WO2019105621A2 - Flexibles produkt - Google Patents

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WO2019105621A2
WO2019105621A2 PCT/EP2018/074264 EP2018074264W WO2019105621A2 WO 2019105621 A2 WO2019105621 A2 WO 2019105621A2 EP 2018074264 W EP2018074264 W EP 2018074264W WO 2019105621 A2 WO2019105621 A2 WO 2019105621A2
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WO
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flexible
layer
product
sensor element
flexible product
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PCT/EP2018/074264
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French (fr)
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WO2019105621A3 (de
Inventor
Tobias Huber
Armin SENNE
Christian Weigert
Original Assignee
Contitech Antriebssysteme Gmbh
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Publication date
Application filed by Contitech Antriebssysteme Gmbh filed Critical Contitech Antriebssysteme Gmbh
Publication of WO2019105621A2 publication Critical patent/WO2019105621A2/de
Publication of WO2019105621A3 publication Critical patent/WO2019105621A3/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/18—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance

Definitions

  • the present invention relates to a flexible product according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a flexible product according to claim 12.
  • sensors are increasingly being integrated into conveyor belts, for example, in order to be able to detect, for example, damage, in particular cracks in the catching direction.
  • damage in particular cracks in the catching direction.
  • the catcher Füferschleifen which consist of metallic fins, which are vulcanized in the body of the conveyor belt.
  • the leader loops will be Usually checked for their integrity by electromagnetic fields from outside. If a conductor loop can no longer be detected, the conveyor belt can be damaged in this area and the conveyor belt stopped, if necessary.
  • the disadvantage here is that on such conductor loops, although a simple detection of damage can be implemented, but no other information from the product or on the product can be obtained.
  • transponders are also used in conveyor belts which are formed on a circuit board and usually have a (Femfeld-) antenna, e.g. made of fiberglass fabric.
  • a (Femfeld-) antenna e.g. made of fiberglass fabric.
  • Sensors, voltage sources and the like may be connected to the transponder.
  • the transponders are also vulcanised together with their antenna and if necessary with other components in the body of the conveyor belt. Similar applications or efforts exist for other elastomer products such. Tires, air springs, drive belts, hoses and the like, to provide as much information as possible, e.g. Pressure, temperature, mechanical stresses and the like as continuously as possible in or on the product to capture.
  • the captured information should preferably be transmitted wirelessly outside.
  • strain gauges For pressure measurement in elastomer products it is e.g. known to use strain gauges and introduce them into the elastomer product or apply this product to the elastomer.
  • the strain gauges are also applied to a separate carrier material, which can be regarded as relatively rigid compared to the elastomer product.
  • the strain gauge can be used to measure the strain gauge.
  • strain gauges can be relatively expensive.
  • An object of the present invention is to provide a flexible product of the type described in the introduction, whose sensor element is also as flexible as possible, i. As far as possible from a flexible material is formed. At least one should
  • the present invention relates to a flexible product, preferably an elastic product, more preferably an elastomeric product.
  • a flexible product preferably an elastic product, more preferably an elastomeric product.
  • the flexible product has at least one first layer, which is at least partially, preferably completely, made of a flexible, preferably of an elastic, particularly preferably of an elastomeric, material. Also, corresponding plastics can be used as a flexible material.
  • the property of flexibility of the product is to be understood as a material property which can be achieved by the use of a flexible material, preferably by the use of an elastic material, and more preferably by the use of an elastomeric material, preferably rubber.
  • At least one sensor element is arranged in and / or on the first layer.
  • the sensor element can be arranged completely in the first layer, completely on the first layer or partially in the first layer and partly on this, depending on the application.
  • the sensor element is an electrical component or an electrical circuit, but may also be an electronic component or an electronic circuit.
  • the flexible product according to the invention is characterized in that the sensor element is formed at least in sections, preferably completely, from an electrically conductive flexible material which can change at least one electrical property under pressure, temperature and / or deformation.
  • an electrical property is an electrical characteristic of the material such as e.g. its electrical (ohmic) resistance, its electrical inductance, its electrical capacity and the like.
  • the present invention is based on the finding that in this way a sensor element can be formed as part of the first layer such that the sensor element due to its flexible material property can follow the movements of the first layer as well as possible. As a result, damage or even destruction of the sensor element can be avoided by the movements of the first layer. At the same time, the change in the electrical property, such as a dependence of the electrical resistance on the pressure, can be detected and evaluated as a sensoric property.
  • the sensor element may be designed as a force sensor, pressure sensor, temperature sensor, bending sensor and the like.
