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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Foliensensor, insbesondere
einen Folienpositionssensor, wie z. B. ein Folienpotentiometer.
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Foliensensoren
sind allgemein bekannt und umfassen zumindest einen Folienkörper, auf
den zumindest eine Komponente einer elektrischen Schaltung aufgedruckt
ist. Beispielsweise kann ein Foliensensor als Folienpositionssensor
ausgestaltet sein und hierzu nach Art eines Potentiometers aufgebaut sein.
Der Positionssensor umfasst hierzu eine Widerstandsfolie mit einer
aufgedruckten Widerstandsbahn und eine Kollektorfolie mit einer
aufgedruckten Kollektorbahn als Folienkörper. Diese Folienkörper sind
relativ zueinander so angeordnet, dass zwischen der Kollektorbahn
und der Widerstandsbahn ein Abstand vorliegt. Zumindest einer der
Folienkörper
ist soweit flexibel ausgestaltet, dass durch von außen aufgebrachte
Druckkräfte
der genannte Abstand überwunden
werden kann, wodurch im Bereich der Druckbetätigung eine Kontaktierung zwischen Widerstandsbahn
und Kollektor erfolgt. Der daraus resultierende am Potentiometer
abgreifbare Widerstandswert korreliert mit der Position der Druckstelle und
ermöglicht somit
eine Positionsbestimmung. Ebenso kann ein Foliensensor als Drucksensor
ausgestaltet sein, auf dessen Folienkörper beispielsweise eine Wheatstone-Brückenschaltung
aus den Messwiderständen
aufgedruckt ist.
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Um
die Foliensensoren möglichst
preiswert herstellen zu können,
werden für
die Herstellung der Folienkörper
Kunststoffe verwendet. Problematisch sind hierbei die Temperaturbereiche,
bei dem die Foliensensoren verwendet werden können, sowie Verschleiß durch
Reibung bzw. Kontaktierung.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
einen Foliensensor eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich
insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie eine erhöhte Temperaturbeständigkeit
und/oder eine erhöhte
Verschleißfestigkeit
aufweist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zumindest einen Folienkörper des
Foliensensors mit Hilfe eines Polyetherketons, kurz PEK herzustellen.
Polyetherketone sind hochtemperaturbeständige, thermoplastische Kunststoffe.
Sie sind gegen fast alle organischen und anorganischen Chemikalien
beständig.
Sie besitzen eine vergleichsweise hohe Festigkeit und eine vergleichsweise
hohe Steifigkeit. Durch die Verwendung von PEK für die Herstellung des jeweiligen
Fo lienkörpers
erhält
dieser eine höhere
Temperaturbeständigkeit
sowie eine höhere
Verschleißfestigkeit.
Hierdurch lassen sich die Lebensdauer sowie die Einsatzmöglichkeiten
für den
damit ausgestatteten Foliensensor verbessern.
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Insbesondere
ist ein aus PEK hergestellter Folienkörper auch bei höheren Temperaturen
formstabil, was die selbstständige
federelastische Rückstellung
des Folienkörpers
bei Biegebelastungen verbessert. Dies ist insbesondere für Folienpositionssensoren
nach Art von Potentiometern von erhöhter Bedeutung.
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Gemäß bevorzugten
Ausführungsformen können als
PEK ein Polyetheretherketon, kurz PEEK, oder ein PEEEK oder PEEKEK
oder ein PEKK verwendet werden. Die genannten besonders langkettigen
Abkömmlinge
von PEK zeichnen sich durch nochmals erhöhte Schmelztemperaturen und
zusätzlich
verbesserte Festigkeitswerte aus. Besonders vorteilhaft ist dabei
die Verwendung von PEEK bei der Herstellung des wenigstens einen
Folienkörpers des
jeweiligen Foliensensors.
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Darüber hinaus
können
gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
die physikalischen Eigenschaften des Folienkörpers dadurch verbessert werden,
dass in den PEK-Werkstoff zumindest ein anorganischer Füllstoff
eingebettet wird, wie z. B. Glasfasern, Talkum, Metalloxidverbindungen und/oder
Keramik.
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Sofern
der Foliensensor mehrere Folienkörper
aufweist, die aneinander befestigt werden müssen, lassen sich diese besonders
einfach durch wenigstens eine Schweißverbindung aneinander befestigen,
wenn sie beide aus PEK hergestellt sind. Auf Klebeverbindungen kann
damit verzichtet werden, die einerseits eine geringere Festigkeit
und Temperaturbeständigkeit
als Schweißverbindungen
aufweisen und andererseits mit einem vergleichsweise hohen Aufwand
realisiert werden müssen.
