DE2514170A1

DE2514170A1 - Druckempfindlicher widerstandsgeber

Info

Publication number: DE2514170A1
Application number: DE19752514170
Authority: DE
Inventors: Friedrich Widmann; Klaus Widmann
Original assignee: Widmann & Co
Current assignee: Widmann & Co
Priority date: 1975-04-01
Filing date: 1975-04-01
Publication date: 1976-10-14
Also published as: DE2514170B2; DE2514170C3

Description

Druckempfindlicher Widerstandsgeber.
Die Erfindung betrifft einen druckempfindlichen Widerstandsgeber, bestehend aus einem druckempfindlichen Element, zwei Elektroden und einer Umkleidung.
Ein derartiger Widerstandsgeber ist aus dem Buch von P.M.Pflier: Elektrische Messung mech.Größen,Springer Verlag Berlin, 1948, S.51, 52 bekannt. Als druckempfindliches Element werden bei diesem Widerstandsgeber dünne Kohleplättchen verwendet, deren Ubergangswiderstand sich durch Druck verändert. Der bekannte Widerstandsgeber ist relativ niederohmig und eignet sich damit nicht für Anwendungsfälle, bei denen Hochohmigkeit erwünscht ist. Außerdem können wegen der fehlenden Elastizität der Kohleplättchen und des geringen Hubs nur größere Kräfte gemessen werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen druckempfindlichen Widerstandsgeber anzugeben, der hochohmig ist und einen großen Meßbereich aufweist. Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.
Der erfindungsgemäße Widerstandsgeber hat den Vorteil, daß das druckempfindliche Element aus einem Stück eines handelsüblichen Werkstoffs besteht, nämlich beispielsweise einem antistatischen Verpackungsschaumstoff oder einem antistatischen Bodenbelag. Es lassen sich somit mit relativ geringen Kosten großflächige Widerstandsgeber herstellen.
Diese kann man z.B. als Matte ausbilden, so daß sie - mit einer nachgeschalteten Schwellwertschaltung - als Betätigungsglied für Türöffneranlagen oder Alarmanlagen dienen.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.
Es zeigen Fig.1 einen einfachen Widerstandsgeber im Längsschnitt; Fig.2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Mitte der Fig.1; Fig.3 die Abhängigkeit des Widerstandes von der Zeit für eine Streifenmatte im entlasteten und im belasteten Zustand.
Der in Fig.1 im Längsschnitt in etwa dreifacher Vergrößerung dargestellte Widerstandsgeber ist die einfachste Ausführungsform der Erfindung. Sie eignet sich z.B. als "Türkontakt", der am Falz des Türfutters einfach befestigt werden kann.
Der Widerstandsgeber besteht aus mehreren Schichten. Die innerste Schicht 1 ist ein elastischer Werkstoff mit geringer elektrischer Leitfähigkeit. Besonders eignen sich handelsübliche,sogenannte antistatische textile Bodenbeläge oder Verpackungsschaumstoffe, wie sie zum Versand von Transistoren verwendet werden. Die Verpackungsschaumstoffe sind wesentlich hochohmiger als die Bodenbeläge.
In Fig.1 ist die innere Schicht 1 ein textiler Bodenbelag, bei dem die erforderliche Leitfähigkeit durch Tränken mit einer geeigneten Flüssigkeit erzielt wurde.
Auf beiden Seiten der Schicht 1 befindet sich je ein dünnes Metallnetz 2, vorzugsweise ein Metallstrumpf.
Jedes Metallnetz ist mit einer Ader einer Flachleitung 3 elektrisch gut leitend verbunden.
Die Metallnetze sind mit Klebefolien 4 auf dem Bodenbelag aufgeklebt und zwar so, daß die Klebefolie zwischen den einzelnen Drähten des Metallnetzes am textilen Bodenbelag klebt. In Fig.2, die ein vergrößerter Ausschnitt aus der Mitte der Fig.1 ist, ist dies gezeigt. Die M æhengröße des Netzes und Steifigkeit der Klebefolie müssen so aufeinander abgestimmt sein, daß die Klebefolie innerhalb der Maschen zuverlässig auf dem Bodenbelag klebt, um sicherzustellen, daß alle Drähte des Netzes innigen Kontakt mit den Fasern des Bodenbelags haben.
Da die Leitfähigkeit des textilen Bodenbelas durch Luftfeuchtigkeit wesentlich vergrößert wird, ist es erforderlich, den bisher beschriebenen druckempfindlichen Widerstandsgeber hermetisch abzuschließen.
Hierzu dient ein ueberzug aus Kunstleder 6, oder dgl., der mit einem Klebstoff 5 auf die Klebefolie 4 aufgeklebt und anschließend an den Rändern verschweisst wird.
An den Klemmen des Widerstandsgebers nach Fig.1 misst man - wenn der leitende Werkstoff ein Verpackungsschaumstoff ist und die Fläche fünf cm2 groß ist -im entlasteten Zustand 300 kOhm und bei Belastung mit 30 kg etwa 7 kOhm.
Als Elektroden sind Metallnetze, Metallgitter und Metallstrümpfe geeignet, nicht jedoch vollständige Metallflächen, wie Versuche gezeigt haben. Die Maschengröße ist vorteilhaft 1 mm2, der Drahtdurchmesser 0,3 mm.
Günstig kann es auch sein, wenn man die Metallnetze nicht mit Klebefolie auf dem Werkstoff befestigt, sondern mittels einer weiteren Schicht des leitenden Werkstoffs. Diese weitere Schicht kann entweder nachträglich aufgebracht werden, oder die Metallnetze werden in den Werkstoff bei dessen Herstellung eingebracht.
Die hermetische Umkleidung kann in diesem Fall kein verschweisster Überzug sein, sondern kann direkt durch Spritzen oder Tauchen aufgebracht werden, wobei darauf zu achten ist, daß die beiden Elektrodenanschlüsse herausgeführt werden.
Wie oben erwähnt, ist die Anordnung nach Fig.1 besonders für kleine Flächen geeignet. Es werden nun großflächige Widerstandsgeber, z.B. in der Größe 25x25 cm oder 50x50 cm, beschrieben.
Man könnte hier die gleiche Anordnung wie bei Fig.1 verwenden, jedoch ergibt sich dann wegen der größeren Fläche ein kleiner Gesamtwiderstand, weil gewissermaßen viele einzelne hochohmige Widerstände parallel geschaltet sind.
Um den Gesamtwiderstand zu verkleinern, verwendet man den leitenden Werkstoff nur für einen Teil der Gesamtfläche. Man setzt die Fläche beispielsweise aus Streifen von leitendem und nichtleitendem Werkstoff, die abwechselnd nebeneinanderliegen, zusammen oder man bildet ein schachbrettartiges Muster von Quadraten aus leitendem und nichtleitendem Werkstoff. Für die nichtleitenden Flächen verwendet man einen Werkstoff mit größerer Elastizität als für die leitenden Flachen. Auf diese Weise wird einerseits der Gesamtwiderstand und andererseits die Flachenbelastung der leitenden Flächen erhöht. Dies hat eine größere Widerstandsänderung und damit eine größere Empfindlichkeit des Widerstandsgebers zur Folge.
Die Netzelektroden werden im ersten Fall als Band auf die Streifen aus leitendem Werkstoff aufgebracht, wobei die Breite des Bandes kleiner als die Breite des Streifens gewählt wird. Die unterschiedliche Breite ist günstig, weil sich die Widerstandswerte am Rand durch Schneiden verändern.
Alle Bänder einer Seite werden miteinander und mit der einen Ader der Anschlußleitung verbunden.
Bei der schachbrettartigen Anordnung verlaufen die Bänder auch über die nichtleitenden Quadrate.
In besonderen Fällen kann es auch günstig sein, die Bänder aus Metallnetz auf beiden Seiten des Werkstoffs gegeneinander zu versetzen, wobei wichtig ist, daß sie sich teilweise überlappen.
Fig.3 zeigt qualitativ das elektrische Verhalten einer 50x50 cm Streifenmatte beim Einschalten und beim Übergang vom entlasteten zum belasteten Zustand (mit 60 kg auf 50 cm2). Man sieht, daß ein Einschwingvorqang auftritt, der nach zwei bis drei Minuten beendet ist.
Wenn, wie im Falle des "Türkontakts", nur eine einfache Ja/Nein-Aussage gefordert ist, dann ist es nicht erforderlich, das Ende des Einschwingvorgangs abzuwarten.
Man muß dann nur die Ansprechschwelle des ohnehin erforderlichen nachgeschalteten Verstärkers auf einen Wert einstellen, der etwa dem gestrichelten Widerstandswert in Fig.3 entspricht, d.h. er muß kleiner als die beim Einschalten auftretenden Amplitudenschwankungen sein.
Um druckabhängige Messwerte zu erhalten, benötigt man einen Linearverstärker, dessen Ausgangssignale direkt zur Anzeige oder zur Steuerung oder zur Regelung des den Druck verursachenden Vorgangs verwendet werden.

