KR20200125695A - 기계적 힘을 측정하기 위한 디바이스를 포함하는 타이어, 및 디바이스의 용도 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디바이스를 포함하는 타이어에 관한 것으로서, 상기 디바이스는 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 층을 포함하고, 상기 제3 층은 선택적이고, 제1 층은 제1 전극 재료를 포함하고, 제2 층은 제1 중간 재료를 포함하고, 제4 층은 제2 중간 재료를 포함하고, 그리고 제5 층은 제2 전극 재료를 포함하는 것을 특징으로 하고, 제2 층의 제1 중간 재료 및 제4 층의 제2 중간 재료가 상이하고, 4개 또는 5개의 층이 전술한 순서에 따라 서로 상하로 배열되고, 그리고 제2 및/또는 제4 층은, 중간 재료에 더하여, 적어도 하나의 충진제를 부가적으로 포함한다. 본 발명은 또한 그러한 디바이스의 용도에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 층을 포함하는 장치를 포함하는 타이어에 관한 것으로서, 제3 층은 선택적이다. 본 발명은 또한 장치의 용도에 관한 것이다.
센서는 오늘날의 자동차 산업에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있다. 센서는 생산에서 또는 다양한 자동차 부품의 이용에서 재료 특성을 모니터링하는 데 도움을 줄 수 있을 뿐만 아니라, 그러한 센서가 없다면 불가능하지는 않더라도 인식이 어려울 수 밖에 없는 힘의 영향을 인식하게 할 수 있다. 여기에서, 재료 특성 또는 작용력의 변화를 현장에서(in situ) 직접적으로 측정할 수 있도록, 센서를 자동차 내의 다양한 지점들에 설치하는 것이 종종 필요하다. 센서의 크기가 또한 여기에서 중요한 항목일 수 있고, 센서의 설치가 어떠한 부가적인 문제도 수반하지 않도록 하기 위해서, 크기는 최소화되어야 한다.
또한, 빈번하게, 센서는 전원의 도움이 있어야만 이용될 수 있다. 전원에 대한 연결 및 적절한 지점에서의 전원의 설치는, 부가적으로, 센서를 의도된 장소에 설치하는 것을 더 어렵게 만든다.
본 발명의 기본이 되는 하나의 문제는, 이동 중에 타이어 내의 기계적인 힘, 예를 들어 측방향 힘 또는 제동력을 측정할 수 있게 하는 장치를 제공하는 것과 관련된 문제이다. 특히, 이러한 것은 바람직하게 부가적인 전기 전원의 이용 없이 가능하여야 하고, 장치는 특히 민감하여야 한다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 타이어 또는 바퀴 내에서 에너지원을 충전하기 위한 장치를 제공하는 것이었다.
일반적으로, 이러한 목적은 장치에 의해서 본 발명에 따라 달성되고, 그러한 장치는 이하의 층:
- 제1 전극 재료를 포함하는 제1 층,
- 제1 개재 재료를 포함하는 추가적인 층,
- 제2 개재 재료를 포함하는 추가적인 층, 및
- 제2 전극 재료를 포함하는 추가를 포함하는 것을 특징으로 하고,
- 제1 개재 재료 및 제2 개재 재료가 상이하다. 바람직하게, 장치는 또한 제1 층과, 제2 전극 재료를 포함하는 제5 층 사이의, 또는 제1 개재 재료를 포함하는 층과 제2 개재 재료를 포함하는 층 사이의 전압을 측정하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 맥락에서, "4개[...]의 층이 전술한 순서에 따라 서로 상하로 배열된다"는 것은, 그러한 4개의 층들 사이에 어떠한 추가적인 층도 존재하지 않고, 제1 층이 제2 층 바로 위에 적재되고, 제2 층이 제4 층 바로 위에 적재되고, 제4 층이 제5 층 바로 위에 적재된다는 것을 의미한다. 이는, 특히, 이하에서 설명되는 본 발명의 4개의 특정 실시예에 적용된다.
본 발명의 맥락에서, "제5 층"이라는 용어는 단순히 이러한 층의 술어(nomenclature)로서 이해되어야 하고, 이러한 제5 층에 더하여 4개의 부가적인 층이 반드시 존재하여야 한다는 방식으로 이해되지 않아야 한다. 이러한 것은 동일하게, 제2, 제3 및 제4 층에 적용된다. 따라서, 예를 들어, 본 발명에 따른 장치에서, 4개의 층이 존재할 수 있고, 4개의 층은 제1, 제2, 제4 및 제5 층으로 이루어진다. 이러한 의미에서, 전체적인 본 발명의 맥락에서, 제1 층은 또한 상단 층으로서, 제2 층은 상부 중간 층으로서, 제3 층은 절연 층으로서, 제4 층은 하부 중간 층으로서, 그리고 제5 층은 하단 층으로서 지칭될 수 있다. 이는, 특히, 이하에서 설명되는 본 발명의 4개의 특정 실시예에 적용된다.
목적에 관한 전술한 일반적인 해결책의 모든 장점이 특정 실시예에 의해서 이하에서 설명되고, 전술한 일반적인 실시예에 준용된다.
제1 실시예에서, 이러한 목적은 기계적인 힘을 측정하기 위한 장치에 의해서 본 발명에 따라 달성되고, 그러한 장치는 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 층을 포함하고, 제3 층은 선택적이며,
a) 제1 층이 제1 전극 재료를 포함하고,
b) 제2 층이 제1 개재 재료를 포함하고,
c) 제3 층이 절연 재료를 포함하고,
d) 제4 층이 제2 개재 재료를 포함하고, 그리고
e) 제5 층이 제2 전극 재료를 포함하는 것을 특징으로 하고,
- 제2 층의 제1 개재 재료 및 제4 층의 제2 개재 재료가 상이하고,
- 전술한 순서에 따른 4개 또는 5개의 층이 서로 상하로 배열되고, 그리고
- 제2 및/또는 제4 층은, 제2 개재 재료에 더하여, 적어도 하나의 충진제를 포함한다.
놀랍게도, 본 발명의 맥락에서, 제2 및 제4 층 내에 전술한 유전체 전도도를 가지는 2개의 상이한 개재 재료들 사이의 마찰의 경우에, 서로 맞대어 마찰되는 이러한 2개의 개재 재료의 분리 시에 충분히 높은 전압이 발생되도록 하기 위해서, 충분한 단위 면적 당 전자가 전달되어야 한다는 것이 발견되었다. 이어서, 결과적인 전압을 이용하여 전기 신호를 생성할 수 있다. 이러한 전기 신호를 이용하여, 원래의 마찰에 의해서 생성되는 힘을 측정하거나 심지어 정량화할 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 본 발명에 따른 장치의 제2 및 제4 층은, 접촉에 의해서 그리고 특히 마찰에 의해서 대전될 수 있는 각각의 개재 재료를 포함한다. 제1 및 제2 개재 층, 즉 본 발명에 따른 장치의 제2 및 제4 층의 존재는 전류 생성 중에 더 높은 전압 및 전류 흐름을, 그리고 그에 따라 또한 더 높은 전력이 달성될 수 있게 하거나, 측정 중에, 하나의 개재 층만이 2개의 전극 재료들 사이에 존재하는 본 발명에 따르지 않는 비교 대상의 장치에서보다, 더 민감한 측정 장치가 달성될 수 있게 한다.
전술한 장치가 바람직하고, 그러한 장치는
- 기계적인 힘을 측정하는 데 적합하고/적합하거나
- 전기 전압을 생성하는 데, 그리고, 바람직하게 이하에서 설명되는 본 발명에 따른 타이어인, 타이어를 포함하는 바퀴에 부착된 또는 타이어에 부착된 배터리 및/또는 어큐뮬레이터(accumulator)를 전기적으로 충전하는 데 적합하다.
또한, 본 발명의 맥락에서, 제3 층이 선택적으로 제2 층과 제4 층 사이에 존재할 수 있고, 본 발명에 따른 장치의 제2 및 제4 층이 제1 상태에서 서로 분리될 수 있도록 그리고 제2 상태에서 서로 접촉될 수 있도록 설계될 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 제2 상태가 여기에서, 층에 대해서 직각으로 작용하는 그리고 본 발명에 따른 장치의 제2 층과 제4 층 사이의 접촉을 유발하는 힘에 의해서 트리거링될(triggered) 수 있다. 그에 따라, 본 발명에 의해서 이루어지는 중요한 기여는, 전술된 바와 같은 또는 바람직하게 전술된 바와 같은 본 발명에 따른 장치의 제2 층과 제4 층 사이의 제3 층의 존재 하에서, 제2 층과 제4 층 사이의 접촉의 분리 후에 제2 층과 제4 층 사이에서 전기 전압을 생성하기 위해서, 더 많은 전자가 제2 층과 제4 층 사이에서 전달될 수 있다는 것을 인식한 것이다. 그 후에, 제2 상태에서 전달된 전자는 본 발명에 따른 장치의 제3 상태로의 전환에 의해서 분리되어 유지될 수 있다. 전달된 전자는 제2 층과 제4 층 사이의 그리고 그에 따라 결과적으로 본 발명에 따른 장치의 제1 층과 제5 층 사이의 전하의 차이를 초래한다. 제1 층과 제5 층 사이의 전압차는 전달된 전자에 의해서 유도되는 한편, 제4 층 및 제2 층은 접촉 후에 다시 서로로부터 제거된다. 제3 층의 존재는 전압차를 증가시킬 수 있다.
제2 및/또는 제4 층 내의 충진제의 존재는, 제3 층이 있거나 없는 상태에서, 본 발명에 따른 장치에서 생성되는 전압 또는 전력을 더 증가시킬 수 있고, 그에 따라 본 발명에 따른 장치 상의 힘의 보다 더 민감한 측정이 달성될 수 있다는 것을 또한 확인할 수 있었다.
본 발명에 따른 장치의 제1 층과 제5 층 사이의 전압은 전압계에 의해서 측정될 수 있다. 그에 따라, 본 발명에 따른 장치는 바람직하게 또한 본 발명에 따른 장치의 제2 층과 제4 층 사이의 또는 제1 층과 제5 층 사이의 전압을 측정하기 위한 전압계를 갖는다.
그러나, 전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 상단 층, 상부 중간 층, 하부 중간 층 및 하부 중간 층을 포함하고 제3 층은 포함하지 않는, 기계적인 힘을 측정하기 위한 장치는
- 상단 층이 제1 전극 재료를 포함하고,
- 상부 중간 층이 제1 개재 재료를 포함하고,
- 하부 중간 층이 제2 개재 재료를 포함하고, 그리고
- 하부 층이 제2 전극 재료를 포함하는 것을 특징으로 하고,
- 상부 중간 층의 제1 개재 재료 및 하부 중간 층의 제2 개재 재료가 상이하고,
- 4개의 층들이 전술한 순서에 따라 서로 상하로 배열되고, 그리고
- 상부 중간 층 및/또는 하부 중간 층은, 제2 개재 재료에 더하여, 적어도 하나의 충진제를 포함한다.
그러한 장치는, 후술되는 바와 같이 본 발명에 따른 타이어에 피팅되는 경우에, 특히 후술되는 장점을 갖는다.
