AT355836B - Kondensator zur messung von kraeften - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft einen Kondensator zur Messung von Kräften mit mindestens zwei jeweils durch ein Hohlräume aufweisendes Dielektrikum aus Gummi oder Kunststoff voneinander getrennten Elektroden. 



   Eine derartige Messanlage macht sich die Eigenschaft eines Kondensators zunutze, dass seine durch die Bewegung der Elektroden zueinander bewirkte Änderung der Kapazität der Grösse der auf die Elektroden einwirkenden Kraft nahezu proportional ist. Durch entsprechende Messung und Rückbeziehung der Kapazitätsänderung können auf die Elektroden einwirkende Kräfte absolut gemessen werden. 



   Kompakte Dielektrika weisen jedoch den Nachteil auf, dass insbesondere bei grossflächigen Anordnungen die Komprimierbarkeit des Dielektrikums sehr gering ist. Dies hat ein sehr begrenztes und bei kleinen Kräften ungenaues Messergebnis zur Folge. Um dieser nachteiligen Einschränkung abzuhelfen, werden beispielsweise aus der DE-OS 1916496 bekannte Kondensatoren mit gelochten Elektroden versehen, wodurch dem Dielektrikum bei Druckeinwirkung eine Ausdehnung durch die Löcher ermöglicht wird. Der Nachteil dieser Ausführung ist vor allem darin zu sehen, dass gelochte Elektroden nur im Falle von mehreren übereinander angeordneten Kondensatoren angeordnet werden können, wobei die beiden äusseren Elektroden nicht gelocht sein dürfen bzw. durch weitere Lagen aus Gummi oder Kunststoff abgedeckt sein müssen, was sehr unbefriedigende Messergebnisse zur Folge hat. 



   Aus der DE-OS 2448398 ist ein mit Hohlräumen versehenes Dielektrikum bekannt, welches einen höhere Deformationsweg aufweist. 



   Es ergibt sich jedoch trotzdem bei geringen Krafteinwirkungen insofern eine unbefriedigende Situation, als in diesem Bereich die Ungenauigkeit des Messergebnisses relativ hoch ist. Die Ursache dafür liegt in der Verformungskennlinie von Gummi. Diese zeichnet sich im Bereich kleinster Krafteinwirkungen durch eine besonders hohe Nichtlinearität aus. 



   Ziel der Erfindung ist es, diese Ungenauigkeit im Messergebnis zu eliminieren. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Hohlräume des Dielektrikums einen im Vergleich zum normalen atmosphärischen Druck geringeren Druck aufweisen. 



   Durch die Evakuierung der gasdicht verschlossenen Hohlräume ergibt sich die Möglichkeit, den Wirkungsbereich der Messanlage in einen gewünschten Bereich der   Verformungskennlinie   des Dielektrikums zu verlegen, insbesondere in einen solchen, wo diese linear ist. Das Vakuum führt zu einer geringen, bleibenden Komprimierung des Dielektrikums, wodurch eine bei Einwirkung von nur geringen Kräften infolge gewisser Unregelmässigkeiten im Aufbau des Dielektrikums sowie der Verbindung mit den Elektroden anfangs auftretende nicht lineare Verformungskennlinie kompensiert werden kann. 



   Die Messung von in Richtung der Kondensatorebene wirkenden Schubkräften ist möglich, wenn die Elektroden zueinander derart verschoben sind, dass bei einer Projektion der einen Elektrode auf die gegenüberliegende keine oder nur eine geringe Deckung vorliegt. 



   Ähnlich der Wirkung eines Drehkondensators wird durch die von den Schubkräften bewirkte Vergrösserung der Deckfläche der beiden Elektroden die Kapazität verändert. 



   Zur Verringerung des Abstandes der beiden Elektroden zueinander können diese in das Dielektrikum hineinragende Vorsprünge aufweisen, wodurch dickere Dielektrika, beispielsweise zur Erhöhung des Deformationsweges und somit zur Erhöhung des Messbereiches, verwendet werden können, ohne die Kapazität über einen für die Auswertung minimalen Wert verringern zu müssen. 



