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Perspektiven für Anwendungen von morgen

Smarte Messlösungen basieren auf neuartiger Nano-DMS Technik
Perspektiven für Anwendungen von morgen

Basierend auf einer neuartigen Nanopartikeltechnologie können hochsensible DMS (Dehnungsmessstreifen) für vielfältige Anwendungen entwickelt werden. In Kombination mit ergänzender Elektronik lassen sich aus ihnen smarte Messlösungen z.B. für Kraft- und Druckkartographien zum Einsatz in Zukunftsmärkten wie der Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge produzieren.

In der Messtechnik werden physikalische Größen wie Kraft und Druck traditionell mit Hilfe von Dehnungsmesswiderständen wie z.B. bei Folien-Dehnungsmesstreifen zur Erzeugung elektrischer Widerstandsänderung, erfasst.

Nanolike, ein im Jahre 2012 gegründetes Unternehmen, hat sich auf die Deposition von Nanopartikeln spezialisiert. Die Firma entwickelt eine neue Generation von Sensoren, um den wachsenden Anforderungen der Industrie zu begegnen: Denn es werden immer präzisere Messergebnisse verlangt, während gleichzeitig alles daran gesetzt wird, die Größe der Geräte sowie ihren Energieverbrauch zu verringern.
Präzise und energieeffizient: Nano-DMS
Die Nano-DMS Technologie beruht, wie die der klassischen Folien-DMS auf einem sehr logischen und einfachen Prinzip: Das Biegen, Ziehen oder sonstige Verformen eines Materials kann beziffert werden indem der angebrachte Leiter abhängig von der Verformung seinen Widerstand verändert. Während diese Funktion bei den herkömmlichen Folien-DMS ein metallenes Gitter übernimmt, besteht die aktive Zone der Nano-DMS aus Reihen von Nanopartikeln.Die Partikel werden einem patentierten Verfahren folgend auf einem Substrat Typ Polyamid abgelagert. Dieses Prinzip ermöglicht die Messung von Verformungen und bedingt dadurch auch von Druck, Kraft und Gewicht.
Die spezielle Ablagerungstechnik und ihre Kontrolle selbst auf Nanoebene erlauben, dass feine Verformungen auf einem sehr großen Messbereich gemessen werden können. Tatsächlich beträgt der Deformationsbereich ϵ: 1 à 4.000 µm/m (Limit: 0,4 %) und mit einem k-Faktor von je nach Einstellung 30 bis 75 ist die Nano-DMS Lösung bis zu 40mal sensibler als ähnliche DMS basierte Technologien, die oft nicht über einen K-Faktor von 2 hinauskommen.Der nominale Widerstand beträgt 200 kΩ bis 1 MΩ, was sie sehr energieeffizient macht. Aufgrund der auf Nanopartikeltechnik basierten aktiven Zone mit einer Länge von 100 µm kann die DMS auch beliebig verkleinert werden.
Individualisierte, smarte Messlösungen
Ein wichtiger Aspekt dieser Innovation ist auch die Weiterführung des Konzepts im Rahmen der Herstellung von individualisierbaren „Patches“ für spezifische Messprobleme. Diese basieren auf der DMS Technologie und beinhalteen sowohl die Messinstrumente als auch die Schaltungen und smarte Elektronik, denn Anfang des Jahres wurden DMS und Patchesmit einer Funktion für digitale Datenübermittlung z.B. über Bluetooth oder WLAN ausgestattet.
Diese individualisierbaren Messlösungen ermöglichen beispielsweise die Verbesserung von Testständen und anderen Applikationen für Material- oder Komponententests. So sind durch die minimalisierte Größe der DMS auch lokale Messungen auf sehr beengtem Raum oder aber auch flächendeckende Lösungen mit mehreren aktiven Zonen möglich. Ingenieurdienstleister können dadurch auf sehr viel empfindlichere Techniken zurückgreifen und aufgrund der optimal angepassten Patches gleichzeitig Zeit sparen.
Doch solche Anwendungen erschließen auch einen der wichtigsten globalen Zukunftsmärkte: Das Internet der Dinge. Wie z. B. in Deutschland im Rahmen der rasenden Entwicklung der Industrie 4.0 zu bemerken ist, stellt die steigende Nachfrage nach individualisierten Gütern produzierende Unternehmen vor eine große Herausforderung. Während bisher z.B. Werkzeugmaschinen überwiegend manuell eingerichtet wurden, zeigt sich ein wachsender Bedarf nach automatisierten Lösungen, bei denen Abweichungen und Fehler im Produktionsprozess erkannt und vermieden werden können. Dafür ist eine individualisierte sowie smarte und effiziente Messlösung unerlässlich.
Doch auch die Branche der kleineren Embedded-Systeme für den Endverbraucher müssen immer mehr messen und analysieren – und das auf möglichst kleinem Raum. Vor allem für solche Anwendungen ist eine kabellose Lösung unabdingbar. So kann der geringe Energieverbrauch der „Patches“ hier zum Tragen kommen, da diese sog. Consumer Electronics oft akkubetrieben werden. Durch die Energieeffizienz der DMS, können sie mit EnergyHarvesting Funktionen betrieben werden. Solche Anwendungen werden z.B. in der Welt der Smart Health Branche gefordert. In der Vergangenheit haben wir beispielsweise mit Partnern an der Entwicklung smarter Sohlen für Sportschuhen und gearbeitet. Doch solche Möglichkeiten zur Kraft und Druckmessung werden auch verstärkt zur Überwachung von Produktionsabläufen genutzt oder bei Structure Health Monitoring Abläufen für große Maschinen.
Mittelfristig ist das Ziel des Unternehmens mehrere Arten von Sensoren auf ein Substrat aufzutragen und so der Industrie komplexe Sensorsysteme anbieten zu können, welche simultan Kartographen auch verschiedener Messgrößen wie Temperatur oder Feuchtigkeit erstellen können.
Im Rahmen des Wachstums der Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge ist mit stetig steigenden Verkaufszahlen zu rechnen. Die Marktrelevanz dieser Innovation spiegelt sich auch in den Zahlen zum internationalen Handel wieder: Eine große Mehrheit der Kunden kommt aus dem Ausland. Vor allem in Deutschland machen sich die immer stärkere Zahl an Nachfragern und die allgemein vielversprechende Marktstruktur bemerkbar. Deshalb steht für Nanolike 2017 die Eröffnung einer ersten Zweigstelle in Deutschland auf dem Plan.
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