DE102020133903A1 - Sensor device and method for detecting the presence of media using a sensor device - Google Patents
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Abstract
Es werden eine Sensoreinrichtung (500) und ein Verfahren zum Erfassen der Anwesenheit von Medien unter Verwendung einer Sensoreinrichtung (500) beschrieben, wobei die Sensoreinrichtung (500) mindestens eine Sensorfolie (100) aufweist, wobei die Sensorfolie (100) mindestens eine erste elektrisch leitende Schicht (130) und eine zweite elektrisch leitende Schicht (150) aufweist, wobei zwischen der ersten elektrisch leitenden Schicht (130) und der zweiten elektrisch leitenden Schicht (150) mindestens eine Isolationsschicht (110) aus elektrisch nicht leitendem Material angeordnet ist. Die Sensorfolie (100) weist Öffnungen (170) auf, die durch die erste elektrisch leitende Schicht (130), die zweite elektrisch leitende Schicht (150) und die mindestens eine Isolationsschicht (110) verlaufen, wobei jede der Öffnungen (170) in Bezug auf die erste elektrisch leitende Schicht (130), die zweite elektrisch leitende Schicht (150) und die mindestens eine Isolationsschicht (110) eine gleich große freie Fläche aufspannt, und wobei die Schichtdicke der mindestens eine Isolationsschicht (110) jeweils größer ist als die Schichtdicke der ersten elektrisch leitenden Schicht (130) und die Schichtdicke der zweiten elektrisch leitenden Schicht (150). A sensor device (500) and a method for detecting the presence of media using a sensor device (500) are described, the sensor device (500) having at least one sensor film (100), the sensor film (100) having at least a first electrically conductive Layer (130) and a second electrically conductive layer (150), wherein at least one insulating layer (110) made of electrically non-conductive material is arranged between the first electrically conductive layer (130) and the second electrically conductive layer (150). The sensor film (100) has openings (170) that run through the first electrically conductive layer (130), the second electrically conductive layer (150) and the at least one insulating layer (110), each of the openings (170) being related on the first electrically conductive layer (130), the second electrically conductive layer (150) and the at least one insulating layer (110) spans an equally large free area, and wherein the layer thickness of the at least one insulating layer (110) is greater than the layer thickness in each case of the first electrically conductive layer (130) and the layer thickness of the second electrically conductive layer (150).
Description
Das hierin Beschriebene und Beanspruchte betrifft eine Sensoreinrichtung und ein Verfahren zum Erfassen der Anwesenheit von Medien unter Verwendung einer Sensoreinrichtung. Medien können beispielsweise Flüssigkeiten oder feinkörnige Feststoffe sein.What is described and claimed herein relates to a sensor device and a method for detecting the presence of media using a sensor device. Media can be liquids or fine-grained solids, for example.
Zur Erkennung der Anwesenheit von Medien, wie beispielsweise Wasser oder einer anderen Flüssigkeit, werden Sensoreinrichtungen eingesetzt, welche Sensorfolien aufweisen, die mit einer Auswerteschaltung verbunden sind. Die Sensorfolien weisen dabei Öffnungen auf, in welche Flüssigkeit eindringen kann, wobei die Sensorfolien einen Schichtaufbau mit zwei elektrisch leitenden Schichten umfassen, die über eine isolierende Abstandsschicht voneinander getrennt sind. Beim Eintreten von Flüssigkeit in die Öffnungen entsteht zwischen den elektrisch leitenden Schichten ein Kurzschluss, der zu einer Widerstandsänderung führt, die über die Auswerteschaltung erfasst werden kann. Somit können beispielsweise Leckagen erkannt werden.To detect the presence of media, such as water or another liquid, sensor devices are used which have sensor foils that are connected to an evaluation circuit. The sensor foils have openings into which liquid can penetrate, the sensor foils comprising a layer structure with two electrically conductive layers which are separated from one another by an insulating spacer layer. When liquid enters the openings, a short circuit occurs between the electrically conductive layers, which leads to a change in resistance that can be detected by the evaluation circuit. In this way, for example, leaks can be detected.
Solche Sensoreinrichtungen können beispielsweise auf Dächern, im Sanitärbereich (beispielsweise Badezimmer), in Industrieanlagen etc. zur Überwachung vorgesehen sein, um den Austritt von Flüssigkeiten oder anderen Medien, wie beispielsweise feinkörnigen Feststoffen, festzustellen.Such sensor devices can be provided, for example, on roofs, in sanitary areas (for example bathrooms), in industrial plants, etc. for monitoring in order to determine the escape of liquids or other media, such as fine-grained solids.
Ein häufiges Problem bei Sensoreinrichtungen mit einer Sensorfolie, die über eine Abstandsschicht bzw. Isolationsschicht getrennte Elektrodenschichten aufweisen, besteht darin, dass beispielsweise beim Einbringen von Öffnungen für die Aufnahme der zu detektierenden Flüssigkeiten oder dergleichen oder beim „Zuschneiden“ der Sensorfolie ein Kurzschluss erzeugt werden kann, der daraus resultiert, dass beim Einbringen der Öffnungen oder beim „Zuschneiden“ der Folie die beiden Elektrodenschichten miteinander in Kontakt gebracht werden. Der Kurzschluss tritt natürlich erst dann auf, wenn an die Sensorfolie eine Spannung angelegt wird.A frequent problem with sensor devices with a sensor film, which have separate electrode layers via a spacer layer or insulation layer, is that a short circuit can be generated, for example, when openings are made to accommodate the liquids to be detected or the like, or when the sensor film is “cut to size”. , which results from the fact that the two electrode layers are brought into contact with each other when the openings are made or when the foil is "cut to size". Of course, the short circuit only occurs when a voltage is applied to the sensor foil.
Aus dem Stand der Technik ist hierzu aus
Der in
Weiterhin weist der bekannte Stand der Technik den Nachteil auf, dass zwei unterschiedliche Verfahren zur Erzeugung der Öffnungen durchgeführt werden müssen. Zudem ist es grundsätzlich nicht möglich, beide Öffnungen mit den unterschiedlichen Durchmessern in einem Arbeitsschritt zu erzeugen. Daher ist der Aufwand zur Herstellung einer Folie deutlich erhöht.Furthermore, the known prior art has the disadvantage that two different methods have to be carried out to produce the openings. In addition, it is fundamentally not possible to produce both openings with different diameters in one work step. Therefore, the cost of producing a film is significantly increased.
Weiterhin ist die Sensorfläche des Sensorfilms aus dem Stand der Technik im Vergleich zur Fläche des Sensorfilms relativ gering, was eine Erkennung von Leckagen erschwert.Furthermore, the sensor area of the sensor film from the prior art is relatively small compared to the area of the sensor film, which makes it difficult to detect leaks.
Eine Aufgabe einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann daher darin bestehen, eine Möglichkeit zu schaffen, welche einen einfachen Schichtaufbau für eine Sensorfolie erlaubt, der einfach herstellbar ist, wobei eine relativ große Sensorfläche bereitstellbar ist und wobei die Sensorfolie einfach in ihren Abmaßen veränderbar ist, ohne dass u.a. eine Kontaktierung einer ersten elektrisch leitenden Schicht und einer zweiten elektrisch leitenden Schicht erzeugt wird, die einen Kurzschluss bewirken würde.An object of an embodiment according to the invention can therefore be to create a possibility that allows a simple layer structure for a sensor film that is easy to produce, a relatively large sensor area can be provided and the dimensions of the sensor film can be easily changed without, among other things, contacting of a first electrically conductive layer and a second electrically conductive layer is produced, which would cause a short circuit.
Des Weiteren soll ein Verfahren ermöglicht werden, mit dem eine Sensoreinrichtung betrieben werden kann und welches eine zuverlässige Erkennung der Anwesenheit eines Mediums erlauben.Furthermore, a method is to be made possible with which a sensor device can be operated and which allow reliable detection of the presence of a medium.
Gemäß einem Aspekt betrifft eine solche erfindungsgemäße Ausführungsform zumindest in einem Kerngedanken eine Sensoreinrichtung zur Erkennung der Anwesenheit eines Mediums, umfassend: mindestens eine Sensorfolie, wobei die Sensorfolie mindestens eine erste elektrisch leitende Schicht und eine zweite elektrisch leitende Schicht aufweist, wobei zwischen der ersten elektrisch leitenden Schicht und der zweiten elektrisch leitenden Schicht mindestens eine Isolationsschicht aus elektrisch nicht leitendem Material angeordnet ist, wobei
- - die Sensorfolie Öffnungen aufweist, die durch die erste elektrisch leitende Schicht, die zweite elektrisch leitende Schicht und die mindestens eine Isolationsschicht verlaufen,
- - jede der Öffnungen in Bezug auf die erste elektrisch leitende Schicht, die zweite elektrisch leitende Schicht und die mindestens eine Isolationsschicht eine gleich große freie Fläche aufspannt, und
- - die Schichtdicke der mindestens einen Isolationsschicht jeweils größer ist als die Schichtdicke der ersten elektrisch leitenden Schicht und die Schichtdicke der zweiten elektrisch leitenden Schicht.
- - the sensor film has openings that run through the first electrically conductive layer, the second electrically conductive layer and the at least one insulating layer,
- - each of the openings spans an equally large free area in relation to the first electrically conductive layer, the second electrically conductive layer and the at least one insulating layer, and
- - The layer thickness of the at least one insulation layer is greater than the layer thickness of the first electrically conductive layer and the layer thickness of the second electrically conductive layer.
Der Aufbau der Sensorfolie der Sensoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schichtdicke der mindestens einen Isolationsschicht jeweils größer ist, als die Schichtdicke der ersten elektrisch leitenden Schicht und die Schichtdicke der zweiten elektrisch leitenden Schicht. Damit wird erreicht, dass auch beim Einbringen der Öffnungen in die Sensorfolie und beim „Zuschneiden“ der Sensorfolie keine Kontaktierung der beiden elektrisch leitenden Schichten über die Isolationsschicht hinweg erfolgen kann. Es können somit nicht Bereiche der ersten elektrisch leitenden Schicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Schicht über die Isolationsschicht hindurch mit der jeweils anderen elektrisch leitenden Schicht in Verbindung gelangen.The structure of the sensor film of the sensor device is characterized in that the layer thickness of the at least one insulating layer is greater than the layer thickness of the first electrically conductive layer and the layer thickness of the second electrically conductive layer. This ensures that even when the openings are made in the sensor foil and when the sensor foil is "cut to size", no contact can be made between the two electrically conductive layers via the insulating layer. It is therefore not possible for regions of the first electrically conductive layer and/or the second electrically conductive layer to come into contact with the respective other electrically conductive layer via the insulating layer.