  • sensor elements can be produced with a comparatively small installation space or volume. This allows the same functionality to be offered in less space. Also, more functionalities can be realized in the same room. It is also advantageous that such sensor elements can be combined with conventional electrical and electronic components and circuits, so that the possibilities for integrating sensor elements and electrical and electronic components as well as circuits in flexible products can be improved or expanded.
  • Properties of the flexible product can be closer or closer to the first layer. This can help to improve the quality of the statements that can be obtained from the sensory data.
  • the first layer has at least one recess which is filled with the electrically conductive flexible material.
  • the sensor element can be introduced at least in sections into the first layer.
  • the recess has been created by engraving, preferably by laser engraving. In this way, a proven and defined method can be used to introduce a recess in such a layer. This can be done simply, quickly, cost-effectively and / or in a variety or variant-rich manner. Also, different gravure strengths can be used, which can also vary within a recess.
  • this production step can be implemented in a variety of ways.
  • the engraving tool can be arranged fixed and the first layer can be moved relative to the engraving tool.
  • the recess has been filled by printing with the electrically conductive flexible material.
  • this step of the manufacturing process can be tested, easily and / or quickly done.
  • a printing method e.g. Screen printing or Llexo printing can be used. Printing also includes doctoring.
  • the sensor element has been applied by printing on the first layer.
  • This variant of the fiction, contemporary product can be prepared using the advantages of pressing described above, to use these advantages in this Pall.
  • the electrically conductive flexible material comprises, at least in sections, a metallic material, preferably a silver solder paste, or an organic material, preferably consisting thereof.
  • a metallic material preferably a silver solder paste
  • an organic material preferably consisting thereof.
  • inks can be used as the electrically conductive flexible material.
  • a positive temperature coefficient ink is marketed by Henkel as "Positive Temperature Coefficient (PTC) Ink", so that in this way a sensory temperature detection depending on the electrical
  • Resistor can be implemented.
  • the electrically conductive flexible material in an unsintered state is electrically conductive, so that the properties described above can already be achieved without a corresponding heat treatment, since a heat treatment could change the flexible product.
  • the electrically conductive flexible material such as e.g. an ink remains elastic and thus stretchable.
  • the flexible product has at least one second layer which covers at least the sensor element at least in sections, preferably completely.
  • the application of the second layer may preferably be carried out by electroplating to form the thinnest possible second layer.
  • the second layer preferably comprises the same material as the first layer. If the sensor element is at least partially disposed in a recess of the first layer, the recess can be limited and closed in this way to define the volume of the recess. If the sensor element is arranged at least partially on the first layer, the sensor element can be arranged between the two layers. In any case, the sensor element can be held by the second layer in or on the first layer and protected against external influences.
  • the flexibility, in particular the extensibility, of the sensor element corresponds at least to the flexibility
  • Sensor element designed to follow the movements and in particular the strains of the first layer, so that they can be compensated and detected by sensors.
  • the mobility or extensibility of the sensor element can also be greater than that of the first layer. If a second layer is present, this applies accordingly for the second layer.
  • the sensor element is designed to change its electrical resistance as a function of expanding and compressive deformations. This allows a sensor element for
  • Detection of mechanical stresses and movements are created, which can be used as a force sensor, pressure sensor, bending sensor and the like.
  • the flexible product is a flexible sensor, preferably an elastic sensor, more preferably an elastomeric sensor.
  • a sensor may be formed as a flexible body, preferably for use in other flexible bodies such as e.g. a tire, a drive belt, a conveyor belt, an air spring or a hose to be used.
  • the flexible product is a tire, a drive belt, a conveyor belt, an air spring or a hose.
  • the present invention also relates to a method for producing a flexible product as described above comprising at least the steps: Providing a first layer, which is at least partially, preferably completely, made of a flexible, preferably made of an elastic, more preferably of an elastomeric material, and
  • the sensor element is at least partially, preferably completely, made of an electrically conductive flexible material which can change at least one elec trical property under pressure, temperature and or or deformation. In this way, a flexible product according to the invention can be produced.
  • FIG. 1 is a perspective schematic representation of a first layer of a flexible product according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows the illustration of FIG. 1 with a second layer
  • FIG. 3 shows a perspective schematic illustration of a first layer of a flexible product according to a second embodiment
  • Fig. 4 shows the illustration of Figure 3 with a second layer.
  • the description of the o.g. Figures take place in Cartesian coordinates with a catching direction X, a transverse direction Y perpendicular to the catching direction X, and a vertical direction Z perpendicular to the catching direction X as well as the transverse direction Y.
  • the catching direction X can also be referred to as depth X
  • the vertical direction Z are also referred to as height Z.
  • FIG. 1 shows a perspective schematic representation of a first layer 10 of a flexible product 1 according to a first exemplary embodiment.
  • FIG. 2 shows the representation of FIG. 1 with a second layer 12.
