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Dokumentenidentifikation DE60126511T2 15.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001350080
Titel GEWICHTSSENSOR
Anmelder Hi-Scan Technology Pty. Ltd., Centurion, ZA
Erfinder GEBERT, Rudiger Heinz, 0157 Pretoria, ZA
Vertreter WUESTHOFF & WUESTHOFF Patent- und Rechtsanwälte, 81541 München
DE-Aktenzeichen 60126511
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 13.12.2001
EP-Aktenzeichen 019916436
WO-Anmeldetag 13.12.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/ZA01/00202
WO-Veröffentlichungsnummer 2002048658
WO-Veröffentlichungsdatum 20.06.2002
EP-Offenlegungsdatum 08.10.2003
EP date of grant 07.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.11.2007
IPC-Hauptklasse G01G 19/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G01G 7/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G01L 1/14(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G08G 1/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
ERFINDUNGSGEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des Wiegens in Bewegung, d.h. ein Wiegen von Fahrzeugen während des Überfahrens eines Gewichtssensors. Die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs lässt sich durch den Einsatz des Gerätes zusammen mit zusätzlichen Fahrzeugerfassungsmitteln errechnen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Gewichtssensor und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Krafteinwirkungen eines mit einer Geschwindigkeit einen Gewichtssensor überfahrenden Fahrzeugs werden durch den so wenig wie möglich über die Straßenoberfläche herausragenden Gewichtssensor auf ein Minimum reduziert. Sind die Gewichtssensoren auf der Straßenoberfläche angebracht, müssen diese so dünn wie möglich ausgeführt sein.

Dem Erfinder sind Gewichtssensoren dieser Art bekannt, die eine Sandwich-Bauweise aus drei elektrisch leitfähigen Blechen aufweisen, wie beispielsweise Aluminiumbleche, die durch elastische Streifen von einander getrennt sind, wie beispielsweise Polyurethan (PU) oder Silikonstreifen, die zwischen dem Innenblech und den zwei Außenblechen eingebunden sind. Ein Signal von einem stabilen Oszillator wird einerseits auf das Innenblech und andererseits auf die beiden Außenbleche ausgeübt und ein Stromkreis misst die Änderung der Kapazität, die sich ergibt, wenn ein Fahrzeug über den Gewichtssensor fährt. Die Kapazitätsänderung ergibt sich daraus, dass die Bleche durch das Gewicht eines Fahrzeugrades oder von Fahrzeugrädern auf einer Achse, im Allgemeinen als Achseneinheit bezeichnet, zusammengedrückt werden. Die Kapazitätsänderung wird daraufhin elektronisch umgewandelt, um eine auf das Achsengewicht bezogene Zahl zu erzeugen.

Derartige Gewichtssensoren müssen harte Umweltbedingungen aushalten. Die Temperaturen auf Straßenoberflächen schwanken zwischen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt und über 50 Grad Celsius, der Oszillator und andere Stromkreiselemente müssen ziemlich stabil bleiben, die PU Elastizität muss ziemlich konstant bleiben und die Verbindung zwischen PU und den Blechen muss intakt bleiben. Der Verbundkörper muss das Eindringen von Wasser zwischen den Blechen verhindern, da dies sofort Leckströme verursacht und die Sicherung der Verbindung zwischen dem PU und den Blechen und die Stabilität des Oszillators nachteilig beeinträchtigt. Da es erforderlich ist, das Gewicht aller Achseneinheiten eines einen Gewichtssensor überfahrenden Fahrzeugs innerhalb von Millisekunden zu wiegen, wenn sich ein Fahrzeug mit Geschwindigkeit bewegt, muss die Rückstellung der PU Streifen sehr rasch nach der Kompression erfolgen.

Der Erfinder ist sich bewusst, dass diese Anforderungen im Wesentlichen von einem Produkt dieser Art erfüllt wurden, das ferner, beispielsweise im Vergleich zur Ladezellentechnologie, nicht übermäßig teuer ist. Diese Produktart wird allerdings durch ein arbeitsintensives Verfahren hergestellt, welches pro Gewichtssensor etwa eine Arbeitswoche einer Person in Anspruch nimmt. Die Aluminiumbleche werden oberflächenbehandelt oder zum Verkleben grundiert und Metallstreifen, die als Formkerne dienen, werden mit einem Trennmittel vorbereitet. Ein den Oszillator und den Schaltkreis enthaltendes Modul und die Metallstreifen werden zwischen den Blechen in einer Spannvorrichtung zusammengesetzt. In die Luftzwischenräume zwischen den Metallstreifen wird PU eingespritzt, welches man 24 bis 48 Stunden aushärten lässt. Die Metallstreifen werden dann herausgezogen und die Ränder der Bleche werden mit PU, welches um die Ränder herum aufgetragen wird, abgedichtet, wonach man es aushärten lässt.

