WO2008122306A1 - Transportable wägesystem mit wägevorrichtung und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO2008122306A1
WO2008122306A1 PCT/EP2007/003312 EP2007003312W WO2008122306A1 WO 2008122306 A1 WO2008122306 A1 WO 2008122306A1 EP 2007003312 W EP2007003312 W EP 2007003312W WO 2008122306 A1 WO2008122306 A1 WO 2008122306A1
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WO
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weighing
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coating
evaluation unit
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Ralf Bandorf
Holger Lüthje
Saskia Biehl
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Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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    • G01G19/02—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing wheeled or rolling bodies, e.g. vehicles
    • G01G19/021—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing wheeled or rolling bodies, e.g. vehicles having electrical weight-sensitive devices
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    • G01G23/37—Indicating the weight by electrical means, e.g. using photoelectric cells involving digital counting
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    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/13—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing having piezoelectric or piezoresistive properties

Definitions

  • the subject matter of the invention is a transportable, modular weighing system which consists of at least one weighing device and a data evaluation unit which can be connected to it.
  • the weighing device has a sensor arrangement for converting a mechanical load into an electrical signal and a measuring device for measuring the electrical signal, wherein the sensor arrangement is arranged on a plate-shaped carrier.
  • the weighing system consists of individual weighing plates, wherein the weighing plates are equipped with a sensor arrangement.
  • the sensor arrangements have strain gauges.
  • the sensor arrangement is located within a plate-shaped carrier which is covered by a cover plate.
  • the sensor arrangement has both mechanical and electrical components, and is based on a complicated structure.
  • the piezosensor consists of a piezocable which is inserted into a metal rail.
  • the sensor is designed as a strip sensor, in which it is not possible to capture the entire tire contact surface on the sensor. The signal must be integrated when rolling the tire via the sensor.
  • the object of the present invention is to provide a weighing device and a weighing system, which can be designed to be transportable on the one hand and on the other hand have a straightforward and robust construction.
  • the object is solved by the subject matter of claim 1, the weighing system of claim 13 and the method of weighing objects of claim 15.
  • a weighing device has a sensor arrangement for converting a mechanical load into an electrical signal and a measuring device for measuring the electrical signal, wherein the sensor arrangement is arranged on a plate-shaped carrier.
  • the plate-shaped carrier has a coating of a piezoresistive material, which changes its electrical resistance under mechanical stress.
  • the advantage of such a weighing device is that the sensor arrangement arranged in the coating can be made extremely flat.
  • the thickness of the coating can range from a few micrometers to less than one centimeter.
  • the coating in this case has a piezoresistive material.
  • piezoresistive hard material layers are suitable for this purpose.
  • Such hard material layers can be applied to the plate-shaped carrier by conventional methods. In this case, physical as well as chemical, as well as plasma-based deposition methods are suitable. With the help of these methods, an extremely hard and abrasion-resistant Layering be applied to the plate-shaped carrier.
  • the piezoresistive layers of hard material are deformed at a molecular level under mechanical stress, which results in a change in the specific resistance of the hard material layers. This change in resistivity can be translated into a mechanical load by means of a force-resistance characteristic.
  • the coating is in the weighing device according to the invention in connection with a measuring device.
  • a measuring device This can be integrated both in the plate-shaped carrier and formed as an external module.
  • the measuring device thereby provides a current or a voltage source and builds the piezoresisitive coating as a variable resistor in a circuit.
  • the varying resistivity of the piezoresistive coating can be measured and the weight force acting on the layer can be determined by a separate calibration of the device from the change in the specific resistance.
  • a high-load weighing device can be produced with a plate-shaped carrier, which has only a small structural height of a few millimeters up to a few centimeters , which due to their small size and low weight easily, for example, in the trunk of a car, can be accommodated. Due to the Fixed connection between the plate-shaped carrier and the coating, in particular with a piezoresistive hard material layer, can also achieve long lifetimes of the weighing device.
  • the piezoresistive material is an amorphous carbon compound.
  • Amorphous carbon compounds have the advantage that they have both sp 2 and sp 3 compounds. They thus form an intermediate state between graphite and diamond and often combine the hardness of a diamond and electrical properties of a graphite with each other.
  • amorphous carbon layers can have a specific resistance between a few k ⁇ cm to several M ⁇ cm. Due to the high hardness and corrosion resistance and the proven piezoresistive properties of the amorphous carbon layers, these materials are very well suited to form the piezoresistive part of the coating of the plate-shaped carrier.
  • amorphous carbons as part of the coating of the weighing device are the diamond-like carbon (DLC) materials.
  • DLC is characterized by a high resistivity in the
  • DLC has a high hardness and a high corrosion resistance
  • the coating can already take place at a substrate temperature (for example on the support directly) of less than 150 ° C.
  • DLC has the advantage that with a targeted doping with different elements positive effects with respect to the temperature dependence of the resistivity can be achieved. This is particularly advantageous when the weighing device is to be used in a wide temperature range.
  • DLC is advantageous because it can be applied using common deposition techniques. There are no special requirements for the coating systems.
  • the electrical measuring device is connected to an information technology interface.
  • the information technology interface represents an interface between the measuring device and a data evaluation unit that can be connected to the weighing device.
  • the data determined by the measuring device can be stored in a standardized protocol so that the data evaluation units do not have any must have further modifications. It does not matter whether the data evaluation unit is designed as part of the weighing device itself or whether the data evaluation unit forms an external independent unit.
  • the information technology interface can be connected or connected to the data evaluation unit by radio and / or by cable.
  • this only has to be plugged into the weighing device, or be connected to it by radio in order to retrieve the measurement results held in the measuring device via the information technology interface.
  • the coating on the plate-shaped carrier consists of a layer composite.
  • at least one layer of the layer composite on the piezoresistive material may be present in the layer composite.
  • Adhesion enhancement layers may advantageously be mentioned here or insulation layers in order to produce an electrical insulation between the plate-shaped carrier and the piezoresistive layer.
  • the piezoresistive materials which are preferably used are often very hard and corrosion-resistant, it is advantageous to form an additional protective layer as part of the layered composite.
  • the coating also has thin-film electrodes.
  • thin-film electrodes With the help of thin-film electrodes, surprising effects can be achieved.
  • the thin-film electrodes can form a clearly defined contact surface between the piezoresistive material and the thin-film electrodes.
  • the measurements of the change in resistivity as a function of the mechanical load can be made in a region of the force-resistance characteristic of the piezoresistive layer, in which the characteristic of the material runs almost linearly.
  • This also provides the advantage that when loading and unloading the weighing device, a virtually hysteresis-free sensor can be created, i.
  • the force-resistance characteristic is almost the same with increasing and decreasing load.
  • a cover plate which covers the coating of the at least one plate-shaped carrier at least in parts.
  • the at least one plate-shaped carrier has a structuring on at least one side.
  • the structuring is chosen such that elevations are applied to the surface of the carrier provided with the coating, wherein at least the elevations are provided with the coating.
  • the loading of the weighing device primarily stresses the surface of the protruding structurings, which results in improved measurability of the mechanical stress through the coating.
  • in conjunction with an additional cover layer can be applied in this way a weight applied to a large area of the top of the cover plate, one on a relatively small area, the elevations of the plate-shaped support. The fact that the applied weight is transferred to the small area of the elevations increases the pressure and the accuracy of the measurement.
  • the coating with the piezoresistive material is applied only on the surface of the elevations of the plate-shaped carrier.
