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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Messeinrichtung,
die zur Erfassung eines Bewässerungszustands einer Pflanzenprobe eingerichtet
ist und insbesondere eine Klemmeinrichtung zur Erzeugung eines Klemmdruckes
auf die Pflanzenprobe und eine Sensoreinrichtung zur Erfassung eines
Druckresponsesignals der Pflanzenprobe umfasst. Die Erfindung betrifft
des Weiteren die Messeinrichtung und deren Anwendung, insbesondere bei
der Steuerung von Bewässerungsanlagen in der Landwirtschaft.
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Es
ist bekannt, Bewässerungsanlagen für Pflanzen
in Abhängigkeit vom Wassergehalt der Pflanzen zu steuern.
Der Wassergehalt der Pflanzen wird erfasst, indem mit einer Messeinrichtung
(Sonde) auf ein Teil der Pflanze, z. B. ein Blatt, ein äußerer Klemmdruck
ausgeübt und ein Druckresponsesignal der Pflanze gemessen
wird, das charakteristisch für den Wassergehalt der Pflanze
ist. Die Bewässerungsanlage kann dann in Abhängigkeit
vom Druckresponsesignal gesteuert werden. An die Messeinrichtung
werden zahlreiche Anforderungen, insbesondere in Bezug auf die Genauigkeit
und Reproduzierbarkeit des Druckresponsesignals, die Flexibilität zur
Anpassung an verschiedene Pflanzen und Anwendungsbedingungen, die
Handhabbarkeit der Messeinrichtung und die Kosten gestellt. Mit
herkömmlichen Messeinrichtungen, die z. B. in
PCT/EP/2008/000424 (unveröffentlicht
am Anmeldetag der vorliegenden Patentanmeldung) beschrieben sind,
können diese Anforderungen in der Regel nur partiell erfüllt
werden.
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Von M.
Westhoff et al. wird in „Plant Biology", online-Publikation doi:10.1111/j.1438–8677.2008.00170.x eine
Versuchs-Messeinrichtung beschrieben, bei der das Blatt zwischen
zwei Klemmblöcken eingeklemmt wird, die mit Magneten zusammengedrückt
werden. In eine Ausnehmung in einem der Klemmböcke ist ein
mit einer Silikonmembran beschichteter Sensorchip eingesetzt, dessen
elektrischen Verbindungsleitungen seitlich vom Klemmbock wegführen.
Diese herkömmliche Messeinrichtung zeichnet sich zwar durch
einen einfachen Aufbau aus. Im Feldeinsatz, bei dem eine große
Zahl von Messeinrichtungen gleichzeitig betrieben werden, hat sie
sich jedoch als unpraktikabel und fehleranfällig erwiesen.
So hat sich gezeigt, dass das Ansetzen der Messeinrichtung an einem
Blatt Erfahrung und Geschick erforderte, ohne die keine oder nicht
reproduzierbare Druckresponsesignale gemessen werden konnten. Für
den massenhaften Feldeinsatz ist es hingegen von Bedeutung, dass
die Messeinrichtung vom Landwirt ohne Spezialkenntnisse angesetzt
und benutzt werden kann. Nachteile sind ferner ein hoher Kalibrieraufwand
und unregelmäßig auftretende Signalfehler der
herkömmlichen Messeinrichtung.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
einer Messeinrichtung, die für eine Erzeugung eines Klemmdruckes und
eine Erfassung eines Druckresponsesignals an einer Pflanze konfiguriert
ist, bereitzustellen, wobei mit dem Verfahren Nachteile herkömmlicher
Techniken vermieden werden. Das Verfahren soll insbesondere die
Herstellung einer Messeinrichtung ermöglichen, die einfach
und zuverlässig bedienbar ist, eine hohe Messgenauigkeit
und -reproduzierbarkeit aufweist und kostengünstig ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine mit dem Verfahren hergestellte Messeinrichtung
und deren Anwendung bereitzustellen.
