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Integration von Foliensensoren – für jede Anforderung ist etwas dabei.

Gluing & Bonding

Beim Kleben wird eine vollflächige oder partielle Verbindung zwischen den Oberflächen des Foliensensors und des Bauteils hergestellt. Die Adhäsion der beiden Elemente wird mittels einem Haftvermittler erzeugt, welcher im Gegensatz zum Laminieren allerdings als Festelement oder in flüssiger Form eingebracht wird.

Für die Herstellung einer stabilen Verklebung mittels Fest-Klebstoffen wird ein entsprechender Anpressdruck benötigt. Bei Flüssig-Klebstoff hingegen, kann die Aushärtung je nach Klebersystem mittels Temperatur, UV-Licht oder auf Basis einer chemischen 2-Komponenten-Aktivierung umgesetzt werden.

Der Vorteil zum Laminieren ist, dass ein Foliensensor auch auf dreidimensionalen Bauteiloberflächen aufgebracht werden kann. 

Fazit: Eine Klebeverbindung bietet die Möglichkeit, einen Foliensensor auch nachträglich auf die Oberfläche eines dreidimensionalem Bauteils aufzubringen.  Es ist möglich mittels transparenten/optischen Klebersystemen eine weitere optische Kontrolle durch den Foliensensor zu ermöglichen.

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„Foilsensor – Sticking & Bonding“

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Laminat

Beim Laminieren wird eine vollflächige Verbindung zwischen den Oberflächen des Foliensensors und des Bauteils hergestellt. Die Adhäsion der beiden Elemente wird mittels einem Haftvermittler erzeugt.

Beim Laminieren wird zwischen Heiß-Laminieren und Kalt-Laminieren unterschieden. Eine Kalt-Lamierung entsteht, wenn die beiden Fügeelemente (Foliensensor + Bauteil) und der Haftvermittler unter einem definiertem Druck zusammengepresst werden. Bei einer Heiß-Laminierung wird neben dem Druck auch Temperatur zum aufschmelzen und aktivieren des Haftvermittlers benötigt.

Fazit: Eine Kalt-Laminierung ist relativ einfach umzusetzen, die Haftfestigkeit ist allerdings geringer als bei einer Heiß-Laminierung. Zudem ist eine Kalt-Laminierung nicht dauerhaft Wärmestabil (über 70°C nimmt die Haftfestigkeit deutlich ab). Ebenso ist die Wasseraufnahmefähigkeit bei Kalt-Laminierungen erhöht. Das Heiß-Laminieren liefert höhere Haftfestigkeit und Stabilität, allerdings ist der Heißlaminierprozess umfangreicher durch Temperatureintrag und höhere Anpressdrücke (im Bereich von 20KN) 

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„Foilsensor – Laminat“

Injection molding

Beim Vergießen oder Spritzgießen wird der Foliensensor auf oder in einem Kunststoffbauteil integriert. Das Vergießen passiert in einem drucklosen Prozess (z.B. Vakuumguß), was bedeutet, dass der Foliensensor in eine Gießform eingelegt wird und flüssiges Kunststoffmaterial ohne Druck in die Gießform eingefüllt wird. Beim Spritzgießen wird ebenso Kunststoffmaterial in eine Werkzeug/Gießform eingebracht, wobei das Kunststoffmaterial unter Druck eingefüllt wird.  Unabhängig vom Verfahren gibt es unterschiedliche Integrationsmöglichkeiten für den Foliensensor.

Hinterspritzen:
Beim Hinterspritzen wird der Foliensensor an die Wandung der Gießform positioniert. Das eingefüllte Kunststoffmaterial trifft dabei nur auf eine Seite des Foliensensors, was bedeutet, dass die andere Seite des Foliensensors die Oberfläche des Kunststoffkörpers bildet. Zu beachten ist, dass die Materialpaarung von Folienmaterial des Foliensensors und das Verguss- oder Spritzgussmaterial kompatibel sein muss um eine gute Adhäsion zu erhalten.  

Überspritzen:
Beim Überspritzen wird der Foliensensor partiell mit Kunststoff umschlossen. So können beispielsweise Halteelemente realisiert werden. Diese Möglichkeit des Überspritzen ist besonders dann interessant, wenn die Materialpaarung von Folienmaterial des Foliensensors und das Verguss- oder Spritzgussmaterial nicht kompatibel sind und somit kein Hinterspritzen möglich ist.

Durchspritzen:
Beim Druchspritzen werden beim Layout des Foilensensors schon im Design partielle Folienöffnungen eingebracht. Diese Öffnungen (Vias) für den durch den gesamten Aufbau des Foliensensors, von Trägerfolie bis durch die abschließende Oberfläche. Der Foliensensor wird in die Gießform eingelegt und von einer Seite, gleich wie beim Hinterspritzen, mit Kunststoff gefüllt. Durch die Vias im Foliensensor kann Kunststoffmaterial druchfließen und formt somit eine Art „Niete“ ab. Durch das Durchspritzen des Gießmaterials durch die Vias des Foliensensors entsteht eine form- und kraftschlüssige Verbindung.       