  • the coatings on the individual structuring by a connecting coating, for. Eg in the form of a strip connect with each other.
  • the weighing device is designed so that the surface of the plate-shaped carrier having the coating has a size between 200 and 20,000 square centimeters, preferably from 600 to 10,000 square centimeters.
  • the weight of a weighing device does not exceed 100 kilos, preferably 50 kilos.
  • the advantage of such a weighing device is that it can be easily transported and accommodated in small containers.
  • a weighing device In a weighing system according to the invention, at least one weighing device and a data evaluation unit are used.
  • the weighing device serves as a weighing module and the data evaluation unit as a collection point for the measurement data of all weighing modules used.
  • the advantage of such a weighing system is that it can be transported, for example, in the trunk of a car due to the small dimensions and can be quickly assembled and disassembled.
  • Objects at least one weighing device is used.
  • an object to be weighed is applied to the at least one weighing device, so that all bearing points of the object rest on at least one weighing device.
  • the changes in the electrical properties of the piezoresistive material of the loaded weighing devices are measured and the measurements are combined and evaluated to determine the weight of the object.
  • the weighing device according to the invention as well as the weighing system and the associated weighing method will be explained in greater detail on the basis of exemplary embodiments.
  • Figure Ia, b, c Inventive weighing device
  • Figure 3a, b alternative embodiments of a weighing device according to the invention
  • Figure 4 Schematic structure of a weighing device according to the invention with measuring device and information-technical interface
  • Figure 5 Inventive weighing system with multiple weighing devices and Data evaluation unit.
  • FIG. 1a shows a weighing device according to the invention which consists of a flat, flat, plate-shaped support 1 and a layer composite 2 applied thereon, wherein the individual layers of the layer composite 2 are applied to the planar support 1 by sputtering, vapor deposition or printing processes become .
  • the plate-shaped carrier 1 are preferably hard materials to choose, since they are compressible only to a small extent.
  • steel or composite materials can be used.
  • the plate-shaped support can also be made of softer materials, set the case that the weighing device is placed on a hard, level surface.
  • the size of the weighing device W is dependent on the object to be weighed.
  • a single weighing device W may have the size of a DIN A4 sheet or the size of up to 2 square meters. Even smaller weighing devices W are useful if used appropriately.
  • the weighing device W is shown as a rectangular shape, the shape does not affect the success of the measurement. It can clearly be seen that the weighing device W has the layer composite 2 over the entire surface. Because of the planar coating of the plate-shaped support lying below the layer composite 2, an exact positioning of the object to be weighed does not have to be carried out since the sensor arrangement consisting of the layer composite 2 covers large parts of the plate-shaped support covered.
  • the weighing device W has a
  • Base plate 1 on which surface (as shown in Figure Ib), a layer composite 2 is applied with an integrated DLC layer.
  • the composite layer 2 is completely covered by a cover plate 3. Due to the sandwich construction, an improved protective effect for the layer composite 2 is achieved.
  • a load acting on the surface of the cover plate 3 facing away from the layer composite 2 is transferred via the cover plate 3 to the layer composite 2 and measured as a change in resistance.
  • the pressure transfer to the layer composite 2 is most easily realized with the help of rigid cover plates and / or base plates.
  • a particularly simple embodiment of the weighing device W of Figure Ic is achieved when both the cover plate and the base plate, both of which are approximately the same size, each coated with a layer composite 2 with a DLC layer and the two DLC layers directly be placed on top of each other.
  • a measuring device for measuring the change in resistance is connected to the laminations.
  • FIGS. 2 a to c show various exemplary embodiments of a layer composite 2 according to the invention.
  • the layer composite consists of a DLC layer 21 which is disposed on the plate-shaped carrier 1 is applied directly.
  • the DLC layer 21 increasing surface of the plate-shaped support 1 is made of highly polished steel and has no contamination after treatment such. For example, oxidized surfaces. On this surface is the
  • DLC layer 21 grown by plasma enhanced chemical vapor deposition or physical vapor deposition techniques.
  • a thin-film electrode 22 is applied on the DLC layer 21, a thin-film electrode 22 is applied.
  • the DLC layer 21 can be electrically contacted by the metallic carrier 1 and the thin-film electrode 22.
  • Suitable materials for the plate-shaped support here are in particular carbide-forming metals, such as Al, Ti, Cr, Fe, W, Zr and Mo, since a particularly good adhesion of amorphous carbon layers can be achieved on these metals.
  • the thin-film electrode 22 applied to the DLC layer 21 in this case consists of Cr / Au and likewise forms a good adhesive bond with the DLC layer.
  • DLC is a material that is particularly suitable for weighing objects.
  • the vapor-deposited layer 21 is very hard, on the other hand inert to chemicals, ie in particular corrosion-resistant.
  • the use of other amorphous carbon layers is also possible.
  • carbon layers are also possible which have no hydrogen compounds or which are doped with additional metals in addition to the carbon-hydrogen compounds.
  • doped DLC layers have z. For example, improved properties with respect to the temperature dependence of the electrical resistance coefficient of the DLC layer.
  • FIG. 2b An alternative embodiment of the laminar composite 2 is shown in FIG. 2b.
  • the plate-shaped carrier 1 also consists of a conductive material.
  • An insulating layer 23 is applied directly on this.
  • the electrically conductive carrier can be electrically decoupled from a change in resistance of the DLC layer 21 to be measured.
  • a thin-film electrode 22 is applied to the insulation layer 23, for example in the form of Cr / Au, onto which in turn the DLC layer 21 is applied, which is likewise contacted with a thin-film electrode 22 '.
  • the arrangement shown in FIG. 2b is, in particular, a good layer composite arrangement when the support occupies a much larger area than the layer composite on the support. In this way, electrical losses occurring due to the carrier (for example due to long conduction paths) can be avoided, and a voltage to be measured or a current to be measured can be tapped directly at the thin-film electrodes 22 and 22 '. Furthermore, with the aid of the thin-film electrodes depicted in FIGS. 2 a and 2 b, a linearization of the force-resistance characteristic of the DLC layer 21 can be achieved.
  • the thin-film electrodes 22, 22 Due to the fact that the thin-film electrodes 22, 22 'have a defined contact surface with the DLC layer, only a small extent results in a so-called contact surface effect.
  • the contact surface effect occurs in particular when only parts of the DLC layer are loaded with a weight, ie the pressure only on a local area section of the DLC layer works. This is the normal case, since the amorphous DLC layer has a certain surface roughness. An electrode not following the contours of the DLC layer would therefore touch only the tips of the rough surface. As the load increases, this electrode would be pressed against the DLC layer until full-area contact between the electrode and the DLC layer is achieved.
  • FIG. 2 c shows a further embodiment of the laminar composite 2.
  • the plate-shaped carrier is made of a hard, insulating material.
  • a thin-film electrode 22 is applied on the insulating material.
  • the thin-film electrode 22 is made of a material which can not be connected to the desired extent with the DLC layer 21.
  • an adhesion-improving layer 24 is applied, which consists for example of transition metals such as chromium or titanium. With the aid of the adhesion-improving layer 24, the DLC layer 21 can be adhered to the laminate 2 and adhered to the thin-film electrodes 22, 22 '. This is a useful measure, in particular when improving the conductivity of contacts with silver or gold.
  • a further adhesion enhancement layer 24 ' is applied, on which in turn a thin-film electrode 22' is applied.
  • the layer composite is terminated by an insulating layer 23 ', which is intended to electrically insulate the underlying layer composite against external influences on the one hand, and on the other hand provides improved protection for the thin-film electrode 22'.
