DE102020119867A1

DE102020119867A1 - Detektion von eintretenden Zustandsänderungen

Info

Publication number: DE102020119867A1
Application number: DE102020119867.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Mittermeier; Ralf Sauer; Markus Schmidtchen; Manuel Seibold
Original assignee: Mvi Group Automotive GmbH; Karl Woerwag Lack und Farbenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Mvi Group Automotive De GmbH; PPG Industries Ohio Inc
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2022-02-03
Also published as: WO2022023176A1

Abstract

Bei einem System zur Detektion von eintretenden Zustandsänderungen, insbesondere von Schäden, an oder unter einer Oberfläche eines Bauteils (1), umfasst das Bauteil einen Grundkörper (10) und der Grundkörper des Bauteils weist mindestens eine Fläche auf, die mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung (11; 21) überzogen ist. Das System ist durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet:• Die Beschichtung (11; 21) oder zumindest eine Lage der Beschichtung (11; 21) oder der Grundkörper (10) ist als Sensorelement, insbesondere als Sensorschicht (12; 22), ausgebildet, und• das System umfasst mindestens zwei metallische Kontakte (13) zum Einbinden des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht (12; 22), in einen elektrischen Stromkreis, und• die metallischen Kontakte (13) stehen in unmittelbarem Kontakt mit dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht (12; 22), und sind voneinander beabstandet, und• das System umfasst ein Mittel zur Detektion einer Änderung des elektrischen Widerstands des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht (12; 22), zwischen den mindestens zwei metallischen Kontakten (13).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Detektion von eintretenden Zustandsänderungen, insbesondere von Schäden, an oder unter einer Oberfläche eines Bauteils, ein flächiges Substrat zum Aufbringen einer Sensorschicht auf einen Grundkörper eines Bauteils, ein Bauteil, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Detektion von eintretenden Zustandsänderungen an oder unter einer Oberfläche eines Bauteils.
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Im täglichen Gebrauch eines Kraftfahrzeugs treten immer wieder Schäden an der Außenhülle bzw. an der Karosserie des Fahrzeugs auf. So kann es beispielsweise zu Kratzern im Lack, zu Dellen oder anderweitigen Beschädigungen kommen. Auch an den Oberflächen von beispielsweise Flugzeugen, Schiffen, Gebäuden, Brücken oder anderem kann es zu Schäden, beispielsweise zu Rissen, kommen. Gröbere Schäden können in der Regel durch Inaugenscheinnahme festgestellt und, sofern erforderlich, behoben werden. Allgemein ist eine visuelle Überwachung und Schadensprotokollierung aber aufwändig und zum Teil, beispielsweise bei Mikrorissen, kaum möglich.
Die Feststellung und Protokollierung von Schäden an Fahrzeugaußenhüllen ist nicht nur für den jeweiligen Fahrzeugnutzer von Interesse, von besonderer Bedeutung ist dies vor allem für Fahrzeugflottenbetreiber, Mietwagenfirmen sowie für Leasinggeber. Im Allgemeinen wird der aktuelle Zustand der Fahrzeugaußenhülle nicht regelmäßig ermittelt sondern nach Bedarf, beispielsweise bei einer Fahrzeugübergabe oder im Rahmen einer Inspektion. Die hierfür erforderliche visuelle Bewertung, Dokumentation und Protokollierung ist personal-, kosten- und zeitintensiv, gleichermaßen aber unvermeidlich, da es bereits aus versicherungstechnischen Gründen häufig zwingend erforderlich ist, Schäden dem jeweiligen Fahrzeugführer zuzuordnen.
Es sind bereits Ansätze bekannt, eine Detektion von Verschleißschäden mit elektronischer Unterstützung zu realisieren. So ist beispielsweise aus der DE 10 2017 131 188 A1 ein Verfahren zur Erfassung von Korrosionsschäden an großen Stahlkonstruktionen oder auch an Fahrzeugen bekannt. Hierbei weist eine Objektoberfläche zumindest eine Schichtanordnung auf, die zumindest eine der Objektoberfläche zugewandte erste Isolierschicht aus elektrisch isolierendem Material und eine Leiterschicht, welche sich auf der von der Objektoberfläche abgewandten Seite der ersten Isolierschicht befindet, umfasst. Eine zweite Isolierschicht aus elektrisch isolierendem Material befindet sich auf der von der ersten Isolierschicht abgewandten Seite der Leiterschicht. Es wird zumindest zeitweise eine Spannungzwischen der Objektoberfläche und der Leiterschicht angelegt. Das Auftreten eines Stroms zwischen der Objektoberfläche und der Leiterschicht wird geprüft. Bei einem Auftreten eines solchen Stroms wird auf eine räumliche Lage einer Durchbruchstelle der ersten Schutzschicht zwischen der Objektoberfläche und der Leiterschicht rückgeschlossen.
Aus der DE 10 2006 043 781 A1 ist es bekannt, bei einem Bauteil aus einem elektrisch isolierendem Material eine als Leiter ausgeführte Erfassungsstruktur für mechanische Beschädigungen, insbesondere für Risse, vorzusehen. Die Erfassungsstruktur weist einen mit dem Bauteil fest verbundenen elektrischen Leiter auf. Der elektrische Leiter wird dabei durch sich einander berührende Partikel, die eine metallische Oberfläche aufweisen, gebildet. Die Berührungspunkte der Partikel bilden Solltrennstellen, die sehr sensibel bei einer Beschädigung des Bauteils reagieren. Ein Riss, der quer zu dem elektrischen Leiter verläuft, resultiert in einer detektierbaren, signifikanten Veränderung der elektrischen Eigenschaften des elektrischen Leiters.
Mit derartigen Ansätzen können verhältnismäßig massive Schäden an den Oberflächen von Bauteilen festgestellt werden, insbesondere tief in das Bauteil wirkende Risse. Kleinere Schäden, beispielsweise oberflächliche Kratzer oder Ähnliches, sind mit derartigen Maßnahmen nicht oder zumindest nicht zuverlässig detektierbar.
AUFGABE UND LÖSUNG
Demgegenüber stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, das eine Detektion von eintretenden Zustandsänderungen erlaubt, wobei diese Zustandsänderungen nicht zwangsläufig mit massiven Schäden einhergehen müssen, sondern sich beispielsweise als kleine Schäden, beispielsweise Kratzer in einer Oberfläche oder als dauerhafte oder vorübergehende Verformungen, beispielsweise Beulen oder Dellen oder Risse in einer Fahrzeugkarosserie, darstellen können. Das System und das Verfahren sollen eine derartige Detektion von eintretenden Zustandsänderungen, beispielsweise in Form einer Schadensüberwachung, mit wenig Aufwand realisieren, so dass sich ein derartiges System und ein derartiges Verfahren für verschiedene und vielfältige Anwendungen, beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich, eignen.
Diese Aufgabe wird durch ein System zur Detektion von eintretenden Zustandsänderungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Systems ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen. Weiterhin wird diese Aufgabe durch ein flächiges Substrat zum Aufbringen einer Sensorschicht auf einen Grundkörper eines Bauteils sowie durch ein Bauteil, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Detektion von eintretenden Zustandsänderungen gemäß den weiteren nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen im Hinblick auf diese Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den von diesen Ansprüchen abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße System dient zur Detektion von eintretenden Zustandsänderungen, insbesondere von Schäden, an oder unter einer Oberfläche eines Bauteils. Dieses Bauteil zeichnet sich durch die folgenden Merkmale aus:

a. Das Bauteil umfasst einen Grundkörper, und
b. der Grundkörper des Bauteils weist mindestens eine Fläche auf, die vorzugsweise mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung überzogen ist.

Bei einem erfindungsgemäßen System sind stets die folgenden Merkmale realisiert:

c. Die Beschichtung oder zumindest eine Lage der Beschichtung oder der Grundkörper ist als Sensorelement, insbesondere als Sensorschicht, ausgebildet,
d. das System umfasst mindestens zwei metallische Kontakte zum Einbinden des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, in einen elektrischen Stromkreis,
e. die metallischen Kontakte stehen in unmittelbarem Kontakt mit dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht, und sind voneinander beabstandet, und
f. das System umfasst ein Mittel zur Detektion einer Änderung des elektrischen Widerstands des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, zwischen den mindestens zwei metallischen Kontakten.

Besonders bevorzugt ist das Sensorelement, insbesondere die Sensorschicht, aus einem Material gebildet, das einen spezifischen elektrischen Widerstand ρ > 1*10¹ Ω*mm^2*m^-1, insbesondere in einem Bereich von 1*10¹ bis 5*10⁸ Ω*mm^2*m^-1, aufweist. Das Sensorelement, insbesondere die Sensorschicht, des erfindungsgemäßen Systems weist also bevorzugt einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand als ein Metall auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Detektion von verhältnismäßig geringen Änderungen des elektrischen Widerstands des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, die auch bereits bei vergleichsweise gering eingreifenden Zustandsänderungen an der Oberfläche des Bauteils auftreten können. So konnten die Erfinder nachweisen, dass bereits leichte Kratzer an der Oberfläche eines Bauteils zu einer detektierbaren Änderung des elektrischen Widerstands in dem Sensorelement, insbesondere in der Sensorschicht, führen. Bei einem Überschreiten der Obergrenze des angegebenen Bereichs für den spezifischen elektrischen Widerstand des Materials des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, besteht allerdings die Gefahr, dass der resultierende elektrische Widerstand in dem Sensorelement, insbesondere in der Sensorschicht, so groß wird, dass die mit einer Zustandsänderung an oder unter der Oberfläche einhergehende Änderung des elektrischen Widerstands nicht mehr mit ausreichender Auflösung detektierbar ist. Dies ist gegebenenfalls durch einen Einsatz hochsensibler Messelektronik kompensierbar, was jedoch mit höheren Kosten einhergeht.
Der spezifische elektrische Widerstand des Materials für das Sensorelement, insbesondere für die Sensorschicht, kann in standardisierter Weise durch Messungen des elektrischen Widerstands zwischen Elektroden bestimmt werden. Bei einer definierten Kontaktierung der Elektroden an das Material, einem definierten Abstand der Elektroden und einer vorgegebenen an die Elektroden angelegten elektrischen Spannung lässt sich der spezifische elektrische Widerstand als Materialkonstante ermitteln. Bei der Messung sollte das Material Raumtemperatur aufweisen und die Oberfläche des Materials sollte frei von Staubpartikeln und Fettrückständen sein.
Die Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstands der Materials des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung der DIN-Norm DIN EN 62631-3-2.
Als Elektroden werden bei den Messungen gemäß DIN EN 62631-3-2 für die Zwecke der Erfindung bevorzugt Federzungenelektroden mit einer Länge von 100 mm und einem Elektrodenabstand von 10 mm eingesetzt werden. Für die eigentliche Messung kann beispielsweise ein Multimeter (beispielsweise VOLTCRAFTT™, Conrad Electronic AG, Schweiz) verwendet werden. Als Messbereich für die Messung können beispielsweise 20 kΩ oder 200 kΩ ausgewählt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen System können Zustandsänderungen, beispielsweise Dimensionsänderungen oder Beschädigungen an oder unter der Oberfläche des Bauteils, erfasst werden, indem eine hieraus resultierende messbare Änderung von elektrischen Eigenschaften des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht auf dem Bauteil, detektiert wird. Auf diese Weise kann ein Signal erzeugt werden, welches mit Hilfe verschiedener Algorithmen verarbeitet und ausgewertet werden kann. Insbesondere ist das erfindungsgemäße System dazu in der Lage, kleinere und größere Kratzer in der Oberfläche zu detektieren. Weiterhin ist es auch möglich, Verformungen der Oberfläche auf diese Weise zu detektieren. Auch können beispielsweise Risse an oder unter der Oberfläche eines Bauteils detektiert werden. Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße System eine „Live Detektion“ von Zustandsänderungen. Ein Kratzer kann im Moment seines Entstehend detektiert und über geeignete Kommunikationsmittel gemeldet und/oder protokolliert werden. Die eingangs beschriebene personal-, kosten- und zeitintensive visuelle Bewertung, Dokumentation und Protokollierung kann entfallen.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems zeichnet sich das System durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale a. bis f. aus:

