WO2011124429A1 - Elastomerprodukt, insbesondere luftfeder mit einem balg, mit einem elektrischen bauteil - Google Patents

Elastomerprodukt, insbesondere luftfeder mit einem balg, mit einem elektrischen bauteil Download PDF

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WO2011124429A1
WO2011124429A1 PCT/EP2011/053257 EP2011053257W WO2011124429A1 WO 2011124429 A1 WO2011124429 A1 WO 2011124429A1 EP 2011053257 W EP2011053257 W EP 2011053257W WO 2011124429 A1 WO2011124429 A1 WO 2011124429A1
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elastomer
carrier material
component
electrical
product
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PCT/EP2011/053257
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Siegfried Reck
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Contitech Luftfedersysteme Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/3292—Sensor arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/02—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum
    • F16F9/04—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum in a chamber with a flexible wall
    • F16F9/0409—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum in a chamber with a flexible wall characterised by the wall structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor

Definitions

  • the invention relates to an elastomer product with an elastomer component, in particular an air spring with a bellows, in the elastomer component of which an electrical component is embedded that contains at least one electrical conductor.
  • the invention further relates to a process for producing such an elastomer product.
  • electrical component is understood to mean a component which contains electrical and / or electronic components.
  • Elastomeric products in the elastomeric component of which an electrical component is embedded, have long been known from the prior art.
  • a conveyor belt is known in the cover layer for monitoring purposes, an electrically conductive loop is embedded. The loop is sewn onto a carrier fabric which is embedded in the cover layer of the conveyor belt.
  • transponder From DE 195 44 856 Cl it is known to provide in the cover layer of a conveyor belt for monitoring purposes transponder, which are arranged to protect against mechanical stress in a separate flat body having a high tensile strength and high bending ability.
  • the invention has for its object to provide an elastomeric product, in the elastomeric component, an electrical component is embedded, which can be arranged in any areas of the elastomeric component and has a simple structure, and which is not destroyed in use of the elastomeric product and not to destruction of
  • Elastomer product leads.
  • the invention is further based on the object to provide a method for producing such an elastomeric product.
  • the object is achieved according to the characterizing features of claim 1, characterized in that the electrical component is located on a substrate and the electrical conductor formed elastically stretchable and with the carrier material is connected and that the carrier material is materially connected to the surrounding elastomer of the elastomeric component.
  • An advantage of the invention is the fact that the electrical or electronic
  • Component can be arranged in any areas of the elastomer of the elastomer component, since the carrier material cohesively connects to the surrounding elastomer of the elastomer component.
  • the carrier material of the electrical component thus becomes an integral part of the elastomer and does not act in the elastomeric component
  • the elastomeric product is not destroyed by the electrical component. Destruction of the electrical component is prevented in that the electrical interconnects are designed to be elastically stretchable and thus can follow the strains of the elastomer in the manufacture or use of the elastomer product.
  • a further advantage of the invention lies in the fact that the electrical component can be prefabricated on the carrier material and can be easily introduced into the elastomer component in the production of the elastomer product.
  • the carrier material is elastically extensible.
  • the carrier material can follow the strains of the surrounding elastomer well. Thus, a working out of the carrier material from the surrounding elastomer is additionally prevented.
  • the carrier material is a film of small thickness, which consists of a low-melting plastic.
  • a film of small thickness is to be understood here and below as meaning a film which is thinner than 1 mm and whose thickness is preferably between 20 ⁇ m and 200 ⁇ m.
  • a low-melting plastic is understood here and below as meaning a plastic whose melting temperature is substantially smaller than that
  • Vulcanization temperature at which the elastomer of the elastomer component is vulcanized Preferably, the melting temperature of the plastic is between 50 ° C and 90 ° C at a vulcanization temperature of about 200 ° C.
  • the slide can be off
  • Copolyamide or Ethylenvenylacetat exist.
  • the advantage of this development is the fact that due to the small thickness and due to the low melting temperature of the vulcanization of the elastomer, the carrier quickly and easily bonds with the surrounding elastomer and almost “dissolves" in the surrounding elastomer electrical component remain in the elastomer so almost exclusively the electrical traces of the component, due to their small size and elastic elasticity not as
  • the carrier material of the same elastomer as the elastomer component, in which the carrier material is embedded is the fact that the carrier material has the same material properties as the surrounding elastomer, so that it combines particularly well with the vulcanization of the elastomer and is not a foreign body in the elastomer.
  • Another advantage of the development is the fact that can be dispensed with a formation of the carrier material in the form of a film of small thickness and therefore the carrier material is easy to handle and insensitive in the incorporation into the elastomer.
  • Another advantage of the development is the fact that the tackiness of the carrier material and the tackiness of the elastomer can be used to securely fix the electrical component in the production of the elastomer component in its position.
