DE1916496A1 - Kondensator und dessen Anwendung - Google Patents
Kondensator und dessen AnwendungInfo
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Description
DIPL. ING. B. ELOLLI
s« AUOs„u,tn 1916496
nun«, ai»f ■
N. 149
Augsburg, den 31. März 1969
National Research Development Corporation, Kingsgate House, Victoria Street, London, S.W.l, England
Kondensator und dessen Anwendung
Die Erfindung betrifft einen Kondensator mit mindestens
zwei jeweils durch ein Dielektrikum voneinander getrennten Elektroden.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden,
einen derartigen Kondensator auf einfache Weise so auszubilden,
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daß sich seine Kapazität je nach auf ihn einwirkendem Druck ändert.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein derart
angeordnetes elastisches bzw. federndes Material gelöst,
daß sich, wenn dieser Kondensator unter Druck gesetzt wird und sich hierbei die Elektroden mit Bezug aufeinander bewegen,
dieses elastische bzw. federnde Material verformt
und sich die Kondensatorkapazität ändert. " "
Ein gemäß der Erfindung gestalteter Kondensator kann ganz allgemein zur Druckmessung dienen und kann mit Vorteil
zur Messung von Rad- bzw. Achslasten Verwendung finden, wenn er beispielsweise auf einer Straßenoberfläche angebracht
wird. Bei entsprechender Ausbildung eines einen Kondensator
nach der Erfindung aufweisenden Gerätes kann dieser auch
für Zugmessungen Verwendung finden, wenn diese Zugkräfte
auf diesen Kondensator als Druckkräfte einwirken.
In besonderer Ausbildung weist der Kondensator nach
der Erfindung federnd-elastisches Material auf, welches
zwischen mindestens zwei Elektroden angeordnet ist und
mindestens einen !Beil des Kondensat or-Dielektrikums bildet.
Das federnd-elastische Material hat die Freiheit, sich sait
auf den Kondensator einwirkendem Druck in der Weise zu
. . - 2 - .
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verformen, daß sich hierdurch der Abstand zwischen den Elektroden verkleinert.
Das elastische bzw. federnde Material bildet vorzugsweise eine jeweils zwischen den Elektroden gelegene Schicht
und die Bewegungsfreiheit dieser Schicht ergibt sich vorzugsweise durch eine an sie angrenzende weitere, durchlöcherte
Schicht bzw. Platte von steifem Material. Diese vorzugsweise steife Materialschicht stellt vorzugsweise gleichzeitig
eine der Elektroden dar.
Der erfindungegemäfie Kondensator kann selbstverständlich
auch eine Vielzahl von federnden bsw. elastischen, beispielsweise aus Gummi bestehenden Schichten und eine Vielzahl von
zwischen diesen Schichten angeordneten durchlöcherten Elektroden aufweisen. Die Elektroden können dann in Gruppen
zu einem Plattenkondensator miteinander verbunden sein.
In besonderer Anwendung kann der Kondensator gemäß der Erfindung in den einen Zweig einer Brückenschaltung
eingeschaltet sein, so daß von dieser BrOckenschaltung den
auf diesen Kondensator jeweils einwirkenden Drücken entsprechende Ausgangssignale ableitbar sind.
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Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
beiliegenden Zeichnung dargestellt und werden im folgenden
beschrieben. Es stellen dar:
schnittene perspektivische Ansicht eines Kondensators nach der Erfindung,
einen erfindungsgemäßen Kondensator aufweisenden Stromkreis zur Erzeugung eines Signales, dessen
Amplitude dem auf diesen Kondensator jeweils einwirkenden Druck nahezu proportional ist, und
Darstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensators.
Der in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Kondensator
der Erfindung enthält mehrere zwischen beispielsweise aus
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Messing oder Elsen bestehenden, durchlöcherten Platten
geklebte Schichten IO von hochwertigem Naturgummi. Die
beiden äußeren der Platten 11 sind mittels eines Anschlusses zu einer Plattengruppe dieses Kondensators miteinander
verbunden, während die innere dieser Platten 11 die entsprechende Qegenplatte darstellt und einen Anschluß 21 aufweist.