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Diese
Aufgaben werden mit dem Verfahren bzw. der Messeinrichtung mit den
Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß einem
ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
einer Messeinrichtung bereitgestellt, die zur Erfassung eines Bewässerungszustands
einer Pflanzenprobe eingerichtet ist. Die Messeinrichtung umfasst
eine Klemmeinrichtung mit einem Sensor-Klemmblock und einem Gegen-Klemmblock
die zur Ausübung eines Klemmdruckes auf die Pflanzenprobe
angeordnet sind, und eine Sensoreinrichtung mit einem Sensor zur
Messung eines Druckresponsesignals der Pflanzenprobe. Erfindungsgemäß wird
der Sensor in eine Ausnehmung des Sensor-Klemmblocks eingeklebt und
anschließend mit einer Vergussmasse vergossen. Nach einem
Aushärten bildet die Vergussmasse eine hin zum Gegen-Klemmblock
oder zu der Pflanzenprobe frei liegende Kontaktscheibe.
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Gemäß einem
zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Messeinrichtung bereitgestellt,
die zur Erfassung eines Bewässerungszustands einer Pflanzenprobe
eingerichtet und insbesondere mit einem Verfahren gemäß dem
obigen ersten Gesichtspunkt hergestellt ist. Erfindungsgemäß zeichnet
sich die Sensoreinrichtung der Messeinrichtung dadurch aus, dass
eine Klebeverbindung zwischen dem Sensor und dem Sensor-Klemmblock
und eine Kontaktscheibe vorgesehen sind, die eine ausgehärtete
Vergussmasse in der Ausnehmung im Sensor-Klemmblock umfasst.
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Vorteilhafterweise
wird durch die erfindungsgemäße Kombination des
Einklebens und Vergießens des Sensors eine homogene Einbettung
des Sensors in die Messeinrichtung und die Bereitstellung einer
Kontaktscheibe erzielt, was sich in praktischen Versuchen der Erfinder
als vorteilhaft hinsichtlich der Anwendung der Messeinrichtung und
Qualität der Messergebnisse erwiesen hat. Die mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Messeinrichtungen sind gegenüber
den herkömmlichen Sonden komplett überlegen. So
wurde in Tests herausgefunden, dass die erfindungsgemäß hergestellte
Messeinrichtung ohne Vorkenntnisse zuverlässig an der Pflanzenprobe
positionierbar ist. Überraschenderweise konnte festgestellt
werden, dass die Positionierung der Messeinrichtung an der Pflanzenprobe nicht
auf einen bestimmten Bewässerungszustand der Pflanzenprobe
und/oder eine bestimmte Tageszeit beschränkt ist, wie dies
bei herkömmlichen Geräten der Fall ist. Die Messeinrichtung
(Sonde) kann nicht nur bei turgeszenten Blättern, sondern
auch jederzeit bei Blättern mit Turgor-Druck Null erfolgreich angesetzt
werden. Die Einstellung des Klemmdruckes wird vereinfacht, so dass
sie auch durch wenig vorgebildetes Personal fehlerfrei vorgenommen
werden kann. Mit der Messeinrichtung, die mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt ist, kann jederzeit ein homogener, gleichmäßiger
Kontakt zum Blatt hergestellt werden.
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Die
Erfinder haben festgestellt, dass Gaseinschlüsse in der
Umgebung des Sensors das reproduzierbare Ansetzen der Messeinrichtung
an einer Pflanzenprobe beeinträchtigen und unerwünschte
Signalartefakte, die insbesondere von der Umgebungstemperatur abhängig
sind, verursachen können. Durch die erfindungsgemäße
Kombination des Einklebens und Vergießens werden Gaseinschlüsse vermieden,
so dass die genannten Nachteile bei den erfindungsgemäß hergestellten
Messeinrichtungen nicht mehr auftreten.