  • the conductor is punctiform connected to the carrier material.
  • the advantage of this development is the fact that the connection between the substrate and the electrical conductor is locally limited and thus can not or only slightly act as a foreign body in the surrounding elastomer.
  • the conductor is connected to the carrier material via a textile connection method or with the
  • the backing material is preferably made of a fabric. Sewing and embroidering are suitable as textile joining methods.
  • the trace can be in the
  • the component includes a plurality of conductor tracks, which are connected to an electrically conductive adhesive.
  • the advantage of this development is the fact that the electrically conductive adhesive can be used on the one hand for connecting the electrical conductor tracks and on the other hand for connecting each individual electrical conductor to the carrier material and thus assumes a dual function.
  • a transponder is arranged on the carrier material, wherein the conductor tracks are electrically coupled to the transponder.
  • the electrical conductor can be used as an antenna for coupling to an ultrahigh-frequency transponder or as a conductor loop for an inductively coupled one
  • Transponder be designed.
  • the advantage of this development is the fact that the electrical component can store, receive and send information with the aid of the transponder.
  • the electrical component can be formed by means of the transponder as a sensor, with the e.g. the temperature in the elastomer can be measured.
  • the electrical component is designed as a sensor with which the dielectric constant of the elastomer is measurable.
  • the dielectric constant of the elastomer changes over time as a function of the stresses acting on the elastomer product.
  • the electrical component is designed as an LC resonant circuit.
  • the advantage of this development is the fact that the LC resonant circuit can be excited in a simple way from the outside, so that after excitation, the dielectric constant can be easily determined. This makes it possible to estimate the dielectric constant and the remaining lifetime of the elastomer product during maintenance work of the elastomer product.
  • the electrical component of two spiral-shaped electrical conductor tracks which are wound into each other and cross-electrically connected to each other (and so form an LC resonant circuit).
  • the conductor tracks each consist of an electrical core, which is wound helically by a metallic conductor.
  • the metallic conductor is preferably made of aluminum or stainless steel, since both materials do not react chemically with the latter when introduced into the elastomer and therefore their electrical conductivity is maintained.
  • 3 shows an electrical component with a transponder
  • 4 shows an electrical component in the form of an LC resonant circuit
  • FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram of the LC resonant circuit shown in FIG. 4, FIG.
  • Fig. 6 shows a detail of an electrical conductor track.
  • the invention will be explained with reference to an elastomer product in the form of an air spring 2 for a motor vehicle with an elastomer component in the form of a bellows 4.
  • the bellows 4 is fixed at its upper end by means of a clamping ring 6 on the cover 8 and at its lower end with a clamping ring 10 on the rolling piston 12 of the air spring.
  • an electrical component 14 is embedded such that it is completely surrounded on all sides by the elastomer of the bellows 4.
  • the electrical component is located in a region of the bellows, which rolls on the rolling piston 12 and is thus exposed to special loads.
  • the electrical component 14 is arranged on a carrier material 16 and connected thereto.
  • the carrier material 16 with the electrical component 14 located thereon is embedded in the elastomer of the bellows 4 before the vulcanization of the bellows 4.
  • Fig. 2 shows an electrical component 14 in plan view.
  • the electrical component 14 is arranged on a carrier material 16 and the electrical conductor tracks 20.1 to 20.11 are elastically stretchable and point-connected to the carrier material. This is done with the aid of an electrically conductive adhesive 22, on the one hand electrically conductive interconnects the electrical conductors 20.1 to 20.11 and on the other hand, the individual interconnects 20.1 to 20.11 bonded to the substrate 16.
  • the carrier material it is possible to form the carrier material as a fabric and to connect the electrical conductor tracks 20.1 to 20.11 via a textile connection method, eg by sewing or embroidering, with the carrier material 16.
  • the electrical conductors 20.1 to 20.11 may also be formed as electrically conductive threads in the tissue.
  • the printed conductors 20.1 to 20.11 form an electrically conductive coil whose ends 24 and 26 are electrically conductively connected to a transponder 28.
  • the end 26 is connected via an electrical conductor 30 to the transponder, which is guided over the electrical conductors 20.3 and 20.7.
  • all interconnects may be provided to the outside with an electrically insulating coating.
  • the carrier material 16 for the electrical component 14 may be a film of small thickness, which consists of a low-melting plastic.
  • the thickness d of the film (see also Fig. Lb) is less than 1mm and is preferably between
  • the carrier material 16 for the electrical component 14 consists of the same elastomer as the bellows 4 (see FIG. 1b).
  • the electrical component which is arranged on a carrier material 16, in plan view.
  • the electrical component consists of a conductor 20 and a transponder 28.
  • the electrical conductor is designed as an antenna, via which the transponder 28 can be supplied from an ultra-high frequency electric field with electrical energy.
