TARANIS

Teilvorhaben: Materialentwicklung für LTCC-basierte Sensoren zur  berwachung des Spannungsniveaus in Mittelspannungsnetzen

Laufzeit: 01.08.2026 – 31.07.2029

Projektträger: Forschungszentrum Jülich GmbH

Förderkennzeichen: 03EI4130A

Neue keramische Sensoren für die Mittelspannung

Die Energiewende stellt Stromnetze vor neue Aufgaben: Immer mehr dezentrale Erzeuger, Speicher und dynamische Verbraucher treffen auf ein Netz, das genauer überwacht werden will als je zuvor. Konventionelle induktive Messwandler – jahrzehntelang der Standard in Umspannwerken – kommen hier an ihre Grenzen: Sie sind groß, ressourcenintensiv und verlieren bei höherfrequenten Netzsignalen wie Oberschwingungen, bis in den Bereich von 150 kHz, an Genauigkeit.

Genau hier setzt das Verbundprojekt TARANIS an. Ziel sind hochpräzise, miniaturisierte Mittelspannungssensoren auf Basis der Low-Temperature Cofired Ceramic (LTCC)-Technologie. Diese keramischen Mehrlagensysteme sollen die Spannungsqualität künftig deutlich genauer und über einen erweiterten Frequenzbereich überwachen und sich dank ihrer kompakten Bauweise ideal für den flächendeckenden Einsatz in Umspannwerken und Smart Grids eignen.

Das Fraunhofer IKTS koordiniert den Verbund und verantwortet die materialwissenschaftliche Basis. Im Zentrum steht die Entwicklung bleifreier, RoHS-konformer Dickschicht-Widerstandspasten, die vollständig mit modernen LTCC-Systemen kompatibel sind. Ein besonderer Schwerpunkt: photostrukturierbare (PI-)Pasten, die die robuste Dickschichttechnik mit den hochauflösenden Belichtungsverfahren der Dünnschichttechnik verbinden.

Technische Ziele im Überblick:

• Höchste Präzision: Angestrebt ist, die prozessbedingten Widerstandstoleranzen von aktuell ±15–20 % auf ±1–5 % zu reduzieren.
• Miniaturisierung & Auflösung: Mit PI-fähigen Pasten sollen feinste Widerstandsstrukturen unter 30 µm mit exakten Konturen realisiert werden.
• Robustheit & Langlebigkeit: Die Sensorelemente sollen eine hohe Spannungsfestigkeit im Mittelspannungsbereich (ca. 12 bis 40,5 kV) aufweisen und weitgehend unempfindlich gegenüber Temperatur- und Feuchteschwankungen arbeiten.
• Nachhaltigkeit: Der Wechsel zu bleifreien Materialien soll künftige RoHS-Risiken vermeiden und die bestehende Abhängigkeit von einzelnen kommerziellen LTCC-Materialsystemen reduzieren.

In enger, agiler Zusammenarbeit mit den Projektpartnern IMST GmbH und ABB AG soll so ein langlebiger, ressourceneffizienter Sensor entstehen – ein wesentlicher Baustein für intelligente Messsysteme und die Netzresilienz der Zukunft.

Partner IMST GmbH, ABB AG Research Center Germany