Kombinierte Dehnungs- und Näherungssensoren für multifunktionale Oberflächen

Die Verbindung von berührender Druck- oder Dehnungssensorik mit berührungsloser Näherungssensorik bietet weitreichende Möglichkeiten für neuartige Mensch-Maschine-Schnittstellen. Durch die Kombination von zwei unterschiedlichen Sensorprinzipien können das Aktivieren und Auslösen von Funktionen zur Bedienung von Maschinen vollständig voneinander getrennt werden, um Fehlbedienungen zu vermeiden. Derartige multifunktionale Oberflächen wurden mit zwei verschiedenen Arten von Smart Materials realisiert. In einem ersten Ansatz wurden piezoelektrische Dünnschichten mit hoher Dehnungsempfindlichkeit mit einer kapazitiven Näherungssensorik kombiniert. Damit werden die Näherung der Hand oder eines Gegenstandes und der Druck auf eine Oberfläche separat registriert und können damit unterschiedliche Funktionen auslösen. Beim zweiten Ansatz wurden dielektrische Elastomersensoren zur kapazitiven Druck- oder Dehnungserfassung mit einer Näherungssensorik verbunden. Da hierfür die gleichen Materialien und jeweils kapazitive Messtechniken verwendet werden, ist ein hoher Integrationsgrad möglich. In dem Beitrag werden die beiden Ansätze für eine Kombination von berührender und berührungsloser Sensorik vorgestellt. Die zu überwindenden Schwierigkeiten und Lösungswege für die technische Realisierung der Sensorsysteme werden erläutert. Die kombinierten Sensoren bieten große Potentiale für eine Vielzahl von Anwendungen in der Automobil- und Verkehrstechnik, in der industriellen Automatisierung sowie auch im Consumer-Bereich.

The connection of touch-based pressure or strain sensors and touch-less proximity sensors offers far-reaching possibilities for novel human-machine interfaces. With the combination of two different sensoric principles, the activation and triggering of functions for the operation of machines can be completely separated from each other, in order to avoid misuse. Such multifunctional surfaces have been realized with two different classes of smart materials. In a first approach, piezoelectric thin films with high sensitivity for strain have been combined with capacitive proximity sensors. The approach of the hand or of an object and the push onto a surface are detected separately and can therefore trigger different functions. In the second approach, dielectric elastomer sensors for the capacitive detection of pressure or stretch have been connected to proximity sensors. Since for both sensors, identical materials and capacitive measuring techniques are used, a high degree of integration is possible. In this contribution, the two approaches for a combination of touch-based and touch-less sensors are introduced. The problems which have to be solved and solutions for the technical realization of the sensor systems are discussed. The combined sensors offer big potentials for a multitude of applications in automotive and traffic technology, in industrial automatization as well as for consumer products.