DE102005021914B4

DE102005021914B4 - Omnidirektionaler Stoßsensor mit Indikatorfunktion

Info

Publication number: DE102005021914B4
Application number: DE102005021914A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Huebner
Original assignee: Huebner Sebastian Dr
Current assignee: Huebner Sebastian Dr 10559 Berlin De
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2025-05-13
Also published as: DE102005021914A1

Abstract

Stoßsensor, welcher folgende Komponenten umfasst: Eine innen hohle ganz oder teilweise transparente Sensorkapsel aus Kunststoff (1) mit einigen kleinen Löchern (1b), gefüllt mit einem stoßempfindlichen physikalisch-chemischen Gemisch (4), bestehend aus Glas- oder Metallkügelchen (4a, 5), welche mit einem stoß- bzw. druckempfindlichen Explosivstoff (5b) beschichtet und mit einem oxidierbaren Farbstoff (5a) versehen sind, wobei die Kapsel fest mit einer Haltevorrichtung (2, 3) verbunden werden kann, welche ihrerseits eine Vertiefung (2a) zum nahtlosen Einkleben der Kapsel besitzt und selbst mit Hilfe von Klebstoff oder Klebefolie (2b) auf einem geeigneten Untergrund festgeklebt wird.

Description

Gegenstand der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein System zur Registrierung und zum Nachweis von Erschütterungen. Es handelt sich um einen omnidirektionalen Stoßsensor mit irreversibler Indikatorfunktion, sowie um eine Befestigungsvorrichtung für den Sensor. Der Sensor kann als Garantiesiegel ausgeführt sein.
Hintergrund der Erfindung
Viele Hersteller von technischen Geräten wollen oder müssen eine mehrjährige Garantie auf ihre Produkte gewähren. Einerseits zwingen gesetzliche Regelungen die Hersteller zu langfristigen Garantieleistungen, andererseits ist für den Kunden die Dauer der Garantie ein wichtiger Faktor bei der Kaufentscheidung.
Umfangreiche Garantieleistungen sind für den Hersteller jedoch mit sehr hohen Kosten verbunden.
In diesem Zusammenhang taucht ein besonders schwerwiegendes Problem auf. Oft behandeln Kunden die von ihnen erworbenen Geräte in einer Art und Weise, welche diesen erheblichen Schaden zufügt. Leider lasst sich ein solcher zerstörerischer Umgang im Garantiefalle selten nachweisen. Kunden bestehen auf kostenlosen Garantieleistungen, obwohl eigentlich ein Eigenverschulden an dem Gerätedefekt vorliegt.
Dieses Problem soll anhand eines typischen Beispiels veranschaulicht werden: Festplatten sind hochgradig erschütterungsempfindlich. Der Grund hierfür liegt in der elastischen Aufhängung der Schreib-Leseköpfe. Ihr Abstand zu den mit 5400–15000 upm rotierenden Platten beträgt ca. 1 μm. Wird eine starke Erschütterung auf die Festplatte ausgeübt, schlägt der Kopf auf der Datenträgeroberfläche auf. Die Platte wird an der Aufschlagstelle zerstört. Es entsteht ein defekter Sektor. Zusätzlich werden Splitter der Beschichtung aus der Oberfläche herausgeschlagen und fliegen fortan in der Festplatte umher, was dort zu sich rasch ausbreitenden weiteren defekten Sektoren führt. Wird eine Festplatte auf diese Art und Weise durch Eigenverschulden zerstört, bleibt dem Hersteller bzw. dem Händler dennoch oftmals nichts anderes übrig, als für den Schaden einzustehen, da er über keine geeignete Nachweismöglichkeit der eigentlichen Ursache des Defektes verfügt.
Obwohl Festplattenhersteller keine offiziellen Angaben zu Rückläufen während der Garantiezeit machen, sind hier nach Insiderangaben Zahlen von 20–40% anzusetzen. Dieser Umstand hat in jüngster Vergangenheit mehrere große Festplattenhersteller dazu bewogen, die Garantiezeiten drastisch einzuschränken.
Auch andere elektronische Gerätekomponenten (z. B. TFT-Displays) und eine Vielzahl weiterer empfindlicher Produkte, werden häufig durch Erschütterungen zerstört, ohne dass der Hersteller oder Händler danach die Möglichkeit hat die wahre Ursache der Beschädigung nachzuweisen.
Es besteht also Bedarf an einem System, welches in der Lage ist, Erschütterungen genau zu registrieren, derartige Ereignisse dauerhaft und irreversibel festzuhalten und somit als Ursache von Gerätedefekten nachweisbar zu machen. Ein solches System lässt sich als Erschütterungssensitives Garantiesiegel mit Indikatorfunktion verstehen.
Stand der Technik
Garantiesiegel ohne Indikatorfunktion in Form von Papier- oder Plastikstreifen, welche auf Gehäusedeckel aufgeklebt werden, finden weite Verbreitung. So z. B. sind Festplattengehäuse oft mit derartigen Aufklebern versiegelt um sie vor unfachmännischen Reparaturversuchen zu schützen.
