DE102021108049A1 - Verfahren zur Herstellung eines Sensors oder eines Bauteils mit einem integrierten Sensor - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Sensors oder eines Bauteils mit einem integrierten Sensor Download PDF

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Martin Ganß
Frank Bonitz
Jörg Hildebrand
Stefan Hammer
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Materialforschungs- und -Pruefanstalt An Der Bauhaus-Universitat Weimar
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Technische Universitaet Ilmenau Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors (1) oder eines Bauteils (11) mit einem integrierten Sensor, wobei der Sensor (1) oder das Bauteil (11) aus einem elektrisch leitfähigen Fasermaterial (2) und/oder einem elektrisch leitfähigen Pulvermaterial oder Granulat (9) gemeinsam mit einer nichtleitenden Matrix in einem additiven Fertigungsprozess gebildet wird, wobei mittels des elektrisch leitfähigen Fasermaterials (2) und/oder des elektrisch leitfähigen Pulvermaterials oder Granulats (9) mindestens ein elektrisch leitfähiger Pfad (7) im Sensor (1) oder Bauteil (11) gebildet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors oder eines Bauteils mit einem integrierten Sensor gemäß Anspruch 1.
  • Üblicherweise nutzt man zur Feuchtemessung mit Zeitbereichsreflektometrie (im Englischen time domain reflectometry - TDR genannt) zwei- oder dreiadrige Flachbandkabel mit Kupferstreifen oder mehrere elektrisch leitfähige Stäbe oder Streifen. Diese Flachbandkabel werden großtechnisch massenhaft in festgelegten Geometrien gefertigt. Die Anordnung der Flachbandkabel dient der gezielten Führung elektromagnetischer Wellen. Spezielle Anwendungen zur Feuchtedetektion erfordern jedoch die Anpassung der Sensorkonfiguration an das zu messende Objekt sowie das Design der elektrischen Leiteranordnung.
  • Bisher können keine oder nur mit hohem Kostenaufwand individualisierte Sensorkonfigurationen hergestellt werden. Flachbandkabel oder Koaxialkabel werden durch Extrusionsprozesse hergestellt. Individuelle Geometrien sind dabei nicht realisierbar. Diese etablierten Prozesse erlauben aufgrund hoher Werkzeuginvestkosten keine preisgünstige Herstellung von individuellen Sensoren in kleinen Stückzahlen. Der Anwender muss daher auf konventionelle, unflexible Lösungen oder teurere Sensorprodukte zurückgreifen. Flexibilität in Sensorgeometrien ist oder nur in Verbindung mit hohen Investkosten für Werkzeugformen möglich.
  • Die Sensorisierung von 3D-gedruckten Bauteilen erfolgt üblicherweise nach deren Fertigungsprozess. Hierbei werden für Feuchtemessungen einfache Standardverfahren wie die Widerstandsmessung angewendet, die keine Ortsauflösungs-Informationen erlaubt.
  • Die zerstörungsfreie Prüfung von additiv gefertigten Bauteilen erfolgt bislang über energieintensive Röntgenverfahren oder über einfache visuelle Inspektion, Eindringprüfung oder Ultraschall. Diese Verfahren sind teuer und erfordern oftmals speziell ausgebildetes Personal.
  • Die nachträgliche Sensorisierung eines mittels 3D-Verfahren gefertigten Bauteils erfordert einen zusätzlichen Arbeitsschritt. Eine Integration im Bauteil ist oftmals nicht möglich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Sensors oder eines Bauteils mit einem integrierten Sensor anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors oder eines Bauteils mit einem integrierten Sensor gemäß Anspruch 1.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Sensors oder eines Bauteils mit einem integrierten Sensor wird der Sensor oder das Bauteil aus einem elektrisch leitfähigen Fasermaterial und/oder einem elektrisch leitfähigen Pulvermaterial oder Granulat gemeinsam mit einer nichtleitenden Matrix in einem additiven Fertigungsprozess gebildet, wobei mittels des elektrisch leitfähigen Fasermaterials und/oder des elektrisch leitfähigen Pulvermaterials oder Granulats mindestens ein elektrisch leitfähiger Pfad im Sensor oder Bauteil gebildet wird.