Die Verwendung entsprechender Schichten (Isolationsschicht, elektrisch leitende Schichten) mit den aufeinander abgestimmten Schichtdicken erlaubt daher eine Anpassung der Sensorfolie an örtliche Gegebenheiten durch einfache Mittel, wie z.B. mithilfe einer Schere. Weiter ist die Herstellung der Sensorfolie einfach realisierbar, weil beispielsweise Stanzwerkzeuge verwendet werden können, welche die Öffnungen in die Sensorfolie einbringen, wobei die Öffnungen durch die Sensorfolie hinweg auf einmal erzeugt werden. Damit wird auch sichergestellt, dass die Öffnungsweite der Öffnungen in den einzelnen Schichten der Sensorfolie gleich ist und die Öffnungen in den einzelnen Schichten deckungsgleich sind, so dass es zu keinem Anhaften eines Flüssigkeitstropfen oder dergleichen eines Mediums an Rändern von unterschiedlich großen oder leicht versetzt zueinander verlaufenden Öffnungen innerhalb des Schichtaufbaus kommt.The use of appropriate layers (insulation layer, electrically conductive layers) with the layer thicknesses matched to one another therefore allows the sensor film to be adapted to local conditions using simple means such as scissors. Furthermore, the production of the sensor film is easy to implement because, for example, punching tools can be used which make the openings in the sensor film, with the openings being produced all at once through the sensor film. This also ensures that the opening width of the openings in the individual layers of the sensor film is the same and that the openings in the individual layers are congruent, so that no drops of liquid or the like of a medium stick to edges of different sizes or slightly offset from one another Openings within the layer structure comes.
Die Erkennung der Anwesenheit eines Mediums, wie beispielsweise einer Flüssigkeit erfolgt dadurch, dass ein Flüssigkeitstropfen in die Öffnung gelangt und dann einen Kurzschluss oder zumindest eine messbare Verringerung des elektrischen Widerstands zwischen der ersten elektrisch leitenden Schicht und der zweiten elektrisch leitenden Schicht erzeugt, der über eine Auswerteschaltung erfasst wird. Aufgrund der vorherstehend beschriebenen Wirkungsweise, ist, wenn hierin im Zusammenhang mit der Erfindung von Kurzschluss gesprochen wird, auch die bereits erwähnt messbare Verringerung des elektrischen Widerstands mitgemeint.The presence of a medium, such as a liquid, is detected by a drop of liquid getting into the opening and then creating a short circuit or at least a measurable reduction in the electrical resistance between the first electrically conductive layer and the second electrically conductive layer, which via a Evaluation circuit is detected. Due to the above-described mode of operation, when short-circuiting is mentioned here in connection with the invention, the already mentioned measurable reduction in electrical resistance is also meant.
Die elektrisch leitenden Schichten bestehen hierzu beispielsweise aus einem elektrisch leitenden Metall (z.B. Aluminium, Kupfer, Messing, Edelstahl, Gold und weitere Metalle) oder einem elektrisch leitenden Kunststoff, wobei beispielsweise für die Leitfähigkeit Kohlenstoff in einen Kunststoff eingebracht ist.For this purpose, the electrically conductive layers consist, for example, of an electrically conductive metal (e.g. aluminum, copper, brass, stainless steel, gold and other metals) or an electrically conductive plastic, with carbon being introduced into a plastic for conductivity, for example.
Nach Maßgabe des zu überwachenden Mediums und der Umgebung, in welcher die Sensoreinrichtung eingesetzt wird, können beispielsweise bei einer chemisch aggressiven Umgebung oder einem chemisch aggressiven Medium entsprechend chemisch stabile Metalle eingesetzt werden.Depending on the medium to be monitored and the environment in which the sensor device is used, chemically stable metals can be used accordingly, for example in a chemically aggressive environment or a chemically aggressive medium.
In weiteren Ausführungen können die Öffnungen in der Sensorfolie gestreckt ausgeführt sein. „Gestreckt“ bedeutet, dass die Öffnungen nicht kreisrund sind, wie im Stand der Technik. Die Sensorfolie weist somit keine kreisrunden Öffnungen auf. Gestreckte Öffnungen sind demnach beispielsweise längliche Öffnungen und ovale Öffnungen, wobei die Öffnungen an ihren Enden abgerundet sind, damit keine scharfen Kanten in den Öffnungen vorliegen, die zum einen Startpunkte für einen Riss in der Sensorfolie bilden und zum anderen auch ein Anhaften von Tröpfchen eines Mediums bewirken können, was die Erfassung der Anwesenheit eines Mediums erschweren oder verhindern könnte. Längliche Öffnungen können sich dabei in einer Richtung erstrecken oder auch einfach oder mehrfach gekrümmt sein. Beispielhafte Formen umfassen nicht abschließend eine im Wesentlichen C-, S- oder klammerartige Bogenform. In weiteren Ausführungen können die Öffnungen auch beispielsweise eine T-Form mit abgerundeten Kanten/Ecken aufweisen.In further versions, the openings in the sensor film can be stretched. "Elongated" means that the openings are not circular as in the prior art. The sensor foil therefore has no circular openings. Elongated openings are therefore, for example, elongated openings and oval openings, with the openings being rounded off at their ends so that there are no sharp edges in the openings, which on the one hand form starting points for a tear in the sensor film and on the other hand also allow droplets of a medium to adhere that could make it difficult or impossible to detect the presence of a medium. Elongated openings can extend in one direction or be curved once or multiple times. Exemplary shapes include but are not limited to a substantially C-, S-, or bracket-like arch shape. In further versions, the openings can also have, for example, a T-shape with rounded edges/corners.
In weiteren Ausführungen können auch verschieden ausgebildete Öffnungen in der Sensorfolie vorgesehen sein. Die Öffnungen können dabei ein Muster ausbilden.In further embodiments, differently designed openings can also be provided in the sensor film. The openings can form a pattern.
Wesentlich ist, dass die Sensorfläche aufgrund der Ausbildung der Öffnungen gegenüber kreisrunden Öffnungen vergrößert ist. Die Sensorfläche einer Öffnung der Sensorfolie ist jeweils der Abstand der elektrisch leitenden Schichten zuzüglich der jeweiligen Materialstärke der elektrisch leitenden Schichten multipliziert mit der Länge/Umfang der Öffnung. Die effektive Sensorfläche der Sensorfolie ist folglich die Summe dieser Flächen in den Öffnungen.It is essential that the sensor area is enlarged compared to circular openings due to the design of the openings. The sensor area of an opening in the sensor film is the distance between the electrically conductive layers plus the respective material thickness of the electrically conductive layers multiplied by the length/circumference of the opening. The effective sensor area of the sensor foil is consequently the sum of these areas in the openings.
Die verbleibende Restoberfläche der Sensorfolie sollte im Vergleich dazu zur Optimierung der Erfassungsgenauigkeit eines anwesenden Mediums minimiert werden, wobei je nach Anwendung die mechanische Stabilität bzw. ein Mindestmaß an mechanischer Stabilität bzw. ein Minimum an noch notwendiger mechanischer Stabilität eingehalten werden sollte, was im Ergebnis zur Vergrößerung bzw. Maximierung der Sensorfläche führt und zur Verbesserung der Sensitivität der Sensoreinrichtung insbesondere eine Maximierung der Anzahl an Öffnungen in der Sensorfolie beinhaltet bzw. mitbeinhaltet.In comparison, the remaining surface area of the sensor foil should be minimized in order to optimize the detection accuracy of a medium that is present, whereby, depending on the application, the mechanical stability or a minimum of mechanical stability or a minimum of the mechanical stability that is still necessary should be maintained, which ultimately leads to Enlargement or maximization of the sensor surface leads and, in order to improve the sensitivity of the sensor device, in particular includes or includes a maximization of the number of openings in the sensor film.
Die Ausbildung der Öffnungen hängt auch davon ab, von welchem Medium die Anwesenheit erfasst werden soll. So bilden beispielsweise verschiedene Flüssigkeiten verschieden große Tröpfchen aus. Damit ist dann auch die Öffnungsweite der Öffnungen zu bestimmen. Darüber hinaus kann der Abstand der Öffnungen in der Sensorfolie ebenfalls davon abhängen, von welchem Medium die Anwesenheit erfasst werden soll. So kann in weiteren Ausführungen der Abstand von benachbarten Öffnungen in der Sensorfolie jeweils im Wesentlichen immer nur so groß sein, wie eine durchschnittliche Tröpfchengröße einer bestimmten Flüssigkeit.The formation of the openings also depends on the medium from which the presence is to be detected. For example, different liquids form droplets of different sizes. The opening width of the openings can then also be determined with this. In addition, the distance between the openings in the sensor film can also depend on the medium whose presence is to be detected. In other embodiments, the distance from adjacent openings in the sensor film can essentially only ever be as large as the average droplet size of a specific liquid.
In weiteren Ausführungen ist auf der ersten elektrisch leitenden Schicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Schicht eine Schutzschicht aus einem elektrisch nichtleitenden Material angeordnet. Diese Schicht kann beispielsweise aus einem nicht leitenden Kunststoff bestehen, der beispielsweise eine chemische Resistenz gegenüber der Umgebung und/oder eines entsprechenden Mediums aufweist. Die mindestens eine Schutzschicht kann in weiteren Ausführungen leicht haftend oder klebend mit den elektrisch leitenden Schichten verbunden werden.In further embodiments, a protective layer made of an electrically non-conductive material is arranged on the first electrically conductive layer and/or the second electrically conductive layer. This layer can consist of a non-conductive plastic, for example, which has chemical resistance to the environment and/or a corresponding medium, for example. In further embodiments, the at least one protective layer can be connected to the electrically conductive layers in a slightly adhering or adhesive manner.
Für eine Kontaktierung der Sensorfolie mit einer entsprechenden Einrichtung ist es in weiteren Ausführungen erforderlich, dass an der Kontaktierungsstelle die Schutzschicht partiell entfernt wird. Wenn eine Schutzschicht mit der ersten elektrisch leitenden Schicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Schicht verbunden ist, kann beispielsweise eine Klebung durch thermischen oder mechanischen Einfluss entfernt werden. Bei einer haftenden Verbindung zwischen der Schutzschicht und einer zugehörigen ersten oder zweiten elektrisch leitenden Schicht kann die Schutzschicht einfach abgezogen und beispielsweise eingeschnitten werden.In order to contact the sensor film with a corresponding device, it is necessary in further embodiments for the protective layer to be partially removed at the contact point. If a protective layer is connected to the first electrically conductive layer and/or the second electrically conductive layer, an adhesive bond can be removed by thermal or mechanical influence, for example. In the case of an adhesive connection between the protective layer and an associated first or second electrically conductive layer, the protective layer can simply be pulled off and, for example, cut into.