Naturgummi ist deshalb ein bevorzugtes Schichtenmaterial, weil es eine kleine Hysteresis und eine feste und kurze Erholungszeit hat und demzufolge insbesondere dort verwendbar
ist, wo der betreffende Druck bzw* die betreffende Last
auf den Kondensator verhältnismäßig schnell aufgebracht wird und auf diesen Kondensator gegebenenfalls in schneller
Folge mehrere solcher Drücke bzw. Lasten nacheinander einwirken. Eine derartige Druckbeaufschlagung ergibt sich
beispielsweise bei der Messung von Rad- bzw. Achslasten von Fahrzeugen, zu welchem Zwecke der erfindungsgemäße
Kondensator beispielsweise als Unterlage auf einer Straßenoberfläche fixiert werden kann. Wenn die Drücke bzw. Lasten
nur langsam und in entsprechend größeren Abständen auf den erfindungsgemäßen Kondensator einwirken, können als elastisches
bzw. federndes Material auch Silasto*ere, Neoprene und
Kunststoffe verwendet werden· Durch das Einwirken eines
Druckes auf die in bezug auf Flg. i der Zeichnungen obere
Schicht 10 des Kondensators wird der Quami verforet und in
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die Löcher der Platten 11 eingedrückt, wodurch eine Kapazitätsänderung auftritt, welche dem einwirkenden Druck
nahezu proportional ist. Die Perforation der Platten 11
ist deshalb erforderlich, weil Naturgummi fast nicht zusammendrückbar ist. Das Ausmaß der Verformung des elastischen
bzw. federnden Materials und demzufolge die elektrische Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Kondensators ist
jedoch durch Änderung der Abmessungen und der gegenseitigen Abstände der in den Platten 11 vorgesehenen Öffnungen
entsprechend regulierbar.
Ein den auf den erfindungsgemäßen Kondensator einwirkenden, einer bestimmten Last entsprechenden Druck anzeigendes
Signal kann dadurch gewonnen werden, daß dieser Kondensator in einen in Fig. 2 der Zeichnungen dargestellten Stromkreis eingeschaltet wird. An die einander gegenüberliegenden
Anschlüsse einer in Fig. 2 dargestellten Brückenschaltung
ist ein· Wechselstromquelle 12 angeschlossen. Zwei Zweige dieser Brückenschaltung 13 werden durch Widerstände 14
und 15 gebildet, während der eine der beiden anderen
Brückensweige den erfindungsgemäßen, zur Druckmessung dienenden Kondensator 16 und der andere dieser beiden
weiteren Brückenzweige einen Veränderlichen Kondensator enthält. Die beiden anderen einander gegenüberliegenden
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Anschlüsse der Brückenschaltung 13 sind an einen Verstärker angeschlossen, dessen Ausgang zu einer Gleichrichterschaltung
19 geführt ist. Der Kondensator 17 ist derart eingestellt, daß das Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung
19 jeweils dann den Wert Null hat, wenn auf den Kondensator 16 keine Last einwirkt. Eine auf den Kondensator
16 einwirkende Last ruft an der Brückenschaltung 13 einen unabgeglichenen Zustand hervor, durch welchen am
Ausgang der Gleichrichterschaltung 19 ein Signal auftritt, welches der einwirkenden Kraft nahezu proportional ist.
Dieses Ausgangssignal kann entsprechend weiterbearbeitet und beispielsweise einer Datenverarbeitungsanlage eingegeben
werden. Die äußeren der perforierten Platten des erfindungsgemäßen Kondensators sollten zwecks Abschirmung desselben
geerdet sein.