Garantiesiegel mit verschiedenen Anzeigefunktionen sind schon seit längerem bekannt: Aus der DE 40 19 265 C1 ist z. B. ein elektronisches Siegel bekannt, dessen Aufgabe es ist, Frachträume, Frachtkisten, Container usw. zu sichern. Das Siegel ist in der Lage Angaben über Zeitpunkte von Siegelöffnungen und -Schließungen abzuspeichern. Aus der EP 1 077 440 A1 ist ein elektronisches Siegel bekannt, dessen Aufgabe es ist, Manipulationen an Kraftstoffpumpen zu registrieren und anzuzeigen. Zerstörerische Umwelteinflüsse werden von diesen Siegeln jedoch nicht registriert. Aus der EP 0484 578 B1 ( DE 690 32 351 T2 ) ist ein Zeit-Temperatur Indikator für Tiefkühllebensmittel bekannt. Dort wird eine kumulative Zeit-Temperatur Exposition von tiefgekühlten Lebensmitteln durch ein mehrlagiges System nachgewiesen. Der Indikator eignet sich zum Nachweis einer Wärmeexposition bei Tiefkühllebensmitteln.
US 4 125 085 A (”Device for showing receipt of predetermined shock”) zeigt eine Vorrichtung zum Registrieren und Anzeigen eines Stoßes. Hier wird der Stoß auf mechanischem Wege mit Hilfe einer Kugel gemessen, die sich in flüssigkeitsgefüllten Röhrchen befindet. JP 2001099854 A (”Three dimensional shock detecting and display member”) zeigt einen stromlosen dreidimensionalen Stoßsensor, der auf einer zerbrechlichen mit Farbstoff versehenen Kugel basiert, die sich im Inneren eines ebenfalls kugelförmigen Hohlraumes befindet. Durch einen starken Stoß zerbricht die Kugel und färbt das Innere des Hohlraums ein. Beide Vorrichtungen sind fertigungstechnisch nur aufwändig zu realisieren. Eine tatsächliche Omnidirektionalität ist nur bei JP 2001099854 A gegeben, wobei die Stoßempfindlichkeit durch mögliche Eigenbewegungen der inneren Kugel nur schwer eichbar ist.
Wie Stoßsensoren zum praktisch Einsatz kommen können, zeigen zwei weitere Schriften: In WO 2005/034666A1 (”Safety helmet”) ist ein Sturzhelm dargestellt, in dem zum Zwecke des irreversiblen Aufzeichnens von Stürzen (der Sturzhistorie), ein elektronischer oder mechanischer Stoßsensor (z. B. ein zerbrechliches mit Tinte gefülltes Gefäß) in den Helm integriert bzw. an diesem angebracht ist. US 6 272 901 B1 (”Detecting aparatus capable of detecting magnitude of shock and portable electronic appliance with the same”) zeigt wie ein portables elektronisches Gerät mit Hilfe mehrerer prinzipiell verschiedener Arten von Stoßsensoren versehen werden kann, um Stöße aufzuzeichnen, die einen vordefinierten Schwellwert überschreiten. Bei beiden Schriften ist die Bauart der Stoßsensoren von eher untergeordneter Bedeutung.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges und kostengünstiges System zum Nachweis von zerstörerischen Erschütterungen technischer Geräte darzustellen. Mit Hilfe dieses Systems können sich Hersteller und Händler vor ungerechtfertigten Garantieansprüchen schützen, und somit einerseits ihre Garantiezeiten ohne allzu großes Risiko ausweiten, andererseits Servicekosten insgesamt reduzieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen chemisch-physikalischen omnidirektionalen Stoßsensor mit irreversibler Indikatorfunktion und eine spezielle Befestigungsvorrichtung gelöst.
Das System wurde in Hinblick auf folgende Anforderungen optimiert: Unabhängigkeit von einer Stromversorgung; Genauigkeit; Eichbarkeit; Omnidirektionalität des Sensors; Ergonomie der Anzeige und Ablesbarkeit; Schutz vor Manipulationen; Minimale Herstellungskosten; Minimale Montagekosten
Funktionalität
Das Problem des Nachweises von Erschütterungen empfindlicher technischer Geräte und anderer Produkte wird erfindungsgemäß auf folgende Art und Weise gelöst:
An oder in dem Gerät wird an ausgewählten Stellen ein oder mehrere versiegelte Sensoren (Garantiesiegel) angebracht, welche Erschütterungen, die dem Produkt Schaden zufügen können, registrieren und solche Ereignisse anschließend dauerhaft sichtbar machen. Jeder Sensor ist vor Manipulationen geschützt, so dass keine Möglichkeit besteht seine Funktionalität zu ändern, es sei denn durch Zerstörung des Sensors d. h. durch Siegelbruch. Der Sensor ist für die Erfassung von Erschütterungen, Stößen und vergleichbaren Beschleunigungsprozessen ausgelegt. Er reagiert erfindungsgemäß auf Beschleunigung, wenn diese einen spezifischen Wert übersteigt, und daher dem erschütterungsempfindlichen Produkt Schaden zufügen kann. Dies ist genau dann der Fall, wenn die Beschleunigung einen bestimmten Schwellwert absolut überschreitet (z. B. beim Aufschlagen einer Festplatte nach einem Sturz). Der Schwellwert selbst ist vom Hersteller für jedes Produkt individuell festzusetzen und kann in seine Garantiebedingungen eingebunden werden. Die Garantie erlischt, wenn das Gerät Beschleunigungen über diesen Schwellwert ausgesetzt wird. Der Sensor ist erfindungsgemäß so konstruiert, dass er genau auf diesen Wert geeicht werden kann. Er ist wie folgt aufgebaut:
