Sensorik
Folie macht Druck
Sensorische Bauteile werden in der Medizintechnik in vielfältiger Weise zur Messung und Kontrolle von Positionierungen und Bewegungen eingesetzt. Unerlässlich sind Sicherheit, Präzision, Dichtigkeit und Zuverlässigkeit - hier können Foliensensoren punkten.
Foliensensoren bestehen aus einer dünnen Folie, auf die ein hochohmiger Widerstand aufgedruckt ist, sowie aus einer Kollektorfolie mit einer niederohmigen Kollektorbahn. Substrat und Folie sind durch einen Abstandshalter, den Spacer, voneinander getrennt. Ein mechanisches Druckstück bringt die Widerstandsschicht mit dem Kollektor in Kontakt (Bild 1). Das Schleifersystem der klassischen Potentiometer wird somit durch Kollektorfolie und Druckstück ersetzt. Auf diese Weise kann, wie bei jedem anderen herkömmlichen Potentiometer, die jeweilige ortsabhängige Spannung abgegriffen werden. Verschleiß beziehungsweise Abrieb an der Widerstandsschicht können dabei nicht auftreten.
Bislang waren Foliensensoren in Folie-Folie-Technologie aufgebaut; generell zeichnen sie sich durch ihre flache Bauform von weniger als 2 mm aus. Einziger Nachteil ist die relativ große Nichtlinearität von etwa 1%. Metallux hat nun bei den »MetaPot«-Sensoren der aktuellen Generation die Widerstandsfolie durch ein FR4-Substrat ersetzt.
Die Anwendungsbereiche der Foliensensoren werden damit erweitert. Dabei ergeben sich mehrere Vorteile. Zum einen können Widerstandspasten verwendet werden, die extrem hohe Lebensdauerdaten von mehr als 25 Millionen Zyklen erlauben, zum anderen ermöglicht der Einsatz von FR4-Leiterplattenmaterial als Träger eine Linearisierung der Widerstandsschicht. Linearitätswerte zwischen +/-0,4% (Messlänge 50 mm) und +/-0,3% (Messlänge 500 mm) sind so realisierbar. Daher lassen sich die Folienpotentiometer bezüglich ihrer Genauigkeit durchaus mit klassischen Schleifer-Potentiometern vergleichen. Linearisierte MetaPot-Foliensensoren sind in Messlängen zwischen 50 mm und 500 mm erhältlich. Neben linearen Systemen (Bild 2 rechts) gibt es auch linearisierte rotative Sensoren mit Durchmessern bis zu 400 mm (Bild 2 links).
Die Sensorik nimmt in der Medizintechnik mittlerweile einen immer größeren Stellenwert ein, sei es für Diagnose, Operation, Therapie oder Rehabilitationsmaßnahmen, wie die folgenden Beispiele veranschaulichen sollen.
So messen Sensoren basierend auf der MetaPot-Folientechnik beispielsweise die stufenlose Höhenverstellung sowie die Neigung von Operationstischen (Bild 3). Die Weg- und Winkelsensoren erlauben eine für den Operationsvorgang und Operateur optimierte Positionierung der Tische. Zukünftig kann Sensorik sogar die Möglichkeit bieten, dass Teile einer Operation automatisiert ablaufen können. Insbesondere die Positionierung des Patienten mittels des Tisches oder auch das Zur-Verfügung-Stellen von Operations-Hilfsinstrumenten sind hier zu erwähnen.
Medizinische Sensoren
Ein bekannteres Beispiel sind Infusionsspritzenpumpen, die in Krankenhäusern zur gleichmäßigen Abgabe von Medikationen über einen längeren Zeitraum dienen. Wesentlich ist hier die konstante Dosierung. Der Foliensensor dient als Wegmess-System zur Dosierung. Die linearisierten MetaPot-Foliensensoren erlauben eine exakte und konstante Dosierung, wobei die Dichtheit des Sensorsystems die Reinigung der Spritzenpumpe erleichtert.
Foliensensoren finden sich auch in Orthesen wieder. Diese Produkte dienen zur Unterstützung von Heilungsprozessen, zur Stabilisierung, Entlastung, Ruhigstellung, Führung oder Korrektur der Gelenke. In Prothesen, wie zum Beispiel in elektrischen Gelenksteuerungen, sorgen Winkelsensoren für die exakte Positionierung des Gelenks. Eine lange Lebensdauer ist hier entsprechend unabdingbar.
Exakte Positionen in Zahnarztstühlen (Sitzposition, Position der Kopf- oder Beinstützen) oder in Bettgestellen werden durch Weg-/Winkelsensoren geregelt, welche neben einer hohen Präzision speziellen Ansprüchen an Reinigung und Sterilisation - insbesondere bei Krankenhausbetten - genügen müssen. Des Weiteren kommen Foliensensoren als Sensorelemente im Joystick zum Einsatz. Diese Joysticks dienen zur Steuerung von Elektrorollstühlen oder von Hilfsantrieben, die auf handbetriebenen Rollstühlen adaptiert werden können (Bild 4).
Die Sensorik im Joystick steuert Geschwindigkeit und Richtung des Rollstuhls. Die Steuerknüppel sorgen nicht nur für leichtes Manövrieren, sondern sind so ausgelegt, dass durch ihre speziell angepasste Haptik eine gefühlvolle Steuerung möglich ist. Für alle diese Einsatzszenarien wird ein Foliensensor als Weg- oder Winkelsensor eingesetzt.
Diese Beispiele zeigen: Die Folientechnik kommt in diversen Anwendungen in der Medizintechnik zum Einsatz. Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen zeichnet sich die »MetaPot«-Technik durch eine flache Bauform, einfache Montagemöglichkeiten sowie einen Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C aus, wobei Sicherheit, Präzision, eine hohe Dichtigkeit und Zuverlässigkeit im Vordergrund stehen. Die Foliensensoren sind hermetisch dicht verklebt und somit gegen Umwelteinflüsse wie Schmutz, Staub und Feuchtigkeit geschützt. Mit Ausnahme des Steckeranschlusses erfüllen sie die Anforderungen der Schutzart IP67.
| Folienpotentiometer |
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| Ein Folienpotentiometer besteht aus mehreren Folienschichten, die durch einen Abstandshalter voneinander isoliert sind. Auf einer der Folien, meist der unteren, ist zum Beispiel im Siebdruckverfahren eine Widerstands-Schicht aufgebracht. Auf der darüber liegenden Folie, der Kollektorfolie, befindet sich eine gut leitfähige Beschichtung. Per Druck, mittels eines Abgreifers oder einer oberen eisenhaltigen Folie und einem darunter geführten Dauermagneten kann die obere Folie mit der unteren Folie in Kontakt gebracht werden und wie an einem herkömmlichen Potentiometer die jeweilige Ortsspannung abgegriffen werden. Durch ihren dünnen Folienschichtaufbau und die hermetisch dichte Verklebung an den Außenrändern haben sich Folienpotentiometer in vielen Bereichen etabliert, in denen herkömmliche Potentiometer nicht eingesetzt werden können. Sie bieten als Sollwertsteller eine gute Dichtheit gegenüber Schmutz in Bedieneinheiten. Als Istwertgeber ermöglicht die geringe Bauhöhe Flexibilität in der Konstruktion. |
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