  • the first layer 10 is made of an elastomeric material, so that the first layer 10 is flexible.
  • the first layer 10 extends substantially in the plane of the longitudinal direction X and the transverse direction Y and is in the height Z comparatively small, ie thin, formed.
  • This recess 11 may have any course, with branches, T-junctions, intersections, etc. are also possible.
  • the recess 11 may be wide in width, i. in their extension in the longitudinal direction X and the transverse direction Y, as well as in the depth, i. in height Z, vary.
  • This first manufacturing step of engraving the surface of the upper side of the first layer 10 results in a basic structure, which may also be considered a negative of the following printing step, in which the filling of the recess 11 by an electrically conductive flexible material.
  • the transverse direction Y in each case in the longitudinal direction X, narrower regions are formed, which can function as strip conductors 14.
  • an electrically conductive flexible material such can be used, which can change at least its electrical resistance an electrical property under pressure, temperature and or or deformation. For example, a change in the electrical resistance of the
  • Sensor element 13 which can be tapped via the two interconnects 14, carried out a sensory detection of a change in temperature or a pressure change at this point of the first layer 10 and the flexible product 1.
  • the recess 11 or the sensor element 13 formed there and the printed conductors 14 are then covered by the second layer 12, which preferably in terms of their material and their thickness in the height Z of the first layer 10 corresponds.
  • the sensor element 13 and the printed conductors 14 can be protected against external influences.
  • the flexible elastomeric product 1 is vulcanized to obtain its final material properties.
  • FIG. 3 shows a perspective schematic illustration of a first layer 10 of a flexible product 1 according to a second exemplary embodiment.
  • FIG. 4 shows the illustration of FIG. 3 with a second layer 12.
  • the first layer 10 is formed without recess 11, so that the sensor element 13 and the fiddles 14 at the height Z from above are shown as a flat elevation on the surface Top of the first layer 10 through
  • the flexible product 1 according to the second embodiment corresponds to the flexible product 1 according to the first embodiment.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles Produkt (1), vorzugsweise ein elastisches Produkt (1), besonders vorzugsweise ein elastomeres Produkt (1), mit wenigstens einer ersten Schicht (10), welche zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus einem flexiblen, vorzugsweise aus einem elastischen, besonders vorzugsweise aus einem elastomeren, Material ausgebildet ist, wobei in und/oder auf der ersten Schicht (10) wenigstens ein Sensorelement (13) angeordnet ist. Das flexible Produkt (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (13) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus einem elektrisch leitfähigen flexiblen Material ausgebildet ist, welches wenigstens eine elektrische Eigenschaft unter Druck, Temperatur und/oder Verformung verändern kann.

Description

Flexibles Produkt
Die vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles Produkt gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen flexiblen Produkts gemäß des Patentanspruchs 12. Auf vielen technischen Gebieten wächst das Bedürfnis, Sensoren oder sensorische Fähig keiten in Produkte zu integrieren, um mehr Informationen über die Produkte während der Produktion und bzw. oder während der Nutzung zu erhalten. Aus diesen Informationen können Rückschlüsse zur Verbesserung zukünftiger Produktgenerationen bzw. zur Entwicklung neuer Produkte gezogen werden. Auch können z.B. die Haltbarkeit, der Verschleiß, die Belastung und dergleichen während der Nutzung erfasst werden, so dass eine rechtzeitige Wartung belastungsabhängig geplant bzw. ein Produkt rechtzeitig vor dem Versagen aus dem Verkehr gezogen und ggfs ersetzt werden kann.
Dies soll zunehmend auch für Produkte aus flexiblen Materialien wie z.B. für elastische Produkte z.B. aus Gummi wie z.B. Reifen, Förderbänder, Luftfedem, Antriebsriemen, Schläuche und dergleichen ermöglicht werden.
Beispielsweise werden zunehmend Sensoren in z.B. Förderbänder integriert, um z.B. Beschädigungen wie insbesondere Risse in Fängsrichtung erkennen zu können. Hierzu sind seit Fängerem Feiterschleifen bekannt, welche aus metallischen Fitzen bestehen, welche in dem Körper des Förderbands einvulkanisiert sind. Die Feiterschleifen werden üblicherweise durch elektromagnetische Felder von außerhalb auf ihre Integrität überprüft. Lässt sich eine Leiterschleife nicht mehr detektieren, kann auf eine Beschädigung des Förderbandes in diesem Bereich geschlossen und das Förderband ggfs angehalten werden. Nachteilig ist hierbei, dass über derartige Leiterschleifen zwar eine einfache Detektion von Beschädigungen umgesetzt werden kann, jedoch keine sonstigen Informationen aus dem Produkt bzw. über das Produkt gewonnen werden können.