Abgesehen von der Arbeitsaufwendigkeit dieses Verfahrens, erweist sich die Qualitätskontrolle bei der Herstellung solcher Gewichtssensoren als schwierig und neigt zur Unbeständigkeit. Die Witterungsumstände zur Zeit der Fertigung, welche höhere oder niedrigere Feuchtigkeit hervorrufen, Luftverunreinigungen durch Staub, Öle oder andere Werkstattschmutzstoffe, selbst nur in Millionstel Teilmengen, die man normalerweise nicht bemerkt, beeinträchtigen die Qualität der Verbindungen, genauso wie durch Arbeitspersonal verursachte Fehler beim Anbringen der mit Trennmittel behandelten Streifen etc. Die Verbindungsqualität ist wichtig, da die Kompression der PU Streifen Scherkräfte an der Verbindungsstelle verursacht, so dass eine Schwäche in der Verbindung bei der Anwendung zum teilweisen oder kompletten Versagen der Verbindung führt. Bei einem Versagen wird das Ansprechverhalten verzerrt und der Gewichtssensor kann nicht mehr eingesetzt werden.

Diese Probleme hindern die Entwicklung dieser Industrie daran, den Markt mit beträchtlichen Aufträgen an zuverlässigen Gewichtssensoren beständiger Qualität zu beliefern.

Die Untersuchung der Rolle von zwischen den Außenblechen und dem Innenblech und zwischen jedem PU Streifen-Paar entstandenen Luftzwischenräumen, zeigt, dass, obwohl Luft normalerweise dahingehend akzeptiert wird, dass sie ein gutes Dielektrikum für die im Produkt verwendete Kapazitätswirkung liefert, die primäre funktionelle Bedeutung der Luftzwischenräume mechanischer Art ist. Sie schaffen den PU Streifen Raum, worin sie sich seitlich ausdehnen können, wenn sie zwischen den Blechen zusammengedrückt werden und bestimmen somit die Größenordnung der Elastizitätskonstante, die für diese Anwendung geeignet ist. Volumetrisch beschränktes PU ist zu steif. Seine elastische Reaktion auf eine durch die Luftzwischenräume gestattete Kompression zwischen den Blechen ist in der Tat eine Scherreaktion bzw. ein Poisson Effekt.

Ferner hat der Erfinder bemerkt, dass das oberste Blech eines solchen Gewichtssensors dazu neigt, nach längerer Benutzung Schaden zu erleiden. Dies geschieht dadurch, dass Randbereiche des Oberbleches auf Randabschnitten des Gewichtssensors aufliegen. Überfährt ein Fahrzeug den Gewichtssensor, so führt dementsprechend die relative Steife der Randbereiche und die Kompression von Teilen der Bleche in der Nähe der PU Streifen zum Verbiegen des Oberblechs im Randbereich des Oberblechs. Wiederholtes Biegen führt zu Belastungsermüdungserscheinungen und letztendlich permanenter Schädigung des Gewichtssensors. Dieses Problem hindert die Entwicklung dieser Industrie daran, den Markt mit einem dauerhafteren Gewichtssensor zu beliefern.

Beispiele derartiger bekannter oder herkömmlicher Sensorausführungen, wie oben beschrieben, sind in den folgenden Schriftstücken beschrieben und veranschaulicht: US Patent 4,266,263, europäische Patentanmeldung EP 0 756 162 und internationale Patentanmeldung WO 94/18529, sowie in dem Artikel "The capacitive pad sensor" ["Der kapazitive Kissensensor"] herausgegeben von Kenneth Mason Publications. Wie jeweils deutlich in US 4 266 263, EP 0 756 162 und WO 94/18529 veranschaulicht, umfassen die bekannten Gewichtssensoranordnungen das Vorsehen von Luftzwischenräumen im gesamten elastischen dielektrischen Material, das zwischen den elektrisch leitfähigen Blechelementen vorgesehen ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem ersten Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gewichtssensors vorgesehen, das die folgenden Schritte beinhaltet:

elektrisches Isolieren eines ersten elektrisch leitfähigen Blechs gegen ein zweites elektrisch leitfähiges Blech, indem Einsätze aus einem geschäumten Polymer-Dielektrikum zwischen den Blechen eingebracht werden;

Einbringen eines elastischen Dielektrikums in Räume, die zwischen den Einsätzen aus geschäumten Polymer-Dielektrikum gebildet werden, um eine Verbindung mit den Blechen zu schaffen; und

Belassung der Einsätze aus geschäumtem Polymer-Dielektrikum zwischen den Blechen.