  • the DLC layer may have a thickness of 0.01 to 20 microns, preferably 3 to 6 microns.
  • FIGS. 3 a, b show an alternative embodiment of the weighing device according to the invention.
  • a plate-shaped carrier 1 can be seen, which has a structuring formed as extensions 11, 11 '. It is in each case a layer composite, wherein different layer composites can be connected to each other via electrical contacts on the surface of the extensions 11, 11 'applied.
  • the cover plate 3 in conjunction with the extensions 11, II 1 , and the layered composites 2, 2 'lying thereon has the result that a pressure which on the side facing away from the layer composite Cover plate 3 is applied is transferred to the laminates 2, 2 '. In this way, the layer composite can be applied to the plate-shaped carrier in a very efficient and economical manner, without diminishing the measuring accuracy during weighing.
  • the layer composites 2, 2 1 represent defined contact surfaces on which a pressure applied to the cover plate 3 can be measured. Since most amorphous carbon layers and in particular DLC layers measure a pressure, it is advantageous if a weight applied over a large area on the side of the cover plate 3 remote from the DLC layer is applied only to a few extensions 11, II 1 .
  • the cover plate 3 is in each case a layer composite 2, 2 ', 2 1 1 . It is possible for the layer composites 2, 2 ', 2 1 1 to be connected to one another directly, ie, by a narrow composite composite strip applied between the extensions 11, 11' and II 1 1 .
  • the structuring with the help of the extensions 11, II 1 and 11 '' can be adapted to the application of the weighing device.
  • the extensions 11, 11 ', II' 1 may also be rectangular or formed as a strip or as a cone, if offered by the object to be weighed.
  • the layer composites are arranged at least on the extensions.
  • FIG. 4 shows a weighing device W, wherein the thin-film electrodes 22, 22 'of the laminar composite 2 are connected to a measuring arrangement 4 via the contacts 5.
  • the change in resistance of the DLC layer 21 induced by an applied pressure F can be measured by means of a voltage source or a current source via a further connected measuring device, which is arranged within the measuring arrangement 4. Whether current or voltage is measured in the measuring unit depends on whether the amorphous carbon layer 21 has a very high or a very low specific resistance.
  • the measuring arrangement 4 can be accommodated inside the plate-shaped carrier 1. However, the measuring arrangement 4 can also be formed as an additional module, which is designed to be removable and thus allows for improved maintenance by the user.
  • One way of evaluating the measurement result is that in the measuring arrangement 4, a measuring device visually displays the voltage or current change, so that the user can read this value and transmit it to a data evaluation unit.
  • the data evaluation unit can also be designed in conjunction with the measuring arrangement 4, so that the measurement result of the measuring arrangement 4 is converted directly into a weight value, which can then be read on the individual weighing device.
  • the measuring arrangement 4 is connected to an information technology interface 6.
  • the information technology interface 6 benefits from the task of preparing the data measured by the measuring arrangement 4 in such a way that it can be transmitted by conventional data transmission methods to a data evaluation unit which is executed in the weighing device W or externally on the weighing device W.
  • FIG. 5 shows an exemplary weighing system according to the invention with four weighing devices W, W 1 , W 1 1 , W "and a data evaluation unit 7.
  • the weighing devices W, W 1 , W 1 1 , W ' 1 1 are connected via the respective information technology interface 5, 5 ', 5'',5' ' ⁇ connected to the data evaluation unit. 7
  • the connections 8 can be made by cable or cable. Also, a manual readout of the measurement data of the weighing devices W, W 1 , W 1 , W 1 "is possible with a corresponding device to the weighing devices.
  • a truck with two axes so on the weighing devices W, W 1 , W 1 ', W "driven so that all tires directly on a weighing device for
  • the individual weighing devices W, W 1 , W 1 ', W are positioned at suitable spatial distances from each other and aligned so that, for example, a motor vehicle or an aircraft can ride on the weighing device, that the entire weight through the plurality
  • the electrical resistance changes of the individual weighing devices in the data evaluation unit 7 are combined and calculated.
  • Load distribution (eg load of a truck) avoided and so the traffic safety can be increased.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Wägesystem bestehend aus mindestens einer Wägevorrichtung W mit einer Sensor anordnung (2) zum Umwandeln einer mechanischen Belastung in ein elektrisches Signal und eine Messvorrichtung (4) zur Messung des elektrischen Signals, wobei die Sensoranordnung auf einem plattenförmigen Träger (1) angeordnet ist. Der plattenförmige Träger (1) weist dabei eine Beschichtung (2) auf, welche ein piezoresistives Material (21) aufweist, welches unter mechanischer Belastung seinen elektrischen Widerstand ändert. Das Wägesystem umfasst zudem eine Datenauswerteeinheit (7), in welcher die Messdaten vorteilhafterweise vorgehalten werden und das Gewicht eines zu messenden Objekts errechnet wird.

Description

Transportables Wägesystem mit Wägevorrichtung und Verfahren zu dessen Herstellung
Gegenstand der Erfindung ist ein transportables, mo- dulares Wägesystem, welches aus mindestens einer Wägevorrichtung und einer mit ihr verbindbaren Daten- auswerteeinheit besteht. Die Wägevorrichtung weist dabei eine Sensoranordnung zum Umwandeln einer mechanischen Belastung in ein elektrisches Signal und eine Messvorrichtung zur Messung des elektrischen Signals auf, wobei die Sensoranordnung auf einem plattenför- migen Träger angeordnet ist.
Mobile Wägesysteme für Fahrzeuge, wie beispielsweise Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen, bedürfen zu ihrem Transport oftmals großer Transportkapazitäten. Dies ist zum einen durch die Größe, zum anderen durch das hohe Gewicht der Wägesysteme bedingt. Im Stand der Technik sind Wägesysteme bekannt, welche modular aufgebaut sind, die Module allerdings nur mit schwerem Gerät, wie beispielsweise Gabelstaplern, transportiert werden können. Aufgrund des hohen Ge- wichts sind derartige LKW-Waagen mitnichten flexibel einsetzbar.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung von Wägesystemen für Fahrzeuge besteht darin, dass das Wägesystem aus einzelnen Wägeplatten besteht, wobei die Wägeplatten mit einer Sensoranordnung ausgestattet sind. Die Sensoranordnungen weisen dabei Dehnmessstreifen auf . Dabei befindet sich die Sensoranordnung innerhalb eines plattenförmigen Trägers, welcher durch eine Deckplat- te abgedeckt wird. Die Sensoranordnung weist dabei sowohl mechanische als auch elektrische Komponenten auf, und basiert auf einem komplizierten Aufbau.
Einen anderen Ansatz verfolgen Wägeeinrichtungen, welche einen Piezosensor aufweisen. Im Stand der
Technik sind dabei Einrichtungen bekannt, bei welchen der Piezosensor aus einem Piezokabel besteht, welches in eine Metallschiene eingefügt wird. Der Sensor ist dabei als Streifensensor ausgebildet, bei welchem es nicht möglich ist die komplette ReifenaufStandsfläche auf dem Sensor zu erfassen. Das Signal muss beim Rollen des Reifens über den Sensor integriert werden.
