DE202021004197U1 - Glass pane with a strain gauge - Google Patents
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Abstract
Glasscheibe (100) mit einem Dehnungsmessstreifen (101), der eine leitfähige Schleife (107) umfasst, die mittels eines Lasers (103) aus einer leitfähigen Beschichtung (103) der Glasscheibe (100) hergestellt ist, wobei die Glasscheibe als Verbundscheibe eines Kraftfahrzeugs oder als Glasscheibe eines Gebäudes verwendbar ist. Glass pane (100) with a strain gauge (101), which comprises a conductive loop (107), which is produced by means of a laser (103) from a conductive coating (103) of the glass pane (100), the glass pane being a composite pane of a motor vehicle or can be used as a glass pane of a building.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glasscheibe mit einem Dehnungsmessstreifen.The present invention relates to a glass pane with a strain gauge.
Gegenwärtig sind in Fahrzeugen zahlreiche Sensoren verbaut, die eine Messung einer Lebensdauer von Komponenten auf Basis unterschiedlicher Parameter ermöglichen. Beispielsweise stellt die mechanische Beanspruchung einen maßgeblichen Parameter für die Haltbarkeit einer Glasscheibe dar, die zu einer Zerstörung führen kann. Ein Überwachen während der Lebensdauer durch einen Dehnungsmesstreifen ermöglicht es, kritische Zeitpunkte zu ermitteln, in denen eine mechanische Beanspruchung zu hoch ist. Ein Benutzer kann über diese kritischen Zeitpunkte benachrichtigt werden, um einen Glasbruch der Glasscheibe zu verhindern. Der Dehnungsmesstreifen kann zu diesem Zweck auf die Glasscheibe aufgeklebt werden. Dieses Verfahren wird als strukturelle Gesundheitsüberwachung (Structural Health Monitoring - SHM) bezeichnet.There are currently numerous sensors installed in vehicles that enable the service life of components to be measured based on different parameters. For example, mechanical stress is a key parameter for the durability of a glass pane, which can lead to destruction. Monitoring during the service life using a strain gauge makes it possible to determine critical points in time when mechanical stress is too high. A user can be notified of these critical times to prevent the glass panel from breaking. The strain gauge can be glued to the glass pane for this purpose. This process is called structural health monitoring (SHM).
Es ist die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellung einer Glasscheibe mit einem Dehnungsmessstreifen zu vereinfachen.It is the technical object of the present invention to simplify the production of a glass pane with a strain gauge.
Diese technische Aufgabe wird durch einen Gegenstand nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Technisch vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.This technical problem is solved by an object according to the independent claims. Technically advantageous embodiments are the subject of the dependent claims, the description and the drawings.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die technische Aufgabe durch eine Glasscheibe mit einem Dehnungsmessstreifen gelöst, die eine leitfähige Schleife umfasst, die mittels eines Lasers aus einer leitfähigen Beschichtung der Glasscheibe hergestellt ist. Durch die Glasscheibe wird der technische Vorteil erreicht, dass eine mechanische Beanspruchung der Scheibe auf einfache Weise durch Messung einer Widerstandsänderung erfasst werden kann. Durch die Glasscheibe werden die gleichen technischen Vorteile wie durch ein unten beschriebenes Verfahren (nach einem zweitem Aspekt) erreicht. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass besonders geeignete Materialien für die Glasscheibe verwendet werden.According to a first aspect, the technical problem is solved by a glass pane with a strain gauge, which comprises a conductive loop which is produced by means of a laser from a conductive coating of the glass pane. The glass pane achieves the technical advantage that mechanical stress on the pane can be easily detected by measuring a change in resistance. The same technical advantages are achieved through the glass pane as through a method described below (according to a second aspect). This achieves, for example, the technical advantage that particularly suitable materials are used for the glass pane.
