Michèle Isopp absolvierte 2012 die Höhere Technische Bundeslehr- und Versuchsanstalt Ferlach mit der Schwerpunktsetzung Maschinenbau Industriedesign. Seit 2019 ist sie kaufmännische Geschäftsführerin der Messfeld GmbH. Nebenbei absolviert Frau Isopp ihr Betriebswirtschaftsstudium an der Alpen- Adria Universität.
michele.isopp@messfeld.com#871747
ELENA Gedruckte Elastische Energieharvester für energieautarkes Condition Monitoring
Im Forschungsprojekt ELENA soll deshalb ein polymerbasierter Energy-Harvester entwickelt werden, der sowohl triboelektrische als auch piezoelektrische Effekte integriert, um aus den Vibrationen der Produktionsanlagen Energie zu gewinnen. Der Kernaspekt des Projekts ist dabei die Verwendung hauchdünner elastischer Membranen, die sowohl für eine große Auslenkung bei kleiner mechanischer Anregung sorgen, als auch eine hohe Packungsdichte der aktiven Schichten des Energiewandlers erlauben (Stacking). Die Integration der Materialien erfolgt dabei mittels Siebdruck des ferroelektrischen Polymers P(VDF-TrFE auf
elastische Substratmembranen mit heißgeprägten Strukturen für die simultane Nutzung piezo- und triboelektrischer Effekte. Die Verwendung von kostengünstigen und skalierbaren Herstellungsprozessen, welche mit einer Rolle-zu-Rolle Fertigung kompatibel sind, soll es in zukünftigen CM Anwendungen erlauben eine große Anzahl von Sensoren und/oder Sensorknoten in verteilten Sensornetzwerken mit Energie bei wettbewerbsfähigen Kosten zu versorgen.
Die Zielsetzung von >500 μW bereitgestellter Leistung im Zeitmittel, als auch die Robustheit und Langlebigkeit der Sensoren werden im Rahmen des Projekts im Einsatz an realen Anlagen überprüft. Dabei erfolgt eine tiefgehende Analyse der Wandlungseffizienz in Abhängigkeit der Vibrationscharakteristik (Vibrationsachsen, Frequenz, Amplitude).
Ausgangssituation
Im Bereich des Condition Monitoring (CM) und der Predictive Maintanance (PM) können in Zukunft neue Möglichkeiten der Datenanalyse genutzt werden um große Sparpotentiale im Energie- und Ressourcenverbrauch zu heben. Diese Anwendungen erfordern jedoch den Einsatz einer großen Anzahl an Sensoren und deren Einsatz in verteilten Sensornetzwerken an der Produktionsanlage. Während die Entwicklung stromsparender Sensoren und energiearmer Funkübertragung bereits weit vorangeschritten ist, stellt die Energieversorgung dieser Sensorknoten weiterhin ein Problem dar, da kabelgebundene Lösungen einen hohen Installationsaufwand erfordern oder aufgrund der Anbringung von Sensoren an rotierenden Bauteilen nicht möglich sind. Verschiedene Möglichkeiten die Energie direkt aus der Umgebung des Sensors zu gewinnen werden daher seit einiger Zeit unter dem Schlagwort
„Energy-Harvesting“ erforscht. Lösungen, die aus der Vibration von Produktionsanlagen eine Leistung von 500 μW-10 mW bereitstellen, welche für die kontinuierliche Datenübertragung notwendig ist, sind aber auch heutzutage noch nicht verfügbar.
Meilensteine
| 1 | Projekt Kick-Off erfolgreich abgehalten |
| 2 | Parameterbereich für die Zielanwendung(en) definiert |
| 3 | Optimiertes Harvester Design vorhanden |
| 4 | Internes Review Treffen erfolgreich und Entscheidung über die Art der Umsetzung der aus den Simulationen erhaltenen Ergebnisse |
| 5 | Erfindungsmeldung zum Harversterkonzept |
| 6 | Piezoelektronische Vibrationsmembran mit Leistungsdichte > 10mW/cm^3 |
| 7 | Energy-Harvester mit Output > 500µW im Zeitmittel |
| 8 | Nachfolgeprojektdefinition, F&E- Roadmap für Nachfolgeprojekte erstellt |
| 9 | Harvester wurde an Produktionsanlage eingesetzt |
| 10 | Daten über die Langzeitstabilität des Harvesters liegen vor |
| 11 | Endbericht erstellt |
© Messfeld GmbH
Michèle Isopp
Projektleitung
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Jutta Isopp
2006 gründete Frau Isopp die Messfeld GmbH in Klagenfurt. Sie ist Expertin im Bereich Instandhaltung, Condition Monitoring, Energiemonitoring und Industriemesstechnik.
jutta.isopp@messfeld.com
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Andreas Petritz
Dr. Andreas Petritz, (Physiker) studierte Experimentalphysik an der Karl-Franzens-Universität Graz, welches er 2015 im Bereich der organischen Elektronik abschloss. Von 2018 bis 2020 war er im Rahmen des Erwin Schrödinger Stipendiums vom FWF an der Entwicklung einer elektronischen Haut (Projekt „OFES e-Skin“) an der renommierten Osaka Universität in Japan in der Forschungsgruppe von Prof. Tsuyoshi Sekitani tätig. Seine bereits langjährigen Forschungstätigkeiten bei Joanneum Research reichen von organischer Elektronik mit biologischen Stoffen als funktionale Schichten, über diverse Oberflächenmodifikationen wie z.B. mit SAMs, bis hin zu piezoelektrischen Sensoren, piezoelektrische Energy Harvester sowie hochintegrierte Elektronik wie Aktiv-Matrix.
andreas.petritz@joanneum.at
© Joanneum Research ForschungsgmbH
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Jonas Groten
Dr. Jonas Groten, (Physiker) studierte Physik und Umweltsystemwissenschaften an der Karl-Franzens-Universität Graz. Nach der Promotion im Bereich von Oberflächen mit maßgeschneiderten Benetzungseigenschaften an der Universität Freiburg und einem Forschungsaufenthalt am KIT Karlsruhe beschäftigt er sich bei JOANNEUM RESEARCH seit 2016 mit gedruckter Elektronik auf flexiblen und dehnbaren Substraten. Die F&E Themen umfassen dabei die Entwicklung dehnbarer leitfähiger Materialien, druckbarer piezoelektrischer Sensoren, das piezoelektrische Energy Harvesting, als auch die Integration von Elektronik in „smarte“ und 3D geformte Oberflächen.
jonas.groten@joanneum.atSteckbrief
- Projektnummer
- 871747
- Koordinator
-
Messfeld GmbH
- Projektleitung
- Michèle Isopp, michele.isopp@messfeld.com
- Partner
-
Joanneum Research ForschungsgesellschaftmbH - Materials
- Schlagwörter
- Harvesting Condition Monitoring Energieharvester Energieautark
- Förderprogramm
- Energieforschung
- Dauer
- 05.2019 - 05.2022
- Budget
- 331.572 €
