Projekt eharsh – Sensorsysteme für extrem raue Umgebungen

Im Rahmen Fraunhofer-Leitprojekts »eHarsh« wird eine Technologieplattform geschaffen, auf deren Basis zukünftige Sensorsysteme für extrem raue Umgebungen entwickelt und aufgebaut werden können. Die Forschungsarbeit im Projekt umfasst folgende Themenbereiche:

  • robuste Sensoren, z.B. Druck- und Temperatursensoren sowie integrierte Schaltungen und Systemkomponenten für den Einsatz bis 300°C bzw. 500°C
  • 3D-Integration und hermetisch dichte Verkapselung auf Systemebene als »System-Scaled Package« unter zeitgleichem Medienzugang zu den Sensoren
  • erweiterte Zuverlässigkeitsanalysen und -modelle: Analytik und Testverfahren für die verschiedenen Belastungen, auch in deren Kombination
  • Verständnis des Material-Einsatzverhaltens bzgl. Defektrisiken und Degradationsmechanismen

Die Technologien werden anhand von Demonstratoren aus den Bereichen Triebwerk / Turbine und Geothermie entwickelt und evaluiert.

Forschungsschwerpunkt Fraunhofer IPM

  • Thermisch-elektrische Impedanz-Spektroskopie zur Medienanalyse: Diese dient der Klassifizierung der kontaktierten Medien, unterteilt nach Leitfähigkeit und Kapazität (thermisch und elektrisch). Medien können das umgebende Fluid oder die Wand der Bohrung sein, aber auch z.B. sensitive Schichten mit zusätzlichen Informationen wie Art der Mineralisierung oder Kohlenwasserstoffkonzentration.
  • Harsh Environment (HE) Lab: Zur Charakterisierung des Sensorsystems wird am Fraunhofer IPM ein »Harsh-Environment (HE) Lab« aufgebaut, in dem die Bedingungen bei geothermischen Bohrungen nachgebildet werden können.

Projektfinanzierung

Das Projekt eHarsh wird im Rahmen der Initiative »Leitprojekte – Schnelle Umsetzung für den Markt« von der Fraunhofer-Gesellschaft gefördert.

Projektpartner

  • Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS (Projektkoordination)
  • Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI
  • Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS
  • Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
  • Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
  • Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
  • Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
  • Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

Projektlaufzeit

Juni 2017 bis Dezember 2020

Hintergrund

Sensoren bilden die Grundlage für eine umfassende intelligente Steuerung industrieller Wertschöpfungsketten. In vielen Alltagsgegenständen wie etwa Smartphones sind hochintegrierte Sensorsysteme heute Stand der Technik. Nicht so im industriellen Umfeld: In rauen Produktionsumgebungen ist der Einsatz von Sensorsystemen bisher oftmals unmöglich, da hohe Betriebstemperaturen, mechanische Belastungen, Vibration oder ein feuchtes bzw. chemisch aggressives Umfeld keinen zuverlässigen Betrieb der empfindlichen Elektronikkomponenten erlaubt.

Dabei besteht gerade in hochtechnisierten Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Energiegewinnung, der Industrie-Automation, der Automobil- oder Umweltmesstechnik ein enormer Bedarf an Sensorsystemen, die Anlagen und Prozesse überwachen und gezielt regeln. Auch die digitalisierte Produktion im Sinne der »Industrie 4.0« – etwa die zunehmende Individualisierung von Produkten oder die Echtzeitüberwachung von Produktionsprozessen – erfordert leistungsfähige integrierte Sensorsysteme, die auch im industriellen Umfeld zuverlässig funktionieren.