Derartige Piezosensoren werden direkt in die Straße eingebaut und liegen entweder eben mit der Straßenoberfläche oder ein wenig darunter. Aufgrund der komplizierten Anordnung des Piezosensors und dem festen Einbau in die Straße ist die Wartung derartiger Piezosensoren sehr schwierig. Des Weiteren ist die Größe des Sensoraufbaus bereits ohne dessen Ummantelung im Zentimeterbereich relativ groß. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wägevorrichtung und ein Wägesystem zu schaffen, welche zum einen transportabel ausgebildet werden können und zum anderen einen unkomplizierten und robusten Aufbau haben.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1, das Wägesystem des Anspruchs 13 und das Verfahren zum Wiegen von Objekten aus Anspruch 15 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Wägevorrichtung weist eine Sensoranordnung zum Umwandeln einer mechanischen Belastung in ein elektrisches Signal und eine Messvorrich- tung zur Messung des elektrischen Signals, wobei die Sensoranordnung auf einem plattenförmigen Träger angeordnet ist, auf. Dabei weist der plattenförmige Träger eine Beschichtung aus einem piezoresistiven Material auf, welches unter mechanischer Belastung seinen elektrischen Widerstand ändert.
Der Vorteil einer derartigen Wägevorrichtung besteht darin, dass die in der Beschichtung angeordnete Sensoranordnung extrem flach ausgebildet werden kann. Dabei kann die Dicke der Beschichtung im Bereich von wenigen Mikrometern bis zu weniger als einem Zentimeter reichen.
Die Beschichtung weist dabei ein piezoresistives Ma- terial auf. Insbesondere piezoresistive Hartstoff- schichten sind hierfür geeignet. Derartige Hartstoff- schichten können in gängigen Verfahren auf den plattenförmigen Träger aufgebracht werden. Dabei bieten sich physikalische sowie chemische, als auch Plasma gestützte Abscheidungsverfahren an. Mit Hilfe dieser Verfahren kann eine extrem harte und abriebfeste Be- Schichtung auf dem plattenförmigen Träger aufgebracht werden .
Die piezoresistiven Hartstoffschichten werden bei ei- ner mechanischen Belastung auf molekularer Ebene verformt, was in einer Änderung des spezifischen Widerstands der Hartstoffschichten resultiert. Diese Änderung des spezifischen Widerstands kann mit Hilfe einer Kraft-Widerstands-Kennlinie in eine mechanishce Belastung übersetzt werden.
Die Beschichtung steht bei der erfindungsgemäßen Wägevorrichtung in Verbindung mit einer Messvorrichtung. Diese kann sowohl in dem plattenförmigen Träger integriert als auch als externes Modul ausgebildet werden. Die Messvorrichtung stellt dabei eine Stromoder eine Spannungsquelle zur Verfügung und baut die piezoresisitive Beschichtung als variablen Widerstand in einen Schaltkreis ein. Mit Hilfe eines Strom- bzw. Spannungsmessgerätes kann der sich verändernde spezifische Widerstand der piezoresistiven Beschichtung gemessen werden und über eine gesonderte Eichung der Vorrichtung aus der Änderung des spezifischen Widerstands die auf die Schicht wirkende Gewichtskraft be- stimmt werden.
Dadurch, dass die Beschichtung und die zugehörige Messvorrichtung sehr leicht, extrem flach und sehr widerstandsfest gegen mechanische Belastungen ausge- führt werden können, lässt sich mit einem plattenförmigen Träger, welcher nur eine geringe Bauhöhe von wenigen Millimetern bis zu wenigen Zentimetern aufweist, eine Hochlastwägevorrichtung herstellen, welche aufgrund ihrer geringen Größe und ihres geringen Gewichts leicht, beispielsweise im Kofferraum eines PKWs, untergebracht werden kann. Aufgrund der haft- festen Verbindung zwischen dem plattenförmigen Träger und der Beschichtung, insbesondere mit einer piezore- sistiven HartstoffSchicht, lassen sich zudem hohe Lebensdauern der Wägevorrichtung erreichen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wägevorrichtung sind in den untergeordneten Ansprüchen beschrieben.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Wägevorrichtung ist es, wenn das piezoresistiven Material eine amorphe KohlenstoffVerbindung ist. Amorphe KohlenstoffVerbindungen haben den Vorteil, dass sie sowohl sp2-, als auch sp3-Verbindungen aufweisen. Sie bilden somit einen Zwischenzustand zwischen Graphit und Diamant und verbinden oftmals die Härte eines Diamanten und elektrische Eigenschaften eines Graphit miteinander. Dabei können amorphe Kohlenstoffschichten einen spezifischen Widerstand zwischen wenigen kΩcm bis zu mehreren MΩcm aufweisen. Aufgrund der hohen Härte und der Korrosionsfestigkeit und der nachgewiesenen piezoresistiven Eigenschaften der amorphen Kohlenstoffschichten sind diese Materialien sehr gut geeignet, um den piezoresistiven Teil der Beschichtung des plattenförmigen Trägers zu bilden.
Eine vorteilhafte Form der amorphen Kohlenstoffe als Teil der Beschichtung der Wägevorrichtung sind die "Diamond- like Carbon" -Materialien (DLC) . DLC zeichnet sich durch einen hohen spezifischen Widerstand im
MΩcm-Bereich aus . Zum einen weist DLC eine hohe Härte und eine hohe Korrosionsfestigkeit auf, zum anderen kann die Beschichtung bereits bei einer Substrattemperatur (beispielsweise auf dem Träger direkt) von weniger als 1500C erfolgen. Des Weiteren bietet DLC den Vorteil, dass mit einer gezielten Dotierung mit unterschiedlichen Elementen positive Effekte in Bezug auf die Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstands erreicht werden können. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Wägevorrichtung in einem breiten Temperaturbereich eingesetzt werden soll. Des Weiteren ist DLC vorteilhaft, weil es mit Hilfe gängiger Abscheidungsverfahren aufgebracht werden kann. Dabei werden keine speziellen Anforderungen an die Beschichtungsanlagen gestellt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Wägevorrichtung ist es, dass die elektrische Messvorrichtung mit einer informationstechnischen Schnittstelle verbunden ist. Die informationstechnische Schnittstelle stellt eine Schnittstelle zwischen der MessVorrichtung und einer mit der Wägevorrichtung verbindbaren Datenauswerteeinheit dar. Mit Hilfe der informations- technischen Schnittstelle können die durch die Mess- vorrichtung ermittelten Daten in einem standardisier- ten Protokoll vorgehalten werden, so dass die Daten- auswerteeinheiten keine weiteren Modifikationen aufweisen müssen. Dabei ist es unerheblich, ob die Datenauswerteeinheit als Teil der Wägevorrichtung selbst ausgebildet wird oder ob die Datenauswerteein- heit eine externe selbstständige Einheit bildet.
Vorteilhafter Weise ist die informationstechnische Schnittstelle per Funk und/oder per Kabel mit der Datenauswerteeinheit verbindbar bzw. verbunden. Im FaI- Ie einer externen Datenauswerteeinheit muss diese nur noch in die Wägevorrichtung eingesteckt werden, bzw. per Funk mit dieser verbunden werden, um die Messergebnisse, welche in der Messvorrichtung vorgehalten werden, über die informationstechnische Schnittstelle abzurufen. Vorteilhafter Weise besteht die Beschichtung auf dem plattenförmigen Träger aus einem Schichtverbund. Dabei weist mindestens eine Schicht des Schichtverbundes das piezoresistive Material auf. Abhängig von der Wahl des piezoresistiven Materials, als auch des Materials des plattenförmigen Trägers können in dem Schichtverbund weitere Schichten vorhanden sein. Vorteilhafter Weise sind hier Haftverbesserungsschichten zu nennen oder Isolationsschichten, um eine elektri- sehe Isolierung zwischen dem plattenförmigen Träger und der piezoresistiven Schicht herzustellen. Obwohl die vorzugsweise verwendeten piezoresistiven Materialien oftmals sehr hart und korrosionsfest sind, ist vorteilhaft eine zusätzliche Schutzschicht als Teil des Schichtverbundes auszubilden.