  • In einer Ausführungsform werden als elektrisch leitfähiges Fasermaterial Carbonfaserfilamente oder Leiter auf Basis metallischer Leiter, insbesondere Kupfer oder Edelstahl, verwendet.
  • In einer Ausführungsform wird als nichtleitende Matrix eine Kunststoffmatrix verwendet.
  • In einer Ausführungsform wird die nichtleitende Matrix schichtweise abgelagert und das elektrisch leitfähige Fasermaterial und/oder das elektrisch leitfähige Pulvermaterial oder Granulat wird gezielt lokal in mindestens einer der Schichten integriert.
  • In einer Ausführungsform wird der Sensor oder das Bauteil aus der nichtleitenden Matrix und dem elektrisch leitfähigen Fasermaterial und/oder dem elektrisch leitfähigen Pulvermaterial oder Granulat mittels Co-Extrusion gebildet.
  • In einer Ausführungsform wird eine Wasseraufnahme und Wassereindringfähigkeit durch Herstellung mindestens einer perforierten Schicht und/oder durch Verwendung eines feuchtesensitiven Materials in der nichtleitenden Matrix beeinflusst.
  • In einer Ausführungsform wird als feuchtesensitives Material ein Polyamid verwendet.
  • In einer Ausführungsform wird der mindestens eine elektrisch leitfähige Pfad beidseitig kontaktiert.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Sensor oder ein Bauteil mit einem integrierten Sensor angegeben, hergestellt mittels des oben beschriebenen Verfahrens.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Feuchtemessung mittels des Sensors oder Bauteils und Anwendung von Zeitbereichsreflektometrie angegeben.
  • Kern der vorliegenden Erfindung ist die Integration von elektrisch leitfähigen Fasern oder auch leitfähigen Polymergranulaten in einen additiven Fertigungsprozess, um beliebige Sensorkonfigurationen oder sensorisierte Bauteile herzustellen. Die Integration von Sensorik erfolgt somit direkt im Herstellungsprozess und nicht nachträglich.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird es möglich, eine Vielzahl von Sensorgeometrien über CAE (Computer Aided Engineering) herzustellen. Somit kann die Geometrie des Sensors gezielt an ein zu messendes Objekt angepasst werden. Sensorempfindlichkeiten können hierbei zusätzlich durch die Wahl des Materials, beispielsweise eines Kunststoffmaterials, aber auch durch spezielle Konstruktionen und/oder Geometrieelemente ermöglicht werden. Neue additive Fertigungsverfahren erlauben die einfache und kostengünstige Herstellung von 3D-Geometrien. Extrusionswerkzeuge wie bei der Flachbandherstellung oder Werkzeugformen beim Spritzgießen von Kunststoffbauteilen mit hohen Investkosten werden überflüssig. Additive Fertigungsverfahren (wie FDM-Verfahren oder Extruder basierte Verfahren) sind auch für Kleinserien rentabel, so dass abhängig von der Anwendung individuelle Sensorlösungen realisiert werden können.
  • Des Weiteren können Feuchtesensoren auch direkt während eines Herstellungsprozesses von additiv gefertigten Bauteilen in diese Bauteile integriert werden. Im Lebenszyklus des Bauteils kann die Feuchte über elektromagnetische Verfahren erfasst werden. Dies ist besonders bei feuchtesensitiven Bauteilen und Prozessen ein signifikanter Vorteil. Frühzeitig können Feuchteereignisse detektiert und Schutzmaßnahmen getroffen werden. Die erfindungsgemäß hergestellte Messtechnik kann ebenso zur Füllstandsmessung herangezogen werden. Hierbei ist zu beachten, dass über die 3D-Verfahren bezüglich ihrer Geometrie optimierte und platzsparende Behälter realisiert werden können.
