Im Forschungsprojekt ParsiFAl 4.0, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, arbeiten mehrere Kooperationspartner mit der Unterstützung des Projektträgers VDI/VDE-IT daran, dünne Elektroniksysteme zu entwickeln. Die mikroelektronischen Sensorsysteme in dünnen Folien - die Smart-Sensor-System-Labels oder auch S3-Labels - bieten einen neuen Ansatz bei der Vernetzung intelligenter Produktionsanlagen für die Industrie 4.0 und ermöglichen die dezentrale Überwachung und Steuerung im Produktionsumfeld.

Basis der S3-Labels sind Mikrocontroller, Sensoren, dünne Displays und integrierte Kommunikationsschnittstellen, die alle in Folien eingebettet sind. Mit den erhobenen Daten kann der Zustand einer Komponente bewertet werden, um Anlagen beispielsweise vorausschauend zu warten. Hierdurch lassen sich die Instandhaltungskosten von Produktionsanlagen deutlich verringern. Im Bereich Logistik und Verpackung lässt sich der Transportweg von kritischen Gütern sicher nachvollziehen.

Demonstratoren von Festo und Bosch

Im konkreten Anwendungsfall des Forschungsprojekts soll ein S3-Label wie ein Klebestreifen auf einem pneumatischen Antrieb von Festo angebracht werden. Die Sensor- und Nutzdaten werden dann drahtlos und sicher an eine entsprechende Steuerung gesendet. So können Antriebsdaten wie Position, Dynamik und Umweltparameter durch mehrere S3-Label in einer Anlage gleichzeitig überwacht werden. Die Ansteuerung lässt sich nachgelagert durch selbstlernende Systeme optimieren. Ein Energy Harvesting System, das durch die Bewegung des Kolbens Energie generiert, soll das Foliensystem im Zusammenspiel mit einer Dünnfilmbatterie versorgen.

Das ParsiFAI 4.0-Label eingesetzt in der Verpackungstechnik.

© Robert Bosch

Als „intelligentes Etikett“ soll das Foliensystem bei Bosch auf Verpackungen empfindlicher Transportgüter eingesetzt werden. Durch die integrierte MEMS-Sensorik lassen sich schädigende Einflüsse auf empfindliche Güter wie Stöße oder Temperaturschwankungen überwachen. Auch Anwendungshinweise sollen auf dem autonom arbeitenden Label gespeichert werden, die sich über entsprechende Schnittstellen in der Anlage sowie über mobile Endgeräte drahtlos auslesen lassen.

Projektpartner aus Industrie und Wissenschaft

Die Einzeltechnologien werden von den Konsortialpartner erforscht:

• Bosch bringt langjährige Erfahrung im Bereich der MEMS-Sensorik in das Projekt ein und erarbeitet für die Unternehmens-Sparte „Packaging Technology“ einen Demonstrator für die Verpackungstechnik.
• Die Entwicklung und Realisierung der Rückdünnungsverfahren für die integrierten Schaltungskomponenten (ICs, Sensoren, MEMS) übernimmt das Institut für Mikroelektronik Stuttgart (IMS CHIPS).
• Die Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. verfügt über Erfahrungen in den Bereichen der Systemauslegung und im Energy-Harvesting. Zusammen mit Infineon Technologies und dem Partner Stackforce werden sichere Kommunikationslösungen für die Demonstratoren erarbeitet.
• Infineon Technologies konzipiert die Umsetzungsmöglichkeiten für Funkbausteine und deren Konfigurationen.
• Die Chips zur magnetischen Positionsmessung liefert Micronas.
• Mit ihrer Flex- und Embedding-Technologie trägt die Firma Würth Elektronik zur finalen systemischen Umsetzung bei.
• Die Erstellung von Qualifikationsverfahren und Testprozeduren für Fehleranalyse sowie die letztliche Qualifikation der Systeme hinsichtlich Ihrer Zuverlässigkeit findet bei RoodMicrotec statt.