Vorteilhafter Weise weist die Beschichtung zudem Dünnschichtelektroden auf. Mit Hilfe von Dünnschichtelektroden können überraschende Effekte erzielt wer- den. Im Falle, dass amorphe Kohlenstoffschichten als piezoresistives Material verwendet werden, lässt sich mit den Dünnschichtelektroden eine klar definierte Kontaktfläche zwischen dem piezoresistiven Material und den Dünnschichtelektroden bilden. Dadurch lassen sich die Messungen der Änderung des spezifischen Widerstands in Abhängigkeit von der mechanischen Belastung in einen Bereich der Kraft-Widerstand-Kennlinie der piezoresistiven Schicht vornehmen, in welchem die Kennlinie des Materials nahezu linear verläuft. Da- durch lässt sich auch der Vorteil erzielen, dass bei der Be- und Entlastung der Wägevorrichtung ein nahezu hysteresefreier Sensor schaffen lässt, d.h. die Kraft-Widerstands-Kennlinie verläuft bei zunehmender und abnehmender Belastung nahezu gleich.
Vorteilhafter Weise kann auf dem mit einer Beschich- tung versehenen plattenförmigen Träger eine Deckplatte aufgebracht werden, welche die Beschichtung des mindestens einen plattenförmigen Trägers zumindest in Teilen überdeckt. Hierdurch lassen sich insbesondere im rauen Industriealltag zusätzliche Schutzeffekte für die Beschichtung erzielen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Wägevorrichtung ist es, dass der mindestens eine plattenförmige Träger auf mindestens einer Seite eine Strukturierung aufweist. Die Strukturierung ist dabei so gewählt, dass auf der mit der Beschichtung versehenen Oberfläche des Trägers Erhebungen aufgebracht sind, wobei zumindest die Erhebungen mit der Be- Schichtung versehen sind. Bei der Belastung der Wägevorrichtung wird primär die Oberfläche der hervorstehenden Strukturierungen belastet, was eine verbesserte Messbarkeit der mechanischen Belastung durch die Beschichtung zufolge hat . Insbesondere in Verbindung mit einer zusätzlichen Deckschicht lässt sich auf diese Weise ein auf einer großen Fläche der Oberseite der Deckplatte aufgebrachtes Gewicht, eine auf eine relativ kleine Fläche die Erhebungen des plattenförmigen Trägers übertragen. Dadurch, dass das aufge- brachte Gewicht auf die kleine Fläche der Erhebungen übertragen wird, erhöht sich der Druck und die Genauigkeit der Messung.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Beschichtung mit dem piezoresistiven Material nur auf der Oberfläche der Erhebungen des plattenförmigen Trägers aufgebracht wird. Im Falle von mehreren Strukturierungen lassen sich die Beschichtungen auf den einzelnen Strukturierungen durch eine verbindende Beschichtung, z. Bsp. in Form eines Streifens, miteinander verbinden. Vorteilhafter Weise ist die Wägevorrichtung so ausgebildet, dass die Oberfläche des plattenförmigen Trägers, welche die Beschichtung aufweist, eine Größe zwischen 200 und 20000 QuadratZentimetern, vorzugsweise von 600 bis 10000 QuadratZentimetern aufweist.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Gewicht einer Wägevorrichtung 100 Kilo, vorzugsweise 50 Kilo nicht übersteigt. Der Vorteil einer derartigen Wägevorrichtung ist es, dass sie leicht transportiert werden kann und in kleinen Behältnissen untergebracht werden kann.
Bei einem erfindungsgemäßen Wägesystem wird mindestens eine Wägevorrichtung und eine Datenauswerteein- heit eingesetzt. Dabei dient die Wägevorrichtung als Wägemodul und die Datenauswerteeinheit als Sammelpunkt für die Messdaten aller verwendeten Wägemodule. Der Vorteil eines derartigen Wägesystems besteht darin, dass es sich aufgrund der geringen Ausmaße beispielsweise im Kofferraum eines PKWs transportieren und schnell auf- und abbauen lässt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Wiegen von
Objekten kommt mindestens eine erfindungsgemäße Wägevorrichtung zum Einsatz. Dabei wird ein zu wiegendes Objekt auf die mindestens eine Wägevorrichtung aufgebracht, so dass alle Auflagepunkte des Objekts auf mindestens einer Wägevorrichtung aufliegen. Nachdem das Objekt auf der Wägevorrichtung aufliegt, werden die Änderungen der elektrischen Eigenschaften des piezoresistiven Materials der belasteten Wägevorrichtungen gemessen und die Messungen zusammengeführt und ausgewertet, um das Gewicht des Objekts zu ermitteln. Der Vorteil eines derartigen Verfahrens liegt darin, dass zwischen einem eventuellen Aufbau des Systems und einem eventuellen Abbau des Systems einschließlich der dazwischen liegenden Messung nur wenige Minuten vergehen können. Es bildet damit Vorteile ge- genüber bisherigen Systemen, welche entweder fest montiert oder nur bedingt transportabel sind.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren nebengeordneten Ansprüchen be- schrieben.
Die erfindungsgemäße Wägevorrichtung, sowie das Wäge- system und das damit verbundene Wiegeverfahren sollen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert wer- den.
Es zeigen:
Figur Ia, b, c: Erfindungsgemäße Wägevorrichtung;
Figur 2a, b, c, : Verschiedene Ausführungen, insbesondere der Beschichtung einer erfindungsgemäßen Wägevorrichtung;
Figur 3a, b: Alternative Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Wägevorrichtung;
Figur 4: Schematischer Aufbau einer erfindungsgemäßen Wägevorrichtung mit Messvorrichtung und informations- technischer Schnittstelle;
Figur 5: Erfindungsgemäßes Wägesystem mit mehreren Wägevorrichtungen und Datenauswerteeinheit .
In der Figur Ia ist eine erfindungsgemäße Wägevorrichtung zu sehen, welche aus einem ebenen, flächi- gen, plattenförmigen Träger 1 und einem darauf aufgebrachten Schichtverbund 2 besteht, wobei die einzelnen Schichten des Schichtverbundes 2 durch Sputtern, Dampfen oder Druckprozesse auf den ebenen Träger 1 aufgebracht werden .
Als Materialien für den plattenförmigen Träger 1 sind vorzugsweise harte Materialien zu wählen, da diese nur in einem geringen Maße komprimierbar sind. Beispielsweise können Stahl oder Verbundwerkstoffe ver- wendet werden. Allerdings kann bei einem geeigneten Aufbau der plattenförmige Träger auch aus weicheren Materialien bestehen, gesetzt den Fall, dass die Wägevorrichtung auf einen harten, ebenen Untergrund gelegt wird.
Die Größe der Wägevorrichtung W ist abhängig von dem zu wiegenden Objekt. Dabei kann eine einzelne Wägevorrichtung W die Größe eines DIN-A4 Blattes oder die Größe bis 2 qm aufweisen. Auch kleinere Wägevorrich- tungen W sind bei entsprechender Nutzung sinnvoll.
