DE10029347A1 - Sensorfolie - Google Patents
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Abstract
Eine Sensorfolie, die insbesondere zur Detektion von Rissen sowie zur Messung von Risslängen und Rissfortpflanzung dient, besteht aus einer unelastischen Polymer-Trägerfolie, die mit leitfähigen Partikeln versehen ist und die mittels eines Klebers auf ein Werkstück aufklebbar ist, wobei die leitfähigen Partikel faserartig ausgebildet sind.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorfolie nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere eine Sensorfolie zur
Detektion von Rissen sowie zur Messung von Risslängen und
Rissfortpflanzungen.
Das frühzeitige Entdecken von Rissen sowie das Messen des
Fortschritts und der Länge von Rissen ist eine Aufgabe, die
während experimenteller Spannungsanalysen oder bei der
Überwachung stark beanspruchter Bauteile häufig auftritt.
Dabei ist eine möglichst hohe Auflösung der Messung
wünschenswert, um den Rissfortschritt genau beobachten und um
Entwicklungstendenzen zuverlässig erkennen zu können.
Zur Detektion von Rissen sowie zur Risslängen- und
Rissfortschrittsmessung sind Sensoren bekannt, die aus einer
Anzahl von parallelgeschalteten Widerstandsdrähten bestehen
und auf die Oberfläche der zu untersuchenden Probe aufgeklebt
werden, so dass die Widerstandsdrähte senkrecht zur
Rissrichtung liegen. Bei einer Rissbildung werden dann
fortlaufend Widerstandsdrähte zerrissen, so dass sich der
Gesamtwiderstand des Sensors stufenweise erhöht. Die Auflösung
ist dabei von der Anzahl der parallelgeschalteten
Widerstandsdrähte pro Längeneinheit vorgegeben und somit
relativ grob; während der Riss sich kontinuierlich
fortpflanzt, erfolgt die Widerstandsänderung
diskontinuierlich. Ein weiterer Nachteil dieser Ausführung
besteht darin, dass der Rissverlauf vor dem Aufkleben des
Sensors ungefähr bekannt sein muss, um die Widerstandsdrähte
senkrecht zum Rissverlauf ausrichten zu können.
Die US 5,227,731 offenbart eine Sensorfolie nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, die aus einem Polymer besteht,
das mit einem Pulver aus leitfähigen Partikeln durchsetzt ist.
Diese Sensorfolie wird ebenfalls auf die zu beobachtende Probe
aufgeklebt, und im Falle einer Rissbildung in der Probe
erfolgt eine kontinuierliche Widerstandsänderung der
Sensorfolie.
Diese bekannte Folie hat die Nachteile, dass ein starkes
externes elektrisches Feld zum Ausrichten der Partikel
angelegt werden muss und dass das Polymer eine relativ
niedrige Viskosität aufweisen muss, um die Ausrichtung der
leitfähigen Partikel zu ermöglichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Sensorfolie vorzustellen, mit der eine genaue und zuverlässige
Analyse des Rissfortschritts erzielt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den Gegenstand des
Anspruchs 1.
Demzufolge besteht der erfindungsgemäße Riss-Sensor aus einer
leitfähigen, unelastischen, dünnen Polymerfolie, die flächig
auf das zu beobachtende Material aufgeklebt wird. Die Folie
ist mit leitfähigen Partikeln versehen, die eine faserartige
Form haben, deren Länge also deutlich größer als ihr
Durchmesser ist. Die leitfähigen Partikel haben vorzugsweise
eine homogene Größe und sind homogen in der Folie verteilt.
Eine hohe Auflösung der Messung wird durch die hohe Dichte und
die geringen Abmessungen der leitenden Partikel im
Folienmaterial erreicht.
Die faserartige Form der Partikel gewährleisten eine
verbesserte Leitfähigkeit gegenüber der aus dem Stand der
Technik bekannten Sensorfolie. Zudem bewirkt die Verwendung
von faserartigen Partikeln einen vereinfachten
Herstellungsprozess, da kein starkes externes elektrisches
Feld zum Ausrichten der Partikel angelegt werden muss und das
Polymer keine besonders niedrige Viskosität aufweisen muss, um
die Ausrichtung der leitfähigen Partikel zu ermöglichen.
Für die Messung der Risslänge und des Fortschritts wird der
Sensor über mindestens einen Arbeitswiderstand mit einer
Referenzspannung versorgt. Vorzugsweise wird dazu eine
elektronische Brückenschaltung verwendet, über die
gleichzeitig eine Temperaturkompensation einfach verwirklicht
werden kann. Ein handelsüblicher Analog-Digital-Wandler
digitalisiert den Messwert und stellt ihn einem Auswertesystem
(PC) zur Verfügung, welches die Visualisierung der Daten
übernimmt. Als Laboraufbau kann alternativ ein Vorwiderstand
mit stabiler Vorspannung in Verbindung mit einem yt-Schreiber
verwendet werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den weiteren Ansprüchen.
