DER KONSTRUKTEUR 5/2015

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SENSORTECHIK I SPECIAL Schlanke Multitalente für Mechatronik Dünnschichttechnik birgt ein hohes Potenzial in der strukturintegrierten Sensorik KOMMENTAR Strukturintegrierte Sensorik, das heißt Sensoren oder Mess systeme in beziehungsweise an Systemen oder Strukturen gibt es schon immer. Ein Beispiel sind an Strukturen angebrachte Dehnungsmessstreifen. Der Begriff „Struktur“ lässt alles zu. Dies können ganze Systeme sein, das heißt Fahrzeuge, Maschinen, Bauelemente. Neben der kompakten Bauform steht die Möglichkeit, mehrere unterschiedliche Messgrößen aufnehmen zu können im Fokus der Entwicklung. Denkbar sind solche Lösungen durch die Entwicklung von Dünnschichtstrukturen. Für alle physikalischen und chemischen Messgrößen gibt es für inte grierte Sensorik geeignete Messfühler und die zum Betrieb notwendige Auswertung der Signale. Grundsätzlich ist es wünschenswert, wenn mit strukturintegrierter Sensorik mehrere Messgrößen und Zustände gemessen werden können. Bei der Entwicklung und Herstellung von Sensoren in Dünnschichttechnik, sprich DST, lassen sich mehrere Messgrößen mit gleichzeitig aufgebrachten Strukturen messen. Sicherlich in bedingtem Rahmen und grundsätzlich nicht universell. Aber es ist möglich. Die Prozesse zur Herstellung dünnster Schichten sind auch Grundlagen der Halbleiterfertigung und damit hinreichend bekannt. Trotzdem ist das Potenzial der Dünnschichttechnik bei weitem noch nicht ausgenutzt. Gründe dafür sind neben dem fehlenden Wissen über die Einsatzmöglichkeiten auch der Entwicklungsaufwand und die notwendigen Investitionen für die Produktion. Die Dünnschichttechnik hat vorteilhafte Eigenschaften für ein breites Einsatzspektrum. Dünnschichten reagieren empfindlich und reproduzierbar auf Kräfte, Verformung, Temperatur, Licht, chemische Substanzen und so weiter. Bei geeignetem Design ist aber auch die Erfassung von Magnetfeldern und elektrischen Strömen möglich. Nickel, Chrom, Kupfer, SiO2, TiON und NiCr sind nur einige der Materialien, mit denen Schichten bis 1,5 µm Stärke extrem haftend auf glatte Oberflächen aufgebracht werden können. Eine Strukturierung ab einer Breite von 10 µm ist dabei möglich. Eine der bisher kaum genutzten Optionen der DST ist die direkte Applikation auf anwendungsspezifische Verformungskörper. So haben Schichten auf 75 µm dünnen Blechen schon ein neues Verfahren zur magnetischen Positionsmessung ermöglicht. In vielen Anwendungsfällen ist es sogar ideal, die dünnen Schichten in Systeme zu integrieren. Der Weg sollte so sein, dass der Sensor für die jeweilige Messgröße entwickelt wird und dann im System appliziert wird. Sei es direkt im Produktionsprozess oder indirekt über einen Träger. Mit Dünnschichttechnik lassen sich Multisensorsysteme realisieren. Eine Anordnung zur Messung von Druck, Kraft, elektrischen Strom, Feuchte, CO 2 , spezifischer Verschmutzung, Temperatur, Funktion und Nicht-Funktion lässt sich auf kleinsten Raum produzieren. Dazu gibt es noch die Möglichkeit der drahtlosen Energieversorgung und der drahtlosen Signalübertragung. Ein wichtiger Vorteil der DST ist der geringe Energieverbrauch der Sensoren und Funktionen. Welche Applikationen sind denkbar? Sensorik spielt in mobilen Maschinen, in der Medizintechnik, in Produkten der erneuerbaren Energien, speziell in der Solar- und Windkraft, oder selbst im Consumer-Bereich, zum Beispiel in Form von Gassensoren eine wachsende Rolle. Bestimmte Dünnschicht- Kraftsensoren lassen sich direkt auf die Maschinenteile aufbringen. Eine der bisher kaum genutzten Optionen der Mit Dünnschichttechnik lassen sich Multisensorsysteme auf kleinstem Raum realisieren Wolfgang Wiedemann, Geschäftsführer der Sensor-Technik Wiedemann GmbH, Kaufbeuren DST ist zum Beispiel die direkte Applikation auf anwendungsspezifische Verformungskörper. Um Dünnschichttechnik erfolgreich einzusetzen, ist zunächst eine kompetente Beratung notwendig, in der ein Vorhaben auf Eignung für die DST untersucht wird. Stärken der Technik müssen benannt und bekannt sein: Vielfältigste und auch mehrlagige Anordnung verschiedener Materialien, geringster Platzbedarf, geringe Stückkosten, hohe Stabilität und Robustheit, hochgenaue und reproduzierbare Abmessungen, extreme Haftung. Diese Vorteile ergeben ein breites Einsatzgebiet. Produktbeispiele hierfür sind Wälzlager oder die Kraftmessung an Tunnelbohrsystemen. www.sensor-technik.de 54 Der Konstrukteur 5/<strong>2015</strong>