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Beschränkungen
auf bestimmte Pflanzenarten oder Pflanzenteile können mit
der erfindungsgemäß hergestellten Messeinrichtung
vorteilhafterweise überwunden werden. Mit dem Begriff „Pflanzenprobe” wird
jedes Pflanzenteil bezeichnet, an dem durch eine Kraft- oder Druckmessung
ein Bewässerungszustand der Pflanze erfassbar ist, wie
z. B. ein Blatt, ein Stengel oder eine Frucht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zum Einkleben
des Sensors ein UV- oder Wärme-härtbarer Klebstoff
oder ein Einkomponenten-Silikon-Klebstoff verwendet. Erfahrungen
in der Praxis haben gezeigt, dass Sensoren, die mit derartigen Klebstoffen
eingeklebt werden, besonders reproduzierbare Messwerte liefern.
Der Sensor umfasst ein Messteil, wie z. B. eine Messbrücke
mit piezoelektrischen Elementen, das an einer Oberfläche
des Sensors frei liegt (aktive Sensorfläche) und im übrigen,
z. B. mit Kunststoff verkapselt ist. Vorzugsweise wird zum Einkleben
des Sensors ein Klebstoff mit Eigenschaften (insbesondere physikalische und/oder
chemische Eigenschaften, wie z. B. die Wärmeausdehnung)
ausgewählt, die an die Eigenschaften des Verkapselungswerkstoffs
des verwendeten Sensors angepasst sind. Damit werden mechanische
Spannungen und Fehlmessungen während des Betriebs vermieden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
die Ausnehmung vor dem Vergießen mit einem Haftvermittler
behandelt. Der Haftvermittler wird auf die innere Oberfläche
der Ausnehmung aufgetragen. Vorteilhafterweise werden damit die
allseitige, blasen- und lückenfreie Einbettung des Sensors,
die Haftung der Vergussmasse und die Kraftübertragung verbessert.
Als Haftvermittler wird z. B. Wacker Grundierung (Hersteller: Wacker)
oder „Universal Adhesive” für Siloxane
(Hersteller: Heraeus Kulzer) verwendet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Sensoreinrichtung
eine blasenfreie Kontaktscheibe auf, in die der Sensor eingebettet
ist. Vorteilhafterweise werden damit Fehlmessungen vermieden und
eine hohe Stabilität beim Betrieb der Messeinrichtung erzielt.
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Vorzugsweise
ist die Kontaktscheibe der Sensoreinrichtung, die durch die ausgehärtete
Vergussmasse gebildet wird, mit der Kontaktfläche des Sensor-Klemmblocks
stufenlos, fluchtend angeordnet. Hierzu kann bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren zur Herstellung der Messeinrichtung vorgesehen sein, bei
dem oder vor dem Aushärten der Vergussmasse auf diese eine
Justierplatte aufzulegen, die eine glatte Verbindung zwischen der
Kontaktscheibe mit der angrenzenden Kontaktfläche bewirkt. Die
Justierplatte kann beim Aushärten unter der Wirkung einer
magnetischen Kraft an den Klemmblock angepresst werden, so dass
vorteilhafterweise die Bildung von unerwünschten Gaseinschlüssen
minimiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein Verstreichen
der Vergussmasse mit einem Spatel nach dem Vergießen der
Ausnehmung vorgesehen sein, so dass die fluchtende Ausrichtung der
Kontaktscheibe mit einer Kontaktfläche des Sensor-Klemmblocks gebildet
wird.
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Vorzugsweise
sind die Klemmblöcke aus einem nicht-magnetischen Material
gebildet. Damit wird eine Beeinflussung des magnetischen Feldes minimiert
und damit die Reproduzierbarkeit des Klemmdruckes verbessert. Insbesondere
Aluminium, Edelstahl und Kunststoff haben sich als besonders günstig
für eine Präzisionsbearbeitung bei der Herstellung
der Messeinrichtung erwiesen. Alternativ kann mindestens einer der
Klemmblöcke aus einem magnetischen Material, z. B. aus
Nickel hergestellt sein.
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Die
Kontaktscheibe besteht vorzugsweise aus Silikon (insbesondere kondensations-
oder additionshärtend) oder Epoxidharz. Diese Materialien
haben sich als besonders widerstandsfähig für
den Feldeinsatz erwiesen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
nach dem Aushärten der Vergussmasse mindestens auf den
Kontaktflächen der Klemmblöcke, vorzugsweise jedoch
allseitig eine wasserabweisende (hydrophobe) Beschichtung aufgebracht.