a. Die Beschichtung umfasst mindestens eine Lackschicht, wobei die Lackschicht als Sensorschicht ausgebildet ist.
b. Die Beschichtung umfasst eine mehrlagige Lackschicht, wobei eine Lage der Lackschicht als Sensorschicht ausgebildet ist.
c. Die Beschichtung umfasst eine ein- oder mehrlagige Lackschicht und eine darunter liegende Grundierungsschicht, wobei die Grundierungsschicht als Sensorschicht ausgebildet ist.
d. Die Beschichtung umfasst eine ein- oder mehrlagige Folie und eine darauf aufgebrachte ein- oder mehrlagige Lackschicht, wobei die Lackschicht oder eine Lage der Lackschicht als Sensorschicht ausgebildet ist.
e. Die Beschichtung ist eine ein- oder mehrlagige Folie, wobei die Folie oder eine Lage der Folie als Sensorschicht ausgebildet ist.
f. Die Beschichtung umfasst eine ein- oder mehrlagige Folie und eine darauf aufgebrachte ein- oder mehrlagige Lackschicht, wobei die Folie oder eine Lage der Folie als Sensorschicht ausgebildet ist.

Gemäß den vorstehend genannten Merkmalen a. bis f. kann die Sensorschicht Bestandteil einer ein- oder mehrlagigen Lackschicht sein, wobei die Sensorschicht beispielsweise von einer Lage der Lackschicht oder von einer unter der ein- oder mehrlagigen Lackschicht liegenden Grundierungsschicht (Primerschicht) gebildet sein kann.
Die Lackschicht oder die Lage der Lackschicht kann beispielsweise aus einem Polyurethan- oder Polyester-basierten Bindemittel gebildet sein. Die Folie oder die Lage der Folie kann beispielsweise aus einem Polyolefin oder aus Polyethylenterephthalat bestehen.
Im Allgemeinen ist es vorteilhaft, wenn die Beschichtung, die die Sensorschicht umfasst, mit einer abschließenden Beschichtung, beispielsweise einer Klarlackschicht, versehen ist. Bevorzugt ist diese abschließende Schicht eine elektrisch isolierende Schicht, also keine Sensorschicht. Eine derartige abschließende Schicht sorgt zum einen für einen Schutz der Sensorschicht und gewährleistet zum anderen eine elektrische Isolierung nach außen hin.
Um den spezifischen elektrischen Widerstand einer als Lackschicht / Lage einer Lackschicht oder einer als Folie / Lage einer Folie ausgebildeten Sensorschicht in den oben definierten Bereich zu bewegen, können der Lackschicht / Lage einer Lackschicht oder der Folie / Lage einer Folie geeignete Mengen elektrisch leitfähiger Substanzen zugesetzt werden, beispielsweise Ruß oder Metallpartikel. Analoges gilt auch für die Grundierungsschicht. In diesem Zusammenhang ist daher Folgendes bevorzugt:

a. Die Sensorschicht enthält elektrische Leitfähigkeit vermittelnde Substanzen, insbesondere Rußpartikel und/oder andere Kohlenstoffmodifikationen wie Graphen oder Kohlenstoffnanotubes und/oder Metallpartikel.

Auch das Sensorelement kann die genannten elektrische Leitfähigkeit vermittelnden Substanzen enthalten.
Durch den Zusatz von geeigneten Substanzen, die eine elektrische Leitfähigkeit vermitteln, kann das Material des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, so eingestellt werden, dass es den erforderlichen elektrischen Widerstand aufweist. Variiert werden muss hierbei nur die Menge der Substanzen. Besonders geeignet sind hierfür Rußpartikel, insbesondere sogenannter Leitruß, dessen Verwendung zur Einstellung einer elektrischen Leitfähigkeit für verschiedene Anwendungen bekannt ist. Rußpartikel haben in der Regel gegenüber anderen leitfähigkeitsvermittelnden Substanzen den Vorteil, dass sie sehr kostengünstig zur Verfügung stehen.
Bei den anderen Kohlenstoffpartikeln kann es sich beispielsweise auch um Graphit, Kohlefasern oder CNTs (Kohlenstoffnanoröhren - Kohlenstoffnanotubes) handeln. Bei der Metallpartikeln handelt es sich beispielsweise um Silberpartikel.
In den Ausführungsformen, bei denen die Beschichtung des Bauteils eine ein- oder mehrlagige Lackschicht umfasst, dient das erfindungsgemäße System insbesondere zur Detektionvon Beschädigungen oder allgemeiner Zustandsveränderungen der Lackschicht des Bauteils.
Mit besonderem Vorteil können die ein- oder mehrlagigen Lackschichten mittels einer Folie, die als flexible Trägerschicht einen Schichtverbund mit der oder den Lackschicht(en) bildet, auf den Grundkörper aufgebracht werden, beispielsweise durch Verklebung. Die Lackschichten können samt der Trägerschicht auf dem Bauteil verbleiben. Es ist aber auch möglich, dass die Trägerschicht abgezogen wird, da sie nur als Transfermedium für die Lackschichten dient. In diesem Fall bezeichnet man den verwendeten Schichtverbund umfassend die Folie und die darauf aufgebrachte Lackschicht oder die darauf aufgebrachten Lackschichten auch als Transferlackfolie, da die Folie nur zum Transferieren eines Lackes dient.
Die Verwendung einer Lackfolie bietet verschiedene Vorteile, insbesondere beim Vorgang der Lackierungselbst. Bei der Applikation fallen nämlich keine Lösemittelbelastungen an. Lackfolien können als Bahnmaterial bereitgestellt werden und können bei Bedarf tiefziehbar ausgebildet sein. Eine Beschreibung der Lackfolientechnologie findet sich beispielsweise in der DE 10 2007 040 376 A1 . Zur Aufbringung einer Lackschicht kann der Schichtverbund mit der Lackseite voran auf das zu lackierende Bauteil aufgebracht werden, wobei gegebenenfalls noch eine haftvermittelnde Schicht zwischen dem Bauteil und der Lackschicht erforderlich ist. Nach der Anhaftung der Lackschicht auf der Oberfläche des Bauteils kann die Trägerschicht, also insbesondere die Folie, abgezogen und entfernt werden, wobei die Lackschicht oder die Lackschichten auf dem Werkstück zurückbleiben.
Wenn die Trägerfolie als Trägerschicht für die Lackschicht auf dem Bauteil oder allgemein dem Werkstück verbleiben soll, ist es meist vorgesehen, dass die Trägerfolie eine Schicht zwischen dem Bauteil und der Lackschicht bildet. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Trägerfolie die nach außen weisende Schicht bildet.
In besonders bevorzugter Weise zeichnet sich das erfindungsgemäße System durch das folgende zusätzliche Merkmal aus:

a. Der zwischen den mindestens zwei metallischen Kontakten erfassbare elektrische Widerstand des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, liegt im Bereich von 1 kΩ bis 3 MΩ.

Bekanntlich hängt der elektrische Widerstand eines Leiters von dem spezifischen elektrischen Widerstand p als Materialkonstante sowie der Länge und dem genutzten Querschnitt des jeweiligen Leiters ab. Derzwischen den mindestens zwei metallischen Kontakten erfassbare elektrische Widerstand des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, hängt somit von der Anordnung der mindestens zwei metallischen Kontakte, der Dicke des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, und dem Material, aus dem es oder sie besteht, ab. Je weiter die metallischen Kontakte auseinanderliegen, desto höher ist der elektrische Widerstand. Dies kann beispielsweise durch einen größeren Leiterquerschnitt oder eine höhere spezifische elektrische Leitfähigkeit bzw. einen niedrigeren spezifischen Widerstand ausgeglichen werden. Zweckmäßigerweise werden daher die Dicke des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, und der Abstand der metallischen Kontakte zueinander derart eingestellt, dass zwischen den Kontakten ein Widerstand in dem genannten bevorzugten Bereich gemessen wird. Bei einer Zustandsänderung, beispielsweise einem Kratzer, steigt der Widerstand, ausgehend von diesem Basisbereich, an.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen liegt der erfassbare elektrische Widerstand des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, zwischen den metallischen Kontakten vor einer Zustandsänderung unterhalb von 1 MΩ, besonders bevorzugt unterhalb von 100 kΩ, insbesondere im Bereich von 1 bis 100 kΩ (Grundwiderstand).
Im Allgemeinen ist davon auszugehen, dass sich der Grundwiderstand des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, kontinuierlich in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen, beispielsweise in Abhängigkeit von der Temperatur des Bauteils, ändert. Daher ist das erfindungsgemäße System nicht nur zu Erfassung absoluter Widerstandswerte sondern zur Erfassung von Änderungen des elektrischen Widerstands des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, ausgebildet.
Im Hinblick auf das Mittel zur Detektion der Änderung des elektrischen Widerstands zeichnet sich das erfindungsgemäße System in bevorzugten Ausführungsformen durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale a. und b. aus:

a. Das Mittel zur Detektion der Änderung des elektrischen Widerstandes ist zur indirekten Erfassung der Änderung des elektrischen Widerstandes eingerichtet.
b. Das Mittel zur Detektion der Änderung des elektrischen Widerstands ist zur Erfassung einer mit dem elektrischen Widerstand korrelierenden Größe eingerichtet und zur wiederholten, insbesondere zyklischen, Erfassung dieser Größe vorgesehen.