In Figur Ib ist die Wägevorrichtung W als rechteckige Form dargestellt, wobei die Form den Messerfolg nicht beeinflusst. Es ist deutlich zu sehen, dass die Wäge- Vorrichtung W über die gesamte Oberfläche hinweg den Schichtverbund 2 aufweist. Aufgrund der flächigen Be- schichtung des unter dem Schichtverbund 2 liegenden plattenförmigen Träger muss eine genaue Positionierung des zu wiegenden Objekts nicht vorgenommen wer- den, da die aus dem Schichtverbund 2 bestehende Sensoranordnung große Teile des plattenförmigen Trägers überdeckt .
In der Figur Ic ist eine einfach zu realisierende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wägevorrichtung W dargestellt. Die Wägevorrichtung W weist eine
Grundplatte 1 auf, auf welcher flächig (wie in Figur Ib dargestellt) ein Schichtverbund 2 mit einer integrierten DLC-Schicht aufgebracht ist. Der Schichtverbund 2 wird von einer Deckplatte 3 vollständig über- deckt. Durch die Sandwichbauweise wird eine verbesserte Schutzwirkung für den Schichtverbund 2 erzielt.
Eine auf die dem Schichtverbund 2 abgewandte Oberfläche der Deckplatte 3 wirkende Belastung wird über die Deckplatte 3 auf den Schichtverbund 2 übertragen und als Widerstandsänderung gemessen. Dabei ist der Druckübertrag auf den Schichtverbund 2 am einfachsten mit Hilfe von steifen Deckplatten und/oder Grundplatten realisierbar.
Eine besonders einfache Ausführung der Wägevorrichtung W der Figur Ic wird erreicht, wenn sowohl die Deckplatte als auch die Grundplatte, wobei beide in etwa die gleiche Größe besitzen, jeweils mit einem Schichtverbund 2 mit einer DLC-Schicht beschichtet sind und die beiden DLC-Schichten direkt aufeinander gelegt werden. Zusätzlich wird noch eine Messvorrichtung zur Messung der Widerstandsänderung mit den Schichtverbünden verbunden.
In den Figuren 2a bis c sind verschiedene Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Schichtverbundes 2 aufgeführt .
In der Figur 2a besteht der Schichtverbund aus einer DLC-Schicht 21, welche auf dem plattenförmigen Träger 1 direkt aufgebracht ist. Die die DLC-Schicht 21 zunehmende Oberfläche des plattenförmigen Trägers 1, ist aus hochpoliertem Stahl und weist nach einer Behandlung keine Verunreinigungen, wie z. Bsp. oxidier- te Oberflächen auf. Auf diese Oberfläche wird die
DLC-Schicht 21 durch plasmagestützte chemische Aufdampfungsverfahren oder physikalische Aufdampfungsverfahren aufgewachsen. Auf der DLC-Schicht 21 ist eine Dünnschichtelektrode 22 aufgebracht. Somit kann die DLC-Schicht 21 durch den metallischen Träger 1 und die Dünnschichtelektrode 22 elektrisch kontaktiert werden.
Als Materialien für den plattenförmigen Träger kommen hierbei insbesondere karbidbildende Metalle in Frage, wie beispielsweise Al, Ti, Cr, Fe, W, Zr und Mo, da auf diesen Metallen eine besonders gute Haftung von amorphen Kohlenstoffschichten erreicht werden kann.
Die auf der DLC-Schicht 21 aufgebrachte Dünnschicht- elektrode 22 besteht in diesem Falle aus Cr/Au und bildet ebenfalls eine gute haftfeste Verbindung mit der DLC-Schicht.
DLC ist ein für das Wiegen von Objekten besonders gut geeignetes Material. Zum einen ist die aufgedampfte Schicht 21 sehr hart, zum anderen inert gegenüber Chemikalien, d.h. insbesondere korrosionsfest. Der Einsatz von anderen amorphen Kohlenstoffschichten ist ebenfalls möglich. Es kommen somit auch Kohlenstoff- schichten in Frage, welche keine WasserstoffVerbindungen aufweisen oder welche zusätzlich zu den Kohlenstoff-Wasserstoffverbindungen mit zusätzlichen Metallen dotiert sind. So besitzen dotierte DLC- Schichten z. Bsp. verbesserte Eigenschaften in Bezug auf die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandskoeffizienten der DLC-Schicht. Eine alternative Ausführungsform des Schichtverbundes 2 ist in Figur 2b gezeigt. Hierbei besteht der plat- tenförmige Träger 1 ebenfalls aus einem leitenden Ma- terial. Direkt auf diesem wird eine Isolationsschicht 23 aufgebracht. Mit Hilfe der Isolationsschicht 23 kann der elektrisch leitfähige Träger von einer zu messenden Widerstandsänderung der DLC-Schicht 21 elektrisch entkoppelt werden. Dabei ist auf die Iso- lationsschicht 23 eine Dünnschichtelektrode 22 aufgebracht, beispielsweise in Form von Cr/Au, auf welche wiederum die DLC-Schicht 21 aufgebracht wird, welche ebenfalls mit einer Dünnschichtelektrode 22 ' kontaktiert wird.
Die in Figur 2b gezeigte Anordnung ist insbesondere dann eine gute Schichtverbundanordnung, wenn der Träger eine sehr viel größere Fläche als der Schichtverbund auf dem Träger einnimmt. Auf diese Weise können durch den Träger auftretende elektrische Verluste (z. Bsp. aufgrund von langen Leitungswegen) vermieden werden, und eine zu messende Spannung bzw. ein zu messender Strom direkt an den Dünnschichtelektroden 22 und 22' abgegriffen werden. Des Weiteren kann mit Hilfe der in den Figuren 2a und 2b abgebildeten Dünnschichtelektroden eine Linearisierung der Kraft- Widerstandskennlinie der DLC-Schicht 21 erreicht werden.
Dadurch, dass die Dünnschichtelektroden 22, 22' eine definierte Kontaktfläche mit der DLC-Schicht aufweisen, kommt es nur in einem geringen Maße zu einem sogenannten Kontaktflächeneffekt. Der Kontaktflächeneffekt tritt insbesondere dann auf, wenn nur Teile der DLC-Schicht mit einem Gewicht belastet werden, d.h. der Druck nur auf einen lokalen Flächenabschnitt der DLC-Schicht wirkt. Dies ist der Normalfall, da die amorphe DLC-Schicht eine gewisse Oberflächenrauigkeit besitzt. Ein die Konturen der DLC-Schicht nicht folgende Elektrode würde also nur die Spitzen der rauen Oberfläche berühren. Mit zunehmender Belastung würde diese Elektrode an die DLC-Schicht angedrückt bis ein vollflächiger Kontakt zwischen Elektrode und DLC- Schicht gegeben ist. In diesem "Andrückbereich" der Kraft-Widerstandskennlinie der DLC-Schicht 21 verän- dert sich der Widerstand der DLC-Schicht bereits bei sehr kleinen Kraftänderungen. Erst wenn der Druck auf die DLC-Schicht 21 derart groß geworden ist, dass e- lastische Deformationen auf der makroskopischen und mikroskopischen Ebene der DLC-Schicht 21 auftreten (d.h. ein vollflächiger Kontakt zwischen Elektrode und DLC-Schicht hergestellt ist) , tritt eine Linearisierung der Kraft-Widerstandskennlinie auf. Da sich mit Hilfe von Dünnschichtelektroden 22, 22' der Oberflächeneffekt nahezu ausschalten lässt (da sich diese an die Konturen der DLC-Schicht bereits beim Auftragen anpassen) , kann nicht nur eine Messung im Bereich des linearen Abschnitts der Kraft-Widerstands- Kennlinie erfolgen, sondern auch eine hysteresefreie Be- und Entlastung der durch den Schichtverbund 2 ge- bildeten Sensoranordnung, was wiederum die Messung der Widerstandsänderung stark vereinfacht.