전술한 장치가 바람직하고, 그러한 장치는
기계적인 힘을 측정하기 위해서, 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 층을 포함하고,
a) 제1 층이 제1 전극 재료를 포함하고,
b) 제2 층이 1.01 F.m-1보다 큰 유전체 전도도(er)를 갖는 제1 개재 재료를 포함하고,
c) 제3 층이 절연 재료를 포함하고,
d) 제4 층이 1.01 F.m-1보다 큰 유전체 전도도(e-r)를 갖는 제2 개재 재료를 포함하고, 그리고
e) 제5 층이 제2 전극 재료를 포함하는 것을 특징으로 하고,
- 제2 층의 제1 개재 재료 및 제4 층의 제2 개재 재료가 상이하고,
- 5개의 층들이 서로 상하로 배열되고,
- 제2 및 제4 층이, 장치의 제1 상태에서, 제3 층에 의해서 서로 분리되고, 그리고
- 제2 및 제4 층이 장치의 제2 상태에서 서로 접촉될 수 있도록, 제3 층이 설계된다.
전술한 장치가 바람직하고, 그러한 장치는
a) 제1 층이 제1 전극 재료로 이루어지고,
b) 제2 층이 1.01 F.m-1보다 큰 유전체 전도도(er)를 갖는 제1 개재 재료를 포함하고,
c) 제3 층이 절연 재료를 포함하고,
d) 제4 층이 1.01 F.m-1보다 큰 유전체 전도도(er)를 갖는 제2 개재 재료를 포함하고, 그리고
e) 제5 층이 제2 전극 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하고,
- 제2 층의 제1 개재 재료 및 제4 층의 제2 개재 재료가 상이하고,
- 5개의 층들이 서로 상하로 배열되고,
- 제2 및 제4 층이, 장치의 제1 상태에서, 제3 층에 의해서 서로 분리되고, 그리고
- 제2 및 제4 층이 장치의 제2 상태에서 서로 접촉될 수 있도록, 제3 층이 설계된다.
전술한 장치가 특히 바람직하고, 그러한 장치는
a) 제1 층이 제1 전극 재료로 이루어지고,
b) 제2 층이 1.01 F.m-1보다 큰 유전체 전도도(er)를 갖는 제1 개재 재료로 이루어지고,
c) 제3 층이 절연 재료를 포함하고,
d) 제4 층이 1.01 F.m-1보다 큰 유전체 전도도(er)를 갖는 제2 개재 재료로 이루어지고, 그리고
e) 제5 층이 제2 전극 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하고,
- 제2 층의 제1 개재 재료 및 제4 층의 제2 개재 재료가 상이하고,
- 5개의 층들이 서로 상하로 배열되고,
- 제2 및 제4 층이, 장치의 제1 상태에서, 제3 층에 의해서 서로 분리되고, 그리고
- 제2 및 제4 층이 장치의 제2 상태에서 서로 접촉될 수 있도록, 제3 층이 설계된다.
본 발명의 맥락에서, 장치의 제1 상태로부터 제2 상태로의 전환이 본 발명에 따른 장치 상의 기계적인 힘의 작용에 의해서 트리거링되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 이어서, 전술한 기계적인 힘이 본 발명에 따른 장치에 작용하는 것을 중단하자 마자, 제2 상태의 본 발명에 따른 장치가 제3 상태로 변환되는 것이 더 바람직할 수 있다. 전기 전압이 본 발명에 따른 장치의 제2 층과 제4 층 사이에서, 또는 제1 층과 제5 층 사이에서 측정될 수 있다는 점에서, 본 발명에 따른 장치의 제3 상태는 본 발명에 따른 장치의 제1 상태와 상이하다.
본 발명의 맥락에서, "기계적인 힘"이라는 표현은 바람직하게, 본 발명에 따른 장치를 제1 상태로부터 제2 상태로 변환하는 효과를 가지는, 본 발명에 따른 장치에 작용하는 임의의 외부 작용을 포함한다. 전술한 기계적인 힘은 바람직하게 본 발명에 따른 장치의 5개의 층들의 길이방향 범위에 대해서 직각으로 작용하여야 한다.
5개의 층들이 문자 a), b), c), d) 및 e)에 의해서 앞서 특정된 순서로 서로 상하로 놓이고 그 사이에 추가적인 층이 존재하지 않을 때, 전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 장치가 바람직하다.
본 발명에 따른 장치가, 본 발명에 따른 장치의 제1 층과 제5 층 사이에서 생성된 전압을, 공간-절감 방식으로 소정 장소에서 수신 유닛에 의해서 수신될 수 있는 전자기 신호로 변환하는 송신 유닛을 포함할 때, 더 바람직할 수 있다. 여기에서, 전압을 그리고 그에 따라 인가된 기계적인 힘을 정량화할 수 있게 하기 위해서, 신호가 전압의 크기와 관련된 정보를 포함하는 것이 유리하다. 본 발명의 맥락에서, 본 발명에 따른 장치의 제1 및 제2 전극 재료를 위해서, 종래 기술의 전극에서 사용되는 종래 기술에서 알려진 임의의 재료를 이용할 수 있다. 바람직하게, 양 전극 재료들이 동일한 재료, 특히 동일한 금속으로 이루어진다. 본 발명의 맥락에서, 바람직한 전극 재료가: 구리, 알루미늄, 은, 철 산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
특히 바람직한 전극 재료는: 구리, 알루미늄, 은, 및 탄소계 재료로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
특히 바람직한 전극 재료는: 1 S.cm-1 초과의 20℃에서의 비-전도도(specific conductivity)를 갖는 구리, 알루미늄, 탄소 섬유 및 고무 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 그러한 고무 화합물은, 특히, 20 phr 초과의 카본 블랙, 특히 바람직하게 50 phr 초과의 카본 블랙, 보다 특히 바람직하게 80 phr 초과의 카본 블랙을 함유하는, 카본 블랙을 갖는 고무 화합물이다.
본 발명의 맥락에서, 탄소계 재료는 바람직하게 그라파이트, 그래핀, 탄소 나노튜브, 카본 블랙이다. 제1 및 제5 층이 제2 및 제4 층과 동일한 치수를 가져야 할 필요가 없고, 특히, 그보다 더 작을 수 있다. 또한, 제1 및 제5 층이 조직(tissue)-유사 방식으로 구조화되는 것 그리고 그에 따라 연속적인 층을 형성하지 않는 것을 생각할 수 있다. 또한, 제1 및 제5 층은 서로 분리된 하나 이상의 와이어 및/또는 섬유로 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 제1 및 제5 층의 전극 재료의 기능은 주로 전자의 신속한 운반을 보장하는 것이고, 그에 따라 이들은 이러한 기능을 수행할 수만 있다면 임의대로 설계될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 사용되는 제1 또는 제2 개재 재료는 1.01 F.m-1 초과의 유전체 전도도(er)를 갖는 임의의 재료일 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 개재 재료는 단순히 각각의 다른 개재 재료로부터 전자를 흡수하고 방출하는, 그에 따라 각각의 접경되는 전극 재료 내에서 상응하게 반대되는 극성의 전하를 생성하는 임무를 갖는다. 전극 재료 내에서 생성된 반대 극성의 전하는 본 발명에 따른 장치의 제1 층과 제5 층 사이에서 전압을 생성한다. 본 발명의 맥락에서, 놀랍게도, 1.01 F.m-1 초과의 유전체 전도도(er)를 갖는 개재 재료가, 기계적인 힘의 측정을 위해서 이용될 수 있는 충분히 큰 전압을 생성하기에 충분하다는 것을 발견하였다.
여기에서, 본 발명에 따른 장치의 제3 층의 절연 재료가 바람직하게 제1 개재 재료 및 제2 개재 재료의 전도도보다 작은 20℃에서의 전도도를 가질 때 추가적으로 유리하다. 제1 및 제2 개재 재료보다 작은 절연 재료의 전도도는, 이미, 전기 신호의 생성을 위해서 이용될 수 있는 제2 층과 제4 층 또는 제1 층과 제5 층 사이의 전압을 적어도 잠시 동안 생성하기에 충분할 수 있다.
특히 큰 기계적인 힘이 또한 본 발명에 따른 장치 내에서 특히 큰 전압을 생성할 수 있고, 그러한 전압은 기계적인 힘의 측정을 위해서뿐만 아니라 전력 저장 수단을 충전하기 위해서 또는 전기적으로 동작되는 장치를 구동하기 위해서 이용될 수 있다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 그러한 장치는 제3 층, 그리고 장치의 제1 상태에서 제3 층에 의해서 분리되는 제2 층 및 제4 층을 포함하고, 제3 층은, 제2 및 제4 층이 장치의 제2 상태에서 서로 접촉될 수 있도록, 설계된다.
전술한 바와 같이, 추가적으로 본 발명에 따른 장치의 최대 전력 즉, 측정된 전압 곱하기 전류 흐름을 달성하기 위해서, 제2 층 및 제4 층이 서로로부터 완전히 분리되게 보장하는 제3 층을 본 발명에 따른 장치 내에 가지는 것이 유리하다. 그러나, 제2 층과 제4 층이 서로로부터 완전히 분리되지 않고도, 본 발명에 따른 장치의 제2 층과 제4 층 사이에서, 그리고 그에 따라 제1 층과 제5 층 사이에서 전류 흐름 그리고 그에 따라 전압을 또한 달성할 수 있다. 본 발명에 따른 장치에서, 제4 층 및 제2 층이 서로 영구적으로 닿고 그러한 층들에 작용하는 힘만이 변경되는 경우에, 전압 및 전류 흐름이 또한 생성될 수 있다. 본 발명의 그러한 바람직한 실시예는, 전술한 또는 후술되는 바와 같은 제3 층을 구현하기가 어려운 차량 타이어에서 사용하기에 특히 유리하다. 전술한 이유로, 제3 층은 본 발명에 따른 장치에서만 최적이다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 그러한 장치는
- 부가적으로 장치의 제1 층과 제5 층 사이의 전압을 측정하기 위한 수단을 포함하고/포함하거나,
- 장치의 제1 층과 제5 층 사이의 전압으로부터 전자기 신호를 생성하는 데 적합한 송신 유닛을 포함하고/포함하거나,
- 부가적으로, 제1 및 제2 전극 재료를 전압 측정 수단 또는 송신 유닛과 접촉시키는 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 장치가 생성된 전기 전압을 RF 신호로 변환하는 수단을 포함하는 것이 바람직할 수 있고, 그러한 경우에 전압의 레벨이 또한 RF 신호로부터 판독될 수 있다. 이는, 신호를 평가하는 개방-루프 및/또는 폐쇄-루프 제어 유닛이 본 발명에 따른 장치와 동일한 장소에 설치될 필요가 없다는 것을 의미한다.