In weiteren Ausführungen weist die Schutzschicht an der ersten elektrisch leitenden Schicht und/oder die Schutzschicht an der zweiten elektrisch leitenden Schicht korrespondierende Öffnungen zu den Öffnungen in der ersten elektrisch leitenden Schicht, der zweiten elektrisch leitenden Schicht und der mindestens einen Isolationsschicht auf. Die Öffnungen können gemeinsam mit den Öffnungen in der ersten elektrisch leitenden Schicht, der Isolationsschicht und der zweiten elektrisch leitenden Schicht eingebracht werden. Alternativ ist es auch möglich, mindestens eine Schutzschicht mit bereits vorgesehenen Öffnungen auf eine vorgefertigte Sensorfolie mit entsprechenden Öffnungen aufzubringen oder mindestens eine Schutzschicht oder einen Sensorfolienrohling, wobei entweder die mindestens eine Schutzschicht oder der Sensorfolienrohling Öffnungen aufweisen, miteinander zu verbinden und danach die Öffnungen in das jeweils andere Teil einzubringen, wobei die bereits vorhandenen Öffnungen im jeweils anderen Teil zur Orientierung oder als Schablone für das Ausrichten und Einbringen von Öffnungen dienen.In further embodiments, the protective layer on the first electrically conductive layer and/or the protective layer on the second electrically conductive layer has openings corresponding to the openings in the first electrically conductive layer, the second electrically conductive layer and the at least one insulating layer. The openings can be introduced together with the openings in the first electrically conductive layer, the insulating layer and the second electrically conductive layer. Alternatively, it is also possible to apply at least one protective layer with openings already provided to a prefabricated sensor film with corresponding openings, or to connect at least one protective layer or a sensor film blank, with either the at least one protective layer or the sensor film blank having openings, and then to cut the openings into the to introduce the other part in each case, with the existing openings in the other part serving for orientation or as a template for aligning and introducing openings.
In weiteren Ausführungsformen kann beispielsweise eine an einer Unterseite der Sensorfolie angeordnete Schutzschicht keine Öffnungen aufweisen. Solche Ausführungen können beispielsweise in Bereichen eingesetzt werden, in denen Kondensation von Luftfeuchtigkeit nicht oder unwahrscheinlich auftritt, z.B. im Bad (Dusche, Badewanne, etc.). Leckageflüssigkeit als zu erfassendes Medium würde sich dann in den Öffnungen sammeln, wobei die untere Schutzschicht dabei ein Durchdringen von Leckageflüssigkeit verhindert. Somit lässt sich eine Leckage erkennen und der Untergrund der Sensorfolie wird vor Leckageflüssigkeit geschützt.In further embodiments, for example, a protective layer arranged on an underside of the sensor film can have no openings. Such designs can be used, for example, in areas where condensation of humidity does not occur or is unlikely to occur, e.g. in the bathroom (shower, bathtub, etc.). Leakage liquid as the medium to be detected would then collect in the openings, with the lower protective layer preventing leakage liquid from penetrating. A leak can thus be detected and the substrate of the sensor foil is protected from leaking liquid.
In weiteren Ausführungen ist eine erste Isolationsschicht und eine zweite Isolationsschicht vorgesehen, wobei zwischen der ersten Isolationsschicht und der zweiten Isolationsschicht mindestens eine Verstärkungsschicht angeordnet ist und die erste Isolationsschicht mit der ersten elektrisch leitenden Schicht und die zweite Isolationsschicht mit der zweiten elektrisch leitenden Schicht verbunden ist, wobei die erste Isolationsschicht, die zweite Isolationsschicht und die Verstärkungsschicht korrespondierende Öffnungen zu den Öffnungen in der ersten elektrisch leitenden Schicht und der zweiten elektrisch leitenden Schicht aufweisen. Da die Isolationsschicht aus Kunststoff bestehen kann und damit gegenüber hohen Belastungen empfindlich ist, kann durch die Verstärkungsschicht eine Verstärkung der Sensorfolie erreicht werden. Hohe mechanische Belastungen können z.B. dadurch entstehen, dass die Sensorfolie auf einer langen Strecke ihr eigenes Gewicht tragen muss oder gespannt wird, ohne dass diese vom Untergrund getragen wird. Bei hohen Kräften parallel zur Folienebene der Sensorfolie könnte sich somit die Isolationsschicht dehnen, wodurch Risse in den elektrisch leitenden Schichten entstehen könnten, die bis zur Funktionsunfähigkeit reichen. Die Verstärkungsschicht, die beispielsweise aus einem zugfesten, schlecht dehnbaren Material, vorzugsweise aus Metall, z.B. einer Edelstahlfolie besteht, bringt eine Sicherung in die Sensorfolie ein. Zusätzlich sind dann zwei Isolationsschichten erforderlich, die beispielsweise mit der Verstärkungsschicht verklebt sein können. In diesen Ausführungsformen ist es wesentlich, dass beide Isolationsschichten jeweils eine größere Schichtdicke aufweisen als die jeweils vorgesehenen elektrisch leitenden Schichten, damit bei dem Einbringen von Öffnungen in die Sensorfolie oder beim Zuschneiden der Sensorfolie keine ungewünschte Kontaktierung zwischen den elektrisch leitenden Schichten und der aus einem Metall bestehenden Verstärkungsschicht auftritt.In further embodiments, a first insulation layer and a second insulation layer are provided, with at least one reinforcement layer being arranged between the first insulation layer and the second insulation layer and the first insulation layer being connected to the first electrically conductive layer and the second insulation layer being connected to the second electrically conductive layer, wherein the first insulating layer, the second insulating layer and the reinforcing layer have corresponding openings to the openings in the first electrically conductive layer and the second electrically conductive layer. Since the insulation layer can be made of plastic and is therefore sensitive to high loads, the sensor film can be reinforced by the reinforcement layer. High mechanical loads can arise, for example, because the sensor foil has to bear its own weight over a long distance or is stretched without being supported by the substrate. In the case of high forces parallel to the film plane of the sensor film, the insulation layer could stretch, which could cause cracks in the electrically conductive layers, which could even lead to inoperability. The reinforcement layer, for example made of a strong, poorly stretchable material, preferably made of metal, eg a stainless steel foil, introduces a fuse into the sensor foil. In addition, two insulation layers are then required, which can be glued to the reinforcement layer, for example. In these embodiments, it is essential that both insulation layers each have a greater layer thickness than the electrically conductive layers provided in each case, so that when openings are made in the sensor film or when the sensor film is cut to size, there is no undesired contact between the electrically conductive layers and the metal existing reinforcement layer occurs.
In weiteren Ausführungsformen weist mindestens eine äußere Schicht der Sensorfolie eine hydrophobe und/oder oleophobe Beschichtung auf. Bei den äußeren Schichten kann es sich beispielsweise um die erste und/oder zweite elektrisch leitende Schicht oder die Schutzschichten auf den entsprechenden elektrisch leitenden Schichten handeln. Die hydrophobe und/oder oleophobe Beschichtung weist den Vorteil auf, dass auf die Oberfläche der Sensorfolie auftreffende Tropfen einer entsprechenden Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser oder Öl bzw. Wasser oder Öl enthaltende Flüssigkeit, aufgrund der Beschichtung in die Öffnungen gedrängt werden, so dass eine zuverlässige Erkennung der Anwesenheit einer entsprechenden Flüssigkeit erzielt werden kann. Insbesondere ist es somit möglich, dass beispielsweise jeder auf die Sensorfolie auftreffende Tropfen in eine entsprechende Öffnung gedrängt wird und somit sofort eine Leckagedetektion erfolgen kann. Hierzu ist es weiter vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen den Öffnungen möglichst gering, vorzugsweise nicht größer als der durchschnittliche Tröpfchendurchmesser der jeweiligen Flüssigkeit ist.In further embodiments, at least one outer layer of the sensor film has a hydrophobic and/or oleophobic coating. The outer layers can be, for example, the first and/or second electrically conductive layer or the protective layers on the corresponding electrically conductive layers. The hydrophobic and/or oleophobic coating has the advantage that drops of a corresponding liquid, such as water or oil or a liquid containing water or oil, that strike the surface of the sensor film are forced into the openings due to the coating, so that a reliable Detection of the presence of a corresponding liquid can be achieved. In particular, it is thus possible, for example, for each drop that strikes the sensor film to be forced into a corresponding opening, so that a leak can be detected immediately. For this it is also advantageous if the distance between the openings is as small as possible, preferably not larger than the average droplet diameter of the respective liquid.
In weiteren Ausführungsformen weist die Sensoreinrichtung eine Auswerteeinheit auf, die mit den elektrisch leitenden Schichten der Sensorfolie verbunden ist, so dass eine Erkennung der Anwesenheit von Medien erfolgen kann. Hierzu kann über die Auswerteeinheit beispielsweise eine Spannung an die beiden elektrisch leitenden Schichten angelegt werden.In further embodiments, the sensor device has an evaluation unit which is connected to the electrically conductive layers of the sensor film, so that the presence of media can be detected. For this purpose, for example, a voltage can be applied to the two electrically conductive layers via the evaluation unit.
In weiteren Ausführungsformen weist die Sensoreinrichtung eine Kontakteinheit auf, die ein Gehäuse aufweist, in dem zwei gegenüberliegende Kontakte aufgenommen sind, welche jeweils mit einer der beiden elektrisch leitenden Schichten verbunden sind, wobei die Kontakte jeweils mit einer elektrischen Leitung verbindbar sind. Über die Kontakteinheit erfolgt die Kontaktierung der Sensorfolie. Es kann damit eine Verbindung zwischen der Sensorfolie und einer Auswerteeinheit hergestellt werden, wobei sich von dem Gehäuse und den Kontakten elektrische Leitungen zu der Auswerteeinheit erstrecken.In further embodiments, the sensor device has a contact unit, which has a housing in which two opposing contacts are accommodated, which are each connected to one of the two electrically conductive layers, the contacts each being connectable to an electrical line. The sensor foil is contacted via the contact unit. A connection can thus be established between the sensor film and an evaluation unit, with electrical lines extending from the housing and the contacts to the evaluation unit.
In weiteren Ausführungen ist das Gehäuse zweiteilig ausgebildet und weist einen Rastmechanismus auf, mittels welchem die Kontakte über das Gehäuse gegen die elektrisch leitenden Schichten drückbar sind. Der Rastmechanismus stellt sicher, dass nach der Verbindung der Kontakte der Kontakteinheit mit den entsprechenden elektrisch leitenden Schichten der Anpressdruck der Kontakte auf die elektrisch leitenden Schichten aufrecht erhalten bleibt. Das Gehäuse kann in dem Bereich der gegenüberliegenden Kontakte jeweils mindestens eine Erhebung oder eine andere Klemmvorrichtung aufweisen, welche eine Sicherung gegen ein Herausziehen der Sensorfolie aus dem Gehäuse der Kontakteinheit bzw. ein Abziehen der Kontakteinheit von der Sensorfolie bereitstellt.In further versions, the housing is designed in two parts and has a latching mechanism, by means of which the contacts can be pressed against the electrically conductive layers via the housing. The locking mechanism ensures that after the contacts of the contact unit have been connected to the corresponding electrically conductive layers, the contact pressure of the contacts on the electrically conductive layers is maintained. The housing can have at least one elevation or another clamping device in the area of the opposing contacts, which provides protection against the sensor film being pulled out of the housing of the contact unit or the contact unit being pulled off the sensor film.