Besonders bevorzugt ist eine Nano-Beschichtung vorgesehen, die aufgrund
des Lotus-Effekts wasserabweisend ist. Hydrophobe Kontaktflächen
haben den Vorteil, dass beim Gebrauch der Messeinrichtung die Anlagerung
von Wasser zwischen der Pflanzenprobe und den Kontaktflächen vermindert
oder unterbunden wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
der Sensor-Klemmblock mit einem Kanal zur Aufnahme von Verbindungsleitungen
hergestellt. Der Kanal verläuft in Richtung der zwischen
den Klemmblöcken ausgeübten Klemmkraft, d. h.
entlang einer Bezugsachse (z-Achse) zwischen dem Sensor-Klemmblock
und dem Gegen-Klemmblock. Vorteilhafterweise wird die herkömmliche
radiale Leitungsführung durch eine axiale Leitungsführung
ersetzt. Damit wird eine ungleichmäßige Verbiegung
oder Verspannung des Sensor-Klemmblocks und die Erzeugung von Signalartefakten
vermieden.
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Des
Weiteren kann es von Vorteil sein, wenn der Sensor derart in die
Ausnehmung des Sensor-Klemmblocks eingeklebt wird, dass die aktive Sensorfläche
des Sensors axialsymmetrisch zu der Bezugsachse zwischen dem Sensor-Klemmblock und
dem Gegen-Klemmblock angeordnet ist. In diesem Fall werden unerwünschte
Verbiegungen oder Verspannungen am Sensor und die Erzeugung von Signalartefakten
noch besser unterdrückt.
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Die
Kontaktscheibe kann gemäß einer weiteren vorteilhaften
Gestaltung der Erfindung einen vorbestimmten inneren Ausgangsdruck
(innere mechanische Spannung) aufweisen. In diesem Fall ergeben sich
Vorteile für ein sicheres und zuverlässiges Anklemmen
der Messeinrichtung an der Pflanzenprobe. Die innere mechanische
Spannung kann beim Aushärten der Vergussmasse insbesondere
durch Auswahl der Viskosität und der Aushärtezeit
der Vergussmasse eingestellt werden.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter
Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1:
eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform
der erfindungsgemäß hergestellten Messeinrichtung,
und
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2:
eine vergrößerte Detaildarstellung einer Ausführungsform
der erfindungsgemäß hergestellten Messeinrichtung.
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Die
erfindungsgemäße Herstellung einer Messeinrichtung
wird im Folgenden unter beispielhaftem Bezug auf eine Mess-Sonde
beschrieben, die für eine Kraftmessung an einem Blatt einer
Pflanze vorgesehen ist und insbesondere Klemmblöcke mit ebenen
Kontaktflächen aufweist. Die Erfindung ist nicht auf diese
Anwendung beschränkt, sondern entsprechend für
eine Druckmessung an einem anderen Teil einer Pflanze, z. B. einem
Stengel oder einer Frucht konfiguriert. Des Weiteren wird beispielhaft auf
eine Messeinrichtung Bezug genommen, deren Klemmeinrichtung Kraftelemente
aufweist, die durch eine magnetische Anziehungskraft auf die Klemmblöcke
einwirken. Mindestens eines der Kraftelemente weist einen Magneten
auf. Die Kraftelemente sind z. B. mit einem veränderlichen,
gezielt einstellbaren Abstand angeordnet. Die Erfindung ist nicht
auf diese Anordnung beschränkt, sondern entsprechend mit anderen
Anordnungen der Kraftelemente, z. B. mit einem festen Abstand umsetzbar.