In bevorzugter Weise sind die vorgenannten Merkmale a. und b. gemeinsam verwirklicht.
Indirekte Messmethoden zur Erfassung einer Änderung des elektrischen Widerstands sind für die Zwecke des erfindungsgemäßen Systems besonders geeignet, da auf diese Weise in messtechnisch einfach zu realisierender Weise eine zuverlässige Erfassung der Änderung des elektrischen Widerstands möglich ist. Insbesondere wird hierbei eine mit dem elektrischen Widerstand korrelierende Größe erfasst, die wiederholt und insbesondere zyklisch gemessen wird.
Es ist besonders bevorzugt, wenn als korrelierende Größe die Zeit bis zur vollständigen Ladung oder Entladung, vorzugsweise der Ladung, eines Kondensators dient, dessen Ladestrom vom Widerstand des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, abhängt. Anhand dieser Größe kann eine relative Widerstandsänderung erfasst werden. Der besondere Vorteil hierbei ist, dass mit sehr niedrigen Stromstärken gearbeitet werden kann, die sich im Mikroamperebereich bewegen. Alternativ wäre auch die Messung eines Spannungsabfalls unterVerwendungeines Referenzwiderstands möglich.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems zeichnet sich das System im Hinblick auf die mindestens zwei metallischen Kontakte durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale aus:

a. Bei den mindestens zwei metallischen Kontakten handelt es sich um mechanische Verbindungsmittel, die in unmittelbarem Kontakt mit dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht, stehen.
b. Die mindestens zwei metallischen Kontakte werden von Metallfolien gebildet, die in unmittelbarem Kontakt mit dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht, stehen und vorzugsweise zwischen dem als Sensorelement ausgebildeten Grundkörper und der Beschichtung oder dem Grundkörper und der Sensorschicht angeordnet sind.

Die metallischen Kontakte können an oder in dem Bauteil angeordnet werden, bevor die Beschichtung, insbesondere die Sensorschicht, auf den Grundkörper aufgebracht wird. Beispielsweise können die mechanischen Verbindungsmittel oder Teile der mechanischen Verbindungsmittel oder die Metallfolien bei der Herstellung des Grundkörpers des Bauteils, beispielsweise im Rahmen eines Spritzgussprozesses, in den Grundkörper integriert werden. Bevorzugt ist dann die Sensorschicht derart auf den Grundkörper aufzubringen, dass ein direkter und unmittelbarer Kontakt zu den Verbindungsmitteln oder Teilen der Verbindungsmittel oder Metallfolien besteht. Über nicht mit der Sensorschicht bedeckte Oberflächen der Verbindungsmittel oder der Teile der Verbindungsmittel oder der Metallfolien kann die Sensorschicht dann in einen elektrischen Stromkreis eingebunden werden.
In weiteren Ausführungsformen kann die Sensorschicht nach ihrem Aufbringen auf den Grundkörper elektrisch kontaktiert werden. Hierzu kann es sich bei den mechanischen Verbindungsmitteln beispielsweise um Nieten handeln.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die Sensorschicht derart auf den Grundkörper aufgebracht, dass sie sich um eine Kante des Bauteils herum auf eine Rückseite des Bauteils erstreckt. Dadurch ist es möglich, die elektrischen Kontakte in einem im Gebrauchszustand nicht sichtbaren Bereich des Bauteils aufzubringen.
In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems zeichnet sich das System durch mindestens eines der unmittelbar folgenden zusätzlichen Merkmale a. und b. aus:

a. Das Bauteil umfasst ein Sensorfeld, das mit drei oder mehr der metallischen Kontakte gebildet wird, so dass eine an oder unter der Oberfläche des Bauteils lokal eintretende Zustandsänderung durch mindestens zwei Messungen des elektrischen Widerstands zwischen mindestens zwei verschiedenen Kontaktpaaren lokalisierbar ist.
b. Das Bauteil umfasst mehrere Paare einander gegenüberliegender metallischer Kontakte, so dass eine an oder unter der Oberfläche des Bauteils lokal eintretende Zustandsänderung durch Messungen, insbesondere durch zeitlich aufeinander folgende Messungen, zwischen verschiedenen Kontaktpaaren lokalisierbar ist.

Bei der Ausführung des Sensorfelds mit drei oder mehr der metallischen Kontakte gemäß dem vorgenannten Merkmal a. kann durch unterschiedliche Verschaltung der metallischen Kontakte und entsprechende Messungen eine zweidimensionale Lokalisierung der jeweiligen Zustandsänderung vorgenommen werden.
Auch mit der Anordnung der metallischen Kontakte gemäß dem vorgenannten Merkmal b. ist in einfacher Weise eine zweidimensionale Lokalisierung der eintretenden Zustandsänderung möglich. Mit einer solchen paarweisen Anordnung der metallischen Kontakte, die über die Fläche des Bauteils verteilt sind, kann das Bauteil gewissermaßen mit einem Netz aus Messlinien (entsprechend der kürzesten Strecke zwischen je zwei Kontakten) versehen werden. Hierbei kann beispielsweise zyklisch auf Widerstandsänderungen entlang den einzelnen Messlinien geprüft werden, so dass im Ergebnis ein zweidimensionales Messfeld kontinuierlich überwacht werden kann. Sofern an einer oder mehreren Messlinien Veränderungen in dem erfassbaren elektrischen Widerstand detektierbar sind, kann darauf geschlossen werden, dass im Bereich dieser Messlinien eine Zustandsänderung, beispielsweise ein Kratzer im Lack, aufgetreten ist.
Die entsprechende Ansteuerung der metallischen Kontakte kann beispielsweise mittels eines Mikrokontrollers erfolgen.
Im Hinblick auf das Material des Grundkörpers des Bauteils zeichnet sich das erfindungsgemäße System vorzugsweise durch eines der folgenden zusätzlichen Merkmale aus:

a. Der Grundkörper des Bauteils besteht aus einem Kunststoff und/oder einem Verbundmaterial, insbesondere einem Kunststoffverbundmaterial und/oder einem Faserverbundmaterial.
b. Der Grundkörper des Bauteils besteht aus einem metallischen Werkstoff, wobei vorzugsweise zwischen dem Grundkörper und der Sensorschicht mindestens eine elektrisch isolierende Schicht vorgesehen ist.

Insbesondere im Kraftfahrzeugbau, aber auch für viele andere Anwendungen, ist die Verwendung von Kunststoff oder einem Verbundmaterial, beispielsweise einem Kunststoffverbundmaterial oder einem Faserverbundmaterial, weit verbreitet. Mit besonderem Vorteil kann das erfindungsgemäße System auf derartige Bauteile angewendet werden.
Besonders bevorzugt besteht der Grundkörper aus einem Verbundmaterial, das einen spezifischen elektrischen Widerstand ρ > 1*10¹ Ω*mm^2*m^-1, insbesondere innerhalb des oben definierten Bereichs von 1*10¹ bis 5*10⁸ Ω*mm^2*m^-1, aufweist. In diesen bevorzugten Fällen kann der Grundkörper selbst als Sensorelement dienen. Eine zusätzliche Sensorschicht auf einer Oberfläche des Grundkörpers ist dann nicht mehrzwingend erforderlich. Dies lässt sich beispielsweise realisieren, indem man einen Grundkörper aus einem Kohlefaserverbundmaterial einsetzt, wobei die Kohlefasern dem Grundkörper einen spezifischen elektrischen Widerstand ρ > 1*10¹ Ω*mm^2*m^-1, insbesondere im Bereich von 1*10¹ bis 5*10⁸ Ω*mm^2*m^-1, verleihen. In diesen Fällen ist auch nicht zwingend eine weitere Beschichtung des Grundkörpers für die Zwecke der Erfindung erforderlich. Es kann jedoch beispielsweise eine Klarlackbeschichtung oder eine anderweitige abschließende Beschichtung des Grundkörpers vorgesehen sein.
Weiterhin ist es auch möglich, dass der Grundkörper des Bauteils aus einem metallischen Werkstoff besteht, beispielsweise aus einem üblichen Blech, wie es vielfach im Karosseriebau eingesetzt wird. Für die Funktion des erfindungsgemäßen Systems sollte in diesem Fall vorzugsweise mindestens eine elektrisch isolierende Schicht zwischen dem Grundkörper, der in diesem Fall elektrisch leitend ist, und der Sensorschicht vorgesehen sein, so dass die Sensorschicht von dem Grundkörper des Bauteils elektrisch entkoppelt ist. Hierfür kann beispielsweise eine elektrisch isolierende Folie oder eine anderweitige Beschichtung verwendet werden.
In besonders bevorzugter Weise kann in diesem Zusammenhang eine kathodische Tauchlackierung (KTL) des Bauteils als elektrisch isolierende Schicht wirken. Eine kathodische Tauchlackierung ist bei der Bearbeitung von Blechteilen insbesondere im Automobilbereich weit verbreitet und kann daher ohne weiteres als elektrisch isolierende Schicht für die Zwecke der Erfindung genutzt werden.
Weitere Möglichkeiten für elektrisch isolierende Schichten zwischen dem Grundkörper des Bauteils aus einem metallischen Werkstoff und der Sensorschicht sind beispielsweise Kleberschichten oder Ähnliches, die zwischen dem Grundkörper und der eigentlichen Beschichtung, die die Sensorschicht umfasst, vorgesehen sein können und die isolierend wirken.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer elektrisch isolierenden Folie oder einer elektrisch isolierenden Lage einer mehrlagigen Folie als isolierende Schicht zwischen einem elektrisch leitenden Grundkörperdes Bauteils und der Sensorschicht. Die elektrisch isolierende Folie kann beispielsweise als Bestandteil einer Lackfolie auf den Grundkörper aufgebracht werden und dabei zum einen die Funktion eines Trägers für die Lackbeschichtung, die auch die Sensorschicht umfasst, und zum anderen die Funktion der elektrischen Isolierung der Sensorschicht gegenüber dem Grundkörper des Bauteils übernehmen.
Das erfindungsgemäße System eignet sich für verschiedenste Anwendungen, bei denen die Oberfläche eines Bauteils im Hinblick auf eintretende Zustandsänderungen überwacht werden soll. Mit besonderem Vorteil kann das erfindungsgemäße System im Zusammenhang mit der Karosserie bzw. der Außenhülle von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Insbesondere kann sich das Bauteil durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale auszeichnen:

