Sensorik und Analytik

Öffentlich geförderte Projekte

Mess- und Sensorlösungen für die Wasserstoff-Infrastruktur

Titel:  
Nicht-invasive Sensortechnologie auf Basis geführter akustischer Wellen für eine eichfähige Bestimmung des Durchflusses von Flüssigwasserstoff sowie anderer kryogener Flüssigkeiten und Energieträger (HydrAmess)
Kompetenzfeld:       
Sensorik und Analytik
Projektleiter:            
Projektzeitraum:      
01.02.2023 – 31.02.2027
Zuwendungsgeber: 
Bundesministerium für Bildung und Forschung, Programm FH-Kooperativ

Thematik

Ob als Brennstoff und Energieträger für Industrie, Verkehr oder Gebäudesektor - Wasserstoff soll fossile Energieträger zunehmend substituieren und damit zur Treibhausgasneutralität und dem Erhalt unserer Lebensgrundlagen beitragen. Einen Großteil des Wasserstoffbedarfs werden wir in Deutschland auch zukünftig durch Importe aus dem Ausland decken müssen. Von großer Bedeutung ist daher die Entwicklung einer geeigneten Transport- und Verteilerinfrastruktur.

Wasserstoff kann sowohl im gasförmigen als auch im flüssigen Zustand gespeichert oder transportiert und als Energieträger genutzt werden. Mit dem Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur steigt auch der Bedarf an geeigneten Mess- und Sensorlösungen zur Überwachung der transportierten Menge. Für eine wirtschaftliche Nutzung des neuen Energieträgers muss man hochgenau erfassen können, wie viel durch die Leitung fließt oder getankt wurde: ein eichfähiges und industrietaugliches Messverfahren wird benötigt. Flüssigwasserstoff stellt gängige Messmethoden allerdings vor Herausforderungen. Er hat mit -253°C eine sehr geringe Temperatur, muss in speziellen vakuumisolierten Leitungen oder Tanks transportiert oder gelagert werden und neigt bei Temperatureintrag zu Gasblasenbildung.

Das Institut für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg möchte ein neuartiges akustisches Messverfahren zur Durchflussmessung bei Flüssigwasserstoff und anderen Flüssigenergieträgern entwickeln. Mit Hilfe einer speziellen Ultraschallsensorik auf Basis geführter akustischer Wellen (GAW) soll ermöglicht werden, auch bei niedrigsten „kryogenen“ Temperaturen den Durchfluss präzise zu messen.

Biologische Nanomaterialien und Mikrofluidik für Laboranalysen

Titel:
BioQuant: Biohybride DNA Metall-Quantencluster basierte Sensor-Plattformtechnologie
Kompetenzfeld:
Sensorik und Analytik
Projektzeitraum:
01.10.2021 – 30.09.2024
Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Bildung und Forschung, Zukunftstechnologien für die industrielle Bioökonomie – biohybride Technologien

Thematik

Neuartige Sensorkonzepte wie Lab-on-a-Chip (LOC)-Technologien ermöglichen die Detektion und Quantifizierung von Analyten auch in Laboren mit einfacher Grundausstattung und wenig geschultem Personal. Heutzutage sind diese Technologien wichtige und leistungsfähige Diagnosewerkzeuge im Gesundheitswesen und werden zunehmend auch im industriellen Umfeld der Bioökonomie eingesetzt. Die derzeitige LOC-Technologie ist jedoch keine All-in-One-Lösung, da sie nicht den Nachweis mehrerer Analyten erlaubt und Limitierungen in Bezug auf Kosten, Empfindlichkeit, einfache Handhabung und Haltbarkeit aufweist. Im Projekt BioQuant sollen die bestehenden Limitierungen aktueller Biosensoren überwunden werden, indem eine neuartige Klasse biologischer Nanomaterialien – DNA-stabilisierte Metallquantencluster (QC:DNA) - mit Mikrofluidik kombiniert werden, um die nächste Generation von LOC-basierten Technologien für industrielle Anwendungen zu entwickeln.

Zerstörungsfreie Überwachung mehrschichtiger Oberflächen

Titel:
C-MEOW: Charakterisierung von Mehrschichtsystemen mithilfe eines optischen Oberflächenwellenspektrometers
Kompetenzfeld:
Sensorik und Analytik
Projektzeitraum:
01.09.2021 – 31.08.2023
Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Bildung und Forschung, Photonik - Wissenschaftliche Vorprojekte

Thematik

Steigende Anforderungen an Qualität und Funktionalität sind in der industriellen Fertigung und Oberflächentechnik v. a. bei funktionalen Mehrschichtsystemen zu beobachten. Eine kostengünstige und qualitativ hochwertige mehrschichtige Oberflächenbehandlung erfordert daher eine regelmäßige und möglichst lückenlose Überwachung der Bauteile. Diese Überwachung ist aktuell nur bei einschichtigen Systemen zerstörungsfrei möglich. Mehrschichtige Beschichtungen sind ausschließlich zerstörend charakterisierbar. Ziel ist die Weiterentwicklung eines laserakustischen Messverfahrens zur zerstörungsfreien und berührungslosen Messung der mechanischen Eigenschaften von oberflächennahen Schichten bei Mehrschichtsystemen. Die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften erfolgt über die Messung der dispersiven Ausbreitungseigenschaften von akustischen Oberflächenwellen (OFW) über einen großen Frequenzbereich. Die berührungslose Anregung der OFW erfolgt über die Absorption eines fokussierten Pulslasers. Die Detektion erfolgt über ein Interferometer mit einem photorefraktiven Kristall. Schwerpunkt der Entwicklung liegt in der Methodenauswahl und Realisierung für eine spätere Verwendung im industriellen Einsatz. Die Technologie zur Laseranregung und Detektion von OFW soll so weiterentwickelt werden, dass eine industrielle Anwendung ermöglicht wird. Das Messverfahren ist potentiell inlinefähig und kann eine schnelle 100%-Prüfung ermöglichen. Mit der Überführung einer Grundlagenuntersuchung in die industrielle Anwendung ist einen Beitrag zur Qualitätssicherung in der Oberflächentechnik und damit auch eine Schonung von Materialressourcen möglich.

