DE2148190C3 - Dehnungsmeßstreifen von veränderlichem elektrischem Widerstand sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Dehnungsmeßstreifen von veränderlichen elektrischem Widerstand zur Messung verhältnismäßig großer Dehnungen im Millimeter- und Zentimeterbereich in Richtung der Kettfaden, dessen Aufbau auf der bekannten Gewebetechnik beruht.

Es sind bereits Dehnungsmeßstreifen der erwähnten Art in Form eines Streifens aus Gummi bekannt, in welchen Rußteilchen eingelagert sind. Als Stand der Technik sind hier die USA.-Patentschrift 24 92 429 und die britische Patentschrift 7 20 602 zu nennen. Aus der DT-AS 11 80 549 und 12 42 903 sind ferner Dehnungsmeßstreifen bekannt, bei denen ein Widerstandsdraht, der durch Dehnung oder Stauchung eine Änderung seines Widerstandes erfährt, zur Messung der Dehnung dient.

Bei den bekannten Dehnungsmeßstreifen aus Gemischen von Gummi und Ruß werden Rußketten, welche die elektrische Leitfähigkeit bestimmen, bei einer Dehnung auseinandergerissen bzw. zerstört, so daß bei einer nachfolgenden Entspannung des Dehnungsmeßstreifens kein reproduzierbarer Wert erzielbar ist, wobei noch hinzukommt, daß der Dehnungsmeßstreifen eine irreversible Dehnung aufweist und stark temperaturabhängig ist. Die bekannten Dehnungsmeßstreifen sind daher, wenn überhaupt, nur für einen einzigen Meßvorgang geeignet. Die unter Verwendung von Widerstandsdrähten hergestellten Dehnungsmeßstreifen sind zur Messung verhältnismäßig großer Dehnungen im Millimeter- und Zentimeterbereich ungeeignet. ⁸ De Aufgabe der Erfindung hegt m der Schaffung . _D^_inungsm^R£treifens von veränderlichem widerstand'für verhältnismäßig große Dehnungen in, Millimeter- und Zentimeterbere.ch. wöbe, dieser Dehnungsmeßstreifen innerhalb eines zulassigen Bereichs Reproduzierbare Widerstandswerte aufweist, im wesemlichen temperaturabhängig und fur eine V.elzahl von Meßvorgängen verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen an sich bekannten Aufbau entsprechend einer e astischen Textillitze gelöst, die aus stark dehnbaren, e astischen Kp. fäden sowie hiermit verwebten unelastischen Schüßfden besteht, bei welchem lediglich die Schußfäden mit einer die elektrisch leitenden Teilchen enthaltenen Schicht überzogen sind.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmeßstreifens gemäß Anspruch 1 besteht erf.ndungsgemaß SS. daß eine fertig vorliegende, kerne elektrisch leitenden Teilchen enthaltende Text.lhtze mit einer die elektrisch leitenden Teilchen sowie ein Bindemittel enthaltenden Dispersion getränkt und wahrend des darauf folgenden Trocknungsvorganges bis zum Erharten des Bindemittels periodisch auf eine bestimmte Länge gedehnt und entspannt wird.

Durch diesen Vorgang wird erreicht, daß das getrocknete oder erhärtete Bindemittel zusammen nut deTeXisch leitfähigen Teilchen (z. B. Ruß) von den stark dehnbaren, elastischen Kettfäden Gummifaden) infolge deren periodischer Dehnung und Entspannung abfällt, während das Bindemittel zusammen mit dem elektrisch leitfähigen Teilchen auf den praktisch nicht dehnbaren Schußfäden unter Bildung eines elektrisch leitfähigen Filmes haftet. Diese beschichteten Schußfaden liefen parallel zu einander und berühren sich, wodurch ein solches Band den elektrischen Strom gut leitet. Bei Dehnung der elastischen Kettfäden werden die miteinander in Linienberührung befindlichen Schußfaden mehr oder weniger voneinander getrennt, so daU sich eine Widerstandszunahme ergibt.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Widerstandszunahme in einem weiten Bereich genau proportional der Dehnung ist und selbst nach einer Vielzahl von Dehnungen und Entspannungen reproduzierbare Werte liefert.

