EP2441867A1 - Dehnungssensor und Verfahren zum Messen einer Dehnung eines Textils - Google Patents

Dehnungssensor und Verfahren zum Messen einer Dehnung eines Textils Download PDF

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EP2441867A1
EP2441867A1 EP10013726A EP10013726A EP2441867A1 EP 2441867 A1 EP2441867 A1 EP 2441867A1 EP 10013726 A EP10013726 A EP 10013726A EP 10013726 A EP10013726 A EP 10013726A EP 2441867 A1 EP2441867 A1 EP 2441867A1
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EP
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yarn
conductive layers
textile
strain sensor
electrically conductive
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EP10013726A
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Ivo Locher
Sebastian Rumpf
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Sefar AG
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Sefar AG
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    • D02YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02GCRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/44Yarns or threads characterised by the purpose for which they are designed
    • D02G3/441Yarns or threads with antistatic, conductive or radiation-shielding properties
    • DTEXTILES; PAPER
    • D02YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02GCRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
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    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/83Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with metals; with metal-generating compounds, e.g. metal carbonyls; Reduction of metal compounds on textiles
    • DTEXTILES; PAPER
    • D10INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10BINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2401/00Physical properties
    • D10B2401/06Load-responsive characteristics

Definitions

  • the insulator preferably forms a carrier of the yarn, which gives the yarn substantially its mechanical properties, in particular its flexibility, tensile strength and / or elasticity.
  • the extensible yarns are incorporated into the textile, in particular by weaving or knitting become. As a result, the advantages described in connection with the strain sensor are achieved.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dehnungssensor (10), insbesondere zum Messen einer Dehnung eines Textils, mit mindestens einem Garn (12), welches eine Dehnbarkeit aufweist und wobei das Garn mindestens zwei elektrisch leitfähige Schichten (30,32) umfasst, die sich entlang einer Längsrichtung des Garns erstrecken, wobei die elektrisch leitfähigen Schichten räumlich (34) voneinander getrennt und gegeneinander isoliert sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Dehnungssensor, insbesondere zum Messen einer Dehnung eines Textils, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen einer Dehnung eines Textils gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 12 und 13.
  • Zur Messung der Dehnung eines Objekts sind unterschiedliche Dehnungssensoren, beispielsweise Wegsensoren oder Dehnungsmessstreifen, bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dehnungssensor und ein Verfahren zum Messen einer Dehnung eines Textils bereitzustellen, welche eine einfache und präzise Bestimmung der Dehnung eines Objektes, insbesondere eines Textils, ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird in einem ersten Aspekt mit einem Dehnungssensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und in einem zweiten Aspekt mit einem Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 12 und 13 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Der erfindungsgemäße Dehnungssensor ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Garn vorgesehen ist, welches eine Dehnbarkeit aufweist, und dass das Garn mindestens zwei elektrisch leitfähige Schichten umfasst, die sich entlang einer Längsrichtung des Garns erstrecken, wobei die elektrisch leitfähigen Schichten räumlich voneinander getrennt und gegeneinander isoliert sind.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Dehnungssensor in Garnform auszubilden. Das Garn, welches grundsätzlich auch Bestandteil des Textils, dessen
  • Dehnung gemessen werden soll, sein kann, bildet also selbst zumindest einen Teil des Dehnungssensors.
  • Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung besteht darin, zur Bestimmung der Dehnung eine durch die Dehnung des Garns hervorgerufene Änderung einer elektrischen Eigenschaft des Garns zu nutzen. Das Garn weist hierzu mindestens zwei elektrisch leitfähige Schichten auf. Bei der elektrischen Eigenschaft kann es sich insbesondere um eine Kapazität oder um eine elektrische Leitfähigkeit beziehungsweise einen spezifischen elektrischen Widerstand handeln. Die Änderung der elektrischen Eigenschaft kann durch ein angeschlossenes Messgerät gemessen werden.
  • Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, an einem einzelnen Garn mindestens zwei, insbesondere genau zwei, elektrisch leitfähige Schichten vorzusehen, deren elektrische Eigenschaft zur Bestimmung der Dehnung herangezogen wird. Durch das Vorsehen von zwei elektrisch leitfähigen Schichten an einem einzelnen Garn kann das Garn für unterschiedliche Messprinzipien verwendet werden. Ein besonderer Vorteil der mindestens zwei leitfähigen Schichten besteht zudem darin, dass zur Messung der Dehnung das Messgerät nur an genau ein Längsende des Garns angeschlossen werden muss, also nicht die gegenüberliegenden Längsenden des Garns kontaktieren muss. Hierdurch wird eine komfortable Möglichkeit der Messung geschaffen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dehnungssensors besteht darin, dass durch die elektrisch leitfähigen Schichten ein Kondensator gebildet wird, dessen Kapazität sich bei einer Dehnung des Garns aufgrund einer Änderung eines Abstandes zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten ändert. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich also um einen kapazitiven Dehnungssensor. Das Messprinzip ist die Bestimmung der Dehnung durch eine elektrische Kapazität eines Kondensators. Wird das Garn gedehnt, verkleinert sich dessen Querschnitt und die elektrisch leitfähigen Schichten, welche jeweils eine Elektrode des Kondensators bilden, nähern sich einander an. Es wird bei einer Dehnung des Garns also der Abstand der elektrisch leitfähigen Schichten zueinander verkleinert. Hierdurch erhöht sich die elektrische Kapazität des Kondensators, aus welcher die Dehnung des Textils bestimmt werden kann. Umgekehrt führt ein Zusammenziehen des Garns zu einer Vergrößerung des Abstandes und damit einer Verkleinerung der Kapazität.
  • Zum Bestimmen der Dehnung des Textils kann ein Messgerät an den durch das mindestens eine Garn gebildeten Dehnungssensor oder Messwert-Aufnehmer angeschlossen werden. Dehnungssensor und Messgerät bilden eine Messeinrichtung. Das Messgerät wird zum Messen der Dehnung mit den beiden elektrisch leitfähigen Schichten verbunden. Da diese an jeder beliebigen Stelle des Garns vorhanden sind, lässt sich das Messgerät auch an jeder Stelle des Garns anschließen. Dies bietet den Vorteil, dass das Messgerät an einen einzelnen, definierten Längenabschnitt, zum Beispiel an ein einzelnes axiales Ende des Garns, angeschlossen werden kann. lst das Garn in ein Textil eingearbeitet, so kann das Messgerät an einen einzelnen Randbereich des Textils angeschlossen werden. Eine vergleichsweise aufwändige Kontaktierung von unterschiedlichen Rändern des Textils ist nicht erforderlich.
  • Der kapazitive Dehnungssensor bietet zudem den Vorteil, dass die beiden leitfähigen Schichten des Garns, die die Elektroden des Kondensators bilden, nicht kurzgeschlossen werden müssen. Der Dehnungssensor kann also auf einfache Weise alleine durch das Einbringen des Garns in das Textil gebildet werden.
  • In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten eine Leiterbrücke angeordnet ist und dass durch die elektrisch leitfähigen Schichten eine Leiterbahn gebildet wird, deren elektrischer Widerstand sich bei einer Dehnung des Garns aufgrund einer Längung der Leiterbahn ändert. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich also um einen resistiven Dehnungssensor. Das Messprinzip ist die Bestimmung der Dehnung durch einen ohmschen Widerstand der leitfähigen Schichten. Im Gegensatz zu dem kapazitiven Dehnungssensor ist vorgesehen, dass die elektrisch leitfähigen Schichten, vorzugsweise an einem axialen Ende des Garns, über eine Leiterbrücke kurzgeschlossen werden. Zur Messung der Dehnung wird an dem gegenüberliegenden Ende des Garns ein Messgerät angeschlossen, so dass durch die beiden leitfähigen Schichten und das Messgerät ein geschlossener Stromkreis gebildet wird. Wird das Garn gedehnt, ändert sich der ohmsche Widerstand der leitfähigen Schichten. Aus dieser Änderung kann die Dehnung des Textils bestimmt werden.
  • Für eine präzise Messung der Dehnung des Textils ist es bevorzugt, dass das Garn eine reversible Dehnbarkeit aufweist. Hierunter ist zu verstehen, dass das Garn nach einer Dehnung seine ursprüngliche Form wieder einnimmt. Das Garn ist vorzugsweise so gestaltet, dass eine minimale Hysterese bei der reversiblen Dehnung auftritt.