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Die
erfindungsgemäß hergestellte Messeinrichtung 100 umfasst
gemäß 1 die Klemmeinrichtung 10 und
die Sensoreinrichtung 20, die in ein Teil der Klemmeinrichtung 10 integriert
ist. Die Sensoreinrichtung 20 kann über Verbindungsleitungen und/oder
eine drahtlose Verbindung mit einer Auswertungseinrichtung (Steuereinheit)
verbunden sein, wie es an sich von herkömmlichen Messeinrichtungen
von Bewässerungsanlagen bekannt und hier im Einzelnen nicht
dargestellt ist. Die Klemmeinrichtung 10 umfasst zwei getrennte,
axialsymmetrisch gebildete Komponenten, die jeweils einen Sensor-Klemmblock 11 und
einen Gegen-Klemmblock 12 und ein Sensor-Kraftelement 13 oder
Gegen-Kraftelement 14 aufweisen und zueinander gegenüberliegend
ausgerichtet auf entgegengesetzten Oberflächen der Pflanzenprobe 1 (Blatt
1) positionierbar sind. Die genannten Komponenten sind in der axialen
Bezugsrichtung (Bezugsachse, z-Achse, siehe Doppelpfeil in 1) senkrecht
zur Blattoberfläche zueinander benachbart angeordnet.
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Der
Sensor-Klemmblock 11 besteht aus einer nicht-magnetischen
Platte, die auf der zum Blatt 1 weisenden Vorderseite eine ebene,
z. B. kreisförmige oder echteckige Kontaktfläche 11.1 aufweist,
in welcher die Sensoreinrichtung 20 freiliegt. Der Sensor-Klemmblock 11 bildet
ein Gehäuse für die Sensoreinrichtung 20,
die einen Sensor 21 und eine Kontaktscheibe 22 umfasst.
Der Sensor 21 ist ein Kraft- oder Drucksensor-Chip, z.
B. vom Hersteller Raumedic AG, Deutschland, oder vom Hersteller
Keller AG, Schweiz. Der Sensor 21 ist mittig (1)
oder außermittig (2) im Sensor-Klemmblock 11 angeordnet. Die
Ausrichtung des Sensors 21 erfolgt derart, dass eine aktive
Sensorfläche 21.1 des Sensors 21 mittig (zentrisch)
im Sensorgehäuse, das durch den Sensor-Klemmblock 11 gebildet
wird, positioniert ist. Die Kontaktscheibe 22 ist mit der
Kontaktfläche 11.1 des Sensor-Klemmblocks 11 fluchtend
angeordnet. Einzelheiten der erfindungsgemäßen
Montage der Sensoreinrichtung 20 im Sensor-Klemmblock 11 sind
unten unter Bezug auf 2 beschrieben.
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Der
Sensor-Klemmblock 11 enthält auf seiner Vorderseite
eine Ausnehmung 11.2, in der die Sensoreinrichtung 20 angeordnet
ist, und einen Kanal 11.3, durch den Verbindungsleitungen 28 der Sensoreinrichtung 20 geführt
sind. Die Ausnehmung 11.2, und der Kanal 11.3 sind
vorzugsweise axialsymmetrisch in der Mitte des Sensor-Klemmblocks 11 angeordnet.
Der Körper des Sensor-Klemmblocks 11 besteht z.
B. aus Aluminium, Nickel, Edelstahl oder einem Kunststoff mit einer
Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm, z. B. 2,5 mm, und einer Lateraldimension
(z. B. Durchmesser) im Bereich von 5 mm bis 20 mm, z. B. 10 mm.
Die Ausnehmung 11.2 hat z. B. eine Tiefe im Bereich von
0,3 mm bis 1,5 mm, z. B. 0,6 mm und Lateraldimensionen (z. B. Durchmesser) im
Bereich von 2 mm bis 40 mm, z. B. von rd. 4 × 2,5 mm, während
der Kanal 11.3 einen Durchmesser im Bereich von 0,4 mm
bis 2 mm, z. B. 0,8 mm aufweist.
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Mit
der entgegengesetzten Rückseite des Sensor-Klemmblocks 11 ist
das Sensor-Kraftelement 13 verbunden. Der Sensor-Klemmblock 11 und
das Sensor-Kraftelement 13 werden vorzugsweise miteinander
fest verbunden, z. B. verklebt. Das Sensor-Kraftelement 13 ist
ein Ringmagnet mit einer zentralen Öffnung, durch welche
die Verbindungsleitungen 28 der Sensoreinrichtung 20 geführt
sind. Der Ringmagnet ist z. B. ein NdFeB-Magnet (axial magnetisierter
Toroid) mit einem Durchmesser im Bereich von 5 mm bis 20 mm, z.