Validierung der patentierten akustischen Technologie

Titel:
Akureakin: Akustische Aktorikeinheit zur Beschleunigung elektrochemischer Grenzflächenprozesse
Kompetenzfeld:
Sensorik und Analytik
Projektzeitraum:
01.01.2021 – 31.12.2022
Zuwendungsgeber:
Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie, Förderung der Validierung von Forschungsergebnissen und Erfindungen

Thematik

Ziel ist die Validierung der von der Hochschule Coburg patentierten akustischen Technologie zur Beschleunigung (elektro-)chemischer Reaktionen an Grenzflächen und die Demonstration der technischen Einsetzbarkeit der Technologie in industriellen Anlagen. Sie beruht auf der gezielten Anregung sogenannter akustischer Grenzflächenwellen (GAW) auf Bauteil- oder Elektrodenoberflächen, wodurch akustische Strömungen unmittelbarer in der elektrochemischen Grenzschicht induziert und grenzflächennahe Transportprozesse beschleunigt werden können. Über diese GAW-Anregung unmittelbar auf Bauteilen können mit wesentlich geringeren Schallleistungen größere Effekte erzielt und größere Flächen beaufschlagt werden als bei einer divergierenden Einstrahlung in den Elektrolyten.
Über die Technologie kann die Ladezeit von Energiespeichern verkürzt, der Wirkungsgrad bei der Wasserstoffelektrolyse verbessert oder der Elektropolier-/Galvanisierprozess bei metallischen Werkstücken beschleunigt oder Schichteigenschaften verbessert werden. Zentrale Aufgabe des Projektes ist die Entwicklung einer modular aufgebauten Schallkopfeinheit mit zugehöriger Leistungselektronik, welche möglichst in unterschiedlichen elektrochemischen Prozessen und Anlagen zur Erzeugung von GAW auf relevanten Bauteilen oder Elektroden eingesetzt werden in reale Anlagen integriert werden kann unter Berücksichtigung von Faktoren wie den Einbringungsmöglichkeiten, Bauraum oder beispielsweise dem Kabelmanagement. Auf Grundlage der Versuchsergebnisse erfolgt eine konzeptbasierte Anlagenrekonfiguration, sprich eine Um-bzw. Neugestaltung relevanter industriellen Anlagen für die Integration der GAW-Technologie.

Schnellere Galvanisierung mit geführten akustischen Wellen

Titel:
Beschleunigung der galvanischen Abscheidung bei industriellen Prozessen mittels geführter akustischer Wellen (BeGaW)
Kompetenzfeld:
Sensorik und Analytik
Projektpartner:
Kapp Technologie GmbH Coburg
Laufzeit:
01.01.2021 – 31.12.2023
Zuwendungsgeber:
Bayerisches Staatministerium für Wissenschaft und Kunst, Landesforschungsprogramm „Strukturimpuls Forschungseinstieg“

Thematik

Ziel des Projektes ist es, mittels sogenannter geführter akustischer Wellen (GAW = Sonderform des Ultraschalls) elektrodennahe elektrochemische Transportprozesse bei der galvanischen Beschichtung von Bauteilen zu beschleunigen. Die Forschungsarbeiten bauen darauf auf, dass durch die Einleitung von GAW sogenannte Mikrokonvektionsströmungen in der Nähe der Elektroden erzeugt werden, mit denen die Nernstsche Diffusionsgrenzschicht und damit die Transportlimitierung abgebaut werden kann.

Die GAW-Technologie des ISAT verspricht im Vergleich zu Standard-Ultraschalltechnologien einen deutlich höheren Effekt auf die Steigerung des Massetransports bei gleichzeitiger Vermeidung kavitationsbedingter Materialschäden. Der Fokus des Vorhabens soll auf der galvanischen Abscheidung dicker Nickelschichten > 100 µm auf industriell relevanten komplexen Bauteilgeometrien liegen. Im Vorhaben soll sowohl experimentell als auch simulationsgestützt untersucht werden, wie der Massentransport in diesen galvanischen Systemen mittels GAW beeinflusst werden kann.

Vorgesehen ist die Entwicklung einer prozesstauglichen Schalleinkoppeleinheit zur Anregung von GAW auf den zu galvanisierenden Bauteilen. Neben einer Ermittlung der Abscheidegeschwindigkeit bei konstanter Stromstärke soll ein Schwerpunkt des Vorhabens auch auf einer Verbesserung der Schichteigenschaften durch akustisch unterstützte galvanische Abscheidung gelegt werden.

RFID-Ultraschallsensor zur Schadenserkennung in Betonbauten

Titel:
RFID-Multisensor: Neuartiger RFID-Ultraschallsensor zur Früherkennung Schäden in Betonbauwerken mit Erfassung aller korrosionsauslösenden Faktoren (Feuchtigkeit, Potentiale, pH-Gehalte) in Betonbauwerken
Teilprojekt ISAT:
Entwicklung RFID-basierter Ultraschallsensor mit zugehöriger Ansteuer- und Auswerteeinheit für die Erfassung der Gefügestruktur innerhalb von Beton
Kompetenzfeld:
Sensorik und Analytik
Laufzeit:
01.12.2020 – 28.02.2023
Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Thematik

Ziel ist die Entwicklung eines neuen Früherkennungssystems hinsichtlich aller vorkommenden Schädigungsarten in Betonbauwerken. Es soll ein multifunktionaler RFID-Sensor entwickelt werden, der eine mögliche Korrosion, die Feuchtigkeitsveränderung, sich entwickelnde elektrische Potenziale, vor allem aber Änderungen der Gefügestruktur erkennen und mittels RFID-Technologie an ein Lesegerät melden kann. Mit dem System soll es erstmals möglich sein, bei korrosions-, rissgefährdeten sowie bei AKR Gefährdung in Stahlbeton- und Spannbetonbauwerken wie Parkhäusern, Wasserbauwerken und Brücken ein umfassendes und permanentes Monitoring des Baustoffzustandes draht- und energielos durchführen zu können im Bezug auf Korrosion, Feuchtigkeit, pH-Gehalt, Risse, AKR (Alkali Kiesel Reaktion). Zudem ist der nachträgliche Einbau ein wesentlicher Bestandteil der neuen Sensorkonzeption. Kerninnovation des Teilprojektes des ist die Entwicklung einer energiearmen Ultraschall-Sensoreinheit und Elektronik zum Low-Power-Betrieb mittels RFID für die Detektion von Gefügeänderungen in Beton.

