Silikon in der Sensorik - Optimierte Materialien für präzise Messungen

Elastizität und Rückstellfähigkeit

Silikon zeichnet sich durch eine außergewöhnlich hohe Elastizität aus. Das Material kann über längere Zeiträume hinweg gedehnt oder komprimiert werden, ohne dass es nennenswerte bleibende Verformungen aufweist. Dieser geringe Druckverformungsrest ist besonders wichtig, wenn Sensoren wiederholten mechanischen Belastungen ausgesetzt sind – etwa bei Drucksensoren, die permanent mit wechselnden Kräften arbeiten. Die hohe Rückstellfähigkeit sorgt dafür, dass die Messgenauigkeit auch nach vielen Zyklen unverändert hoch bleibt.

Für Entwicklungsingenieure bedeutet dies: Silikonformteile können in unterschiedlichste Geometrien gebracht werden und behalten dennoch ihre Funktionsfähigkeit – eine ideale Voraussetzung für maßgeschneiderte Lösungen in komplexen Sensorgehäusen.

Temperaturbeständigkeit

Ein weiterer entscheidender Vorteil von Silikon ist seine exzellente Temperaturstabilität. Während viele Kunststoffe bereits bei Temperaturen von 80 bis 120 °C ihre mechanische Festigkeit verlieren, bleibt Silikon in einem Temperaturbereich von etwa -40 °C bis +200 °C zuverlässig einsatzfähig. Spezielle Formulierungen können sogar noch höhere Dauertemperaturen aushalten.

Gerade in der Messtechnik, in der Sensoren häufig in Umgebungen mit starken Temperaturschwankungen arbeiten, ist diese Eigenschaft essenziell. So können Temperatursensoren, die mit Silikon verkapselt oder ummantelt sind, auch bei extremen Bedingungen stabile Messergebnisse liefern. Zudem verhindert die thermische Beständigkeit, dass Silikonformteile frühzeitig altern oder verhärten – ein Aspekt, der die Lebensdauer von Sensoren deutlich verlängert.

Dämpfung und Vibrationsverhalten

In industriellen Anwendungen sind Sensoren häufig mechanischen Belastungen wie Stößen, Schwingungen oder dauerhaften Vibrationen ausgesetzt. Ohne geeignete Dämpfung könnten diese Einflüsse zu fehlerhaften Messwerten oder gar zu Beschädigungen führen. Silikon bietet hier eine hervorragende Lösung: Aufgrund seiner molekularen Struktur absorbiert das Material Vibrationen sehr effektiv und schützt dadurch die sensiblen Messkomponenten.

Beispielsweise lassen sich Drucksensoren durch passgenaue Silikonformteile gegen Stoßbelastungen absichern, während Temperatursensoren durch Silikonhüllen zuverlässig in rauen Umgebungen betrieben werden können. Für Produkte bedeutet dies: Mit Silikonkomponenten lassen sich nicht nur Ausfälle reduzieren, sondern auch die Gesamtzuverlässigkeit eines Messsystems steigern.

Elektrische und kapazitive Eigenschaften

Silikon ist grundsätzlich ein sehr guter elektrischer Isolator – eine Eigenschaft, die in vielen Bereichen der Sensorik unverzichtbar ist. Durch die Beimischung spezieller Füllstoffe können jedoch auch leitfähige Silikonmischungen hergestellt werden, die für kapazitive Messverfahren oder leitfähige Kontakte eingesetzt werden.

Besonders spannend ist die Nutzung transparenter oder optisch klarer Silikone, die in optischen Sensoren oder bei der Übertragung von Lichtsignalen zum Einsatz kommen. In Kombination mit der hohen Temperatur- und Alterungsbeständigkeit eröffnet dies zahlreiche Einsatzmöglichkeiten für moderne Sensorkonzepte, die klassische Werkstoffe an ihre Grenzen bringen würden.

HTV-Silikonformteile – Flexibilität bei Sonderformen

HTV-Silikone sind hochmolekulare, gummiartige Werkstoffe, die durch Druck- und Temperaturzufuhr in der Form ausvulkanisiert werden. Typischerweise erfolgt dies im Compression-Molding-Verfahren.