Das Verfahren kann eine Wiederholung der vorhergehenden Schritte des Verfahrens zum sandwichartigen Einbringen der Einsätze aus einem geschäumten Polymer-Dielektrikum und einem elastischen Dielektrikum zwischen dem zweiten Blech und einem dritten elektrisch leitfähigen Blech beinhalten, und zwar auf solche Weise, dass das zweite Blech vom ersten und dritten Blech elektrisch isoliert ist.

Das elastische Dielektrikum kann aus solchen Dielektrika gewählt werden, die bei Kompression sehr rasche Rückstellung erfahren, typischerweise innerhalb von Millisekunden, und kapazitiv unempfindlich gegen Temperaturänderungen in einem Bereich sind, wie er auf Straßenoberflächen vorliegt. Typischerweise liegt der Bereich zwischen –20°C und 85°C. Vorzugsweise ist das elastische Dielektrikum auch aus solchen Dielektrika gewählt, die wasserbeständig sind und eins starke Bindung mit den Blechen eingehen. Das elastische Dielektrikum kann Polyurethan (PU) sein.

Das Einbringen des elastischen Dielektrikums in Zwischenräume, die zwischen den Einsätzen gebildet werden, kann das Einspritzen des elastischen Dielektrikums in die Zwischenräume beinhalten.

Das geschäumte Polymer-Dielektrikum kann ein geschlossen-poriges geschäumtes Polymer-Dielektrikum sein. Das geschlossenporige geschäumte Polymer-Dielektrikum kann aufgrund guter dielektrischer Eigenschaften ausgewählt sein, zum Beispiel Neopren (geschützte Marke), d.h. es kann Chloropren-Kautschuk verwendet werden. Die geschlossenen Zellen oder Poren in den Einsätzen enthalten Luft oder ein anderes Gas, das dem elastischen Dielektrikum ausreichende Elastizität verleiht, um sich seitlich auszudehnen, wodurch die Einsätze verdrängt werden, ohne dadurch die günstigen elastischen Eigenschaften des elastischen Dielektrikums für diese Anwendung merklich nachteilig zu beeinträchtigen. Die Luft oder ein anderes Gas in den geschlossenen Zellen oder Poren kann sogar entzogen werden, um ein Vakuum zu bilden.

Die Einsätze können lineare Streifen sein, analog zu den Luftzwischenräumen im bekannten Produkt. Die Verwendung solcher Einsätze im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es allerdings, dass die Einsätze eine beliebige, nicht unbedingt lineare Form aufweisen können, da sie nicht herausgezogen werden brauchen, wie die Metallstreifen des bekannten Produktes es erfordern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die Einsätze Formen, die diskrete Bereiche frei lassen, z.B. kreisförmig oder als abgerundete Quadrate oder andere Formen, die vom elastischen Dielektrikum zu füllen sind. Einläufe oder Kanäle können für das einzuspritzende elastische Dielektrikum belassen werden, nachdem die Einsätze sandwichartig zwischen den Blechen eingebracht worden sind, da, wie erwähnt, die Einsätze zwischen den Blechen verbleiben.

Die elektrisch leitfähigen Bleche können Metallbleche mit guter Leitfähigkeit und von ausreichender Stärke sein, um eine lange Lebensdauer des Verfahrensproduktes zu gewährleisten. Die Bleche können Aluminiumbleche sein. Jedes Blech kann einen elektrisch leitfähigen Film aufweisen, der eine Platte beschichtet, die aus einem Material hergestellt ist, das ein langes Betriebsleben des Gewichtssensors gewährleistet.

Die Oberflächen der Bleche in den Zwischenräumen zwischen den Einsätzen können zwecks guter Verbindung mit dem elastischen Dielektrikum grundiert sein. Dies kann geschehen, nachdem die Einsätze auf den Blechen vor oder nach dem sandwichartigen Zusammenfügen angebracht sind.

Das Verfahren kann die elektrische Verbindung einer kapazitiven Messeinrichtung zwischen dem ersten Blech und dem zweiten Blech umfassen, um eine Kapazitätsänderung zwischen den Blechen zu messen, wenn ein Fahrzeug die Bleche überfährt. Das Verfahren kann die elektrische Verbindung der kapazitiven Messeinrichtung zwischen dem zweiten und dem dritten Blech beinhalten. Das Verfahren kann ferner die Umwandlung der Kapazitätsänderung in eine auf das Fahrzeuggewicht bezogene Zahl beinhalten.