Schäden in Drahtseilen detektieren

Titel:
MaMeSe: Entwicklung eines innovativen Messverfahrens zur Detektion von Schädigungen in laufenden Seilen durch akustische Wellen basierend auf der magnetostriktiven Kopplung
Teilprojekt ISAT:
Simulative Entwicklung und Auslegung des magnetostriktiven Messverfahrens zur Drahtseilprüfung, Aufbau eines Prüfstands, Entwicklung von Auswertealgorithmen und Durchführung von Funktionstests des entwickelten EMAT
Kompetenzfeld:
Sensorik und Analytik
Projektzeitraum:
01.10.2020 – 30.09.2023
Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Thematik

Drahtseile sind in vielen fördertechnischen Anwendungen das sicherheitsrelevanteste Bauteil. Bisher existiert kein Messsystem, welches eine vollständige Prüfung im laufenden Betrieb ermöglicht. Heutige Prüfungen sind durch visuelle, magnetinduktive oder bildgebende Analysegeräte stets mit einem Betriebsausfall und einem erheblichen Kostenaufwand verbunden. Ziel des Projekts, ist die Entwicklung eines innovativen Messprinzips von Drahtseilen durch die erstmalige Nutzung des magnetostriktiven Effekts. Dies beinhaltet die Entwicklung neuer Sensoren (EMAT), die eine kontinuierliche berührungslose Überwachung von durchlaufenden Seilsträngen und die Detektion von Drahtschädigungen in bisher unerreichter Genauigkeit ermöglichen. Hierfür wird ein magnetoakustisches Meßprinzip angewendet, bei dem mittels magnetostriktiver Kopplung akustische Wellen auf den Seilen angeregt und durch deren verändertes Übertragungsverhalten Schädigungen erkannt werden können. Über ein ebenfalls neu zu entwickelndes, an die Impedanz-angepasstes Leistungsverstärker-Modul, wird der Sendewandler mit einem Erregungsstrom versorgt und das Spannungssignal des Empfangswandlers aufgenommen, verarbeitet und analysiert.

Mikrofluidische Online-Analyse auf Leiterplatten

Titel:
Mikrofluidische Online-Analyse auf Leiterplatten am Beispiel von Carbonathärte im Wasser
Teilprojekt ISAT:
Neues µ-fluidisches Design mit Paraffin-Peristaltikpumpe, Ultraschallmischkammer und Detektoreinheit
Akronym:
PERMALYSE
Laufzeit:
01.07.2020 – 30.12.2022
Programm:
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Thematik

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer miniaturisierten Online-Messtechnologie für die Echtzeit-Bestimmung von chemischen Verbindungen in Flüssigkeiten mittels analytischer Methoden. Damit soll ein völlig neuer Ansatz erstmals industriell umgesetzt werden: „lab-on-a-PCB“, ein miniaturisiertes Analysegerät direkt in Leiterplatten integriert. Die neu zu entwickelnden Leiterplatten sollen mikrofluidische Flüssigkeitskanäle und Reaktionskammern enthalten und gleichzeitig alle nötigen Sensoren und Aktoren für die chemische Analytik. Zum Flüssigkeitstransport werden innovative Peristaltikpumpen entwickelt, deren Antrieb auf dem Phasenwechsel von Paraffin beruht. Dabei wird durch die Nutzung der Pulsation der Pumpen der Chemikalienverbrauch gesenkt, aber das Durchmischen erschwert. Hierfür werden neuartige Ultraschall-Mischkammern in der Leiterplatte entwickelt.

Entwicklung eines kontinuierlich messenden Sensors

Titel:
Entwicklung eines kontinuierlich messenden Sensors für die Füllstandsmessung mit geführten akustischen Wellen bei unterschiedlichen Anwendungsszenarien
Teilprojekt ISAT:
Entwicklung akustischer Füllstandsensor auf Basis geführter akustischer Wellen für ein kontinuierliches Füllstandmonitoring
Akronym:
konGAW
Laufzeit:
01.10.2020 – 30.09.2023
Programm:
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Thematik

Ziel des beantragten Projektes ist die Entwicklung eines kontinuierlich messenden und hochgenauen Füllstandmessverfahrens für eine freie Konfiguration der Grenzwerte an Behältern mit unterschiedlichen Füllmedien und Füllhöhen. Das zu entwickelnde Messverfahren soll auf der Nutzung von geführten akustischen Wellen (GAW), einer Sonderform des Ultraschalls, beruhen.  Dabei sollen insbesondere sog. evaneszente Scholtewellen als spezifische Ausbreitungsmode der GAW miteinbezogen werden. Bei Änderung des Zustands an der Grenzfläche ändert sich auch die effektive Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser GAW; wodurch die Füllhöhe kontinuierlich über eine Messung der linear vom Füllstand abhängigen Laufzeit von Schallpulsen erfasst werden kann. Vorgesehen ist die Entwicklung einer mechanischen Sensorkonfiguration in Form eines Eintauchsensors zur Integration in bestehende Behälter. Der neu zu entwickelnde GAW-Eintauchsensor soll insbesondere bei verschmutzen Flüssigkeiten und/oder zur Detektion des Füllstandes von Flüssig-Flüssig Trennschichten eingesetzt werden und dank Multimodenanalyse und KI-basierter Signalauswertung auch bei Schaumbildung, Rührwerksbewegungen o.ä. zuverlässig funktionieren.