In Figur 2c ist eine weitere Ausführungsform des Schichtverbundes 2 aufgeführt. In der Figur 2c be- steht der plattenförmige Träger aus einem harten, isolierendem Material. Auf das isolierende Material wird eine Dünnschichtelektrode 22 aufgebracht. Dabei besteht die Dünnschichtelektrode 22 aus einem Material, welches nicht im erwünschten Maße mit der DLC- Schicht 21 verbunden werden kann. Zu diesem Zweck wird eine Haftverbesserungsschicht 24 aufgebracht, welche beispielsweise aus Übergangsmetallen wie Chrom oder Titan besteht. Mit Hilfe der Haftverbesserungs- schicht 24 kann die DLC-Schicht 21 haftfest auf dem Schichtverbund 2 aufgebracht und mit den Dünnschicht- elektroden 22, 22' verbunden werden. Dies ist insbesondere bei der Verbesserung der Leitfähigkeit von Kontaktierungen mit Silber oder Gold eine sinnvolle Maßnahme .
Auf die DLC-Schicht 21 wird eine weitere Haftverbesserungsschicht 24' aufgebracht, auf welcher wiederum eine Dünnschichtelektrode 22' aufgebracht wird. Der Schichtverbund wird abgeschlossen durch eine Isolationsschicht 23 ' , welche den darunterliegenden Schicht- verbünd zum einen gegenüber äußeren Einflüssen elektrisch isolieren soll, zum anderen einen verbesserten Schutz für die Dünnschichtelektrode 22' bildet.
In den Figuren Ia und 2a bis 2c sind die verschiede- nen Schichten des Schichtverbundes 2 nicht maßstabs- getreu dargestellt. Die DLC-Schicht kann eine Dicke von 0,01 bis 20 Mikrometer aufweisen, vorzugsweise von 3 bis 6 Mikrometer. Die Haftverbesserungsschicht 24, 24' muss nicht dicker als einige 10 bis 100 Nano- meter (abhängig von der Dicke der DLC-Schicht) sein, um eine verbesserte Haftung von DLC-Schicht und Dünnschichtelektrode bzw. Träger zu erreichen. Im Bereich der Dünnschichtelektroden sind verschiedene Dicken denkbar, welche je nach Material zwischen 0,02 und 20 Mikrometer ausfallen können.
In den Figuren 3a, b wird eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wägevorrichtung dargestellt. In Figur 3a ist ein plattenförmiger Träger 1 zu sehen, welche eine als Fortsätze 11, 11' ausgebildeter Strukturierung aufweist. Dabei ist jeweils ein Schichtverbund, wobei unterschiedliche Schichtverbunde über elektrische Kontaktierungen miteinander verbunden sein können auf der Oberfläche der Fortsätze 11, 11' aufgebracht. Auf dem Schichtverbund auf- liegend befindet sich eine Deckplatte 3. Die Deckplatte 3 in Verbindung mit den Fortsätzen 11, II1, und den darauf aufliegenden Schichtverbünden 2, 2' hat zur Folge, dass ein Druck, welcher auf die dem Schichtverbund abgewandte Seite der Deckplatte 3 auf- gebracht wird auf die Schichtverbunde 2, 2' übertragen wird. Auf diese Art und Weise kann der Schicht- verbünd in sehr effizienter und sparsamer Weise auf den plattenförmigen Träger aufgebracht werden, ohne die Messgenauigkeit beim Wiegen zu schmälern.
Die Schichtverbünde 2, 21 stellen definierte Kontaktflächen dar, auf welchen ein auf die Deckplatte 3 aufgebrachter Druck gemessen werden kann. Da die meisten amorphen Kohlenstoffschichten und insbesonde- re DLC-Schichten einen Druck messen, ist es vorteilhaft, wenn eine großflächig auf der der DLC-Schicht abgewandten Seite der Deckplatte 3 aufgebrachtes Gewicht nur auf wenigen Fortsätzen 11, II1 aufgebracht wird.
In der Figur 3b ist die Anordnung der Figur 3a in Aufsicht zu sehen. Dabei ist die Deckplatte 3 gezeigt und durch die schraffierten Linien drei stempelartige auf der Unterseite der Deckplatte 3 befindliche Fort- Sätzen 11, 11', II1 1. Zwischen den Fortsätzen 11,
11', II1' und der Deckplatte 3 befindet sich jeweils ein Schichtverbund 2, 2', 21 1. Es ist möglich, dass die Schichtverbünde 2, 2', 21 1 auf direktem Wege, d.h. durch einen zwischen den Fortsätzen 11, 11' und II1 1 aufgebrachten schmalen Schichtverbundstreifen miteinander verbunden werden. Die Strukturierung mit Hilfe der Fortsätze 11, II1 und 11' ' kann dabei an die Einsatzgebiete der Wägevorrichtung angepasst werden. So können die Fortsätze 11, 11', II'1 auch rechteckig oder als Streifen oder als Kegel ausgebildet sein, wenn dies sich durch das zu wiegende Objekt anbietet. Die Schichtverbünde sind dabei zumindest auf den Fortsätzen angeordnet.
In der Figur 4 ist eine Wiegevorrichtung W gezeigt, wobei die Dünnschichtelektroden 22, 22' des Schichtverbundes 2 mit einer Messanordnung 4 über die Kontaktierungen 5 verbunden sind. Mit Hilfe der Messanordnung 4 kann mit Hilfe einer Spannungsquelle bzw. einer Stromquelle die aufgrund eines aufgebrachten Druckes F induzierte Widerstandsänderung der DLC- Schicht 21 über ein weiteres zugeschaltetes Messgerät, welches innerhalb der Messanordnung 4 angeordnet ist, gemessen werden. Ob in der Messeinheit Strom o- der Spannung gemessen wird, hängt davon ab, ob die amorphe KohlenstoffSchicht 21 einen sehr hohen oder einen sehr niedrigen spezifischen Widerstand aufweist .
Die Messanordnung 4 kann dabei innerhalb des platten- förmigen Trägers 1 untergebracht sein. Die Messanordnung 4 kann jedoch auch als zusätzliches Modul ausgebildet werden, welches abnehmbar gestaltet wird und somit eine verbesserte Wartung durch den Benutzer zu- lässt. Eine Möglichkeit zur Auswertung des Messergebnisses besteht darin, dass in der Messanordnung 4 ein Messgerät die Spannungs- oder Stromänderung optisch darstellt, so dass der Benutzer diesen Wert ablesen kann und in eine Datenauswerteeinheit übertragen kann. Die Datenauswerteeinheit kann natürlich auch in Verbindung mit der Messanordnung 4 ausgeführt werden, so dass das Messergebnis der Messanordnung 4 direkt in einen Gewichtswert umgesetzt wird, welcher dann an der einzelnen Wägevorrichtung abgelesen werden kann.
In der Figur 4 ist die Messanordnung 4 mit einer informationstechnischen Schnittstelle 6 verbunden. Der informationstechnischen Schnittstelle 6 kommt dabei die Aufgabe zugute, die durch die Messanordnung 4 gemessenen Daten derart aufbereitet vorzuhalten, dass diese durch gängige Datenübertragungsverfahren in eine Datenauswerteinheit, welche in der Wägevorrichtung W oder extern an der Wägevorrichtung W ausgeführt ist übertragen werden kann.