본 발명의 맥락에서, 달리 기재되지 않는 한, 전기 전도도의 값은 항상 표준 조건 하에서, 즉 특히 20℃ 및 대기압에서 측정된 값을 기초로 한다. 전기 전도도는 예를 들어 표준 ASTM E1004 - 17에 의해서 측정될 수 있다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 실리카의 경우에 적어도 하나의 충진제의 총량은, 각각의 경우에 장치의 제2 및/또는 제4 층의 총 질량의 비율로서, 0.1 중량% 내지 50 중량%의 범위, 바람직하게 5 중량% 내지 25 중량%의 범위, 특히 바람직하게 10 중량% 내지 20 중량%의 범위, 매우 특히 바람직하게 13 중량% 내지 17 중량%의 범위이다. 그러한 장치는, 충진제로서 실리카만이 존재한다는 것을 실리카가 의미하는 경우에, 보다 큰 전력을 생성한다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 카본 블랙의 경우에 적어도 하나의 충진제의 총량은, 각각의 경우에 장치의 제2 및/또는 제4 층의 총 질량의 비율로서, 0.1 중량% 내지 50 중량%의 범위, 바람직하게 5 중량% 내지 25 중량%의 범위, 특히 바람직하게 10 중량% 내지 20 중량%의 범위, 매우 특히 바람직하게 13 중량% 내지 17 중량%의 범위이다. 그러한 장치는, 충진제로서 카본 블랙만이 존재한다는 것을 카본 블랙이 의미하는 경우에, 보다 큰 전력을 생성한다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 제2 및/또는 제4 층 내의 적어도 하나의 충진제의 총량은, 각각의 경우에 장치의 제2 및/또는 제4 층의 총 질량의 비율로서, 0.1 중량% 내지 50 중량%의 범위, 바람직하게 1 중량% 내지 20 중량%의 범위, 특히 바람직하게 1 중량% 내지 10 중량%의 범위, 매우 특히 바람직하게 3 중량% 내지 7 중량%의 범위이다.
그러한 장치는 보다 큰 전력을 생성한다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 제3 층은, 20℃에서 10-1 S.cm-1미만, 바람직하게 10-3 S.cm-1미만, 특히 바람직하게 10-6 S.cm-1미만의 전기 전도도를 갖는 절연 재료를 포함한다.
본 발명의 전술한 양태의 하나의 장점은, 절연 재료의 작은 전기 전도도로 인해서, 전술한 절연 재료가, 본 발명에 따른 장치의 제2 상태에서 전달된 전자를 특히 긴 기간 동안 분리된 상태로 유지한다는 것이다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 5개의 층의 각각이 횡방향 범위 및 2개의 길이방향 면을 가지며,
제2 층의 하나의 길이방향 면의 총 면적이 제1 층의 하나의 길이방향 면의 면적과 접촉되고/접촉되거나,
제4 층의 하나의 길이방향 면의 총 면적이 제5 층의 하나의 길이방향 면의 면적과 접촉된다.
본 발명의 전술한 양태의 하나의 장점은, 특히 층들 사이의 면적-커버링 접촉이, 각각의 층들 사이에서 전자의 제1 층과 제5 층 사이의 보다 빠른 전압 유도를 가능하게 한다는 것이다.
본 발명의 맥락에서, 본 발명에 따른 장치의 층의 횡방향 범위가 층의 가장 짧은 범위에 평행하게 그리고 그에 따라 본 발명에 따른 장치의 층들의 길이방향 면들에 수직으로 연장될 때 바람직할 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 층들의 길이방향 면들이, 본 발명에 따른 장치의 인접한 층에 각각 접경되는 본 발명에 따른 장치의 층들의 면들일 때 특히 바람직할 수 있다. 이는, 본 발명에 따른 장치들 모두 및 이하에서 설명되는 것들 모두에 적용된다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 5개의 층들의 각각이 횡방향 범위 및 2개의 길이방향 면을 가지며, 장치의 제1 상태에서,
- 제3 층의 제1 길이방향 면의 총 면적이 제2 층의 하나의 길이방향 면의 전체 면적과 접촉되고/접촉되거나,
- 제3 층의 제2 길이방향 면의 총 면적이 제4 층의 하나의 길이방향 면의 전체 면적과 접촉되고, 그리고
본 발명에 따른 장치의 제2 상태에서,
- 제2 층의 상기 길이방향 면의 총 표면적의 적어도 50%, 바람직하게 적어도 80%가 제4 층의 상기 길이방향 면의 표면과 접촉되고, 그리고
- 제4 층의 상기 길이방향 면의 총 표면적의 적어도 50%, 바람직하게 적어도 80%가 제2 층의 상기 길이방향 면의 표면과 접촉된다.
본 발명의 전술한 양태의 하나의 장점은, 본 발명에 따른 장치의 제2 상태에서, 단위 길이방향 면적 당 특히 많은 수의 전자가 제2 층과 제4 층 사이에서 전달될 수 있다는 것이다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서
제2 층의 제1 개재 재료가 1.1 F.m-1 초과, 바람직하게 1.5 F.m-1 초과 바람직하게 2 F.m-1 초과, 더 바람직하게 5 F.m-1 초과, 가장 바람직하게 10 F.m-1 초과의 유전체 전도도(εr)를 가지고/가지거나,
제4 층의 제2 개재 재료가 1.1 F.m-1 초과, 바람직하게 1.5 F.m-1 초과 바람직하게 2 F.m-1 초과, 더 바람직하게 5 F.m-1 초과, 가장 바람직하게 10 F.m-1 초과의 유전체 전도도(εr)를 갖는다.
본 발명의 전술한 양태의 하나의 장점은, 전술한 제1 및 제2 개재 재료가 특히 많은 수의 전자를 흡수할 수 있고 그에 따라 본 발명에 따른 장치의 제1 층과 제5 층 사이에서 특히 큰 전압을 생성할 수 있다는 것이다. 이는, 본 발명에 따른 장치로 특히 작은 기계적인 힘을 측정할 수 있게 한다.
보다 바람직하게, 전술한 제1 또는 제2 개재 재료 중 하나의 유전체 전도도(er)는 100 F.m-1 이하, 가장 바람직하게 50 F.m-1 이하이다.
본 발명의 맥락에서, 개재 재료의 유전체 전도도(er)는 또한 상대적인 유전율(er)로 지칭되고, 20℃ 및 50 Hz의 주파수에서 측정된다. 그러한 측정은, 예를 들어, 당업자에게 알려진 방법에 따라, 상업적으로 입수할 수 있는 RLC 측정 기구를 이용하여 실행될 수 있다.
유전체 전도도(er)의 결정은 바람직하게 상업적으로 입수할 수 있는 RLC 측정 기구를 이용하여 이하와 같이 실행된다:
손실 인자(Tan δ)가 "DF:소산 인자"로서 직접적으로 표시되는 한편,
이는 유전체 재료로 충진된 판형 커패시터의 측정 결과를 이용하여 계산되어야 하거나, 이는 본 발명에 따른 장치의 측정 결과를 이용하여 바람직하게 계산되어야 한다.
커패시턴스를 측정할 때, 구하고자 하는 전극의 커패시턴스에 더하여, 공급 라인 및 판형 커패시터의 브릿지의 입력부에서의 샘플 커패시터 하우징의 커패시턴스가 또한 포함된다는 것을 고려하여야 한다. 결과적인 부유 커패시턴스(stray capacitance)(CF)는 주파수와 무관하고, 평가에서 고려되어야 하고, 즉 차감되어야 한다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 제2 층의 제1 개재 재료의 비-마찰전기 친화도(specific triboelectric affinity)와 제4 층의 제2 개재 재료의 비-마찰전기 친화도 사이의 차이가, 20℃ 및 35%의 상대 공기 습도에서 측정될 때, 적어도 20 nC/J, 바람직하게 적어도 40 nC/J, 더 바람직하게 적어도 60 nC/J이다.
본 발명의 전술한 양태의 하나의 장점은, 제1 및 제2 개재 재료가 전술한 바와 같이 충분히 큰 투자율을 가질뿐만 아니라, 비-마찰전기 친화도와 관련된 충분히 큰 차이를 또한 가지고 그에 따라 제2 상태에서 본 발명에 따른 장치의 제2 층과 제4 층의 접촉 시에 특히 많은 수의 전자를 전달할 수 있다는 것이다.
본 발명의 맥락에서, 반경방향으로 작용하는 타이어 내의 힘이 20 nC/J의 차이를 가지고 충분히 양호하게 측정될 수 있다는 것이 발견되었다.
본 발명의 맥락에서, 마찬가지로, 원주방향으로 작용하는 타이어 내의 힘이 40 nC/J의 차이를 가지고 충분히 양호하게 측정될 수 있다는 것이 발견되었다.
본 발명의 맥락에서, 마찬가지로, 타이어 내의 측방향 힘이 60 nC/J의 차이를 가지고 충분히 양호하게 측정될 수 있다는 것이 발견되었다.
본 발명의 맥락에서, 개재 재료의 비-마찰전기 친화도의 측정은 대기압 및 22℃에서 실시되었다. 이하에서 개재 재료 샘플로 지칭되는, 1 cm x 1 cm의 면적을 갖는 개재 재료로 이루어진 샘플, 및 1 cm x 2 cm의 면적을 갖는 아크릴로니트릴-부타디엔 고무의 대조 샘플이 제공되었다. 대조 샘플은 그 전체 면적에 걸쳐, 1 cm x 2 cm의 동일한 면적을 갖는 구리 콘택에 고정되었다. 개재 재료 샘플 및 대조 샘플은 Exair로부터의 "7006 AC GEN4 이온화 바(Ionizing Bar)"로 정전기적으로 중성화되었다. 그 후에, 개재 재료 샘플을 전체 면적에 걸쳐 1 cm x 2 cm의 면적을 갖는 대조 샘플의 일 단부 상에 중첩시켰다. 그 후에, 샘플 재료들을 1 cm2의 중첩된 면적에 걸쳐 0.1 N의 힘으로 연부-대-연부로 함께 프레스하였고, 이러한 힘의 인가 중에, 1 cm의 거리를 덮도록, 개재 재료 샘플을 대조 샘플의 일 단부로부터 대조 샘플의 타 단부까지 당겼다. 개재 재료 샘플과 대조 샘플을 적절히 분리하고 1 cm x 1 cm의 동일한 면적을 갖는 적절한 구리 콘택 상에 개재 재료 샘플을 적재한 후에, 개재 재료 샘플과 대조 샘플 사이의 결과적인 전압을 "AlphaLab Inc"로부터의 AlphaLab Surface DC Voltmeter SVM2로 확인하였다. 2개의 콘택들 사이에서 그렇게 얻어진 전압 값의 상응값은 검사된 개재 재료의 전술한 비-마찰전기 친화도를 제공한다.
제1 및 제2 개재 재료의 비-마찰전기 친화도는 바람직하게 150 nC/J를 초과하지 않아야 하고, 더 바람직하게 100 nC/J를 초과하지 않아야 한다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 제3 층은 가황 처리된 천연 또는 합성 고무 또는 열경화제(thermoset)로 이루어진 지지 경계부를 포함하고, 혼합물이 지지 경계부 내에 존재하며, 혼합물은 하나 이상의 가스 및/또는 절연 재료로 이루어진 입자를 포함하고, 지지 경계부는 바람직하게 0 내지 200 ㎛의 두께 및/또는 10 μS/m의 최대 전기 전도도를 갖는다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 제3 층은 혼합물을 포함하고, 혼합물은 절연 재료로 이루어진 가스 및 입자를 포함하거나 절연 재료로 이루어진 가스 및 입자로 이루어지고, 절연 재료는 바람직하게 양모, 수지, 호박(amber), 목재, 종이 및 폴리카보네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
바람직한 가스는 공기, 질소 또는 아르곤이나, 특히 공기이다. 입자는 둥근 형태, 코드-유사 형태, 또는 다른 형태일 수 있다. 입자는 바람직하게, 양모의 경우에서와 같이, 1 mm 내지 10 cm의 길이방향 범위 및 1 mm 이하의 두께를 갖는 코드-유사 형태이다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 제3 층은, 절연 재료로서, 20℃에서의 점도가 0.1 mPa·s 내지 106 mPa·s의 범위, 바람직하게 20℃에서의 점도가 1 mPa·s 내지 10000 mPa·s의 범위, 더 바람직하게 20℃에서의 점도가 1 mPa·s 내지 100 mPa·s의 범위인 액체를 포함하거나 그러한 액체로 이루어질 수 있다. 보다 바람직하게, 제3 층은 전술한 액체로 이루어진다.