a. Das Bauteil ist Bestandteil oder Teil eines Bestandteils der Karosserie eines Kraftfahrzeugs.
b. Das Bauteil ist ein Stoßfänger oder ein Teil eines Stoßfängers eines Kraftfahrzeugs.
c. Das Bauteil ist ein Kotflügel oder Teil eines Kotflügels eines Kraftfahrzeugs.
d. Das Bauteil ist ein Außenspiegel oder Teil eines Außenspiegels eines Kraftfahrzeugs.
e. Das Bauteil ist eine Tür oder Teil einer Tür eines Kraftfahrzeugs.
f. Das Bauteil ist eine Felge oder Teil einer Felge eines Kraftfahrzeugs.

In besonders bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems können ein oder mehrere der vorgenannten Merkmale a. bis f. miteinander kombiniert werden.
Das erfindungsgemäße System eignet sich für eine Schadensüberwachung im gesamten Außenbereich bzw. der gesamten Außenhülle eines Kraftfahrzeugs. Mit besonderem Vorteil kann das erfindungsgemäße System eingesetzt werden, um kratzergefährdete Bereiche der Außenhülle des Kraftfahrzeugs zu überwachen, also insbesondere Stoßfänger, Kotflügel, Außenspiegel, Türen und/oder Felgen. Besonders bevorzugt ist die kombinierte Überwachung mehrerer Bauteile in der Außenhülle des Kraftfahrzeugs.
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße System auch für andere Anwendungen mit Vorteil eingesetzt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Bauteil um ein Rotorblatt einer Windkraftanlage oder ein Teil eines Rotorblatts handeln. Auf diese Weise können Beschädigungen an oder unter der Oberfläche des Rotorblatts festgestellt werden, beispielsweise Risse oder anderes, ohne dass eine aufwändige visuelle Überprüfung der Windkraftanlage erforderlich wäre.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein flächiges Substrat zum Aufbringen einer Sensorschicht auf einen Grundkörper eines Bauteils. Dieses flächige Substrat zeichnet sich durch die folgenden Merkmale aus:

a. Das flächige Substrat umfasst eine Sensorschicht und/oder das flächige Substrat ist eine Sensorschicht, und
b. das flächige Substrat umfasst mindestens zwei metallische Kontakte zum Einbinden der Sensorschicht in einen elektrischen Stromkreis, und
c. die metallischen Kontakte stehen in unmittelbarem Kontakt mit der Sensorschicht und sind voneinander beabstandet.

Auch hier weist die Sensorschicht in bevorzugten Ausführungsformen einen spezifischen elektrischen Widerstand ρ > 1*10¹ Ω*mm^2*m^-1, insbesondere in einem Bereich von 1*10¹ bis 5*10⁸ Ω*mm^2*m^-1 auf.
Mittels eines solchen flächigen Substrats kann die für das erfindungsgemäße System ausgebildete Sensorschicht in besonders praktikabler Weise auf den Grundkörper aufgebracht werden. Anschließend müssen lediglich die metallischen Kontakte elektrisch kontaktiert werden, so dass dann eine Überwachung von eintretenden Zustandsänderungen auf der Oberfläche des Bauteils vorgenommen werden kann.
Das flächige Substrat kann sich in bevorzugten Ausgestaltungen weiterhin durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale auszeichnen:

a. Das flächige Substrat ist eine ein- oder mehrlagige Folie, wobei die Folie oder eine Lage der Folie als Sensorschicht ausgebildet ist.
b. Das flächige Substrat umfasst eine ein- oder mehrlagige Folie und eine darauf aufgebrachte ein- oder mehrlagige Lackschicht, wobei die Folie oder eine Lage der Folie als Sensorschicht ausgebildet ist.
c. Das flächige Substrat umfasst eine ein- oder mehrlagige Folie und eine darauf aufgebrachte ein- oder mehrlagige Lackschicht, wobei die Lackschicht oder eine Lage der Lackschicht als Sensorschicht ausgebildet ist.

Bei dem flächigen Substrat kann es sich mit besonderem Vorteil um eine Lackfolie handeln, mit der in der bereits oben beschriebenen Weise eine Lackschicht auf einen Grundkörper aufgebracht werden kann, wobei in diesem Zuge auch gleichzeitig eine Sensorschicht im Sinne der Erfindung auf den Grundkörper aufgebracht werden kann. Dabei kann entweder die Folie, also die flexible Trägerschicht der Lackfolie, die Sensorschicht bilden oder eine Lage der Beschichtung der Lackfolie bildet die Sensorschicht, beispielsweise eine Lage der Lackschicht. Bezüglich weiterer Merkmale dieses flächigen Substrats bzw. bezüglich einersolchen Lackfolie und insbesondere einer Transferlackfolie wird auch auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System verwiesen.
Wenn das flächige Substrat als Transferlackfolie ausgestaltet ist, ist es vorgesehen, dass die Folie bzw. der flächige Träger der Transferlackfolie nach der Aufbringung der Transferlackfolie auf den Grundkörper wieder entfernt wird. In Die Folie bzw. der flächige Träger ist also vorzugsweise nach dem Aufbringen der Beschichtungabtrennbar. In diesem Fall ist es vorgesehen, dass eine der Schichten oder die Schicht, die mittels der Transferlackfolie auf den Grundkörper übertragen wird, die Sensorschicht ausbildet.
In weiteren Ausgestaltungen ist es vorgesehen, dass die Folie oder allgemeiner die Trägerschicht des flächigen Substrats auf dem Bauteil verbleibt. In diesem Fall kann auch die Folie selbst oder eine Lage der Folie die Sensorschicht ausbilden. In anderen Fällen kann die Folie als Isolierschicht wirken, die zwischen dem Bauteil, beispielsweise einem metallischen Bauteil bzw. metallischen Grundkörper des Bauteils, und einer als Sensorschicht wirkenden Schicht liegt.
Wenn die Folie oder eine Lage einer mehrlagigen Folie als Sensorschicht vorgesehen ist, ist es besonders zweckmäßig, wenn diese Folie oder die Lage der Folie nach außen hin mit einer abschließenden Schicht, beispielsweise einer Klarlackschicht, versehen ist, um einen Schutz der Sensorschicht sowie eine elektrische Isolierung nach außen zu bewirken.
In anderen Fällen kann es vorgesehen sein, dass das flächige Substrat mitsamt der Sensorschicht dazu ausgebildet ist, leicht, beispielsweise unter Einsatz von Wärme, wieder von dem Bauteil gelöst werden zu können. So ist es möglich, beispielsweise einen Mietwagen durch ein Aufbringen, beispielswiese Aufkleben, von flächigen Substraten gemäß der vorliegenden Erfindung für einen bestimmten Zeitraum in einen Zustand zu versetzen, in dem die Vorteile der Erfindung genutzt werden können. Beispielsweise nach Ende der Nutzungszeit des Mietwagens, beispielsweise vor einem Weiterverkauf, können aufgebrachte flächige Substrate wieder entfernt werden.
Die Aufbringung der Sensorschicht auf den Grundkörper des Bauteils mithilfe des erfindungsgemäßen flächigen Substrats hat weiterhin den Vorteil, dass dies eine Möglichkeit für eine Nachrüstung von Fahrzeugen besteht, um die Vorteile der Erfindung nutzen zu können.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Bauteil mit einem Grundkörper. Der Grundkörper des Bauteils weist mindestens eine Fläche auf, die mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung überzogen ist. Dieses Bauteil ist durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet:

a. Die Beschichtung oder zumindest eine Lage der Beschichtung oder der Grundkörper ist als Sensorelement, insbesondere als Sensorschicht, ausgebildet, und
b. das Bauteil umfasst mindestens zwei metallische Kontakte zum Einbinden des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, in einen elektrischen Stromkreis, und
c. die metallischen Kontakte stehen in unmittelbarem Kontakt mit dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht, und sind voneinander beabstandet.