  • Für eine vorteilhafte Messung der Dehnung eines Textils beträgt die reversible Dehnbarkeit vorzugsweise 2 bis 10 %, weiter vorzugsweise 5 bis 10 % und weiter vorzugsweise 2 bis 5 %.
  • Unter einem Garn wird vorliegend jegliches längliche, textile Gebilde verstanden. Das Garn kann eine oder mehrere Fasern aufweisen. Der Querschnitt des Garns kann grundsätzlich beliebig gestaltet sein. Besonders bevorzugt ist es jedoch, dass das Garn einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweist. Ein Garn mit einem runden Querschnitt lässt sich besonders gut in ein Textil einarbeiten. Bei dem Textil kann es sich insbesondere um ein Gewebe, ein Gestrick oder ein Gewirk handeln. Ein Garn mit einem rechteckigen Querschnitt, welches auch als Band oder Bändchen bezeichnet werden kann, eignet sich insbesondere zur Anwendung bei anderen flächigen Gebilden, wie beispielsweise einer Folie. Das Band oder Bändchen kann eine Breite im Bereich von 0,05 bis 0,2 mm, insbesondere etwa 0,1 mm, aufweisen.
  • Die beiden elektrisch leitfähigen Schichten sind entlang der Länge des Garns zueinander elektrisch isoliert. Hierzu ist ein Isolator vorgesehen, der die Schichten voneinander trennt. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Garn als Isolator ein Polymer. Hierbei kann es sich insbesondere um Polyethylenterephthalat (PET), Polyetheretherketon (PEEK), Polyamid (PA), Polyimid (PI) und/oder Polyphenylensulfid (PPS) handeln.
  • Der Isolator bildet vorzugsweise einen Träger des Garns, welcher dem Garn maßgeblich seine mechanischen Eigenschaften, insbesondere seine Flexibilität, Reißfestigkeit und/oder Dehnbarkeit, verleiht.
  • Es ist bevorzugt, dass der Isolator und die leitfähigen Schichten ein gleiches oder ähnliches Elastizitätsmodul aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist mindestens eine der leitfähigen Schichten als, insbesondere dünne, leitfähige Beschichtung des Isolators beziehungsweise Trägers vorgesehen. Vorzugsweise enthalten die leitfähigen Schichten Silber, Kupfer, Gold und/oder Kohlenstoff. Die leitfähigen Schichten können auch durch ein gefülltes Polymer oder ein leitendes Polymer gebildet sein.
  • Insbesondere für die Anwendung als kapazitiver Dehnungssensor muss die Leitfähigkeit nicht besonders hoch sein. Dabei ist es bevorzugt, dass die leitfähigen Schichten jeweils einen elektrischen Widerstand von 0,1 bis 2 kOhm/m aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Garns sind die leitfähigen Schichten jeweils an einer Außenfläche des Garns vorgesehen. Die leitfähigen Schichten sind also zumindest teilweise um einen zentralen Träger, welcher den Isolator bildet, angeordnet. Bei einem Garn mit einem runden Querschnitt ist es bevorzugt, dass die leitfähigen Schichten rinnen- oder halbschalenförmig gestaltet sind. Die leitfähigen Schichten sind vorzugsweise einander gegenüberliegend entlang der Längsrichtung des Garns um den zentralen Isolator angeordnet und über entlang der Längsrichtung verlaufende Zwischenräume voneinander getrennt. Die leitfähigen Schichten weisen demnach also vorzugsweise einen etwa halbkreisförmigen Querschnitt auf. Bei einer Ausführung des Garns mit rechteckigem Querschnitt können die leitfähigen Schichten als ebene, flächige Schichten ausgebildet sein.
  • Bei einer Ausführung des Garns mit rundem Querschnitt kann der Isolator zylinderförmig gestaltet sein. Alternativ ist es auch möglich, dass der Isolator eine andere Form, beispielsweise eine Rechteckform, aufweist und die Zylinderform des Garns erst durch die Kombination von Isolator und leitenden Schichten hergestellt wird.