Das Verfahren kann das Abdichten der Ränder des bis hierher hergestellten verfahrensgemäßen Produktes beinhalten, um es gegen Eindringen von Wasser abzudichten.

Die Verwendung von erfindungsgemäßen Einsätzen ermöglicht es, das Problem der Empfindlichkeit der Verbindung des elastischen Dielektrikums mit den Blechen gegen Verschmutzung der grundierten Oberfläche zu verbessern.

Gemäß einem zweiten Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gewichtssensors vorgesehen, das die folgenden Schritte beinhaltet:

Vorzuschnitt auf ein gewünschtes Muster einer ersten durchgehenden Schicht aus geschäumtem Polymer-Dielektrikum, um Einsätze und entfernbare Abstandshalter zu bilden;

Grundierung einer ersten Oberfläche eines ersten elektrisch leitfähigen Blechs für Verbindungszwecke;

Anbringen der ersten durchgehenden Schicht auf dem ersten Blech unmittelbar nach Grundierung des ersten Blechs, wodurch die erste grundierte Oberfläche des ersten Blechs geschützt wird; Entfernung der Abstandshalter;

Belassen der Einsätze der ersten durchgehenden Schicht;

Grundierung eines zweiten elektrisch leitfähigen Blechs für Verbindungszwecke;

unmittelbares, sandwichartiges Zusammenfügen der Einsätze der ersten durchgehenden Schicht zwischen dem ersten und zweiten Blech; und Hinzufügen eines elastischen Dielektrikums in die Zwischenräume, die durch das Entnehmen der Abstandshalter gebildet werden, so dass eine Verbindung mit den Blechen stattfindet.

Das Verfahren kann eine Wiederholung der vorhergehenden Schritte des Verfahrens zum sandwichartigen Einbringen der Einsätze aus einem geschäumten Polymer-Dielektrikum und einem elastischen Dielektrikum zwischen dem zweiten Blech und einem dritten elektrisch leitfähigen Blech umfassen, und zwar auf solche Weise, dass das zweite Blech vom ersten und dritten Blech elektrisch isoliert ist.

Das geschäumte Polymer-Dielektrikum kann ein geschlossenporiges geschäumtes Polymer-Dielektrikum sein.

Gemäß einem dritten Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gewichtssensors vorgehen, das die folgenden Schritte enthält:

Beschichtung einer ersten und zweiten Seite einer ersten durchgehenden Schicht aus geschäumtem Polymer-Dielektrikum mit einem Kontaktklebstoff o. dgl.;

Anbringen einer ersten und zweiten mit Antihaftbeschichtung versehenen Schutzfolie an der Kontaktklebstoffbeschichtung der jeweils ersten und zweiten Seite;

Vorzuschnitt auf ein gewünschtes Muster der ersten durchgehenden Schicht und der Folien, um Einsätze und entfernbare Abstandshalter zu bilden;

Entfernung der Folie von der ersten Seite der ersten durchgehenden Schicht ausschließlich in den Zonen, die die Einsätze decken;

Grundierung einer ersten Oberfläche eines ersten elektrisch leitfähigen Blechs und einer ersten Oberfläche eines zweiten elektrisch leitfähigen Blechs für Verbindungszwecke;

unmittelbares Anbringen auf die erste Oberfläche des ersten Blechs der ersten durchgehenden Schicht mit daran anhaftenden Folien auf solche Weise, dass sich die erste Seite der ersten durchgehenden Schicht in Kontakt mit der ersten Oberfläche des ersten Blechs befindet und so, dass die Einsätze an der ersten Oberfläche haften, ohne dass jedoch die Abstandshalter aufgrund der Gegenwart der Folie an dieser Stelle haften;

unmittelbares Entfernen der Folie von einer zweiten Seite der ersten durchgehenden Schicht;

unmittelbares Entfernen der Abstandshalter, einschließlich Folie, die an deren erster Seite haftet, von der ersten durchgehenden Schicht;

unmittelbares, sandwichartiges Zusammenfügen der Einsätze zwischen den Blechen; und

Hinzufügen eines elastischen Dielektrikums in die Zwischenräume, die durch das Entnehmen der Abstandshalter gebildet werden, so dass eine Verbindung mit den Blechen stattfindet.

Das Verfahren kann eine Wiederholung der vorhergehenden Schritte des Verfahrens zum sandwichartigen Einbringen der Einsätze einer zweiten durchgehenden Schicht eines geschlossenporigen geschäumten Polymer-Dielektrikums und eines elastischen Dielektrikums zwischen dem zweiten Blech und einem dritten elektrisch leitfähigen Blech umfassen, und zwar auf solche Weise, dass das zweite Blech elektrisch vom ersten und dritten Blech isoliert ist.

