Foliensensoren in der Medizintechnik

Sensorische Bauteile werden in der Medizintechnik in vielfältiger Weise zur Messung und Kontrolle von Positionierungen und Bewegungen eingesetzt. Bereits seit vielen Jahren liefert die Metallux AG mit Sitz in Leutenbach bei Stuttgart ihre zumeist kundenspezifischen Produkte in die Medizintechnik, darunter diverse MetaPot-Foliensensoren als Weg- oder Winkelsensor in Standard- und kundenspezifischen Varianten. Foliensensoren zeichnen sich durch eine ausgewiesene Sicherheit, Präzision, Dichtigkeit und Zuverlässigkeit aus. Diese Faktoren sind in der Medizintechnik unerlässlich. Weiterhin verfügen die Foliensensoren über eine sehr hohe Lebensdauer.

Aufbau und Funktionsweise eines Foliensensors

Foliensensoren bestehen aus einer dünnen Folie, auf die ein hochohmiger Widerstand aufgedruckt ist, sowie aus einer Kollektorfolie mit einer niederohmigen Kollektorbahn. Substrat und Folie sind durch einen Abstandshalter, den Spacer, voneinander getrennt. Ein mechanisches Druckstück bringt die Widerstandsschicht mit dem Kollektor in Kontakt. Das Schleifersystem der klassischen Potentiometer wird somit durch Kollektorfolie und Druckstück ersetzt. Auf diese Weise kann, wie bei jedem anderen herkömmlichen Potentiometer, die jeweilige ortsabhängige Spannung abgegriffen werden. Verschleiß beziehungsweise Abrieb an der Widerstandsschicht kann dabei nicht auftreten.

Bislang waren Foliensensoren in Folie-Folie-Technologie aufgebaut und zeichnen sich durch ihre extrem flache Bauform von weniger als 2 mm aus. Einziger Nachteil ist die relativ große Nichtlinearität von etwa 1%. Bei den MetaPot-Sensoren der neuen Generation wird die Widerstandsfolie durch ein FR4 Substrat ersetzt. Die Anwendungsbereiche der Foliensensoren werden damit erweitert. Dieses bietet gleich mehrere Vorteile. Zum einen können Widerstandspasten verwendet werden, die extrem hohe Lebensdauerdaten von mehr als 25 Millionen Zyklen erlauben. Zum anderen ermöglicht der Einsatz von FR4 Leiterplattenmaterial als Träger eine Linearisierung der Widerstandsschicht. Linearitätswerte zwischen +/-0,4% (Messlänge 50 mm) und +/-0,3% (Messlänge 500 mm) sind somit realisierbar. Daher können die Folienpotentiometer bezüglich ihrer Genauigkeit durchaus mit klassischen Schleifer-Potentiometern verglichen werden . Linearisierte MetaPot-Foliensensoren sind in Messlängen zwischen 50 mm und 500 mm erhältlich. Neben linearen Systemen sind auch linearisierte rotative Sensoren mit Durchmessern bis zu 400 mm erhältlich.

Die Sensorik nimmt in der Medizintechnik mittlerweile einen immer größeren Stellenwert ein - sei es für Diagnose, Operation, Therapie oder Rehabilitationsmaßnahmen, wie folgende Beispiele veranschaulichen.

Sensoren basierend auf der MetaPot-Folientechnik messen beispielsweise die stufenlose Höhenverstellung sowie die Neigung von Operationstischen. Die Weg- und Winkelsensoren erlauben eine für den Operationsvorgang und Operateur optimierte Positionierung der Tische. Zukünftig kann Sensorik sogar die Möglichkeit bieten, dass Teile einer Operation automatisiert ablaufen können. Insbesondere die Positionierung des Patienten mittels des Tisches oder auch das zur Verfügung stellen von Operations-Hilfsinstrumenten sind hier zu erwähnen.

Infusionsspritzenpumpen dienen in Krankenhäusern zur gleichmäßigen Abgabe von Medikationen über einen längeren Zeitraum. Wesentlich hier ist die konstante Dosierung. Der Foliensensor wird als Wegmess-System zur Dosierung eingesetzt. Die linearisierten MetaPot-Foliensensoren erlauben eine exakte und konstante Dosierung. Die Dichtheit des Sensorsystems erleichtert die Reinigung der Spritzenpumpe.

Foliensensoren finden sich auch in Orthesen wieder. Orthesen dienen zur Unterstützung von Heilungsprozessen, zur Stabilisierung, Entlastung, Ruhigstellung, Führung oder Korrektur der Gelenke.

In Prothesen, wie zum Beispiel in elektrischen Gelenksteuerungen, sorgen Winkelsensoren für die exakte Positionierung des Gelenkes. Eine lange Lebensdauer ist hier entsprechend unabdingbar.

Exakte Positionen in Zahnarztstühlen (Sitzposition, Position der Kopf- oder Beinstützen) oder in Bettgestellen werden durch Weg-/Winkelsensoren geregelt, welche neben einer hohen Präzision speziellen Ansprüchen an Reinigung und Sterilisation - insbesondere bei Krankenhausbetten - genügen müssen.

Desweiteren werden Foliensensoren als Sensor-Elemente im Joystick eingesetzt. Diese Joysticks dienen zur Steuerung von Elektrorollstühlen oder von Hilfsantrieben, die auf handbetriebenen Rollstühlen adaptiert werden können.

Die Sensorik im Joystick steuert Geschwindigkeit und Richtung des Rollstuhls. Die Steuerknüppel sorgen nicht nur für leichtes Manövrieren, sondern sind so ausgelegt, dass durch ihre speziell angepasste Haptik, eine gefühlvolle Steuerung möglich ist. Ein angenehmes Betätigungsgefühl und Multifunktionssteuerungen zeichnen diese Steuerknüppel aus. Für alle diese Einsatzszenarien wird ein Foliensensor als Weg- oder Winkelsensor eingesetzt.

Diese Beispiele zeigen: Die MetaPot Folientechnologie kommt in diversen Anwendungen in der Medizintechnikzum Einsatz. Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen zeichnet sich die MetaPot Folientechnologie durch eine flache Bauform, einfache Montagemöglichkeiten sowie einen Temperaturbereich von -40°C bis 85°C aus, wobei Sicherheit, Präzision, eine hohe Dichtigkeit und Zuverlässigkeit im Vordergrund stehen.

MetaPot-Foliensensoren sind hermetisch dicht verklebt und somit gegen Umwelteinflüsse wie Schmutz, Staub und Feuchtigkeit geschützt. Mit Ausnahme des Steckeranschlusses erfüllen sie die Anforderungen der IP67.

Über Metallux:

Die Metallux AG ist ein leistungsstarker Hersteller von elektronischen Bauelementen in Dickschicht- Technologien. Das schwäbische Hightech-Unternehmen verfügt über ein breites Leistungsspektrum und bietet neben dem Standardprogramm von Druck-, Weg- und Winkel- sowie Foliensensoren, Hochspannungs- und Leistungswiderständen auch kundenspezifische Komplettlösungen bis hin zur Konfektionierung von Potentiometern und Joysticks an. Eine ausgewiesene Kundenorientierung sorgt mit passenden Ideen und Lösungen für zufriedene Kunden. Innovative Produkte, eine Vielzahl von erteilten Patenten und langjährige Erfahrung - zahlreiche namhafte Kunden aus den Bereichen der Automobilindustrie, Elektrostatik, Medizin- und Industrieelektronik sowie Sensorik bauen schon seit über 25 Jahren auf das mittlerweile seit November 2011 in Leutenbach-Nellmersbach bei Stuttgart beheimatete Unternehmen.