Alternativ werden daher auch Transponder in Förderbändern eingesetzt, welche auf einer Platine ausgebildet sind und üblicherweise eine (Femfeld-) Antenne z.B. aus Glasfaser gewebe aufweisen. Zusätzlich können z.B. Sensoren, Spannungsquellen und dergleichen mit dem Transponder verbunden sein. Auch die Transponder werden zusammen mit ihrer Antenne und ggfs mit weiteren Komponenten im Körper des Förderbands einvulkanisiert. Vergleichbare Anwendungen bzw. Bestrebungen gibt es auch für andere Elastomer produkte wie z.B. Reifen, Luftfedem, Antriebsriemen, Schläuche und dergleichen, um möglichst viele Informationen wie z.B. Druck, Temperatur, mechanische Spannungen und dergleichen möglichst kontinuierlich in bzw. an dem Produkt erfassen zu können. Die erfassten Informationen sollen dabei vorzugsweise drahtlos nach außerhalb übertragen werden können.
Nachteilig ist hierbei, dass zu diesem Zweck entsprechend fünktionsreiche Sensoren bzw. Sensorschahungen in das Produkt eingebracht bzw. auf das Produkt aufgebracht werden müssen, welche diese Informationen auch erfassen und vorzugsweise drahtlos nach außerhalb übertragen können. Dies ist bisher lediglich mit elektronischen Schaltungen möglich, welche als starre Platinen ausgebildet sind. Mit anderen Worten werden als Sensoren sowie als Übertragungsschahungen bisher Chipmodule mit vergossenen elektrischen Bauelemente verwendet. Hierbei besteht die Gefahr, dass die starre Platine in dem Produkt aus flexiblem Material, d.h. in dem flexiblen und vorzugsweise elastischen bzw. elastomeren Produkt, durch dessen mechanische und bzw. oder thermische
Verformungen wie z.B. durch Dehnung, Stauchung, Biegung und dergleichen im Betrieb zerstört werden kann. Auch müssen die Platinen bei der Verwendung in elastomeren Produkten deren Vulkanisationsprozess überstehen können.
Zur Druckmessung in Elastomerprodukten ist es z.B. bekannt, Dehnungsmessstreifen zu verwenden und diese in das Elastomerprodukt einzubringen bzw. diese auf das Elastomer produkt aufzubringen. Dabei sind die Dehnungsmessstreifen an sich ebenfalls auf einem eigenen Trägermaterial aufgebracht, welches im Vergleich zu dem Elastomerprodukt als relativ starr angesehen werden kann. Somit kann der Dehnungsmessstreifen die
Bewegungen des Elastomerprodukts nur teilweise und üblicherweise unzureichend aufnehmen. Nachteilig ist hierbei ferner, dass Dehnungsmessstreifen vergleichsweise teuer sein können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein flexibles Produkt der eingangs beschriebenen Art bereit zu stellen, dessen Sensorelement ebenfalls möglichst flexibel, d.h. weitestgehend aus einem flexiblen Material, ausgebildet ist. Zumindest soll eine
Alternative zu bekannten derartigen flexiblen Produkten geschaffen werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein flexibles Produkt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein flexibles Produkt, vorzugsweise ein elastisches Produkt, besonders vorzugsweise ein elastomeres Produkt. Unter einem
Produkt wird ein Gegenstand verstanden, welcher das Ergebnis eines Herstellungs- prozesses ist. Das flexible Produkt weist wenigstens eine erste Schicht auf, welche zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus einem flexiblen, vorzugsweise aus einem elastischen, besonders vorzugsweise aus einem elastomeren, Material ausgebildet ist. Auch können entsprechende Kunststoffe als flexibles Material verwendet werden. Die Eigenschaft der Flexibilität des Produkts ist dabei als Materialeigenschaft zu verstehen, welche durch die Verwendung eines flexiblen Materials, vorzugsweise durch die Verwendung eines elastischen Materials und besonders vorzugsweise durch die Verwendung eines elastomeren Materials, vorzugsweise Gummi, erreicht werden kann.
In und bzw. oder auf der ersten Schicht ist wenigstens ein Sensorelement angeordnet. Dabei kann das Sensorelement vollständig in der ersten Schicht, vollständig auf der ersten Schicht oder teilweise in der ersten Schicht sowie teilweise auf dieser angeordnet sein, je nach Anwendungsfall. Das Sensorelement ist ein elektrisches Bauelement oder eine elektrische Schaltung, kann jedoch auch ein elektronisches Bauelement oder eine elektronische Schaltung sein.
