Folienpotentiometer für die Wegerfassung kommen bezüglich Linearität und Lebensdauer jetzt dem bekannten Potentiometer-Standard sehr nahe. Nur der Schleifer wird durch eine Folie ersetzt, ansonsten werden Standardverfahren der Potentiometertechnik eingesetzt.
Die Autoren: Dr. Tobias Eckert ist Leiter Technologiezentrum Potentiometer der Novotechnik Messwertaufnehmer OHG, Ostfildern, Ellen-Christine Reiff ist Redakteurin im Redaktionsbüro Stutensee, Stutensee
Sensoren auf Potentiometerbasis sind in vielen automotiven, mobilen und industriellen Anwendungsbereichen für die Weg- und Winkelmessung immer noch das Mittel der Wahl. Schließlich lassen sich vergleichbare Messgeschwindigkeiten, Linearitätswerte, Auflösungen, Hysteresewerte und Temperaturbereiche sonst nur mit deutlich höherem Aufwand erreichen. Der Einsatzbereich potentiometrischer Lösungen könnte sich jetzt durch neue Folienpotentiometer noch erweitern.
In den letzten Jahren haben hauptsächlich Folientastaturhersteller begonnen, ihr Know-how der Folientechnik auf die Weg- und Winkelsensorik zu übertragen. Allerdings sind eher Lösungen entstanden, die der Genauigkeit von Standard-Potentiometern nicht annähernd Paroli bieten können. Novotechnik hat sich nun diesem Thema angenommen und gemeinsam mit einem Partner Lösungen entwickelt, die bezüglich Linearität und Lebensdauer dem bekannten Standard der herkömmlichen Potentiometer sehr nahe kommen.
Bewährter Siebdruck und anschließende Linearisierung
Das Prinzip der linearen Folienpotentiometer der Serie LFP ist einfach zu verstehen: Sie bestehen aus einem FR4-Substrat (mit Epoxidharz getränkte Glasfasermatte) und einer Kollektorfolie, die durch einen Abstandhalter, dem Spacer, getrennt sind. Auf dem Substrat wird die Widerstandsbahn per Siebdruck aufgebracht. Auf der gegenüberliegenden Kollektorfolie ist eine niederohmige Kollektorbahn aufgedruckt. Die Kollektorfolie besteht aus einem mechanisch sehr belastbaren FR4-Prepreg. Ein mechanischer Druck, meist durch ein einfaches Druckstück, bringt die Kollektorfolie mit der Widerstandsfolie in Kontakt. Damit ersetzen Kollektorfolie und Druckstück also das klassische Schleifersystem; man erhält auch bei der Folienlösung ein wegproportionales Ausgangssignal.
Dieser Aufbau bringt in der Praxis gleich mehrere Vorteile: So erlauben es die FR4-Substrate Standardverfahren der Potentiometertechnik einzusetzen. Durch bewährte Siebdruckmischungen lassen sich Lebensdauerdaten von über 25 Mio. Zyklen realisieren – mehr als doppelt soviel, wie man bisher von Folienpotentiometern gewohnt ist. Die dem Druckverfahren mit entsprechenden Schichtdicken nachfolgende Linearisierung sorgt zudem für Linearitätswerte von typischerweise ±0,4 % bei 50 mm Nutzlänge beziehungsweise ±0,3 % bei 500 mm. Damit müssen sich die neuen Folienpotentiometer hinsichtlich Genauigkeit nicht mehr hinter Standard-Potentiometer-Lösungen verstecken.
Robust und für hohe Temperaturen geeignet
Die Folienpotentiometer sind hermetisch dicht verklebt, wodurch Schmutz, Staub, oder Feuchtigkeit nicht eindringen können. Die Anforderungen der Schutzart IP67 werden erfüllt (mit Ausnahme am Stecker). Da die Kollektorfolie aus einem sehr widerstandsfähigen FR4 Prepreg besteht und wie eine Schutzfolie über der Widerstandsschicht angebracht ist, muss man bei der Montage nicht befürchten, das Sensorsystem zu beschädigen. Gleichzeitig eignet sich das Folienpotentiometer für den Einsatz unter Umgebungstemperaturen bis +125 °C. Lösungen auf Basis von Polyesterfolien können auch in diesem Punkt nicht mithalten.
Der Aufbau des Messsystems mit einem rigiden Substrat aus FR4 hat zudem den Vorteil, dass kleinere Unebenheiten des Untergrundes oder Staubteilchen keinen Einfluss auf das Messergebnis haben. Bei Ausführungen mit einem Aufbau „Folie auf Folie“ ist dies nicht der Fall: Hier können selbst kleinste Staubteilchen auf dem Untergrund zu Verwerfungen in der Folie und dadurch zu Linearitätsfehlern oder gar Kurzschlüssen führen.
Die neuen Folienpotentiometer werden in Standardlängen zwischen 50 und 500 mm angeboten. Neben linearen Ausführungen sind rotative Systeme herstellbar. Dementsprechend breit gefächert ist das Anwendungsspektrum: Sie eignen sich zum Beispiel für Stellsysteme in Pkw- und Lkw-Sitzen, Fensterheber, Cabrioverdecke und Spiegelsysteme, aber auch für die Positionierung von Solarpanels, Robotersystemen, Stellantrieben oder für die Medizin- und Weltraumtechnik. Zudem arbeiten sie auch im Ex-Bereich problemlos.
Neben der beschriebenen Ausführung mit mechanischem Positionierelement kommt eine Variante in Betracht, bei der das Positionierelement aus einem Magneten besteht. Diese wird derzeit zur Serienreife entwickelt.
Novotechnik; Telefon: 0711 4489-0; E-Mail: info@novotechnik.de
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