Entwicklung und Herstellung von direktabgeschiedener Sensorik auf Baugruppen einer Bohrlochgarnitur (T14#)

• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5486368

In den letzten Jahren ist der Bedarf zur Erfassung diverser nichtelektrischer, mechanischer Messgrößen im Rahmen der Messdatenerfassung in Maschinen stetig gewachsen. Durch die Überwachung des Betriebszustandes einzelner Baugruppen können z.B. kritische Bauteile überwacht werden und somit eine Leistungssteigerung sowie Optimierung vorhandener technischer Systeme erzielt werden. Die Sensorentwicklung ist somit nicht ohne Grund ein Befähiger der Industrie 4.0. Die Überwachung erfolgt dabei mit einer Vielzahl unterschiedlichster Sensoren.Am Institut für Mikroproduktionstechnik wurde ein neuer Ansatz verfolgt, um die steigenden Anforderungen an dünne und hochsensitive Sensorik zu erfüllen. Die Sensorik wird mit einer neuartigen, zum Patent angemeldeten Beschichtungsanlage direkt auf Bauteiloberflächen beliebiger Größenordnung abgeschieden. Durch das verwendete Beschichtungsverfahren der Kathodenzerstäubung können eine Vielzahl unterschiedlicher Sensortypen mit der erforderlichen hohen Schichthomogenität, verschiedenen Schichteigenschaften und Reinheit abgeschieden werden. Durch dieses neue Verfahren wird der Abstand zwischen Sensor und Bauteiloberfläche weiter reduziert und Messwertverfälschungen durch zusätzliche Trägersubstrate und Klebstoffschichten vermieden. Zusätzlich sinkt die Gesamtsystemdicke und die Sensitivität steigt. Durch den Verzicht auf Klebstoffe können Sensoren an Stellen eingesetzt werden, die bisher undenkbar waren.Ziel dieses Transferprojektes ist es, die im Rahmen der Grundlagenforschung im Teilprojekt S1 „Modulare, mehrfunktionale Mikrosensorik“ des Sonderforschungsbereichs 653 erzielten Forschungsergebnisse in einen praktischen Anwendungsfall zu überführen. Zu diesem Zweck soll eine Bohrgarnitur für u. a. Geothermieanwendungen des Anwendungspartners Baker Hughes INTEQ GmbH mittels der neuartigen Beschichtungsanlage mit dünnen, hochsensitiven Dehnungsmessstreifen beschichtet werden, um die während eines Bohrvorgangs wirkenden Belastungen aus Drehmoment, Gewicht und Biegemoment auf die Bohrwerkzeuge zu ermitteln. Ausgiebige Untersuchungen des Projektpartners haben die mangelhafte Eignung kommerzielle Sensorik aufgezeigt. Es ergeben sich Einschränkungen insbesondere durch zu große Sensordicken, die erforderlichen Zwischen- und Klebstoffschichten und eine mangelnde Adaptionsfähigkeit des Sensorlayouts sowie Einschränkungen in Bezug auf Verschleißschutz und mögliche Temperatureinsatzbereiche.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche (Transferprojekt)
• Teilprojekt zu: SFB 653: Gentelligente Bauteile im Lebenszyklus - Nutzung vererbbarer, bauteilinhärenter Informationen in der Produktionstechnik (Gentelligent Components in their Lifecycle)
• Antragstellende Institution: Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
• Unternehmen: Baker Hughes INTEQ GmbH
• Teilprojektleiter: Professor Dr.-Ing. Marc Christopher Wurz