B. 10 mm, und einer Dicke im Bereich von 2 mm bis 10 mm, z. B. 5
mm.
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Der
Gegen-Klemmblock 12 besteht aus einer nicht-magnetischen
Platte, die auf der zum Blatt 1 weisenden Vorderseite eine ebene,
z. B. kreisförmige oder echteckige Kontaktfläche 12.1 aufweist
und auf der entgegengesetzten Rückseite mit einem Führungsstab 15 ausgestattet
ist. Die Platte besteht z. B. aus Aluminium mit einer Dicke im Bereich
von 0,5 mm bis 10 mm, z. B. 2,5 mm und einer Lateraldimension (z.
B. Durchmesser) im Bereich von 5 mm bis 20 mm, z. B. von 10 mm.
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Der
in der axialen Bezugsrichtung verlaufende, d. h. senkrecht zur Kontaktfläche 12.1 des
Gegen-Klemmblocks 12 angeordnete Führungsstab 15 weist
ein Außengewinde 15.1 auf, das der Einstellung
der Position des Gegen-Kraftelements 14 und der Verbindung
mit dem Gegen-Klemmblock 12 dient. Der Führungsstab 15 besteht
z. B. aus Aluminium mit einem Durchmesser im Bereich von 2 mm bis
10 mm, z. B. 4 mm, und einer Länge im Bereich von 7 mm
bis 30 mm, z. B. 15 mm.
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Das
Gegen-Kraftelement 14 ist ein Ringmagnet mit einer zentralen Öffnung,
die mit einem Innengewinde 14.1 ausgestattet ist. Das Innengewinde 14.1 ist
z. B. unmittelbar im Material des Ringmagneten oder in einer Hülse
(nicht dargestellt), die in der zentralen Öffnung des Ringmagneten
angeordnet ist, und passend zu dem Außengewinde 15.1 des
Führungsstabs 15 gebildet. Der Ringmagnet ist
z. B. ein NdFeB-Magnet (axial magnetisierter Toroid) mit einem Durchmesser
im Bereich von 5 mm bis 20 mm, z. B. 10 mm, und einer Dicke im Bereich
von 2 mm bis 10 mm, z. B. 5 mm.
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Die
Kontaktfläche 11.1 des Sensor-Klemmblocks 11 hat
vorzugsweise die gleiche Form und Größe wie die
Kontaktfläche 12.1des Gegen-Klemmblocks 12.
Die Kontaktflächen 11.1, 12.1 sind größer
als die frei liegende Oberfläche der Sensoreinrichtung 20,
so dass eine Abdeckung der aktiven Sensorfläche 21.1 gewährleistet
ist.
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Die
Kontaktflächen 11.1, 12.1 der Klemmblöcke 11, 12 sind,
insbesondere für eine Messung an einem Blatt, typischerweise
eben. Für eine Messung an anderen Pflanzenteilen, z. B.
an einem Stengel oder einer Nadel, können die Kontaktflächen 11.1, 12.1 Riefen
oder Ausnehmungen mit Formen, die denen der Pflanzenteile gleich
sind, vorzugsweise im Gegen-Klemmblock 12 aufweisen.
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Die
erfindungsgemäße Montage der Sensoreinrichtung 20 im
Sensor-Klemmblock 11 umfasst ein Einkleben des Sensors 21 in
die Ausnehmung 11.2 des Sensor-Klemmblocks 11 und
ein anschließendes Vergießen. Vorzugsweise wird
eine der folgenden Verfahrensvarianten realisiert, wobei sich Verfahrensvariante
1 als besonders vorteilhaft erwiesen hat. Die Verbindung des Sensor-Klemmblocks 11 mit dem
Sensor-Kraftelement 13 kann vor dem Vergießen
oder nach dem Aushärten der Vergussmasse oder vor dem Einkleben
des Sensors vorgesehen sein.