Das geschäumte Polymer-Dielektrikum kann ein geschlossenporiges geschäumtes Polymer-Dielektrikum sein.

Der Schutzbereich der Erfindung umfasst die Produkte, die mittels der beschriebenen Verfahren hergestellt wurden.

Gemäß einem vierten Erfindungsgegenstand ist ein Gewichtssensor vorgesehen, der ein erstes elektrisch leitfähiges Blech enthält, das von einem zweiten elektrisch leitfähigen Blech durch Einsätze aus einem geschäumten Polymer-Dielektrikum und einem elastischen Dielektrikum in zwischen den Einsätzen gebildeten Zwischenräumen, die sich zwischen den Blechen befinden, elektrisch isoliert ist.

Der Sensor kann ein drittes elektrisch leitfähiges Blech enthalten, das vom zweiten Blech durch Einsätze aus einem geschlossenporigen geschäumten Polymer-Dielektrikum und einem elastischen Dielektrikum in zwischen den Einsätzen gebildeten Zwischenräumen, die sich zwischen dem zweiten und dritten Blech befinden, elektrisch isoliert ist.

Das elastische Dielektrikum kann aus solchen Dielektrika gewählt werden, die bei Kompression sehr rasche Rückstellung erfahren, typischerweise innerhalb von Millisekunden, und kapazitiv unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen in einem Bereich sind, wie er auf Straßenoberflächen vorliegt. Der Bereich liegt typischerweise zwischen –20°C und 85°C. Vorzugsweise ist das elastische Dielektrikum auch aus solchen Dielektrika gewählt, die wasserbeständig sind und eine starke Bindung mit den Blechen eingehen. Das elastische Dielektrikum kann Polyurethan (PU) sein.

Das geschäumte Polymer-Dielektrikum kann ein geschlossen-zelliges geschäumtes Polymer-Dielektrikum sein. Das geschlossenporige geschäumte Polymer-Dielektrikum kann aufgrund guter dielektrischer Eigenschaften ausgewählt sein, zum Beispiel Neopren (geschützte Marke), d.h. es kann Chloropren-Kautschuk verwendet werden. Die geschlossenen Zellen oder Poren in den Einsätzen enthalten Luft oder ein anderes Gas, das dem elastischen Dielektrikum ausreichende Elastizität verleiht, um sich seitlich auszudehnen, wodurch die Einsätze verdrängt werden, ohne dadurch die günstigen elastischen Eigenschaften des elastischen Dielektrikums für diese Anwendung merklich nachteilig zu beeinträchtigen. Die Luft oder ein anders Gas in den geschlossenen Zellen oder Poren kann sogar entzogen werden, um ein Vakuum zu bilden.

Die Einsätze können lineare Streifen sein, analog zu den Luftzwischenräumen im bekannten Produkt. Die Verwendung solcher Einsätze im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bietet allerdings den Vorteil, dass die Einsätze eine beliebige, nicht unbedingt lineare Form haben können, da sie nicht herausgezogen werden brauchen, wie die Metallstreifen des bekannten Produktes.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die Einsätze Formen, die diskrete Bereiche frei lassen, z.B. kreisförmig oder als abgerundete Quadrate oder andere Formen, die vom elastischen Dielektrikum zu füllen sind. Einläufe oder Kanäle können für das einzuspritzende elastische Dielektrikum belassen werden, nachdem die Einsätze sandwichartig zwischen den Blechen eingebracht worden sind, da, wie erwähnt, die Einsätze zwischen den Blechen verbleiben.

Die elektrisch leitfähigen Bleche können Metallbleche mit guter Leitfähigkeit und von ausreichender Stärke sein, um ein langes Betriebsleben des Gewichtssensors zu gewährleisten. Die Bleche können Aluminiumbleche sein. Jedes Blech kann einen elektrisch leitfähigen Film aufweisen, der eine Platte beschichtet, die aus einem Material hergestellt ist, das ein langes Betriebsleben des Gewichtssensors gewährleistet.

Die Einsätze zwischen jedem der Bleche können miteinander integral verbunden sein, um eine durchgehende Schicht aus dem geschäumten Polymer-Dielektrikum zwischen jedem der Bleche zu bilden.

