Detailseite
Projekt
MiMoSe - Mikroelektronischer Modulbaukasten für Sensorintegrierende Maschinenelemente
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Eckhard A. Kirchner; Professor Dr.-Ing. Dieter Krause; Professor Dr.-Ing. Hoc Khiem Trieu
Fachliche Zuordnung
Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
Mikrosysteme
Mikrosysteme
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466493340
Die systematische Entwicklung sensorintegrierender Maschinenelemente (SiME), insbesondere unter Berücksichtigung des stark limitierten Bauraums, eines effizienten Datenmanagements und eines autarken Energiehaushalts, stellt eine wesentliche Herausforderung im Bereich der mechatronischen Entwicklung dar, die aktuell methodisch nicht ausreichend unterstützt wird. Das Ziel dieses Vorhabens ist es, am Beispiel von Befestigungs- und Bewegungsschrauben einen modellbasierten mikroelektronischen Modulbaukasten zur systematischen Entwicklung von Sensorsystemen in SiME zu konzipieren und zu testen, um anwendungsfallspezifisch Sensorsysteme aus Elektronikmodulen konfigurieren und vorauslegen zu können. Dies soll durch die dafür notwendige Kollaboration zwischen den unterschiedlichen Bereichen Mechanik, (Mikro-) Elektronik, Software sowie Konstruktionsmethodik erreicht werden.Zu Beginn werden mechanische, elektrische und geometrische Anforderungen an Sensorsysteme in sensorintegrierenden Befestigungs- und Bewegungsschrauben identifiziert. Diese werden als Grundlage für den modellbasierten Modulbaukasten in ein Anforderungsmodell in der Modellierungssprache SysML implementiert. Nachfolgend werden die zur Erfüllung der Anforderungen notwendigen Produkteigenschaften ermittelt. Anschließend werden verfügbare mikroelektronische Komponenten identifiziert, hinsichtlich ihrer Eigenschaften analysiert und es wird eine geeignete Struktur für deren Klassifizierung erarbeitet. Die Komponenten werden im SysML-Modell mit den zugehörigen Abhängigkeiten und den notwendigen Parametern für die Konfiguration und Vorauslegung als mikroelektronischer Modulbaukasten modelliert. Diese Art der Modellierung ermöglicht das Hinterlegen von unterschiedlichen Datenelementen und erlaubt eine einfache Konsistenzprüfung bei nachträglichen Anpassungen sowie die Erweiterung des Modulbaukastens. Wird die Baukastenstruktur in ein geeignetes Konfigurationssystem übertragen, so erlaubt dieses die anwendungsfallspezifische Kombination von Modulvarianten und eine Konfiguration unterschiedlicher Lösungsalternativen für Sensorsysteme in SiME. Diese erfolgt unter Berücksichtigung der jeweiligen Anforderungen aus der Messaufgabe und den individuellen Einsatz- und Randbedingungen des Maschinenelements. Die Systemkonfiguration und -vorauslegung erfolgt anhand von drei neu zu definierenden Grundstrategien: daten-, energie- oder bauraumoptimiert. Zwei Sensorsysteme werden exemplarisch für eine prototypische Umsetzung in Form von Demonstratoren ausgewählt. Für eine initiale Verifizierung des Modulbaukastens und des Konfigurationssystems werden die prototypisch realisierten Sensorsystem Demonstratoren in jeweils eine Befestigungs- und eine Bewegungsschraube integriert. Die realisierten SiME-Prototypen werden abschließend in statischen und dynamischen Tests experimentell untersucht, um einen Abgleich zwischen den gemessenen und prognostizierten Signalen und Einsatzgrenzen der Sensorsysteme zu ermöglichen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
