Design-Spaces (ABH080)

Bei der grenzüberschreitenden Zusammenarbeit zweier Hochschulinstitute, der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften und der Hochschule Furtwangen im Verbund mit assoziierten Industriepartnern steht die Weiterentwicklung von wissenschaftlich fundierten Design Spaces im Fokus. Konkret geht es um die Weiterentwicklung einer Methode zur Erhöhung der Robustheit und Lebensdauer von industriell gefertigten Sensoren und Aktoren. Durch die Zusammenführung ihrer komplementären Kompetenz- und Anwendungsfelder soll das Projekt für die beteiligten Institute verbesserte Wettbewerbspositionen und damit verbesserte Beschäftigungsmöglichkeiten schaffen. Beide Institute sehen das geplante Projekt als Beginn einer langfristigen Partnerschaft. Den assoziierten Firmen soll anhand von Machbarkeitsstudien das Potential der Design Space Methode aufgezeigt werden, um sie dann in Folgeprojekten mit den jeweiligen Firmen individuell anzuwenden.

Dieses Projekt befasst sich mit der Entwicklung von Sensoren und Aktoren. Sensoren und Aktoren sind Teil unseres Alltags. Sie machen Haushaltsgeräte ''smart'' und helfen in Fahrzeugen, über Unfallwarnsysteme die Sicherheit zu verbessern. Mit ''Internet of Things''—Anwendungen wird der Bedarf insbesondere an kostengünstigen Sensoren künftig stark zunehmen.

Aufgrund ihrer winzigen Baugröße ist die Herstellung von Sensoren und Aktoren sehr anspruchsvoll. Ihr Design, ihre Materialeigenschaften sowie die verwendeten Herstellungsmethoden müssen neben der geforderten Funktionalität der Bauteile geringen Ausschuss und hohe mechanische Stabilität im Betrieb gewährleisten. Folglich ist die Optimierung von Sensoren und Aktoren häufig ein langwieriger Prozess, der viel Erfahrungswissen und aufwändige Versuchsapparaturen erfordert. Darüber hinaus helfen Computermodelle, diesen Entwicklungsprozess zu systematisieren und zu beschleunigen. Entsprechende Computermodelle werden heutzutage an Hochschulen und in der Industrie breit eingesetzt. Es steht eine Anzahl an kommerziellen Softwareprodukten zur Verfügung, welche sich auf Standardprobleme auch ohne vertieftes mathematisch-physikalisches Verständnis erfolgreich anwenden lassen. Im Gegensatz dazu sind Simulationen zur mechanischen Integrität von Sensoren und Aktoren während Herstellung und Betrieb eine Aufgabe, die sich häufig nur mithilfe fundierter wissenschaftlicher Methoden bewerkstelligen lässt, da hier komplexe multiphysikalische-Phänomene zu berücksichtigen sind.

Genau dieser Ansatz soll im Rahmen des beantragten Projekts verfolgt werden. Unser Lösungsansatz basiert auf der Entwicklung physikalischer Computermodelle, aus denen sich sogenannte "Design Spaces" ableiten lassen.

Diese Design Spaces setzen, Material-, Herstellungs- und Betriebsparameter mit der mechanischen Stabilität (und damit der Robustheit) der betrachteten Bauteile in Beziehung. Das physikalische Verhalten dieser Bauteile wird dadurch transparenter und kritische Einflussgrößen können schneller identifiziert werden.

Die involvierten Partner – das Institute for Microsystems Technology (IMST) der Hochschule Furtwangen und das Institute of Computational Physics (ICP) der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften – verfügen hierfür über jahrelange Erfahrung in der Anwendung wissenschaftlicher Methoden zur Entwicklung von Sensor- und Aktorsystemen. Die Erkenntnisse und entwickelten Methoden sollen auch auf ähnliche Fragestellungen, die bei der Nutzung von Komponenten und Werkzeugen (z.B. Stanzbiegeteile) auftreten, übertragen werden, als dies mit einem rein empirischen, experimentellen Ansatz der Fall ist. Allerdings werden experimentelle Daten als Input für die Modellbildung und auch für deren Validierung benötigt.

 

Projekttitel

Design-Spaces zur Entwicklung von Sensor- und Aktorsystemen sowie Komponenten mit erhöhter Robustheit bezüglich Herstellung und Lebensdauer
Website https://www.zhaw.ch/no_cache/de/forschung/forschungsdatenbank/projektdetail/projektid/2242
Projektzeitraum 01.04.2018 - 30.09.2020

Kofinanzierungssatz

EU: 60,00%

CH: 35,00%

Beteiligte Länder

D, CH
   
   

 

Leadpartner

Zurich University of Applied Sciences
Institute of Computational Physics
Wildbachstraße 21
8400 Winterthur
Schweiz

Projektpartner

  • Hochschule Furtwangen (D)
  • Help Tech GmbH (D)
  • B. Ketterer Söhne GmbH (D)
  • Sensirion AG (CH)
  • Amcor Flexibles Kreuzlingen AG (CH)
  • Hexis AG (CH)
  • Carl Haas GmbH (D)

 

 

Kosten

Förderung

EU:

€ 290.374,90

€ 174.224,94
Schweiz:

€ 236.145,90

€ 82.651,06
Fürstentum Liechtenstein: € 0,00 € 0,00
Gesamt: € 526.520,80
€ 256.876,00