  • Das Messprinzip kann zudem zur zerstörungsfreien Prüfung von 3D-gefertigten Bauteilen genutzt werden. Über eine geschickte Sensoranordnung und gezielte Beaufschlagung mit Feuchte oder Wasser können Störstellen und Defekte (Risse, Proben, schlechte Schichthaftung, die zum Eindringen von Wasser führen) detektiert werden.
  • Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Sensorlösungen oder sensorisierter Bauteile auf Basis elektrischer Leiter durch additive Fertigungsprozesse. Das Design des Sensors bzw. des sensorisierten Bauteils und die Anpassung an die Erfordernisse und Spezifikationen erfolgt über CAE. Das fertige Modell wird mit speziellen Slicing-Programmen für den 3D-Druckprozess vorbereitet. Die Herstellung des Sensors bzw. Bauteils erfolgt dann Schicht für Schicht über ein spezielles 3D-Fertigungsverfahren. Bei der schichtweisen Herstellung des Sensors bzw. des Bauteils werden leitfähige Partikel, leitfähige polymerbasierte Granulate oder leitfähige Fasern und Kabel mit in den Fertigungsprozess integriert. Das Matrixmaterial ist Kunststoff und dient auch der Isolation des Leiters nach außen. Über spezielle Auswahl des Kunststoffmaterials und Geometrieanpassung, beispielsweise die Geometrie von Perforationen, kann die Sensitivität des Sensors bzw. des sensorisierten Bauteils gesteuert werden.
  • Wesentliche Vorteile der vorliegenden Erfindung sind:
    • - Das Design der Sensoren und sensorisierten Bauteile kann am Computer erfolgen. Somit sind spezifische Anpassungen an die Anforderungen möglich.
    • - Es können individuelle Geometrien realisiert werden. Somit ergibt sich ein großer Freiheitsgrad durch 3D-Druck-Technologien.
    • - Da beim 3D-Druck keine Werkzeuginvestkosten anfallen, ist die Herstellung von Einzelstücken oder Kleinserien rentabel.
    • - Durch spezielle Geometrienanpassung der Sensoren kann an schwierig zugänglichen Stellen, wie zum Beispiel Übergängen, Ecken und Kanten, mit einer individualisierten Sensorlösung gemessen werden. Hoch beanspruchte Sensorstellen können durch Anpassung des Sensordesigns berücksichtigt werden.
    • - Bauteile können im 3D-Druck-Fertigungsprozess direkt mit Sensoren versehen werden, so dass eine aufwändige Anbringung der Sensorik im Nachgang entfällt.
    • - Durch Integration der Sensorik im Herstellungsprozess können andere Sensorkonfigurationen / Messmöglichkeiten realisiert werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Darin zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Fertigungsverfahrens zur Herstellung eines Sensors,
    • 2 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Fertigungsverfahrens zur Herstellung eines Sensors,
    • 3 eine schematische Ansicht eines sensorisierten Bauteils mit elektrisch leitfähigen Pfaden, das mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt wurde,
    • 4 eine schematische Ansicht eines als Behälter ausgebildeten sensorisierten Bauteils mit elektrisch leitfähigen Pfaden, das mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt wurde,
    • 5 ein schematisches Diagramm eines unter Verwendung des Sensors oder Bauteils mittels Zeitbereichsreflektometrie ermittelten Reflexionskoeffizienten über der Laufzeit oder dem der Laufzeit entsprechenden Ort, und
    • 6 ein schematisches Diagramm einer unter Verwendung des Sensors oder Bauteils mittels Zeitbereichsreflektometrie ermittelten Differenz über der Laufzeit oder dem der Laufzeit entsprechenden Ort.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Erfindung betrifft additiv gefertigte Sensoren auf Basis elektrisch leitender Materialien und Kunststoffmatrices, insbesondere zur Bestimmung der räumlichen und zeitlichen Feuchteentwicklung.