In weiteren Ausführungen weist die Sensoreinrichtung mehrere parallel und beabstandet zueinander verlaufende erste Bahnen von Sensorfolien und mehrere parallel und beabstandet zueinander verlaufende zweite Bahnen von Sensorfolien auf, wobei die ersten Bahnen und die zweiten Bahnen übereinander in zueinander verschiedener Ausrichtung angeordnet sind und jede einzelne der Bahnen mit einer gemeinsamen Auswerteeinheit verbunden ist. Dies ermöglicht eine Lokalisierung eines Bereichs, in dem die Anwesenheit eines Mediums auftritt. Die Anordnung der ersten Bahnen und zweiten Bahnen kann dabei derart erfolgen, dass die Öffnungen von ersten Bahnen im Wesentlichen deckungsgleich zu Öffnungen von zweiten Bahnen verlaufen. Deckungsgleich bedeutet nicht, dass die Öffnungen exakt übereinander liegen müssen, da dies beispielsweise bei C-förmigen oder anderweitig ausgebildeten länglichen Öffnungen von ersten Bahnen in einer ersten Richtung und entsprechend ausgebildeten Öffnungen von zweiten Bahnen in einer zweiten Richtung, die beispielsweise orthogonal zur ersten Richtung verläuft, nicht immer möglich ist. Wesentlich ist, dass die deckungsgleich zueinander angeordneten Öffnungen in den ersten und zweiten Bahnen in einem zentralen Bereich der Öffnungen übereinanderliegen, damit beispielsweise ein Flüssigkeitstropfen eines Mediums sowohl durch eine Öffnung in einer der ersten Bahnen und anschließend in eine Öffnung in einer der zweiten Bahnen gelangt und somit in den beiden Bahnen einen Kurzschluss erzeugt, der von der gemeinsamen Auswerteeinheit erfasst wird. Somit lässt sich dann anhand der erhaltenen Informationen die Lage des Tropfens in einer Fläche ermitteln. Dabei müssen die ersten Bahnen und die zweiten Bahnen zudem voneinander elektrisch isoliert sein, damit es nicht zu einem Kurzschluss zwischen den ersten Bahnen und den zweiten Bahnen kommt. Es kann in weiteren Ausführungen die Ausbildung der Sensorfolien auch derart gewählt werden, dass auch bei einer orthogonalen oder anderen Anordnung von ersten und zweiten Bahnen die Öffnungen deckungsgleich zueinander ausgerichtet sind und übereinander liegen.In further embodiments, the sensor device has a plurality of first webs of sensor films running parallel and spaced apart from one another and a plurality of second webs of sensor films running parallel and spaced apart from one another, the first webs and the second webs being arranged one above the other in a different orientation from one another and each individual web having is connected to a common evaluation unit. This enables localization of an area where the presence of a medium occurs. The first webs and second webs can be arranged in such a way that the openings of the first webs run substantially congruently with the openings of the second webs. Congruent does not mean that the openings have to lie exactly on top of each other, since this is the case, for example, with C-shaped or otherwise formed elongated openings in first webs in a first direction and correspondingly formed openings in second webs in a second direction, which, for example, runs orthogonally to the first direction , is not always possible. It is essential that the openings in the first and second webs, which are arranged congruently with one another, lie one above the other in a central region of the openings, so that, for example, a liquid droplet of a medium can pass both through an opening in one of the first webs and then into an opening in one of the second webs and thus creates a short circuit in the two tracks, which is detected by the common evaluation unit. The position of the drop in an area can then be determined using the information obtained. In this case, the first tracks and the second tracks must also be electrically insulated from one another, so that a short circuit does not occur between the first tracks and the second tracks. In further embodiments, the sensor foils can also be designed in this way be chosen so that even with an orthogonal or other arrangement of the first and second webs, the openings are aligned congruently with one another and lie on top of one another.
Eine solche Anordnung kann beispielsweise eine Matrixanordnung aufweisen, wobei die ersten und zweiten Bahnen senkrecht zueinander in einer Fläche verlaufen.Such an arrangement can have, for example, a matrix arrangement, with the first and second tracks running perpendicular to one another in one area.
Die Breite der jeweiligen Bahnen bzw. Sensorfolien ist für die Feinheit in Bezug auf die Auftrittsstelle eines Flüssigkeitstropfen maßgeblich. D.h. je kleiner die Breite der Bahnen ist, desto genauer kann eine Auftrittsstelle festgelegt werden.The width of the respective webs or sensor foils is decisive for the fineness in relation to the point at which a liquid drop occurs. I.e. the smaller the width of the tracks, the more precisely a stepping point can be determined.
In weiteren Ausführungsformen sind die ersten Bahnen von Sensorfolien und die zweiten Bahnen von Sensorfolien über mindestens eine Abstandschicht und/oder mindesten die ersten Bahnen von Sensorfolien von einem Untergrund über mindestens eine Abstandsschicht voneinander getrennt. Die Abstandsschicht zwischen den ersten Bahnen von Sensorfolien und den zweiten Bahnen von Sensorfolien verhindert, dass zwischen diesen ein Kurzschluss auftritt. Eine Abstandsschicht zwischen den ersten Bahnen von Sensorfolien und einem Untergrund verhindert beispielsweise chemische Reaktionen des Untergrunds mit der Sensorfolie. Beispielsweise ist Beton stark alkalisch und in der Lage chemische Veränderungen zu bewirken. Über eine Abstandsschicht kann somit eine Einwirkung auf die Sensorfolie vermieden werden. Die mindestens eine Abstandsschicht kann beispielsweise als Netz ausgebildet sein und dabei eine relativ große Maschenweite aufweisen. Die Maschenweite ist dabei auf im Hinblick auf die gesamte Anordnung wirkende statische und dynamische Kräfte auszulegen. So muss auch darauf geachtet werden, dass im eingebauten Zustand einer solchen Anordnung keine großen „Luftpolster“ existieren oder Einfallstellen erzeugt werden. Die Abstandsschicht kann aus einem Maschen-bzw. Gittergewebe gebildet werden, wie es beispielsweise in der Bauindustrie verwendet wird.In further embodiments, the first webs of sensor films and the second webs of sensor films are separated from one another by at least one spacer layer and/or at least the first webs of sensor films are separated from a substrate by at least one spacer layer. The spacer layer between the first tracks of sensor foils and the second tracks of sensor foils prevents a short circuit from occurring between them. A spacer layer between the first webs of sensor foils and a substrate prevents, for example, chemical reactions of the substrate with the sensor foil. For example, concrete is highly alkaline and capable of chemical changes. An effect on the sensor foil can thus be avoided via a spacer layer. The at least one spacer layer can be designed as a net, for example, and have a relatively large mesh size. The mesh size is to be designed for the static and dynamic forces acting on the entire arrangement. Care must also be taken to ensure that no large "air pockets" exist or sink marks are generated when such an arrangement is installed. The spacer layer may consist of a mesh or Mesh fabrics are formed, such as is used in the construction industry.
In weiteren Ausführungen ist die Schichtdicke der mindestens einen Isolationsschicht jeweils mindestens um das 6-fache größer als die Schichtdicke der mindestens einen ersten elektrisch leitenden Schicht und die Schichtdicke der mindestens einen zweiten elektrisch leitenden Schicht. Ein solches Verhältnis der jeweiligen Schichtdicken zueinander gewährleistet beispielsweise bei einer Materialpaarung von Polyethylenterephthalat (PET) als Isolationsschicht und aus Metall (z.B. Aluminium) bestehenden elektrisch leitenden Schichten, dass unabhängig von der verwendeten Methode zum Einbringen der Öffnungen und zum „Zuschneiden“ der Sensorfolie kein Kurzschluss erzeugt wird oder auftreten kann.In further versions, the layer thickness of the at least one insulation layer is at least 6 times greater than the layer thickness of the at least one first electrically conductive layer and the layer thickness of the at least one second electrically conductive layer. Such a ratio of the respective layer thicknesses to one another ensures, for example in the case of a material pairing of polyethylene terephthalate (PET) as an insulating layer and electrically conductive layers made of metal (e.g. aluminium), that no short circuit occurs, regardless of the method used to make the openings and to "cut" the sensor foil is generated or may occur.
Besonders geeignete Verfahren umfassen für das „Zuschneiden“ der Sensorfolie bzw. das Einbringen von Öffnungen beispielsweise die Bearbeitung mithilfe von Laser oder Wasserstrahl. Die angegebene Schichtdicke der mindestens einen Isolationsschicht gegenüber den elektrisch leitenden Schichten stellt aber auch beim Einbringen von Öffnungen mittels Stanzen und beim Schneiden der Sensorfolien sicher, dass es aufgrund von Scherkräften zu keinem elektrischen Kurzschluss kommen kann.Particularly suitable methods for “cutting” the sensor foil or making openings include, for example, processing using a laser or water jet. However, the specified layer thickness of the at least one insulating layer compared to the electrically conductive layers ensures that no electrical short circuits can occur due to shearing forces, even when openings are made by punching and when the sensor films are cut.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt betrifft ferner eine Ausführungsform im Sinne eines Verfahrens zum Erfassen der Anwesenheit von Medien unter Verwendung einer der vorstehend beschriebenen Sensoreinrichtungen, wobei über eine Auswerteeinheit eine Spannung an die beiden elektrisch leitenden Schichten angelegt wird, und wobei eine Änderung der Spannung aufgrund der Anwesenheit eines Mediums im Bereich einer Öffnung als Anwesenheit des Mediums durch die Auswerteeinheit erkannt und eine Antwort auf die Anwesenheit ausgegeben wird.Another aspect of the invention also relates to an embodiment in terms of a method for detecting the presence of media using one of the sensor devices described above, wherein a voltage is applied to the two electrically conductive layers via an evaluation unit, and wherein a change in voltage due to the presence of a medium in the area of an opening is recognized by the evaluation unit as the presence of the medium and a response to the presence is output.
Das Verfahren betrifft eine Widerstandsmessung in Form eines Spannungsteilers, wobei eine Messspannung über einen hochohmigen Vorwiderstand, der Teil einer Auswerteelektronik der Auswerteeinheit ist, an eine elektrisch leitende Schicht angelegt wird, wobei ein Spannungsteiler aus dem hochohmigen Vorwiderstand und dem Widerstand zwischen den elektrisch leitenden Schichten entsteht. Die nicht an dem Vorwiderstand angeschlossene zweite elektrisch leitende Schicht wird von der Auswerteelektronik an Ground- bzw. Massepotential, das entspricht dem Minuspol der Messspannung, verbunden. Aufgrund der extremen Hochohmigkeit der Isolationsschicht wird daher annähernd die Messspannung in Abwesenheit beispielsweise einer Leckageflüssigkeit oder eines anderen Mediums in mindestens einer der Öffnungen gemessen. Wird die Sensorfläche der Öffnungen von Leckageflüssigkeit berührt, sinkt der Widerstand zwischen den elektrisch leitenden Schichten und somit die Mittelspannung des Spannungsteilers. Die Auswerteelektronik kann diese Spannung kontinuierlich mit einem AD-Wandler messen oder über eine analoge Schaltung mit einem Komparator vergleichen. Sinkt die Mittelspannung des Spannungsteilers unter einen festlegbaren Wert, wird die Anwesenheit einer Leckageflüssigkeit bzw. eines Mediums in den Öffnungen erkannt. Die Auswerteeinheit kann dann Meldungen ausgeben oder Maßnahmen einleiten, wie beispielsweise Schließen von Ventilen oder Abschalten von Pumpen, Fördereinrichtungen etc.The method relates to a resistance measurement in the form of a voltage divider, with a measurement voltage being applied to an electrically conductive layer via a high-impedance series resistor, which is part of the evaluation electronics of the evaluation unit, with a voltage divider being formed from the high-impedance series resistor and the resistance between the electrically conductive layers . The second electrically conductive layer that is not connected to the series resistor is connected by the evaluation electronics to ground or mass potential, which corresponds to the negative pole of the measurement voltage. Due to the extremely high resistance of the insulation layer, the measurement voltage is therefore approximately measured in the absence of, for example, a leaking liquid or another medium in at least one of the openings. If the sensor surface of the openings is touched by leakage liquid, the resistance between the electrically conductive layers and thus the medium voltage of the voltage divider decreases. The evaluation electronics can measure this voltage continuously with an AD converter or compare it with an analogue circuit using a comparator. If the mean voltage of the voltage divider falls below a definable value, the presence of a leaking liquid or a medium in the openings is detected. The evaluation unit can then issue messages or initiate measures such as closing valves or switching off pumps, conveyors, etc.