Dieses Verfahren eignet sich besonders für:

• mittlere bis kleinere Stückzahlen,
• Bauteile mit individuellen Geometrien,
• Anwendungen, bei denen Flexibilität und schnelle Anpassungen an kundenspezifische Anforderungen wichtig sind.

HTV-Silikone sind sehr widerstandsfähig, verfügen über eine hervorragende mechanische Stabilität und lassen sich durch verschiedene Rezepturen an besondere Anforderungen wie Flammwidrigkeit, erhöhte Härte oder spezielle Medienbeständigkeit anpassen.

LSR-Silikonformteile – Präzision für große Serien

Flüssigsilikone (LSR) werden im Spritzgussverfahren verarbeitet. Dabei wird das Material automatisch in hochpräzise Werkzeuge eingespritzt, was eine exzellente Reproduzierbarkeit und Formgenauigkeit ermöglicht.

Dieses Verfahren ist ideal für:

• große Stückzahlen mit gleichbleibender Qualität,
• hochpräzise Geometrien mit engen Toleranzen,
• Anwendungen, bei denen filigrane Details oder komplexe Bauteile erforderlich sind.

Ein zusätzlicher Vorteil ist die hohe Automatisierbarkeit: LSR-Bauteile können nahezu mannlos produziert werden, was die Fertigungskosten bei höheren Stückzahlen reduziert. Darüber hinaus lassen sich durch Additive auch optisch transparente, elektrisch leitfähige oder biokompatible LSR-Materialien herstellen – ein großer Vorteil für moderne Sensoranwendungen.

Bedeutung für die Sensorik

Für die Produktentwicklung ergibt sich aus diesem Vergleich eine klare Entscheidungsgrundlage:

• HTV eignet sich, wenn Flexibilität, schnelle Anpassung oder robuste Einzelteile im Vordergrund stehen.
• LSR ist die richtige Wahl, wenn Präzision, Serienfertigung und Funktionalitäten wie Transparenz oder Leitfähigkeit benötigt werden.

Durch die Kombination beider Verfahren können Hersteller von Silikonformteilen wie ELGRO Technology nahezu jede Anforderung im Bereich Sensorik und Messtechnik abdecken – vom Prototypenbau bis hin zur hochvolumigen Serienproduktion.

Drucksensoren – Schutz und Präzision

Drucksensoren messen Differenz-, Relativ- oder Absolutdrücke und kommen in zahlreichen industriellen Prozessen zum Einsatz. Die Messelemente dieser Sensoren sind äußerst empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen. Silikon übernimmt hier gleich mehrere Funktionen:

• Mechanischer Schutz: Silikonformteile dienen als Dämpfungs- oder Isolationsschicht, die Stöße und Vibrationen abfängt.
• Medienresistenz: Silikon ist beständig gegenüber vielen Flüssigkeiten und Gasen, wodurch die Lebensdauer der Sensoren erhöht wird.
• Flexibilität: Da das Material nachgiebig ist, können Druckschwankungen direkt und ohne Messfehler weitergegeben werden.

Das Ergebnis sind zuverlässige Druckmessungen, auch in Umgebungen, die von starken Belastungen geprägt sind.

Temperatursensoren – zuverlässige Messungen bei Schwankungen

Temperatursensoren müssen in der Regel unter stark schwankenden oder extremen Bedingungen arbeiten. Silikonformteile sind hierfür bestens geeignet:

• Isolationswirkung: Silikon schützt empfindliche Sensorelemente vor plötzlichen Temperatursprüngen und verhindert thermische Schockbelastungen.
• Stabilität im Dauereinsatz: Selbst bei langzeitigen Temperaturen von +200 °C bleibt Silikon funktionsfähig.
• Veredelung durch Beschichtungen: Durch spezielle Silikonmischungen können Temperatursensoren besonders feinfühlig gemacht werden, z. B. durch Beschichtungen, die selbst kleinste Temperaturänderungen exakt registrieren.

Dies macht Silikon zur idealen Wahl für Anwendungen, in denen eine kontinuierlich präzise Temperaturüberwachung gefordert ist.

Kapazitive Silikonsensoren – Dehnungsmessung und Positionsbestimmung

Ein besonders spannendes Anwendungsfeld sind kapazitive Sensoren auf Silikonbasis. Hierbei wird die Fähigkeit des Materials genutzt, seine Form elastisch zu verändern.