  • 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Fertigungsverfahrens zur Herstellung eines Sensors 1.
  • Dabei werden elektrisch leitfähige Fasermaterialien 2, beispielsweise ein leitfähiges Filament, gemeinsam mit einer Kunststoffmatrix 3, beispielsweise einem Kunststofffilament 3, in einem additiven Fertigungsprozess (allgemein 3D-Drucke genannt) über eine spezielle Applikationsvorrichtung, beispielsweise einen Dual-Druckkopf umfassend eine Düse 4, mindestens eine Fasernachführeinrichtung 5.1, 5.2 und mindestens eine Heizung 6.1, 6.2, integriert. Mittels der Heizung 6.1 wird das leitfähige Fasermaterial 2 während des Durchlaufs durch die Fasernachführeinrichtung 5.1 erwärmt. Das Kunststofffilament 3 wird mittels der Fasernachführeinrichtung 5.2 gefördert und danach mit dem leitfähigen Fasermaterial 2 der Heizung 6.2 und anschließend der Düse 4 zugeführt, durch die der eigentliche 3D-Druck erfolgt. Die elektrisch leitfähigen Fasermaterialien 2 können Carbonfaserfilamente oder Leiter auf Basis metallischer Leiter, beispielsweise Kupfer oder Edelstahl, sein. Die elektrisch leitfähigen Fasermaterialien 2 dienen als elektrischer Wellenleiter.
  • Das Design elektrisch leitfähiger Pfade 7 im Sensor 1, die mittels des leitfähigen Fasermaterials 2 erzeugt werden, sowie der Bauteilgeometrie oder der Sensorsystemgeometrie kann über CAE (Computer Aided Engineering) erfolgen. Die Umsetzung in einen Maschinencode kann durch spezielle Slicingprogramme, welche unter anderem Multimaterial-Ansätze nutzen, realisiert werden. Die Herstellung der additiv gefertigten Sensoren 1 erfolgt mittels spezieller additiver Verfahren. Durch schichtweises Auftragen von Kunststoff oder nichtleitenden Materialien und gezielte, lokale Integration und Ablegung leitfähiger Fasermaterialien 2 oder über Co-Extrusion leitfähiger Fasermaterialien 2 werden elektrisch leitfähige Pfade 7 in einem Sensor 1 oder in einem sensorisierten Bauteil 11 geschaffen. Resultat ist ein 3D-gedruckter Sensor 1 oder ein beispielsweise in 3 gezeigtes, 3D-gedrucktes sensorisiertes Bauteil 11 mit leitfähigen Pfaden 7. Insbesondere kann über den 3D-Druckprozess und geschickte Auswahl des nichtleitenden und leitenden Materials die Wasseraufnahme und Wassereindringfähigkeit, beispielsweise über perforierte Schichten oder über feuchtesensitive Materialien wie Polyamide, gesteuert werden. Dies ermöglicht ein Feintuning der Feuchtesensitivität.
  • Nach dem additiven Fertigungsprozess erfolgt die Kontaktierung der leitfähigen Pfade 7, beispielsweise durch Löten, Krimpen oder ein anderes Kontaktierungsverfahren. Somit kann ein als Sensor 1 verwendbares Bauteil 11, insbesondere ein Feuchtesensor, realisiert werden.
  • Die Messung der Feuchte F erfolgt beispielsweise über ein spezielles elektromagnetisches Verfahren, die Zeitbereichsreflektometrie. Bei diesem Verfahren erfolgt die Messung der Feuchte F über die Laufzeitmessung einer elektromagnetischen Welle. Hierbei wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines breitbandigen elektromagnetischen Stufenimpulses gemessen, welcher mit dem umgebenden Medium (hier H2O) wechselwirkt. Wenn Wasser in der Umgebung der leitfähigen Pfade 7 ist, so kann dies direkt über den Abgleich einer Nullmessung (Messung des trockenen Zustandes) identifiziert werden. Die Laufzeitmessung erlaubt es, ortsaufgelöst zu messen. Die Erfindung erlaubt somit die zeit- und ortsaufgelöste Bestimmung des Feuchtegehalts. Die Ortsauflösung kann insbesondere durch beidseitige Kontaktierung des Sensors 1 und/oder inverse Berechnungsmethoden verbessert werden. Eine quantitative Feuchtegehaltsbestimmung kann über entsprechende Materialmodelle und Kalibrierung erzielt werden. In 1 ist ein schematisches Diagramm einer mittels des Sensors 1 erfassten Messgröße M über der Laufzeit tL gezeigt. Die Kurve K1 zeigt eine Messung im trockenen Zustand. Die Kurve K2 zeigt eine Messung im feuchten Zustand.