Die Dicke, des erfindungsgemäßen Kondensators ist dann
nicht von Bedeutung, wenn die auf ihn jeweils einwirkenden Drücke statisch sind. Falls jedoch schnell einwirkende
Drücke, beispielsweise Rad- oder Achslasten von vorbeifahrenden Fahrzeugen gemessen werden sollen, ist der erfindungsgemäße
Kondensator so flach wie möglich zu halten, um hierdurch die "Schlagwirkung" von schnell fahrenden
Fahrzeugen so klein wie möglich zu halten. Diese Schlagwirkung kann durch die Verwendung eines Auffahrgummis an der Auf-
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fahrseite des Kondensators weiter vermindert werden.
Wenn der erfindungsgemäße Kondensator für die Messung von Rad- oder Achslasten von auf der Straße vorbeifahrenden
Fahrzeugen verwendet wird, so muß er in Fahrzeugfahrtrichtung mindestens so breit bzw. lang sein, wie der größte
zu erwartende Reifenabdruck lang ist, d.h. etwa 38 cm. Unter
dem Ausdruck "Reifenabdruck" ist hierbei die normalerweise mit der Straßenoberfläche in Berührung stehende Fläche des
betreffenden Fahrzeugreifens zu verstehen. Der erfindungsgemäße Kondensator muß quer zur Fahrzeugfahrtrichtung
mindestens so breit bzw. lang sein, daß sichergestellt ist,
daß mindestens ein Rad eines wesentlichen Anteiles der die betreffende Straße benutzenden Fahrzeuge über diesen Kondensator hinwegfährt, d.h. der Kondensator muß quer zur Fahrzeug
fahrtrichtung eine Größe von etwa 1,5 m bis 1,85 m haben. Falls die Fahrzeug-Achslasten ermittelt werden sollen, sollte
der erfindungsgemäße Kondensator quer zur Fahrtrichtung
etwa 3»0 m bis 3,7 m breit bzw. lang sein.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Kondensators nach der Erfindung, welcher für die Messung von Rad- und/oder
Achslasten geeignet ist, ist in Fig. 3 der Zeichnungen dargestellt und weist zwei dichte bzw. steife, vorzugsweise
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aus Messing bestehende äußere Platten 23 und 24 sowie diese
beiden Platten von einer inneren, vorzugsweise ebenfalls aus Messing bestehende performierten Platte 27 trennende
Naturgummischichten 25 und 26 auf. Der ganze Kondensator
ist von einem Gummimantel 28 umschlossen, welcher diesem Kondensator einen mechanischen Schutz gibt und eine entsprechende
Wasserabdichtung gewährleistet.
Während der erfindungsgemäßen Kondensator vorstehend insbesondere al3 zur Messung von Pahrzeuglasten verwendbar
beschrieben wurde, können erfindungsgemäß ausgebildete Kondensatoren selbstverständlich ganz allgemein überall
dort Anwendung finden, wo Drücke zu messen sind, die ausreichend groß sind«, um das gemäß der Erfindung verwendete
elastische bzw. federnde Material zu verformen. Zur Messung der Kapazität des erfindungsgemäßen Kondensators können
außerdem auch andere Schaltungen bzw. Verfahren als das genannte Brücken-Meßverfahren Anwendung finden.