  • the carrier material 16 and the connection of the electrical conductor track 20 with the carrier material 16 reference is made to the statements relating to FIG. 2.
  • the sensor is designed as an LC resonant circuit.
  • the sensor two spiral-shaped electrical conductor tracks 32 and 34, wherein the two spirals 32, 34 are wound into each other.
  • the spirals 32, 34 are cross-connected electrically, that is, the inner end 36 of the coil 32 with the outer end 38 of the coil 34 and the inner end 40 of the coil 34 with the outer end 42 of the spiral 32 is connected.
  • the said connections are made via electrical conductors 44 and 46.
  • the two spirals 32, 34 thus each form an electrical coil and a capacitor between which
  • the electrical component 14 is designed as a sensor with which the dielectric constant of the elastomer 18 can be measured (see also Fig. 1b)
  • Fig. 5 shows the equivalent circuit of the two intertwined spirals 32, 34 shown in Fig. 4.
  • the two spirals 32, 34 can be represented as two series-connected coils 48, 50, to which a capacitor 52 and a resistor 54 in parallel is switched.
  • the LC resonant circuit shown in FIG. 5 can be inductively coupled from the outside to a second excited LC resonant circuit. Then, the oscillation circuit shown in Fig. 5 is excited to forced vibrations. A resonance between the two oscillating circuits occurs when the resonant circuit shown in FIG. 5 is excited at a frequency which corresponds to the natural frequency coo of the resonant circuit shown
  • Dielectric constant can be determined. This changes over time and allows conclusions about the state and the remaining life of the elastomer 18, by which the electrical component 14 is surrounded (see Fig. Lb).
  • the electrical conductor 20 consists of an elastic core 56, which is wound helically by a metallic conductor 58.
  • the metallic conductor can be externally provided with an electrically insulating layer, if necessary to avoid electrical short circuit is necessary. All of the electrical conductor tracks mentioned in connection with FIGS. 1 to 5 can be constructed as shown in FIG.

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Abstract

Elastomerprodukt (2) mit einem Elastomerbauteil (4), insbesondere Luftfeder (2) mit einem Balg (4), in dessen Elastomerbauteil (4) ein elektrisches Bauteil (14) eingebettet ist, das mindestens eine elektrische Leiterbahn (20, 30, 32, 34, 44, 46) enthält, wobei sich das elektrische Bauteil (14) auf einem Trägermaterial (16) befindet und die elektrische Leiterbahn (20, 30, 32, 34, 44, 46) elastisch dehnbar ausgebildet und mit dem Trägermaterial (16) verbunden ist und wobei das Trägermaterial (16) stoffschlüssig mit dem umgebenden Elastomer (18) des Elastomerbauteils (4) verbunden ist.

Description

Beschreibung
Elastomerprodukt, insbesondere Luftfeder mit einem Balg, mit einem elektrischen Bauteil Die Erfindung betrifft ein Elastomerprodukt mit einem Elastomerbauteil, insbesondere eine Luftfeder mit einem Balg, in dessen Elastomerbauteil ein elektrisches Bauteil eingebettet ist, das mindestens eine elektrische Leiterbahn enthält. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Elastomerproduktes. Hier und im Folgenden ist unter der Bezeichnung„elektrisches Bauteil" ein Bauteil zu verstehen, das elektrische und/oder elektronische Komponenten enthält.
Elastomerprodukte, in deren Elastomerbauteil ein elektrisches Bauteil eingebettet ist, sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. So ist z.B. aus der DE 198 31 854 C2 ein Fördergurt bekannt, in dessen Deckschicht zu Überwachungszwecken eine elektrisch leitfähige Schleife eingebettet ist. Die Schleife ist auf ein Trägergewebe genäht, das in die Deckschicht des Fördergurtes eingebettet wird. Aus der DE 195 44 856 Cl ist es bekannt, in der Deckschicht eines Fördergurtes zu Überwachungszwecken Transponder vorzusehen, die zum Schutz vor mechanischen Belastungen in einem separaten flachen Körper angeordnet sind, der eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Biegefähigkeit aufweist. Die aus den genannten Druckschriften bekannten elektrischen Bauteile sind zur Einbettung in die Deckschicht eines Fördergurtes geeignet, da diese bei der Herstellung und dem späteren Einsatz des Fördergurtes wenig gedehnt wird und nur geringen dynamischen Belastungen ausgesetzt ist. Ferner weist die Deckschicht eines Fördergurtes eine große Dicke auf, so dass die Bauteile in der Deckschicht einerseits gut vor mechanischen
Belastungen geschützt sind und die Deckschicht andererseits nicht leicht beschädigen können. Die Bauteile ließen sich auch bei anderen Elastomerprodukten in Bereichen einsetzten, die nur geringfügig gedehnt werden und nur geringen dynamischen