  • 2 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Fertigungsverfahrens zur Herstellung eines Sensors 1.
  • Dabei werden elektrisch leitfähige Pulvermaterialen oder Granulate 9 gemeinsam mit einer Kunststoffmatrix 3 in einem additiven Fertigungsprozess (allgemein 3D-Drucke genannt) über eine spezielle Applikationsvorrichtung, beispielsweise umfassend zwei Extruder 8.1, 8.2, von denen einer die Kunststoffmatrix 3 und der andere die elektrisch leitfähigen Pulvermaterialen oder Granulate 9 fördert, integriert. Die elektrisch leitfähigen Pulvermaterialen oder Granulate 9 können metallische Pulver oder leitfähige kohlenstoffbasierte Materialien sein, durch die im Sensor 1 ein leitfähiges Netzwerk ausgebildet wird. Das Design der elektrischen Pfade 7 sowie der Bauteilgeometrie oder der Sensorsystemgeometrie kann mittels CAE (Computer Aided Engineering) erfolgen. Die Umsetzung in einen Maschinencode kann durch spezielle Slicingprogramme, welche unter anderem Multimaterial-Ansätze nutzen, realisiert werden. Die Herstellung der additiv gefertigten Sensoren 1 erfolgt mittels spezieller additiver Verfahren.
  • Durch schichtweises Auftragen von Kunststoff oder nichtleitenden Materialien und gezielte, lokale Integration und Ablegung leitfähiger Pulvermaterialen oder Granulate 9 oder über Co-Extrusion leitfähiger Pulvermaterialen oder Granulate 9 werden leitfähige Pfade 7 in einem Sensor 1 oder in einem beispielsweise in 3 gezeigten, sensorisierten Bauteil 11 geschaffen. Resultat ist ein 3D-gedruckter Sensor 1 oder ein 3D-gedrucktes sensorisiertes Bauteil 11 mit leitfähigen Pfaden 7. Insbesondere kann über den 3D-Druckprozess und geschickte Auswahl des nichtleitenden und leitenden Materials die Wasseraufnahme und Wassereindringfähigkeit, beispielsweise über perforierte Schichten oder über feuchtesensitive Materialien wie Polyamide, gesteuert werden. Dies ermöglicht ein Feintuning der Feuchtesensitivität.
  • Nach dem additiven Fertigungsprozess erfolgt die Kontaktierung der leitfähigen Pfade 7, beispielsweise durch Löten, Krimpen oder ein anderes Kontaktierungsverfahren. Somit kann ein als Sensor 1 verwendbares Bauteil 11, insbesondere ein Feuchtesensor, realisiert werden.