Entwicklung eines Ultraschall-Messgeräts für Rohrleitungen

Titel:
NINAA – Entwicklung eines Ultraschall-Messgeräts zur nicht-invasiven, simultanen Analyse von Ablagerungen, Rohrparametern und Durchfluss in Rohrleitungen mittels geführter akustischer Wellen
Kompetenzfeld:
Sensorik und Analytik
Projektzeitraum:
01.06.2020 – 30.11.2022
Mittelgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Thematik

Die präzise Bestimmung des Durchflusses in gefüllten Rohren ist sehr wichtig für viele Produktions- und Versorgungsanlagen. Ultraschall-Clamp-on-Systeme sind sehr flexibel in ihren Einsatzmöglichkeiten. Ungenauigkeiten entstehen durch fehlende Informationen zum exakten Querschnitt oder auch veränderte Materialparameter wie Korrosion und Ablagerungen. Die Eignung von geführten akustischen Wellen zur Detektion und Quantifizierung der Ablagerungen und Rohrparameter zur automatischen Korrektur von Ultraschall-Durchflussmessungen wird im ZIM Projekt „NINAA“ am ISAT – Institut für Sensor- und Aktortechnik der Hochschule Coburg untersucht.

Berührungsfreie Messung von Durchflüssen

Titel:
Microflowsense - Neuartiges akustisches Messverfahren zur berührungsfreien Messung von Durchflüssen im μL-Bereich an dünnen Schläuchen für Zell-Assay-Anwendungen
Projektpartner:
ibidi GmbH
Kompetenzfeld:
Sensorik und Analytik
Projektzeitraum:
01.04.2020 – 30.11.2022
Mittelgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand – ZIM)

Thematik

Zellkultur-Assays sind in der Grundlagen- und präklinischen Forschung essentiell, da an ihnen u.a. die Wirkung von pharmazeutischen Substanzen untersucht werden kann. Viele Zellkulturexperimente werden in mikrofluidischen Systemen durchgeführt, um eine Zellkultivierung unter Flussbedingungen ähnlich dem Blutkreislauf zu ermöglichen. Benötigt werden präzise Verfahren zur Flussmessung bei kleinen Volumina, die ohne direkten Kontakt zu den Fluiden stehen – so wird ein Verlust der Sterilität ausgeschlossen. Im Vordergrund steht die Entwicklung eines nicht-invasiven Durchflussmessverfahren auf Ultraschallbasis. Kerninnovation dabei ist eine für 0,5-1,6 mm dicke Schläuche ausgelegte Clamp-on-Konstruktion mit ringförmigen Schallwandlern, über die Longitudinalwellen in Schlauchrichtung angeregt werden können, um auch geringe Durchflussgeschwindigkeiten von 50 µl/min zu messen. Außerdem soll ein innovatives System zur exakten Temperierung der Pumpschläuche entwickelt werden.

Analyse der Statik bestehender Gebäude

Titel:
AnGeBau: Analysegerät Bauen in Bestand
Teilprojekt ISAT:
Entwicklung & Validierung der Sensorik der zerstörungsfreien Messmethoden (Radar/Ultraschall).
Kompetenzfeld:
Sensorik und Analytik
Projektzeitraum:
01.06.2019 – 30.04.2023
Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) 

Thematik

Ziel des geplanten FuE Projektes ist die Entwicklung eines Messgerätes, welches mit Hilfe von Sensordatenfusionen aus Ultraschall- und Radarmessungen eine zerstörungsfreie und detaillierte Ist-Einschätzung von Bauwerken liefert, um eine Beurteilung der Statik zu ermöglichen. Durch Kombination der Vorteile von Ultraschall- und Radarverfahren soll ein erheblicher Gewinn an Informationen und Messgenauigkeit erzielt werden. Über die angestrebte Messtiefe von 70 cm soll eine detaillierte Erfassung der auch in tieferen Ebenen liegenden Objekte erfolgen. Für die Entwicklung des Messgerätes soll sich zu Beginn auf den Einsatz bei Objekten aus Beton mit möglichen verbauten Tragwerkselementen fokussiert werden. Im Laufe der Entwicklungszeit sollen Tests mit weiteren Baumaterialien und Materialübergängen vorgesehen. Ergänzend zu der Tiefenanalyse wird eine Vermessung des Objektes und eine Verknüpfung der Messergebnisse mit der genauen Messposition automatisch erstellt. Verschiedene zu entwickelnde KI-Algorithmen ermöglichen zusätzlich eine Nutzernavigation während der Messung, die Sensordatenfusion der Ergebnisse und eine automatisierte Auswertung nach der Messung.

Messsystem zur Roboterkalibrierung

Titel:
Entwicklung eines mobilen Messsystems zur Absolut-Kalibrierung von robotergestützten Fertigungszellen in der flexiblen und additiven Fertigung
Akronym:
KaliBot
Laufzeit:
01.03.2022 - 28.02.2025
Programm:
BayVFP Förderlinie Digitalisierung, Programmteil Elektronische Systeme
Zuwendungsgeber:
Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie

Thematik

Sowohl die flexible Fertigung als auch die additive Fertigung nehmen eine immer größere Rolle ein der Produktion ein. Insbesondere in der robotergestützten Fertigung ist hierbei das präzise Zusammenspiel der beteiligten Akteure in einer Fertigungszelle und damit die absoluten Positionsangaben im Raum von besonderer Bedeutung.

