Institut für Sensor- und Aktortechnik - ISAT

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Profil

Das Institut- für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) ist ein im Jahr 2007 gegründetes In-Institut der Hochschule Coburg, welches von Prof. Dr. Klaus Stefan Drese und Prof. Dr. Thorsten Uphues geleitet wird. Das ISAT versteht sich als anwendungsorientiertes Forschungsinstitut und Impulsgeber für technologische Innovationen. Im Vordergrund steht dabei der unmittelbare Bedarf von Kooperationspartnern aus den unterschiedlichsten industriellen Branchen (Automobilindustrie, Medizintechnik, Verfahrenstechnik, Sondermaschinenbau, Luft- und Raumfahrt etc.) an innovativen Produkten und Verfahren.

Vor allem in der nordbayerischen Region, in welcher das ISAT angesiedelt ist, fungiert das Institut als etablierter Experte für die Beantwortung von messtechnischen Fragestellungen und die kundenspezifische Sensorentwicklung. Das ISAT kooperiert darüber hinaus mit einer großen Anzahl an Firmenpartnern unterschiedlichster Größe in Deutschland sowie im europäischen Ausland. Derzeit unterhält das Institut Forschungs- und Entwicklungs-Kooperationen mit etwa 50 Unternehmen und konnte im Jahr 2019 aus öffentlichen Förderprogrammen und aus Kooperationen mit Industriepartnern Drittmittel im Umfang von etwa 1,6 Millionen Euro einwerben.

Für eine effiziente Bearbeitung kundenspezifischer Anfragen sorgen rund 21 Mitarbeiter aus verschiedenen naturwissenschaftlichen und ingenieurwissenschaftlichen Fachrichtungen (Biologie, Medizintechnik, Maschinenbau, Elektrotechnik, Technische Physik, Simulation & Test, Informatik, Produktdesign) in Form von agilen Entwicklungsteams.

Forschungsschwerpunkte

Das Portfolio des ISAT reicht von Technologierecherchen für industrielle Anwendungen mit hohen spezifischen Anforderungen über die Sensor-Auswahl, -Optimierung und -Integration bis zur Entwicklung individueller Sensor/ Aktorlösungen, die an die jeweiligen industriellen Anforderungen angepasst sind.
Schwerpunktmäßig beschäftigt sich das Institut mit drei Themengebieten:
  • Akustik
  • Optik
  • KI
  • Mikrofluidik.

Besondere Kompetenzen besitzt das ISAT auf dem Gebiet der mikroakustischen Sensorik und Aktorik. Hier betreibt das Institut seit vielen Jahren eigene Forschung und Entwicklung und hält ein Patentportfolio mit zum Teil weltweitem Schutzrecht.

Die im Institut entwickelte Technologie basiert auf der gezielten Anregung sogenannter geführter Wellen – einer Sonderform des Ultraschalls – auf technischen Materialien. Durch die Nutzung piezoelektrischer Wandler ist es möglich, spezifische Schwingungsmoden auf der Außenseite von Komponenten und Bauteilen anzuregen, während die eigentliche Wechselwirkung der Wellen mit dem Inneren des Bauteils stattfindet. Anwendungsbeispiele dieser nicht-invasiven Technologie sind die Detektion von Biofilmen, Kalk oder anderen Ablagerungen in flüssigkeitsgefüllten Rohren oder Schläuchen oder die Realisierung von Touch-Funktionen auf unterschiedlich geformten technischen Oberflächen und Materialien. Auf dem Gebiet der akustischen Aktorik forscht das ISAT u.a. an der Beschleunigung elektrochemischer Reaktionen durch akustisch induzierte Wirbelströmungen in Elektrodennähe, um so z.B. zukünftig Akkumulatoren schneller aufladen zu können.

Einen weiteren thematischen Schwerpunkt stellt die Optik dar. Für Fragestellungen zum Beispiel aus der optischen Messtechnik oder der Automobilindustrie werden Konzepte und Technologien entwickelt, um mittels optischer Systeme und KI-basierten Auswertealgorithmen eine Bilderfassung & -auswertung zu gestalten, welche z. B. beim autonomen Fahren eingesetzt werden kann.

Zur Etablierung des Themenfeldes KI wird zu Zeit verstärkt Know-How und Expertise im Bereich KI für industrielle und analytische Anwendungen, wie z.B. Predictive Maintenance, Big Data Analytics, AI assisted workbench, auf- und ausgebaut.

In der Mikrofluidik stehen insbesondere analytische Fragestellungen zur Überwachung u.a. von chemischen oder biologischen Industrieprozessen sowie die medizinische Vorort- & Labordiagnostik im Vordergrund. Im ISAT entwickelte mikrofluidische Systeme können in der Zukunft aber auch für Screening-Fragestellung und der Synthese von Chemikalien eingesetzt werden.

Neben der experimentellen Validierung beschäftigt sich das ISAT auch mit der Simulation akustischer, optischer & fluidischer Prozesse.