• Funktionsprinzip: Durch Dehnung oder Kompression verändert sich die Kapazität zwischen zwei Elektroden, die in das Silikon eingebettet sind.
• Einsatzgebiete: Solche Sensoren eignen sich ideal für Dehnungs- oder Positionsmessungen, z. B. bei der Erfassung von Bewegungen, Kräften oder Schwingungen.
• Vorteile: Kapazitive Silikonsensoren sind sehr robust, flexibel und können auch in Umgebungen eingesetzt werden, die für klassische Sensoren zu rau sind.

Damit eröffnet Silikon neue Möglichkeiten für innovative Messkonzepte, die sich an die Gegebenheiten komplexer Anwendungen anpassen.

Weitere Einsatzfelder in der Messtechnik

Neben den oben genannten Beispielen gibt es zahlreiche weitere Anwendungen, in denen Silikonformteile entscheidend zur Leistungsfähigkeit von Sensoren beitragen:

• Feuchtigkeitssensoren: Schutz vor Kondensat oder aggressiven Umgebungen.
• Kraft- und Drehmomentsensoren: Silikon übernimmt die Rolle eines elastischen Elements, das Kräfte zuverlässig weiterleitet.
• Optische Sensoren: Verwendung von transparentem LSR zur Lichtübertragung und Signalführung.

Für Entscheider bedeutet dies: Silikonformteile lassen sich nahezu universell in der Sensorik einsetzen – und bieten je nach Anforderung maßgeschneiderte Lösungen, die klassische Werkstoffe nicht abbilden können.

Technische Vorteile

1. Höhere Präzision und Zuverlässigkeit: Dank der hervorragenden Rückstellfähigkeit und Elastizität liefern Sensoren mit Silikonkomponenten auch nach vielen Belastungszyklen gleichbleibend genaue Werte.
2. Großer Einsatzbereich: Die außergewöhnliche Temperaturbeständigkeit (ca. −40 °C bis +200 °C) ermöglicht den Einsatz in Umgebungen, in denen andere Materialien längst versagen würden.
3. Vibrations- und Stoßdämpfung: Silikon schützt empfindliche Messelemente vor Störungen durch Schwingungen und Stöße – und trägt so entscheidend zur Signalqualität bei.
4. Vielfältige Materialvarianten: Ob transparent, elektrisch leitfähig, biokompatibel oder flammwidrig: Silikonmischungen lassen sich auf spezifische Anforderungen anpassen.
5. Beständigkeit gegen Alterung und Medien: Anders als viele andere Polymere wird Silikon nicht spröde und bleibt auch über lange Einsatzzeiten hinweg flexibel und funktionsfähig.

Wirtschaftliche Vorteile

1. Längere Lebensdauer: Durch die Robustheit und Beständigkeit von Silikon sinkt das Risiko von Ausfällen und Austauschzyklen – was die Betriebskosten reduziert.
2. Geringerer Wartungsaufwand: Sensoren mit Silikonformteilen sind weniger anfällig für Störungen durch Umwelteinflüsse und benötigen dadurch seltener Eingriffe oder Kalibrierungen.
3. Kosteneffizienz in der Fertigung: Je nach Bedarf können sowohl kleine Losgrößen (HTV) als auch große Serien (LSR) wirtschaftlich produziert werden. Für Einkäufer entsteht so eine hohe Flexibilität bei der Beschaffung.
4. Gesamtwirtschaftlicher Nutzen: Ein zuverlässiger Sensor, der durch Silikonformteile geschützt wird, reduziert Folgekosten in Produktionsprozessen – von Stillständen bis hin zu Qualitätsmängeln.

Flexibilität im Design

Ein entscheidender Pluspunkt von Silikon ist seine Gestaltungsfreiheit. Dank der elastischen Eigenschaften und der modernen Fertigungsverfahren können nahezu beliebige Geometrien realisiert werden – vom filigranen Bauteil für miniaturisierte Sensoren bis hin zu robusten Schutzkomponenten für größere Messsysteme.

Diese Designfreiheit eröffnet Entwicklungsingenieuren völlig neue Möglichkeiten bei der Integration von Sensoren in komplexe Baugruppen. Gleichzeitig profitieren Einkäufer von einer maßgeschneiderten Lösung, die exakt auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten ist – ohne Kompromisse bei Präzision oder Zuverlässigkeit.