Im vorliegenden Projekt möchten die Projektpartner ISAT und Brose ein mobiles und herstellerunabhängiges Kalibriersystem entwickeln, welches geschultem Fachpersonal erlaubt sowohl eine Grund- als auch eine Nachkalibration der absoluten Raumkoordinaten einer Fertigungszelle durchzuführen, die nach Möglichkeit die Wiederholgenauigkeiten typischer Fertigungsroboter ideal unterstützt und so eine höchstmögliche Gesamtpräzision im Raum bereitstellt.

Messsystem zur Überwachung der Biergärung

Titel:
Entwicklung eines kombinierten Mittelinfrarot-/UV-VIS-FL Messsystems zur zeitnahen Überwachung der Biergärung und Bestimmung des Reifegrads von Bier mittels charakteristischer Aromen
Akronym:
HyTaste
Laufzeit:
01.07.2022 - 30.06.2025
Programm:
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)

Thematik

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines neuen portablen Messsystems zum (semi-) kontinuierlichen Monitoring von freiem Diacetyl, α-Acetolaktat und Gesamtdiacetyl sowie weiterer wichtiger Aromen während der Gärung von Bier. Mit der Messtechnik, bestehend aus UV-Vis-FL –  und MIR-Spektrometern sowie intelligenter Datenauswertung mittels Physik-informierten maschinellem Lernen bzw. neuronalen Netzwerken (PINN) soll es erstmals möglich werden direkt im Bypass des Brauprozesses (online) in kurzen Intervallen von ca. 5 min den Gesamtdiacetyl-Gehalt sowie das Ende der Gärung unmittelbar und verlässlich zu bestimmen bzw. zu prognostizieren. Durch die Messung wird der bislang schwer zu prognostizierende Gärungsvorgang genau kontrolliert, wodurch die Qualität des Bieres steigt, die Auslastung der Gärtanks optimiert und Risiken wie Fehlaromen oder Qualitätsschwankungen minimiert werden.

Das ISAT kümmert sich in dem Vorhaben um die Entwicklung von Physik-informierten neuronalen Netzwerken zur Verknüpfung multidimensionaler Daten mit physikalischen und (bio-) chemischen Gesetzmäßigkeiten in der Biergärung.

Abgeschlossene Projekte

Intelligent vernetzte Lösungen für Stadt und Landwirtschaft

Titel:| Bayerischer Forschungsverbund FutureIOT – Intelligent vernetzte Lösungen für Stadt und Landwirtschaft
Kompetenzfeld:| IT, Sensorik
Projektleiter:| Prof. Dr. Thomas Wieland
Projektzeitraum:| 01.02.2018 - 31.02.2021
Mittelgeber:|Bayerische Forschungsstiftung

Thematik

Gemeinsame Zielsetzung des Forschungsverbundes FutureIOT ist es, Spitzenforschung in den Schwerpunktbereichen Kommunikation, Sensorik, Lokalisierung, Datensicherheit und IoT-Plattformen für ein zukunftsfähiges Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) durchzuführen.

Im Teilprojekt Umweltsensorik wird untersucht, wie über ein Gelände oder eine Region verteilte Sensoren mittels Niedrigenergie-Weitverkehrsnetze (LPWAN) angebunden werden können.

Dazu werden verschiedene Anwendungsfälle realisiert:

  • Luftqualitäts­messungen in Städten
    Mehrere mobile Sensormodule werden auf Stadtbussen montiert. Die Änderungen der Luftqualität soll auch quantitativ auf die Fahrgastzahlen umgerechnet werden.
  • Stationäre Messpunkte auf einem Großgelände (Flughafen, Messegelände, Schwimmbad)
    Die vielfältigen Störeinflüsse in solchen Umgebungen sowie die Anforderung einer möglichst kostengünstigen Nachrüstung bestehender analoger Systeme sind hierbei die wesentlichen Problemstellungen.
  • Überwachung der Funktionsfähigkeit von Straßenlaternen

Für alle diese Anwendungsfälle ist es nötig, die erhobenen Daten in einer IoT-Plattform als zentrale Komponente zu sammeln. Dabei wird ein weitgehend automatisiertes Gerätemanagement erforscht, sowie die Vorverarbeitung von Daten im Sinne des Fog-Computing-Paradigmas. Außerdem sollen generische bzw. selbstadaptive Benutzerschnittstellen (Dashboards etc.) und ein nutzerfreundliches Schlüsselmanagement für notwendige kryptographische Schlüssel zur Etablierung von Informationssicherheit entwickelt werden.

In-line Galvanikautomat für High-Speed-Funktionalisierung metallischer Bauteile

Titel:| In-line Galvanikautomat für High-Speed-Funktionalisierung metallischer Bauteile in der Industrie 4.0 (InlinePlat) - Teilprojekt "Beeinflussung des Transports reaktiver Spezies im elektrochemischen Beschichtungsprozess mittels Oberflächenwellen"
Kompetenzfeld:| Elektrochemie, Akustik, Aktorik
Projektleiter:| Prof. Dr. Klaus Stefan Drese
Projektzeitraum:| 01.01.2018 - 31.12.2019
Projektpartner:| eiffo eG, LUDY Galvanosysteme GmbH, plating electronic GmbH, AIRTEC MUEKU GmbH, IWAC Automation GmbH, Frauenhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, CHEMOPUR H. Brand GmbH, Parker Hannifin Manufacturing Germany GmbH & Co. KG
Mittelgeber:| Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Thematik

Beim Galvanisieren werden Objekte mit einer dünnen Schicht aus Metall überzogen. Um Produktionszeiten sowie die damit verbundenen Kosten in zahlreichen Produktionsprozessen senken zu können, wird im Verbundprojekt InlinePlat ein modulares vollautomatisches Hochgeschwindigkeits-Galvanisierelement entwickelt. Es soll flexibel in die mechanische Produktionslinie integriert werden können. Mit der Übertragung fortschrittlicher Automations-, Prozesssteuerungs- und IT-Lösungen auf die elektrochemische Prozesstechnik wird die Realisierung eines Industrie 4.0 kompatiblen Fertigungskonzepts angestrebt.