Aktuelle Anwendungsfelder:

Sensorik
  • Berührungsempfindliche Bedienelemente
  • Detektion von Belägen in Rohren und Schläuchen (z.B. Biofilme, Ablagerungen)
  • Berührungsfreie Werkstückprüfung
  • Intelligente Bauwerksüberwachung
  • Flüssigkeitssensorik (z.B. Füllstand, Zusammensetzung)

Aktorik
  • Prozessoptimierung (z.B. Elektrochemie, Wärmetransport)
  • Miniaturisierte Analyse und Diagnostik
  • Regensensor / Scheibenwischer Ersatz

Ausstattung

Prüfschränke
  • Klimakammer CTS C-60/200Ex (Temperatur: -40 bis 150°C, Feuchte: 10 bis 95% r.F., Volumen 200l)
  • Temperaturkammer Feutron (-40 bis 180°C, Volumen 100l)
  • Vakuum-Trockenschrank Heraeus VT 6025 (bis 200°C, bis 0,01mbar)
  • Trockenschränke Thermo OMH OGH 100
Mess- und Großgeräte
  • Laser-Scanning-Vibrometer Polytec PSV-400-M
  • Laser Vibrometer, Polytec UHF-120
  • Highspeed-Kamera Keyence VW-600C
  • Wärmebildkamera Infra Tec GmbH VarioCam hr
  • PXI-Datenerfassungssysteme National Instruments
  • Digitale Speicheroszilloskope, DSO, MSO (z.B. LeCroy WaveRunner HRO64 Zi, 44MXI, 44Xi | LeCroy Waverunner 44MXI-A)
  • Schwingprüfanlage, Tira TV 51110 (Shaker)
  • Sputter Coater, Leica EM ACE600 (1-1000nm Silber, Titan, Glimmentladung)
  • Prozessthermostat Lauda ECO RE 630 SN | Alpha RA 8
  • Differenzdruckmessgerät TSI Instruments TSI5825
  • Luftultraschallabstandssensor LinkControl-Adapter LCA-2 (für den Schallkopf Nano-15/CU)
  • Schichtdickenmessgerät Mahr GmbH Millimar C1216-M
  • Schichtdickenmessgerät PCE-CT-28
  • Lackschleuder für 3” Wafer
  • Potentiostat Zahner-Elektrik GmbH & Co.KG PP201
  • Diverse Geräte für die Fertigung mikrofluidischer Chips
Laborgeräte & Zubehör
  • Schwingungsaufnehmer J.W.Lemmens MK6 Messsystem
  • Diverse Vakuumpumpen
  • Diverse Kontaktprüfköpfe Olympus
  • Milli-Gauss-Meter PCE-MGM 3000
  • Beschleunigungssensoren ARS-10A
  • Hydrophon Breitband PVDF GAMPT Membranhydrophon
  • Messgerät für Strömungsgeschwindigkeit Testo 445 (mit Flügelradsonde + Drucksonde)
Laborgeräte & Zubehör
  • Schwingungsaufnehmer J.W.Lemmens MK6 Messsystem
  • Diverse Vakuumpumpen
  • Kontaktprüfkopf Olympus V129-SM | V1091 | M116-SM | V155-RB | V111-RM | V113-RM | V116-RM
  • Milli-Gauss-Meter PCE-MGM 3000
  • Beschleunigungssensoren ARS-10A
  • Hydrophon Breitband PVDF GAMPT Membranhydrophon
  • Messgerät für Strömungsgeschwindigkeit Testo 445 (mit Flügelradsonde + Drucksonde)
Simulation
  • LabView von National Instruments mit folgenden Modulen:
    • LabView Professional Dev System
    • PXI LabView Lizenz
    • Labview FPGA Module
  • COMSOL Multiphysics mit folgenden Modulen:
    • Structural Mechanics Module
    • Nonlinear Structural Materials Module
    • Acoustics Module
    • CFD Module
    • CAD Import Module
    • AC/DC-Module
    • LiveLink for Matlab
  • Python Python Software Foundation
  • Dispersionssoftware IC Consultants Ltd
  • Zemax OpticStudio Professional
  • CATIA V5.0 von Dassault Systèmes
  • MATLAB von The MathWorks, Inc. mit folgenden Modulen:
    • Simulink
    • Communications System Toolbox
    • Control System Toolbox
    • Curve Fitting Toolbox
    • DSP System Toolbox
    • Data Acquisition Toolbox
    • Embedded Coder
    • Fixed-Point Designer
    • Instrument Control Toolbox
    • MATLAB Coder
    • MATLAB Compiler
    • Neural Network Toolbox
    • Optimization Toolbox
    • Partial Differential Equation Toolbox
    • Signal Processing Toolbox
    • Simulink Coder