Auch hier weist das Sensorelement, insbesondere die Sensorschicht, bevorzugt einen spezifischen elektrischen Widerstand ρ > 1*10¹ Ω*mm^2*m^-1, insbesondere in einem Bereich von 1*10¹ bis 5*10⁸ Ω*mm^2*m^-1, auf.
Bezüglich der sonstigen konkreten Ausgestaltung dieses Bauteils und insbesondere auch bezüglich des Grundkörpers und der Beschichtung mit der hiervon umfassten Sensorschicht wird auch auf die obige Beschreibung des erfindungsgemäßen Systems und des erfindungsgemäßen flächigen Substrats verwiesen. Insbesondere kann es sich bei dem Bauteil um Bestandteile der Karosserie eines Kraftfahrzeugs handeln.
In einigen bevorzugten Ausgestaltungen bildet der Grundkörper des erfindungsgemäßen Bauteils selbst das Sensorelement aus und ist dabei in bevorzugten Ausführungsformen durch einen spezifischen elektrischen Widerstand ρ > 1*10¹ Ω*mm^2*m^-1, insbesondere in einem Bereich von 1*10¹ bis 5*10⁸ Ω*mm^2*m^-1, gekennzeichnet. Eine weitere Beschichtung ist hierbei nicht zwingend erforderlich. Bezüglich der weiteren Merkmale dieses als Sensorelement ausgestalteten Bauteils wird auf die obige Beschreibung verwiesen, wobei die Merkmale im Hinblick auf die Sensorschicht in analoger Weise auf die Merkmale des Sensorelements übertragbar sind.
In weiteren Ausgestaltungen des Bauteils kann es sich beispielsweise um ein Rotorblatt oder um einen Teil eines Rotorblatts einer Windkraftanlage oder um andere Teile einer Windkraftanlage handeln. In anderen Ausgestaltungen kann es sich bei dem Bauteil um Bestandteile von Brücken und/oder Gebäuden und/oder Maschinen handeln.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das ein solches Bauteil gemäß der Erfindung oder mehrere solcher Bauteile aufweist. Insbesondere handelt es sich bei diesen Bauteilen um Bestandteile der Karosserie des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise kann das Bauteil ein Stoßfänger oder ein Teil eines Stoßfängers sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Bauteil ein Kotflügel oder Teil eines Kotflügels des Kraftfahrzeugs sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Bauteil ein Außenspiegel oder Teil eines Außenspiegels des Kraftfahrzeugs ein. Zusätzlich oder alternativ kann das Bauteil eine Tür oder Teil einer Tür des Kraftfahrzeugs sein, beispielsweise die Fahrertür. Zusätzlich oder alternativ kann das Bauteil eine Felge oder Teil einer Felge des Kraftfahrzeugs sein.
Das Kraftfahrzeug ist darauf eingerichtet, einzelne Bauteile oder ihre Bestandteile in der oben beschriebenen Weise im Hinblick auf eintretende Zustandsänderungen überwacht zu können, insbesondere um Schäden wie Kratzer im Lack oder Dellen detektieren und protokollieren zu können.
Die Erfindung umfasst schließlich ein Verfahren zur Detektion von eintretenden Zustandsänderungen an einer Oberfläche eines Bauteils. Hierbei weist das Bauteil einen Grundkörper auf. Der Grundkörper des Bauteils weist mindestens eine Fläche auf, die mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung überzogen ist. Das Verfahren zur Detektion von eintretenden Zustandsänderungen umfasst dabei die folgenden Schritte:

a. Die Beschichtung oder zumindest eine Lage der Beschichtung oder der Grundkörper wird als Sensorelement, insbesondere als Sensorschicht, verwendet, und
b. des Sensorelement, insbesondere die Sensorschicht, wird über mindestens zwei metallische Kontakte, die in unmittelbarem Kontakt mit dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht, stehen und voneinander beabstandet sind, in einen elektrischen Stromkreis eingebunden, und
c. eine mit dem elektrischen Widerstand des in den elektrischen Stromkreis eingebundenen Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, korrelierende Größe wird wiederholt detektiert, und
d. bei einer erfassbaren Änderung der mit dem elektrischen Widerstand korrelierenden Größe wird auf eine eingetretene Zustandsänderung an oder unter der Oberfläche des Bauteils rückgeschlossen.

Bezüglich weiterer Merkmale dieses Verfahrens wird auch auf die obige Beschreibung verwiesen. Dies gilt insbesondere auch hinsichtlich des spezifischen elektrischen Widerstands des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, die auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt auf einen Wert > 1*10¹ Ω*mm^2*m^-1, insbesondere im Bereich von 1*10¹ bis 5*10⁸ Ω*mm^2*m^-1, eingestellt wird.
In besonders bevorzugter Weise zeichnet sich das Verfahren durch das folgende zusätzliche Merkmal aus:

a. Die Zustandsänderungen sind Schäden an oder unter der Oberfläche, insbesondere Kratzer und/oder dauerhafte Verformungen, und/oder nicht dauerhafte Verformungen der Oberfläche.

In weiteren Ausführungsformen kann es sich bei den Schäden um Risse im Bauteil handeln, insbesondere, wenn der Grundkörper des Bauteils selbst als Sensorelement verwendet wird.
In besonders bevorzugter Weise wird das Verfahren unter Verwendung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Systems durchgeführt.
Im Hinblick auf die weitere Ausgestaltung dieses Verfahrens ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale gekennzeichnet:

a. Die Detektion der mit dem elektrischen Widerstand korrelierenden Größe erfolgt indirekt.
b. Die Detektion der mit dem elektrischen Widerstand korrelierenden Größe basiert auf dem Aufladen eines Kondensators.
c. Die mit dem elektrischen Widerstand korrelierende Größe wird digitalisiert.
d. Die mit dem elektrischen Widerstand korrelierende Größe wird gefiltert.
e. Die Detektion der mit dem elektrischen Widerstand korrelierenden Größe erfolgt in Bezug zu verschiedenen Abschnitten der Beschichtung.

In besonders bevorzugter Weise sind die unmittelbar vorstehend genannten Merkmale a. und b. gemeinsam realisiert. Vorzugsweise kann als Messgröße die Zeit erfasst werden, die für das Aufladen des Kondensators erforderlich ist. Dem liegt zugrunde, dass die Aufladung eines dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht, vorgeschalteten Kondensators durch den von dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht, gebildeten Widerstand beeinflusst wird. Durch die Vorschaltung eines Kondensators kann also eine indirekte Messung des Widerstands erfolgen. Dabei wird der Strom durch das als Widerstand wirkende Sensorelement, insbesondere die Sensorschicht, in den Kondensator, der als Energiespeicher wirkt, geleitet. Je größer der Widerstand ist, desto länger dauert das Aufladen des Kondensators. Wenn beispielsweise durch eine Beschädigung der Oberfläche der Widerstand in dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht, ansteigt, steigt auch die Zeit bis zum vollständigen Laden des Kondensators. Durch die Erfassung der Zeit bis zur vollständigen Aufladung können damit Rückschlüsse auf eine erfolgte Zustandsänderung gezogen werden.
Die Verwendung eines Kondensators für die Zwecke der Erfindung hat den besonderen Vorteil, dass durch die Wahl eines Kondensators mit geeigneter elektrischer Kapazität das System optimal eingestellt werden kann. So kann insbesondere der Kondensator in Abhängigkeit von dem jeweiligen spezifischen Widerstand des Materials des Sensorelements bzw. der Sensorschicht gewählt werden, um eine optimale Zeit für das Aufladen des Kondensators zu erreichen, die eine dynamische Messung und damit eine schnelle Reaktion erlaubt. Bei einem Sensorelement oder einer Sensorschicht mit verhältnismäßig geringem Widerstand ist ein Kondensator mit höherer elektrischer Kapazität und bei einem Sensorelement oder einer Sensorschicht mit verhältnismäßig höherem Widerstand ist ein Kondensator mit geringerer elektrischer Kapazität besonders geeignet. Auf diese Weise können die Dauer des Aufladens des Kondensators eingestellt und die Zeit- und Messbereiche festgelegt werden. Im Allgemeinen eignen sich für die Zwecke der Erfindung Kondensatoren mit einer elektrischen Kapazität in einem Bereich von 10 bis 100 nFarad in besonderer Weise.
In besonders bevorzugter Weise erfolgt die Auswertung der Messgröße, insbesondere die Auswertung der Zeit bis zum Aufladen des Kondensators in digitalisierter Weise, vorzugsweise in Kombination mit den unmittelbar vorgenannten Merkmalen a. und b.. Hierfür kann ein Digital-Pin vorgesehen sein. Mittels dieses Pins wird geprüft, ob eine hohe oder eine niedrige Spannung anliegt. Hoch und niedrig ist dabei zweckmäßigerweise durch einen internen Schwellwert definiert. Solange der Kondensatorauflädt, ist eine hohe Spannung (HIGH) erfassbar. Wenn der Aufladeprozess abgeschlossen ist, ist eine niedrige Spannung (LOW) erfassbar.
In diesem Zusammenhang wird vorzugsweise ein Mikrokontroller eingesetzt, der beispielsweise mit einer 5 V-Logik arbeitet und der über digitale Pins verfügt, die als Sensoreingänge und -ausgänge in der folgenden Weise festgelegt werden können. Als Sensoreingang interpretiert der digitale Pin beispielsweise eine anliegende Spannung von > 2,5 V als HIGH (Zahlenwert 1), eine Spannung von < 2,5 V als LOW (Zahlenwert0). Die Summe an Zyklen, also die Abfragen des digitalen Pins, die erforderlich sind, bis der digitale Pin von HIGH auf LOW wechselt, entspricht dem Sensorwert des Systems. Eine Widerstandsänderung in dem erfindungsgemäßen System resultiert also in einer Änderung der Summe an Zyklen bis zum Umspringen des digitalen Pins. Selbstverständlich können auch andere Mikrokontroller mit einer anderen Logik, z.B. mit einer 3,3 V-Logik, entsprechende eingesetzt werden. Geeignete Abtastraten für einen Mikrokontroller liegen beispielsweise in einem Bereich zwischen 10 Hz bis 50 Hz. In einem ersten Zustand des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, (Ausgangszustand) kann es beispielsweise 100 Zyklen dauern, bis ein Umspringen von HIGH auf LOW feststellbar ist. Nach einer Änderung des Widerstands, die auf eine eingetretene Zustandsänderung zurückzuführen ist, kann es beispielsweise 200 Zyklen dauern, bis ein Umspringen von HIGH auf LOW feststellbar ist. Aus diesem Unterschied in der Anzahl der Zyklen bis zum Umspringen am Digital-Pin kann auf eine eingetretene Zustandsänderung und gegebenenfalls auch auf die Art und/oder das Ausmaß der eingetretenen Zustandsänderung geschlossen werden.
Weiterhin kann in bevorzugter Weise eine Filterung der Messgröße erfolgen, um insbesondere ein Hintergrundrauschen auszuschalten. Die Filterung der Messgröße erfolgt vorzugsweise in Kombination mit den unmittelbar vorgenannten Merkmalen a. bis c..
Weiterhin ist es besonders bevorzugt, wenn die zu dem elektrischen Widerstand korrelierende Größe entlang mehrerer Messlinien detektiert wird, wie es bereits beschrieben wurde. Dies ist bei mehreren elektrischen Kontakten die ein Sensorfeld bilden oder die in paarweiser Schaltung Messlinien auf der Oberfläche des Bauteils definieren, die bevorzugte Variante.
Das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren sind für eine Vielzahl von Anwendungen mit Vorteil einsetzbar. In besonders bevorzugter Weise ist das erfindungsgemäße Verfahren im Hinblick auf seine Anwendungen durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale gekennzeichnet:

a. Das Verfahren wird zur Schadenserfassung und/oder -Überwachung bei Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Landfahrzeugen und/oder Luftfahrzeugen und/oder Wasserfahrzeugen, eingesetzt.
b. Das Verfahren wird zur Schadenserfassung und/oder -Überwachung bei Brücken und/oder Gebäuden und/oder Windkraftanlagen und/oder Reaktoren eingesetzt.
c. Das Verfahren wird zur Kontaktüberwachung von Oberflächen eingesetzt.
d. Das Verfahren wird zur Detektion von Wasser auf einer Lackschicht eingesetzt.

