DE4214697A1

DE4214697A1 - Vario-conduct elektrisches sensor-bauelement

Info

Publication number: DE4214697A1
Application number: DE19924214697
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Schlicksupp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-02
Filing date: 1992-05-02
Publication date: 1993-11-04

Description

Die Automatisierung verschiedenster Prozesse - zum Beispiel im Fahrzeugbau, im Bau von Verpackungsmaschinen oder von Fer tigungsanlagen - bedarf in zunehmendem Maße Steuer- und Rege lungseinrichtungen, bei welchen unterschiedlichste Teileposi tionen und -bewegungen zu sensorisieren sind. Dies kann bei spielsweise die Stellung von Klappen und Ventilen, von Schalt elementen und vielem anderen betreffen. Dabei werden häufig Potentiometer, Drehkondensatoren, Quecksilberschalter und ande re Meß- und Erfassungsvorrichtungen als Sensoren verwendet, die vorzugsweise variable elektrische Signale als Steuer- und Regelungsgrößen abgeben.

Diese Sensoren haben jedoch oft den Nachteil, daß ihre Bau größen relativ voluminös sind, daß sie fallweise mechanischem Verschleiß unterliegen, daß sie selbst und deren Kontaktierun gen gegen Umwelteinflüsse (wie Feuchtigkeit, Schmutz) geschützt werden müssen oder daß die konstruktive Integration aufwendig ist.

Die im folgenden beschriebene Erfindung "Vario-Conduct" bietet demgegenüber den Vorteil, daß ein besonderer elektrischer Lei ter bei - im weitesten Sinne - Formveränderungen analog zu die sen Veränderungen unmittelbar variable elektrische Signale er zeugt, die als Steuer- oder Regelungswerte verwendet werden. Das Prinzip von Vario-Conduct macht es möglich, damit Winkel bewegungen, Verschiebebewegungen, Dreh- oder Torsionsbewegungen oder Biegebewegungen sensorisch zu erfassen, wobei die verwen deten Vario-Conduct-Bauelemente

- sehr klein, platz- und raumsparend ausgeführt werden können,
- selbst aus nur wenigen Teilen bestehen,
- keinem Reibverschleiß unterliegen,
- keine besonderen Schutzmaßnahmen gegenüber Feuchtigkeit oder Schmutz erfordern,
- auf einfache und flexible Weise montiert werden können,
- in verschiedenster Weise Gestalt annehmen können, in der sie ihre Funktion erfüllen.

In Fig. 1a-1c wird das Grundprinzip eines Vario-Conducts ver anschaulicht. Es handelt sich um einen elektrischen Leiter, der aus einem elastisch-flexiblen und elektrisch isolierendem - hier schlauchartigen - Gehäuse (1) besteht, der mit einem fließfähigen flüssigen oder gasförmigen Elektrolyten (2) ge füllt ist. Das Gehäuse (1) ist an beiden Seiten abgedichtet (3) und daran ein beliebiger anderer, z. B. metallischer Leiter (Kabel) (4) kontaktiert. Isolierungen erfolgen nach den prak tischen Erfordernissen.

Die Elektrolytfüllung hat einen bestimmten elektrischen Wider stand R1, der sowohl vom gewählten Elektrolyt als auch vom Gehäusequerschnitt (5) abhängt. Wird - wie in Fig. 1a - der Vario-Conduct in einen Stromkreis mit der Spannung V geschlos sen, dann fließt nach dem Ohmschen Gesetz der Strom A. Wird das Vario-Conduct-Element - wie in Fig. 1c gezeigt - ge krümmt (Winkelbewegung S-S′), dann verkleinert sich der Quer schnitt (6) durch eine Art Einschnürung des elastischen Gehäu ses (1). Die Querschnittsveränderung ist dabei dem Krümmungs winkel solange proportional, bis die Querschnittsfläche Null wird. Mit der Querschnittsveränderung ändert sich - vergleich bar mit einem Schiebewiderstand - der elektrische Widerstand des Vario-Conducts in R2. Dies führt ebenfalls zu einer Ver änderung der Stromstärke, die somit zu einem proportionalen Meßwert für die Winkelauslenkung (Krümmung) des Vario-Conducts wird.

Fig. 2 zeigt, wie ein Vario-Conduct-Element (7) auf diese Weise zu einem höchst einfachen Sensor zur Detektion der Win kelstellung Klappe (8) wird.

Fig. 3a und 3b zeigen andere Weisen, wie Querschnittsverände rungen bei Vario-Conduct-Elementen erzeugt werden können. In Fig. 3a ist es ein Stößel (9), der das elastische Gehäuse ei nes Vario-Conducts unterschiedlich tief eindrückt. Damit kön nen Feinbewegungen dieses Stößels sensorisiert werden. In Fig. 3b wird veranschaulicht, wie Torsionen (T) den Querschnitt eines schlauchförmigen Vario-Conducts einschnüren, womit die Sensorisierung von alternierenden Drehbewegungen möglich ist.