본 발명의 전술한 양태의 하나의 장점은, 전술한 점도를 가지는 그리고 특히 추가적으로 전술된 제3 층의 전도도를 가지는 액체가 본 발명에 따른 장치의 제3 층으로서 특히 양호하게 적합하다는 것이다. 그러나, 이러한 맥락에서, 제3 층은, 전술한 액체가 제 위치에서 유지되도록, 추가적인 재료에 의해서 측방향으로 경계지어져야 한다. 추가적으로 전술된 전도도와 함께, 이러한 추가적인 재료는 전도적이지 않아야 하는데, 이는 그러한 추가적인 재료가 제2 층 모두를 제4 층과 연결하여 전술한 액체에 경계를 부여할 것이기 때문이다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 제3 층은, 절연 재료로서, 1 내지 30 GPa 범위의 압축 계수를 가지는, 바람직하게 5 내지 10 GPa 범위의 압축 계수를 가지는 화합물을 포함한다.
본 발명의 전술한 양태의 하나의 장점은, 전술한 압축 계수를 가지는 그리고 특히 추가적으로 전술된 제3 층의 전도도를 가지는 화합물이 본 발명에 따른 장치의 제3 층으로서 특히 양호하게 적합하다는 것이다. 특히, 이는 컨베이어 벨트, 호스 및 구동 벨트와 같은 타이어 또는 산업적인 고무 물품에서 사용되나, 가장 특히 타이어를 위해서 사용.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 제2 층의 제1 개재 재료는 폴리우레탄, 알루미늄, 폴리아미드, 운모, 유리, 폴리아크릴레이트, 석영, 납, 실크, 셀룰로오스 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고체 재료를 포함하거나 그러한 고체 재료로 주로 이루어진다. 제1 개재 재료는 특히 바람직하게 폴리우레탄, 폴리아미드, 운모, 유리, 폴리아크릴레이트, 석영, 실크, 폴리(유기)실록산, 셀룰로오스 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고체 재료를 포함하거나 그러한 고체 재료로 주로 이루어진다.
전술한 바와 같은 또는 특히 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 또한 바람직하고, 여기에서 제2 층의 제1 개재 재료는 나일론 또는 알루미늄이다. 그러나, 유리 및 셀룰로오스가 또한 바람직한데, 이는 유리 및 셀룰로오스가 유리하게 2 F.m-1를 초과하는 유전체 전도도를 가지기 때문이다.
전술한 바와 같은 또는 특히 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 제4 층의 제2 개재 재료는 천연 또는 합성 고무, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리클로로부타디엔, 폴리아크릴로니트릴, 폴리염화비닐, 폴리(유기)실록산, 테프론, 폴리이미드, 가황 처리된 고무 입자, 충진제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고체 재료를 포함하거나 그러한 고체 재료로 주로 이루어진다. 특히 바람직하게, 제4 층의 제2 개재 재료는 아세테이트 실크, 천연 또는 합성 고무, 에피클로로히드린 고무, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리클로로부타디엔, 폴리아크릴로니트릴, 폴리염화비닐, 테프론, 폴리이미드, 가황 처리된 고무 입자, 충진제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고체 재료를 포함하거나 그러한 고체 재료로 주로 이루어지고, 천연 또는 합성 고무는 바람직하게 NR, ENR, BR, SBR, SSBR, PDMS, ESBR 고무 및 에피클로로히드린 고무이다.
본 발명의 범위 내에서, "에피클로로히드린 고무"라는 용어는, GECO 명칭 하에서, 단량체 유닛으로서 에피클로로히드린을 포함하는 모든 중합체, 특히 중합된 에피클로로히드린, 부분적으로 에피클로로히드린으로 제조된 블록 공중합체 및 부분적으로 에피클로로히드린으로 제조된 삼원공중합체, 특히 에피클로로히드린, 에폭시 에테르(즉, 에틸렌 옥사이드) 및 알릴-글리시딜 에테르로 제조된 삼원공중합체를 포함한다.
본 발명의 범위 내에서, 고무 분야의 전문가에게, 전술한 약어는 고무를 지칭하고, 특히 ENR은 에폭시화 천연 고무를 나타내고, ESBR은 에멀젼 중합된 SBR을 나타내고, SSBR은 용매 중합된 SBR을 나타내며, PDMS은 폴리(디메틸)실록산을 나타낸다.
전술한 바와 같은 또는 특히 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 또한 바람직하고, 여기에서 제4 층의 제2 개재 재료는 천연 또는 합성 고무, 폴리(유기)실록산, 표면 개질된 플루오로탄화수소 사슬 및 이들의 혼합물을 갖는 가황 처리된 고무 입자를 포함하고, 언급된 제2 개재 재료의 각각은 더 바람직하게 부가적으로 그라파이트, 실리카 또는 카본 블랙을 포함한다. 전술한 바와 같은 또는 특히 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 특히 바람직하고, 여기에서 제4 층의 제2 개재 재료가 폴리이소프렌, 폴리(디메틸)실록산, 표면 개질된 플루오로탄화수소 사슬을 갖는 가황 처리된 고무 입자 및 이들의 혼합물로 제조됨에 따라, 언급된 제2 개재 재료의 각각은 매우 특히 바람직하게 부가적으로 그라파이트를 포함한다. 또한, 제4 층의 제2 개재 재료로서 천연 또는 합성 고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐 또는 테프론이 바람직한데, 이는 이들이 유리하게 2 F.m- 1를 초과하는 유전체 전도도를 가지기 때문이고, 천연 또는 합성 고무로서 NR, ENR, BR, SBR, SSBR, PDMS, ESBR 고무 및 에피클로로히드린 고무가 바람직하다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 장치는, 5개의 층의 전체를 둘러싸는, 장치의 기계적 안정성을 높이기 위한 안정화 쉘(shell)을 더 포함한다.
본 발명의 전술한 양태의 하나의 장점은, 안정화 쉘이 층들을 그 위치에서 유지하고 기계적 안정성을 장치에 부여한다는 것이다. 기계적인 힘의 인가 후에 제3 층의 팽창에 도움을 주기 위해서, 안정화 쉘은 본 발명에 따른 장치의 제4 층과 제2 층 사이까지 부분적으로 연장될 수 있다.
안정화 쉘은 이하의 화합물: 수지, 호박, 목재, 종이, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 천연 또는 합성 고무, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리클로로부타디엔, 폴리아크릴로니트릴, 폴리염화비닐, 폴리(유기)실록산, 테프론, 폴리이미드, 가황 처리된 고무 입자, 충진제 및 이들의 혼합물 중 하나로 주로 또는 전체적으로 이루어질 수 있다. 그러나, 바람직하게, 안정화 쉘은 수지, 호박, 목재, 종이 또는 폴리카보네이트로 이루어진다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서
제4 층의 제2 개재 재료는
- 에피클로로히드린 고무를 포함하거나,
- 에피클로로히드린 고무로 주로 또는 전체적으로 이루어지고/이루어지거나,
제2 층의 제1 개재 재료는
- 폴리(유기)실록산, 바람직하게 PDMS를 포함하거나,
- 폴리(유기)실록산, 바람직하게 PDMS로 주로 또는 전체적으로 이루어진다.
본 발명에 따른 그러한 장치는 더 큰 전력을 갖는다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 제2 및/또는 제4 층의 표면은, DIN EN ISO 4288:1998에 따라 측정된, 0.1 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위, 바람직하게 0.5 내지 100 ㎛의 범위, 특히 바람직하게 1 내지 50 ㎛의 범위, 매우 특히 바람직하게 1 내지 5 ㎛의 범위의 표면 조도(Ra)를 갖는다. 본 발명의 맥락에서 제2 및/또는 제4 층의 상기 표면은 항상, 제3 층에 대면되는, 제2 및/또는 제4 층의 표면이다. 본 발명에 따른 그러한 장치는 더 큰 전력을 갖는다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 제2 및/또는 제4 층은, 10 ㎛ 내지 1000 ㎛의 범위, 바람직하게 30 내지 300 ㎛의 범위, 특히 바람직하게 70 내지 160 ㎛ 또는 101 내지 160 ㎛의 범위, 매우 특히 바람직하게 110 내지 130 ㎛의 범위의, 이하에서 하나의 층의 횡방향 범위로도 지칭되는, 층 두께를 갖는다.
본 발명에 따른 그러한 장치는 더 큰 전력을 갖는다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치가 바람직하고, 여기에서 5개의 층의 각각이 횡방향 범위에 대해서 직각인 길이방향 범위를 가지고,
- 5개의 층 중의 각각의 하나의 층의 길이방향 범위는 0.1 내지 1000 mm의 범위, 바람직하게 0.1 내지 100 mm의 범위, 더 바람직하게 0.1 내지 10 mm의 범위이고/범위이거나,
- 5개의 층 중의 모든 하나의 층의 횡방향 범위는 0.01 내지 10 mm의 범위, 바람직하게 0.01 내지 1 mm의 범위, 더 바람직하게 0.01 내지 0.1 mm의 범위이다.
본 발명의 전술한 양태의 하나의 장점은, 전술한 치수가 타이어, 또는 컨베이어 벨트, 호스 및 구동 벨트와 같은 산업용 고무 물품에서, 그러나 가장 특히 타이어에서 기계적인 힘을 측정하는 데 있어서 특히 양호하게 적합하다는 것이다.
전술한 장치가 특히 높은 정도로 바람직하고, 그러한 장치는
a) 제1 층이 제1 전극 재료로 이루어지고,
b) 제2 층이 제1 개재 재료로 이루어지고,
c) 제3 층이 절연 재료를 포함하고,
d) 제4 층이 제2 개재 재료로 이루어지고, 그리고
e) 제5 층이 제2 전극 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하고,
- 제2 층의 제1 개재 재료 및 제4 층의 제2 개재 재료가 상이하고,
- 5개의 층들이 서로 상하로 배열되고,
- 제2 및 제4 층이, 장치의 제1 상태에서, 제3 층에 의해서 서로 분리되고,
- 제2 및 제4 층이 장치의 제2 상태에서 서로 접촉될 수 있도록, 제3 층이 설계되며,
- 제3 층의 절연 재료는, 20℃에서, 10-3 S.cm-1미만의 전기 전도도를 가지며,
- 5개의 층의 각각은 횡방향 범위 및 2개의 길이방향 면을 가지며, 제2 층의 하나의 길이방향 면의 전체 면적은 제1 층의 하나의 길이방향 면의 면적과 접촉되고, 제4 층의 하나의 길이방향 면의 전체 면적은 제5 층의 하나의 길이방향 면의 면적과 접촉되고,
- 장치의 제1 상태에서, 제3 층의 제1 길이방향 면의 전체 면적은 제2 층의 하나의 길이방향 면의 면적과 접촉되고, 제3 층의 제2 길이방향 면의 전체 면적은 제4 층의 하나의 길이방향 면의 면적과 접촉되며,
- 제3 층은, 절연 재료로서, 20℃에서 1 mPa·s 내지 100 mPa·s 범위의 점도를 갖는 액체를 포함하고,
- 제2 층의 제1 개재 재료는 나일론 또는 알루미늄으로 이루어지고,
- 제4 층의 제2 개재 재료는 고체 폴리디메틸실록산 및 그라파이트의 고체 입자의 혼합물로 이루어지고, 그리고
- 5개의 층의 각각은 횡방향 범위에 수직인 길이방향 범위를 가지고, 5개의 층 중의 모든 하나의 층의 길이방향 범위는 0.1 내지 100 mm의 범위이고, 5개의 층 중의 모든 하나의 층의 횡방향 범위는 0.01 내지 1 mm의 범위이다.