Belastungen ausgesetzt sind. Es ist jedoch festzustellen, dass die Bauteile nicht geeignet sind, um in Bereiche des Elastomerbauteils eines Elastomerproduktes eingesetzt zu werden, die stark gedehnt werden und im Einsatz hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt sind. Dies gilt verstärkt, wenn das Elatomerbauteil aufgrund einer geringen Dicke empfindlich ist. So sind die aus den genannten Druckschriften bekannten Bauteile z.B. nicht dazu geeignet, in dem Bereich des Balges einer Luftfeder angeordnet zu werden, der auf dem Abrollkolben der Luftfeder abrollt, da dieser Bereich aufgrund der geringen Dicke empfindlich ist und großen Dehnungen und dynamischen Belastungen ausgesetzt ist. Sowohl das aus der DE 198 31 854 C2 bekannte Trägergewebe mit der Leiterschleife als auch der aus der DE 195 44 856 Cl bekannte Körper mit dem Transponder würden sich bei den hohen dynamischen Belastungen des Balges aus diesem herausarbeiten. Dies würde zu einer Zerstörung der Luftfeder führen. Das Einbringen eines elektrischen Bauteils in den Bereich des Elastomerbauteils eines Elastomerproduktes, der besonders stark gedehnt und/oder besonders hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt ist, ist jedoch von besonderem Interesse, um in diesem belasteten Bereich Messungen von physikalischen Größen vorzunehmen (wie z.B. der Temperatur, des Druckes oder der Dielektrizitätskonstanten), die Rückschlüsse auf den Zustand und die Lebensdauer des Elastomerbauteils zulassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elastomerprodukt zu schaffen, in dessen Elastomerbauteil ein elektrisches Bauteil eingebettet ist, das in beliebigen Bereichen des Elastomerbauteils angeordnet sein kann und einen einfachen Aufbau aufweist, und das im Einsatz des Elastomerproduktes nicht zerstört wird und nicht zu einer Zerstörung des
Elastomerproduktes führt. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Elastomerproduktes zu schaffen.
Die Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass sich das elektrische Bauteil auf einem Trägermaterial befindet und die elektrische Leiterbahn elastisch dehnbar ausgebildet und mit dem Trägermaterial verbunden ist und dass das Trägermaterial stoffschlüssig mit dem umgebenen Elastomer des Elastomerbauteils verbunden ist. Die Aufgabe wird ebenfalss durch den
nebengeordneten Anspruch 13 gelöst. Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das elektrische bzw. elektronische
Bauteil in beliebigen Bereichen des Elastomers des Elastomerbauteils angeordnet werden kann, da sich das Trägermaterial stoffschlüssig mit dem umgebenen Elastomer des Elastomerbauteils verbindet. Das Trägermaterial des elektrischen Bauteils wird somit integraler Bestandteil des Elastomers und wirkt in dem Elastomerbauteil nicht als
Fremdkörper, der sich im Einsatz des Elastomerproduktes aus dem Elastomer
herausarbeiten könnte. Daher wird das Elastomerprodukt durch das elektrische Bauteil nicht zerstört. Eine Zerstörung des elektrischen Bauteils wird dadurch verhindert, dass die elektrischen Leiterbahnen elastisch dehnbar ausgebildet sind und somit den Dehnungen des Elastomers bei der Herstellung bzw. im Einsatz des Elastomerproduktes folgen können. Ein weiter Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das elektrische Bauteil auf dem Trägermaterial vorkonfektioniert und bei der Herstellung des Elastomerproduktes einfach in das Elastomerbauteil eingebracht werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist das Trägermaterial elastisch dehnbar. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass das
Trägermaterial den Dehnungen des umgebenen Elastomers gut folgen kann. Somit ist einem Herausarbeiten des Trägermaterials aus dem umgebenen Elastomer zusätzlich vorgebeugt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 ist das Trägermaterial eine Folie geringer Dicke, die aus einem niedrig schmelzenden Kunststoff besteht. Unter einer Folie geringer Dicke ist hier und im Folgenden eine Folie zu verstehen, die dünner als 1 mm ist, und deren Dicke vorzugsweise zwischen 20 μιη und 200 μιη liegt. Ferner wird unter einem niedrig schmelzenden Kunststoff hier und im Folgenden ein Kunststoff verstanden, dessen Schmelztemperatur wesentlich kleiner ist als die
Vulkanisationstemperatur, bei der das Elastomer des Elastomerbauteils vulkanisiert wird. Vorzugsweise liegt die Schmelztemperatur des Kunststoffes zwischen 50°C und 90°C bei einer Vulkanisationstemperatur von ca. 200°C. Die Folie kann beispielsweise aus
Copolyamid oder Ethylenvenylacetat bestehen. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass sich das Trägermaterial aufgrund der geringen Dicke und aufgrund der niedrigen Schmelztemperatur bei der Vulkanisation des Elastomers schnell und einfach stoffschlüssig mit dem umgebenen Elastomer verbindet und sich in dem umgebenen Elastomer nahezu„auflöst". Nach Einbau des elektrischen Bauteils in das Elastomer verbleiben also nahezu ausschließlich die elektrischen Leiterbahnen des Bauteils, die aufgrund ihrer geringen Ausdehnung und ihrer elastischen Dehnbarkeit nicht als