   Besondere Vorteile sowohl hinsichtlich der Anpassungsfähigkeit der Messanlage an gekrümmte, unebene   Messflächen   als auch im Aufbau ergeben sich, wenn die Elektroden aus elektrischen Strom leitendem Gummi oder Kunststoff bestehen. Dies bedeutet, dass sowohl Elektroden als auch Dielektrikum in ihren chemischen und vor allem mechanischen Eigenschaften völlig identisch sind. Die Verformungskennlinie ist auf Grund des gleichen E-Moduls der Elektroden und des Dielektrikums weitgehend linear ausgebildet und ergibt besonders exakte Messdaten. 



   Eine vorteilhafte Anordnung der erfindungsgemässen Messanlage zum Messen und Orten von auf eine relativ kleine Fläche wirkenden Kräften einer relativ grossen Messfläche besteht darin, das Dielektrikum durch mehrere jeweils in einer Ebene liegende Elektrodenpaare in kleine Messbereiche zu unterteilen, die durch Serienschaltung entsprechend einen Koordinatensystem genau lokalisiert werden. 



   Damit können punktförmig einwirkende Kräfte, deren Kontaktstelle mit der erfindungsgemässen Messanlage nicht genau vorausbestimmt werden kann, durch entsprechende Überdimensionierung der Elektrodenfläche einerseits genau gemessen, und anderseits auch in der Lage genau festgehalten werden. 

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  So kann beispielsweise der Verlauf von impulsförmig einwirkenden Kräften über die gesamte Messfläche genau ermittelt und die Grösse der einzelnen Kräfte gemessen werden. 



   Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert : Es zeigen   Fig. l,   3 und 4 vorteilhafte Ausführungsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Kondensators in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 eine vorteilhafte Ausbildung der Elektroden, Fig. 5 eine Ausführung zur Messung von Schubkräften im Schnitt. 



   Fig. 1 zeigt verschiedene, beispielhaft angeführte Querschnittsformen der im Dielektrikum --2-angeordneten   Hohlräume --3--.   



   Die Elektroden --4-- in Fig. 2 sind wellenförmig ausgebildet, wobei die Wellenberge entlang der   Hohlräume --3-- verlaufen.    



   Aus netzartig geordneten Metallfäden bestehen die Elektroden --4-- entsprechend Fig. 3, wodurch eine besonders hohe Flexibilität des Kondensators gegeben ist. 



   Fig. 4 zeigt eine grössere Anzahl von in einer Ebene liegenden Kondensatoren zum Messen und Orten von auf eine grosse Messfläche einwirkenden Kräften. 



   Durch Serienschaltung der einzelnen Kondensatorreihen in beiden Koordinaten kann der Auftreffpunkt der Kraft örtlich genau festgelegt werden. 



   Die in Fig. 5 in Pfeilrichtung auf den Kondensator einwirkenden Schubkräfte bewirken eine Verschiebung der beiden Elektroden --4-- unter Deformierung des elastischen   Dielektrikums --2--,   wodurch eine den Schubkräften weitgehend proportionale Kapazitätsänderung hervorgerufen wird. 



     PATENTANSPRÜCHE   : 
1. Kondensator zur Messung von Kräften mit mindestens zwei jeweils durch ein Hohlräume aufweisendes Dielektrikum aus Gummi oder Kunststoff voneinander getrennten Elektroden, da- 
 EMI2.1 
 atmosphärischen Druck geringeren Druck aufweisen.

Claims (1)

1. 2. Kondensator zur Messung von Schubkräften nach Anspruch 1, d a d u r c hg e k e n n - zeichnet, dass die Elektroden (4) zueinander derart verschoben sind, dass bei einer Projektion der einen Elektrode auf die gegenüberliegende keine oder nur eine geringe Deckung vorliegt. EMI2.2 Elektroden (4) in das Dielektrikum hineinragende Vorsprünge aufweisen.

   4. Kondensator nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elektroden (4) aus elektrischen Strom leitenden Gummi oder Kunststoff bestehen.

   5. Kondensator zum Messen und Orten von auf eine relativ kleine Fläche wirkenden Kräften einer relativ grossen Messfläche nach Anspruch 1, d a d u r c hg e k e n n z e i c h n e t , dass das Dielektrikum (2) durch mehrere Elektrodenpaare in kleine Messbereiche unterteilt wird, die entsprechend einen Koordinatensystem genau lokalisiert werden können.