  • Eine besonders einfache Herstellung der äußeren leitfähigen Schichten lässt sich dadurch erzielen, dass der Isolator oder Träger im Wesentlichen zylinderförmig gestaltet ist, wobei entlang einer Längsrichtung des Isolators beziehungsweise Trägers zwei nutartige Ausnehmungen oder Kavitäten ausgebildet sind. Hierdurch kann auf eine Außenfläche des Isolators oder Trägers eine leitfähige Beschichtung aufgebracht werden, wobei durch die Vertiefungen oder Kavitäten während des Herstellungsprozesses automatisch zwei voneinander getrennte und gegeneinander isolierte leitfähige Schichten gebildet werden können. Die Vertiefungen oder Kavitäten trennen also die beiden elektrisch leitfähigen Schichten voneinander.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Garns ist dadurch gegeben, dass die leitfähigen Schichten koaxial zueinander angeordnet sind, wobei eine erste leitfähige Schicht in einem inneren Bereich des Garns und eine zweite leitfähige Schicht in einem äußeren Bereich des Garns angeordnet ist. Ein solches Koaxialgarn kann einfach hergestellt werden und bietet eine sichere elektrische Isolierung der beiden elektrischen Schichten gegeneinander. Zwischen den leitfähigen Schichten ist ein zylinderförmiger Isolator angeordnet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine Schutzbeschichtung zum Schützen vor Abrasion und/oder Feuchtigkeit vorhanden. Die Schutzbeschichtung ist vorzugsweise auf einer Außenfläche des Garns vorgesehen. Weiter kann auch eine elektrisch isolierende Außenbeschichtung des Garns vorgesehen sein. Schutzbeschichtung und Isolationsbeschichtung können auch durch eine einzige Beschichtung gebildet sein.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Dehnungssensors ist ein Textil vorgesehen, in welches das Garn, insbesondere durch Weben oder Wirken, neben anderen Garnen eingearbeitet ist. Das Textil selbst bildet also einen Teil des Dehnungssensors. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind mehrere entsprechende Garne in das Textil eingearbeitet. Die Garne können in Kett- und/oder Schussrichtung angeordnet werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass das gesamte Textil aus derartigen Garnen besteht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen einer Dehnung eines Textils ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein dehnbares Garn bereitgestellt wird, welches mindestens zwei elektrisch leitfähige Schichten umfasst, die sich entlang einer Längsrichtung des Garns, insbesondere parallel zueinander, erstrecken, wobei die elektrisch leitfähigen Schichten räumlich voneinander getrennt und gegeneinander isoliert sind, und dass zum Bestimmen einer Dehnung des Textils eine Änderung der Kapazität eines durch die leitenden Schichten gebildeten Kondensators oder eine Änderung des elektrischen Widerstands einer durch die leitenden Schichten gebildeten Leiterbahn gemessen wird.
  • Zur Durchführung des Verfahrens kann insbesondere ein Dehnungssensor, wie vorangehend beschrieben, eingesetzt werden. Der vorbeschriebene Dehnungssensor eignet sich insbesondere zum Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Zum Messen der Dehnung des Textils kann ein Messgerät, insbesondere an einem Randbereich des Textils, an das Garn angeschlossen werden. Die Einheit aus Dehnungssensor und Messgerät bildet eine Messeinrichtung. Bei einer Messung der Kapazität des durch die leitenden Schichten gebildeten Kondensators ist eine weitere Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schichten nicht vorgesehen. Zum Messen des elektrischen Widerstands werden die leitenden Schichten am dem Messgerät gegenüberliegenden Ende des Textils über eine Leiterbrücke zum Bilden eines Stromkreises elektrisch verbunden. Aufgrund der so gebildeten U-förmigen Anordnung der Leiterbahn kann das Messgerät an einer Seite des Textils angeschlossen werden und muss nicht gegenüberliegende Seiten des Textils kontaktieren.
  • Ein alternatives Verfahren zum Messen einer Dehnung des Textils ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei dehnbare Garne bereitgestellt werden, die jeweils eine elektrisch leitfähige Schicht aufweisen, dass die Garne in das Textil eingearbeitet werden, dass an einer ersten Seite des Textils zwischen den Garnen eine Leiterbrücke angeordnet wird, so dass durch die Garne eine Leiterbahn gebildet wird, und dass zum Bestimmen einer Dehnung des Textils an einer zweiten Seite des Textils eine Änderung des elektrischen Widerstandes der durch die Garne gebildeten Leiterbahn gemessen wird.