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Verfahrensvariante 1:
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Zunächst
ist ein Vorbereitungsschritt vorgesehen, bei dem die Ausnehmung 11.2 entgratet
und gereinigt (z. B. mit Reinigungsbenzin) wird. Anschließend
werden die Verbindungsleitungen 28 des Sensors 21 durch
den Kanal 11.3 gezogen und der Sensor 21 in der
Ausnehmung 11.2 positioniert. Die Positionierung erfolgt
mit einem Halterungsteil, z. B. Klemmvorrichtung mit Haltefeder,
wobei eine Planlage des Sensors 21 relativ zum Boden der
Ausnehmung 11.2 realisiert wird.
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Anschließend
ist ein Klebeschritt vorgesehen, bei dem der Sensor 21 in
der Ausnehmung 11.2 festgeklebt wird. Es wird eine Klebeverbindung 23 (Klebeschicht)
mit Klebstoff, wie z. B. Cyanacrylklebstoff, Epoxidharzklebstoff
gebildet. Bei der Aushärtung kann eine Strahlungseinwirkung
(z. B. UV-Licht, Wärme) vorgesehen sein, wobei eine Abschattung von
Teilen der Klebeverbindung 23 vermieden wird.
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Erfindungsgemäß kann
vorgesehen sein, den Klebeschritt in zwei Teilschritten auszuführen, um
bei UV-härtenden Klebstoffen eventuell auftretende nachteilige
Wirkungen von Abschattung durch das Halterungsteil, z. B. die Klemmfeder
zu vermeiden.
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Danach
wird die Ausnehmung 11.2 mit dem festgeklebten Sensor 21 einer
Zwischenbehandlung unterzogen. Die Zwischenbehandlung umfasst eine Behandlung
der Ausnehmung 11.2 mit dem Sensor 21 mit einem
Haftvermittler, z. B. Wacker-Grundierung, oder Universal Adhesive
für Siloxane (Heraeus Kulzer). Des Weiteren wird die Kontaktfläche
des Sensor-Klemmblocks 11 plan abgezogen und mit ölfreier
Druckluft gereinigt. Bei Verwendung eines Klemmblocks mit integriertem
Kraftelement kann in dieser Phase das Kraftelement, z. B. ein Magnet,
in den Klemmblock eingesetzt werden, wenn es nicht schon vorher
eingesetzt wurde.
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Es
folgt ein Gießschritt, bei dem die Kontaktscheibe 22 gebildet
und die Ausnehmung 11.2 aufgefüllt wird. Es wird
eine Vergussmasse, wie z. B. kondensationshärtendes oder
additionshärtendes Silikon oder ein Epoxidharz verwendet.
Die Vergussmasse und deren Aushärtungszeit können
insbesondere so gewählt werden, dass im ausgehärteten
Zustand auf den Sensor 21 ein vorbestimmter Ausgangsdruck
(Vordruck) ausgeübt wird.
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Durch
den Ausgangsdruck kann das Anklemmen der Messeinrichtung erleichtert
werden.
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Die
Vergussmasse wird blasenfrei in die Ausnehmung 11.2 gefüllt
und mit einer Justierplatte 25 (gestrichelt gezeigt), wie
z. B. einer Glasplatte oder eine Kunststoff-Folie abgedeckt. Mit
der Justierplatte wird eine glatte, mit der umgebenden Kontaktfläche fluchtende
Oberfläche der Vergussmasse bzw. nach deren Aushärten
der Kontaktscheibe 22 gebildet. Die Justierplatte wird
für die Dauer des Aushärtens der Vergussmasse
mit einem Magneten, z. B. dem Verbund aus Gegen-Klemmblock 12 und
Gegen-Kraftelement 14 oder einem Zusatzmagneten auf den
Sensor-Klemmblock 11 gepresst.
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Schließlich
folgt nach dem Aushärten oder zumindest nach einer Teilhärtung
eine Nachbearbeitung, bei der überstehende Reste der Vergussmasse und
die Justierplatte mit einem Trennwerkzeug, z. B. einem Messer, entfernt
werden. Nach der Nachbearbeitung kann ggf. noch eine Nachhärtezeit
vorgesehen sein, bevor die Messeinrichtung betriebsfähig
ist.