Vario-Conduct-Elemente können auf sehr unterschiedliche Weise gestaltet und hergestellt werden. Unterschiede können neben der Auslegung (Baugröße, Wahl des Elektrolyten) betreffen

a) die Bauform des elastischen Gehäusekörpers. Fig. 4a-e zeigen als Beispiele Schlauchform (4a), Kanalform (4b), Mattenform (4c), Kugelform (4d) und Würfel- oder Quaderform (4e).
b) die Führung der elektrischen Leitungen. Fig. 5a zeigt ein Führungsprinzip, das hier als "Durchgangsführung" bezeichnet werden soll, während Fig. 5b ein anderes Prinzip, das der "in neren Rückführung" darstellt, wobei die Stromrichtung in beiden Fällen umgekehrt werden kann. Das Rückführkabel (11) durch den Elektrolyten (2) ist mit einem Isoliermantel umgeben.
c) Formgebungen, welche die kontrollierte Querschnittsverände rung des Vario-Conducts an einer definierten Soll-Stelle ge währleisten. Fig. 6 zeigt eine solche Maßnahme als Einbuchtung (12) an einem kanalförmigen Vario-Conduct.
d) Abschirmungen oder Abstützungen des elastischen Gehäuses eines Vario-Conducts durch zusätzliche Elemente, um
d1 definiertes Verformen bei Biegevorgängen (13) zu erzielen (Fig. 7a).
d2 Verformungsgrenzen zu schaffen. In Fig. 7b erfolgt dies durch ein Umgehäuse, dessen beide Teile (14) durch ein Scharnier verbunden sind. Das Umgehäuse ist so gestaltet, daß für das elastische Gehäuse des Vario-Conducts (1) ein bestimmter Biegewinkel nicht überschritten werden kann.
d3 Stabilisierungen zu bilden und/oder das Gehäuse des Vario- Conducts bedarfsweise zu schützen. Fig. 7c zeigt eine Umman telung mit diesen Zwecken, wobei der Vario-Conduct die Bewe gung eines Stößels (16) sensorisieren soll.
d4 das Vario-Conduct-Element zu befestigen. Fig. 7d beinhaltet einen Vario-Conduct mit zylindrischem Gehäuse, der nach dem Prinzip der "inneren Rückführung" (Fig. 5b) gestaltet ist. Er ist am unteren Ende in ein Gewinderohr (16a) eingeklebt. Der am oberen (Kontakt-)Ende angeklebte Schraubring kann zu sensorisierende Torsionsbewegungen (T) aufnehmen.

Claims

1. Elektrisches Sensor-Baulement, im weiteren ESB oder Vario-Conduct genannt, welches als Sensor für Dreh-, Win kel-, Biege- und Verschiebungsbewegungen und -positionen durch eigene Verformung und dadurch verursachte Verände rungen des eigenen elektrischen Widerstandes dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau aus einem elastisch-flexiblen Gehäuse (1) be steht, das mit einem fließend flüssigen oder gasförmigen Elektrolyten (2) gefüllt ist und in nicht verformtem Zu stand einen definierten elektrischen Widerstand R hat, wenn es bei Abdichtung (3) und Kontaktierung (4) in einen Stromkreis geschlossen wird und Strom den Elektrolyten (2) durchfließt.

2. ESB nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Knick-, Krümm-, Dreh- und andere äußere Krafteinwirkungen auf das elastische Gehäuse (1) zu einer Veränderung des inneren Querschnittes (5) führen und sich dadurch der elektrische Widerstand proportional zur Verformung des Gehäuses be ziehungsweise zur Verkleinerung oder Vergrößerung des Querschnittes ändert.

3. ESB nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Elektrolyt (2) gefüllte elastische Verformungsgehäuse (1) unterschiedlicher Gestalt sein kann, wie zum Beispiel schlauchförmig (Fig. 4a), kanalförmig (Fig. 4b), matten förmig (Fig. 4c), kugelförmig (Fig. 4d), würfel- oder qua derförmig (Fig. 4e).

4. ESB nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Krafteinwirkung gezielt zu einer Vergrößerung oder ge zielt zu einer Verkleinerung des im Normalzustand (ohne Krafteinwirkung) engsten Querschnittes führt, die dem strom durchflossenen Elektrolyten (2) im Gehäuse (1) zur Verfü gung steht und dadurch eine Verringerung oder Vergrößerung des elektrischen Widerstandes hervorruft.

5. ESB nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Gehäusekörper (1) Gestaltungen aufweist, die eine kontrollierte Verformung und Querschnittsveränderung bewirken (12).

6. ESB nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromführung sowohl als "Durchgangsleitung" (Fig. 5a) sowie nach dem Prinzip der "inneren Rückführung" (Fig. 5b) ge schieht, wobei bei letzterem ein isolierter Leiter (11) durch den Elektrolyten (2) geführt wird.

7. ESB nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ge zielte Verformung durch zusätzliche umhüllende stabile Ge häuseelemente unterstützt (13) und oder im Ausmaß begrenzt (14) wird.

8. ESB nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Gehäuseelemente einer Stabilisierung des elasti schen Gehäuses (1) dienen und/oder das elastische Gehäuse schützen (15) und/oder der Montage des ESB an andere tech nische Komponenten dienen (16a) und/oder der Krafteinlei tung (17).

9. ESB nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verformungsprozesse am elastischen Gehäuse (1) zurück zur Ausgangsgestalt umkehrbar sind und daß diese Verformungs- und Rückformungsvorgänge beliebig oft wieder holbar sind.