Fremdkörper in dem Elastomer des Elastomerbauteils wirken.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 besteht das Trägermaterial aus dem gleichen Elastomer wie das Elastomerbauteil, in das das Trägermaterial eingebettet ist. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass das Trägermaterial die gleichen Stoffeigenschaften hat wie das umgebende Elastomer, so dass es sich bei der Vulkanisation des Elastomers besonders gut mit diesem verbindet und kein Fremdkörper in dem Elastomer darstellt. Ein weiterer Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass auf eine Ausbildung des Trägermaterials in Form einer Folie geringer Dicke verzichtet werden kann und das Trägermaterial daher einfach zu handhaben und unempfindlich bei der Einarbeitung in das Elastomer ist. Ein weiterer Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Klebrigkeit des Trägermaterials und die Klebrigkeit des Elastomers dazu genutzt werden kann, um das elektrische Bauteil bei der Herstellung des Elastomerbauteils sicher in seiner Lage zu fixieren.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 ist die Leiterbahn punktförmig mit dem Trägermaterial verbunden. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Verbindung zwischen dem Trägermaterial und der elektrischen Leiterbahn lokal begrenzt ist und somit nicht oder nur geringfügig als Fremdkörper in dem umgebenen Elastomer wirken kann. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 ist die Leiterbahn mit dem Trägermaterial über ein textiles Verbindungsverfahren verbunden oder mit dem
Trägermaterial verklebt. Wenn ein textiles Verbindungsverfahren gewählt wird, wird das Trägermaterial bevorzugt aus einem Gewebe hergestellt. Als textile Verbindungsverfahren kommen Nähen und Sticken in Frage. Alternativ kann die Leiterbahn kann in das
Trägermaterial eingewebt sein. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist, dass die genannten Verbindungsverfahren einfach herzustellen sind und punktförmig ausgebildet werden können. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 enthält das Bauteil mehrere Leiterbahnen, die mit einem elektrisch leitfähigen Kleber verbunden sind. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der elektrisch leitfähige Kleber einerseits zum Verbinden der elektrischen Leiterbahnen und andererseits zum Verbinden jeder einzelnen elektrischen Leiterbahn mit dem Trägermaterial genutzt werden kann und somit eine Doppelfunktion übernimmt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 ist auf dem Trägermaterial ein Transponder angeordnet, wobei die Leiterbahnen mit dem Transponder elektrisch gekoppelt sind. Dabei kann die elektrische Leiterbahn als Antenne zur Kopplung an einen Ultrahochfrequenztransponder oder als Leiterschleife für einen induktiv gekoppelten
Transponder ausgebildet sein. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass das elektrische Bauteil mit Hilfe des Transponders Informationen speichern, empfangen und senden kann. Darüber hinaus kann das elektrische Bauteil mit Hilfe des Transponders als Sensor ausgebildet werden, mit dem z.B. die Temperatur in dem Elastomer gemessen werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 9 ist das elektrische Bauteil als Sensor ausgebildet, mit dem die Dielektrizitätskonstante des Elastomers messbar ist. Die Dielektrizitätskonstante des Elastomers verändert sich im Laufe der Zeit in Abhängigkeit von den Belastungen, die auf das Elastomerprodukt einwirken. Der Vorteil der
Weiterbildung ist also darin zu sehen, dass nach Messung der Dielektrizitätskonstante abgeschätzt werden kann, welche Belastungen auf das Elastomerprodukt eingewirkt haben und wie der Zustand und die Restlebensdauer des Elastomerproduktes ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 10 ist das elektrische Bauteil als LC-Schwingkreis ausgebildet. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der LC-Schwingkreis auf einfache Art und Weise von außen angeregt werden kann, so dass nach Anregung die Dielektrizitätskonstante einfach bestimmt werden kann. Dies ermöglicht es, bei Wartungsarbeiten des Elastomerproduktes die Dielektrizitätskonstante und die restliche Lebensdauer des Elastomerproduktes abzuschätzen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 11 besteht das elektrische Bauteil aus zwei spiralförmigen elektrischen Leiterbahnen, die ineinander gewunden und kreuzweise miteinander elektrisch verbunden sind (und so einen LC-Schwingkreis bilden). Der Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass auf dem Trägermaterial ein LC- Schwingkreis ausgebildet ist, der einen einfachen Aufbau aufweist und ausschließlich aus elektrisch dehnbaren Leiterbahnen besteht, die sich nicht aus dem Elastomer
herausarbeiten und somit nicht zu einer Zerstörung des Elastomerproduktes führen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 12 bestehen die Leiterbahnen jeweils aus einem elektrischen Kern, der wendeiförmig von einem metallischen Leiter umwickelt ist. Hierbei besteht der metallische Leiter bevorzugt aus Aluminium oder Edelstahl, da beide Materialien bei der Einbringung in das Elastomer nicht chemisch mit diesem reagieren und daher ihre elektrische Leitfähigkeit erhalten bleibt. Ein Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Leiterbahnen eine hohe Dehnbarkeit aufweisen. Derartige Leiterbahnen sind beispielsweise aus der DE 102 42 785 AI bekannt.
Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den nachstehenden Figuren erläutert, darin zeigt:
Fig. 1 ein Elastomerprodukt in Form einer Luftfeder,
Fig. 2 ein elektrisches Bauteil mit einem Transponder,
Fig. 3 ein elektrisches Bauteil mit einem Transponder, Fig. 4 ein elektrisches Bauteil in Form eines LC-Schwingkreises,
Fig. 5 ein Ersatzschaltbild des in der Fig. 4 gezeigten LC-Schwingkreises,
Fig. 6 einen Ausschnitt einer elektrischen Leiterbahn. Im Zusammenhang mit der Fig. 1 wird die Erfindung anhand eines Elastomerproduktes in Form einer Luftfeder 2 für ein Kraftfahrzeug mit einem Elastomerbauteil in Form eines Balges 4 erläutert. Die Erfindung kann jedoch in beliebigen Elastomerprodukten, wie Reifen, Schläuchen, Transportbändern, Antriebsriemen etc. eingesetzt werden. Der Balg 4 ist an seinem oberen Ende mit Hilfe eines Klemmringes 6 an dem Deckel 8 und an seinem unteren Ende mit einem Klemmring 10 an dem Abrollkolben 12 der Luftfeder befestigt. In den Balg 4 ist ein elektrisches Bauteil 14 derart eingebettet, dass es von dem Elastomer des Balges 4 allseitig vollständig umgeben ist. Hierbei befindet sich das elektrische Bauteil in einem Bereich des Balges, der auf dem Abrollkolben 12 abrollt und somit besonderen Belastungen ausgesetzt ist. Zur Einbringung des elektrischen Bauteils 14 in den Balg 4 der Luftfeder ist das elektrische Bauteil 14 auf einem Trägermaterial 16 angeordnet und mit diesem verbunden. Bei der Herstellung des Balges 4 wird das Trägermaterial 16 mit dem darauf befindlichen elektrischen Bauteil 14 vor der Vulkanisation des Balges 4 in das Elastomer des Balges 4 eingebettet. Durch die Vulkanisation verbindet sich das
Trägermaterial 16 stoffschlüssig mit dem umgebenen Elastomer 18 des Balges 4 (s. auch Fig. lb, die einen Ausschnitt aus der Fig.1 a zeigt).
Fig. 2 zeigt ein elektrisches Bauteil 14 in Draufsicht. Das elektrische Bauteil 14 ist auf einem Trägermaterial 16 angeordnet und die elektrischen Leiterbahnen 20.1 bis 20.11 sind elastisch dehnbar ausgebildet und punktförmig mit dem Trägermaterial verbunden. Dies erfolgt mit Hilfe eines elektrischen leitfähigen Klebers 22, der einerseits die elektrischen Leiterbahnen 20.1 bis 20.11 elektrisch leitend miteinander verbindet und andererseits die einzelnen Leiterbahnen 20.1 bis 20.11 auf dem Trägermaterial 16 verklebt. Alternativ ist es möglich, das Trägermaterial als Gewebe auszubilden und die elektrischen Leiterbahnen 20.1 bis 20.11 über ein textiles Verbindungsverfahren, z.B. durch Nähen oder Sticken, mit dem Trägermaterial 16 zu verbinden. Die elektrischen Leiterbahnen 20.1 bis 20.11 können auch als elektrisch leitfähige Fäden in dem Gewebe ausgebildet sein. Die Leiterbahnen 20.1 bis 20.11 bilden eine elektrisch leitfähige Spule, deren Enden 24 und 26 elektrisch leitfähig mit einem Transponder 28 verbunden sind. Hierbei ist das Ende 26 über eine elektrische Leiterbahn 30 mit dem Transponder verbunden, die über die elektrischen Leiterbahnen 20.3 und 20.7 geführt wird. Zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses können sämtliche Leiterbahnen nach außen mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen sein. Alternativ ist es möglich, ausschließlich die elektrische Leiterbahn 30 außen mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung zu versehen oder diese elektrisch isolierende Beschichtung auf die Bereiche zu beschränken, in denen die elektrische Leiterbahn 30 die elektrischen Leiterbahnen 20.3 und 20.7 berührt.
