DE102016122272A1

DE102016122272A1 - Sensorfadengebilde

Info

Publication number: DE102016122272A1
Application number: DE102016122272.0A
Authority: DE
Inventors: Heiko KOCHMANN
Original assignee: Amann and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Amann and Soehne GmbH and Co KG
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2018-05-24
Also published as: DE112017005836A5; WO2018091620A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorfadengebilde zur Feuchtigkeitserfassung in einem ausgedehnten Objektbereich, mit einem elektrisch leitfähigen inneren Elektrodenfaden (12), einem den inneren Elektrodenfaden (12) umhüllenden Innenmantel (14), einem außerhalb des Innenmantels (14) längs des inneren Elektrodenfadens (12) verlaufenden, elektrisch leitfähigen äußeren Elektrodenfaden (16) und einem den Innenmantel (14) und den äußeren Elektrodenfaden (16) gemeinsam umhüllenden, feuchtigkeitsdurchlässigen Außenmantel (18), wobei der elektrische Widerstand oder die elektrische Kapazität zwischen den Elektrodenfäden (12,16) durch Feuchtigkeitseinfluss auf den Innenmantel (14) veränderlich ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorfadengebilde zur Feuchtigkeitserfassung in einem ausgedehnten Objektbereich. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schaltungsanordnung zur Feuchtemessung mit einem Sensorfadengebilde.
In der DE 10342787 A1 wird die Verwendung eines elektrisch leitfähigen Garns als Feuchtesensor erwähnt. Dort wird vorgeschlagen, dass das Garn einen elastischen Kernfaden, zumindest einen um den Kernfaden gewundenen elektrisch leitfähigen Faden und zumindest einen um den Kernfaden gewundenen Umwindefaden umfassen soll. Das Augenmerk liegt darauf, die Dehnbarkeit des elektrisch leitenden Verbundgarns durch den Umwindefaden zu begrenzen. Einzelheiten zu dem Aufbau des nur beiläufig erwähnten Feuchtesensors werden nicht offenbart.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten textilen Sensoren zu verbessern und eine lineare Sensorstruktur anzugeben, die sich auch in einem schwer zugänglichen oder ausgedehnten Objektbereich unproblematisch verlegen lässt, dabei unempfindlich gegen Beschädigungen ist und eine einfache Erfassung von Feuchtigkeit bzw. Wasserzutritt zu dem Gebilde erlaubt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 bzw. 12 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht davon aus, zwei verwindungsfrei verlaufende Linearelektroden durch besondere Umhüllungen als Feuchtesensor auszubilden. Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Sensorfadengebilde einen elektrisch leitfähigen inneren Elektrodenfaden, einen den inneren Elektrodenfaden elektrisch isolierend umhüllenden Innenmantel, einen außerhalb des Innenmantels längs des inneren Elektrodenfadens verlaufenden, elektrisch leitfähigen äußeren Elektrodenfaden und einen den Innenmantel und den äußeren Elektrodenfaden gemeinsam umhüllenden, feuchtigkeitsdurchlässigen Außenmantel aufweist, wobei der elektrische Widerstand oder die elektrische Kapazität zwischen den Elektrodenfäden durch Feuchtigkeitseinfluss auf den Innenmantel veränderlich ist. Durch den Innenmantel kann also die Sensitivität geeignet beeinflusst werden, während der Außenmantel einen Schutz gegen ungewollte Kontamination oder mechanische Beschädigung bietet. Insgesamt wird dabei ein weitgehend richtungsunabhängig biegsames Gebilde definiert, das sich auch um Ecken einfach verlegen lässt. Prinzipiell erlaubt der Aufbau des Gebildes eine unproblematische, quasi endlose Verarbeitung.
Um den Feuchtigkeitsdurchtritt zu erlauben, ist es vorteilhaft, wenn der Innen- und/oder Außenmantel mit einer Vielzahl von feuchtigkeitsdurchlässigen Öffnungen versehen ist.
Solche Öffnungen können insbesondere als Fadenzwischenräume einfach geschaffen und dimensioniert werden, wenn der Innen- und/oder Außenmantel als schlauchförmiges Textilgebilde ausgebildet ist.