기계적인 힘을 측정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 전술한 유리한 양태는 또한 후술되는 타이어 또는 산업용 고무 물품의 모든 양태에 적용될 수 있고, 후술되는 본 발명에 따른 타이어 또는 산업용 고무 물품의 유리한 양태는 기계적인 힘을 측정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 모든 양태에 상응하게 적용될 수 있다.
본 발명은 또한 전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 장치를 포함하는 타이어 또는 산업용 고무 물품, 그리고 장치의 제1 층과 제5 층 사이의 또는 장치의 제2 층과 제4 층 사이의 전압을 측정하기 위한 수단에 관한 것이다. 산업용 고무 물품은 바람직하게 컨베이어 벨트, 호스 및 구동 벨트이다.
바람직하게, 본 발명에 따른 타이어는 공압식 타이어이고, 더 바람직하게 공압식 차량 타이어이고, 가장 바람직하게 유틸리티 차량 또는 승용차용 공압식 차량 타이어이고, 매우 특히 바람직하게 승용차용 공압식 차량 타이어이다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 여기에서
- 장치는 타이어의 트레드 내에 적재되고, 그리고
- 장치의 중앙 축이 타이어의 축방향으로 또는 원주방향으로 연장된다.
본 발명의 전술한 양태의 하나의 장점은, 타이어 트래드 내의 원주방향의 제동력 또는 가속력 그리고 축방향으로 측방향 힘이 운전 중에 측정될 수 있다는 것이다.
본 발명의 범위 내에서, 본 발명에 따른 장치의 중앙 축은 바람직하게 본 발명에 따른 장치의 제1 또는 제3 층의 기하형태적 중심을 통해서 그리고 본 발명에 따른 장치의 길이방향 연장선에 수직으로 연장된다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 여기에서 장치는 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 층을 포함하고, 제3 층은 선택적이고,
a) 제1 층이 제1 전극 재료를 포함하고,
b) 제2 층이 제1 개재 재료를 포함하고,
d) 제4 층이 제2 개재 재료를 포함하고, 그리고
e) 제5 층이 제2 전극 재료를 포함하는 것을 특징으로 하고,
- 제2 층의 제1 개재 재료 및 제4 층의 제2 개재 재료가 상이하고,
- 4개 또는 5개의 층들이 전술한 순서에 따라 서로 상하로 배열되고, 그리고
- 제2 및/또는 제4 층은, 제2 개재 재료에 더하여, 적어도 하나의 충진제를 포함한다. 바람직하게, 장치는 또한 장치의 제1 층과 제5 층 사이의 또는 제2 층과 제4 층 사이의 전압을 측정하기 위한 수단을 포함한다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 장치는 기계적인 힘을 측정하는 데 및/또는 전기 전압을 생성하는 데 적합하다. 전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 장치는 타이어를 포함하는 바퀴에 부착된 또는 타이어에 부착된 배터리 및/또는 어큐뮬레이터를 전기 충전하는 데 적합하다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 여기에서 제2 및/또는 제4 층 내의 적어도 하나의 충진제가 카본 블랙 및/또는 실리카이고, 실리카의 경우에 적어도 하나의 충진제의 총량은, 각각의 경우에 장치의 제2 및/또는 제4 층의 총 질량의 비율로서, 0.1 중량% 내지 50 중량%의 범위, 바람직하게 5 중량% 내지 25 중량%의 범위, 특히 바람직하게 10 중량% 내지 20 중량%의 범위, 매우 특히 바람직하게 13 중량% 내지 17 중량%의 범위이다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 여기에서 제2 및/또는 제4 층 내의 적어도 하나의 충진제의 총량은, 각각의 경우에 장치의 제2 및/또는 제4 층의 총 질량의 비율로서, 0.1 중량% 내지 50 중량%의 범위, 바람직하게 1 중량% 내지 20 중량%의 범위, 특히 바람직하게 1 중량% 내지 10 중량%의 범위, 매우 특히 바람직하게 3 중량% 내지 7 중량%의 범위이다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 여기에서
- 제2 층의 제1 개재 재료는 1.01 F.m-1 초과, 바람직하게 1.1 F.m-1 초과의 유전체 전도도(εr)를 가지고/가지거나,
- 제4 층의 제2 개재 재료는 1.01 F.m-1 초과, 바람직하게 1.1 F.m-1 초과의 유전체 전도도(er)를 갖는다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 여기에서 제2 층의 제1 개재 재료의 비-마찰전기 친화도와 제4 층의 제2 개재 재료의 비-마찰전기 친화도 사이의 차이가, 20℃ 및 35%의 상대 공기 습도에서 측정될 때, 적어도 20 nC/J이다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 여기에서
- 제2 층의 제1 개재 재료는 폴리우레탄, 운모, 유리, 석영, 실크, 폴리(유기)실록산, 셀룰로오스 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고체 재료를 포함하거나 그러한 고체 재료로 주로 이루어지고/이루어지거나,
- 제4 층의 제2 개재 재료는 아세테이트 실크, 천연 또는 합성 고무, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리클로로부타디엔, 폴리아크릴로니트릴, 폴리염화비닐, 가황 처리된 고무 입자, 충진제 및 이들의 혼합물, 그리고, 선택적으로, 부가적으로 폴리(유기)실록산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고체 재료를 포함하거나 그러한 고체 재료로 주로 이루어지고, 천연 또는 합성 고무는 바람직하게 NR, ENR, BR, SBR, SSBR, PDMS, ESBR 고무 및 에피클로로히드린 고무이다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 여기에서
- 제2 층의 제1 개재 재료는 폴리우레탄, 폴리(유기)실록산, 셀룰로오스 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고체 재료를 포함하거나 그러한 고체 재료로 주로 이루어지고/이루어지거나,
- 제4 층의 제2 개재 재료는 천연 고무, 폴리에스테르, 에피클로로히드린 고무, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리클로로부타디엔, 폴리아크릴로니트릴, 폴리염화비닐 및 이들의 혼합물, 그리고, 선택적으로, 부가적으로 폴리(유기)실록산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고체 재료를 포함하거나 그러한 고체 재료로 주로 이루어진다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 여기에서
제4 층의 제2 개재 재료는
- 에피클로로히드린 고무를 포함하거나,
- 에피클로로히드린 고무로 주로 또는 전체적으로 이루어지고/이루어지거나,
제2 층의 제1 개재 재료는
- 폴리(유기)실록산, 바람직하게 PDMS를 포함하거나,
- 폴리(유기)실록산, 바람직하게 PDMS로 주로 또는 전체적으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 여기에서 제2 및/또는 제4 층의 표면은, DIN EN ISO 4288:1998에 따라 측정된, 0.1 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위, 바람직하게 0.5 내지 100 ㎛의 범위, 특히 바람직하게 1 내지 50 ㎛의 범위, 매우 특히 바람직하게 1 내지 5 ㎛의 범위의 표면 조도(Ra)를 갖는다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 여기에서 제2 및/또는 제4 층은, 10 ㎛ 내지 1000 ㎛의 범위, 바람직하게 30 내지 500 ㎛ 또는 30 내지 300 ㎛의 범위, 특히 바람직하게 70 내지 160 ㎛ 또는 101 내지 160 ㎛의 범위, 매우 특히 바람직하게 110 내지 130 ㎛의 범위의 층 두께를 갖는다.
전술한 바와 같은 또는 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 특히 바람직하고, 여기에서 장치는 제2 층과 제4 층 사이에서 제3 층을 포함하고, 제3 층은 절연 재료를 포함한다.
전술한 바와 같은 또는 특히 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 여기에서 제3 층은, 20℃에서 10-1 S.cm-1 미만의 비-전기 전도도를 갖는 절연 재료를 갖는다.
전술한 바와 같은 또는 특히 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 여기에서 제3 층은
- 가황 처리된 고무 또는 열경화제로 이루어진 지지 경계부를 포함하고, 혼합물이 지지 경계부 내에 존재하며, 혼합물은 하나 이상의 가스 및/또는 절연 재료로 이루어진 입자를 포함하고, 지지 경계부는 바람직하게 0 내지 200 ㎛의 두께 및/또는 10 μS/m의 최대 전기 전도도를 가지거나,
- 절연 재료는 20℃에서 0.1 mPa·s 내지 106 mPa·s의 범위의 점도를 갖는 유체이고, 점도는 DIN EN ISO 3219에 따라 회전 점도계에 의해서 측정된다.
전술한 바와 같은 또는 특히 바람직하게 전술한 바와 같은 타이어가 바람직하고, 여기에서
- 장치는 타이어의 트레드 내에 적재되고/적재되거나,
- 장치의 중앙 축은 타이어의 반경방향으로, 축방향으로 또는 원주방향으로, 바람직하게 타이어의 축방향으로 또는 원주방향으로, 특히 바람직하게 타이어의 원주방향으로 연장된다.
기계적인 힘을 측정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 또는 본 발명에 따른 타이어 또는 산업용 고무 물품의 전술한 유리한 양태는 또한 이하에서 설명되는 장치의 용도 중 하나의 모든 양태에 적용될 수 있고, 후술되는 장치의 본 발명에 따른 용도 중 하나의 유리한 양태는 기계적인 힘을 측정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 또는 본 발명에 따른 타이어 또는 산업용 고무 물품의 모든 양태에, 상응하게, 적용될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 장치의 제3 층의 횡방향 범위를 따라 또는 본 발명에 따른 장치의 중간점 축을 따라 기계적인 힘을 측정하기 위한 전술된 또는 바람직하게 전술된 장치의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 장치의 제1 층과 제5 층 사이에서 또는 장치의 제2 층과 제4 층 사이에서 전기 전압을 생성하기 위한, 전술된 또는 바람직하게 전술된 장치의 용도에 관한 것이고, 전압은 바람직하게 바퀴 또는 타이어 상의 배터리 또는 다른 어큐뮬레이터와 같은 에너지 저장 디바이스를 충전하기 위해서 사용된다. 따라서, 본 발명에 따른 장치에 작용하는 힘은 에너지 저장 디바이스 내에 저장되는 전하로 변환된다.
본 발명의 다른 유리한 양태는 제2 실시예에서 양태로서 이하에 나열되며, 괄호 내의 번호는 첨부 도면에서의 참조 부호를 지칭한다:
1. 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 층(1, 2, 3, 4, 5)을 포함하는, 기계적인 힘을 측정하기 위한 장치로서,
a) 상기 제1 층(1)은 제1 전극 재료를 포함하고,
b) 상기 제2 층(2)은 1.01 F.m-1보다 큰 유전체 전도도(er)를 갖는 제1 개재 재료를 포함하고,
c) 상기 제3 층(3)은 절연 재료(9)를 포함하고,
d) 상기 제4 층(4)은 1.01 F.m-1보다 큰 유전체 전도도(er)를 갖는 제2 개재 재료를 포함하고, 그리고
e) 상기 제5 층(5)은 제2 전극 재료를 포함하는 것을 특징으로 하고,
- 상기 제2 층(2)의 제1 개재 재료 및 상기 제4 층(4)의 제2 개재 재료가 상이하고,
- 상기 5개의 층들이 서로 상하로 배열되고,
- 상기 제2 및 제4 층(2, 4)이, 상기 장치(6)의 제1 상태에서, 상기 제3 층(3)에 의해서 서로 분리되고, 그리고
- 상기 제2 및 제4 층(2, 4)이 상기 장치(6)의 제2 상태에서 서로 접촉될 수 있도록, 상기 제3 층(3)이 설계되는 장치.