In weiteren Ausführungen wird in festlegbaren Abständen eine Messung der Spannung an den elektrisch leitenden Schichten durchgeführt und nach jeder Messung die Stromrichtung umgekehrt, um Elektrolyseeffekte der elektrisch leitenden Schichten zu vermeiden. Zudem können hierüber auch Elektrolyseeffekte der Kontakte von Kontakteinheiten weitgehend vermieden werden. Damit wird erreicht, dass die Sensoreinrichtung über einen langen Zeitraum betrieben werden kann, ohne dass es zu fehlerhaften Messergebnissen oder einem Ausfall kommt.In further versions, the voltage is measured at the electrically conductive layers at definable intervals and the current direction is reversed after each measurement in order to avoid electrolysis effects on the electrically conductive layers. In addition, electrolysis effects of the contacts of contact units can also be largely avoided in this way. The result of this is that the sensor device can be operated over a long period of time without erroneous measurement results or a failure occurring.
Die Umkehrung der Messrichtung kann sehr langsam erfolgen, z.B. im Bereich von mehreren Sekunden, so dass eine ohmsche Widerstandsmessung vorliegt.The direction of measurement can be reversed very slowly, e.g. in the range of several seconds, so that there is an ohmic resistance measurement.
Wird die Umschaltfrequenz stark erhöht, z.B. in einen Bereich von mehreren hundert Hertz, entsteht eine Impedanzmessung. Damit lässt sich die Messung an verschiedene Flüssigkeiten als Medien und deren elektrischen Eigenschaften anpassen.If the switching frequency is greatly increased, e.g. in a range of several hundred Hertz, an impedance measurement occurs. This allows the measurement to be adapted to different liquids as media and their electrical properties.
Darüber hinaus ist nach einer Ausführungsform die Sensoreinrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ausgebildet und eingerichtet, so dass in einem weiteren Prüfprozess die Kontaktierung bzw. Kontaktierungsqualität zwischen den Kontakten mit den jeweiligen elektrisch leitenden Schichten verifiziert werden kann. Hierbei wird ein Prüfstrom von der Auswerteelektronik über ein erstes Verbindungskabel zum ersten Kontakt weiter über die ihm zugeordneten Schicht zum zweiten Kontakt und von dort über ein zweites Verbindungskabel zurück zur Auswerteelektronik geführt, wodurch z.B. unerwünschte Widerstände aufgespürt werden können.In addition, according to one embodiment, the sensor device and the method according to the invention are designed and set up such that the contacting or contacting quality between the contacts with the respective electrically conductive layers can be verified in a further testing process. Here, a test current is routed from the evaluation electronics via a first connection cable to the first contact, on to the layer assigned to it, to the second contact and from there via a second connection cable back to the evaluation electronics, which means that unwanted resistances, for example, can be detected.
Ferner kann erfindungsgemäß das Anlegen eines Reinigungsstroms vorgesehen sein und zwar so, dass z.B. eine widerstandsbildende oxidative Isolierschicht zwischen den Kontakten und leitenden Schichten gelöst bzw. entfernt werden kann.Furthermore, according to the invention, the application of a cleaning current can be provided in such a way that, for example, a resistance-forming oxidative insulating layer between the contacts and conductive layers can be loosened or removed.
Weitere Merkmale, Vorteile, Wirkungen und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der gegebenenfalls unter Bezug auf eine oder mehrerer Zeichnungen - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further features, advantages, effects and details result from the following description, in which at least one exemplary embodiment is described in detail, if appropriate with reference to one or more drawings. Described and/or illustrated features form the subject matter alone or in any meaningful combination, possibly also independently of the claims, and in particular can also be the subject matter of one or more separate applications. Identical, similar and/or functionally identical parts are provided with the same reference symbols.
Darüber hinaus wird darauf verzichtet, Bestandteile zu zeigen und zu beschreiben, welche nicht wesentlich zum Verständnis der hierin offenbarten technischen Lehre sind. Im Weiteren werden nicht für alle bereits eingeführten und dargestellten Elemente die Bezugszeichen wiederholt, sofern die Elemente selbst und deren Funktion bereits beschrieben wurden oder für einen Fachmann bekannt sind. Angaben in Bezug auf die Aufrichtung und Anordnung von Komponenten beziehen sich dabei auf die gezeigten Ausführungsbeispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In addition, there is no need to show and describe components that are not essential for understanding the technical teaching disclosed herein. In the following, the reference symbols are not repeated for all elements that have already been introduced and shown, provided that the elements themselves and their function have already been described or are known to a person skilled in the art. Information relating to the erection and arrangement of components relate to the exemplary embodiments shown and are not to be understood as limiting.
Dabei zeigen schematisch:
-
1 einen Schichtaufbau einer Sensorfolie in einer ersten Ausführungsform; -
2 einen Schichtaufbau einer Sensorfolie in einer zweiten Ausführungsform; -
3 verschiedene Ausbildungen und Anordnungen von Öffnungen in einer Sensorfolie; -
4 das Messprinzip einer Sensoreinrichtung; -
5 schematische Darstellungen von Abstandsschichten; -
6 einen Schichtaufbau einer Sensoreinrichtung mit mehreren ersten und zweiten Bahnen von Sensorfolien und Abstandsschichten; -
7 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung mit mehreren ersten und zweiten Bahnen von Sensorfolien in einer Matrixstruktur; -
8 ein Ablaufdiagramm einer Auswerteeinheit zum Betreiben einer Sensoreinrichtung; -
9 verschiedene Darstellungen von Bestandteilen für die Kontaktierung einer Sensorfolie; -
10 schematische Darstellung des Aufbaus einer Auswerteeinheit und -
11 verschiedene Darstellungen einer Kontakteinheit für die Kontaktierung einer Sensorfolie.
-
1 a layer structure of a sensor film in a first embodiment; -
2 a layer structure of a sensor film in a second embodiment; -
3 various configurations and arrangements of openings in a sensor film; -
4 the measuring principle of a sensor device; -
5 schematic representations of spacer layers; -
6 a layer structure of a sensor device with a plurality of first and second webs of sensor foils and spacer layers; -
7 a schematic representation of a sensor device with a plurality of first and second webs of sensor foils in a matrix structure; -
8th a flowchart of an evaluation unit for operating a sensor device; -
9 various representations of components for contacting a sensor film; -
10 schematic representation of the structure of an evaluation unit and -
11 different representations of a contact unit for contacting a sensor foil.
In den Figuren werden Ausführungen von Sensoreinrichtungen 500 und Komponenten hiervon beschrieben, die zur Erkennung von Leckagen vorgesehen sind. Hierbei wird über die Sensorvorrichtungen 500 das Vorhandensein einer Leckageflüssigkeit festgestellt. Solche Sensoreinrichtungen 500 können beispielsweise zur Erkennung von Leckageflüssigkeit in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, wie beispielsweise bei Duschen, Badewannen, Waschmaschinen, Spülmaschinen, Rohren (Abfluss, Zufluss, etc.) und Dächern aller Arten. Ferner können die Sensoreinrichtungen 500 zum Schutz von Räumen vorgesehen werden, in welchen sensible Einrichtungen aufgenommen sind (Schutz von IT-Anlagen). Es lassen sich aber auch Industrieanlagen hierüber überwachen. Beispielsweise kann auch der Austritt von gefährlichen (giftigen) oder leicht brennbaren Flüssigkeiten sofort erkannt und entsprechende Maßnahmen nach der Erkennung vorgenommen werden.The figures describe embodiments of
Im Vergleich zur Leckortung ist die Erkennung von Leckageflüssigkeit zeitgleich mit der Anwesenheit. Daher können Schäden frühzeitig verhindert werden, wenn eine entsprechende Erkennung der Anwesenheit von Leckageflüssigkeit erfolgt. So kann in einer beispielhaften Ausführung mit einer Matrixanordnung von Sensorfolien 100 bei großen Flächen eine Einschränkung der Leckageerkennung auf eine kleine Fläche ermöglicht werden, wodurch sich weiter der Aufwand verringert und Kosten eingespart werden können.Compared to leak detection, the detection of leaking liquid is simultaneous with its presence. Damage can therefore be prevented at an early stage if a corresponding detection of the presence of leaking liquid takes place. In an exemplary embodiment with a matrix arrangement of sensor foils 100, it is possible to restrict the detection of leaks to a small area in the case of large areas, which further reduces the effort and saves costs.
Wesentlicher Bestandteil der Sensoreinrichtungen 500 ist jeweils mindestens eine Sensorfolie 100, die über eine Kontakteinheit 300 mit einer Auswerteeinheit 400 verbunden werden kann oder verbunden ist.An essential component of the
Die Sensorfolie 100 weist eine erste elektrisch leitende Schicht 130 und eine zweite elektrisch leitende Schicht 150 auf, wobei in den gezeigten Ausführungsformen die erste elektrisch leitende Schicht 130 eine obere Schicht und die zweite elektrisch leitende Schicht 150 eine untere Schicht des gezeigten Schichtaufbaus der Sensorfolie 100 ist. Die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 fungieren bei der Sensorfolie 100 als Elektroden. Zwischen den elektrisch leitenden Schichten 130, 150 ist eine Isolationsschicht 110 angeordnet. Zusätzlich sind auf der Oberseite und der Unterseite der Sensorfolie 100 Schutzschichten 140, 160 vorgesehen, wobei die Schutzschicht 140 auf die erste elektrisch leitende Schicht 130 und die Schutzschicht 160 auf die zweite elektrisch leitende Schicht 150 aufgebracht ist.