Der Sensor hat die Form einer kleinen kugelförmigen Kapsel (1). Die Kapsel ist aus einem dünnwandigen inelastischen Kunststoff gefertigt. Sie besteht aus zwei Halbkugeln (1a), von denen mindestens eine (1a) durchsichtig ist.
Die Kapsel besitzt einen Hohlraum (4). Der Hohlraum ist mit kleinen Kugeln aus Glas, Mineralien oder Metall mit eindeutigem spezifischen Gewicht und Durchmesser gefüllt (4a). Diese Kugeln oder Körnchen (5) dienen als Trägermaterial für eine druckempfindliche explosive dünne Beschichtung (5a, 5b) aus einem geeigneten Sprengstoff (5b).
In der Beschichtung (oder in den verbleibenden Hohlräumen der Kapsel) ist zusätzlich ein Farbstoff (5a) enthalten, der bei Verbrennung seine Farbe eindeutig ändert (z. B. von Grün in Grau). Die Kapsel weist einige feine Löcher (1b) auf, durch welche Verbrennungsgase austreten können, so dass die Kapsel bei Verbrennung des Inhaltes nicht explodiert.
Die Kapsel wird in eine spezielle Haltevorrichtung aus Kunststoff (2) nahtlos eingeklebt. Die Haltevorrichtung ist dabei derart gestaltet, dass sie eine halbkugelförmige Vertiefung (2a) von genau dem selben Durchmesser aufweist, wie die Sensorkapsel. Auch kann durch sie die untere Halbkugel der Sensorkapsel gänzlich ersetzt werden (3a).
Die Haltevorrichtung ist an der Unterseite eben und wird mit einem gut haftenden Klebstoff (2b) oder mit einer an der Unterseite aufgebrachten Klebefolie (2b) an geeigneter Stelle auf das erschütterungsempfindliche Produkt aufgebracht (z. B. auf das Metallgehäuse einer Festplatte).
Am Beispiel einer Festplatte lasst sich zeigen, wie das System funktioniert:
Wird die Festplatte einer starken Erschütterung ausgesetzt, so überträgt sich diese über den Metallrahmen der Platte auf die Haltevorrichtung der Kapsel, somit auf die Kapsel selbst und deren Inhalt. Die plötzliche Beschleunigung führt dazu, dass die Kugeln im Inneren der Kapsel gegeneinander gepresst und gerieben werden, so dass der druckempfindliche Explosivstoff zündet und im Inneren der Kapsel in Folge einer Kettenreaktion gänzlich verbrennt. Hierbei entstehende Gase entweichen durch kleine Löcher nach außen, so dass die Kapsel nicht zerstört wird. Die Verbrennung oxidiert auch den Farbstoff, so dass sich dessen Farbe ändert. Dies ist von außen ablesbar, da die eine Hälfte der Kapsel durchsichtig ist.
Eine weitgehende Omnidirektionalität des Sensors wird durch folgende Prinzipien gewährleistet: (1) Die Kapsel ist kugelförmig und die in der Kapsel enthaltenen Trägermaterialien (z. B. Glaskugeln) sind kugelförmig. Der Kapselinhalt wird somit unabhängig von der Beschleunigungsrichtung immer in gleicher Art und Weise reagieren; (2) Die Kapsel selbst ist starr mit dem stoßempfindlichen Körper fest verbunden (verklebt), so dass sich alle Beschleunigungsvorgänge desselben unmittelbar auf die Kapsel übertragen; (3) Die Kapsel wird nie punktuell belastet, da sie in die halbkugelförmige Vertiefung der Haltevorrichtung eingelassen ist (bzw. in dieser integriert ist);
Eine Eichbarkeit des Sensors ist leicht möglich, da die Stoßempfindlichkeit der Kapsel im Wesentlichen von nur drei Größen abhängig ist – dem spezifischen Gewicht der Kugeln im Inneren der Kapsel, dem Durchmesser dieser Kugeln und der allgemeinen Druckempfindlichkeit des Explosivstoffes der Beschichtung.
Die Genauigkeit eines solchen Systems kann als hinreichend angenommen werden, da selbst Abweichungen von einigen Prozent im Rahmen der oben beschriebenen Einsatzfelder noch toleriert werden können.
Durch den in der Kapsel enthaltenen oxidierbaren Farbstoff ist ein Ablesen des Systemzustandes leicht möglich. Der oxidierte Zustand nach einer starken Erschütterung und somit erfolgten Verbrennung ist irreversibel. Da alle Komponenten des Systems miteinander verklebt sind kann dasselbe nur durch Siegelbruch d. h. durch eine Zerstörung manipuliert werden. Ein derartiges System ist äußerst kostengünstig zu realisieren, da die verwendeten Materialien selbst billig und leicht zu verarbeiten sind. Die Montage kann einfach durch Aufkleben erfolgen. Eine externe Stromversorgung ist nicht notwendig.
Weitere Verwendungsarten
Je nach Anforderung können Sensoren der oben beschriebenen Art auf unterschiedliche Art und Weise verwendet werden:

• Sie können dauerhaft in erschütterungsempfindliche Geräte oder andere Produkte eingebaut werden.
• Sie können temporär, etwa für die Dauer von Transporten, an erschütterungsempfindlichen Geräten oder anderen Produkten angebracht werden.

Wirtschaftlichkeit der Erfindung
Drei Gründe machen die Verwendung von Sensoren der oben beschriebenen Art wirtschaftlich interessant:

1. Die Produkt-Herstellungskosten erhöhen sich durch den Einbau von Sensoren der oben beschriebenen Art nur unwesentlich. Die Erhöhung dürfte im Bereich von wenigen Cent pro Einheit liegen.
2. Eine Verwendung von Sensoren der oben beschriebenen Art ermöglicht dem Hersteller zerstörerischen Umgang mit technischen Geräten einwandfrei im Nachhinein nachzuweisen. Er wäre somit im Zweifelsfalle nicht mehr zu kostenintensiven Garantieleistungen verpflichtet.
3. Kunden wären durch das Vorhandensein von Sensoren der oben beschriebenen Art angehalten, technische Geräte a priori schonender zu behandeln, wodurch viele Schäden von vorneherein vermieden werden könnten.
4. Eine Verwendung von Sensoren der oben beschriebenen Art ermöglicht dem Hersteller risikofrei längere Garantiezeiten auf seine Produkte zu gewähren und damit die Attraktivität seiner Produkte gegenüber Konkurrenzprodukten zu steigern.