2. 제1 양태에 있어서,
상기 제3 층(3)의 절연 재료(9)는, 20℃에서, 10-1 S.cm- 1미만의 전기 전도도를 가지는, 장치.
3. 제1 양태 또는 제2 양태에 있어서,
상기 제2 층(1)의 제1 개재 재료는 1.1 F.m-1 초과의 유전체 전도도(εr)를 가지고/가지거나,
상기 제4 층(4)의 제2 개재 재료는 1.1 F.m-1 초과의 유전체 전도도(er)를 가지는, 장치.
4. 제1 양태 내지 제3 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
상기 제2 층(2)의 제1 개재 재료의 비-마찰전기 친화도와 상기 제4 층(4)의 제2 개재 재료의 비-마찰전기 친화도 사이의 차이가, 20℃ 및 35%의 상대 공기 습도에서 측정될 때, 적어도 20 nC/J인, 장치.
5. 제1 양태 내지 제4 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
상기 제3 층(3)이
- 가스 및 절연 재료(9)로 이루어진 입자을 포함하는 혼합물로 이루어지거나,
- 절연 재료(9)로서, 20℃에서 0.1 mPa·s 내지 106 mPa·s 범위의 점도를 갖는 액체를 포함하는, 장치.
6. 제1 양태 내지 제5 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
- 상기 제2 층(2)의 제1 개재 재료는 폴리우레탄, 알루미늄, 폴리아미드, 운모, 유리, 폴리아크릴레이트, 석영, 납, 실크, 셀룰로오스 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고체 재료를 포함하거나 그러한 고체 재료로 주로 이루어지고/이루어지거나,
- 상기 제4 층(4)의 제2 중간 재료는 아세테이트 실크, 천연 또는 합성 고무, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리클로로부타디엔, 폴리아크릴로니트릴, 폴리염화비닐, 폴리(유기)실록산, 테프론, 폴리이미드, 가황 처리된 고무 입자, 충진제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고체 재료를 포함하거나 그러한 고체 재료로 주로 이루어지고, 상기 천연 또는 합성 고무는 바람직하게 BR, SBR, SSBR, PDMS, ESBR 고무 및 에피클로로히드린 고무인, 장치.
7. 제1 양태 내지 제6 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
상기 장치(6)는, 부가적으로, 상기 5개의 층(1, 2, 3, 4, 5)의 전체를 둘러싸는, 상기 장치(6)의 기계적 안정성을 높이기 위한 안정화 쉘(7)을 포함하는, 장치.
8. 제1 양태 내지 제7 양태 중 어느 한 양태에 따른 장치(6), 및 상기 장치(6)의 상기 제1 층(1)과 상기 제5 층(5) 사이의 전압을 측정하기 위한 수단(13)을 포함하는 타이어(24) 또는 산업용 고무 물품.
9. 제8 양태에 있어서,
상기 장치(6)는 상기 타이어(24)의 트레드(25) 내에 적재되고, 그리고
상기 장치(6)의 중앙 축(19)이 상기 타이어(6)의 축방향(14)으로 또는 원주방향(15)으로 연장되는, 타이어.
10. 장치(6)의 제3 층(3)의 횡방향 범위(18)를 따라 기계적인 힘(12)을 측정하기 위한, 제1 양태 내지 제7 양태 중 어느 한 양태에 따른 장치의 용도.
11. 장치(6)의 제1 층(1)과 제5 층(5) 사이에서 전기 전압을 생성하기 위한, 제1 양태 내지 제7 양태 중 어느 한 양태에 따른 장치의 용도.
도 1은 기계적인 힘의 인가 전의 제1 상태의 본 발명에 따른 개략적인 장치의 횡단면도로서, 횡단면의 교차 평면이 장치의 중앙 축에 평행하게 연장되는, 횡단면도이다.
도 2는 기계적인 힘의 인가 중에 제2 상태의 본 발명에 따른 개략적인 장치의 횡단면도로서, 횡단면의 교차 평면이 장치의 중앙 축에 평행하게 연장되는, 횡단면도이다.
도 3은 기계적인 힘의 인가 후의 제3 상태의 본 발명에 따른 개략적인 장치의 횡단면도로서, 횡단면의 교차 평면이 장치의 중앙 축에 평행하게 연장되는, 횡단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 개략적인 타이어의 횡단면도로서, 횡단면의 교차 평면이 타이어의 축방향에 대해서 수직으로 연장되는, 횡단면도이다
도 5는 본 발명에 따른 장치의 성능을 결정하기 위한 측정 디바이스의 개략도이다.
도 2는 기계적인 힘의 인가 중에 제2 상태의 본 발명에 따른 개략적인 장치의 횡단면도로서, 횡단면의 교차 평면이 장치의 중앙 축에 평행하게 연장되는, 횡단면도이다.
도 3은 기계적인 힘의 인가 후의 제3 상태의 본 발명에 따른 개략적인 장치의 횡단면도로서, 횡단면의 교차 평면이 장치의 중앙 축에 평행하게 연장되는, 횡단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 개략적인 타이어의 횡단면도로서, 횡단면의 교차 평면이 타이어의 축방향에 대해서 수직으로 연장되는, 횡단면도이다
도 5는 본 발명에 따른 장치의 성능을 결정하기 위한 측정 디바이스의 개략도이다.
도 1은 일 실시예에서, 5개의 층(1, 2, 3, 4, 5), 전압계(13) 및 안정화 쉘(7)을 포함하는, 본 발명에 따른 장치(6)의 개략도를 도시한다. 도 1은 본 발명에 따른 장치(6)의 횡단면도를 도시하고, 횡단면의 교차 평면은 장치(6)의 중앙 축(19)에 평행하게 연장된다. 장치(6)의 중앙 축(19)은 여러 층의 횡방향 범위(18)에 평행하게 그리고 본 발명에 따른 장치(6)의 제3 층(3)의 기하형태적 중심(23)을 통해서, 그리고 여러 층의 길이방향 범위(17)(제1 층(1)의 길이방향 범위(17)만이 도 1에 도시되어 있다)에 직각으로 연장된다. 도 1은 또한 제4 층(4)의 길이방향 면(20) 및 제5 층(5)의 길이방향 면(21)을 횡단면도로 개략적인 형태로 도시한다. 또한, 도 1은, 제3 층(3)이, 전술한 바와 같이, 압축 계수를 가지고 예로서 절연 재료로 이루어진 압축 가능 화합물(9)을 포함하는 것을, 개략적인 형태로 도시한다. 도 1에 도시된 장치(6)는 제1 상태에 있고, 본 발명에 따른 장치(6)에는 외부의 기계적인 힘이 작용하지 않는다. 제1 상태에서, 제3 층(3)은 제2 층(2)을 제4 층(4)으로부터 분리한다. 본 발명에 따른 장치(6)의 제1 상태에서 제2 층(2)과 제4 층(4) 사이에 접촉이 없기 때문에, 전자가 제2 층(2)과 제4 층(4) 사이에 전달될 수 없다.
도 2는 추가적인 실시예에서, 5개의 층(1, 2, 3, 4, 5), 전압계(13) 및 안정화 쉘(7)을 포함하는, 본 발명에 따른 장치(6)의 개략도를 도시한다. 도 2는 본 발명에 따른 장치(6)의 횡단면도를 도시하고, 횡단면의 교차 평면은 장치(6)의 중앙 축(19)에 평행하게 연장된다. 장치(6)의 중앙 축(19)은 5개의 층(1, 2, 3, 4, 5)의 횡방향 범위에 평행하게 그리고 5개의 층(1, 2, 3, 4, 5)의 길이방향 범위(17)에 수직으로, 그리고 본 발명에 따른 장치(6)의 제3 층(3)의 기하형태적 중심(23)을 통해서 연장된다. 도 2는, 기계적인 힘(12)이 본 발명에 따른 장치(6)에 작용하는 것으로 인해서, 제3 층(3)이 압축된 것을, 개략적인 형태로 도시한다. 그에 따라, 도 2에 도시된 장치(6)는 제2 상태에 있고, 이는 시간적인 순서로 제1 상태에 후속되며, 기계적인 힘(12)은 도 2에 도시된 예에서 위쪽 및 아래쪽으로부터 본 발명에 따른 장치(6)에 작용한다. 이러한 제2 상태에서, 제2 층(2) 및 제4 층(4)은 서로 접촉된다. 본 발명에 따른 장치(6)의 제2 상태에서 제2 층(2)과 제4 층(4) 사이의 접촉은 전자(11)가 제2 층(2)으로부터 제4 층(4)으로 전달될 수 있게 하고, 그에 따라 제4 층에는 전달된 전자 형태의 부가적인 음의 전하(11)가 농축된다. 이는 제1 층과 제5 층 사이의 전기 전압의 발생을 아직 가능하게 하지 못하고, 이는 제2 층(2) 및 제4 층(4)의 제거만을 발생시킨다. 도 3은 추가적인 실시예에서, 5개의 층(1, 2, 3, 4, 5), 전압계(13) 및 안정화 쉘(7)을 포함하는, 본 발명에 따른 장치(6)의 개략도를 도시한다. 도 3은 본 발명에 따른 장치(6)의 횡단면도를 도시하고, 횡단면의 교차 평면은 장치(6)의 중앙 축(23)에 평행하게 연장된다. 장치(6)의 중앙 축(23)은 5개의 층(1, 2, 3, 4, 5)의 횡방향 범위에 평행하게 그리고 5개의 층(1, 2, 3, 4, 5)의 길이방향 범위에 수직으로, 그리고 본 발명에 따른 장치(6)의 제3 층(3)의 기하형태적 중심(23)을 통해서 연장된다. 도 3은 또한 제3 층(3)의 길이방향 면(22)을 개략적인 형태로 도시한다. 또한, 도 3은, 제3 층(3)이, 전술한 바와 같이 압축 계수를 가지는 압축 가능 화합물(9)을 포함하는 것을, 개략적인 형태로, 횡단면으로 도시한다. 도 3에 도시된 장치는 제3 상태에 있고, 그러한 제3 상태는, 단순히, 제1, 제2, 제4 및 제5 층(1, 2, 4, 5) 사이의 전자의 분포가 제1 상태와 비교할 때 상이하다는 점에서, 본 발명에 따른 장치(6)의 제1 상태와 상이하다.
이러한 제3 상태에서, 제3 층(3)은 제2 층(2)을 제4 층(4)으로부터 분리하고, 제2 층(2)은, 본 발명에 따른 장치(6)의 제1 상태에 비교할 때, 더 적은 전자를 포함하고, 다시 말해서 음의 전하(10)가 부족하다. 이어서, 제4 층(4)은, 본 발명에 따른 장치(6)의 제1 상태에 비교할 때, 전달된 전자(11)를 부가적으로 포함한다. 이어서, 이러한 전자 전하 차이를 보상하기 위해서, 전자가 제5 층(5)으로부터 제1 층(1)으로 흐를 수 있다. 제2 층(2)과 제4 층(4)이 서로로부터 더 멀어질수록, 제5 층(5)과 제1 층(1) 사이의 전압이 더 커진다. 제4 층(4)과 제2 층(2) 사이의 전하 분포는, 크기와 관련하여, 동일하게 유지된다.