Bei weiteren nicht dargestellten Ausführungsformen kann eine Sensorfolie 100 auch einen Schichtaufbau ohne die Schutzschichten 140, 160 aufweisen.In further specific embodiments that are not shown, a
Die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 bestehen in den gezeigten Ausführungsformen aus einer Metallfolie. Beispielsweise kann die Metallfolie aus Aluminium mit einer Stärke von 10-100 Mikrometer bestehen.In the embodiments shown, the electrically
Als Elektrodenmaterial für die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 können je nach Umgebungsbedingungen und Leckageflüssigkeit auch andere Metalle, wie z.B. Kupfer, Messing, Edelstahl, Gold und weitere Metalle, oder andere Materialien verwendet werden. Bei chemisch aggressiver Umgebung oder chemisch aggressiver Leckageflüssigkeit können entsprechend chemisch stabilere Metalle eingesetzt werden.Depending on the ambient conditions and the leakage liquid, other metals, such as copper, brass, stainless steel, gold and other metals, or other materials can also be used as the electrode material for the electrically
Ferner können die erste elektrisch leitende Schicht 130 und die zweite elektrisch leitende Schicht 150 aus unterschiedlichen Metallen bzw. Materialien bestehen.Furthermore, the first electrically
In weiteren Ausführungsformen können die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 auch aus leitendem Kunststoff bestehen, der zur Leitfähigkeit mit z.B. Kohlenstoff versetzt wurde oder aufgrund seiner Eigenschaften leitend ist.In further embodiments, the electrically
Die Isolationsschicht 110 besteht aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff, wie z.B. PET.The insulating
Die Schichten des Schichtaufbaus der Sensorfolie 100, nämlich die Isolationsschicht 110, die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 und die Schutzschichten 140, 160 können miteinander verklebt sein.The layers of the layer structure of the
Die Schutzschichten 140, 160 sind elektrisch nichtleitend und können aus einem nichtleitenden Kunststoff bestehen, der ferner eine chemische Resistenz gegenüber der Umgebung und einer Leckageflüssigkeit aufweisen kann. In weiteren Ausführungen können die Schutzschichten 140, 160 leicht haftend mit den elektrisch leitenden Schichten 130, 150 verbunden werden. Dabei müssen später an der Kontaktierungsstelle der Sensorfolie 100 die Schutzschichten 140, 160 partiell entfernt werden. Bei einer Klebung kann dies z.B. durch thermischen oder mechanischen Einfluss geschehen.The
Die Sensorfolien 100 sind entsprechend so ausgebildet, dass sich die einzelnen Schichten flächig über die Breite und Länge der Sensorfolien 100 erstrecken. Die Sensorfolien 100 können in Bezug auf ihre Länge im Wesentlichen beliebig lang ausgebildet werden. Je nach benötigter Länge kann die Sensorfolie 100 beispielsweise abgelängt werden (beispielsweise mittels einer Schere oder dgl.). Nach dem Ablängen erfolgt die Kontaktierung, wozu eine Kontakteinheit 300 (siehe
Bei sehr hohen mechanischen Belastungen der Sensorfolie 100 kann der Aufbau aus
Der in
Hierzu weist der Schichtaufbau für die Sensorfolie 100 der zweiten Ausführungsform von
Die Isolationsschichten 112, 114 können aus dem gleichen Material bestehen, wie die Isolationsschicht 110. Die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 können bei der zweiten Ausführungsform wie die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 der ersten Ausführungsform mit den Isolationsschichten 112, 114 verklebt sein.The insulation layers 112, 114 can consist of the same material as the
Für die Erkennung der Anwesenheit einer Leckageflüssigkeit weisen die Sensorfolien 100 Öffnungen 170 auf, welche sich durch den Schichtaufbau erstrecken und einen Kurzschluss zwischen den beiden Elektroden, gebildet durch die elektrisch leitenden Schichten 130, 150, bereitstellen, wenn in die Öffnungen 170 ein Tropfen einer Leckageflüssigkeit gelangt.To detect the presence of a leaking liquid, the sensor foils 100 have
Damit die Sensorfolien 100 Sensoreigenschaften aufweisen, werden Strukturen in Form von durchgängigen Öffnungen 170 eingebracht. Die Öffnungen 170 können beispielsweise mechanisch durch z.B. Stanzen oder mit Hilfe von Lasern oder Wasserstrahl eingebracht werden. Die Bearbeitung der Sensorfolien 100 muss zwingend so erfolgen, dass die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 und ggf. auch eine Verstärkungsschicht 120 keinen Kontakt zueinander nach der Bearbeitung haben, da sie sonst einen nicht gewünschten elektrischen Kurzschluss verursachen würden. Beim Stanzen und Schneiden könnte dies aufgrund von Scherkräften entstehen.So that the sensor foils 100 have sensor properties, structures in the form of
Damit es nicht zu ungewünschten (Fehl-)Kurzschlüssen kommt, ist die relative Materialstärke der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 (bzw. Verstärkungsschicht 120) und der Isolationsschicht 110 (bzw. Isolationsschichten 112, 114) aufeinander abgestimmt. Dabei ist die relative Schichtdicke der Isolationsschichten 110, 112, 114 jeweils mindestens doppelt so groß, wie die Schichtdicke der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 bzw. der Verstärkungsschicht 120.The relative material thickness of the electrically
In Ausführungen mit einer Isolationsschicht 110 aus beispielsweise PET ist die Schichtdicke jeweils um das Sechsfache größer als die Schichtdicke der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 aus z.B. Aluminium. Dabei wird gewährleistet, dass bei der Bearbeitung mit einfachen mechanischen Mitteln, wie z.B. einer handelsüblichen Schere, die geschnittenen elektrisch leitenden Schichten 130, 150 keinen elektrischen Kontakt haben.In versions with an
Die Materialstärke bzw. Schichtdicke der Isolationsschicht 110 muss ferner so gewählt werden, dass sie für den entsprechenden Anwendungsfall mit Öffnungen 170 eine ausreichende mechanische Stabilität aufweist.The material thickness or layer thickness of the
Die Sensorfolie 100 kann aufgrund des beschriebenen Aufbaus daher vorteilsweise mit einfachen mechanischen Mitteln, wie z.B. einer Schere, bei der Installation in jeglicher Form durchtrennt werden und so den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten angepasst werden. Zudem können Teilstücke entfernt werden, um die Sensorfolie 100 zur Umgehung von z.B. räumlichen Hindernissen 600 den räumlichen Gegebenheiten anzupassen (siehe beispielsweise
In
Mögliche Formen von Öffnungen 170 sind beispielhaft in
Da die Leckageflüssigkeit den Widerstand zwischen den elektrisch leitenden Schichten 130, 150 verringert, ist die effektive Sensorfläche einer Öffnung 170 der Sensorfolie 100 jeweils der Abstand der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 zuzüglich der jeweiligen Materialstärke (Schichtdicke) der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 multipliziert mit der Länge/Umfang der Öffnung 170. Die effektive Sensorfläche der Sensorfolie 100 ist folglich die Summe dieser Flächen in den Öffnungen 170. Die verbleibende Restoberfläche der Sensorfolie 100 dient vorrangig der mechanischen Stabilität und leistet zur Ermittlung der Anwesenheit von Leckageflüssigkeit keinen Beitrag. Um möglichst viel Sensorfläche zu erhalten, werden möglichst viele Öffnungen 170 in Sensorfolien 100 eingebracht. Umso geringer die verbliebene Restoberfläche der Sensorfolie 100 ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass ein einzelner Tropfen Leckageflüssigkeit von einer Auswerteelektronik 410 einer Auswerteeinheit 400 sicher erkannt wird. Ferner verringert sich dadurch der Weg bis zur Sensorfläche für die Leckageflüssigkeit.Since the leakage liquid reduces the resistance between the electrically
Hierzu kann beispielsweise der größte Abstand von Öffnung 170 zu Öffnung 170 der Sensorfolie 100 4mm betragen. Fällt ein Tropfen kugelförmige Leckageflüssigkeit mit einem Durchmesser von 4mm auf die Sensorfläche, so wird er im ungünstigsten Fall so auftreffen, dass der Kugeldurchmesser den größten Abstand der Öffnungen 170 einnimmt. Aufgrund der Schwerkraft und des Aufpralls flacht sich der Tropfen auf der Sensorfolie 100 ab und wird breiter. Die verbleibende kinetische Energie veranlasst den Tropfen sich zu bewegen. Berührt der Tropfen dabei die elektrisch leitenden Schichten 130, 150, wird die Leckageflüssigkeit von der Auswerteelektronik 410 erkannt. Fällt der Tropfen Leckageflüssigkeit teilweise auf eine Öffnung 170 in der Sensorfolie 100, wird der Tropfen sicher von der Auswerteelektronik 410 erkannt. Eine Bewegung der Leckageflüssigkeit auf der Sensorfolie 100 kann z.B. erzwungen werden, indem die Sensorfolie 100 ein leichtes Gefälle aufweist. Hierzu muss die Sensorfolie 100 entsprechend auf einem Untergrund oder einer darunter befindlichen Anordnung angeordnet werden.For this purpose, for example, the greatest distance from opening 170 to opening 170 of the
Eine weitere Methode ist die Beschichtung der jeweils oberen Schicht (z.B. Schutzschicht 140) mit einer Leckageflüssigkeit abweisenden Substanz, z.B. eine hydrophobe oder oleophobe Beschichtung. Ferner kann auch die obere Schutzschicht 140 derartige Eigenschaften aufweisen.Another method is to coat the respective top layer (e.g. protective layer 140) with a substance that repels leaking liquid, e.g. a hydrophobic or oleophobic coating. Furthermore, the upper
Die verbleibende Fläche der Sensorfolie 100 bzw. die Anzahl und Form der Öffnungen 170 bestimmen die Stabilität und Reißfestigkeit der Sensorfolie 100. Bei großen Flächen, z.B. Dächern, spielt die Folienstabilität der Sensorfolie 100 bei der Verlegung eine große Rolle. Somit kann die maximale Sensoroberfläche und die Stabilität der Sensorfolie 100 immer an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.The remaining area of the
Für die Ermittlung von Leckageflüssigkeit ist es wichtig, dass bereits geringste Mengen an Leckageflüssigkeit die Sensorfolie 100 in den Öffnungen 170 durchdringen können. Für die Anordnung einer Sensoreinrichtung 500 in einer Matrix-Struktur (siehe
In weiteren Ausführungen kann eine Sensorfolie 100 so ausgebildet sein, dass die untere Schutzschicht 160 keine Öffnungen 170 aufweist. Eine solche Sensorfolie 100 kann in Bereichen zum Einsatz kommen, in denen keine oder nur eine geringe Kondensation von Luftfeuchtigkeit auftritt, wie z.B. unter einer Dusche oder Badewanne im Bad. Die Leckageflüssigkeit kann sich bei einer solchen Sensorfolie 100 in den Öffnungen 170 sammeln, wobei die untere Schutzschicht 160 dabei ein Durchdringen von Leckageflüssigkeit verhindert. Bei einer solchen Ausführung kann eine Leckage erkannt und der Untergrund der Sensorfolie 100 vor der Leckageflüsssigkeit geschützt werden.In further embodiments, a
Das zur Messung der Leckageflüssigkeit zugrundeliegende Messprinzip zeigt
Um Elektrolyseeffekte der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 und der Kontakte 320 weitgehend zu vermeiden, wird die Stromrichtung nach jeder Messung umgekehrt (siehe
Aus
Zur örtlichen Eingrenzung bei der Detektion von Leckageflüssigkeit und zur Ermittlung von Leckagen bei großen Flächen ist es möglich, mehrere Sensorfolien 100 in einer Matrixanordnung zu verlegen und so den Bereich der Leckage auf eine bestimmte kleinere Fläche einzugrenzen.For local delimitation when detecting leaking liquid and for determining leaks in large areas, it is possible to lay several sensor foils 100 in a matrix arrangement and thus limit the area of the leak to a specific smaller area.
