Hauchdünner Alleskönner in der Sensortechnik

		Untersuchungen von Flugkörpern im Windkanal sind in der Luft- und Raumfahrt wichtiger Bestandteil der Entwicklungsarbeiten. Bei der Konzipierung und Erprobung neuartiger Tragflügelprofile von Verkehrsflugzeugen oder der Untersuchung der thermischen Wechselwirkung zwischen Strömung und Struktur von Raumflugkörpern kann auf Versuche mit entsprechenden Modellen im Windkanal nicht verzichtet werden. Da aber Meßsysteme, die auf die Modelle montiert werden, selbst eine gewisse Form und Größe aufweisen und damit die Form und Struktur der Modell-Flugkörper verändern, können am Meßort Turbulenzen entstehen, die die Meßergebnisse verfälschen bzw. Messungen von Laminarströmungen unmöglich machen. Der Herausforderung, ein Sensorsystem zu entwickeln, das so flach ist, daß es nicht selbst für Turbulenzen sorgt, stellte sich das Institut für Luft- und Raumfahrt der TU Berlin. Experten der Aerodynamik konzipierten ein Multi-Sensorsystem auf Basis einer piezoelektrischen Folie von nur einem hundertstel Millimeter Dicke (dünner als ein menschliches Haar). Die Nutzung der Folie als Mehrfachsensor wurde durch ein weltweit geltendes Patent geschützt. Die erfolgreiche Entwicklung des Sensors ermöglichte nun Messungen und Berechnungen am HERMES Raumgleiter im Thermowindkanal sowie an verschiedenen Tragflügelprofilen zur Erforschung von Laminarströmungen und Strömungen im Überschallbereich.
		Piezoelektrischer Foliensensor
		Der physikalische Effekt der Piezoelektrizität steht für die Umwandlung von mechanischer Energie in Strom und umgekehrt. Am bekanntesten sind Feuerzeuge, bei denen mit einem Piezokristall der Zündfunken erzeugt wird. Die von Kristallen her bekannte Piezoelektrizität wurde bereits in den sechziger Jahren von amerikanischen Wissenschaftlern auch in Kunststoffen nachgewiesen. Der piezoelektrischen Foliensensor besteht aus einer mit Metall bedampften Kunststoffschicht, deren Moleküle beim Erstarren durch Anlegen eines starken elektrischen Feldes ausgerichtet werden. Wird Druck auf die Folie ausgeübt, verschieben sich in ihr die elektrischen Ladungen, so daß ein Stromfluß entsteht. Die Folie reagiert auch, wenn sie gebogen oder gestreckt wird oder wenn Temperaturschwankungen auftreten. Durch geeignete Strukturierung der Oberfläche lassen sich beliebig viele Einzelsensoren unterbringen und mit einer speziell entwickelten Elektronik zur Registrierung der geringen Ladungsverschiebungen können zahlreiche Meßprobleme gelöst werden.
		Jungunternehmen vermarktet Piezofolie
		1995 gründete einer der Experten, Paul Mirow, der maßgeblich an der Entwicklung des Multisensors beteiligt war, ein Unternehmen zur kommerziellen Nutzung der Foliensensoren. Prominente Kunden aus der Flugzeugindustrie wie BMW Rolls Royce und Airbus Industries nutzten gleich das angebotene Know-how des Berliner Unternehmers und seiner Mitarbeiter. Die Multisensoren wurden zur Strömungsanalyse an einem Leitwerk, bei der Entwicklung von Niederdruckturbinen für Triebwerke sowie im Kryowindkanal ETW (European Transsonic Windtunel) eingesetzt. Aber die Sensoren können noch vielmehr. Um das beträchtliche Potential in der Meßtechnik auch anderen Unternehmen außerhalb der Luft- und Raumfahrt näher zu bringen, wurde die Piezofolie ab 1997 über die Initiative INTRA vermarktet. Über 100 Firmen aus unterschiedlichsten Branchen zeigten ihr Interesse, den Sensor zur Lösung ihrer Meßprobleme einzusetzen, und wurden an die Firma Mirow Systemtechnik vermittelt. Hieraus entstanden 9 Innovationsprojekte für unterschiedlichste Anwendungen sowohl zum Einsatz der Piezofolien bei F&E-Vorhaben der Industrie als auch für die Verwendung in Produkten für Massenmärkte. In einem neuartigen Fitnessgerät mit kraftabhängiger Bewegungssteuerung wurde die Piezofolie als Drucksensor eingesetzt. Das Gerät soll noch in diesem Jahr auf den Markt kommen. Auch Automobilhersteller haben die Piezofolie als Alleskönner erkannt und testen den Multisensor in der Kraftfahrzeugsicherheitstechnik als Auslöser für den Airbag oder für die Optimierung von Scheibenwischern. Für die Medizin wurden piezoelektrische Pulsdrucksensoren entwickelt und auch die chemische Industrie wird ab dem Jahr 2000 von der neuen Sensortechnik profitieren. Ein Unternehmen aus dem Bereich Industrieautomatisierung wird dann ein preiswertes Sensor- und Auswertesystem zur Überwachung von Pumpen mittels Piezofolien anbieten können. Das Land NRW beteiligt sich an den Entwicklungskosten.
		Abb.: Untersuchungen im Windkanal sind in der Luft- und Raumfahrt unverzichtbar.
		Die Liste der Anwendungsmöglichkeiten ist lang und die Firma Mirow Systemtechnik wird neben der Lösung spezieller Meßprobleme bald auch preiswerte in Serie gefertigte Standardsensoren anbieten.

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