이러한 전자의 흐름은, 제4 층(4) 및 제2 층(2)이 닿을 때까지, 즉 도 2에 도시된 바와 같은 제2 상태로 복귀될 때까지, 제4 층(4) 및 제2 층(2)이 서로 다시 접근하자마자 반전된다. 따라서, 본 발명에 따른 장치(6)는 이어서 기계적인 힘을 인가하는 것에 의해서, 희망하는 바에 따른 횟수로, 제2 상태로부터 제3 상태로 또는 제3 상태로부터 제2 상태로 변환될 수 있고, 그에 따라, 전술한 바와 같이, 전자는 제5 층(5)으로부터 제1 층(1)으로 그리고 그 반대로 계속적으로-교번되는 방식으로 이동될 수 있다.
도 4는, 추가적인 실시예에 따른, 기계적인 힘을 측정하기 위한 3개의 본 발명에 따른 장치(6)를 포함하는, 본 발명에 따른 타이어(24)의 횡단면적인 관점의, 개략도를 도시하며, 횡단면의 교차 평면은 타이어(24)의 회전 축(14)에 수직으로 연장된다. 3개의 본 발명에 따른 장치(6)가 본 발명에 따른 타이어(24)의 트레드(25) 내에 또는 내부 라이너(28) 상에 배열되고, 본 발명에 따른 장치(6)의 중앙 축(19)은 본 발명에 따른 타이어(24)의 원주방향(15)에 평행하게 또는 반경방향(16)에 평행하게 연장된다. 본 발명에 따른 장치(6)의 중앙 축(19)이 본 발명에 따른 타이어(24)의 트레드(25) 내에서 연장되는 방향에 따라, 본 발명에 따른 장치(6)의 중앙 축(19)에 평행하게 연장되는 기계적인 힘을 특히 효율적인 방식으로 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치(6)의 중앙 축(19)이 원주방향(15)에 평행하게 연장되는 경우에, 본 발명에 따른 타이어(6)로 운행 중에 제동력 및 가속력을 특히 효율적인 방식으로 측정할 수 있다. 본 발명에 따른 장치(6)의 중앙 축(19)이 회전 축(14)에 평행하게 연장되는 경우에, 본 발명에 따른 타이어(6)로 회전할 때 발생되는 측방향 힘을 특히 효율적인 방식으로 측정할 수 있다. 본 발명에 따른 장치(6)의 중앙 축(19)이 트레드(25) 내에서 본 발명에 따른 장치(6)의 반경방향(16)에 평행하게 연장되는 경우에, 본 발명에 따른 장치(6)가, 본 발명에 따른 타이어(6)의 풋프린트(footprint)로 지칭되는 것을 구성하는 트레드(25)의 일부 내에 있을 때에는 언제든지, 특히 강한 기계적인 힘이 본 발명에 따른 장치(6)에 작용한다.도 5는 추가적인 실시예에서 본 발명에 따른 장치(1)의 성능을 결정하는 측정 디바이스(29)의 개략도를 도시하고, 측정 디바이스는 본 발명에 따른 장치(1), 피스톤(31)을 갖는 플라이휠(30), 그리고 폴리카보네이트 스탬프(34) 및 폴리카보네이트 기부(35)를 갖는 안정화 쉘(7)을 포함한다. 안정화 쉘(7)은 또한 홀을 갖는 폴리카보네이트 경계부(38)를 포함한다. 경계부(38) 내의 홀은, 플라이휠(30)의 회전 중에 경계부(38)의 내부로부터 공기가 매끄럽게 빠져 나갈 수 있게 하고 그 내부를 공기로 매끄럽게 충진할 수 있게 하기 위해서 이용된다. 플라이휠(30)의 회전은 측정 디바이스(29)의 상부 부분(32)이 스탬프(34) 그리고 제1 및 제2 층(1, 2)과 함께 상하로 이동되게 한다. 달리 기재되지 않는 한, 회전은 5 Hz의 주파수로 즉, 초당 5번의 회전으로 발생된다. 본 발명에 따른 장치(6)의 제1 및 제2 전극 층(1, 5) 즉, 제1 및 제5 층(1, 5)에 연결된 오실로스코프(oscilloscope)(39)를 이용하여, 공식 V0 = VL/(RS + RL) 및 연관된 무-부하 전류(no-load current)를 통해서, 제1 전극 층(1)과 제2 전극 층(5) 사이에서 생성된 무-부하 전압을 결정하였다. 오실로스코프(39)의 회로가 전압원(VL) 및 저항기(RS 및 RL)와 함께 도 5에 개략적으로 도시되어 있고, 표시된 전기 회로에 대한 콘택은 본 발명에 따른 장치(1)의 제1 층(1) 및 제5 층(5)에 연결된다.
실험 실시예:
테스트 방법:
1. 표면 조도(Ra)
결과를 DIN EN ISO 4288:1998 방법에 따라 확인하였다.
2. 개방-회로 조건에서의 전기적 측정
개방-회로 전압 및 무-부하 전류에 대한 값들은, 도 5에 도시된, 그러나 제3 층이 없는 측정 디바이스를 이용하여, 오실로스코프 "Rigol Oscilloscope DS 4014"를 이용하여 측정하였고, 플라이휠의 회전 주파수는 5 Hz였다. 플라이휠의 직경은 4 cm 였고, 회전 중에 제2 층과 제4 층 사이의 최대 거리는 2.5 cm였고, 최소 거리는 0 cm였다. 오실로스코프는 이하의 설정을 가졌다:
감쇠비: 10:1
입력 저항: 10 MΩ ± 2%
입력 커패시턴스: 13 pF ± 3pF
최대 입력 CAT II 300 VAC
보상 범위: 6pF 내지 24pF.
플라이휠의 회전으로 인해서, 제3 층 또는 안정화 쉘이 존재하지 않는 상태에서, 제2 및 제4 층이 주기적으로 함께 프레스되었다. 따라서, 전극들 사이의, 즉 제1 층과 제5 층 사이의 측정 가능한 전압이 측정되고, 이로부터, 무-부하 전류 흐름으로도 지칭되는, 무-부하 또는 개방 회로 조건에 대한 상응 전류 흐름이 결정된다. 이러한 측정 가능한 무-부하 전압 및 결과적인 무-부하 전류 강도는 주기적인 피크 형태로 오실로스코프에 의해서 기록되었고, 피크의 주기는 플라이휠의 회전 주파수에 상응한다. 개방-회로 전압 및 개방-회로 전류 레벨에 대한 표 2 내지 표 4에 기록된 값은 최대의 측정된 피크와 최소의 측정된 피크 사이의 차이의 값에 상응한다. 본 발명에 따른 장치가 전술한 바와 같이 제3 층이 없이 사용된, 즉 제2 및 제4 층이 서로 연속적으로 닿았던 그리고 제2 및 제4 층에 작용하는 힘만이 변화되는 상응 테스트는, 이하에 도시된 테스트 결과와 동일한 경향을 나타냈다.
생산:
본 발명에 따른 장치에서 사용된 제2 및 제4 층의 조성
[표 1]
*GECO = 에피클로로히드린, 에틸렌 산화물 및 알릴-글리시딜 에테르의 삼원공중합체
** PDMS = 폴리디메틸실록산
PDMS의 제2 층 및 GECO의 제4 층이 표준적인 종래 기술의 생산 프로세스에 따라 생산되었고, 그러한 프로세스는 제2 및 제4 층에 대한 표 1에 따른 각각의 고무 혼합물을 혼합 단계, 롤링 단계, 및 가황 처리하는 단계를 포함하였다. 각각의 고무 혼합물의 혼합은, 성분들을 70℃에서 Banbury 혼합기 내로 부가한 후에 60 rpm의 회전자 속력으로 8분 동안 실행되었다. 최종 가황 처리된 층에서 120 ㎛의 층 두께가 획득되도록, 롤링은 2-롤 밀로 10분 동안 실행하였다(표 4의 E7 및 E8 실험에서 제4 층은 예외이다). 가황 처리는 120℃의 표준 온도에서 10분 동안 직사각형 가황 처리 몰드에서 실시하였다. 이러한 방식으로 생산된 층은 100 mm의 길이 및 30 mm의 높이를 가졌다.
실시예 E5 및 E6의 제4 층의 조질화된 표면에서, 샌드 블래스팅에 의해서 조질화되었던 가황 처리 몰드의 몰드 세그먼트가 그 가황 처리에서 이용되었다. 상응 몰드 세그먼트 상에서의 샌드 블래스팅은, 방법 DIN EN ISO 4288:1998에 따른 5 ㎛의 표면 조도(Ra)가 제2 층에 대면되는 측면 상에서 달성되도록 하는 방식으로 실행된다.
측정 결과:
충진제 함량:
[표 2]
1 Ultrasil 7000GR, 표면적 - 175 m2/g
2 전도성 카본 블랙(CCB), Printex XE2, 입자 크기 < 30 nm, 표면적 950 m2/g
표 2는, 최적의 성능이 5 내지 40 phr의 충진제 함량으로 달성될 수 있다는 것을 보여준다. 이는, 본 발명에 따른 장치의 제2 개재 층(즉, 제4 층)의 총 질량의 비율로서, 0.1 중량% 내지 50 중량%의 비율이 양호하게 기능을 한다는 것을 보여준다. 특히 뛰어난 성능이 1 중량% 내지 10 중량%의 범위에서 달성되었다(충진제가 없는 실험 E0, 10-phr 실리카를 갖는 실험 E1, 및 5-phr 카본 블랙을 갖는 실험 E3 참조).
표면 조도(R
a
):
[표 3]
1 Ultrasil 7000GR, 표면적 - 175 m2/g
2 전도성 카본 블랙(CCB), Printex XE2, 입자 크기 < 30 nm, 표면적 950 m2/g
표 3은, 최적의 성능이 0.1 내지 5 ㎛의 표면 조도(Ra)로 달성될 수 있다는 것을 보여준다. 이는 또한 제2 층의 표면 조도(Ra)에 그리고 5 ㎛ 내지 100 ㎛에, 특히 표 3에 도시된 바와 같이, 0.3 내지 3 ㎛에 적용된다.
제4 층의 층 두께
[표 4]
표 4는, 최적의 성능이 60 내지 250 ㎛의 범위의 층 두께, 특히 120 ㎛의 층 두께로 달성될 수 있다는 것을 보여준다. 이는 제4 층의 층 두께에도 적용된다. 층의 두께는 본 발명에 따른 장치의 층의 횡방향 범위에 상응한다.
