional level?

Im Mai 2013 wurde ein umfassendes Strategiepapier der Europäischen Kommission („An Electronics Industrial Strategy for Europe“) vorgestellt. Es beschreibt Maßnahmen und Prioritäten, um das hohe Niveau bei Design und Fertigung von Mikro- und Nanoelektronik in Europa aufrecht zu erhalten, so dass alle Bereiche der Wirtschaft und Gesellschaft davon profitieren können. Investitionen der Industrie von 100 Milliarden Euro und die Schaffung von 250.000 Arbeitsplätzen in Europa bis 2020 waren damals die erklärten Ziele.

Mariya Gabriel, die europäische Kommissarin für Digitale Wirtschaft und Gesellschaft, leitete zu Beginn des Jahres 2018 einen umfassenden Prozess ein, diese Strategie in allen wesentlichen Punkten gründlich zu überarbeiten und auf den bereits erreichten Stand der Digitalisierung abzustimmen. Ziel soll es sein, die in Europa vorhandenen Stärken und die strategische Ausrichtung der Wertschöpfungsketten für elektronische Komponenten und Systeme auch künftig von Seiten der Politik und durch Investitionen optimal zu unterstützen. Schwerpunkte liegen dabei z.B. auf Bereichen wie Gesundheit, Robotik, Elektromobilität und Künstliche Intelligenz.

Die Mitarbeiter des Hahn-Schickard Business Development haben das neue Strategiepapier analysiert. Sie stellen die für die Clusterakteure des Spitzenclusters microTEC Südwest wichtigsten Aussagen und Handlungsempfehlungen vor, um speziell die KMU und Forschungseinrichtungen in der Clusterregion bei ihrer eigenen künftigen strategischen Ausrichtung zu unterstützen.

Since 2013 the European Commission launched several Initiatives to support Smart and Medium-sized Enterprises (SMEs) in the adoption of latest digital technologies. The presentation gives an overview on the SAE initiative (Smart Anything Everywhere) and related initiatives like I4MS (ICT-Innovations for Manufacturing SMEs). Success stories from different Innovation Actions aligned to the Commission Initiatives will show the importance of Smart Systems for the digitisation of products and processes. Finally, an outlook on upcoming programmes will be given, including Digital Europe. The presentation will also show some findings of the SAE-aligned Coordination and Support Action Smart4Europe published recently in a White Paper and build thereby some bridges to the 5E CSA.

Initiatives like the SAE initiative or I4MS and especially the upcoming Digital Europe programme are considered to constitute important funding sources for the EPoSS community. Vice versa, support from the EPoSS community is essential to further develop the digitisation initiatives of the EC and the related funding framework.

Der vorliegende Bericht stellt die Abschlussdokumentation des Verbundvorhabens „Mikroexpans“ dar. Inhalt des Vorhabens war die Entwicklung und Erprobung eines regelbaren, energieeffizienten und kostengünstigen Mikroexpansionsventils zum Ersatz der konventionellen Drosselkapillare in kleinen Kältemaschinen wie Kühl- und Gefriergeräten. Hierdurch sollten insbesondere der Energieverbrauch von Haushaltskühl- und Gefriergeräten gesenkt, die zur Geräteherstellung notwendigen Ressourcen reduziert, der Gerätekomfort für den Kunden erhöht und Kostenvorteile erzielt werden.

Bei Projektbeginn existierten keine kommerziell erhältlichen Expansionsventile für den unteren Leistungsbereich der „normalen“ Haushaltskühl- und Gefriergeräte (Kälteleistung ca. 30-200 W). Es wurden zunächst Untersuchungen zu den in Haushaltskühl- und Gefriergeräten auftretenden Partikeln und Partikelgrößen durchgeführt und ein Ventilkonzept entwickelt, bei dem diskrete mikrofluidische Strukturen (Mikrokanäle) geschaltet werden. Darauf aufbauend wurden zwei Ventilvarianten sukzessive weiterentwickelt. Jede der Varianten verfügt über fünf Mikrokanäle, wobei jeder Mikrokanal einer schaltbaren Kälteleistungsstufe entspricht. Die Mikrokanäle liegen dabei geschützt hinter einer Filterstruktur, so dass Fremdkörper, welche die Mikrokanäle verstopfen könnten, zurückgehalten werden und ggf. in einer speziellen Schaltposition durch das Ventil gespült werden können. In einer weiteren Schaltposition können die Ventile auch komplett geschlossen werden, sodass die Druckverhältnisse im Kreislauf bei ausgeschaltetem Kompressor soweit als möglich erhalten bleiben, was energetisch vorteilhaft ist.

Es wurden zunächst Messungen mit Stickstoff und R600a in Versuchsständen durchgeführt, bevor eine der beiden Ventilvarianten ausführlich bis zur Integration in konventionelle Haushaltskühl- und Gefriergeräte untersucht wurde. Dabei wurde u.a. die Gefrierleistung und Energieeffizienz im Vergleich zur Drosselkapillare untersucht sowie erste Lebensdauertests erfolgreich durchgeführt. Tests mit Funktionsmustern des Mikroexpansionsventils haben letztlich gezeigt, dass im Vergleich zur Drosselkapillare Energieeinsparungen von ca. 4% erreichbar sind.

Vollständiger Abschlussbericht als PDF

In this work, a comprehensive characterization of metal-insulator-semiconductor structures by impedance spectroscopy isdemonstrated for the case of electrically insulating, highlyc-axis oriented, 600 nm sputter-deposited AlNfilms on n-Si sub-strates with Al top electrodes. Direct visual analysis and equivalent circuitfitting of the dielectric data were performed. For thelatter procedure, the circuit model consisted of three series resistor-capacitor connection elements for the three dielectric con-tributions detected. The three contributions were identified as the AlNfilm, n-Si substrate, and an interface barrier effect.Several essential device parameters were determined separately, by visual or equivalent circuitfitting analysis, such as thedielectric permittivity of the AlN layer, the temperature dependence of the AlN permittivity, and the resistances of the AlN layer,the n-Si substrate, and the interface contribution. Furthermore, DC bias dependent impedance measurements allowed the iden-tification of a Schottky-type interface barrier.

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