In Figur 5 ist ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Wägesystem mit vier Wägevorrichtungen W, W1, W1 1, W" und einer Datenauswerteeinheit 7 gezeigt. Dabei sind die Wägevorrichtungen W, W1, W1 1, W'1 1 über die jeweilige informationstechnische Schnittstelle 5, 5', 5' ' , 5' ' ■ mit der Datenauswerteeinheit 7 verbunden.
Die Verbindungen 8 können dabei per Kabel oder kabel- los von statten gehen. Auch ein manuelles Ausleseverfahren der Messdaten der Wägevorrichtungen W, W1, W1 ■ , W1 ' ' ist bei einer entsprechenden Vorrichtung an den Wägevorrichtungen möglich.
Bei dem erfindungsgemäßen Wägesystem wird beispielsweise ein Lastkraftwagen mit zwei Achsen derart auf die Wägevorrichtungen W, W1 , W1 ' , W" gefahren, so dass alle Reifen direkt auf einer Wägevorrichtung zum
Stehen kommen. Über die Messung der Änderung des elektrischen Widerstands der einzelnen piezoresiziven Schichten der Wägevorrichtungen werden in einer Datenauswerteeinheit 7 das Gesamtgewicht des Lastkraft- wagens ermittelt. Dabei können sowohl die rohen Messdaten der Messvorrichtung 4, als auch bereits ausge- wertete Daten (mit einer internen Datenauswerteein- heit der Wägevorrichtungen W, W , W ' , W ' ' ) in der Datenauswerteeinheit 7 errechnet und dargestellt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die einzelnen Wägevorrichtungen W, W1 , W1 ' , W " in geeigneten räumlichen Abständen voneinander positioniert und so ausgerichtet, dass beispielsweise ein Kraftwagen oder ein Flugzeug so auf die Wägevorrichtung fahren können, dass das gesamte Gewicht durch die mehreren oder nur durch eine einzelne Wägevorrichtung erfasst wird. Nachdem das Objekt auf den einzelnen Wägevorrichtungen positioniert worden ist, werden die elekt- rischen Widerstandsänderungen der einzelnen Wägevorrichtungen in der Datenauswerteeinheit 7 zusammengeführt und errechnet .
Mit den erfindungsgemäßen Wägevorrichtungen und dem erfindungsgemäßen Wägesystem wird also ein modulares, transportables Hochlastwägesystem geschaffen. Dabei ist die besonders geringe Bauhöhe (im Zentimeterbereich oder kleiner) der einzelnen Wägevorrichtungen W, W1 , W1 ■ , W" von Vorteil. Aufgrund der eingesetz- ten Materialien der Wägevorrichtung und der eingesetzten Größen wird ein System geschaffen, welches leicht im Kofferraum eines PkW transportiert werden kann. Es bietet sich damit insbesondere bei der Überwachung im Straßenverkehr und der Kontrolle von zu- lässigen Höchstgewichten an.
Eine weitere Verwendung ist im Bereich der Messung von Lastverteilungen möglich. Da das auf jeden Auflagepunkt eines zu messenden Objekts wirkende Gewicht ermittelt werden kann, kann eine Unwucht erzeugende
Lastverteilung (z. Bsp. Beladung eines LKW) vermieden und so die Verkehrssicherheit erhöht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Wägevorrichtung mit einer Sensoranordnung zum Umwandeln einer mechanischen Belastung in ein elektrisches Signal und einer Messvorrichtung zur Messung des elektrischen Signals, wobei die Sensoranordnung auf einem plattenförmigen Träger angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der plattenförmige Träger (1) eine Be- schichtung (2) mit einem piezoresistiven Materi- al (21) aufweist, welches unter mechanischer Belastung seinen elektrischen Widerstand ändert .
2. WägeVorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das pie- zoresistive Material (21) eine amorphe Kohlen- StoffVerbindung ist.
3. Wägevorrichtung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe KohlenstoffVerbindung Wasserstoffhaltige Formationen (DLC) aufweist.
4. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Träger (1) mindestens eine informationstechnische Schnittstelle (6) aufweist, wobei die informationstechnische Schnittstelle
(6) mit der elektrischen Messvorrichtung (4) verbunden ist, und die informationstechnische
Schnittstelle (6) mit einer Datenauswerteinheit
(7) verbindbar ist.
5. Wägevorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die informationstechnische Schnittstelle (6) per Funk und/oder Kabel mit der Datenauswerteinheit (7) verbindbar ist.
6. Wägevorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Datenauswerteeinheit (7) in dem plattenförmigen Träger angeordnet ist .
7. WägeVorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Be- Schichtung (2) aus einem Schichtverbund (2) besteht und mindestens eine Schicht (21, 22, 22', 23, 24, 24') des Schichtverbunds das piezore- sistive Material (21) aufweist.
8. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Be- schichtung (2) Dünnschichtelektroden (22, 22') aufweist .
9. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem plattenförmigen Träger (1) abgewandten Oberfläche der Beschichtung (2) eine Deckplatte (3) aufgebracht ist, welche die Beschichtung (2) zumindest in Teilen überdeckt.
10. Wägevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Deckplatte eine Beschichtung mit einem piezoresistiven Material aufweist.
11. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine plattenförmige Träger (1) aus einem flexiblen Material besteht.
12. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine plattenförmige Träger (1) und/oder die Beschichtung (2) auf mindestens einer Seite eine Strukturierung (11, 11', II1 1) aufweist.
13. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine plattenförmige Träger (1) eine Dicke von weniger als 10 cm und/oder eine flächige Ausdehnung von weniger als 2 m2 und/oder ein Gewicht von weniger als 100 kg aufweist.
14. Wägesystem, welches eine Datenauswerteeinheit (7) und mindestens eine Wägevorrichtung (W) als
Wiegemodul zum Wiegen von Objekten umfasst, wo- bei das Objekt mindestens einen Auflagepunkt besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wägevorrichtung (W) einem der Ansprüche 1-12 genügt.
15. Wägesystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten der mindestens ei- nen Wägevorrichtung (W) in der Datenauswerteeinheit (7) vorgehalten sind und die Datenauswerteeinheit (7) das Gewicht eines auf der mindestens einen Wägevorrichtung (W) befindlichen Objekts errechnet .
16. Verfahren zum Wiegen von Objekten, welches mindestens eine Wägevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Wiegemodul aufweist, welches folgende Schritte umfasst:
a) Aufbringen eines zu wiegenden Objekts auf die mindestens eine Wägevorrichtung (W, W1, W11, W1 ' ') , so dass alle Auflagepunkte des Objekts auf einer Wägevorrichtung aufliegen; b) Messen der Änderungen der elektrischen Eigenschaften des piezoresistiven Materials der belasteten Wägevorrichtungen (W, W1 , W1 ' , W1"); c) Ermittlung des Gewichts des Objekts aus den einzelnen Messungen der elektrischen Eigenschaften je Wägevorrichtung.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen eines Objekts auf die mindestens eine Wägevorrichtung (W, W, W11, W1'1), die mindestens eine Wägevorrichtung ausgelegt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Messen der elektrischen Eigenschaften der mindestens einen Wägevorrichtung (W, W1 , W11, W ' ') , die Messwerte per Kabel und/oder per Funk an eine Datenaus- Werteeinheit (7) übertragen werden.
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