SPECIAL I SENSORTECHNIK Drucksensor für Niederdruck-Anwendungen Kavlico Pressure Sensors, eine Marke der Custom Sensors & Technologies (CTS), hat einen Drucksensor für industrielle Niederdruckanwendungen angekündigt: Der keramisch-kapazitive P1A im modularisierten Design eignet sich für eine ganze Reihe verschiedener Industrien und Anwendungsbereiche. Er misst Drücke im Bereich von Vakuum bis 16 bar und erreicht aufgrund seiner keramisch-kapazitiven Technologie sehr gute Langfrist-Leistungswerte für Stabilität, Präzision und Überdrucksicherheit. Der Sensor lässt sich mit verschiedenen analogen und elektrischen Ausgängen ausstatten und mit zahlreichen standardisierten Druckanschlüssen versehen. Zudem unterstützt er mehrere elektrische Anschlussvarianten, auch solche für umspritzte Kabelausgänge. Die internen Dichtungen des Messfühlers gestaltet der Hersteller nach Kundenspezifikation. Der Sensor ist auch mit digitalen Ausgängen oder speziell angepassten Druckanschlüssen erhältlich. Sensor + Test: Halle 12, Stand 446 www.kavlico.de Gekapselte Multilayer-Piezoaktoren mit verbesserter Wärmeableitung Bestimmen Öl, Spritzwasser oder dauerhaft hohe Luftfeuchtigkeit die Applikationsumgebung, sorgen in Edelstahl gekapselte Multilayer-Piezoaktoren für die geforderte Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Sollen die Picma-Aktoren gleichzeitig für dynamische Anwendungen eingesetzt werden, kann die Eigenerwärmung des Aktors begrenzend wirken. Das Unternehmen PI Ceramic bietet nun gekapselte Aktoren mit verbesserter Wärmeableitung: Eine Vergussmasse, die die Auslenkung des Aktors nicht hemmt, ersetzt dabei das Inertgas im Hohlraum zwischen Metallbalg und Piezoaktor. Eine zusätzliche Kühlung des Edelstahlgehäuses, z. B. mit Druckluft oder Wasser, kann die Wärme, die durch den dynamisch arbeitenden Aktor entsteht, noch besser abführen. So lassen sich gegenüber dem unvergossenen Aktor etwa 10-mal höhere Arbeitsfrequenzen realisieren, z. B. mit dem P-885.95 bis zu 3,5 kHz über den vollen Stellweg von 36 µm. Sensor + Test: Halle 12, Stand 276 www.piceramic.de Inertial-Sensorsysteme für Konsumerbereich und Industrie Quantitec hat eine neue Produktpalette von Inertial- Sensorsystemen, der AIMS (Advanced Inertial Measurement System)-Serie auf Basis von MEMS-Sensoren vorgestellt. Angefangen mit der Serie Nano, werden Zielmärkte im Wearables- und Fitnessbereich angesprochen. Ferner werden kommerzielle und industrielle Anwendungen mit den Serien-1, 3, 5, 7 und 9 anvisiert. Alle Produkte der AIMS-Serie sind wahlweise mit verschiedenen Schnittstellen, wie bspw. CAN, RS485, USB, Ethernet oder Profibus verfügbar und lassen sich nahtlos mit IntraNav-Produkten kombinieren, um neben der Outdoor-Navigation durch GPS auch die Navigation in Indoor-Bereichen zu ermöglichen. Zur Gewährleistung einer hohen Flexibilität für kundenspezifische Implementierungen ist zu jeder Serie ein vollanpassbares OEM-Modul samt SDK-Paket verfügbar. Alle Systeme werden werkskalibriert. Sensor + Test: Halle 12, Stand 552 www.quantitec.de 210 x 105 mm | 4c | Anschnitt | Der Konstrukteur – 1/3 quer STEUERGEHÄUSE AUS ALUMINIUM- STRANGPRESSPROFILEN HASEKE PLG Breite, Höhe und Tiefe variabel konfigurierbar Umfangreiches Zubehör verfügbar Direkteinbau von Steuerungen möglich Farbe: Aluminium hell eloxiert, Ecken ähnlich RAL7016, Anthrazitgrau Sonderfarben möglich Das PLG erfüllt die UL Vorschrift UL 50E und UL 50 Weitere Produktinformationen unter: Haseke GmbH & Co. KG | Tel. 05731 7607 - 0 | www.haseke.de
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