Das Institut für Sensor- und Aktortechnik erarbeitet in einem Teilprojekt ein neuartiges Verfahren zur elektrochemischen Schichtabscheidung. Mithilfe von akustisch induzierter Wirbelströmungen an der Grenzfläche Elektrode-Elektrolyt soll die galvanische Abscheidung auf metallischen Werkstücken beschleunigt werden. Hier bildet sich während des elektrochemischen Prozesses eine Hemmschicht, welche den Transport der Ladungsträger begrenzt. Die akustischen Strömungen werden unmittelbar in dieser Hemmschicht erzeugt. So erfolgt eine gezielte Durchmischung der elektrochemischen Grenzschicht, wodurch die Stromdichte erhöht und der galvanische Abscheideprozess beschleunigt wird. Eine Kombination der akustischen Technologie mit Pulse-Plating-Verfahren verspricht eine weitere Prozessbeschleunigung.

Berührungslose Materialprüfung

Titel:| Miniaturisierung eines Optischen Oberflächenwellen Spektrometer für berührungslose Materialprüfung (mOOS)
Kompetenzfeld:|Mikrooptische Sensorik, Mikroakustische Sensorik, Materialprüfung
Projektleiterin:| Prof. Dr. Maria Kufner
Projektzeitraum:| 01.01.2018 - 30.06.2019
Mittelgeber:| Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst

Thematik

Industrielle Fertigungsprozesse gewinnen an Qualität und Effizienz, wenn Fehler frühzeitig erkannt werden. In vielen Industriezweigen ist es wichtig, Werkstoffeigenschaften andauernd und bereits im Verlauf der Fertigung zu bestimmen. Wissenschaftler*innen des Instituts für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg haben ein laserakustisches Messsystem entwickelt, das oberflächennahe Materialeigenschaften zerstörungsfrei und berührungslos messen kann.

Bei diesem optischen Oberflächenwellen-Spektrometer werden akustische Oberflächenwellen über einen gepulsten Laser auf Materialoberflächen angeregt. Die Detektion der Oberflächenwellen erfolgt ebenfalls berührungsfrei über ein Interferometer, das auf Zweistrahlmischung in einem photorefraktivem Kristall beruht. Wegen der Vielzahl der einzelnen optischen Komponenten und des hohen Justieraufwands der Bauteile zueinander, ist der aktuelle Aufbau allerdings empfindlich gegenüber mechanischer und thermischer Belastung. Für den Betrieb des Messsystems im industriellen Umfeld sind deshalb weitere Entwicklungen erforderlich.

Ziel des Projekts mOOS ist, das Messsystem als kompaktes, mechanisch stabiles mikrooptisches System aufzubauen und seine Tauglichkeit für den industriellen Einsatz zu demonstrieren. Der Ansatz basiert auf einer neuartigen Kombination von akustischen Oberflächenwellen, planar integrierten optischen Wellenleitern, Faseroptik und mikromechanischer Aufbau- und Verbindungstechnik. Das Messsystem soll eine breite industrielle Anwendung finden.

Industrielle Herstellung von planar integrierten Multimode-Lichtwellenleitern in Glas

Titel:| Verfahrensentwicklung zur industriellen Herstellung von planar integrierten Multimode-Lichtwellenleitern in Glas für asymmetrische Verzweiger (AsyMode)
Kompetenzfeld:| Mikrooptische Sensorik
Projektleiter:|Prof. Dr. Klaus Stefan Drese
Projektzeitraum:| 01.07.2016 - 31.08.2020
Mittelgeber:| Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Thematik

Daten sind in unserer Informationsgesellschaft ein wichtiger Rohstoff. Sie müssen rasch transportiert und effizient verteilt werden. Der Datentransport läuft heute sowohl im Telekommunikationsbereich (auf Langstrecken) als auch in Unternehmensnetzwerken (auf Kurzstrecken) weitgehend über Glasfasern. Bei der Übertragung der Daten gibt es aber Unterschiede: Die Telekommunikation braucht Singlemode-Fasern und entsprechende Singlemode-Verteiler, die Daten mit hohen Taktraten über lange Entfernungen übertragen. In den kürzeren Unternehmensnetzen werden sogenannte Multimode-Fasern und -Verteiler eingesetzt, die leichter zu handhaben sind, derzeit aber nur eine gleichmäßige (symmetrische) Teilung der Datenströme erlauben. Eine einfache Übertragung der Lösungen aus der Telekommunikation zum Erreichen einer ungleichmäßigen (asymmerischen) Verteilung in der Kurzstreckenkommunikation scheidet aus technischen Gründen aus.

Ziel des Forschungsprojektes ist es, Multimode-Lichtwellenleiter zu entwickeln, die eine asymmetrische Datenverteilung ermöglichen und sich industriell herstellen lassen. Dazu ist zum einen Grundlagenforschung erforderlich. So müssen physikalische Vorgänge simuliert werden und es sind vielfältige Experimente durchzuführen. Zum anderen sind geeignete Verfahren für die industrielle Produktion zu entwickeln.
Als Basis für die Untersuchungen wird mit dem Ionenaustausch in Glas eine Technologie gewählt, die die Möglichkeit bietet, mehrere Funktionselemente auf einem optischen Chip zu integrieren, um so zu sehr kompakten und robusten Bauformen zu gelangen. Am Ende des Projektes steht die Überführung der Ergebnisse in einen industrietauglichen Produktionsprozess.

