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Danny Nitzsche
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Drucksensoren der Witte Technology Sensoren-Serie
Drucksensoren sind unter anderem essentielle Bauteile in der Automobilindustrie. In jedem Neuwagen befinden sich circa zehn verschiedene Varianten, die zum Beispiel den Reifendruck, den Füllstand von Motor- oder Getriebeöl, die Sitzbelegung oder den Bremsdruck überwachen. Da konventionelle Drucksensoren auf starren Materialien wie Silizium basieren und aufwändige Produktionszyklen erfordern, eröffnet der Funktionsdruck auch im Bereich der Druckmessung bestimmter Kräfte schlanke und kosteneffiziente Lösungen.
Ein Sandwich-Aufbau zweier Polymerfolien, verdruckter Silberschichten und FSR-Elemente (Force Sense Resistor), die eine Luftschicht umschließen, verursacht unter Druckeinwirkung einen Kontakt zwischen Ober- und Unterschicht und damit eine messbare Veränderung des elektrischen Widerstands. Je nach Flächenbedarf und Anwendung kann dieser Sensor in variablen Matrizen produziert werden.
Alternativ stellt Witte auch piezoresistive Sensoren her, die mit einer Silberelektrodenstruktur, einem sensitiven Material (Piezo) und einer Schutzschicht auf Polymerfilme gedruckt werden. Sie ermöglichen eine noch bessere Wiederholpräzision. Besonders interessant sind die einsetzbaren hochflexiblen Substrate, die ohne Funktionsverlust für völlig neuartige Anwendungen geeignet sind.
Die dynamischen Daten beider Drucksensoren-Varianten, die auf PET-, TPU- oder Kapton-Substraten verdruckt werden, sind via Bluetooth oder NFC über FPC- oder Crimp-Stecker komplett digital übertragbar.
Ob als Fußabdruck, in Satteln oder als Kontur auf einer Matratze, dies sind nur drei von vielen denkbaren Anwendungen, die dünnen Drucksensoren liefern dabei wertvolle Messdaten über lange Zeiträume hinweg. Besonders vielversprechend ist ihr Einsatz bei der Füllstandsmessung, zum Beispiel in Warenlagern oder Supermarktregalen. Auf deutlich größeren Flächen, etwa auf sogenannten Sensormatten in Gebäuden, Bahnhöfen oder öffentlichen Verkehrsmitteln, ermöglichen die Sensoren eine ortsaufgelöste Erfassung von Oberflächen und damit auch von Personenflüssen („Surface Digitalization“). Dadurch können sie teilweise Kameras ersetzen und mit ihren Daten dazu beitragen, diese Orte anonym und effizienter zu gestalten.
Häufige Fragen zu gedruckten Drucksensoren – FAQ
Ein gedruckter Drucksensor ist ein Sensorbauelement, das mittels industrieller Druckverfahren – wie Sieb-, Tintenstrahl- oder Rolle-zu-Rolle-Druck – auf flexible oder starre Substrate aufgebracht wird. Er detektiert mechanischen Druck und gibt ein entsprechendes
elektrisches Signal aus. Gedruckte Sensoren ermöglichen eine flächige, kosteneffiziente und materialsparende Integration in vielfältige Systemumgebungen.
Gedruckte Drucksensoren kommen in zahlreichen Branchen zum Einsatz, z. B. in der Automobilindustrie (z. B. Sitzbelegungserkennung), Medizintechnik (z. B. Druckverteilungsmessung), Verpackungs- und Logistiklösungen (z. B. Manipulationsnachweis), Industrieautomatisierung sowie Consumer Electronics. Sie eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen klassische Sensortechnik zu groß, zu schwer oder zu kostenintensiv ist.
Dank des additiven Fertigungsansatzes bieten gedruckte Sensoren eine hohe Designfreiheit, geringe Aufbauhöhe, flexible Formfaktoren sowie Potenzial zur Integration in bestehende oder neu zu entwickelnde Trägermaterialien. Weitere Vorteile sind geringes Gewicht, großflächige Herstellbarkeit, geringe Materialkosten und die Möglichkeit zur Serienproduktion im Rolle-zu-Rolle-Verfahren.
Zum Einsatz kommen funktionale Tinten auf Basis von Silber, Carbon, PEDOT:PSS oder anderen leitfähigen Polymeren. Als Substrate dienen meist flexible Folienmaterialien wie PET, PEN oder thermoplastische Elastomere (z. B. TPU). Der Sensorschichtaufbau wird je nach Anwendung hinsichtlich Empfindlichkeit, Linearität und mechanischer Belastbarkeit kundenspezifisch angepasst.
Bei fachgerechtem Design und angepasster Materialwahl erreichen gedruckte Drucksensoren eine hohe Wiederholgenauigkeit und Langzeitstabilität. Zyklische Belastungstests zeigen, dass Sensoren auch nach mehreren hunderttausend Lastwechseln reproduzierbare Ergebnisse liefern. Temperaturverhalten, Driftverhalten und Alterungsbeständigkeit lassen sich über gezielte Material- und Strukturwahl anwendungsspezifisch optimieren.
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