  • Bei diesem Verfahren können also Garne eingesetzt werden, die lediglich eine einzige elektrisch leitfähige Schicht aufweisen. Zum Bilden einer U-förmigen Leiterbahn werden jeweils zwei Garne an einem Ende miteinander verbunden, sodass am gegenüberliegenden Ende ein Messgerät zum Messen des elektrischen Widerstands der Leiterbahn angeschlossen werden kann.
  • Eine Verbesserung der Sensitivität kann erzielt werden, wenn die elektrisch leitfähigen Schichten oder die Garne schleifenförmig zum Bilden eines Stromkreises miteinander verbunden werden. Hierzu können die Garne jeweils an Endbereichen über Leiterbrücken miteinander verbunden werden.
  • Als Leiterbrücken kommen grundsätzlich beliebige Arten einer elektrischen Verbindung in Betracht. Die leitfähigen Schichten beziehungsweise die Garne können zum Beispiel über Kabelbrücken miteinander verbunden werden. Weiterhin kann der Isolator an einem Endbereich eines Garns entfernt werden, um die leitfähigen Schichten des Garns miteinander zu verbinden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die dehnbaren Garne in das Textil, insbesondere durch Weben oder Wirken, eingearbeitet werden. Hierdurch werden die im Zusammenhang mit dem Dehnungssensor beschriebenen Vorteile erzielt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt sind, weiter beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
  • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dehnungssensors;
    Fig. 2
    eine Querschnittsansicht des Dehnungssensors aus Fig. 1;
    Fig. 3
    eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dehnungssensors;
    Fig. 4
    eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dehnungssensors;
    Fig. 5
    einen Querschnittsansicht eines Isolators eines erfindungsgemäßen Dehnungssensors;
    Fig. 6
    eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dehnungssensors und
    Fig. 7
    eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dehnungssensors.
  • Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dehnungssensors 10 in Garnform ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Der Dehnungssensor 10 umfasst ein dehnbares Garn 12, welches auch als Messgarn bezeichnet werden kann. Das Garn 12 ist flexibel und lässt sich wie ein übliches Garn in ein Textil einarbeiten. Beispielsweise kann das Garn 12 in ein Gewebe eingewebt werden, ohne die textilen Eigenschaften des Gewebes dabei maßgeblich zu verändern oder zu beeinflussen.
  • Das Garn 12 weist als Kern einen zylinderförmigen, flexiblen Isolator 20 auf. Um den Isolator 20 herum sind zwei ebenfalls flexible leitfähige Schichten (30, 32) angeordnet, die sich entlang einer Längsrichtung des Garns 12 erstrecken. Die leitfähigen Schichten 30, 32 sind halbschalenförmig gestaltet und weisen einen Querschnitt etwa eines halben Hohlzylinders auf. Die leitfähigen Schichten 30, 32 sind über zwei Zwischenräume 34, die sich entlang der Längsrichtung des Garns 12 erstrecken, voneinander getrennt und damit gegeneinander isoliert.
  • Eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dehnungssensors 10 ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform weist das Garn 12 einen rechteckigen Querschnitt auf und ist als flaches, längliches Band gestaltet. Das Band weist einen mittigen, flexiblen Isolator 20 auf, der sich entlang der Längsrichtung des Bandes erstreckt. An einer Oberseite und einer Unterseite des Isolators 20 ist jeweils eine leitfähige Schicht 30 beziehungsweise 32 angeordnet, die sich ebenfalls entlang der Längsrichtung des Bandes erstrecken. Die leitfähigen Schichten 30, 32 sind ebenfalls flexibel.
  • Bei den Ausführungsformen gemäß Figuren 1 bis 3 sind die leitfähigen Schichten 30, 32 dünn im Vergleich zu dem Isolator 20, wobei sich die Dicke mindestens um den Faktor 10 unterscheidet.
  • Ein Dehnungssensor 10 in Form eines Koaxialgarns ist in Fig. 4 dargestellt. Der Dehnungssensor 10 weist ein flexibles Garn 12 mit einem etwa runden Querschnitt auf, in dessen Mitte eine erste leitfähige Schicht 30 angeordnet ist. Die erste leitfähige Schicht 30 erstreckt sich entlang einer Längsrichtung des Garns 12 und hat einen runden Querschnitt. Die erste leitfähige Schicht 30 weist somit eine zylindrische Form auf.