Claims

Patentansprche

1. Drukabhängiger Widerstandsgeber, bestehend aus einem druckempfindlichen Element, zwei Elektroden und einer Umkleidung, dadurch gekennzeichnet, daß das druckempfindliche Element (1) aus einem elastischen hochohmigen Werkstoff besteht, daß die Elektroden (2) Metallnetze oder -gitter sind, die mindestens auf Teilen von gegenüberliegenden Seiten des Werkstoffs aufliegen und mit Klebefolie (4) auf dem Werkstoff befestigt sind, und daß die Umkleidung (6) elastisch ist.

2. Widerstandsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff ein leitender Verpackungsschaumstoff oder ein leitender textiler Bodenbelag ist.

3. Widerstandsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschengröße des Metallnetzes und die Dicke der Klebefolie so gewählt sind, daß die Klebefolie innerhalb der Maschen mit dem Werkstoff verklebt ist.

4. Widerstandsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Klebefolie eine weitere Schicht des Werkstoffs vorhanden ist.

5. Widerstandsgeber nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallnetz bandförmig auf dem Werkstoff aufgebracht ist, wobei jeweils die Bänder einer Seite des Werkstoffs elektrisch miteinander verbunden sind.

6. Widerstandsgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bänder auf den beiden Seiten des Werkstoffs gegenüberliegen.

7. Widerstandsgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder auf beiden Seiten des Werkstoffs gegeneinander versetzt sind und sich teilweise überlappen.

8. Widerstandsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallnetz ein Metallstrumpf ist.

9, Widerstandsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche für großflächige Anwendungen, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der Fläche aus leitendem Werkstoff besteht und der andere Teil aus einem nichtleitenden Werkstoff mit größerer Elastizität als der leitende Werkstoff.

10. Verwendung des Widerstandsgebers nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit nachgeschalteter Schwellwertschaltung als kontaktlose Drucktaster Leerseite