Umspritzen:  
Beim Umspritzen wird der Foliensensor vollkommen im Gießprozess mit Kunststoffmaterial umschlossen. Diese Umspritzung ist nur partiell möglich, da der Foliensensor in der Gießform in Position gehalten werden muss. Wird eine geeignete Materialpaarung von Foliensensormaterial und Kunststoffmaterial gewählt, so kann eine Mediendichte – „Dichtes Umspritzen“ Wanddurchführung hergestellt werden. Dieses wird beispielsweise zur Integration von Foliensensoren in Rohren und Kanälen umgesetzt.

Bei ungünstigen Materialpaarungen kann eine „dichte“ Umspritzung ebenfalls realisiert werden, indem im Vorfeld ein Haftvermittler bzw. Dichtungselement auf dem Foliensensor voraufgebracht wird.

Fazit:
Besonders die Integration eines Foliensensors in Spitzgussbauteile im Herstellungsprozess (Spritzgussprozess – „In Mold Sensors“) ist eine wirtschaftliche attraktive Möglichkeit zur Sensorintegration. Die Materialpaarung von Folienmaterial des Foliensensors und Spritzgussmaterial ist besonders bei einer dauerhaft stabilen Verbindung relevant.

Das Einbringen eines Foliensensors in den Spritzgussprozess ist nicht trival. Wir als accensors arbeiten mit den Speziallisten für Foliensensorintegration, der Erwin Quarder Gruppe zusammen.

Haben Sie Interesse an Foliensensoren welche In-Mould in ein Kunststoffbauteil integriert werden. Sprechen Sie uns gerne an.

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„Foilsensor – Injection molding“

Assembling

Beim assemblieren oder auch montieren werden zwei Verfahren unterschieden. Das Sandwich-Assembling ist eine kraftschlüssige Montageform, bei der der Foliensensor zwischen zwei Elementen kraftschlüssig fixiert wird. Beispielsweise in der Prozessüberwachung können Foliensensoren über das Sandwich-Assembling in einen Dichtungspfansch eingesetzt werden. 

Bei der Ösenmontage wird eine form- und kraftschlüssige Verbindung erzeugt. Hier wird der Foliensensor so konstruiert, dass spezielle Ösen am oder auf dem Folienmaterial abgebildet werden. Über diese Ösen wird der Foliensensor beispielsweise mittels Schrauben am Fixpunkt montiert.   

Fazit: Das Assemblieren ist eine sehr einfache Art der Integration. Es öffnet die Möglichkeit Foliensensoren in bestehenden Systemen nachträglich zu integrieren.   

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„Foilsensor – Injection molding“

Welding

Beim Verschweißen wird eine unlösbare und stoffschlüssige Verbindung zwischen Foliensensor und Bauteil erzeugt. Die Schweißverbindung ist die stabilste Verbindung, speziell bei Langzeitintegration.

Um eine Verschweißung zu ermöglichen, muss der Foliensensor mit einem ausreichend großem Verschweißungsbereich ausgestattet werden. Es ist darauf zu achten, dass eine Verschweißung nur außerhalb des Sensor- und Zuleitungsbereiches möglich ist, da dieses ansonsten zu Beschädigungen des Sensors führt. Es gibt unterschiedliche Verfahren zum Verschweißen, wie Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Wärmeimplusschweißen, Konvektionsschweißen, Widerstandsschweißen oder Induktionsschweißen (sowie einige mehr).

Fazit:
Das Verschweißen ist aus Sicht der Festigkeit und Stabilität zu externen Einflüssen das nachhaltigste Integrationsprinzip. Zudem wird beim Verschweißen kein weiteres Fremdmaterial eingebracht, was besonders bei Kompatibilität zu bestimmten Messmedien (wie Blut oder Trinkwasser) unkritisch ist.  

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„Foilsensor – Injection molding“

Electrical contacts

Bei der elektrischen Kontaktierung von Foliensensoren unterscheidet man zwischen lösbaren und unlösbaren elektrischen Verbindungen. Bei den lösbaren elektrischen Verbindungen wird weiterhin untergliedert, ob die elektrische Verbindung einmalig lösbar, wenige mal lösbar oder mehrfach stabil lösbar ist.

Die Kontaktierung der Foliensensoren kann mittels elektronischen Standard-Komponenten hergestellt werden. Wir als accensors bieten Ihnen auch einen eigenen Kontaktierungsstandard. 

Fazit: 
Je nach Applikation kann die Kontaktierung vom Foliensensor unterschiedliche erfolgen. Standardkontaktierungselemente und Kontaktierungsprozesse, welche aus der herkömmlichen Elektronikfertigung bekannt sind können weiterhin verwendet werden. 

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„Foilsensor – Injection molding“