In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der Glasscheibe ist die leitfähige Beschichtung für sichtbares Licht durchlässig. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass der Dehnungsmessstreifen in der Glasscheibe nicht wahrgenommen werden kann.In a technically advantageous embodiment of the glass pane, the conductive coating is transparent to visible light. This also achieves the technical advantage, for example, that the strain gauge in the glass pane cannot be perceived.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform sind die Kontaktstellen der leitfähigen Schleife in einem Randbereich der Glasscheibe angeordnet. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass der Dehnungsmesstreifen auf einfache Weise vom Rand der Glasscheibe her kontaktiert werden kann.In a further technically advantageous embodiment, the contact points of the conductive loop are arranged in an edge region of the glass pane. This also achieves the technical advantage, for example, that the strain gauge can be easily contacted from the edge of the glass pane.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die technische Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen einer Glasscheibe mit einem Dehnungsmessstreifen gelöst, mit den Schritten eines flächigen Aufbringens einer leitfähigen Beschichtung auf die Glasscheibe, die einen elektrischen Widerstand bei einer Dehnung der Glasscheibe ändert; und eines Entfernens von Teilbereichen der Beschichtung mittels eines Lasers zum Erzeugen einer leitfähige Schleife für den Dehnungsmessstreifen. Durch das Verfahren wird der technische Vorteil erreicht, dass eine mechanische Beanspruchung der Scheibe auf einfache Weise durch Messung einer Widerstandsänderung erfasst werden kann.According to a second aspect, the technical problem is solved by a method for producing a glass pane with a strain gauge, with the steps of a flat application of a conductive coating to the glass pane, which changes an electrical resistance when the glass pane is stretched; and removing portions of the coating using a laser to create a conductive loop for the strain gauge. The method achieves the technical advantage that mechanical stress on the pane can be easily detected by measuring a change in resistance.
In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst die leitfähige Schleife S-förmige oder mäanderförmige Abschnitte. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich eine mechanische Dehnung der Scheibe mit hoher Genauigkeit erfassen lässt.In a technically advantageous embodiment of the method, the conductive loop comprises S-shaped or meandering sections. This achieves, for example, the technical advantage that mechanical expansion of the disk can be recorded with high precision.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens läuft die leitfähige Schleife in einem Randbereich um die Glasscheibe herum. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Dehnung der Glasscheibe in einem großen Bereich erfasst werden kann.In a further technically advantageous embodiment of the method, the conductive loop runs around the glass pane in an edge region. This achieves, for example, the technical advantage that the expansion of the glass pane can be recorded over a large area.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens basiert die leitfähige Beschichtung auf Silber oder silberbasierten Legierungen. Die silberhaltige Beschichtung enthält beispielsweise 90 Gew. % Silber, bevorzugt 99,9 Gew. %. Die silberhaltige Beschichtung wird mit gängigen Verfahren zur Schichtabscheidung von Metallen, beispielsweise durch Vakuumverfahren wie die magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung aufgebracht. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass besonders geeignete Materialen für die leitfähige Schleife des Dehnungsmessstreifens verwendet werden.In a further technically advantageous embodiment of the method, the conductive coating is based on silver or silver-based alloys. The silver-containing coating contains, for example, 90% by weight of silver, preferably 99.9% by weight. The silver-containing coating is applied using common methods for layer deposition of metals, for example by vacuum processes such as magnetic field-assisted cathode sputtering. This achieves, for example, the technical advantage that particularly suitable materials are used for the conductive loop of the strain gauge.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist die leitfähige Beschichtung für sichtbares Licht durchlässig. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Dehnungsmessstreifen in der Glasscheibe nicht wahrgenommen werden kann.In a further technically advantageous embodiment of the method, the conductive coating is transparent to visible light. This achieves, for example, the technical advantage that the strain gauge in the glass pane cannot be noticed.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens weist die leitfähige Beschichtung eine Dicke von 20 nm bis 100 nm, bevorzugt von 40 nm bis 60 nm, beispielsweise von 5 nm bis 50 nm oder von 8 nm bis 25 nm, auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich die Beschichtung effizient mittels des Lasers entfernen lässt.In a further technically advantageous embodiment of the method, the conductive coating has a thickness of 20 nm to 100 nm, preferably from 40 nm to 60 nm, for example from 5 nm to 50 nm or from 8 nm to 25 nm. This achieves, for example, the technical advantage that the coating can be efficiently removed using a laser.