Das erfindungsgemäße flexible Produkt ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sensor element zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus einem elektrisch leit- fähigen flexiblen Material ausgebildet ist, welches wenigstens eine elektrische Eigenschaft unter Druck, Temperatur und bzw. oder Verformung verändern kann. Beispielsweise können als derartiges Material Silberlotpasten oder Tinten verwendet werden, wie weiter unten noch erläutert werden wird. Unter einer elektrischen Eigenschaft ist ein elektrischer Kennwert des Materials wie z.B. sein elektrischer (ohmscher) Widerstand, seine elektrische Induktivität, seine elektrische Kapazität und dergleichen zu verstehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass auf diese Art und Weise ein Sensorelement als Bestandteil der ersten Schicht derart ausgebildet werden kann, dass das Sensorelement aufgrund seiner flexiblen Materialeigenschaft den Bewe- gungen der ersten Schicht möglichst gut folgen kann. Hierdurch kann eine Beschädigung oder sogar Zerstörung des Sensorelements durch die Bewegungen der ersten Schicht vermieden werden. Gleichzeitig kann die Veränderung der elektrischen Eigenschaft wie z.B. eine Abhängigkeit des elektrischen Widerstands vom Druck erfasst und als senso- rische Eigenschaft ausgewertet werden. Je nach Anwendungsfall kann das Sensorelement als Kraftsensor, Drucksensor, Temperatursensor, Biegesensor und dergleichen ausgebildet sein. Dies kann z.B. dadurch bewirkt werden, dass sich z.B. bei einer Dehnung der ersten Schicht das Sensorelement, vorzugsweise in gleichem Maße, mit dehnt, wodurch aufgrund der hierdurch bewirken Querschnittsverringerung des Sensorelements dessen elektrische Leitfähigkeit sinkt bzw. dessen elektrischer Widerstand ansteigt. Dies kann erfasst und ausgehend von diesem Messwert auf die Dehnung der ersten Schicht an sich und sogar auf das Maß der Dehnung der ersten Schicht geschlossen werden. Auch kann aus einer Verän derung des elektrischen Widerstands auf eine Temperaturänderung geschlossen werden. Vorteilhaft ist hierbei ferner, dass Sensorelemente mit einem vergleichbar geringen Bauraum bzw. Volumen hergestellt werden können. Hierdurch können die gleichen Funktionalitäten auf weniger Raum geboten werden. Auch können auf dem gleichen Raum mehr Funktionalitäten realisiert werden. Vorteilhaft ist ferner, dass sich derartige Sensorelement mit konventionellen elektrischen und elektronischen Bauelementen sowie Schaltungen kombinieren lassen, so dass die Möglichkeiten zur Integration von Sensorelementen sowie von elektrischen und elektro- nischen Bauelementen sowie Schaltungen in flexible Produkte verbessert bzw. erweitert werden können.
Vorteilhaft ist des Weiteren, dass eine sensorische Erfassung der physikalischen
Eigenschaften des flexiblen Produkts näher bzw. direkter an der ersten Schicht erfolgen kann. Dies kann die Qualität der Aussagen, welche aus den sensorisch erfassten Daten gewonnen werden können, verbessern helfen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die erste Schicht wenigstens eine Aussparung auf, welche mit dem elektrisch leitfähigen flexiblen Material gefüllt ist. Auf diese Art und Weise kann das Sensorelement zumindest abschnittsweise in die erste Schicht eingebracht werden. Hierdurch kann ein möglichst flacher Aufbau des flexiblen Produkts erreicht werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde die Aussparung durch Gravieren, vorzugsweise durch Laser-Gravieren, erzeugt. Hierdurch kann ein erprobtes und definiertes Verfahren genutzt werden, um eine Aussparung in eine derartige Schicht einzubringen. Dies kann einfach, schnell, kostengünstig und bzw. oder vielfältig bzw. variantenreich erfolgen. Auch können unterschiedliche Gravurstärken verwendet werden, welche auch innerhalb einer Aussparung variieren können.
Dies gilt insbesondere für das Gravieren mittels Laser, so dass insbesondere elastomere Material gut graviert werden können. Lemer können Gravuren, welche mittels Laser erzeugt werden, insbesondere in der Tiefe sehr einfach und genau variiert werden.