  • Um die erste leitfähige Schicht 30 ist ein Isolator 20 in Form einer Hohlzylinders angeordnet. Der Isolator 20 ist an seiner Außenfläche mit einer dünnen, zweiten leitfähigen Schicht 32 beschichtet.
  • Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Isolators 20, aus welchem besonders einfach ein erfindungsgemäßer Dehnungssensor 10 in Garnform herstellbar ist. Der Isolator 20 hat eine im Wesentlichen zylinderförmige Gestalt mit zwei nutartigen Einkerbungen 22 oder Kavitäten, die sich einander gegenüberliegend entlang einer Längsrichtung des Isolators 20 erstrecken. Auf jeder Seite der Einkerbungen 22 ist somit etwa eine Zylinderhälfte 26 gebildet. Der Isolator 20 kann in einem einfachen Prozess rundherum beschichtet werden. Die Einkerbungen 22 im Garnquerschnitt bewirken, dass die Beschichtung im Innern der Einkerbungen 22 nicht durchgängig ist.
  • Die Beschichtung wird dadurch automatisch in zwei Hälften aufgeteilt, welche die erste leitfähige Schicht 30 und die zweite leitfähige Schicht 32 bilden.
  • Die in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Dehnungssensoren 10 eignen sich insbesondere für den Einsatz als kapazitive Dehnungssensoren.
  • Eine weitere Ausführungsform eines Dehnungssensors 10 ist in Fig. 6 dargestellt. Der Dehnungssensor 10 umfasst ein Garn 12, welches, wie auch die vorher beschriebenen Dehnungssensoren, einen flexiblen Isolator 20 und zwei flexible, leitfähige Schichten 30, 32 aufweist. Der Isolator 20 ist bei dieser Ausführungsform etwa quaderförmig gestaltet und weist einen rechteckigen Querschnitt auf. An zwei gegenüberliegenden Flächen des Isolators 20 sind jeweils zwei gleich ausgebildete leitfähige Schichten 30, 32 vorgesehen, welche jeweils einen etwa halbkreisförmigen oder bogenförmigen Querschnitt aufweisen. Durch den Isolator 20 und die halbkreisförmigen, leitfähigen Schichten 30, 32 wird insgesamt ein Garn 12 mit einem kreisförmigen Querschnitt gebildet. Dieses Garn 12 eignet sich insbesondere für den Einsatz als resistiver Dehnungssensor.
  • Zum Einsatz als resistiver Dehnungssensor 10 müssen die beiden leitfähigen Schichten 30, 32 oder Hälften des Garns 12 an einem Ende des Garns 12 elektrisch miteinander verbunden, also kurzgeschlossen werden, um in Verbindung mit einem anzuschließenden Messgerät einen geschlossenen Stromkreis zu bilden. An dem anderen Ende der Garne 12 kann ohmisch mittels eines Messgerätes der Widerstand und damit die Dehnung gemessen werden.
  • Fig. 7 zeigt als Textil 40 ein Gewebe, in welches zwei Garne 12 als Messgarne eingewebt sind. Bei den übrigen Garnen 42 des Gewebes handelt es sich um normale, also insbesondere nicht leitfähige Garne.
  • Die beiden Garne 12 weisen jeweils eine einzelne leitfähige Schicht auf. Die Garne 12 können hierzu eine leitfähige Beschichtung oder einen leitfähigen Kern aufweisen. Auch ist es möglich, dass die Garne 12 insgesamt aus einem leitfähigen Material bestehen. Damit ein anzuschließendes Messgerät 14 nicht zwei unterschiedliche Randbereiche oder Seiten des Textils 40 kontaktieren muss, und damit die Sensitivität der Messung erhöht ist, sind die beiden Garne 12 an einem Ende über eine Leiterbrücke 44 miteinander elektrisch verbunden. Durch das Kurzschließen der beiden Garne 12 Garne 12 wird in Verbindung mit dem Messgerät 14 ein geschlossener Stromkreis gebildet. Durch das Messgerät kann ohmisch der Widerstand gemessen werden und dadurch die Dehnung. Das Garn oder die Garne beziehungsweise das Textil mit den Garnen bildet zusammen mit dem Messgerät eine Messeinrichtung.