  • Die Messung der Feuchte F erfolgt beispielsweise über ein spezielles elektromagnetisches Verfahren, die Zeitbereichsreflektometrie. Bei diesem Verfahren erfolgt die Messung der Feuchte F über die Laufzeitmessung einer elektromagnetischen Welle. Hierbei wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines breitbandigen elektromagnetischen Stufenimpulses gemessen, welcher mit dem umgebenden Medium (hier H2O) wechselwirkt. Wenn Wasser in der Umgebung der leitfähigen Pfade 7 ist, so kann dies direkt über den Abgleich einer Nullmessung (Messung des trockenen Zustandes) identifiziert werden. Die Laufzeitmessung erlaubt es, ortsaufgelöst zu messen. Die Erfindung erlaubt somit die zeit- und ortsaufgelöste Bestimmung des Feuchtegehalts. Die Ortsauflösung kann insbesondere durch beidseitige Kontaktierung des Sensors 1 und/oder inverse Berechnungsmethoden verbessert werden. Eine quantitative Feuchtegehaltsbestimmung kann über entsprechende Materialmodelle und Kalibrierung erzielt werden. In 2 ist ein schematisches Diagramm einer mittels des Sensors 1 erfassten Messgröße M über der Laufzeit tL gezeigt. Die Kurve K1 zeigt eine Messung im trockenen Zustand. Die Kurve K2 zeigt eine Messung im feuchten Zustand.
  • 3 ist eine schematische Ansicht eines sensorisierten Bauteils 11 mit elektrisch leitfähigen Pfaden 7, das mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Die Messung der Feuchte F erfolgt beispielsweise über ein spezielles elektromagnetisches Verfahren, die Zeitbereichsreflektometrie. Bei diesem Verfahren erfolgt die Messung der Feuchte F über die Laufzeitmessung einer elektromagnetischen Welle. Hierbei wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines breitbandigen elektromagnetischen Stufenimpulses gemessen, welcher mit dem umgebenden Medium (hier H2O) wechselwirkt. Wenn Wasser in der Umgebung der leitfähigen Pfade 7 ist, so kann dies direkt über den Abgleich einer Nullmessung (Messung des trockenen Zustandes) identifiziert werden. Die Laufzeitmessung erlaubt es, ortsaufgelöst zu messen. Die Erfindung erlaubt somit die zeit- und ortsaufgelöste Bestimmung des Feuchtegehalts. Die Ortsauflösung kann insbesondere durch beidseitige Kontaktierung des sensorisierten Bauteils 11 und/oder inverse Berechnungsmethoden verbessert werden. Eine quantitative Feuchtegehaltsbestimmung kann über entsprechende Materialmodelle und Kalibrierung erzielt werden. In 3 ist ein schematisches Diagramm einer mittels des sensorisierten Bauteils 11 erfassten Messgröße M über der Laufzeit tL gezeigt. Die Kurve K1 zeigt eine Messung im trockenen Zustand. Die Kurve K2 zeigt eine Messung im feuchten Zustand.
  • 4 ist eine schematische Ansicht eines als Behälter ausgebildeten sensorisierten Bauteils 11 mit elektrisch leitfähigen Pfaden 7, das mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Das Bauteil 11 ist beispielsweise als ein 3D-gedruckter Behälter mit Doppelwandung zur Durchflusskühlung und/oder Durchflusserwärmung ausgebildet. In dem Bauteil 11 befindet sich ein flüssiges Medium 10.
  • Mittels Messung der Feuchte F kann im Bauteil 11 eine Füllstandsmessung oder die Messung einer Bewegung des flüssigen Mediums 10 durchgeführt werden.
  • Dies erfolgt beispielsweise über ein spezielles elektromagnetisches Verfahren, die Zeitbereichsreflektometrie. Bei diesem Verfahren erfolgt die Messung der Feuchte F über die Laufzeitmessung einer elektromagnetischen Welle. Hierbei wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines breitbandigen elektromagnetischen Stufenimpulses gemessen, welcher mit dem umgebenden Medium (hier H2O) wechselwirkt. Wenn Wasser in der Umgebung der leitfähigen Pfade 7 ist, so kann dies direkt über den Abgleich einer Nullmessung (Messung des trockenen Zustandes) identifiziert werden. Die Laufzeitmessung erlaubt es, ortsaufgelöst zu messen. Die Erfindung erlaubt somit die zeit- und ortsaufgelöste Bestimmung des Feuchtegehalts. Die Ortsauflösung kann insbesondere durch beidseitige Kontaktierung des sensorisierten Bauteils 11 und/oder inverse Berechnungsmethoden verbessert werden. Eine quantitative Feuchtegehaltsbestimmung kann über entsprechende Materialmodelle und Kalibrierung erzielt werden. Der Füllstand und die Bewegung des flüssigen Mediums 10 kann auf entsprechenden Anzeigeeinrichtungen L, B ausgegeben werden.