Das Trägermaterial 16 für das elektrische Bauteil 14 kann eine Folie geringer Dicke sein, die aus einem niedrig schmelzenden Kunststoff besteht. In diesem Fall ist die Dicke d der Folie (siehe auch Fig. lb) kleiner als 1mm und liegt vorzugsweise zwischen
20 μιη und 200 μιη. Gemäß einer alternativen Ausführung besteht das Trägermaterial 16 für das elektrische Bauteil 14 aus dem gleichen Elastomer wie der Balg 4 (siehe Fig. lb).
Fig. 3 zeigt ein elektrisches Bauteil 14, das auf einem Trägermaterial 16 angeordnet ist, in Draufsicht. Das elektrische Bauteil besteht aus einer Leiterbahn 20 und einem Transponder 28. Die elektrische Leiterbahn ist als Antenne ausgebildet, über die der Transponder 28 aus einem ultrahochfrequenten elektrischen Feld mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Bezüglich der Ausbildung der elektrischen Leiterbahnen 20, des Trägermaterial 16 und der Verbindung der elektrischen Leiterbahn 20 mit dem Trägermaterial 16 wird auf die Ausführungen zu Fig. 2 verwiesen.
Fig. 4 zeigt ein elektrisches Bauteil 14, dass auf einem Trägermaterial 16 angeordnet ist, in Draufsicht. Der Sensor ist als LC- Schwingkreis ausgebildet. Dazu weist der Sensor 2 zwei spiralförmige elektrische Leiterbahnen 32 und 34 auf, wobei die beiden Spiralen 32, 34 ineinander gewunden sind. Die Spiralen 32, 34 sind kreuzweise miteinander elektrisch verbunden, d.h., dass das innenliegende Ende 36 der Spirale 32 mit dem außenliegenden Ende 38 der Spirale 34 und das innenliegende Ende 40 der Spirale 34 mit dem außenliegenden Ende 42 der Spirale 32 verbunden ist. Die genannten Verbindungen erfolgen über elektrische Leiterbahnen 44 und 46. Die beiden Spiralen 32, 34 bilden so jeweils eine elektrische Spule und einen Kondensator, zwischen dessen
„Kondensatorplatten" das Elastomer 18 liegt. Somit ist das elektrische Bauteil 14 als Sensor ausgebildet, mit dem die Dielektrizitätskonstante des Elastomers 18 gemessen werden kann (siehe auch Fig. lb). Bezüglich der Befestigung der elektrischen
Leiterbahnen 32, 34, 44 und 46 auf dem Trägermaterial 16 und bezüglich der Ausbildung des Trägermaterials 16 wird auf die Figurenbeschreibung zu der Figur 2 verwiesen. Die Fig. 5 zeigt das Ersatzschaltbild der in Fig. 4 gezeigten beiden ineinander gewundenen Spiralen 32, 34. Die beiden Spiralen 32, 34 lassen sich als zwei in Reihe geschaltete Spulen 48, 50 darstellen, zu denen ein Kondensator 52 und ein Widerstand 54 parallel geschaltet ist. Der in der Fig. 5 gezeigte LC- Schwingkreis kann von außen induktiv mit einem zweiten erregten LC- Schwingkreis gekoppelt werden. Dann wird der in der Fig. 5 gezeigte Schwingkreis zu erzwungenen Schwingungen angeregt. Eine Resonanz zwischen den beiden Schwingkreisen tritt auf, wenn der in der Fig. 5 gezeigte Schwingkreis mit einer Frequenz angeregt wird, die der Eigenfrequenz coo des gezeigten Schwingkreises
1/2
entspricht, wobei gilt coo = 1/(LC ) (hierbei ist L die Summe der Induktivitäten der Spulen 48 und 50 und C die Kapazität des Kondensators 52). Aus dem Abklingen der elektrischen Schwingung bzw. der Amplitude des Stromes kann wiederum die Dämpfungskonstante δ bestimmt werden, wobei gilt: δ = R/2L (hierbei ist R der Wert des ohmschen Widerstands 54). Mit der so bestimmten Eigenfrequenz coo und der Dämpfungskonstanten δ des in der Fig. 5 gezeigten Schwingungskreises kann schließlich die komplexe
Dielektrizitätskonstante bestimmt werden. Diese verändert sich im Laufe der Zeit und lässt Rückschlüsse auf den Zustand und die restliche Lebensdauer des Elastomers 18 zu, von dem das elektrische Bauteil 14 umgeben ist (siehe Fig. lb).