Eine weitere Verbesserung in dieser Richtung ergibt sich dadurch, dass der Innen- und/oder Außenmantel als Umflechtung, Umspinnung, oder Umwindung aus einem elektrisch nicht leitfähigen Fadenmaterial gebildet ist.
Um die gewünschten Sensoreigenschaften zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn der Innen- und/oder Außenmantel aus Synthesefasern, Naturfasern, mineralischen oder anorganischen Fasern, oder Mischungen davon gebildet ist.
Um die Sensitivität in gewünschter Weise zu beeinflussen, ist es vorteilhaft, wenn der Innenmantel aus einem Feuchtigkeit aufnehmenden Material besteht.
Hinsichtlich der gewünschten Flexibilität und elektrischen Eigenschaften ist es günstig, wenn die Elektrodenfäden ausgewählt sind aus der Gruppe Draht oder Litze aus Metall, insbesondere aus Messing oder Kupfer; Kohlefaser; metallbeschichtetes Mono- oder Multifilament.
Vorteilhafterweise verlaufen die Elektrodenfäden ohne gegenseitige Verwindung nebeneinander, so dass mit geringem Materialeinsatz über die Länge gleichbleibende Eigenschaften erzielt werden.
Zur Einstellung einer gewünschten Steifigkeit ist es auch möglich, dass neben dem inneren Elektrodenfaden ein zusätzlicher Kernfaden verläuft.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass der Außenmantel ringsum mit einer selbstklebenden Klebestruktur versehen ist. Dadurch wird die vorgesehene Positionierung in einem Objektbereich erheblich vereinfacht und zuverlässig sichergestellt.
In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn die selbstklebende Klebestruktur aus einem Haftkleber vorzugsweise auf Acrylatbasis besteht. Es versteht sich, dass die Klebestruktur den Feuchtigkeitsdurchtritt möglichst ungehindert erlauben sollte, indem beispielsweise nur das Fadenmaterial des Außenmantels klebend beschichtet ist.
Um den Anschluss eines Messgeräts zu vereinfachen, ist es günstig, wenn die Elektrodenfäden an mindestens einem ihrer Enden eine aus dem Sensorgebilde herausgeführte, von außen zugängliche Kontaktstelle aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Schaltungsanordnung zur Feuchtemessung mit einem erfindungsgemäßen Sensorfadengebilde und einer an jeweils einem Ende der Elektrodenfäden angeschlossenen Messeinheit für eine Widerstandsmessung oder kapazitive Messung zwischen den Elektrodenfäden. Hiermit lassen sich die vorstehend aufgeführten Vorteile gleichermaßen erreichen.
Um ein Feuchtemonitoring durchzuführen, ist es vorteilhaft, wenn eine mit einem Signal der Messeinheit beaufschlagte Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, aus einer Signaländerung oder Signalhöhe das Vorhandensein von Feuchtigkeit zu ermitteln.
Eine einfache Kontrollfunktion lässt sich dadurch realisieren, dass eine Prüfeinheit zur Funktionsüberprüfung der Elektrodenfäden an deren beiden Enden für eine Messung des jeweiligen Durchgangswiderstands angeschlossen ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 Schaltungsanordnung zur Feuchtemessung mit einem Sensorfadengebilde in einer teils abgebrochen-perspektivischen, teils schematischen Ansicht;
2 ein Schaltschema der Schaltungsanordnung.

Das in der Zeichnung dargestellte sensorische Fadengebilde 10 umfasst einen linear langgestreckten, elektrisch leitfähigen inneren Elektrodenfaden 12, einen den inneren Elektrodenfaden 12 elektrisch isolierend umhüllenden Innenmantel 14, einem außerhalb des Innenmantels 14 verwindungsfrei neben dem inneren Elektrodenfaden 12 verlaufenden, elektrisch leitfähigen äußeren Elektrodenfaden 16 und einen den Innenmantel 14 und den äußeren Elektrodenfaden 16 gemeinsam umhüllenden, feuchtigkeitsdurchlässigen Außenmantel 18. Dieses Fadengebilde 10 zeichnet sich dadurch aus, dass der elektrische Widerstand bzw. die elektrische Kapazität zwischen den Elektrodenfäden 12, 16 durch Feuchtigkeitseinfluss auf den Innenmantel 14 veränderlich ist.