In einer Vielzahl von Anwendungen sollten Sensorfolien 100 nicht direkt auf einen Untergrund gelegt werden, um z.B. chemische Reaktionen zwischen dem Untergrund der Sensorfolie 100 zu vermeiden. Beispielsweise ist Beton stark alkalisch und in der Lage, chemische Veränderungen bei Sensorfolien 100 zu bewirken, welche einen hierin beschriebenen Aufbau aufweisen. Um eine Einwirkung des Untergrunds auf die Sensorfolien 100 zu verhindern, kann daher vor einer Verlegung von Sensorfolien 100 eine Abstandsschicht 200, beispielsweise in Form einer Netzstruktur, wie sie in
Bei der Ausbildung einer Matrixstruktur für die Sensoreinrichtung 500 erfolgt nach der Anordnung bzw. Verlegung einer Abstandsschicht 200 die Verlegung mehrerer Bahnen von Sensorfolien 100.When forming a matrix structure for the
Die
Zuerst wird auf den Untergrund eine Abstandsschicht 200 verlegt. Für die Sensoreinrichtung 500 wird dann die zu überwachende Fläche z.B. in X-Richtung mit mehreren Bahnen von Sensorfolien 100 verlegt. Jede einzelne Bahn wird an einem Ende an die Auswerteelektronik 410 der Auswerteeinheit 400 angeschlossen. Die einzelnen Bahnen von Sensorfolien 100 dürfen sich nicht berühren. Dies kann beispielsweise durch isolierendes Klebeband oder Abstandshalter realisiert werden.First, a
Auf die in X-Richtung verlegten Bahnen von Sensorfolien 100 folgt eine Abstandsschicht 200 mit einer Netzstruktur, wie sie beispielsweise in
Auf die obere Abstandsschicht 200 werden danach mehrere Bahnen von Sensorfolien 100 in Y-Richtung verlegt. Jede einzelne Bahn wird an einem Ende an die Auswerteelektronik 410 der Auswerteeinheit 400 angeschlossen. Anschließend kann eine weitere nicht elektrisch leitende Schicht 130, 150 auf den gezeigten Aufbau aufgebracht werden, wobei darauf geachtet werden muss, dass Leckageflüssigkeit zu den Sensorfolien 100 gelangen kann, um eine Erkennung bereitstellen zu können. In weiteren Ausführungen wird dann beispielsweise die Dusche darüber angebracht oder das Dach verlegt (z.B. bei Flachdächern).A plurality of webs of sensor foils 100 are then laid in the Y direction on the
Beim Auftritt von Leckageflüssigkeit wird bei dem gezeigten Aufbau erst in einer Bahn in Y-Richtung eine Leckage durch einen Kurzschluss durch die Auswerteelektronik 410 erkannt und danach, durch den vertikalen Fluss der Leckageflüssigkeit, in einer Bahn in X-Richtung. Durch die vorhandene Bahnbreite der Sensorfolien 100 und der X- und Y-Signalisierung der Auswerteelektronik 410 ermittelt sich die Auswertefläche der Leckage. Die Auswertefläche ist durch Variation der Sensorfolienbreite beliebig veränderbar.In the structure shown, when leaking liquid occurs, a leak is first detected in a path in the Y direction due to a short circuit by the
Wichtig ist, dass die Leckageflüssigkeit leicht die Sensorfolien 100 durchdringen kann und sich so zur nächsten Sensorfolienebene weiterbewegt, was aufgrund der Sensorfolien 100 und des hierin beschriebenen Schichtaufbaus erreicht wird.It is important that the leakage liquid can easily penetrate the sensor foils 100 and thus moves on to the next sensor foil level, which is achieved due to the sensor foils 100 and the layer structure described herein.
Mit Hilfe der Matrixanordnung der Sensorfolien 100 ist es möglich, beliebig große Flächen, z.B. Flachdächer, mit Sensorfolien 100 zu bedecken und dennoch kleine Leckageflächen mit der Auswertelektronik 410 zu erkennen. So können z.B. große Schäden an Gebäuden präventiv vermieden werden.With the help of the matrix arrangement of the
Eine weitere Möglichkeit der örtlichen Eingrenzung der Leckagedetektion besteht darin, einzelne Segmente einer Sensorfolie 100 zu verlegen, die mittels Klebeband oder Abstandshaltern keinen Kontakt miteinander haben. Die Größe der Segmente kann frei bestimmt werden. Hierzu kann beispielsweise eine Sensorfolie 100 in Segmente geteilt werden (z.B. durch Zuschneiden). Alle Segmente müssen jeweils einzeln mit der Auswerteelektronik 410 einer Auswerteeinheit 400 über Leitungen verbunden werden. Dabei kann eine zweite Schicht von Sensorfolien 100, wie bei der Matrixanordnung, entfallen, jedoch ist der Verdrahtungsaufwand größer.A further possibility of locally delimiting the leakage detection consists in laying individual segments of a
Die Kontaktierung der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 zur elektrischen Anbindung an eine Auswerteeinheit 400 mit der Auswerteelektronik 410 kann je nach verwendeter Metallart für die Schichten 130, 150 unterschiedliche Anforderungen stellen. Lötverbindungen eignen sich in der Regel nicht, wenn die Isolationsschicht 110 aus Kunststoff besteht, weil die Löttemperaturen den Kunststoff schmelzen lassen würden. Weiterhin lassen sich die verschiedenen Metalle nur unterschiedlich gut löten. Ferner erfordert das Verbinden der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 über einen Lötvorgang gewöhnlich die Ausführung durch eine Fachkraft, da dieser Prozess nicht anwenderfreundlich ist. Diesem Problem wird durch die Verwendung von Kontakteinheiten 300 Rechnung getragen.The contacting of the electrically
Es kann beispielsweise eine Kontaktierung der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 über Federkraftklemmen erfolgen. Diese sind so angeordnet, dass Kontaktfedern 330 gegeneinander auf die Sensorfolie 100 bzw. die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 drücken, und so die beiden elektrisch leitenden Schichten 130, 150 jeweils elektrisch kontaktieren.For example, the electrically
Die Kontakteinheiten 300 sind beispielsweise so ausgebildet, dass ein Gehäuse 310 aus einem oberen Gehäuseteil 312 und einem unteren Gehäuseteil 311 besteht. Die Gehäuseteile 311, 312 bestehen aus Kunststoff und weisen isolierende Eigenschaften auf. Beide Gehäuseteile 311, 312 weisen jeweils eine Aufnahme 314 auf, in welche die Kontakte 320 eingesetzt werden (
Die Aufnahmen 314 sind an einer Seite offen, wie in den
Das obere Gehäuseteil 312 weist zwei Rastarme 318 mit Rasthaken auf. Das untere Gehäuseteile 311 weist korrespondierende, schienenartige Führungen 319 auf.The
Nach dem Einsetzen der Kontakte 320 in die jeweiligen Aufnahmen 314 des oberen Gehäuseteils 312 und des unteren Gehäuseteils 311 sowie dem Einsetzen der Drähte 340 der Leitungen 350 in die Öffnungen 322 werden die beiden Gehäuseteile 311, 312 miteinander verbunden, wobei die Rastarme 318 des oberen Gehäuseteils 312 in die Führungen 319 des unteren Gehäuseteils 311 eingesetzt werden. Die Rasthaken der Rastarme 318 können dann über einen ersten Vorsprung 360 in den Führungen 319, wie in
Um zu verhindern, dass die Gehäuseteile 311, 312 von einer Sensorfolie 100 bzw. den elektrisch leitenden Schichten 130, 150 abgezogen werden können, weisen die Gehäuseteile 311, 312 Haltemittel auf. In den in den
Die Drähte 340 des Kabels können zur Kontaktierung eingesteckt oder auch geschraubt werden, ähnlich einer Lüsterklemme. Die, bis auf die hinten am Kabelanschluss, geschlossene Bauform des Gehäuses 310 der Gehäuseteile 311, 312 schützt die Kontakte 320 vor Leckageflüssigkeit. The
Die beschriebene Kontaktierung über die Kontakteinheiten 300 ist sehr anwenderfreundlich. Ferner ist keine spezielle Kontaktierungsfläche notwendig, auf der z.B. andere Metallarten aufgebracht werden müssen.The described contacting via the
Da die Kontaktierung der Sensorfolie 100 häufig nach dem Verlegen nicht mehr zugänglich sein kann, wie z.B. bei einer Anordnung unter einer Dusche oder auf einem Flachdach, kann es im Fehlerfall mit viel Aufwand verbunden sein, an diese heranzukommen. Beispielsweise wird bei einer Dusche das Bad nach dem Verlegen von Sensorfolien 100 und der Kontaktierung gefliest und die Duschwanne mit Silikon verklebt. Bei Flachdächern befindet sich die Sensorfolie 100 in der Regel unter Isolierungen und Teerpappe.Since the contacting of the
Da jedoch die Messungen durch die Auswerteeinheit 400 sichere Aussagen machen müssen, ist die Auswerteelektronik 410 in der Lage, die Kontaktierung der Kontakte 320 mit den elektrisch leitenden Schichten 130, 150 zu überprüfen. Dies erfolgt dadurch, dass die beiden elektrisch leitenden Schichten 130, 150 mit mindestens jeweils zwei Kontakten 320 kontaktiert werden. Jeder dieser Kontakte 320 hat eine separate Kabelverbindung zur Auswerteelektronik 410. Bevor die Auswerteelektronik 410 mit der Messung von Leckageflüssigkeit beginnt, wird die Kontaktierung der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 überprüft. Dazu wird ein Prüfstrom von der Auswerteelektronik 410 über ein erstes Verbindungskabel zum ersten Kontakt 320, weiter über die zugehörige Schicht 130 oder 150 zum zweiten Kontakt und von dort über das zweite Verbindungskabel zurück zur Auswerteelektronik 410 gesendet. Sollte dieser Stromkreis an irgendeiner Stelle unterbrochen sein, wird es von der Auswerteelektronik 410 registriert. Ansonsten kann dadurch sichergestellt werden, dass die danach folgende Messung von Leckageflüssigkeit Ihre Gültigkeit hat.However, since the measurements by the
Metallkontakte und das Metall der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 können zudem oxidieren und dadurch den Kontaktwiderstand wesentlich erhöhen, sodass die Auswerteelektronik 410 nicht mehr in der Lage ist, verwertbare Messungen durchzuführen. Um dies vorzugsweise dauerhaft zu verhindern, reinigt die Auswerteelektronik 410 die Kontakte 320 mit einem Reinigungsstrom, ähnlich dem Mindeststrom bei Relaiskontakten.Metal contacts and the metal of the electrically
Darüber hinaus besteht in weiteren Ausführungen die Möglichkeit, die Kontakte 320 mit einer geeigneten Elektronik zu regenerieren, wozu das Kabel der Kontakte 320 einer der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 von der Auswerteelektronik 410 abgeklemmt und an eine Reinigungseinheit mit einer Reinigungselektronik angeschlossen wird. Bestehende Oxidschichten werden dann durch geeignete Ströme und Spannungen und ein entstehendes Plasma entfernt. Anschließend können die gereinigten Kontakte 320 wieder angeschlossen werden.In addition, there is the possibility in further versions of regenerating the
Die Länge eines Anschlusskabels kann mehrere hundert Meter betragen und hängt nur vom Widerstand der einzelnen Leiter ab. Da dieser Widerstand im Verhältnis zur Widerstandsmessung der Leckageflüssigkeit sehr gering ist, können große Strecken bewältigt werden.The length of a connection cable can be several hundred meters and depends only on the resistance of the individual conductors. Since this resistance is very low in relation to the resistance measurement of the leaking liquid, large distances can be covered.