Das Prinzip der Dehnungsmeßstreifen beruht somit letzten Endes darauf, daß weder in einem Kunststoff oder Gummi die Rußteilchen eine elektrisch leitende Kette bilden, die bei Dehnung leicht »zerrissen« werden kann noch darauf, daß ein metallisches Widersiandselement gedehnt oder gestaucht wird, sondern, daß man sich berührende Schußfäden, die einen elektrisch leitfähigen Überzug aufweisen, mehr oder weniger voneinander trennt und dadurch eine Widerstandsänderung erreicht.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Dehnungsmeß-Streifens im entspannten Zustand (ausgezogene Linienführung) bzw. im gespannten Zustand (gestrichelte Linienführung), jeweils in perspektivischer Draufsicht,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus dem Dehnungsmeßstreifen gemäß F i g. 1 in stark vergrößerter Draufsicht,

Fig.3 die Kennlinie des Dehnungsmeßstreifens gemäß F i g. 1 in Schaubilddarstellung bei einer Streifenlänge von 80 mm und einer Streifenbreite von 12 mm. Der in F i g. 1 veranschaulichte Dehnungsmeßstrei-

fen ist für verhältnismäßig große Dehnungen im Millimeter- und Zentimeterbereich ausgelegt und umfaßt eine elastische Textiüitze 1, die in nachfolgend noch zu beschreibender Weise mit elektriscn leitenden Teilchen, insbesondere in Form von Ruß oder Graphit oder aus Edelmetallen, mit Edelmetallen beschichteten anderen Metallen oder anderen Materialien, behandelt ist, sowie an bei Jan Enden je eine Elektrode 2,3. Die Elektroden 2, 3 sind als Klemmen zur festen mechanischen Verankerung von die Textillitze bildenden Kett- und Schußfäden ausgebildet. Die Elektroden 2, 3 sind an ihren äußeren Enden mit je einem Ansatz 4 bzw. 5 versehen, um einen Anschluß in einem Meßstromkreis herstellen zu können. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 2, 3 mittels Nieten 6, 7 mit dem Textilband 1 verbunden, wobei durch die Niete 6,7 gleichzeitig ein Dehnungsbegrenzerfaden 8 aus im wesentlichen unelastischem Material eingespannt gehalten ist. Dieser Dehnungsbegrenzerfaden 8 ist bei in, ausgezogener Linienführung veranschaulichtem entspannten Zustand der Textillitze 1 in einem schlaff, bei einer maximalen zulässigen Dehnung der Textillitze 1 hingegen in einem straff gespannten Zustand. Im entspannten Zustand der Textillitze 1 hat der Dehnungsmeßstreifen einen Widerstandswert R 1, während sich bei i?> der Dehnung entsprechend einem maximalen Dehnungswert S ein dementsprechend höherer Widerstandswert R 2 einstellt.

Aus F i g. 2 ergibt sich der an sich bekannte Aufbau der Textillitze 1 aus Kettfäden 8 und Schußfäden 9. wobei in F i g. 2 eine Köperbindung veranschaulicht ist. Die Kettfäden bestehen vorzugsweise aus monofilen hochelastischen Silicon- oder Polyurethanfäden, während die Schußfäden 9 aus einem gegenüber den Kettfäden 8 praktisch unelastischem Material bestehen. Lediglich die Schußfäden 9 sind mit einer Rußteilchen enthaltenden leitenden Schicht überzogen, was in F i g. 2 durch eine dunkle Tönung der Schußfäden 9 angedeutet ist. Die Kettfaden können auch aus qualitativ hochwertigem Gummi sein.

F i g. 2 zeigt den Zustand des Textilbandes 1 im gedehnten Zustand der Kettfäden 8, wobei in diesem gedehnten Zustand die Schußfäden 9, welche im entspannten Zustand in Linienberührung gegeneinander anlagen, leicht gelockert auf den Kettfaden 8 liegen und die Linienberührung zwischen den Schußfäden mehr oder minder aufgehoben ist.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dehnungsmeßstreifens können zwei unterschiedliche Verfahren angewendet werden.