Vorteilhaft beim Gravieren und insbesondere beim Laser-Gravieren der Aussparung ist, dass dieser Herstellungsschritt vielfältig umgesetzt werden kann. So ist es möglich, die erste Schicht zu positionieren und das Gravurwerkzeug über die erste Schicht zu bewegen. Alternativ kann auch umgekehrt das Gravurwerkzeug feststehend angeordnet sein und die erste Schicht relativ zum Gravurwerkzeug bewegt werden. Auch besteht die Möglichkeit, die erste Schicht kontinuierlich zu bewegen und das Gravurwerkzeug fortlaufend über die sich bewegende erste Schicht zu bewegen und die Aussparung dort einbringen zu lassen. Hierdurch kann ein fortlaufender Herstellungsprozess erfolgen, der über sehr lange Strecken bis hin zu einem endlosen Prozess betrieben werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde die Aussparung durch Drucken mit dem elektrisch leitfähigen flexiblen Material gefüllt. Hierdurch kann dieser Schritt des Herstellungsverfahrens erprobt, einfach und bzw. oder schnell erfolgen. Als Druckverfahren können z.B. Siebdruck oder Llexodruck verwendet werden. Zum Drucken gehört auch das Rakeln.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde das Sensorelement durch Drucken auf der ersten Schicht aufgebracht. Auch diese Variante des erfindungs gemäßen Produkts kann unter Nutzung der zuvor beschriebenen Vorteile des Drückens hergestellt werden, um diese Vorteile auch in diesem Pall zu nutzen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das elektrisch leitfähige flexible Material zumindest abschnittsweise ein metallisches Material, vorzugsweise eine Silberlotpaste, oder ein organisches Material auf, vorzugsweise daraus besteht. Hierdurch kann die elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitiger Flexibilität des Materials erreicht werden. Auch können z.B. Tinten als elektrisch leitfähiges flexibles Material verwendet werden. Beispielsweise wird eine Tinte mit positivem Temperaturkoeffizienten von der Fa. Henkel als„Positive Temperature Coefficient (PTC) Ink“ vertrieben, so dass auf diese Art und Weise eine sensorische Temperaturerfassung in Abhängigkeit des elektrischen
Widerstands umgesetzt werden kann.
Vorzugsweise ist das elektrisch leitfähige flexible Material in einem ungesinterten Zustand elektrisch leitfähig, so dass die zuvor beschriebenen Eigenschaften bereits ohne eine entsprechende Wärmebehandlung erreicht werden können, da eine Wärmebehandlung das flexible Produkt verändern könnte. Insbesondere kann das elektrisch leitfähige flexible Material wie z.B. eine Tinte elastisch und damit dehnbar bleiben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das flexible Produkt wenigstens eine zweite Schicht auf, welche wenigstens das Sensorelement zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, abdeckt. Das Aufbringen der zweiten Schicht kann vorzugsweise durch Galvanisieren erfolgen, um eine möglichst dünne zweite Schicht auszubilden. Die zweite Schicht weist vorzugsweise das gleiche Material wie die erste Schicht auf. Falls das Sensorelement zumindest teilweise in einer Aussparung der ersten Schicht angeordnet ist, kann die Aussparung auf diese Art und Weise begrenzt und abgeschlossen werden, um das Volumen der Aussparung zu definieren. Ist das Sensorelement zumindest teilweise auf der ersten Schicht angeordnet, kann das Sensorelement zwischen den beiden Schicht angeordnet werden. In jedem Fall kann das Sensorelement durch die zweite Schicht in bzw. auf der ersten Schicht gehalten sowie gegenüber äußeren Einflüssen geschützt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung entspricht die Flexibilität, insbesondere die Dehnbarkeit, des Sensorelements wenigstens der Flexibilität,
insbesondere der Dehnbarkeit, der ersten Schicht. Mit anderen Worten ist das
Sensorelement ausgebildet, den Bewegungen und insbesondere den Dehnungen der ersten Schicht folgen zu können, so dass diese ausgeglichen sowie sensorisch erfasst werden können. Die Beweglichkeit bzw. Dehnbarkeit des Sensorelements kann jedoch auch größer als diejenige der ersten Schicht sein. Ist eine zweite Schicht vorhanden, gilt dies entsprechend für die zweite Schicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Sensorelement ausgebildet, seinen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von dehnenden und stauchenden Verformungen zu verändern. Hierdurch kann ein Sensorelement zur
Erfassung von mechanischen Spannungen sowie Bewegungen geschaffen werden, welches als Kraftsensor, Drucksensor, Biegesensor und dergleichen eingesetzt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das flexible Produkt ein flexibler Sensor, vorzugsweise ein elastischer Sensor, besonders vorzugsweise ein elastomerer Sensor. Auf diese Art und Weise kann ein Sensor als flexibler Körper ausgebildet werden, um vorzugsweise in bzw. auf anderen flexiblen Körpern wie z.B. einem Reifen, einem Antriebsriemen, einem Förderband, einer Luftfeder oder einem Schlauch verwendet zu werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das flexible Produkt ein Reifen, ein Antriebsriemen, ein Förderband, eine Luftfeder oder ein Schlauch. Hierdurch kann eine direkte Integration des Sensorelements in das flexible Produkt bereits bei dessen Herstellung erfolgen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Produkts wie zuvor beschrieben mit wenigstens den Schritten: • Bereitstellen einer ersten Schicht, welche zumindest abschnittsweise, vorzugs- weise vollständig, aus einem flexiblen, vorzugsweise aus einem elastischen, besonders vorzugsweise aus einem elastomeren, Material ausgebildet ist, und
• Anordnen wenigstens eines Sensorelements in und bzw. oder auf der ersten
Schicht,
wobei das Sensorelement zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus einem elektrisch leitfähigen flexiblen Material ausgebildet ist, welches wenigstens eine elek trische Eigenschaft unter Druck, Temperatur und bzw. oder Verformung verändern kann. Auf diese Art und Weise kann ein erfindungsgemäßes flexibles Produkt hergestellt werden.
