Eine dünne Folie mit aufgedruckten Sensorbahnen kann erkennen, wie sich ein Magnetfeld verändert. Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS zeigt solche flexiblen Magnetsensoren auf der electronica in München, die vom 10. bis 13. November stattfindet. Die Sensoren nutzen eine Eigenschaft magnetischer Materialien: Ihr elektrischer Widerstand verändert sich unter dem Einfluss eines Magnetfelds.
Das ermöglicht eine Messung ohne mechanischen Kontakt. Das Institut entwickelt dafür magnetische Pasten und Tinten, die sich auf Folien auftragen lassen. Die Messe ist Anlass für die Vorstellung; das Grundprinzip der magnetoresistiven Sensorik ist nicht neu.
Ein Magnetfeld verändert den Widerstand
Elektrischer Widerstand beschreibt, wie stark ein Material den Stromfluss hemmt. Bei den sogenannten anisotrop magnetoresistiven Sensoren, kurz AMR, hängt dieser Widerstand von der Orientierung des Stroms zum Magnetfeld ab. Verändert sich das Feld, verändert sich auch der messbare Widerstand der Sensorbahn.
So lässt sich beispielsweise die Bewegung eines magnetischen Gebers erfassen, ohne dass er den Sensor berührt. Das Fraunhofer IKTS nennt Positions- und Rotationsmessungen an mechanischen Teilen als Einsatzgebiet solcher Sensoren. Eine Auswerteelektronik muss die Widerstandsänderung dafür in eine nutzbare Information übersetzen.
Das Institut beschreibt für AMR-Sensoren einen Bereich kleiner Magnetfelder von etwa 0,1 bis 5 Millitesla. Dieser Bereich erklärt, welche Größenordnung die Technik adressiert. Er ist kein eigener Leistungsnachweis für jede gedruckte Ausführung.
Von der Paste zur Sensorbahn
Statt einzelne starre Bauteile auf eine Leiterplatte zu setzen, tragen die Forschenden magnetisches Material als Paste oder Tinte auf ein Trägermaterial auf. Laut Institut kommen dafür Verfahren wie Siebdruck oder Tintenstrahldruck infrage. Als Träger nennt es unter anderem Polymer- und Keramikfolien.
Nach dem Druck werden die Schichten mit einem Laser gesintert. Dabei werden die Materialteilchen durch Wärme zu einer zusammenhängenden Schicht verbunden. Laut Fraunhofer dauert dieser Schritt mit einem Diodenlaserarray Millisekunden. Das Institut zeigt Sensorfelder auf PET-Folie, die mit Siebdruck und Lasersintern hergestellt wurden.
Mehrere Sensoren lassen sich als Anordnung auf einer Folie fertigen. Das ist interessant, wenn nicht nur ein einzelner Punkt beobachtet werden soll. Die flexible Folie eröffnet außerdem andere Möglichkeiten bei der Unterbringung als ein starres Bauteil. Ob eine konkrete Anordnung für einen Einsatz geeignet ist, hängt aber auch davon ab, wie sie angeschlossen und ausgewertet wird.
Was die bisherigen Tests aussagen
Fraunhofer berichtet, dass gedruckte Sensoren auf Polymerfolien bis zu 30.000 Biegezyklen in Tests durchliefen. Für Sensoren auf Polyimidfolie nennt das Institut eine Temperaturbeständigkeit bis 300 Grad Celsius. Das sind Angaben zu unterschiedlichen Folien und Untersuchungen. Sie bedeuten nicht, dass jede gedruckte Sensorfolie gleichzeitig beide Werte unter beliebigen Bedingungen erreicht.
Das Institut sieht gegenüber herkömmlichen oberflächenmontierten AMR-Bauteilen Vorteile bei Flexibilität und der Herstellung von Sensorfeldern. Konkrete allgemeingültige Kostenzahlen nennt die Darstellung nicht. Auch aus den Temperaturangaben allein lässt sich keine Lebensdauer für ein fertiges Gerät ableiten.
Die Entwicklung entstand laut Fraunhofer gemeinsam mit dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und dem Fraunhofer FEP im geförderten Projekt Mag4Ink. Zum Angebot des IKTS gehören die Entwicklung der Pasten und Tinten, der Druck nach Layoutvorgabe sowie die Auslegung und der Bau von Prototypen. Wie aus einer Sensorfolie ein belastbares Produkt wird, entscheidet sich an der jeweiligen Anwendung.
Quellen
- Fraunhofer IKTS: electronica 2026
- Fraunhofer IKTS: Gedruckte, flexible AMR-Sensoren zur Detektion kleiner Magnetfelder
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