Nicht-invasiver Online-Sensor für die Biofilmdetektion

Titel:|Nicht-invasiver mikroakustischer Online-Sensor für die Biofilmdetektion (BioNiva)
Kompetenzfeld:| Mikroakustik
Projektleiterin:| Prof. Dr. Maria Kufner
Projektzeitraum:| 01.07.2016 - 28.02.2018
Mittelgeber:| Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWi)

Thematik

Häufig bildet sich an der Wand  von flüssigkeitsgefüllten Bauteilen wie Rohren oder Schläuchen ein Biofilm. Dieser Film besteht aus Mikroorganismen wie Bakterien, die sich an der Fläche anheften und allmählich eine Schleimschicht bilden. Der Biofilm setzt Keime frei, die gesundheitsschädlich für den Menschen sind.
Auch für die produzierende Industrie ist der Biofilm ein Problem. Er verändert die Querschnittsfläche von Rohren, erhöht die Reibung und den hydraulischen Widerstand oder verstopft das Rohr völlig. Die Funktion von Pumpen, Ventilen und Sensoren wird durch den gebildeten Film ebenfalls beeinträchtigt. Die Mikroorganismen im Biofilm können zudem das Material, mit dem sie in Kontakt kommen, irreversibel schädigen. Biofilme können überall auftreten. Der Bedarf an einer passenden Sensorik zur rechtzeitigen Erkennung ist daher groß. Aktuell auf dem Markt verfügbare Sensoren arbeiten zumeist invasiv. Sie erfordern komplizierte Ein- und Umbauten.
Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung eines nicht-invasiven, von außen anbringbaren Sensors. Der „BioNiva-Sensor“ misst den Biofilm in Rohren, Schläuchen oder Behältern. Die im ISAT bereits vorhandene und patentierte Technologie zur Biofilmdetektion ist Ausgangspunkt des Projekts. Davon ausgehend wird die Sensorik in Richtung Produktreife weiterentwickelt.

Megayachtschaum

Titel:| MegayachtSchaum - Beschichtung großer mobiler maritimer Konstruktionen mit sprühfähigen Hartschäumen; Teilvorhaben: Nicht-invasives akustisches „Structural Health Monitoringystem“ für PUR-basierte Beschichtungssysteme
Projektleiter:| Prof. Dr. Klaus Stefan Drese
Projektzeitraum:| 01.01.2019 – 30.09.2022
Mittelgeber:| Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Thematik

Im Projekt „Megayachtschaum“ sollen neuartige Beschichtungssysteme für Schiffsrümpfe entwickelt werden, die die Anforderungen an eine Oberflächenbeschichtung besser erfüllen, als die derzeitigen epoxidharzbasierten Beschichtungssysteme. Das Material soll robuster sein, insbesondere was Materialdefekte wie Rissbildung oder Delamination angeht, und sich automatisiert per Roboter auftragen lassen. Das Projekt ist ein Verbundvorhaben mit insgesamt 7 Partnern aus Industrie und Forschung.

Das Institut für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) wird im Teilvorhaben ein zerstörungsfreies und onlinefähiges Structural Health Monitoring-Systems (SHM) für die ortsaufgelöste Messung von Schäden am Schiffsrumpf entwickeln, das insbesondere an das im Vorhaben entwickelte schaumbasierte PUR-System angepasst ist.

Die Technologie zur Überwachung des Schiffsrumpfes soll auf sogenannten akustischen Oberflächenwellen – einer Sonderform des Ultraschalls – basieren. Die SHM-Sensorik soll dabei zum einen an neuralgische Stellen der Rumpfinnenseite angebracht werden, um nicht-invasiv und im laufenden Betrieb (auf See) die Ablösung der Hartschaumschicht vom Stahl oder das Eindringen von Wasser zu detektieren. Parallel soll im Rahmen des Teilvorhabens untersucht werden, ob mit dem akustischen Verfahren auch eine Erkennung von Haarrissen auf der Lackbeschichtung des äußeren Schiffsrumpfes sowie die Messung der Delamination der PUR-Schaumschicht vom Decklaminat möglich ist. Zudem soll geprüft werden, ob sich das akustische Verfahren auch zur Erkennung von Lufteinschlüssen in der Decklaminatschicht eignet. Ziel ist die Entwicklung eines für die Überwachung großer Teilflächen des Schiffsrumpfs geeigneten Sensorsystems mit ausreichender Ortsauflösung, welches eine quasi-kontinuierliche Zustandsüberwachung von PUR-basierten Beschichtungssystem im Betrieb erlaubt und so zur Qualitätssicherung beiträgt.

Weiterentwicklung: Online-Detektion von Ablagerungen

Titel:|Weiterentwicklung der Erfindung "Vorrichtung zur Online-Detektion von Ablagerungen auf inneren Oberflächen von flüssigkeitsgefüllten flexiblen Schläuchen"
Akronym:|TUBEDET
Laufzeit:|01.09.2020 – 31.10.2021
Projektleiter:|Prof. Dr. Klaus Stefan Drese
Programm:|WIPANO - Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen; Förderbereich: Öffentliche Forschung - Weiterentwicklung von Erfindungen
Zuwendungsgeber:|Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Thematik

Die Bildung von Schichten und Ablagerungen in Schläuchen stellt ein großes industrielles und gesellschaftliches Problem dar und umfasst sowohl die Entstehung organischer Ablagerungen (z.B. Biofilme, organische Polymere, Ablagerungen von Lebensmitteln wie Fett/Molke) sowie anorganischer Schichten (z.B. Kalk). Von besonderer Relevanz ist die Bildung mikrobieller Biofilme in (trink)wasserführenden Schlauchsystemen. Das nicht-invasive akustische Verfahren wurde vom Institut für Sensor-und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg entwickelt und patentiert. Es ermöglicht über die flexibel und kraftschlüssig an Schläuche anbringbaren Manschette mit integrierten piezoelektrischen Wandlern für die Erzeugung und Detektion von geführten akustischen Wellen ein online-Condition-monitoring der Bildung von Ablagerungen. Diese Ablagerungen an der Schlauchinnenseite führen zu einer Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit und Signalamplitude der in die Flüssigkeit auskoppelnden Schallwelle. Beide Parameter können äußerst präzise gemessen werden und erlauben Rückschlüsse über die Dicke der Schicht sowie deren mechanischen Eigenschaften.