Die Auswerteeinheit 400 mit der Auswerteelektronik 410 besteht aus einem analogen Teil und einem digitalen Teil. Der analoge Teil dient zur Ausführung einer klassischen Widerstandsmessung und ist hierzu entsprechend ausgebildet. Ferner weist der analoge Teil eine Kontaktschnittstelle 402 auf, über welche die Leitungen 350 (Kabel) von den Kontakteinheiten 300 an die Auswerteeinheit 400 angeschlossen werden. Der digitale Teil weist eine Steuerung 420 auf, die einen Microcontroller mit entsprechender Software aufweist. Der Microcontroller ist für die Auswertung und Steuerung zuständig. Die Steuerung beinhaltet z.B. das Umschalten auf Kontaktprüfung und anschließendes Umschalten auf Prüfung von Leckageflüssigkeit. Ferner erfolgt diese Aktivität nach einem festgelegten Zeitintervall. In der Zwischenzeit kann der Microcontroller die Elektronik auf minimalen Energieverbrauch umschalten.The
Die Auswerteeinheit 400 weist eine Energieerzeugungseinheit 430 (Batterie, Akku, Netzbetrieb) und eine Schnittstelleneinheit 440 auf, welche eine analoge Schnittstelle 442, eine serielle Schnittstelle 444 und eine Funkschnittstelle 446 aufweist. Über die Schnittstelleneinheit 440 kann beispielsweise eine Kommunikation oder eine Ausgabe von Anweisungen mit/an eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 450, einem Host 460, ein WLAN 470 Netzwerk und/oder eine Smartphone-App erfolgen. Es können beispielsweise Warnhinweise (Display, Sirene, Warnleuchte, etc.) oder Nachrichten (E-Mail, SMS, App) ausgegeben werden. Ferner können Anweisungen ausgegeben werden, wie beispielsweise das Schließen von Ventilen oder die Benachrichtigung von Service-Mitarbeitern. Nach dem Erkennen einer Leckage können vielfältige Maßnahmen ergriffen werden, wobei die vorstehenden Beispiele nicht abschließend sind.The
Die Steuerung einer Sensoreinrichtung 500 kann durch den in
In Schritt S0 wird die Überwachung einer Leckage gestartet.In step S0, the monitoring of a leak is started.
In Schritt S1 erfolgt eine Überprüfung der Kontakte 320, wie vorstehend mit Bezug auf die
In Schritt S2 wird überprüft, ob die Kontakte 320 in Ordnung sind. Ist dies nicht der Fall, wird eine Meldung in Schritt S3 ausgegeben. Anschließend können die Kontakte 320 gereinigt oder Kontakteinheiten 300 ausgetauscht werden. Daraufhin beginnt das Verfahren wieder bei Schritt S1.In step S2 it is checked whether the
Wenn für die Kontakte 320 keine Störungen festgestellt werden konnten, wird in Schritt S4 eine Umschaltung der Messeinrichtung vorgenommen, um Elektrolyseeffekte an den Kontakten 320 und den elektrisch leitenden Schichten 130, 150 zu vermeiden.If no faults could be detected for the
Anschließend erfolgt in Schritt S5 die Leckagemessung über die Sensorfolien 100 in der vorstehend beschriebenen Art und Weise mittels einer Widerstandsmessung.Then, in step S5, the leakage is measured via the sensor foils 100 in the manner described above by means of a resistance measurement.
Wenn in Schritt S6 keine Leckage festgestellt wurde, erfolgt in Schritt S8 eine Kontaktreinigung mittels Stroms in der mit Bezug auf die
Nach der Reinigung der Kontakte 320 in Schritt S8 erfolgt in Schritt S9 eine Deaktivierung, wobei für einen Energiesparmodus die Messungen für einen festlegbaren Zeitraum unterbrochen bzw. pausiert wird.After cleaning the
In weiteren nicht dargestellten Ausführungsformen kann auch eine kontinuierliche Messung erfolgen.In further embodiments that are not shown, a continuous measurement can also take place.
Nach Schritt S9 beginnt das Verfahren wieder mit Schritt S1, solange, bis der Ablauf beendet wird.After step S9, the method begins again with step S1 until the process is ended.
Ein System mit einer Sensoreinrichtung 500 kann beispielsweise im Innen- und Außenbereich (Bad, Küche, Waschraum, Dach, etc.) eingesetzt werden.A system with a
Dazu kann mindestens eine Sensorfolie 100 verlegt und die Sensorfolie 100 mit der Auswerteelektronik 410 verbunden werden. Hierzu können die Ausgangssignale mit einer Steuerung einer Homeautomation verbunden werden.For this purpose, at least one
In einer weiteren Ausführung kann mindestens eine Sensorfolie 100 verlegt und die mindestens eine Sensorfolie 100 über Kabel mit einer im selben Raum angeordneten Auswerteelektronik 410 verbunden werden. Es ist dabei möglich, dass im selben Raum ein Display angeordnet ist, welches die Messergebnisse anzeigt. Die Sensoreinrichtung 500 kann in diesem Fall beispielsweise batteriebetrieben sein.In a further embodiment, at least one
In einer noch weiteren Ausführungsform können die Messergebnisse oder Anweisungen per Funk an einen Host übertragen werden. Von dort aus können Nachrichten und Statusinformationen, welche die Messergebnisse enthalten, an ein Display oder beispielsweise über WLAN an verschiedene Empfänger übertragen werden. Es kann beispielsweise eine Meldung über E-Mail oder beispielsweise an ein Handy über eine entsprechende App, etc. ausgegeben werden.In yet another embodiment, the measurement results or instructions may be wirelessly transmitted to a host. From there, messages and status information containing the measurement results can be transmitted to a display or, for example, to various recipients via WLAN. For example, a message can be sent via e-mail or, for example, to a mobile phone via a corresponding app, etc.
In einem Industriebetrieb kann beispielsweise mindestens eine Sensorfolie 100 in einem Raum verlegt und über Kontakteinheiten und Kabel mit einer Auswerteeinheit 400 mit entsprechender Auswerteelektronik 410 verbunden werden. Die Ausgangssignale können mit einer SPS 450 verbunden sein. Hierzu kann die SPS 450 mit einem Feldbus (z.B. Profibus, Modbus, etc.) verbunden sein. Hierüber können Statusinformationen und Benachrichtigungen verschickt und entsprechende Steueranweisungen an weitere Einheiten übermittelt werden (Display, Ventile, etc.).In an industrial company, for example, at least one
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.It should be understood that the foregoing detailed description and drawings, while representing certain exemplary embodiments of the invention, are intended for purposes of illustration only and should not be construed as limiting the scope of the invention. Various modifications of the configurations described are possible without departing from the scope of the following claims and their range of equivalence. In particular, features of the exemplary embodiments that are not mentioned in the claims also emerge from this description and the figures. Such features may also occur in combinations other than those specifically disclosed herein. Therefore, the fact that several such features are mentioned together in the same sentence or in some other type of textual context does not justify the conclusion that they can only occur in the specifically disclosed combination; instead, it is generally to be assumed that several such features can also be omitted or modified individually, provided this does not call into question the functionality of the invention.
Für die gesamte Beschreibung und die Ansprüche gilt, dass der Ausdruck „ein“ als unbestimmter Artikel benutzt wird und die Anzahl von Teilen nicht auf ein einziges beschränkt. Sollte „ein“ die Bedeutung von „nur ein“ haben, so ist dies für den Fachmann aus dem Kontext zu verstehen oder wird durch die Verwendung geeigneter Ausdrücke wie zum Beispiel „ein einziger“ eineindeutig offenbart.Throughout the specification and claims, the term "a" is used as an indefinite article and does not limit the number of parts to one. Should "a" have the meaning of "only one", then this is to be understood by the person skilled in the art from the context or is clearly disclosed through the use of appropriate expressions such as "a single".
In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriffe „umfassen“, „haben“, „enthalten“, „einschließen“ und „mit“ sowie deren grammatikalische Änderungen grundsätzlich als eine nicht erschöpfende Auflistung von Merkmalen, wie Prozessschritte, Vorrichtungen, Bereiche, Größen und dergleichen zu verstehen sind und das Vorhandensein anderer oder zusätzlicher Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen in keiner Weise ausschließen.In this context, it should be noted that the terms "comprise", "have", "contain", "include" and "with" as used in this description and the claims and their grammatical changes are intended as a non-exhaustive list of features, such as process steps, devices, areas, sizes and the like and in no way exclude the presence of other or additional features or groupings of other or additional features.
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Sensorfoliesensor foil
- 110110
- Isolationsschichtinsulation layer
- 112112
- Isolationsschichtinsulation layer
- 114114
- Isolationsschichtinsulation layer
- 120120
- Verstärkungsschichtreinforcement layer
- 130130
- Schichtlayer
- 140140
- Schutzschichtprotective layer
- 150150
- Schichtlayer
- 160160
- Schutzschichtprotective layer
- 170170
- Öffnungopening
- 200200
- Abstandsschichtspacer layer
- 300300
- Kontakteinheitcontact unit
- 310310
- GehäuseHousing
- 311311
- Gehäuseteilhousing part
- 312312
- Gehäuseteilhousing part
- 313313
- Aufnahmerecording
- 314314
- Aufnahmerecording
- 315315
- Aufnahmerecording
- 316316
- Nockecam
- 317317
- Vorsprunghead Start
- 318318
- Rastarmlocking arm
- 319319
- Führungguide
- 320320
- KontaktContact
- 322322
- Aufnahmerecording
- 324324
- FußFoot
- 326326
- Rasthakenlatch hook
- 330330
- Kontaktfedercontact spring
- 340340
- Drahtwire
- 350350
- LeitungManagement
- 360360
- Vorsprunghead Start
- 370370
- Vorsprunghead Start
- 400400
- Auswerteeinheitevaluation unit
- 402402
- Kontaktschnittstellecontact interface
- 410410
- Auswerteelektronikevaluation electronics
- 420420
- Steuerungsteering
- 430430
- Energieversorgungseinheitpower supply unit
- 440440
- Schnittstelleneinheitinterface unit
- 442442
- analoge Schnittstelleanalog interface
- 444444
- serielle Schnittstelleserial interface
- 446446
- Funkschnittstelleradio interface
- 450450
- SPSSPS
- 460460
- Hosthost
- 470470
- WLANWIRELESS INTERNET ACCESS
- 480480
- Smartphone-Appsmartphone app
- 500500
- Sensoreinrichtungsensor device
- 600600
- Hindernisseobstacles
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 2844972 B1 [0005, 0006]EP 2844972 B1 [0005, 0006]
Claims (16)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: STRAUSS, PETER, DIPL.-PHYS. (UNIV.) LL.M., M.A, DE |