Der Sensor kann eine kapazitive Messeinrichtung enthalten, die zwischen dem ersten und zweiten Blech elektrisch verbunden ist und womit eine Kapazitätsänderung zwischen den Blechen gemessen wird, sobald ein Fahrzeug die Bleche überfährt. Die kapazitive Messeinrichtung kann zwischen dem zweiten und dritten Blech elektrisch verbunden sein. Der Sensor kann ferner die Umwandlung der Kapazitätsänderung in eine auf das Fahrzeuggewicht bezogene Zahl beinhalten.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines nicht einschränkenden Beispiels unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

die 1 und 2 in Seitenansicht, bzw. Draufsicht, einen Gewichtssensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

3 in Draufsicht ein alternatives Ausführungsbeispiel eines geschlossenporigen geschäumten Polymer-Dielektrikums in Form einer durchgehenden Schicht zur Verwendung in einem Gewichtssensor; und

4 in Seitenansicht einen Gewichtssensor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, womit ein sich Biegen des Oberblechs im Randbereich des Oberbleches vermindert werden soll.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Bezüglich der 1 und 2 zeigt die Bezugsziffer 10 einen erfindungsgemäßen Gewichtssensor. Der Gewichtssensor 10 umfasst ein erstes elektrisch leitfähiges Blech 12, das von einem zweiten elektrisch leitfähigen Blech 14 durch Einsätze aus einem geschlossenporigen geschäumten Polymer-Dielektrikum 16 und einem elastischen Dielektrikum 18 in zwischen den Einsätzen 16 gebildeten Zwischenräumen 20, die sich zwischen den Blechen 12, 14 befinden, elektrisch isoliert ist.

Der Sensor 10 umfasst ein drittes elektrisch leitfähiges Blech 22, das vom zweiten Blech 14 durch Einsätze aus einem geschlossenporigen geschäumten Polymer-Dielektrikum 16 (in den Figuren als schraffierte Bereiche dargestellt) und einem elastischen Dielektrikum 18 in zwischen den Einsätzen 16 gebildeten Zwischenräumen 20, die sich zwischen dem zweiten und dritten Blech 14, 22 befinden, elektrisch isoliert ist.

Das erste Blech 12 hat eine flache rechteckige Basis 32 und erhöhte Randabschnitte 34, in der Nähe eines Paares danebenliegender Ränder des ersten Blechs 12. Die Randabschnitte 34 sind so geformt und dimensioniert, um obenauf ein Paar danebenliegender Randbereiche 50 eines dritten flachen, rechteckigen Blechs 22 aufzunehmen. Das zweite Blech 14 ist ein flaches, rechteckiges Blech, das sandwichartig zwischen das erste Blech 12 und das dritte Blech 22 eingebracht ist. Die Bleche 12, 14, 22 sind Aluminiumbleche mit guter Leitfähigkeit und von ausreichender Stärke, um ein langes Betriebsleben des Gewichtssensors zu gewährleisten.

Die Einsätze 16 sind als lineare Streifen ausgebildet, analog zu den Luftzwischenräumen im bekannten Produkt. Die Einsätze 16 bestehen aus Neopren (geschützte Marke). Die geschlossenen Zellen oder Poren in den Einsätzen 16 enthalten Luft oder ein anderes Gas, das dem elastischen Dielektrikum 18 ausreichende Elastizität verleiht, um sich seitlich auszudehnen, wodurch die Einsätze 16 verdrängt werden, ohne dadurch die günstigen elastischen Eigenschaften des elastischen Dielektrikums 18 für diese Anwendung merklich nachteilig zu beeinträchtigen.

Das elastische Dielektrikum 18 besteht aus Polyurethan (PU).

Der Sensor 10 umfasst eine kapazitive Messeinrichtung, die zwischen dem ersten Blech 12 und dem zweiten Blech 14 elektrisch verbunden ist und die eine Kapazitätsänderung zwischen den Blechen 12, 14 misst, wenn ein Fahrzeug die Bleche 12, 14 überfährt. Der Sensor 10 umfasst ferner eine Umwandlungsvorrichtung 26 zur Umwandlung der Kapazitätsänderung in eine auf das Fahrzeuggewicht bezogene Zahl. Es versteht sich, dass in einer Ausführungsvariante der Erfindung (nicht dargestellt) die kapazitive Messeinrichtung 24 zwischen dem zweiten Blech 14 und dem dritten Blech 22 elektrisch verbunden ist.

