DE2148190A1 - Dehnungsmesstreifen von veraenderlichem elektrischem widerstand sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

• Dehnungsmeß3treifen von veränderlichem elektrischem Widerstand sowie Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft einen Dehnungsmeßstreifen von veränderlichem elektrischem Widerstand für verhältnismäßig große Dehnungen im Millimeter- und Zentimeterbereich, welcher elektrisch leitende Teilchen, insbesondere in Form von Ruß oder Graphit, sowie stark dehnbares Material, insbesondere hochelastische Silicon- und Polyurethanelastomere, als wesentliche Bestandteile enthält.
• Es sind bereits Dehnungsmeßstreifen der erwähnten Art in Form eines Streifens aus Gummi bekannt, in welchen Rußteilchen eingelagert sind. Als Stand der Technik sind hier die USA-Patentschrift 2 492 429 und die britische Patentschrift 720 602 zu nennen.
• Bei einem derartigen bekannten Meßstreifen aus Gemischen von Gummi und Ruß werden die Rußketten, welche die elektrische Leitfähigkeit bestimmen, bei einer Dehnung auseinandergerissen bzw. zerstört, so daß bei einer nachfolgenden Entspannung des Meßstreifens kein reproduzierbarer Wert erzielbar ist, wobei noch hinzukommt, daß der Streifen eine irreversible Dehnung aufweist und stark temperaturabhängig ist. Die bekannten Meßstreifen sind daher, wenn überhaupt, nur für einen einzigen Meßvorgang geeignet.
• Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines demgegenüber verbesserten Dehnungsmeßstreifens, welcher bei einer Dehnung innerhalb eines zulässigen Bereiches reproduzierbare Widerstandswerte aufweist, im wesentlichen temperaturunabhängig ist und für eine Vielzahl von Meßvorgängen verwendbar ist. Erreicht wird dies durch einen an sich bekannten Aufbau entsprechend einer elastischen Textillitze mit aus dem stark dehnbaren Material bestehenden elastischen Kettfäden sowie hiermit verwebten unelastischen Schußfäden, bei welchem lediglich die Schußfäden mit einer die elektrisch leitenden Teilchen enthaltenen Schicht überzogen sind.
• Da bei dem erfindungsgemäßen Dehnungsmeßstreifen lediglich die Schußfäden beschichtet sind, kann ein Auseinanderreissen bzw. eine Zerstörung der seitens der elektrisch leitenden Teilchen gebildeten Ketten nicht stattfinden. Vielmehr gelangen bei einer Dehnung der elastischen Kettfäden die ursprünglich parallel zueinander verlaufenden, in Linienberührung miteinander befindlichen Schußfäden mehr oder minder weitgehend außer Anlage, so daß sich in einem weiten Bereich eine proportionale Widerstandezunahme ergibt, die jedoch nach Entspannenlassen der Kettfäden nebst Berührung der Schußfäden wiederum auf den ursprünglichen Wert zurückgeführt wird. Da die Kettfäden bei der Dehnung einer Querkontraktion unterworfen sind, werden die im entspannten Zustand der Kettfäden unter leichter Vorspannung stehenden Schußfäden leicht gelockert, so daß während des Dehnungsvorganges jedenfalls eine ÜberLastung der unelastischen Schußfäden nicht auftreten kann. Selbst dann, wenn die Kettfäden im gespannten Zustand aufgrund ungünstiger rheologischer Eigenschaften zu fließen beginnen, wird der Abstand der Schußfäden nicht beeinflußt.
• Die rheologischen Eigenschaften der Kettfäden, der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes sowie der Elastizitätsmodul wirken sich nur in sehr geringem Ausmaß aus.
• Ein erfindungsgemäßer Dehnungsmeßstreifen läßt sich besonders einfach und günstig herstellen, wenn gemäß einem besonderen Ausfuhrungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dehnungsmeßstreifens von einer fertig vorliegenden, keine elektrisch leitenden Teilchen enthaltenden Textillitze ausgegangen wird. Gemäß diesem Verfahren wird die Textillitze mit einer die elektrisch leitenden Teilchen sowie ein Bindemittel enthaltenden Disperion gut getränkt und dann während des darauf folgenden Trocknungsvorganges bis zum Erhärten des Bindesmittels periodisch auf eine bestimmte Länge gedehnt und entspannen gelassen. Durch einen solchen Vorgang wird erreicht, daß das getrocknete oder erhärtete Bindemittel von den Kettfäden infolge deren periodischer Dehnung und Entspannung abfällt, während es auf den Schußfäden haftet, 90 daß im Ergebnis wiederum ein erfindungsgemäßer Dehnungsmeßstreifen erhalten wird, bei dem lediglich die Schußfäden mit elektrisch leitenden Teilchen beschichtet sind.
• Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dehnungsmeßstreifens im entspannten Zustand (ausgezogene Linienführung) bzw. im gespannten Zustand (gestrichelte Linienführung), jeweils in perspektivischer Draufsicht, Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Dehnungsmeßstreifen gemäß Fig. 1 in stark vergrößerter Draufsicht, Fig. 3 die Kennlinie des Dehnungsmeßstreifens gemäß Fig. 1 in Schaubilddarstellung bei einer StreiSenlänge von 80 mm und einer Streifenbreite von 12 mm.