In erster Linie können das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System zur Schadenserfassung und/oder Schadensüberwachung bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten bieten sich insbesondere bei Personenkraftfahrzeugen, aber auch bei anderen Land-, Luft- und Wasserfahrzeugen. Die Sensorschicht als Bestandteil beispielsweise einer Lackschicht eines Kraftfahrzeugs bzw. der Fahrzeug-Außenhülle erlaubt eine Schadensdetektion. Insbesondere können damit Lackkratzer oder anderweitige Beschädigungen des Lacks und dauerhafte oder nicht dauerhafte Verformungen in der Außenhülle erkannt bzw. detektiert werden.
Ein Schadensereignis kann beispielsweise in der Fahrzeughistorie oder auf einem Smart-Home-Device digital hinterlegt werden. Weiterhin kann ein Schadensereignis über eine Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine (HMI - Human Machine Interface), beispielsweise über ein Fahrzeugdisplay oder eine Smartphone-App, angezeigt und gegebenenfalls über weitere Schnittstellen nachgelagerten Systemen zur Verfügung gestellt werden. Darüber hinaus kann ein entsprechendes Schadensereignis zur weiteren Konkretisierung mit weiteren Informationen angereichert werden, beispielsweise mit Positionsdaten über GPS oder Mobilfunk in Echtzeit oder mit Kameradaten.
Weiterhin kann in diesem Zusammenhang ein Maschinenlernen (Machine learning) eingesetzt werden, um umfassende Fehlerbilder für eine Anomaliedetektion berechnen zu können.
Es kann eine entsprechende Pipeline für das Training und eine Softwareverteilung (Deployment) etabliert werden. Das Machine learning kann beispielsweise auf einem Server, insbesondere einem Cloud-Server, ausgeführt werden. In anderen Anwendungen kann das Machine learning beispielsweise auch auf einem Mikrokontroller im Fahrzeug durchgeführt werden. Für derartige Anwendungen spielen neben der Ausgestaltung des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht, und der physischen Schnittstelle zwischen dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht, und der Elektronik auch insbesondere das Hardware-Design und die Logik für die Messung der mit dem elektrischen Widerstand korrelierenden Größe sowie gegebenenfalls das Machine learning-Modell zur Fehlererkennung eine Rolle.
Als Logikaufbau für diese Anwendung kann beispielsweise der folgende Aufbau umgesetzt werden:

• Sensorschicht für Zustandsänderungsüberwachung, z.B. Lack als Sensor,
• Mikrokontroller im Fahrzeug für das Deployment und/oder die Ausführung des Machine learning-Modells,
• LTE-Modul oder ein anderer Übertragungsstandard zur Versendung von Daten,
• beispielsweise ein Cloud-Server für das Training des Machine learning-Modells,
• Informationsmanagement (Dashboarding) und Integration weiterer Web-Services.

In dieser oder ähnlicher Weise kann unter Einsatz des erfindungsgemäßen Systems und unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise ein Flottenmanagement von Kraftfahrzeugen oder ein Alarmsystem bei detektierten Beschädigungen an Kraftfahrzeugen oder bei anderen Anwendungen mit großem Vorteil durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System erlauben insbesondere eine Echtzeitüberwachung des Fahrzeugstatus und ein digitales Schadensmanagement insbesondere in Bezug auf die Fahrzeugaußenhülle. Dieses Verfahren kann daher mit besonderem Vorteil beispielsweise von Flottenbetreibern, beispielsweise bei Autovermietungen, eingesetzt werden, wobei eine genaue Zuordnung von gegebenenfalls eingetretenen Schäden zu dem jeweiligen Nutzer vorgenommen werden kann.
Das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben eine Remote-Diagnosefunktion, die beispielsweise im Rahmen eines Werkstatt-Routing, bei einer Reparaturpotentialdokumentation oder bei einer optimierten Auftragsannahme im Reparaturbereich eingesetzt werden kann. Insbesondere können dabei der Schadenseintritt, der erforderliche Reparaturumfang, ein Abgleich mit Werkstattkapazitäten, eine Terminbuchung über entsprechende Schnittstellen, ein Ersatzteilbestellvorgang oder ein Komponententausch und Ähnliches in einem digitalisierten Prozess mit optimaler Ressourcenplanung durchgeführt werden. Bei einem Flottenbetreiber ist zum Beispiel ein Status-Monitoring des Besitzes und der Gesamtflotte in Echtzeit verfügbar, wobei entsprechende Schnittstellen beispielsweise mit Smart-Home- oder mit Fleet-Management-Lösungen vorgesehen sein können. Durch eine Digitalisierung einer Schadensabwicklung können Kostensenkungen erreicht werden.
Weiterhin sind das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System mit besonderem Vorteil beispielsweise zur Schadenserfassung und/oder -überwachung bei Brücken und/oder Gebäuden oder anderen relevanten Infrastrukturen geeignet.
Mit besonderem Vorteil können das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System zur Überwachung von Schäden an Windkraftanlagen, beispielsweise an den Rotorblättern, oder bei der Überwachung von Reaktoren eingesetzt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen System ist es dabei möglich, auch schwer zugängliche Bereiche im Hinblick auf Schäden an Oberflächen zu überwachen und somit aufwändige Wartungsgänge für visuelle Überwachungen zu vermeiden.
In einer weiteren bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Systems kann die Erfindung für die Zwecke einer Temperaturüberwachung genutzt werden. Da auch durch Temperaturänderungen, insbesondere durch sprunghafte Temperaturänderungen, sich die elektrischen Eigenschaften in dem Sensorelement bzw. der Sensorschicht messbar ändern, kann mit dem System insbesondere eine Überhitzung eines Bauteils festgestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System können damit auch mit Vorteil im Sinne eines Überhitzungsschutzes eingesetzt werden.
Ein anderes vorteilhaftes Anwendungsfeld des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Systems liegt in einer Kontaktüberwachung von Oberflächen. In dieser Anwendung kann das erfindungsgemäße System gewissermaßen als Berührungs- und/oder Betretungssensor genutzt werden, wobei ein entsprechend ausgestaltetes Bauteil beispielsweise als Bodenfläche ausgestaltet sein kann, so dass ein Betreten dieser Fläche durch die dabei auftretende Änderung im Widerstand der als Sensorelement ausgebildeten Bodenfläche feststellbar ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
In den Figuren zeigen:

1 schematische Schnittansicht durch ein Bauteil mit Beschichtung gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform;
2 schematische Schnittansicht durch ein Bauteil mit Beschichtung gemäß der Erfindung in einer weiteren Ausführungsform;
3 beispielhaftes Schaltbild zum Messaufbau bei dem erfindungsgemäßen System;
4 beispielhafter Messdatenverlauf bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion von eintretenden Zustandsänderungen und
5 beispielhafter Logikverlauf zur Übertragung und Weiterverarbeitung der Messdaten bei dem erfindungsgemäßen System.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Bauteil 1 mit einem Grundkörper 10 und einer Beschichtung 11, die eine Sensorschicht 12 umfasst. Der Grundkörper 10 des Bauteils 1 ist aus einem Kunststoff oder einem Kunststoffverbundmaterial oder einem anderen Material, das elektrisch isolierend ist, gefertigt. Es ist auch möglich, dass der Grundkörper 10 des Bauteils 1 aus einem metallischen Werkstoff besteht. In diesem Fall ist es jedoch zweckmäßig, dass zwischen dem Grundkörper 10 und der Sensorschicht 12 eine elektrisch isolierende Schicht, beispielsweise eine Kunststofffolie oder anderes, angeordnet ist.
Die Sensorschicht 12 ist über zwei metallische Kontakte 13 in einen hier nicht näher gezeigten elektrischen Stromkreis eingebunden. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Beschichtung 11 um eine mehrlagige Lackschicht. Der Kontakt zu der Oberfläche des Grundkörpers 10 wird über die Grundierungsschicht gebildet, die in diesem Beispiel gleichzeitig die Sensorschicht 12 ausbildet. Auf der Grundierungsschicht bzw. der Sensorschicht 12 befindet sich eine erste Lackschicht 14. Die Lackschicht 14 wird nach außen durch eine Klarlackschicht 15 (zweite Lackschicht) abgeschlossen.
Die Sensorschicht 12 bzw. das Material der Sensorschicht 12 ist bevorzugt durch einen spezifischen elektrischen Widerstand gekennzeichnet, der in einem Bereich von 1*10¹ bis 5*10⁸ Ω*mm^2*m^-1 liegt. Beim Anlegen einer Spannung an die metallischen Kontakten 13 stellt die Sensorschicht 12 einen elektrischen Widerstand dar. Kern der Erfindung ist, dass durch Zustandsänderungen an oder unter der Oberfläche des Bauteils 10, insbesondere durch Beschädigungen der Lackschicht 11, beispielsweise Kratzer oder Dellen, eine Änderung der messbaren elektrischen Eigenschaften in der Sensorschicht 12 auftritt. Dies lässt sich durch eine Änderung des elektrischen Widerstands zwischen den beiden Kontakten 13 detektieren. Je nach Auftreten einer solchen Änderung lassen sich Rückschlüsse auf eingetretene Zustandsänderungen ziehen.
Die hier schematisch gezeigte Anordnung der metallischen Kontakte 13 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise können die metallischen Kontakte 13 in einem Spritzgussprozess bei der Herstellung des Grundkörpers 10 des Bauteils 1 integriert werden.
2 zeigt ein weiteres Beispiel für den Aufbau einer Beschichtung 21 auf dem Grundkörper 10 eines Bauteils 1, wobei in diesem Fall die Sensorschicht 22 als Bestandteil der Beschichtung 21 von einer Folie gebildet wird, die nach außen hin von einer Lackschicht 25 bedeckt ist. Diese Lackschicht 25 kann beispielsweise eine pigmentierte Lackschicht oder ein Klarlack oder auch eine mehrschichtige Lackschicht sein. Entsprechend wie bei dem Bauteil 1 aus der 1 ist auch hier die Sensorschicht 22 über metallische Kontakte 13 in einen Stromkreis eingebunden, so dass anhand von messbaren Änderungen des elektrischen Widerstands zwischen den Kontakten 13 Rückschlüsse auf eingetretene Zustandsänderungen an oder unter der Oberfläche des Bauteils 1 erfassbar sind.
3 illustriert einen beispielhaften Messaufbau für die Detektion von Änderungen des elektrischen Widerstands in der Sensorschicht eines erfindungsgemäßen Systems, beispielsweise in der Sensorschicht 12 oder der Sensorschicht 22 in dem Bauteil 1 gemäß den 1 und 2. Die Erfassung der Änderung des elektrischen Widerstands erfolgt anhand einer indirekten Messung, wobei eine den elektrischen Widerstand repräsentierende Größe erfasst wird. Hierbei erfolgt die Detektion der Änderung des elektrischen Widerstands anhand der Zeit für das Laden eines Kondensators 30. Als Messgröße wird also die Zeit erfasst, die für das Laden des Kondensators 30 erforderlich ist.
Bei dem hier gezeigten Aufbau ist der Kondensator 30 den Anschlüssen bzw. den metallischen Kontakten 13 für die hier nicht gezeigte Sensorschicht des erfindungsgemäßen Systems vorgeschaltet. Der Kondensator 30 und die metallischen Kontakte 13 für die Sensorschicht sind in einen elektrischen Stromkreis mit einer Spannungsquelle 31 und einem Bezugspotential 32 eingebunden. Die Sensorschicht zwischen den metallischen Kontakten 13 bildet einen Widerstand, der sich auf das Aufladen des Kondensators 30 auswirkt. Umso größer der Widerstand ist, umso länger benötigt der Kondensator 30 um aufzuladen. Da sich der Widerstand der über die Kontakte 13 angeschlossenen Sensorschicht erhöht, wenn es zu einer Zustandsänderung, insbesondere zu einem Schaden kommt, erhöht sich die erforderliche Zeit für die Aufladung des Kondensators bei einer eingetretenen Zustandsänderung.
Die Erfassung dieser Messgröße erfolgt über einen digitalen Input-Pin 33. Im Input-Modus prüft der digitale Pin 33, ob eine hohe oder niedrige Spannung anliegt. Hoch und niedrig wird hierbei durch einen internen Schwellwert definiert. Nach einer Entladung lädt sich der Kondensator 30 wieder auf, d.h. auf der Seite der Sensorschicht zwischen den metallischen Kontakten 13, sammelt sich negative Ladung. Folglich detektiert der digitale Pin 33 eine hohe Spannung, bis der Kondensator30 aufgeladen ist. Der Pin gibt dabei das Signal HIGH aus. Wenn der Kondensator 30 aufgeladen ist sinkt die Sapnnung und der Pin gibt LOW aus. Solange HIGH ausgegeben wird, wird das Ergebnis in einer Variablen als Result summiert. Wenn der Schwellwert erreicht ist und eine niedrige Spannung detektiertwird, wird LOW ausgegeben. Die Ausführung der Schleife stoppt und der Wert der Variablen (Result) wird zurückgegeben. Der Sensorwert entspricht folglich der Summe an Zyklen, bis der digitale Pin von HIGH auf LOW wechselt. Je höher der Widerstand der angeschlossenen Sensorschicht, desto langsamer lädt der Kondensator 30 auf und desto mehr Zyklen werden benötigt, bis der digitale Pin 33 von HIGH auf LOW wechselt.
Zusammengefasst wird bei dieser RC (Resistor Capacitor)-Schaltung die Dauer erfasst, bis der Kondensator „geladen“ ist. Der Sensor ist dabei ein digitaler Pin 33, der den Wechsel von HIGH nach LOW erfasst. Das Messergebnis entspricht der Summe der Abtastzyklen, bis der Wechsel von HIGH nach LOW erfolgt. Beispielsweise kann das System so ausgelegt sein, dass es im Normalfall, also ohne eingetretene Zustandsänderungen, 100 Zyklen dauert, bis der Wechsel von HIGH auf LOW erfolgt. Wenn eine Zustandsänderung, beispielsweise ein Kratzer in der Lackschicht, auftritt, kann es beispielsweise 300 Zyklen dauern, bis der Wechsel von HIGH nach LOW erfolgt.
Das Verfahren kann insbesondere über einen Mikrokontroller gesteuert werden, der über den digitalen Input-Pin 33 die resultierende Spannung prüft und die Bewertung zwischen HIGH (zum Beispiel > 2,5 V) und LOW (zum Beispiel < 2,5 V) vornimmt. Die erforderliche Stromstärke ist sehr gering und bewegt sich beispielsweise im mA-Bereich. Der Kondensator 30 wird vorzugsweise in Zyklen geprüft werden und die Anzahl der Zyklen, bis der Sprung von HIGH auf LOW erfolgt, stellt ein Maß für die Widerstandsänderung dar.
Wenn mehrere Paare von metallischen Kontakten, die jeweils zwischen sich die Messlinien definieren, über der Oberfläche des Bauteils verteilt sind, kann der Mikrokontroller beispielsweise nacheinander die einzelnen Messlinien abtasten, um so eine lokale Lokalisierung des gegebenenfalls eingetretenen Schadens anhand des stärksten Signals bei einer Linie, in dessen Bereich der Schaden eingetreten ist, feststellen zu können.
Der Mikrokontroller kann beispielsweise an einen Bordcomputer angeschlossen sein, um so die Kommunikation mit dem Anwender zu bewerkstelligen. In anderen Ausführungen ist es auch möglich, dass der Mikrokontroller beispielsweise ein eigenes Funkmodul für die weitere Kommunikation aufweist. Die resultierenden Daten können beispielsweise als Livestream bearbeitet werden oder als Datei gespeichert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt damit beispielsweise eine Remote-Überwachung z. B. bei einem Flottenmanagement, beispielsweise im Rahmen einer Autovermietung, oder bei der Instandhaltung von Brücken, Gebäuden, Windkraftanlagen oder anderen Infrastrukturelementen oder beispielsweise bei dem Betrieb von Reaktoren.
Ein beispielhaftes Messergebnis zu dieser Messmethode ist in der 4 gezeigt. Auf der y-Achse ist die Anzahl derZyklen angezeigt, die jeweils für die Aufladung des Kondensators, also fürden Sprung von HIGH nach LOW, erforderlich ist. Diese Messgröße ist gegenüber der Zeit t aufgetragen. Etwa ab der Hälfte der hier aufgetragenen Zeit auf der x-Achse steigt die Zyklenzahl sprunghaft an. Diese ist der Zeitpunkt, zu dem eine Zustandsänderung auf der Oberfläche des Bauteils eingetreten ist. In dieser Versuchsanordnung handelt es sich bei der bewusst verursachten Zustandsänderung um die Erzeugung eines 2 cm langen Kratzers auf der Oberfläche eines Bauteils, dessen Sensorschicht einen Grundwiderstand von 80 kΩ aufweist.
Mit verschiedenen Versuchsanordnungen konnten die Erfinder zeigen, dass bei verschiedenen Defektarten Widerstandsänderungen messbar sind, insbesondere bei linearen Kratzern, Schleifkratzern, Schlägen ohne Verformung und bei Schlägen mit Verformungen. Die Änderung des Widerstands war insbesondere in einem Bereich des Grundwiderstands unterhalb von 3 MΩ bei den unterschiedlichen Versuchsansätzen detektierbar. Hierbei erwies sich die Defektschwere häufig als proportional zur Widerstandsänderung. Auch zeigte sich, dass je näher der Defekt in direkter Linie zu den Sensorpunkten bzw. den Messkontakten auftrat, desto höher war die detektierbare Widerstandsänderung. Ein auftretendes Grundrauschen bei der Widerstandsmessung konnte durch eine Filterung reduziert werden, wobei sich hierfür insbesondere eine Mittelwertbildung und eine exponentielle Glättung eigneten.
Die Defektschwere war über die Höhe des Ausschlags erkennbar. Für eine Defektlokalisierung erwies es sich als sinnvoll, die unterschiedlichen Sensorpunkte galvanisch getrennt voneinander abzutasten.
5 illustriert einen möglichen Ablauf für die weitere Kommunikation und Verarbeitung der mit dem erfindungsgemäßen System erfassbaren Daten. Hierbei werden die Daten zur messbaren Widerstandsänderung über einen Mikrokontroller 50 erfasst. Der Mikrokontroller 50 steuert auch insgesamt die Messung. Die Daten aus dem Mikrokontroller 50 werden über einen üblichen Kommunikationsstandard, beispielsweise über ein kabelloses lokales Netzwerk (WIFI) oder einen Mobilfunkstandard, beispielsweise LTE, mittels eines entsprechenden Moduls 51 weitergeleitet. Die weitere Datenübertragung erfolgt mit einem Echtzeitdaten-Streaming52 (zum Beispiel MQTT - offenes Netzwerkprotokoll) oder als Datei-Übertragung von historischen Daten 53 (zum Beispiel HTTP - Hypertext-Übertragungsprotokoll). Die Datenspeicherung54 kann auf einem Server, beispielsweise einem Cloud-Server, erfolgen. Die Datenübertragung und die Speicherung der Daten erlauben verschiedene Services 55 auf der Basis dieser Daten, beispielsweise das Erkennen von Kratzern im laufenden Betrieb eines Personenkraftfahrzeugs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017131188 A1 [0004]
DE 102006043781 A1 [0005]
DE 102007040376 A1 [0027]