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Claims (1)
- 916496Patent ansprüche- 's!.'Kondensator mit mindestens zwei jeweils durch ein Dielektrikum voneinander getrennten Elektroden, gekennzeichnet durch ein derart angeordnetes elastisches bzw. federndes Material (10 bzw. 25, 26, 28), daS sich, wenn der Kondensator unter Druck gesetzt wird und sich hierbei die Elektroden (11 bzw. 23, 27, 24) mit Bezug aufeinander bewegen, dieses elastische bzw. federnde Material verformt und sich die Kondensatorkapazität ändert.2. Kondensator nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des e las tischers bzw. federnden Materials (10) bzw. 25, 26, 28) als Zwischenschicht zwischen den Elektroden (11 bzw. 23, 27, 24) angeordnet ist.3. Kondensator nach Anspruch 2, mit aus Netallplatten bestehenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine dieser Metallplatten-Elektroden (11 bzw. 23, 27, 24) eine Vielzahl derart ausgebildeter und angeordneter öffnungen aufweist, daß diese öffnungen jeweils dann einen Teil des elastischen bssw. federnden Materials (10 bzw. 25, 26, 28) aufnehmen, wenn der- 10 -909845/1422Kondensator unter Druck gesetzt wird.k. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische bzw. federnde Material (10 bzw. 25» 26, 28} Naturgummi ist.5. Kondensator nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch mindestens eine vorzugsweise aus Messing bestehende, jeweils zwischen zwei äußeren, ebenfalls vorzugsweise aus Messing bestehenden Elektrodenplatten (11 bzw. 23* 24) angeordnete durchlöcherte Elektrodenplatte (11 bzw. 27) und durch mindestens zwei die durchlöcherte Elektrodenplatte von den äußeren Elektrodenplatten trennende Naturgummiechiehten (10 bzw. 25» 26).6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen die Elektroden (11 bzw. 23, 27, 2k) und die aus elastischem bzw. federndem Material bestehenden Schichten (10 bzw. 25, 26, 28) ua- bzw. einschließenden Gummimantel (28) (z.B. Fig. 3).7. Kondensator nach einem der Ansprüche 2 bis 6 in Anwendung zur Messung von Rad- bzw. Achslasten, mit vorzugsweise flächig ausgebildeten Elektroden und Elektrodenzwischen·- 11 909845/U22schichten, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11 bzw. 23, 27» 24) und die aus elastischem bzw. federndem Material bestehenden Schichten (11 bzw. 25» 26, 28) mindestens so lang bzw. in der Querrichtung mindestens so breit sind, wie der größte zu erwartende Radmantel- bzw. Reifenabdruck derjenigen Räder lang ist, deren Rad- bzw. Achslast gemessen werden soll.8. Kondensator nach einem der Ansprüche 2 bis 7 in Anwendung zur Messung von Rad- bzw. Achslasten, mit vorzugsweise flächig ausgebildeten Elektroden und Elektroden-Zwischenschichten, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11 bzw. 23» 27, 24) und die aus elastischem bzw. federndem Material bestehenden Schichten (11 bzw. 25, 26, 28) so lang bzw. breit sind, daß sichergestellt ist, daß alle Räder der betreffenden Achse, deren Last gemessen werden soll, jeweils gleichzeitig ihren Druck auf die genannten Elektroden und Schichten ausüben.9. Einrichtung zum Nachweis und gegebenenfalls zur Anzeige von Kräften bzw. Lasten, gekennzeichnet durch einen Kondensator (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, auf welchen jeweils während des Betriebes die betreffende Kraft bzw. Last einwirkt, und durch eine auf Kapazitätsändexningen dieses- 12 -9098A5/1422-QKondensators ansprechende und dieselben gegebenenfalls anzeigende bzw. aufzeichnende Vorrichtung (12, 14, 15, 17, 18, 19)(Pig. 2).10. Einrichtung zur Erzeugung von Signalen, welche jeweils einer bestimmten, durch eine entsprechende Last hervorgerufenen Kraft entsprechen, gekennzeichnet durch einen Kondensator (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, auf welchen jeweils während des Betriebes die betreffende Kraft einwirkt, ferner durch eine elektrische Brückenschaltung (14, 15, 16, 17), in deren einem Brückenzweig der genannte Kondensator liegt, und durch eine Vorrichtung (18, 19), welche dem jeweils nicht abgeglichenen Zustand der Brückenschaltung entsprechende Signale liefert (Fig. 2). .11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich aneinander anschließende Zweige der genannten Brückenschaltung jeweils einen elektrischen, vorzugsweise nahezu rein ohmschen Widerstand (14 und 15) aufweisen und daß von den beiden anderen aneinander anschließenden Brückenzweigen der eine den Kondensator (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und der andere einen weiteren Kondensator (17) enthält.- 13-ffLeerseite
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