Claims

Stoßsensor, welcher folgende Komponenten umfasst: Eine innen hohle ganz oder teilweise transparente Sensorkapsel aus Kunststoff (1) mit einigen kleinen Löchern (1b), gefüllt mit einem stoßempfindlichen physikalisch-chemischen Gemisch (4), bestehend aus Glas- oder Metallkügelchen (4a, 5), welche mit einem stoß- bzw. druckempfindlichen Explosivstoff (5b) beschichtet und mit einem oxidierbaren Farbstoff (5a) versehen sind, wobei die Kapsel fest mit einer Haltevorrichtung (2, 3) verbunden werden kann, welche ihrerseits eine Vertiefung (2a) zum nahtlosen Einkleben der Kapsel besitzt und selbst mit Hilfe von Klebstoff oder Klebefolie (2b) auf einem geeigneten Untergrund festgeklebt wird.
Stoßsensor, welcher folgende Komponenten umfasst: Eine innen hohle ganz oder teilweise transparente Sensorkapsel aus Glas, Keramik oder Metall (1) mit einigen kleinen Löchern (1b), gefüllt mit einem stoßempfindlichen physikalisch-chemischen Gemisch (4), bestehend aus Glas- oder Metallkügelchen (4a, 5), welche mit einem stoß- bzw. druckempfindlichen Explosivstoff (5b) beschichtet und mit einem oxidierbaren Farbstoff (5a) versehen sind, wobei die Kapsel fest mit einer Haltevorrichtung (2, 3) verbunden werden kann, welche ihrerseits eine Vertiefung (2a) zum nahtlosen Einkleben der Kapsel besitzt und selbst mit Hilfe von Klebstoff oder Klebefolie (2b) auf einem geeigneten Untergrund festgeklebt wird.
Stoßsensor, welcher folgende Komponenten umfasst: Eine innen hohle ganz oder teilweise transparente Sensorkapsel aus Kunststoff (1) mit einigen kleinen Löchern (1b), gerillt mit einem stoßempfindlichen physikalisch-chemischen Gemisch (4), bestehend aus granularen Feststoffen (4a, 5) wie z. B. Sand oder Metallpulver, welche mit einem stoß- bzw. druckempfindlichen Explosivstoff (5b) beschichtet und mit einem oxidierbaren Farbstoff (5a) versehen sind, wobei die Kapsel fest mit einer Haltevorrichtung (2, 3) verbunden werden kann, welche ihrerseits eine Vertiefung (2a) zum nahtlosen Einkleben der Kapsel besitzt und selbst mit Hilfe von Klebstoff oder Klebefolie (2b) auf einem geeigneten Untergrund festgeklebt wird.
Stoßsensor, welcher folgende Komponenten umfasst: Eine innen hohle ganz oder teilweise transparente Sensorkapsel aus Kunststoff (1) mit einigen kleinen Löchern (1b), gefüllt mit einem stoßempfindlichen physikalisch-chemischen Gemisch (4), bestehend aus einem Gemisch aus Explosivstoff, Farbstoff und ggf. weiteren chemischen Zusätzen, wobei die Kapsel fest mit einer Haltevorrichtung (2, 3) verbunden werden kann, welche ihrerseits eine Vertiefung (2a) zum nahtlosen Einkleben der Kapsel besitzt und selbst mit Hilfe von Klebstoff oder Klebefolie (2b) auf einem geeigneten Untergrund festgeklebt wird.
Stoßsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein oxidierbarer Farbstoff (4, 5a) lose in den Hohlräumen im Inneren der Sensorkapsel enthalten ist.
Stoßsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sensorkapsel (1) kugelförmig ist.
Stoßsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem dem Gemisch im Inneren der Sensorkapsel verbrennungsfördernde oder hemmende Substanzen wie z. B. Magnesium, Sauerstoffquellen oder Siliziumdioxid zugesetzt sind, um so die chemischen Reaktionen zu steuern.
Stoßsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem Haltevorrichtung (2) und untere Hälfte der Sensorkapsel eine Einheit (3) bilden.
Stoßsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der zusätzlich durch ein zerreißbares aufgeklebtes Band wie z. B. aus Papier oder Kunststoff vor Manipulationen gesichert ist.
Stoßsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der zusätzlich durch Siegellack vor Manipulationen gesichert ist.