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Weitere
Vorteile ergeben sich dadurch, dass PEK umformbar ist, so dass der
damit hergestellte Folienkörper
auch als Tiefziehteil ausgestaltet werden kann. Hierdurch ergeben
sich für
den damit ausgestatteten Foliensensor zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten,
die mit herkömmlichen
Kunststofffolien nicht realisierbar sind. Beispielsweise kann durch eine
geeignete Formgebung des Tiefziehteils ein Abstandshalter oder Distanzelement
in den Folienkörper
integriert werden, um beispielsweise ein Folienpotentiometer ohne
zusätzliches
separates Distanzelement herstellen zu können.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 bis 3 jeweils
stark vereinfachte, prinzipielle Schnittansichten eines Foliensensors
bei unterschiedlichen Ausführungsformen.
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Entsprechend
den 1 bis 3 umfasst ein Foliensensor 1 zumindest
einen Folienkörper 2, wobei
auf wenigstens einen dieser Folienkörper 2 wenigstens
eine Komponente 3 einer elektrischen Schaltung aufgedruckt
ist. In den dargestellten Beispielen ist der jeweils dargestellte
Foliensensor 1 als Folienpositionssensor ausgestaltet,
der insbesondere nach Art eines Folienpotentiometers aufgebaut ist. Dementsprechend
umfasst der Foliensensor 1 hier eine Widerstandsfolie 4,
die mit einer Widerstandsbahn 5 bedruckt ist, sowie eine
Kollektorfolie 6, die mit einer Kollektorbahn 7 bedruckt
ist. In den Beispielen ist sowohl die Widerstandsfolie 4 als
auch die Kollektorfolie 6 jeweils aus einem bedruckten
Folienkörper 2 gebildet.
Die aufgedruckte Komponente ist bei dem einen Folienkörper 2 bzw. 4 durch
die Widerstandsbahn 5 und beim anderen Folienkörper 2 bzw. 6 durch
die Kollektorbahn 7 gebildet. Die Widerstandsbahn 5 und
die Kollektorbahn 7 bilden dabei insbesondere Komponenten
einer elektrischen Potentiometerschaltung.
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Beim
gezeigten Folienpositionssensor bzw. Folienpotentiometer 1 sind
die Folien 4, 6 bzw. die zugehörigen Folienkörper 2 so
angeordnet, dass im jeweils gezeigten unbetätigten Zustand zwischen der Widerstandsbahn 5 und
der Kollektorbahn 7 ein Abstand 8 vorliegt. Durch
diesen Abstand 8 sind die genannten elektrischen Komponenten 3,
also hier die Kollektorbahn 7 und die Widerstandsbahn 5 voneinander
elektrisch isoliert. Zumindest eine der Folien 4, 6,
also wenigstens einer der Folienkörper 2 ist soweit flexibel
ausgestaltet, dass durch Druckkräfte
der Abstand 8 lokal überbrückt werden
kann, um in einer lokal begrenzten Stelle eine Kontaktieren zwischen
Widerstandsbahn 5 und Kollektorbahn 7 herzustellen.
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Damit
der Foliensensor 1 beispielsweise bei höheren Umgebungstemperaturen
einsetzbar ist und/oder damit der Foliensensor 1 eine erhöhte Verschleißfestigkeit
aufweist, kann zumindest einer der bedruckten Folienkörper 2 aus
einem oder mit einem Polyetherketon, kurz PEK hergestellt werden.
Vorzugsweise sind alle Folienkörper 2 des
jeweiligen Foliensensors 1 aus bzw. mit PEK hergestellt.
PEK zeichnet sich durch eine vergleichsweise hohe Schmelztemperatur
sowie durch relativ hohe Festigkeitswerte aus. Hierdurch kann insbesondere
eine erhöhte
Formstabilität
auch bei relativ hohen Umgebungstemperaturen realisiert werden,
was eine zuverlässige Funktion
für den
Foliensensor 1 begünstigt.
Gleichzeitig wird die Verschleißfestigkeit
des Foliensensors 1 dadurch erhöht.
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Bevorzugt
kann es sich beim PEK um ein Polyetheretherketon, kurz PEEK handeln.
PEEK zeichnet sich durch besonders hohe Schmelztemperatur und Verschleißfestigkeit
aus.
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Alternativ
können
als PEK auch ein PEEEK oder ein PEEKEK oder ein PEKK oder andere PEK-Abkömmlinge
verwendet werden.
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Um
die mechanischen und/oder physikalischen Eigenschaften des jeweiligen
aus PEK beziehungsweise mit PEK hergestellten Folienkörpers 2 zusätzlich zu
verbessern, kann in den jeweiligen PEK-Werkstoff zumindest ein anorganischer
Füllstoff eingebettet
sein. Als anorganische Füllstoffe
eignen sich insbesondere Glasfasern, Talkum, Metalloxidverbindungen,
Keramik. Durch die Einbindung derartiger Füllstoffe kann insbesondere
die thermische Formstabilität
des PEK erhöht
werden, was für
eine sichere Funktionsfähigkeit
des damit ausgestatteten Foliensensors auch bei höheren Einsatztemperaturen
begünstigt.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform ist zur Realisierung
des Abstands 8 ein Distanzkörper 9 vorgesehen,
der ebenfalls durch einen entsprechend ausgeschnittenen Folienkörper 2 gebildet
sein kann. Der Distanzkörper 9 ist
zwischen der Widerstandsfolie 4 und der Kollektorfolie 6 ange ordnet. Seine
Dicke bestimmt den Abstand 8. Vorzugsweise ist auch dieser
Distanzkörper 9 mit
Hilfe von PEK hergestellt.
