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L3 - Lesen und Schreiben magnetisch gespeicherter Daten

Magnetische Datenspeicherung im Bauteilvolumen

Das Teilprojekt L3 beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Methode, Hersteller- und Anwenderdaten magnetisch auf die Oberfläche gentelligenter Komponenten zu speichern (Bild 1). Individuelle und kritische Produktinformationen können somit untrennbar mit der Komponente verknüpft werden. Demzufolge hilft dies dem Hersteller ebenso wie dem Anwender, Nutzerdaten mit einer Komponente zu vereinen. Während der Nutzungsphase können die Lebenserwartung einer Komponente, ihr derzeitiger Zustand und ihre Beanspruchungshistorie abgerufen und somit ihre Wartung effezient geplant werden. Am Ende ihres Lebenszyklus helfen gespeicherte Sicherheitsrichtlinien bei der Entsorgung.

Bild 1: Magnetische Speicherung auf der Oberfläche gentelligenter Komponente

In vorigen Bewilligungszeiträumen wurden starre Schreibköpfe aus MnZn Ferritkernen mit 100 μm langem Luftspalt für das induktive Schreiben entwickelt. Während die erste Generation noch eine Breite von 700 μm besaß, konnte diese bei der zweiten auf bis zu 350 μm reduziert werden. In enger Zusammenarbeit mit Teilprojekt E2 und E3 wurden diverse Magnetspeichermedien entwickelt. Zu diesen zählen zum Beispiel gesintertes Mg mit hartmagnetischen γ-Fe2O3 Partikeln und MgCo4 Legierungen. Komponenten können diese Medien enthalten oder aus ihnen hergestellt sein. Das Auslesen der gespeicherten Informationen geschieht durch einen GMR-Sensor als Leseelement und einem speziell für Medien mit inhomogener Partikelverteilung entwickelten Algorithmus zur Datenerkennung. Die erreichbare Datendichte, begrenzt durch den zurzeit verwendeten GMR Sensor, beträgt 100 bit/cm2. In einem typischen Anwendungsbeispiel sind Flughöhen im zweistelligen μm Bereich sowie eine vibrationsarme Umgebung entscheidende Parameter.

In der aktuellen Bewilligungsphase liegt der Fokus auf der Systemintegration und Nutzbarkeit. So wird die Datendichte durch Integration des Lesekopfes in den Schreibkopf erhöht. Um Beschädigungen bei hoher Vibration entgegenzuwirken, ist es nötig, den Kopf flexibel und somit immun gegen Stöße zu gestalten. Als flexible Substrate zum Aufbau der funktionellen Einheiten bieten sich Polymere an. Zur Herstellung eines Lese- /Schreibkopfes sind Dünnschichtprozesse entwickelt worden (Bild 2). Aufgrund der hervorragenden Materialeigenschaften und der Kompatibilität mit diesen Prozessen wurde eine Kapton® Polyimid Folie als Substrat ausgewählt. Es wurden Vorbehandlungen der Folie sowie Bonding- und Ablöseverfahren bei der Herstellung entwickelt. Der flexible Lese-/Schreibkopf besitzt einen 50 μm langen Luftspalt mit einer Breite von 100 μm. Um die Datenzuverlässigkeit bei erhöhten Temperaturen und magnetischen Störfeldern zu steigern, ist der Gebrauch von Materialien mit höherer Koerzivität nötig. Dieses erfordert wiederum eine höhere Schreibenergie. Ein vielversprechender Ansatz ist die Nutzung wärmeunterstützter Magnetaufzeichnung, bei der durch das Einbringen thermischer Energie die zum Schreiben notwendige magnetische Feldstärke reduziert wird. Dieser Ansatz wird aktuell vom Teilprojekt L3 verfolgt (Bild 3).

Bild 2: Funktionelle Einheiten des Lese/Schreibekopfes auf einem Kampton® Film
Bild 3: Ein Modellkonzept zum wärmeunterstützen Magnetschreiben für gentelligente Komponenten