1
제1 층/상단 층
2 제2 층/상부 중간 층
3 제3 층/절연 층
4 제4 층/하부 중간 층
5 제5 층/하단 층
6 장치: 기계적인 힘을 측정하기 위한 장치
7 안정화 쉘
8 전극 재료와 전압을 측정하는 수단 사이의 접촉
9 절연 재료: 압축 가능 화합물
10 음의 전하의 부족
11 부가적인 음의 전하:전달된 전자
12 기계적인 힘
13 장치의 제1 층과 제5 층 사이의 전압을 측정하기 위한 수단: 전압계
14 회전 축: 축방향
15 원주방향
16 반경방향
17 길이방향 범위
18 횡방향 범위
19 장치의 중앙 축
20 제4 층의 길이방향 면
21 제5 층의 길이방향 면
22 제3 층의 길이방향 면
23 제3 층의 기하형태 중심
24 타이어
25 트레드
26 벨트
27 카카스
28 내부 라이너
29 본 발명에 따른 장치의 성능을 결정하기 위한 측정 디바이스
30 본 발명에 따른 장치의 제1 층(즉, 구리 전극) 및 제2 층(즉, 제1 개재 층)의 상하 운동을 위한 플라이 휠
31 플라이휠을 측정 디바이스의 상부 부분에 연결하기 위한 피스톤
32 본 발명에 따른 장치의 제1 및 제2 층을 포함하는 측정 디바이스의 상단 부분
33 본 발명에 따른 장치의 제4 및 제5 층을 포함하는 측정 디바이스의 하단 부분
34 폴리카보네이트 스탬프
35 본 발명에 따른 장치의 제4 및 제5 층을 체결하기 위한 폴리카보네이트 기부
36 제1 층의 표면과 제2 층의 표면 사이의 거리
37 플라이휠의 직경
38 공기가 경계부의 내부를 빠져 나가게 하기 위한 그리고 그 내부를 충진하게 하기 위한 홀을 갖는 폴리카보네이트 경계부
39 오실로스코프
2 제2 층/상부 중간 층
3 제3 층/절연 층
4 제4 층/하부 중간 층
5 제5 층/하단 층
6 장치: 기계적인 힘을 측정하기 위한 장치
7 안정화 쉘
8 전극 재료와 전압을 측정하는 수단 사이의 접촉
9 절연 재료: 압축 가능 화합물
10 음의 전하의 부족
11 부가적인 음의 전하:전달된 전자
12 기계적인 힘
13 장치의 제1 층과 제5 층 사이의 전압을 측정하기 위한 수단: 전압계
14 회전 축: 축방향
15 원주방향
16 반경방향
17 길이방향 범위
18 횡방향 범위
19 장치의 중앙 축
20 제4 층의 길이방향 면
21 제5 층의 길이방향 면
22 제3 층의 길이방향 면
23 제3 층의 기하형태 중심
24 타이어
25 트레드
26 벨트
27 카카스
28 내부 라이너
29 본 발명에 따른 장치의 성능을 결정하기 위한 측정 디바이스
30 본 발명에 따른 장치의 제1 층(즉, 구리 전극) 및 제2 층(즉, 제1 개재 층)의 상하 운동을 위한 플라이 휠
31 플라이휠을 측정 디바이스의 상부 부분에 연결하기 위한 피스톤
32 본 발명에 따른 장치의 제1 및 제2 층을 포함하는 측정 디바이스의 상단 부분
33 본 발명에 따른 장치의 제4 및 제5 층을 포함하는 측정 디바이스의 하단 부분
34 폴리카보네이트 스탬프
35 본 발명에 따른 장치의 제4 및 제5 층을 체결하기 위한 폴리카보네이트 기부
36 제1 층의 표면과 제2 층의 표면 사이의 거리
37 플라이휠의 직경
38 공기가 경계부의 내부를 빠져 나가게 하기 위한 그리고 그 내부를 충진하게 하기 위한 홀을 갖는 폴리카보네이트 경계부
39 오실로스코프
Claims (15)
- 장치(6)를 포함하는 타이어로서, 상기 장치(6)는 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 층(1, 2, 3, 4, 5)을 포함하고, 상기 제3 층(3)은 선택적인, 타이어에 있어서,
a) 상기 제1 층(1)은 제1 전극 재료를 포함하고,
b) 상기 제2 층(2)은 제1 개재 재료를 포함하고,
d) 상기 제4 층(4)은 제2 개재 재료를 포함하고, 그리고
e) 상기 제5 층(5)은 제2 전극 재료를 포함하는 것을 특징으로 하고,
- 상기 제2 층(2)의 제1 개재 재료 및 상기 제4 층(4)의 제2 개재 재료가 상이하고,
- 전술한 순서에 따라 상기 4개 또는 5개의 층이 서로 상하로 배열되고, 그리고
- 상기 제2 및/또는 제4 층(2, 4)은, 상기 개재 재료에 더하여, 적어도 하나의 충진제를 포함하는 타이어. - 제1항에 있어서,
상기 장치(1)는
- 상기 장치(6)의 제1 층(1)과 제5 층(5) 사이의 또는 제2 층(2)과 제4 층(4) 사이의 전압을 측정하기 위한 수단(13)을 포함하고/포함하거나,
- 전기 전압을 생성하는 데, 그리고 상기 타이어를 포함하는 바퀴에 부착된 또는 상기 타이어에 부착된 배터리 및/또는 어큐뮬레이터를 전기적으로 충전하는 데 적합한, 타이어. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 및/또는 제4 층(2, 4) 내의 상기 적어도 하나의 충진제가 카본 블랙 및/또는 실리카이고, 실리카의 경우에 상기 적어도 하나의 충진제의 총량은, 각각의 경우에 상기 장치의 제2 및/또는 제4 층의 총 질량의 비율로서, 0.1 중량% 내지 50 중량%의 범위, 바람직하게 5 중량% 내지 25 중량%의 범위, 특히 바람직하게 10 중량% 내지 20 중량%의 범위, 매우 특히 바람직하게 13 중량% 내지 17 중량%의 범위인, 타이어. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 및/또는 제4 층(2, 4) 내의 상기 적어도 하나의 충진제의 총량은, 각각의 경우에 상기 장치의 제2 및/또는 제4 층의 총 질량의 비율로서, 0.1 중량% 내지 50 중량%의 범위, 바람직하게 1 중량% 내지 20 중량%의 범위, 특히 바람직하게 1 중량% 내지 10 중량%의 범위, 매우 특히 바람직하게 3 중량% 내지 7 중량%의 범위인, 타이어. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 제2 층(2)의 상기 제1 개재 재료는 1.01 F.m-1 초과, 바람직하게 1.1 F.m-1 초과의 유전체 전도도(εr)를 가지고/가지거나,
- 상기 제4 층(4)의 상기 제2 개재 재료는 1.01 F.m-1 초과, 바람직하게 1.1 F.m-1 초과의 유전체 전도도(er)를 가지는, 타이어. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 층(2)의 제1 개재 재료의 비-마찰전기 친화도와 상기 제4 층(4)의 제2 개재 재료의 비-마찰전기 친화도 사이의 차이가, 20℃ 및 35%의 상대 공기 습도에서 측정될 때, 적어도 20 nC/J인, 타이어. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 제2 층(2)의 상기 제1 개재 재료는 폴리우레탄, 운모, 유리, 석영, 실크, 폴리(유기)실록산, 셀룰로오스 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고체 재료를 포함하거나 그러한 고체 재료로 주로 이루어지고/이루어지거나,
- 상기 제4 층(4)의 상기 제2 개재 재료는 아세테이트 실크, 천연 또는 합성 고무, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리클로로부타디엔, 폴리아크릴로니트릴, 폴리염화비닐, 폴리(유기)실록산, 가황 처리된 고무 입자, 충진제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고체 재료를 포함하거나 그러한 고체 재료로 주로 이루어지고, 상기 천연 또는 합성 고무는 바람직하게 NR, ENR, BR, SBR, SSBR, PDMS, ESBR 고무 및 에피클로로히드린 고무인, 타이어. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제4 층(4)의 상기 제2 개재 재료는
- 에피클로로히드린 고무, 바람직하게 GECO를 포함하거나,
- 에피클로로히드린 고무, 바람직하게 GECO로 주로 또는 전체적으로 이루어지고/이루어지거나,
상기 제2 층(2)의 상기 제1 개재 재료는
- 폴리(유기)실록산, 바람직하게 PDMS를 포함하거나,
- 폴리(유기)실록산, 바람직하게 PDMS로 주로 또는 전체적으로 이루어지는, 타이어. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 및/또는 제4 층(2, 4)의 표면은, DIN EN ISO 4288:1998에 따라 측정된, 0.1 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위, 바람직하게 0.5 내지 100 ㎛의 범위, 특히 바람직하게 1 내지 50 ㎛의 범위, 매우 특히 바람직하게 1 내지 5 ㎛의 범위의 표면 조도(Ra)를 가지는, 타이어. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 및/또는 제4 층(2, 4)은 10 내지 1000 ㎛의 범위, 바람직하게 30 내지 500 ㎛ 또는 30 내지 300 ㎛의 범위, 특히 바람직하게 70 내지 160 ㎛ 또는 101 내지 160 ㎛의 범위, 매우 특히 바람직하게 110 내지 130 ㎛의 범위의 층 두께를 가지는, 타이어. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 상기 제2 층(2)과 상기 제4 층(4) 사이의 제3 층(3)을 포함하고, 상기 제3 층(3)은 절연 재료를 포함하는, 타이어. - 제11항에 있어서,
상기 제3 층(3)은, 20℃에서 10-1 S.cm-1 미만의 비-전기 전도도를 가지는 절연 재료를 포함하는, 타이어. - 제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 제3 층(3)은
- 가황 처리된 고무 또는 열경화제로 이루어진 지지 경계부를 포함하고, 혼합물이 상기 지지 경계부 내에 존재하며, 상기 혼합물은 하나 이상의 가스 및/또는 절연 재료로 이루어진 입자를 포함하고, 상기 지지 경계부는 바람직하게 0 내지 200 ㎛의 두께 및/또는 10 μS/m의 최대 전기 전도도를 가지거나,
- 상기 절연 재료는 20℃에서 0.1 mPa·s 내지 106 mPa·s의 범위의 점도를 갖는 유체이고, 상기 점도는 DIN EN ISO 3219에 따라 회전 점도계에 의해서 측정되는, 타이어. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 장치(1)는 상기 타이어(24)의 트레드(25) 내에 적재되고/적재되거나,
- 상기 장치의 중앙 축(19)은 상기 타이어(24)의 반경방향(16)으로, 축방향(14)으로 또는 원주방향(15)으로, 바람직하게 상기 타이어(24)의 축방향(14)으로 또는 원주방향(15)으로, 특히 바람직하게 상기 타이어(24)의 원주방향(15)으로 연장되는, 타이어. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 장치(1)의 용도로서,
- 바람직하게 타이어(24) 내에서 전기 전압을 생성하고/생성하거나,
- 타이어(24)의 원주방향(15) 또는 축방향(14)을 따라 기계적인 힘(12)을 측정하기 위한, 용도.
Applications Claiming Priority (5)
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|---|---|---|---|
| IN201841013069 | 2018-04-05 | ||
| IN201841013069 | 2018-04-05 | ||
| DE102018221047.0 | 2018-12-05 | ||
| DE102018221047.0A DE102018221047A1 (de) | 2018-04-05 | 2018-12-05 | Vorrichtung zum Messen einer mechanischen Kraft, umfassend eine erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schicht sowie die Verwendungen der Vorrichtung und Reifen oder technischer Gummiartikel umfassend die Vorrichtung |
| PCT/EP2019/056214 WO2019192811A2 (de) | 2018-04-05 | 2019-03-13 | Reifen umfassend eine vorrichtung, wobei die vorrichtung eine erste, zweite, dritte, vierte und fünfte schicht umfasst, sowie die verwendungen der vorrichtung |
Publications (2)
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| KR102442572B1 KR102442572B1 (ko) | 2022-09-08 |
Family
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