  • 5 ist ein schematisches Diagramm eines unter Verwendung des Sensors 1 oder Bauteils 11 mittels Zeitbereichsreflektometrie ermittelten Reflexionskoeffizienten RC über der Laufzeit tL oder dem der Laufzeit tL entsprechenden Ort. Die Kurve K1 zeigt eine Messung im trockenen Zustand. Die Kurve K2 zeigt eine Messung im feuchten Zustand.
  • 6 ist ein schematisches Diagramm einer unter Verwendung des Sensors 1 oder Bauteils 11 mittels Zeitbereichsreflektometrie ermittelten Differenz D über der Laufzeit tL oder dem der Laufzeit tL entsprechenden Ort. Die Kurve K1 zeigt eine Messung im trockenen Zustand. Die Kurve K2 zeigt eine Messung im feuchten Zustand.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Sensor
    2
    leitfähiges Fasermaterial
    3
    Kunststoffmatrix, Kunststofffilament
    4
    Düse
    5.1, 5.2
    Fasernachführeinrichtung
    6.1, 6.2
    Heizung
    7
    leitfähiger Pfad
    8.1, 8.2
    Extruder
    9
    Granulat
    10
    flüssiges Medium
    11
    Bauteil
    B
    Anzeigeeinrichtung
    D
    Differenz
    F
    Feuchte
    K1
    Kurve
    K2
    Kurve
    L
    Anzeigeeinrichtung
    M
    Messgröße
    RC
    Reflexionskoeffizient
    tL
    Laufzeit

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Sensors (1) oder eines Bauteils (11) mit einem integrierten Sensor, wobei der Sensor (1) oder das Bauteil (11) aus einem elektrisch leitfähigen Fasermaterial (2) und/oder einem elektrisch leitfähigen Pulvermaterial oder Granulat (9) gemeinsam mit einer nichtleitenden Matrix in einem additiven Fertigungsprozess gebildet wird, wobei mittels des elektrisch leitfähigen Fasermaterials (2) und/oder des elektrisch leitfähigen Pulvermaterials oder Granulats (9) mindestens ein elektrisch leitfähiger Pfad (7) im Sensor (1) oder Bauteil (11) gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als elektrisch leitfähiges Fasermaterial (2) Carbonfaserfilamente oder Leiter auf Basis metallischer Leiter, insbesondere Kupfer oder Edelstahl, verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als nichtleitende Matrix eine Kunststoffmatrix (3) verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die nichtleitende Matrix schichtweise abgelagert wird und das elektrisch leitfähige Fasermaterial (2) und/oder das elektrisch leitfähige Pulvermaterial oder Granulat (9) gezielt lokal in mindestens einer der Schichten integriert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Sensor (1) oder das Bauteil (11) aus der nichtleitenden Matrix und dem elektrisch leitfähigen Fasermaterial (2) und/oder dem elektrisch leitfähigen Pulvermaterial oder Granulat (9) mittels Co-Extrusion gebildet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Wasseraufnahme und Wassereindringfähigkeit durch Herstellung mindestens einer perforierten Schicht und/oder durch Verwendung eines feuchtesensitiven Materials in der nichtleitenden Matrix beeinflusst wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei als feuchtesensitives Material ein Polyamid verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine elektrisch leitfähige Pfad (7) beidseitig kontaktiert wird.
  9. Sensor (1) oder Bauteil (11) mit einem integrierten Sensor, hergestellt mittels des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Verfahren zur Feuchtemessung mittels des Sensors (1) oder Bauteils (11) nach Anspruch 9 und Anwendung von Zeitbereichsreflektometrie.
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