• Der in Pig. 1 veranschaulichte erfindungsgemäße Dehnungsmeßstreifen ist für verhältnismäßig große Dehnungen im Millimeter- und Zentimeterbereich ausgelegt und umfaßt eine elastische Textillitze 1, die in nachfolgend noch zu beschreibender Weise mit elektrisch leitenden Teilchen, insbesondere in Porm von Ruß oder Graphit oder aus Edelmetallen, mit Edelmetallen beschichteten anderen Metallen oder anderen Materialien, behandelt ist, sowie an beiden Enden je eine Elektrode 2, 3. Die Elektroden 2, 3 sind als Klemmen zur festen mechanischen Verankerung von die Textillitze bildenden Kett- und Schußfäden ausgebildet. Die Elektroden 2,3 sind an ihren äußeren Enden mit je einem Ansatz 4 bzw. 5 versehen, um einen Anschluß in einem Meßstromkreis herstellen zu können. Beim vorliegenden Ausführungebeispiel sind die Elektroden 2, 3 mittela Nieten 6, 7 mit dem Textilband 1 verbunden, wobei durch die Nieten 6, 7 gleichzeitig ein Dehnungsbegrenzerfaden8 aus im wesentlichen unelastischem Material eingespannt gehalten ist. Dieser Dehnungsbegrenzerfaden 8 ist bei in ausgezogener Linienführung veranschaulichtem entspannten Zustand der Textillitze 1 in einem achlaff, bei einer maximalen zulässigen Dehnung der Textillitze 1 hingegen in einem straff gespannten Zustand. Im entspannten Zustand der Textillitze 1 hat der Dehnungsmeßstreifen einen Widerstandswert R1, während sich bei der Dehnung entsprechend einem maximalen Dehnungsweg S ein dementsprechend höherer Widerstandswert R2 einstellt.
• Aus Fig. 2 ergibt sich der an sich bekannte Aufbau der Textillitze 1 aus Kettfäden 8 und Schußfäden 9, wobei in Fig. 2 eine Köperbindung veranschaulicht ist. Die Kettfäden bestehen vorzugsweise aus monofilen hochelastischen Silicon- oder Polyurethanfäden, während die Schußfäden 9 aus einem gegenüber den Kettfäden 8 praktisch unelastischer Material bestehen. Lediglich die Schußfäden 9 sind mit einer Rußteilchen enthaltenden leitenden Schicht überzogen, was in Fig. 2 durch eine dunkle Tönung der Schußfäden 9 angedeutet ist. Die Kettfäden können auch aus qualitativ hochwertigem Gummi sein.
• Fig. ? zeigt den Zustand des Textilbandes 1 im gedehnten Zustand der Kettfäden 8, wobei in diesem gedehnten Zustand die Schußfäden 9, welche im entspannten Zustand in Linienberührung gegeneinander anlagen, leicht gelockert auf den Kettfäden 8 liegen,und die Linienberührung zwischen den Schußfäden mehr oder minder aufgehoben ist.
• Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dehnungsmeßstreifens können zwei unterschiedliche Verfahren angewendet werden.
• Das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens geht von den Rohstoffen, d.h. den Kettfäden 8 sowie den Schußfäden 9 aus. Die Schußfäden 9 werden vor dem Verweben mit den Kettfäden 8 mit einer die Rußteilchen sowie ein Bindemittel enthaltenden Dispersion behandelt und getrocknet. Die auf diese Weise nit einer Rußschicht versehenen Schußfäden 9 werden alsdann mit den Kettfäden 8 verwebt.
• Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens geht man von einer fertig vorliegenden Textillitze (im allgemeinen Sprachgebrauch auch mit Gummiband bezeichnet) aus, welche mit einer Rußteilchen enthaltenden Dispersion getränkt wird. Während des darauf folgenden Trocknungsvorganges bis zum Erhärten des Bindemittels wird die 2extillitze periodisch auf eine bestimmte Länge gedehnt und entspannen gelassen, wobei die Dehnungs- und Entspannungsperiode jeweils etwa drei Sekunden beträgt. Dies führt bei dem Trocknungsvorgang zum Abplatzen des Bindemittels nebst den darin enthaltenen Rußteilchen von den Kettfäden 8, da diese einer dauernden Dehnung und Entspannung unterworfen werden, während sich auf den Schußfäden 9 eine Rußschicht äüsbilden kann, und zwar derart, daß ein Verkleben benachbarter Schußfäden 9 zuverlässig verhindert wird. Zur Behandlung der Textillitze 1 verwendet man bevorzugt eine mit Rußteilchen versetzte wässrige Kunststoffdispersion, deren Viskosität weniger als 50 Centipoise ist, und die man beispielsweise aus einer im Handel erhältlichen wässrigen 25%igen Rußdispersion und einer wässrigen 500 Kunststoffdispersion auf Basis eines Mischpolymerisats aus Butylarcrylat, Vinylacetat und Acrylsäure herstellt. Vorzugsweise beträgt die Viskosität einer solchen Dispersion 20 Centipoise.
• Fig. 3 gibt die Widerstandscharakteristikfür eine Textillitze von 80 mm Länge und 12 mm Breite wieder, wobei der elektrische Dehnungswiderstand in Kilo-Ohm als Punktion des Dehnungsweges in Millimeter angegeben ist. Innerhalb eines Bereiches von etwa 20 Kilo-Ohm erhält man hierbei einen nahezu streng linearen Kennlinienbereich, während bei zusätzlicher Dehnung der iehnungswiderstand einem Grenzwert zustrebt.