Claims

System zur Detektion von eintretenden Zustandsänderungen, insbesondere von Schäden, an oder unter einer Oberfläche eines Bauteils (1) mit den Merkmalen: a. das Bauteil (1) umfasst einen Grundkörper (10), und b. der Grundkörper (10) des Bauteils weist mindestens eine Fläche auf, die mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung (11; 21) überzogen ist, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Merkmale: c. die Beschichtung (11; 21) oder zumindest eine Lage der Beschichtung (11; 21) oder der Grundkörper ist als Sensorelement, insbesondere als Sensorschicht (12; 22), ausgebildet, und d. das System umfasst mindestens zwei metallische Kontakte (13) zum Einbinden des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht (12; 22), in einen elektrischen Stromkreis, und e. die metallischen Kontakte (13) stehen in unmittelbarem Kontakt mit dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht (12; 22), und sind voneinander beabstandet, und f. das System umfasst ein Mittel zur Detektion einer Änderung des elektrischen Widerstands des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht (12; 22), zwischen den mindestens zwei metallischen Kontakten (13).
System nach Anspruch 1 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. die Beschichtung (11) umfasst mindestens eine Lackschicht, wobei die Lackschicht als Sensorschicht (12) ausgebildet ist, b. die Beschichtung (11) umfasst eine mehrlagige Lackschicht, wobei eine Lage der Lackschicht als Sensorschicht (12) ausgebildet ist, c. die Beschichtung (11) umfasst eine ein- oder mehrlagige Lackschicht (14, 15) und eine darunter liegende Grundierungsschicht, wobei die Grundierungsschicht als Sensorschicht (12) ausgebildet ist, d. die Beschichtung umfasst eine ein- oder mehrlagige Folie und eine darauf aufgebrachte ein- oder mehrlagige Lackschicht, wobei die Lackschicht oder eine Lage der Lackschicht als Sensorschicht ausgebildet ist, e. die Beschichtung ist eine ein- oder mehrlagige Folie, wobei die Folie oder eine Lage der Folie als Sensorschicht ausgebildet ist, f. die Beschichtung (21) umfasst eine ein- oder mehrlagige Folie und eine darauf aufgebrachte ein- oder mehrlagige Lackschicht (25), wobei die Folie oder eine Lage der Folie als Sensorschicht (22) ausgebildet ist,
System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. das Sensorelement, insbesondere die Sensorschicht (12; 22), enthält elektrische Leitfähigkeit vermittelnde Substanzen, insbesondere Rußpartikel und/oder andere Kohlenstoffmodifikationen wie Graphen oder Kohlenstoffnanotubes und/oder Metallpartikel.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. der zwischen den mindestens zwei metallischen Kontakten (13) erfassbare elektrische Widerstand des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht (12; 22), liegt im Bereich von 1 kΩ bis 3 MΩ.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. das Mittel zur Detektion der Änderung des elektrischen Widerstandes ist zur indirekten Erfassung der Änderung des elektrischen Widerstandes eingerichtet, b. das Mittel zur Detektion der Änderung des elektrischen Widerstands ist zur Erfassung einer mit dem elektrischen Widerstand korrelierenden Größe eingerichtet und zur wiederholten, insbesondere zyklischen, Erfassung dieser Größe vorgesehen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Bei den mindestens zwei metallischen Kontakten (13) handelt es sich um mechanische Verbindungsmittel, die in unmittelbarem Kontakt mit dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht (12; 22), stehen. b. Die mindestens zwei metallischen Kontakte werden von Metallfolien gebildet, die in unmittelbarem Kontakt mit dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht, stehen und vorzugsweise zwischen dem als Sensorelement ausgebildeten Grundkörper und der Beschichtung oder zwischen dem Grundkörper und der Sensorschicht, angeordnet sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. das Bauteil (1) umfasst ein Sensorfeld, das mit drei oder mehr der metallischen Kontakte gebildet wird, so dass eine an oder unter der Oberfläche des Bauteils lokal eintretende Zustandsänderung durch mindestens zwei Messungen des elektrischen Widerstands zwischen mindestens zwei verschiedenen Kontaktpaaren lokalisierbar ist, b. das Bauteil (1) umfasst mehrere Paare einander gegenüberliegender metallischer Kontakte, so dass eine an oder unter der Oberfläche des Bauteils lokal eintretende Zustandsänderung durch Messungen, insbesondere durch zeitlich aufeinander folgende Messungen, zwischen verschiedenen Kontaktpaaren lokalisierbar ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. der Grundkörper (10) des Bauteils (1) besteht aus einem Kunststoff und/oder einem Verbundmaterial, insbesondere einem Kunststoffverbundmaterial und/oder einem Faserverbundmaterial, b. der Grundkörper (10) des Bauteils (1) besteht aus einem metallischen Werkstoff, wobei zwischen dem Grundkörper und der Sensorschicht mindestens eine elektrisch isolierende Schicht vorgesehen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. das Bauteil (1) ist Bestandteil oder Teil eines Bestandteils der Karosserie eines Kraftfahrzeugs, b. das Bauteil (1) ist ein Stoßfänger oder ein Teil eines Stoßfängers eines Kraftfahrzeugs, c. das Bauteil (1) ist ein Kotflügel oder Teil eines Kotflügels eines Kraftfahrzeugs, d. das Bauteil (1) ist ein Außenspiegel oder Teil eines Außenspiegels eines Kraftfahrzeugs, e. das Bauteil (1) ist eine Tür oderTeil einerTür eines Kraftfahrzeugs, f. das Bauteil (1) ist eine Felge oder Teil einer Felge eines Kraftfahrzeugs, g. das Bauteil (1) ist ein Rotorblatt oder Teil eines Rotorblatts einer Windkraftanlage.
Flächiges Substrat zum Aufbringen einer Sensorschicht (12; 22) auf einen Grundkörper eines Bauteils (1), wobei das flächige Substrat die folgenden Merkmale aufweist: a. das flächige Substrat umfasst eine Sensorschicht (12; 22) und/oder das flächige Substrat ist eine Sensorschicht (12; 22), und b. das flächige Substrat umfasst mindestens zwei metallische Kontakte (13) zum Einbinden der Sensorschicht (12; 22) in einen elektrischen Stromkreis, und c. die metallischen Kontakte (13) stehen in unmittelbarem Kontakt mit der Sensorschicht (12; 22) und sind voneinander beabstandet.
Flächiges Substrat nach Anspruch 10 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. das flächige Substrat ist eine ein- oder mehrlagige Folie, wobei die Folie oder eine Lage der Folie als Sensorschicht ausgebildet ist, b. das flächige Substrat umfasst eine ein- oder mehrlagige Folie und eine darauf aufgebrachte ein- oder mehrlagige Lackschicht, wobei die Folie oder eine Lage der Folie als Sensorschicht ausgebildet ist, c. das flächige Substrat umfasst eine ein- oder mehrlagige Folie und eine darauf aufgebrachte ein- oder mehrlagige Lackschicht, wobei die Lackschicht oder eine Lage der Lackschicht als Sensorschicht ausgebildet ist.
Flächiges Substrat nach Anspruch 11 Merkmal b. oder Anspruch 11 Merkmal c. mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. die Folie ist nach einer Aufbringung des flächigen Substrats auf den Grundkörper des Bauteils (1) abtrennbar.
Bauteil (1) mit einem Grundkörper (10), wobei der Grundkörper des Bauteils mindestens eine Fläche aufweist, die mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung (11; 21) überzogen ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a. die Beschichtung (11; 21) oder zumindest eine Lage der Beschichtung (11; 21) oder der Grundkörper ist als Sensorelement, insbesondere als Sensorschicht (12; 22), ausgebildet, und b. das Bauteil umfasst mindestens zwei metallische Kontakte (13) zum Einbinden des Sensorelements, insbesondere der Sensorschicht (12; 22), in einen elektrischen Stromkreis, und c. die metallischen Kontakte (13) stehen in unmittelbarem Kontakt mit dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht (12; 22), und sind voneinander beabstandet.
Bauteil nach Anspruch 13, wobei das Bauteil weiter durch mindestens eines der Merkmale gemäß einem der Ansprüche 2,3,4,6,7, 8 oder 9 gekennzeichnet ist.
Kraftfahrzeug umfassend ein Bauteil gemäß Anspruch 13 oder Anspruch 14.
Verfahren zur Detektion von eintretenden Zustandsänderungen an oder unter einer Oberfläche eines Bauteils (1), wobei das Bauteil einen Grundkörper (10) aufweist und der Grundkörper des Bauteils mindestens eine Fläche aufweist, die mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung (11; 21) überzogen ist, mit den folgenden Verfahrensschritten: a. die Beschichtung (11; 21) oder zumindest eine Lage der Beschichtung (11; 21) oder der Grundkörper wird als Sensorelement, insbesondere als Sensorschicht (12; 22), verwendet, und b. das Sensorelement, insbesondere die Sensorschicht (12; 22), wird über mindestens zwei metallische Kontakte (13), die in unmittelbarem Kontakt mit dem Sensorelement, insbesondere der Sensorschicht (12; 22), stehen und voneinander beabstandet sind, in einen elektrischen Stromkreis eingebunden, und c. eine mit dem elektrischen Widerstand des in den elektrischen Stromkreis eingebundenen Sensorelements korrelierende Größe, insbesondere eine mit dem elektrischen Widerstand der in den elektrischen Stromkreis eingebundenen Sensorschicht (12; 22) korrelierende Größe, wird wiederholt detektiert, und d. bei einer erfassbaren Änderung der mit dem elektrischen Widerstand korrelierenden Größe wird auf eine eingetretene Zustandsänderung an oder unter der Oberfläche des Bauteils (1) rückgeschlossen.
Verfahren nach Anspruch 16 mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. die Zustandsänderungen sind Schäden an oder unter der Oberfläche, insbesondere Kratzer und/oder dauerhafte Verformungen, und/oder nicht dauerhafte Verformungen der Oberfläche.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. die Detektion der mit dem elektrischen Widerstand korrelierenden Größe erfolgt indirekt, b. die Detektion der mit dem elektrischen Widerstand korrelierenden Größe basiert auf dem Aufladen eines Kondensators (30), c. die mit dem elektrischen Widerstand korrelierende Größe wird digitalisiert, d. die mit dem elektrischen Widerstand korrelierende Größe wird gefiltert, e. die Detektion der mit dem elektrischen Widerstand korrelierenden Größe erfolgt in Bezug zu verschiedenen Abschnitten der Beschichtung (11; 21).
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. das Verfahren wird zur Schadenserfassung und/oder -Überwachung bei Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Landfahrzeugen und/oder Luftfahrzeugen und/oder Wasserfahrzeugen, eingesetzt, b. das Verfahren wird zur Schadenserfassung und/oder-überwachung bei Brücken und/oder Gebäuden und/oder Windkraftanlagen und/oder Reaktoren eingesetzt, c. das Verfahren wird zur Kontaktüberwachung von Oberflächen eingesetzt, d. das Verfahren wird zur Detektion von Wasser auf einer Lackschicht eingesetzt.