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens emittiert der Laser Licht mit einer Wellenlänge von 1064 nm oder 532 nm. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Beschichtung effizient von der Glasscheibe entfernt werden kann.In a further technically advantageous embodiment of the method, the laser emits light with a wavelength of 1064 nm or 532 nm. This achieves, for example, the technical advantage that the coating can be efficiently removed from the glass pane.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird eine Schutzschicht für die leitfähige Schleife auf der Glasscheibe angeordnet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die leitfähige Schleife vor mechanischen Beschädigungen oder Feuchtigkeit geschützt ist.In a further technically advantageous embodiment of the method, a protective layer for the conductive loop is arranged on the glass pane. This achieves, for example, the technical advantage that the conductive loop is protected from mechanical damage or moisture.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden Kontaktstellen der leitfähigen Schleife zum Anschließen eines Kabels mittels des Lasers erzeugt. Anschließend kann auf die Kontaktstellen Silberpaste zur elektrischen Kontaktierung weiterer Komponenten aufgetragen werden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich ein Kabel auf einfache Weise elektrisch mit der leitfähigen Schleife verbinden lässt.In a further technically advantageous embodiment of the method, contact points of the conductive loop for connecting a cable are created using the laser. Silver paste can then be applied to the contact points for electrical contacting of other components. This achieves, for example, the technical advantage that a cable can be easily electrically connected to the conductive loop.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens sind die Kontaktstellen in einem Randbereich der Glasscheibe angeordnet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Dehnungsmesstreifen auf einfache Weise vom Rand der Glasscheibe her kontaktiert werden kann.In a further technically advantageous embodiment of the method, the contact points are arranged in an edge region of the glass pane. This achieves, for example, the technical advantage that the strain gauge can be easily contacted from the edge of the glass pane.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Entfernen der Teilbereiche der Beschichtung die Glasscheibe mit einer weiteren Glasscheibe verbunden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Verbundscheibe mit integrierten Dehnungsmesstreifen erzeugt werden kann.In a further technically advantageous embodiment of the method, after the partial areas of the coating have been removed, the glass pane is connected to another glass pane. This achieves, for example, the technical advantage that a composite pane with integrated strain gauges can be produced.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Glasscheibe nichtvorgespanntes, teilvorgespanntes oder vorgespanntes Glas, bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk- Natron-Glas oder klare Kunststoffe, bevorzugt starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon und bevorzugt eine Dicke von 0,5 mm bis 15 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 5 mm aufweist.In a further technically advantageous embodiment of the method, the glass pane comprises non-toughened, partially toughened or toughened glass, preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass, soda-lime glass or clear plastics, preferably rigid clear plastics, in particular polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, Polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and / or mixtures thereof and preferably has a thickness of 0.5 mm to 15 mm, particularly preferably 1 mm to 5 mm.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Glasscheibe mit einem Dehnungsmessstreifen; und -
2 ein Blockdiagramm des Verfahrens zum Herstellen einer Glasscheibe.
-
1 a schematic representation of a glass pane with a strain gauge; and -
2 a block diagram of the process for making a glass panel.
Auf die Glasscheibe 100 wird eine leitfähige Beschichtung 103 aufgebracht, aus der anschließen eine leitfähige Schleife 107 für den Dehnungsmesstreifen 101 erzeugt wird. Die leitfähige Beschichtung 103 weist bevorzugt eine Dicke von 20 nm bis 100 nm, beispielsweise 5 nm, 8 nm, 25 nm, 40 nm, 50 nm oder 60 nm auf. Die Beschichtung 103 ist aus einem Material gebildet, dass bei einer Dehnung der Glasscheibe 100 seinen elektrischen Widerstand ändert. Die Beschichtung ist beispielsweise auf Basis von Silber oder silberbasierten Legierungen hergestellt. Technisch vorteilhaft ist es, wenn die Beschichtung transparent und für sichtbares Licht durchlässig ist. In diesem Fall kann der Dehnungsmesstreifen 101 in jedem Bereich der Glasscheibe 100 angeordnet werden, ohne dass dieser einen optischen Eindruck beeinträchtigt.A
Nach dem Aufbringen der Beschichtung 103 wird diese in Teilbereichen mittels eines Lasers 105 entfernt, um eine leitfähige Schleife 107 für den Dehnungsmesstreifen 101 zu erzeugen. Zu diesem Zweck wird auf die zu entfernenden Teilbereiche der Beschichtung 103 ein Nd:YAG-Laser 105 mit einer Wellenlänge von 532 nm oder 1064 nm gerichtet. Durch den Laser 105 wird die Beschichtung 103 von der Glasscheibe 100 entfernt, so dass zwischen getrennten Bereichen keine leitende Verbindung mehr besteht und die Form der leitfähigen Schleife 107 herausgearbeitet wird.After the