Die Fig. 6 zeigt eine elektrische Leiterbahn 20 in schematischer Darstellung. Die elektrische Leiterbahn 20 besteht aus einem elastischen Kern 56, der wendeiförmig von einem metallischen Leiter 58 umwickelt ist. Der metallische Leiter kann außen mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sein, wenn dies zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses notwendig ist. Sämtliche elektrische Leiterbahnen, die im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 5 genannt worden sind, können so aufgebaut sein, wie es in der Figur 6 gezeigt ist.
Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)
2 Luftfeder
4 Balg
6 Klemmring
8 Deckel
10 Klemmring
12 Abrollkolben
14 elektrisches Bauteil
16 Trägermaterial
18 Elastomer
20 elektrische Leiterbahn
22 Kleber
24 Ende
26 Ende
28 Transponder
30 elektrische Leiterbahn
32 elektrische Leiterbahn
34 elektrische Leiterbahn
36 innenliegendes Ende
38 außenliegendes Ende
40 innenliegendes Ende
42 außenliegendes Ende
44 elektrische Leiterbahn
46 elektrische Leiterbahn
48 Spule
50 Spule
52 Kondensator
54 Widerstand
56 Kern
58 Leiter

Claims

Patentansprüche
1. Elastomerprodukt (2) mit einem Elastomerbauteil (4) , insbesondere Luftfeder (2) mit einem Balg (4), in dessen Elastomerbauteil (4) ein elektrisches Bauteil (14) eingebettet ist, das mindestens eine elektrische Leiterbahn (20, 30, 32, 34, 44, 46) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass sich das elektrische Bauteil (14) auf einem Trägermaterial (16) befindet und die elektrische Leiterbahn (20, 30, 32, 34, 44, 46) elastisch dehnbar ausgebildet und mit dem Trägermaterial (16) verbunden ist und dass das Trägermaterial (16) stoffschlüssig mit dem umgebenden Elastomer (18) des Elastomerbauteils (4) verbunden ist.
2. Elastomerprodukt (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Trägermaterial (16) elastisch dehnbar ist.
3. Elastomerprodukt (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (16) eine Folie geringer Dicke ist, die aus einem niedrigschmelzenden Kunststoff besteht.
4. Elastomerprodukt (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (16) aus dem gleichen Elastomer (18) besteht wie das Elastomerbauteil (4), in das das Trägermaterial (16) eingebettet ist.
5. Elastomerprodukt (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (20, 30, 32, 34, 44, 46) punktförmig mit dem Trägermaterial (16) verbunden ist.
6. Elastomerprodukt (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (20, 30, 32, 34, 44, 46) mit dem Trägermaterial (16) über ein textiles Verbindungsverfahren verbunden oder mit dem Trägermaterial (16) verklebt ist.
7. Elastomerprodukt (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauteil (14) mehrere Leiterbahnen (20, 30, 32, 34, 44, 46) enthält, die mit einem elektrisch leitfähigen Kleber verbunden sind.
8. Elastomerprodukt (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Trägermaterial (16) ein Transponder (28) angeordnet ist und dass die Leiterbahnen mit dem Transponder (28) elektrisch verbunden sind.
9. Elastomerprodukt (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauteil (14) als Sensor ausgebildet ist, mit dem die
Dielektrizitätskonstante des Elastomers (18) des Elastomerbauteils (4) messbar ist.
10. Elastomerprodukt (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das
elektrische Bauteil (14) als LC-Schwingkreis ausgebildet ist.
11. Elastomerprodukt (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das
elektrische Bauteil (14) aus zwei spiralförmigen elektrischen Leiterbahnen (32, 34) besteht, die ineinander gewunden und kreuzweise miteinander elektrisch verbunden sind.
12. Elastomerprodukt (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (20, 30, 32, 34, 44, 46) jeweils aus einem elastischen Kern (56) bestehen, der wendeiförmig von einem metallischen Leiter (58) umwickelt ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Elastomerprodukt (2) es mit einem
Elastomerbauteil (4) , insbesondere einer Luftfeder (2) mit einem Balg (4), in dessen Elastomerbauteil (4) ein elektrisches Bauteil (14) eingebettet ist, das mindestens eine elektrische Leiterbahn (20, 30, 32, 34, 44, 46) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass sich das elektrische Bauteil (14) auf einem Trägermaterial (16) befindet und die elektrische Leiterbahn (20, 30, 32, 34, 44, 46) elastisch dehnbar ausgebildet und mit dem Trägermaterial (16) verbunden ist und dass das Trägermaterial (16) vor der Vulkanisation des Elastomerbauteils (4) in das Elastomer (18) des
Elatomerbauteils (4) eingebettet wird und durch die Vulkanisation stoffschlüssig mit dem umgebenden Elastomer (18) des Elastomerbauteils (4) verbunden wird.
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