Zur Feuchteerfassung ist das Fadengebilde 10 einendig über Kontaktstellen 20, 22 an seinen Elektrodenfäden 12, 16 an eine Messeinheit 24 für eine Widerstands- oder Kapazitätsmessung anschließbar, wobei eine mit einem Signal der Messeinheit 24 beaufschlagte Auswerteeinheit 26 dazu eingerichtet ist, aus einer Signaländerung oder Signalhöhe das Vorhandensein von Feuchtigkeit zumindest qualitativ zu ermitteln. Dabei kann das linear langgestreckte Fadengebilde 10 in einem schwer zugänglichen und/oder ausgedehnten Objektbereich 28, beispielsweise in einem Hohlraum oder einem Bauwerk verlegt werden, um ein Feuchtemonitoring beispielsweise für eine Dichtheitskontrolle oder Überprüfung des Trocknungszustandes vorzunehmen.
Um die Positionierung des Sensorgebildes 10 bei dessen Verlegung zu vereinfachen, kann der Außenmantel 18 mit einer selbstklebenden Klebestruktur 30 versehen werden. Diese Klebestruktur 30 kann als Beschichtung aus einem Haftkleber zweckmäßig auf Acrylatbasis bestehen.
Unter Erhaltung einer gewünschten Biegsamkeit können die Elektrodenfäden 12 16 aus einem Metalldraht insbesondere aus Messing gebildet sein.
Die Feuchtigkeitserfassung in dem Fadengebilde 10 wird dadurch ermöglicht, dass der Innen- und Außenmantel 14, 18 mit einer Vielzahl von feuchtigkeitsdurchlässigen Öffnungen 32 versehen sind. Diese werden als Fadenzwischenräume dadurch geschaffen, dass der Innen- und Außenmantel 14, 18 als Textilschlauch 34 ausgebildet sind. In dem gezeigten Beispiel ist hierfür eine Umflechtung aus einem elektrisch nicht leitfähigen Fadenmaterial 36 aus Polyester oder Polyamid vorgesehen. Die Verlegung der Fäden erfolgt nicht rechtwinklig wie beim Weben, sondern unter diagonaler Verkreuzung relativ zur Sensorlängsachse. Dabei kann die Verdichtung der Zwischenräume einfach eingestellt werden.
Während der Außenmantel 18 für die Feuchtigkeit bzw. Wasser einfach durchlässig sein sollte, ist es denkbar, dass der Innenmantel 14 auch Feuchtigkeit aufnimmt und zu diesem Zweck aus einem geeigneten Material, beispielsweise Naturfasern wie Baumwolle besteht.
Durch das Eindringen von Feuchtigkeit in die Zwischenräume 32 des Innenmantels 14 bzw. in dessen Fadenmaterial wird die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Elektrodenfäden 12, 16 erhöht, was durch eine Widerstandsmessung erfassbar ist. Zugleich erhöht sich auch die elektrische Kapazität zwischen den Elektrodenfäden 12, 16. Ursache ist hier die sehr große Dielektrizitätszahl des Wassers im Vergleich zu dem isolierenden Fadenmaterial im trockenen Zustand. Auch durch Messung der Kapazität lässt sich der Feuchtigkeitsgehalt des Innenmantels 14 einfach bestimmen.
2 zeigt einen Abschnitt des Fadengebildes 10 in einem schematischen Querschnitt mit einer zur Widerstands- bzw. Kapazitätsmessung geeigneten Messeinheit 24. Um eine Funktionsüberprüfung der Elektrodenfäden 12, 16 beispielsweise auf Bruch zu ermöglichen, kann ein Prüfgerät 24' an den jeweiligen Fadenenden für eine elektrische Durchgangsprüfung angeschlossen werden.