Durch das Entfernen der Beschichtung 103 lässt sich beispielsweise eine leitfähige Schleife 107 für den Dehnungsmesstreifen 101 mit S-förmigen oder mäanderförmigen Abschnitten 109 erzeugen. Mit dieser Anordnung kann eine mechanische Beanspruchung der Glasscheibe in verschiedenen Richtungen effizient bestimmt werden. Im Allgemeinen kann die leitfähige Schleife 107 jedoch auf andere Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann die leitfähige Schleife 107 auch einmal um die Glasscheibe herumlaufen, um eine mechanische Beanspruchung der Glasscheibe effizient zu erfassen, beispielsweise in einem vorgegebenen Abstand um den Rand der Glasscheibe.By removing the
Durch das Einarbeiten der leitfähigen Schleife 107 ist der Dehnungsmesstreifen 101 direkt in der Glasscheibe 100 integriert. Wenn die Glasscheibe 100 deformiert wird, wird zugleich die Beschichtung 103 deformiert, so dass sich der elektrische Widerstand der leitfähigen Schleife 107 ändert. Die Widerstandsänderung korreliert mit der mechanischen Beanspruchung der Glasscheibe 100. Auf diese Weise kann eine mechanische Beanspruchung der Glasscheibe durch Messung der Widerstandsänderung über die Lebensdauer hinweg erfasst werden.By incorporating the
Ein Ablösen des Dehnungsmessstreifens 101 kann daher effizient verhindert werden. Daneben kann die Glasscheibe 100 auch eine zusätzliche Schutzschicht 111 umfassen, die auf der leitfähigen Schleife 107 angeordnet wird. Dadurch kann die elektrische Schleife 107 elektrisch isoliert werden. Die Schutzschicht 111 ist beispielsweise aus Polyvinylbutyral gebildet.Detachment of the
Daneben kann der Laser 105 verwendet werden, um die leitfähige Schleife 107 mit flächigen Kontaktstellen 113-1 und 113-2 zu versehen, die zum elektrischen Anschließen und Kontaktieren eines Kabels dienen. Das Kabel wird beispielsweise an die beiden Kontaktstellen 113-1 und 113-2 gelötet, um einen Stromfluss durch die elektrische Schleife zu erzeugen. Technisch vorteilhaft ist es, wenn die Kontaktstellen 113-1 und 113-2 an einem Rand der Glasscheibe 100 angeordnet sind, da diese dann von der Seite her kontaktiert werden können, ohne die Sicht durch die Glasscheibe 100 zu stören.In addition, the
Die Glasscheibe 100 kann beispielsweise als eine Verbundglasscheibe in einem Kraftfahrzeug verwendet werden, in der der Dehnungsmessstreifen 101 eingearbeitet ist. Die Glasscheibe 100 kann auch als Glasscheibe in einem Gebäude verwendet werden.The
Wenn die Glasscheibe 100 deformiert wird, wird ebenfalls die Beschichtung deformiert, so dass sich der elektrische Widerstand der leitfähige Schleife 107 ändert. Die Änderung des Widerstandes ist proportional zur Beanspruchung der Glasscheibe 100. Auf diese Weise kann die Herstellung der Glasscheibe 100 mit dem Dehnungsmesstreifen 101 vereinfacht werden. Ein nachträgliches Aufbringen eines separaten Dehnungsmessstreifens ist nicht erforderlich.When the
Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.All features explained and shown in connection with individual embodiments of the invention can be provided in different combinations in the object according to the invention in order to simultaneously realize their advantageous effects.
Alle Verfahrensschritte können durch Vorrichtungen implementiert werden, die zum Ausführen des jeweiligen Verfahrensschrittes geeignet sind. Alle Funktionen, die von gegenständlichen Merkmalen ausgeführt werden, können ein Verfahrensschritt eines Verfahrens sein.All method steps can be implemented by devices that are suitable for carrying out the respective method step. All functions that are carried out by physical features can be a procedural step of a process.
Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.The scope of protection of the present invention is given by the claims and is not limited by the features explained in the description or shown in the figures.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 100100
- Glasscheibeglass pane
- 101101
- DehnungsmesstreifenStrain gauges
- 103103
- BeschichtungCoating
- 105105
- LaserLaser
- 107107
- leitfähige Schleifeconductive loop
- 109109
- AbschnittSection
- 111111
- Schutzschichtprotective layer
- 113113
- KontaktstelleContact point
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE202021004197.4U Active DE202021004197U1 (en) | 2020-11-09 | 2021-11-02 | Glass pane with a strain gauge |
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CH591128A5 (en) | 1974-12-24 | 1977-09-15 | Ver Glaswerke Gmbh | |
DE19643868A1 (en) | 1996-10-30 | 1998-05-07 | Rene Baltus | Load cell with ceramic base and metal face for measuring weight and pressure |
EP1626940A1 (en) | 2003-05-21 | 2006-02-22 | ASOLA VETRO S.r.l. | Condensation-preventing heating glass and method for the manufacture thereof |
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2021
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- 2021-11-02 CN CN202180004078.9A patent/CN114761756A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH591128A5 (en) | 1974-12-24 | 1977-09-15 | Ver Glaswerke Gmbh | |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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R082 | Change of representative |
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