Ziel des Projektes ist die Weiterentwicklung der von der Hochschule Coburg patentierten Erfindung „Vorrichtung zur Online-Detektion von Ablagerungen auf inneren Oberflächen von flüssigkeitsgefüllten flexiblen Schläuche“. Schwerpunkt des Vorhabens ist die Weiterentwicklung eines nicht-invasiven, von außen an flüssigkeitsführende Schlauchsysteme anbringbaren Sensors zur Messung der Schichtbildung (z.B. Biofilmbildung, Verkalkung, Molkeschichten („TUBEDET-Sensor“).

Innovationsterminal für Unternehmen

Titel:| Innovationsterminal für Unternehmen in der ehemaligen nordbayerischen Grenzregion (InnoTerm)
Projektleiter:| Prof. Dr. Klaus Stefan Drese
Projektzeitraum:| 01.01.2016 - 31.12.2021
Mittelgeber:| Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)

Thematik

Sensoren und Aktoren verbinden die analoge mit der digitalen Welt; mit der zunehmenden Digitalisierung wachsen die Bedeutung und der Bedarf an derartigen Schnittstellen-Komponenten sowohl in quantitativer als auch in qualitativer Hinsicht.

Im Rahmen des Projekts „lnnoterm" sollen bestehende Forschungs- und Entwicklungspartnerschaften mit kleinen und mittleren Unternehmen in der ehemaligen nordbayerischen Grenzregion (Oberfranken und nördliches Unterfranken) vertieft und weitere begründet werden. Mit diesem Technologietransfer kann Wachstum und Beschäftigung in der Zielregion gefördert werden. Neuartige Verfahren, die das Institut für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) erforscht, werden in vermarktungsfähige Anwendungen überführt.

Folgende Themen bieten sich für einen Technologietransfer an: Berührungssensitive Gegenstände, Oberflächenbeschichtung und -Charakterisierung, mikrostrukturierte optische Wellenleiter-Chips, Aktivierung von Grenzschicht-Prozessen.

Gesundheit messen

Titel:| Gesundheit messen – Methoden für die evidenzbasierte Gesundheitsförderung
Kompetenzfeld:| Mess- und Sensortechnik, Gesundheitsförderung und Organisationsentwicklung, Bioanalytik
Projektleiter:| Prof. Dr. Klaus Stefan Drese
Projektzeitraum:| 01.01.2018 – 31.12.2021
Mittelgeber:| Bayerisches Staatministerium für Wissenschaft und Kunst

"Gesundheit messen" ist ein interdisziplinäres Forschungsprojekt der Schwerpunkte "Sensorik und Analytik" und "Gesundheit analysieren und fördern". Eingebunden ist auch der Bereich Versicherungswirtschaft der Hochschule Coburg. Die entwickelten Programme und Technologien sollen mit Industriepartnern aus der Wirtschaft sowie dem Gesundheits- und Sozialwesen getestet werden. Im Mittelpunkt der Forschung steht das Thema Dehydration.

Vor allem ältere Menschen trinken zu wenig. Trocknet der Körper aus, kann das zu enormen gesundheitlichen Schwierigkeiten bis hin zum Tod führen. Im Projekt „Gesundheit messen“ werden Konzepte entwickelt, die verhindern, dass ältere Menschen zu wenig trinken. Mithilfe von Sensoren wird die Wirksamkeit dieser Maßnahmen überprüft. Dies erfolgt im Rahmen von drei kooperativen Promotionen mit unterschiedlichen Schwerpunkten.

Schwerpunkt Bioanalytik

Leitung: Prof. Dr. Stefan Kalkhof und Prof. Dr. Janosch Hildebrand
Institut für Bioanalytik

Bestimmte Marker im Körper geben Auskunft über eine akute Dehydration. Im Projekt sollen neue biochemische und molekularbiologische Marker u.a. anhand von Blut- und Urinproben ermittelt und erforscht werden. Dadurch wird eine Stratifizierung von Bevölkerungsgruppen für die Gesundheitsförderung möglich. Geeignete Präventionsmaßnahmen sollen identifiziert und Interventionserfolge messbar gemacht werden.

Schwerpunkt Gesundheitsförderung

Leitung: Prof. Dr. Holger Hassel
Institut für angewandte Gesundheitswissenschaften

Gemeinsam mit den Zielgruppen und Praxispartnern im Bereich Soziales und Pflege sollen nachhaltige Strategien erprobt werden, wie eine ausreichende Flüssigkeitszufuhr erreicht und Dehydration vorgebeugt werden kann. Dabei steht die Bedarfsermittlung sowohl zum Selbst-Monitoring als auch zur Evaluation für Multiplikatoren im Fokus. Die Herausforderung ist, praxistaugliche und verlässliche Messinstrumente und -verfahren zu etablieren, die sowohl von den sehr heterogenen Adressaten selbst, als auch von Multiplikatoren im stationären Pflegebereich genutzt werden können.

Schwerpunkt Sensorik

Leitung: Prof. Dr. Klaus Stefan Drese
Institut für Sensor- und Aktortechnik

Wie geeignet sind nicht-invasive Sensoren bei der Überwachung des menschlichen Flüssigkeitshaushalts? Um dies herauszufinden, muss eine Multiparameter-Sensorik identifiziert werden, die den Hydrationszustand zuverlässig feststellt, aber auch ausreichend robust gegenüber Störgrößen ist und sich außerdem für den mobilen Einsatz eignet. Um den Dehydrationsgrad zuverlässig zu erfassen, sollen erstmals drei Messprinzipien miteinander kombiniert werden. Mithilfe der mikroakustische Sensorik werden die mechanische Eigenschaften der Haut erfasst; die elektrische Sensorik misst die dielektrischen Gewebeeigenschaften; Beide werden kombiniert mit einem optischen Verfahren zur Messung von spektralen Absorptionsbanden, die ebenfalls auf den Wassergehalt des Gewebes rückschließen lassen.