Claims (14)

  1. Dehnungssensor, insbesondere zum Messen einer Dehnung eines Textils, dadurch gekennzeichnet,
    - dass mindestens ein Garn (12) vorgesehen ist, welches eine Dehnbarkeit aufweist, und
    - dass das Garn (12) mindestens zwei elektrisch leitfähige Schichten (30, 32) umfasst, die sich entlang einer Längsrichtung des Garns (12) erstrecken, wobei die elektrisch leitfähigen Schichten (30, 32) räumlich voneinander getrennt und gegeneinander isoliert sind.
  2. Dehnungssensor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass durch die elektrisch leitfähigen Schichten (30, 32) ein Kondensator gebildet wird, dessen Kapazität sich bei einer Dehnung des Garns (12) aufgrund einer Änderung eines Abstandes zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten (30, 32) ändert.
  3. Dehnungssensor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten (30, 32) eine Leiterbrücke (44) angeordnet ist und
    - dass durch die elektrisch leitfähigen Schichten (30, 32) eine Leiterbahn gebildet wird, deren elektrischer Widerstand sich bei einer Dehnung des Garns (12) aufgrund einer Längung der Leiterbahn ändert.
  4. Dehnungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Garn (12) eine reversible Dehnbarkeit aufweist.
  5. Dehnungssensor nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die reversible Dehnbarkeit 2 bis 10%, vorzugsweise 5 bis 10%, weiter vorzugsweise 2 bis 5%, beträgt.
  6. Dehnungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Garn (12) einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweist.
  7. Dehnungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die leitfähigen Schichten (30, 32) jeweils einen elektrischen Widerstand von 0,1 bis 2 kOhm/m aufweisen.
  8. Dehnungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die leitfähigen Schichten (30, 32) jeweils an einer Außenfläche des Garns (12) vorgesehen sind.
  9. Dehnungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die leitfähigen Schichten (30, 32) koaxial zueinander angeordnet sind, wobei eine erste leitfähige Schicht (30) in einem inneren Bereich des Garns (12) und eine zweite leitfähige Schicht (32) in einem äußeren Bereich des Garns (12) angeordnet ist.
  10. Dehnungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Schutzbeschichtung zum Schützen vor Abrasion und/oder Feuchtigkeit vorhanden ist.
  11. Dehnungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Textil (40) vorgesehen ist, in welches das Garn (12), insbesondere durch Weben oder Wirken, eingearbeitet ist.
  12. Verfahren zum Messen einer Dehnung eines Textils,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass mindestens ein dehnbares Garn (12) bereitgestellt wird, welches mindestens zwei elektrisch leitfähige Schichten (30, 32) umfasst, die sich entlang einer Längsrichtung des Garns (12), insbesondere parallel zueinander, erstrecken, wobei die elektrisch leitfähigen Schichten (30, 32) räumlich voneinander getrennt und gegeneinander isoliert sind, und
    - dass zum Bestimmen einer Dehnung des Textils (40) eine Änderung der Kapazität eines durch die leitfähigen Schichten (30, 32) gebildeten Kondensators oder eine Änderung des elektrischen Widerstands einer durch die leitfähigen Schichten (30, 32) gebildeten Leiterbahn gemessen wird.
  13. Verfahren zum Messen einer Dehnung eines Textils,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass mindestens zwei dehnbare Garne (12) bereitgestellt werden, die jeweils eine elektrisch leitfähige Schicht (30) aufweisen,
    - dass die Garne (12) in das Textil (40) eingearbeitet werden,
    - dass an einer ersten Seite des Textils (40) zwischen den Garnen (12) eine Leiterbrücke (44) angeordnet wird, so dass durch die Garne (12) eine Leiterbahn gebildet wird, und
    - dass zum Bestimmen einer Dehnung des Textils (40) an einer zweiten Seite des Textils (40) eine Änderung des elektrischen Widerstandes der durch die Garne (12) gebildeten Leiterbahn gemessen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die dehnbaren Garne (12) in das Textil (40), insbesondere durch Weben oder Wirken, eingearbeitet werden.
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