Piezoresistive Dünnschichtsensorik integriert in Unterlegscheibensystemen zur Kraftmessung

Kommerzielle Kraftsensorsysteme arbeiten vorwiegend mit Dehnungsmessstreifen oder mit piezoelektrischen Materialien wie Quarz oder PZT [1,2]. Diese Systeme lassen sich nicht für jeden Anwendungsbereich einsetzen, weil sie eine gewisse Baugröße aufweisen. Eine Alternative zu diesen Systemen bietet die piezoresistive Sensorschicht, die aus der Familie der diamantartigen Kohlestoffschichten kommt. Diese amorphe Kohlenwasserstoffschicht verbindet ein exzellentes tribologisches mit einem ausgeprägten piezoresistiven Verhalten [3]. Die Härte der Schicht liegt bei 20 GPa und ihr Reibwert bei 0,2. Mit dieser Sensorschicht werden Messsysteme im Unterlegscheibenformat hergestellt, die in einer einfachen Anordnung als Massenprodukt Einsatz finden können. Es werden auch komplexere Systeme damit realisiert, die eine ortsaufgelöste Kraftdetektion in Kombination mit einer Temperaturmessung aufweisen.

Commercial load sensor technology is based on strain gauges or piezoelectrical materials like quarz or lead-titanatezirconate [1,2]. Due to the fact of their size, they cannot be integrated in every application. The development of a new thin layer based on hydrogenated carbon with special sensory characteristic is the challenge. This layer is part of the family of diamond-like coatings. It has a hardness of 20 GPa and a coefficient of friction of 0,2 combined with a piezoresistive behaviour [3]. Washers, coated with this layer, are used for the fabrication of measurement systems for load deterction. Also complex sensor systems can be built with this sensory layer in the shape of a washer, for the detection of load distributions temperature detection.