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Verfahrensvariante 2:
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Es
ist ein Vorbereitungsschritt wie bei Verfahrensvariante 1 vorgesehen,
bei dem zusätzlich der Sensor 21 mit einem Primer-Klebstoff,
wie z. B. Primer Dow-Corning 1204 mit Kleber RTV 3140 beschichtet
wird. Durch die Verwendung des Primer-Klebstoffs kann vorteilhafterweise
auf ein zusätzliches Halterungsteil verzichtet werden.
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Beim
anschließenden Klebeschritt wird eine Klebeschicht 23 mit
Einkomponenten-Silikon gebildet. Die Bohrung unterhalb der aktiven
Sensorfläche des Sensor 21 wird nicht geschlossen.
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Danach
folgt ein Gießschritt wie bei Verfahrensvariante 1. Als
Vergussmasse wird z. B. Silikon (Shore-Härte 30 bis 50)
oder 2-Komponenten-Epoxidharz verwendet. Das Aushärten
erfolgt nach einem Verstreichen von eventuell überstehender
Masse mit einem Streichwerkzeug, wie z. B. einem PTFE-Spatel. Die
Dauer des Aushärtens beträgt z. B. 24 Stunden.
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Der
Gegen-Klemmblock
12 wird hergestellt, indem der Führungsstab
15 auf
der Rückseite des Gegen-Klemmblock
12 befestigt,
z. B. eingeschraubt wird. Anschließend wird das Gegen-Kraftelement
14 auf
den Führungsstab
15 aufgeschraubt. Durch ein Drehen
des Gegen-Kraftelements
14 kann dieses entlang des Führungsstabes
15 verstellt
werden. Damit kann der Abstand des Gegen-Kraftelements
14 vom
Gegen-Klemmblock
12 bzw. (im zusammengesetzten Zustand
der Messeinrichtung
100) vom Sensor-Kraftelement
13 eingestellt
werden. Da die magnetische Wechselwirkung zwischen den Kraftelementen
13,
14 von
deren gegenseitigen Abstand abhängt, ergibt sich somit
durch das Drehen des Gegen-Kraftelements
14 eine gezielte
Einstellung des Klemmdruckes der Klemmeinrichtung
10. Der
Abstand wird in Abhängigkeit von den konkreten Anwendungsbedingungen,
insbesondere von der magnetischen Stärke der Kraftelemente
13,
14 und
dem gewünschten Klemmdruck, z. B. im Bereich von 0,1 mm
bis 1 cm eingestellt. Dies kann bei Bedarf von einem Nutzer der
Messeinrichtung durch eine einfache Testreihe realisiert werden.
Der Klemmdruck wird vorzugsweise so gewählt, wie dies in
PCT/EP/2008/000424 (unveröffentlicht
am Anmeldetag der vorliegenden Patentanmeldung) beschrieben ist.
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Vorteilhafterweise
kann unmittelbar nach dem Positionieren der Klemmeinrichtung an
einem Blatt 1 die Messung von Druckresponsesignalen mit der Sensoreinrichtung
20 beginnen.
Die Messung und Auswertung der Druckresponsesignale ist an sich bekannt
und wird daher hier im Einzelnen nicht beschrieben. Die Messung
erfolgt vorzugsweise mit dem Verfahren, das in
PCT/EP/2008/000424 (unveröffentlicht
am Anmeldetag der vorliegenden Patentanmeldung) beschrieben ist.
Diese Patentanmeldung wird hiermit, insbesondere hinsichtlich der Merkmale
der Wahl des Klemmdrucks und der Messung und Auswertung der Druckresponsesignale durch
Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung einbezogen.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln
als auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung
in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 2008/000424 [0002, 0046, 0047]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - M. Westhoff
et al. wird in „Plant Biology”, online-Publikation doi:10.1111/j.1438–8677.2008.00170.x [0003]