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Ferner
ist es grundsätzlich
möglich,
an der Widerstandsfolie 4 an der von der Kollektorfolie 6 abgewandte
Seite eine Schutzfolie 10 anzubringen, die ebenfalls einen
Folienkörper 2 bildet.
Diese Schutzfolie 10 kann beispielsweise dazu verwendet
werden, die Verschleißfestigkeit
der Widerstandsfolie 4 zu erhöhen. Zusätzlich oder alternativ kann
auch die Kollektorfolie 6 mit einer derartigen Schutzfolie 10 versehen
sein. Vorzugsweise ist auch diese Schutzfolie 10 mit Hilfe
des PEK hergestellt.
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Bei
einer herkömmlichen
Bauart werden die einzelnen Folienkörper 2 mittels Klebverbindungen aneinander
befestigt. Um derartige Klebverbindungen prozesssicher ausgestalten
zu können,
ist ein vergleichsweise hoher Aufwand erforderlich. Die Verwendung
von PEK für
die Herstellung der einzelnen Folienkörper 2 ermöglicht es,
zumindest zwei der Folienkörper 2 durch
wenigstens eine Schweißverbindung
aneinander zu befestigen. Die jeweilige Schweißverbindung ist in den Figuren
mit 11 bezeichnet. Dementsprechend können bei der Ausführungsform
gemäß 1 der
Distanzkörper 9 einerseits
an der Kollektorfolie 6 und andererseits an der Widerstandsfolie 4 und
die Schutzfolie 10 an der Widerstandsfolie 4 beziehungsweise
an der Kollektorfolie 6 angeschweißt sein. Im Unterschied dazu
sind bei den Ausführungsformen
der 2 und 3 die Kollektorfolie 6 und
die Widerstandsfolie 4 direkt aneinandergeschweißt.
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Zum
Herstellen der jeweiligen Schweißverbindung 11 lassen
sich unterschiedliche geeignete Schweißverfahren verwenden. Beispielsweise
lassen sich die Schweißverbindungen 11 durch
Reibschweißverfahren
realisieren. Beispielsweise eignet sich hierzu ein Ultraschall-Schweißverfahren.
Ebenso ist es möglich,
zumindest einen der Folienkörper 2 so
weit aufzuheizen, bis er mit dem jeweils anderen Folienkörper 2 eine
Schweißverbindung 11 eingehen kann.
Die Aufheizung kann beispielsweise mittels UV-Strahlung realisiert
werden.
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Bei
der in 2 gezeigten Ausführungsform ist der Abstand 8 mit
Hilfe wenigstens eines Distanzelements 12 realisiert, das
auf die Kollektorfolie 6 beziehungsweise auf den zugehörigen Folienkörper 2 aufgedruckt
ist. Insbesondere kann dieses Distanzelement 12 in einem
Siebdruckverfahren auf den jeweiligen Folienkörper 2 aufgedruckt
werden. Die Widerstandsfolie 4 stützt sich am jeweiligen Distanzelement 12 ab
und ist dadurch beabstandet zur Kollektorfolie 6 positioniert.
Es ist klar, dass ein derartiges gedrucktes Distanzelement 12 auch
an der Widerstandsfolie 4 beziehungsweise an deren Folienkörper 2 ausgebildet
sein kann. Ebenso ist eine Ausführungsform
möglich,
bei der sowohl an der Widerstandsfolie 4 als auch an der
Kollektorfolie 6 beziehungsweise am jeweiligen Folienkörper 2 ein
derartiges Distanzelement 12 durch Aufdrucken ausgebildet
ist. Insbesondere ist es dann möglich,
dass sich die auf beiden Folien 4, 6 aufgedruckten
Distanzelemente 12 aneinander abstützen.
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Bei
der in 3 gezeigten Ausführungsform wird der Abstand 8 dadurch
realisiert, dass an einem der Folienkörper 2 durch Tiefziehen
ein Distanzierabschnitt 13 ausgebildet ist. Im gezeigten
Beispiel ist dieser Distanzierabschnitt 13 in Form einer
Stufe 14 realisiert. Bei dieser Ausführungsform wird eine weitere
besondere Eigenschaft des PEK-Kunststoffs genutzt, nämlich die
Umformbarkeit insbesondere durch Tiefziehen.
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Durch
den Verzicht auf einen zusätzlichen Folienkörper 2 zur
Realisierung des Distanzkörpers 9 beziehungsweise
durch den Verzicht auf ein zusätzlich
aufzudruckendes Distanzelement 12 lässt sich der jeweilige Foliensensor 1 besonders
preiswert realisieren.