Die Genauigkeit einer Messung, bei der die erfindungsgemäße
Sensorfolie verwendet wird, hängt maßgeblich von der
Beschaffenheit der leitfähigen Partikel ab. Unterscheiden sich
die leitfähigen Partikel in ihrer Größe und Form voneinander,
und/oder sind sie inhomogen über die Folie verteilt, kann nur
ein ungenaues und nicht reproduzierbares Messergebnis erzielt
werden. Die leitfähigen Partikel haben daher vorzugsweise eine
weitgehend homogene Größe und sind weitgehend homogen im
Trägermaterial verteilt.
Als Material für die Trägerfolie wird vorzugsweise eines der
Polymere Silikon oder Polyurethan verwendet. Diese Polymere
sind kostengünstig und zeichnen sich durch eine besonders
einfache Handhabung bei der Produktion aus. Vorzugsweise
werden Mehrkomponentensysteme eingesetzt. Durch die Auswahl
der Komponenten lässt sich die Elastizität und damit die
Rissempfindlichkeit der Folie an die jeweiligen
Einsatzerfordernisse anpassen.
Als Material für die leitfähigen Partikel kann beispielsweise
Kohlenstoff verwendet werden. Kohlenstoffpartikel sind
vergleichsweise preiswert und umweltfreundlich im Hinblick auf
die Herstellung und Entsorgung. Im Übrigen weisen sie im
Vergleich zu Metallen eine höhere Oxidationsbeständigkeit auf.
Die Länge der faserartigen Partikel beträgt vorzugsweise ca.
50 µm und deren Durchmesser ca. 5 µm. Die Länge der Partikel
ist also deutlich größer als deren Durchmesser, und die
Partikel sind gleichzeitig so klein, dass eine genaue Messung
gewährleistet ist.
Die Partikel sind in der Trägerfolie vorzugsweise isotrop
ausgerichtet. So kann der notwendige Kontakt der Fasern
einfach gewährleistet werden. Ebenso denkbar ist jedoch eine
anisotrope Ausrichtung der Fasern.
Ein Gewichtsanteil von 5% bis 50% der leitfähigen Partikel
am Gesamtgewicht der Folie gewährleistet eine optimale
Kombination zwischen Leitfähigkeit und Auflösung der Folie.
Das Messergebnis kann dadurch verfälscht werden, dass die
aufgeklebte Folie den Rissverlauf beeinflusst, dem Riss also
einen Widerstand entgegensetzt. Beim Einsatz eines elastischen
Klebers und/oder eines elastischen Polymers kann es ferner
vorkommen, dass der Rissverlauf in der Folie dem Rissverlauf
in der Probe nicht genau folgt und das Messergebnis daher nur
bedingt aussagekräftig ist. Zur Verbindung zur Sensorfolie mit
der Probe sollte daher vorzugsweise ein nicht elastischer
Kleber verwendet werden. Beispielsweise bietet sich ein Kleber
auf Isocyanatbasis an, der lösungsmittelfrei ist und nur eine
geringe Wartezeit benötigt, bis die Folie verwendet werden
kann.
Schließlich sollte die Folie dünn genug sein, um dem Riss
keinen Widerstand entgegenzusetzen, und gleichzeitig dick
genug sein, um eine ausreichende Leitfähigkeit zu
gewährleisten. Vorzugsweise ist die Folie dünner als 3 mm; die
notwendige Dicke der Folie hängt u. a. von der Größe der zu
beobachtenden Fläche bzw. der Bauteilgröße ab.
Claims (12)
1. Sensorfolie, insbesondere Sensorfolie zur Detektion von
Rissen sowie zur Messung von Risslängen und
Rissfortpflanzungen, die aus einer unelastischen Polymer-
Trägerfolie besteht, die mit leitfähigen Partikeln
versehen ist und die mittels eines Klebers auf ein
Werkstück aufklebbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die leitfähigen Partikel faserartig ausgebildet sind.
2. Sensorfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die leitfähigen Partikel eine weitgehend homogene Größe
haben und weitgehend homogen im Trägermaterial verteilt
sind.
3. Sensorfolie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Trägerfolie aus Silicon oder
Polyurethan besteht.
4. Sensorfolie nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Partikel aus
Kohlenstoff bestehen.
5. Sensorfolie nach zumindest einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der
faserartigen Partikel ca. 50 µm beträgt.
6. Sensorfolie nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der
faserartigen Partikel ca. 5 µm beträgt.
7. Sensorfolie nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel isotrop
ausgerichtet sind.
8. Sensorfolie nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Partikel in
der Trägerfolie eingebettet sind.
9. Sensorfolie nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil der
leitfähigen Partikel am Gesamtgewicht der Folie zwischen 5
% und 50% liegt.
10. Sensorfolie nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass als Kleber ein
nichtelastischer Kleber verwendet wird.
11. Sensorfolie nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Kleber auf Isocyanatbasis
verwendet wird.
12. Sensorfolie nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Folie dünner als 3 mm
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10029347A DE10029347A1 (de) | 2000-06-15 | 2000-06-15 | Sensorfolie |
Applications Claiming Priority (1)
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DE10029347A DE10029347A1 (de) | 2000-06-15 | 2000-06-15 | Sensorfolie |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10029347A1 true DE10029347A1 (de) | 2002-01-03 |
Family
ID=7645738
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE10029347A Withdrawn DE10029347A1 (de) | 2000-06-15 | 2000-06-15 | Sensorfolie |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE10029347A1 (de) |
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