Zwei Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische schematische Darstellung einer ersten Schicht eines flexiblen Produkts gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 2 die Darstellung der Figur 1 mit einer zweiten Schicht;
Fig. 3 eine perspektivische schematische Darstellung einer ersten Schicht eines flexiblen Produkts gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels; und
Fig. 4 die Darstellung der Figur 3 mit einer zweiten Schicht.
Die Beschreibung der o.g. Figuren erfolgt in kartesischen Koordinaten mit einer Fängs- richtung X, einer zur Fängsrichtung X senkrecht ausgerichteten Querrichtung Y sowie einer sowohl zur Fängsrichtung X als auch zur Querrichtung Y senkrecht ausgerichteten vertikalen Richtung Z. Die Fängsrichtung X kann auch als Tiefe X, die Querrichtung Y auch als Breite Y und die vertikale Richtung Z auch als Höhe Z bezeichnet werden.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung einer ersten Schicht 10 eines flexiblen Produkts 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Fig. 2 zeigt die Darstellung der Figur 1 mit einer zweiten Schicht 12. Die erste Schicht 10 besteht aus einem elastomeren Material, so dass die erste Schicht 10 flexibel ausgebildet ist. Die erste Schicht 10 erstreckt sich dabei im Wesentlichen in der Ebene der Längsrichtung X und der Querrichtung Y und ist in der Höhe Z vergleichsweise gering, d.h. dünn, ausgebildet.
In der Höhe Z von oben ist in einem ersten Herstellungsschritt mittels eines Gravurwerk zeugs (nicht dargestellt) in Form eines Gravur-Lasers eine Aussparung 11 in die
Oberfläche der oberen Seite der ersten Schicht 10 eingebracht worden. Diese Aussparung 11 kann einen beliebigen Verlauf aufweisen, wobei auch Verzweigungen, T-Kreuzungen, Kreuzungen etc. möglich sind. Insbesondere kann die Aussparung 11 in der Breite, d.h. in ihrer Erstreckung in der Längsrichtung X und der Querrichtung Y, sowie in der Tiefe, d.h. in der Höhe Z, variieren. Dieser erste Herstellungsschritt des Gravierens der Oberfläche der oberen Seite der ersten Schicht 10 resultiert in einer Grundstruktur, welche auch als Negativ des folgenden Druckschritts angesehen werden kann, in dem das Verfüllen der Aussparung 11 durch ein elektrisch leitfähiges flexibles Material erfolgt.
In den vorliegenden Ausführungsbeispielen weist die Aussparung 11 in der Querrichtung Y mittig einen in der Erstreckung der Längsrichtung X und der Querrichtung Y rechteckig ausgebildeten Bereich auf, welcher durch die Verfüllung mit dem elektrisch leitfähigen flexiblen Material als Sensorelement 13 ausgebildet wird. In der Querrichtung Y schließen sich jeweils in der Längsrichtung X deutlich schmaler ausgebildete Bereich an, welche als Leiterbahnen 14 fungieren können. Als elektrisch leitfähiges flexibles Material kann ein solches eingesetzt werden, welches zumindest seinen elektrischen Widerstand eine elektrische Eigenschaft unter Druck, Temperatur und bzw. oder Verformung verändern kann. Beispielsweise kann über eine Änderung des elektrischen Widerstands des
Sensorselements 13, welcher über die beiden Leiterbahnen 14 abgegriffen werden kann, eine sensorische Erfassung einer Temperaturänderung oder einer Druckänderung an dieser Stelle der ersten Schicht 10 bzw. des flexiblen Produkts 1 erfolgen. Die Aussparung 11 bzw. das dort ausgebildete Sensorelement 13 und die Leiterbahnen 14 werden anschließend von der zweiten Schicht 12 abgedeckt, welche vorzugsweise hinsichtlich ihres Materials und ihrer Dicke in der Höhe Z der ersten Schicht 10 entspricht. Hierdurch können das Sensorelement 13 und die Leiterbahnen 14 gegenüber äußeren Einflüssen geschützt werden. Anschließend wird das flexible elastomere Produkt 1 vulkanisiert, um seine endgültigen Materialeigenschaften zu erhalten.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung einer ersten Schicht 10 eines flexiblen Produkts 1 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels. Fig. 4 zeigt die Darstel- lung der Figur 3 mit einer zweiten Schicht 12. In diesem Fall ist die erste Schicht 10 ohne Aussparung 11 ausgebildet, so dass das Sensorelement 13 und die Feiterbahnen 14 in der Höhe Z von oben als flache Erhöhung auf der Oberseite der ersten Schicht 10 durch
Aufdrucken ausgebildet sind. Diese Erhöhung kann jedoch gegenüber der Erstreckung der beiden Schichten 10, 12 in der Höhe Z vernachlässigt werden, so dass auch in diesem Fall die zweite Schicht 12 auf der ersten Schicht 10 zur Abdeckung des Sensorelements 13 und der Feiterbahnen 14 angeordnet werden kann, ohne dass dies nach außen hin zu einer merklichen Verformung des flexiblen Produkts 1 führt. Ansonsten entspricht das flexible Produkt 1 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels dem flexiblen Produkt 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels.
Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)
X Längsrichtung; Tiefe
Y Querrichtung; Breite
Z vertikale Richtung; Höhe
1 flexibles Produkt; elastisches Produkt; elastomeres Produkt; Sensor; Reifen;
Antriebsriemen; Förderband; Luftfeder; Schlauch
10 erste Schicht
11 Aussparung
12 zweite Schicht
13 Sensorelement
14 Leiterbahn

Claims

Patentansprüche
Flexibles Produkt (1), vorzugsweise elastisches Produkt (1), besonders vorzugsweise elastomeres Produkt (1), mit
wenigstens einer ersten Schicht (10), welche zumindest abschnittsweise, vorzugs- weise vollständig, aus einem flexiblen, vorzugsweise aus einem elastischen, besonders vorzugsweise aus einem elastomeren, Material ausgebildet ist, wobei in und/oder auf der ersten Schicht (10) wenigstens ein Sensorelement (13) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensorelement (13) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus einem elektrisch leitfähigen flexiblen Material ausgebildet ist, welches wenigstens eine elektrische Eigenschaft unter Druck, Temperatur und/oder Verformung verändern kann.
2. Flexibles Produkt (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Schicht (10) wenigstens eine Aussparung (11) aufweist, welche mit dem elektrisch leitfähigen flexiblen Material gefüllt ist.
3. Flexibles Produkt (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Aussparung (11) durch Gravieren, vorzugsweise durch Faser-Gravieren, erzeugt wurde. 4. Flexibles Produkt (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Aussparung (11) durch Drucken mit dem elektrisch leitfähigen flexiblen Material gefüllt wurde.
Flexibles Produkt (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensorelement (13) durch Drucken auf der ersten Schicht (10) aufgebracht wurde.
6. Flexibles Produkt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
das elektrisch leitfähige flexible Material zumindest abschnittsweise ein metallisches Material, vorzugsweise eine Silberlotpaste, oder ein organisches Material aufweist, vorzugsweise daraus besteht.
7. Flexibles Produkt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine zweite Schicht (14), welche wenigstens das Sensorelement (13) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, abdeckt.
8. Flexibles Produkt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
die Flexibilität, insbesondere die Dehnbarkeit, des Sensorelements (13) der
Flexibilität, insbesondere der Dehnbarkeit, der ersten Schicht (10) wenigstens entspricht.
9. Flexibles Produkt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
das Sensorelement (13) ausgebildet ist, seinen elektrischen Widerstand in
Abhängigkeit von dehnenden und stauchenden Verformungen zu verändern.
10. Flexibles Produkt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
das flexible Produkt (1) ein flexibler Sensor (1), vorzugsweise ein elastischer Sensor
(1), besonders vorzugsweise ein elastomerer Sensor (1), ist.
11. Flexibles Produkt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
das flexible Produkt (1) ein Reifen (1), ein Antriebsriemen (1), ein Förderband (1), eine Luftfeder (1) oder ein Schlauch (1) ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Produkts (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit wenigstens den Schritten:
Bereitstellen einer ersten Schicht (10), welche zumindest abschnittsweise, vorzugs- weise vollständig, aus einem flexiblen, vorzugsweise aus einem elastischen, besonders vorzugsweise aus einem elastomeren, Material ausgebildet ist, und Anordnen wenigstens eines Sensorelements (13) in und/oder auf der ersten Schicht (10),
wobei das Sensorelement (13) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus einem elektrisch leitfähigen flexiblen Material ausgebildet ist, welches wenigstens eine elektrische Eigenschaft unter Druck, Temperatur und/oder
Verformung verändern kann.
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