Das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens geht von den Rohstoffen, d. h. den Kettfäden 8 sowie den Schußfäden 9. aus. Die Schußfäden 9 werden vor dem Verweben mit den Kettfaden 8 mit einer die Rußteilchen sowie ein Bindemittel enthaltenden Dispersion behandelt und getrocknet. Die auf diese Weise mit einer Rußschicht versehenen Schußfäden 9 werden alsdann mit den Kettfäden 8 verwebt.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfmdungsgemäßen Verfahrens geht man von einer fertig vorliegenden Textillitze (im allgemeinen Sprachgebrauch auch mit Gummiband bezeichnet) aus, welche mit einer Rußteilchen enthaltenden Dispersion getränkt wird. Während des darauffolgenden Trocknungsvorganges bis zum Erhärten des Bindemittels wird die Textillitze periodisch auf eine bestimmte Länge gedehnt und entspannt, wobei die Dehnungs- und Entspannungsperiode jeweils etwa drei Sekunden beträgt. Dies führt bei dem Trocknungsvorgang zum Abplatzen des Bindemittels nebst den darin enthaltenen Rußteilchen von den Kettfaden 8, da diese einer dauernden Dehnung und Entspannung unterworfen werden, während sich auf den Schußfäden 9 eine Rußschicht ausbilden kann, und zwar derart, daß ein Verkleben benachbarter Schußfäden 9 zuverlässig verhindert wird. Zur Behandlung der Textillitze 1 verwendet man bevorzugt eine mit Rußteilchen versetzte wäßrige Kunststoffdispersion, deren Viskosität weniger als 50Centipoise ist und die man beispielsweise aus einer im Handel erhältlichen wäßrigen 25%igen Rußdispersion und einer wäßrigen 50%igen Kunststoffdispersion auf Basis eines Mischpolymerisats aus Butylacrylat, Vinylacetat und Acrylsäure herstellt. Vorzugsweise beträgt die Viskosität einer solchen Dispersion 20 Centipoise.

F i g. 3 gibt die Widerstandscharakteristik für eine Textillitze von 80 mm Länge und 12 mm Breite wieder, wobei der elektrische Dehnungswiderstand in Kilo-Ohm als Funktion des Dehnungsweges in Millimeter angegeben ist. Innerhalb eines Bereiches von etwa 20 Kilo-Ohm erhält man hierbei einen nahezu streng linearen Kennlinienbereich, während bei zusätzlicher Dehnung der Dehnungswiderstand einem Grenzwert zustrebt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Dehnungsmeßstreifen von veränderlichem elektrischem Widerstand zur Messung verhältnis- ^s mäßig großer Dehnungen im Millimeter- und Zentimeterbereich in Richtung der Kettfaden, dessen Aufbau auf der bekannten Gewebetechnik beruht, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten Aufbau entsprechend einer elastischen ic Textillitze (1) mit aus dem stark dehnbaren Material bestehenden elastischen Kettfäden (8) sowie hiermit verwebten unelastischen Schußfäden (9), bei welchen lediglich die Schußfäden (9) mit einer die elektrisch leitenden Teilchen enthaltenden Schicht überzogen sind.

2. Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmeßstreifens nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß eine fertig vorliegende, keine elektrisch leitenden Teilchen enthaltende Textillitze (1) mit einer die elektrisch leitenden Teilchen sowie ein Bindemittel enthaltenden Dispersion getränkt und während des darauf folgenden Trocknungsvorganges bis zum Erhärten des Bindemittels periodisch auf eine bestimmte Länge gedehnt und entspannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsdauer einer Dehnungs- und Entspannungsperiode drei Sekunden beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion eine mit den elektrisch leitenden Teilchen versetzte wäßrige Kunststoffdispersion, insbesondere eine solche auf Basis eines Mischpolymeren aus Butylacrylat, Vinylacetat und Acrylsäure, ist.