    • Simulink Control Design
    • Stateflow
    • Statistics Toolbox
    • Symbolic Math Toolbox
    • Vehicle Network Toolbox
    • Wavelet Toolbox
E-Technik
  • Hochfrequenzverstärker (für Frequenzen DC-250MHz) E&I 2100L | WME PA120A | Femto HVA-200M-40-F | Femto HQA-15M-10T | Amplifier Research 150A100B
  • Elektronische Last Promed PEL 9718
  • Netzwerkanalysator Bode 100 (1Hz – 40MHz)
  • Lötbad Zevatron Löttechnik ZW 1-25 / 30 TE
  • Stromzange Aim TTI Instruments I-Prober520
  • Trennstelltransformator Statron 5315.5
  • Stromzangenverstärkersystem Tektronix AM503, A6302, TM502A
  • Hochspannungsmessspitze LeCroy PPE4KV
Software | Entwicklungsboards
  • Arrow Central Europe MSP-CCE430PRO
  • Altium AD2014
  • LT Spice Analog Devices Inc.
  • Entwicklungsboard Digilent NEXYS 2
  • Entwicklungsboard Digilent NEXYS 4 DDR
  • Entwicklungsboard Digilent BASYS 3
  • Entwicklungstool Powercast P2110-EVAL
Chemie/Biologie
(Mikro-)Biologielabor:
  • Brutschrank Binder CB150 mit CO2, O2, N2
  • Photometer Thermo Evolution 220
  • Schüttelinkubator Thermo MaxQ4000
  • Sicherheitswerkbank Thermo KS15
  • Spincoater L.O.T Oriel GmbH KL-SCV-10
  • Zentrifuge Thermo Multifuge X1R
  • Autoklav Laboklav 160-MSLV SHP
  • Sonotrode Hielscher UP200S
Chemielabor:
  • Dichte- und Schallgeschwindigkeitsmessgerät Anton Paar DSA 5000M mit XSAMPLE 22 Probenfülleinheit
  • Dichtemessgerät Anton Paar DMA 35
  • Schallgeschwindigkeitsmessgerät Karl Deutsch 1071997
  • Konzentrationsmessgerät SensAction LiquidSens
  • FT-IR Spektrometer Bruker Alpha-T
  • Leitfähigkeitsmessgerät WDW Cond 3310
  • Multiparameter-Messgerät (pH, O2, Cond.) WDW Multi 3420
  • pH-Meter WDW PH 3310
  • Rheometer proRheo R180
  • Vakuumaufbauten Oerlikon Leycon EV016DOSAB und THERMOVAC TM 101
  • Diverse Analysenwaagen
Optik
  • Faseroptisches Messsystem (Rayleigh-Rückstreuung) Polytec ODiSI B-10
  • Faseroptisches Messsystem (FBG) Polytec BraggMeter FS2200
  • Oszilloskop Keysight DCA-J 86100C (optischer und elektrischer Eingang, 80 GHz Bandbreite, Jitter und Inteferenz Analyse)
  • Mask Aligner Süss MG1400 (senkrechtes Belichten von Proben mit 6,5 mW/cm² UV-Licht in 0,1 Sekunden Intervallen)
  • Photodetektor Thorlabs PDB450C
Laser
  • N2-Laser LTB MNL 103-LD (337,1 nm, 170µJ)
  • FK-Laser Cobolt Rumba (1064nm, 500mW)
  • Nd:Yag-Laser Brilliant IR20 (532 nm, 360 mJ)
  • Nd:YAG-Laser WEDGE HB (532 nm, 1 mJ)
  • Diodenlaser CPS-535 (532 nm, 4,5 mW)
Werkstatt
  • CNC Fräse DMG MillTap 700
  • NC Drehbank Weiler Primus VC
  • Laborpresse Lauffer UVL 4.5 (Temperatur und Druck)
  • 3D-Fräsmaschine mit Zusatzequipment Roland MDX-540 (ZAT-540 > 4-Fach-Werkzeugwechsler, ZCL-540 >zusätzliche Rotationsachse)
  • Bandsäge BMBS 220×250 H-G
  • Tischbohrmaschine Alzstar 18-T/S
  • Schweißgerät WIG200P AC/DC Plasma
Mikroskope
  • konfokales Fluoreszenz-Laserscanningmikroskop Leica TCS SP8
    • Lebendzellaufnahmen
    • 3-D-Analyse von Biofilmen
  • Stereo- und Lichtmikroskope
  • Laserscanningmikroskop Keyence VKX200/0.210
    • Schichtdickenmessung
    • Rauhigkeitsprofile
    • Oberflächenbeschaffenheit
    • Rissdetektion

Kontaktdaten der Forschungseinrichtung

Institut für Sensor- und Aktortechnik - ISAT
Am Hofbräuhaus 1b
96450 Coburg
Telefon: 09561 317-437
E-Mail: isat-info@hs-coburg.de
Website

Ansprechpartner der Forschungseinrichtung

Prof. Dr. Klaus Stefan Drese
Telefon: 09561 317-437
E-Mail: klaus.drese@hs-coburg.de