Innenkanten 28 und Außenkanten 30 des Sensors 10 sind abgedichtet, um ihn gegen das Eindringen von Wasser undurchlässig zu machen. Die Außenkanten 30 werden durch die Kontaktzonen zwischen dem ersten Blech 12 und dem dritten Blech 22 gebildet und sind mit Kunststoffklebmasse abgedichtet. Da die Innenkanten 28 in der Nähe der Kanten des zweiten Blechs 14 abgedichtet werden, muss diese Abdichtung ebenfalls ein Dielektrikum sein, um somit das zweite Blech 14 vom ersten und dritten Blech, 12, 22 elektrisch zu isolieren. Um das Abdichten der Innenkanten 28 zu erleichtern, verwendet man PU.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des geschlossenporigen geschäumten Polymer-Dielektrikums in Form einer durchgehenden Schicht 36, die dazu verwendet wird, das zweite Blech 14 vom ersten Blech 12 und dritten Blech 22 elektrisch zu isolieren. Die durchgehende Schicht 36 wird mit einem Kontaktkleber beschichtet, der auf beiden Seiten der durchgehenden Schicht 36 mit einer nicht haftenden Schutzfolie überzogen ist. Die durchgehende Schicht 36 und die Folien sind vorgeschnitten, um Einsätze 16 und entfernbare Abstandshalter 38 zu bilden. Die Abstandshalter 38 bestehen aus mehreren scheibenförmigen Segmenten 40, die durch Kanäle 42 verbunden sind.

Während des Herstellungsverfahrens des Gewichtssensors 10 wird die Folie von einer ersten Seite der ersten durchgehenden Schicht 36 nur in den Zonen entfernt, die die Einsätze 16 überdecken. Eine erste Oberfläche des ersten Blechs 12 und eine erste Oberfläche des zweiten Blechs 14 werden dann für Verbindungszwecke grundiert. Die erste durchgehende Schicht 36 mit daran anhaftenden Folien, wird unmittelbar auf die erste Oberfläche des ersten Blechs 12 aufgebracht, und zwar derartig, dass die erste Seite der ersten durchgehenden Schicht 36 sich in Kontakt mit der ersten Oberfläche des ersten Blechs 12 befindet und zwar so, dass die Einsätze 16 an der ersten Oberfläche haften, ohne dass jedoch die Abstandshalter aufgrund der Gegenwart der Folie an dieser Stelle haften. Die Folie wird danach unmittelbar von einer zweiten Seite der ersten durchgehenden Schicht 36 entfernt, wonach die Abstandshalter 38, welche Folie enthalten, die an deren erster Seite haftet, von der ersten durchgehenden Schicht 36 entfernt werden. Die Einsätze 16 werden danach unmittelbar sandwichartig zwischen den Blechen 12, 14 angeordnet und das elastische Dielektrikum 18 wird mittels Einspritzung in die durch die Entfernung der Abstandshalter 38 gebildeten Zwischenräume 20 eingebracht.

Die vorhergehenden Verfahrensschritte werden dann zum sandwichartigen Einbringen der Einsätze einer zweiten durchgehenden Schicht (nicht dargestellt) eines geschlossenporigen geschäumten Polymer-Dielektrikums und eines elastischen Dielektrikums 18 zwischen dem zweiten Blech 14 und einem dritten elektrisch leitfähigen Blech 22 wiederholt, und zwar auf solche Weise, dass das zweite Blech 14 elektrisch vom ersten Blech 12 und dritten Blech 22 isoliert ist.

Es versteht sich, dass in einer anderen Ausführung der Erfindung jeder Einsatz ein offenporiger Einsatz in geeigneter Konfiguration sein kann. So können ausreichend kleine Poren dafür geeignet sein oder ein Material, das ausreichend widerstandsfähig gegen ein Eindringen des elastischen Dielektrikums in die Poren ist. Oder es kann ein offenporiges Material mit einer Haut oder geschlossenporigen Außenschicht verwendet werden.

4 zeigt einen Gewichtssensor 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, der das Verbiegen des Oberblechs 22 in den Randbereichen 50 des Oberbleches 22 vermindern soll. Es versteht sich, dass in 4, wo zutreffend, gleiche Bezugsziffern verwendet wurden, um identische oder ähnliche Kennzeichen wie in den 1 und 2 anzuzeigen.

Der Gewichtssensor 10 weist zwei Randabschnitte 52 auf, die sich jeweils von einem Randbereich 54 des weiter unten liegenden Blechs 12 (welches bei Anwendung in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Teil des Sensors 10 ist, der sich auf der Erde befindet) bis zu einem Randbereich 50 hin des Oberblechs 22 erstrecken. Jeder Randabschnitt 52 ist mit einer Oberseite des Oberblechs 22 so verbunden, dass das Oberblech 22 nicht auf den Randabschnitten 52 aufliegt. Die Randabschnitte 52 sind so geformt und dimensioniert, dass sie bei Anwendung eine Rampe für Fahrzeuge zum Auffahren auf den Sensor 10 sowie zum Abfahren von diesem bilden.