Claims (6)

1. Patentanaprüche

   1Dehnungsmeßstreifn von veränderlichem elektrischem Widerstand für verhältnismäßig große Dehnungen im Millimeter- und Zentimeterbereich, welcher elektrisch leitende Teilchen, insbesondere in Form von Ruß oder Graphit, sowie stark dehnbares Material, insbesondere Silicon- oder Polyurethanelastomere, enthält, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten Aufbau entsprechend einer elastischen Textillitze (1) mit aus dem stark dehnbaren Material bestehenden elastischen Kettfäden (8) sowie hiermit verwebten unelastischen Schußfäden (9), bei welchem lediglich die Schußfäden (9) mit einer die elektrisch leitenden Teilchen enthaltenden Schicht überzogen sind.
2. 2. Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmeßstreifens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schußfäden vor dem Verweben mit den Kettfäden mit einer die elektrisch leitenden Teilchen sowie ein Bindemittel enthaltenden Dispersion behandelt werden.
3. 3. Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmeßstreifens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine fertig vorliegende, keine elektrisch leitenden Teilchen enthaltende Textillitzemit einer die elektrisch leitenden Teilchen sowie ein Bindemittel enthaltenden Dispersion getränkt und während des darauf folgenden Trocknungsvorganges bis zum Erhärten des Bindemittels periodisch auf eine bestimmte Länge gedehnt und entspannengelassen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsdauereiner Dehnung und Entspannungsperiode drei Sekunden beträgt.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion eine mit den elektrisch leitenden Teilchen versetzte wässrige Kunststoffdispersion, insbesondere eine solche auf Basis eines Mischpolymerisats aus Butylacrylat, Vinylacetat und Acrylsäure, ist.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Kunststoffdispersion geringer als 50 Centipoise ist.

   L e e r s e ite