Je nach Anwendung lässt sich das Fadengebilde 10 geeignet einstellen. Die Flexibilität ist vor allem durch die Steifigkeit der Elektrodenfäden 12, 16 beeinflussbar. Zu diesem Zweck kann auch eine flexible Seele in Form eines Kernfadens, der parallel zum inneren Elektrodenfaden 12 läuft, eingestellt werden. Materialien für diese zusätzliche Seele sind vorzugsweise Monofilamente aus Synthesefasern.
Um die Sensitivität anzupassen, kann die Schichtdicke und das Fadenmaterial des Innenmantels 14 zweckmäßig ausgewählt werden. Das Ansprechverhalten lässt sich dadurch verbessern, dass die Kapillarwirkung des Innenmantels 14 erhöht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10342787 A1 [0002]

Claims

Sensorfadengebilde zur Feuchtigkeitserfassung in einem ausgedehnten Objektbereich, mit einem linear verlaufenden, elektrisch leitfähigen inneren Elektrodenfaden (12), einem den inneren Elektrodenfaden (12) umhüllenden Innenmantel (14), einem außerhalb des Innenmantels (14) längs des inneren Elektrodenfadens (12) verlaufenden, elektrisch leitfähigen äußeren Elektrodenfaden (16) und einem den Innenmantel (14) und den äußeren Elektrodenfaden (16) gemeinsam umhüllenden, feuchtigkeitsdurchlässigen Außenmantel (18), wobei der elektrische Widerstand oder die elektrische Kapazität zwischen den Elektrodenfäden (12,16) durch Feuchtigkeitseinfluss auf den Innenmantel (14) veränderlich ist.
Sensorfadengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innen- und/oder Außenmantel (14,18) mit einer Vielzahl von feuchtigkeitsdurchlässigen Öffnungen versehen ist.
Sensorfadengebilde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innen- und/oder Außenmantel (14,18) als schlauchförmiges Textilgebilde ausgebildet ist.
Sensorfadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innen- und/oder Außenmantel (14,18) als Umflechtung, Umspinnung, oder Umwindung aus einem elektrisch nicht leitfähigen Fadenmaterial gebildet ist.
Sensorfadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innen- und/oder Außenmantel (14,18) aus Synthesefasern, Naturfasern, mineralischen oder anorganischen Fasern, oder Mischungen davon gebildet ist.
Sensorfadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel (14) aus einem Feuchtigkeit aufnehmenden Material besteht.
Sensorfadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenfäden (12,16) ausgewählt sind aus der Gruppe Draht oder Litze aus Metall, insbesondere aus Messing oder Kupfer; Kohlefaser; metallbeschichtetes Mono- oder Multifilament.
Sensorfadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenfäden (12,16) ohne gegenseitige Verwindung nebeneinander verlaufen.
Sensorfadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem inneren Elektrodenfaden (12) ein zusätzlicher Kernfaden zur Einstellung einer gewünschten Steifigkeit vorgesehen ist.
Sensorfadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (18) ringsum mit einer selbstklebenden Klebestruktur (30) versehen ist.
Sensorfadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die selbstklebende Klebestruktur (30) aus einem Haftkleber vorzugsweise auf Acrylatbasis besteht.
Sensorfadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenfäden (12,16) an mindestens einem ihrer Enden eine von außen zugängliche Kontaktstelle zum Anschluss einer Messeinheit (24) aufweisen.
Schaltungsanordnung zur Feuchtemessung mit einem Sensorfadengebilde (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer an jeweils einem Ende der Elektrodenfäden (12,16) angeschlossenen Messeinheit (24) für eine Widerstandsmessung oder kapazitive Messung zwischen den Elektrodenfäden (12,16).
Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine mit einem Signal der Messeinheit (24) beaufschlagte Auswerteeinheit (26), die dazu eingerichtet ist, aus einer Signaländerung oder Signalhöhe das Vorhandensein von Feuchtigkeit zu ermitteln.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prüfeinheit (24') zur Funktionsüberprüfung der Elektrodenfäden (12,16) an deren beiden Enden für eine Messung des jeweiligen Durchgangswiderstands angeschlossen ist.