Zu bemerken ist, dass, wie in den 1 und 2, das elastische Dielektrikum 18 zwischen den Blechen 12, 14, 22 so konfiguriert ist, dass eine seitliche Ausdehnung des elastischen Dielektrikums 18 ermöglicht wird, wenn eine nach unten gerichtete Kraft auf den Gewichtssensor 10 ausgeübt wird, was zum Zusammendrücken der Bleche 12, 14, 22 führt.

Zu bemerken ist ferner, dass in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung die Randabschnitte 52 und das unterste Blech 12 eine Integraleinheit bilden können.

Der Erfinder erachtet es als vorteilhaft, dass die Einsätze nicht entfernt werden, nachdem das elastische Dielektrikum in den Gewichtssensor eingebracht wurde, da das Entfernen Verunreinigungen verursachen kann, verbunden mit den Einsätzen, die innerhalb des Sensors verbleiben. Das Einsetzen einer durchgehenden Schicht von Einsätzen bietet den zusätzlichen Vorteil einer Produktionszeitverminderung, da genaues Fluchten des elastischen Dielektrikums zwischen den Platten erleichtert wird. Der Erfinder betrachtet es ferner als vorteilhaft, dass das Oberblech nicht auf den Randabschnitten des Gewichtssensors aufliegt. Dies soll ein Verbiegen der Randbereiche des Oberblechs reduzieren, sobald ein Fahrzeug den Sensor überfährt, wodurch Spannungsermüdungserscheinungen im Sensor vermindert werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines Gewichtssensors (10), das die folgenden Schritte enthält:

elektrisches Isolieren eines ersten elektrisch leitfähigen Blechs (12) von einem zweiten elektrisch leitfähigen Blech (14), indem Einsätze aus einem geschäumten Polymer-Dielektrikum (16) zwischen den Blechen (12, 14) eingebracht werden;

Einbringen eines elastischen Dielektrikums (18) in Räume (20), die zwischen den Einsätzen aus geschäumtem Polymer-Dielektrikum (16) gebildet werden, um eine Verbindung mit den Blechen (12, 14) einzugehen; und

die Einsätze aus geschäumtem Polymer-Dielektrikum (16) zwischen den Blechen (12, 14) belassen.
Verfahren nach Anspruch 1, das die Wiederholung der vorigen Schritte des Verfahrens enthält, um Einsätze aus einem geschäumten Polymer-Dielektrikum (16) und einem elastischen Dielektrikum (18) zwischen dem zweiten Blech (14) und einem dritten elektrisch leitfähigen Blech (22) sandwichartig so einzubringen, dass das zweite Blech (14) vom ersten und dritten Blech (12, 22) elektrisch isoliert ist. Gewichtssensor (10), der ein erstes elektrisch leitfähiges Blech (12) enthält, das von einem zweiten elektrisch leitfähigen Blech (14) durch Einsätze aus einem geschäumten Polymer-Dielektrikum (16) und einem elastischen Dielektrikum (18) in Räumen (20), die zwischen den Einsätzen gebildet werden, die sich zwischen den Blechen (12, 14) befinden, elektrisch isoliert ist. Gewichtssensor (10) nach Anspruch 3, der ein drittes elektrisch leitfähiges Blech (22) enthält, das vom zweiten Blech (14) durch Einsätze aus einem geschlossenzelligen geschäumten Polymer-Dielektrikum (16) und einem elastischen Dielektrikum (18) in Räumen (20), die zwischen den Einsätzen gebildet werden, die sich zwischen dem zweiten und dem dritten Blech (14, 22) befinden, elektrisch isoliert ist. Gewichtssensor (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem das elastische Dielektrikum aus solchen Dielektrika gewählt wird, die sich bei Kompression sehr rasch erholen und kapazitiv unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen in einem Bereich sind, wie er auf Straßenoberflächen vorliegt. Gewichtssensor (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Einsätze lineare Streifen sind. Gewichtssensor (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Einsätze Formen haben, die diskrete Bereiche frei lassen, die vom elastischen Dielektrikum (18) zu füllen sind. Gewichtssensor (10) nach Anspruch 7, bei dem Kanäle für das elastische Dielektrikum (18) belassen werden, das einzuspritzen ist, nachdem die Einsätze sandwichartig zwischen den Blechen (12, 14, 22) eingebracht worden sind. Gewichtssensor (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem die Einsätze zwischen jedem der Bleche (12, 14, 22) miteinander integral verbunden sind, um eine durchgehende Schicht aus dem geschäumten Polymer-Dielektrikum (16) zwischen jedem der Bleche zu bilden. Gewichtssensor (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei dem die Ränder (30, 50) des Sensors abgedichtet sind, um ihn gegen das Eindringen von Wasser undurchlässig zu machen.






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