-
Das hierin Beschriebene und Beanspruchte betrifft eine Sensoreinrichtung und ein Verfahren zum Erfassen der Anwesenheit von Medien unter Verwendung einer Sensoreinrichtung. Medien können beispielsweise Flüssigkeiten oder feinkörnige Feststoffe sein.
-
Zur Erkennung der Anwesenheit von Medien, wie beispielsweise Wasser oder einer anderen Flüssigkeit, werden Sensoreinrichtungen eingesetzt, welche Sensorfolien aufweisen, die mit einer Auswerteschaltung verbunden sind. Die Sensorfolien weisen dabei Öffnungen auf, in welche Flüssigkeit eindringen kann, wobei die Sensorfolien einen Schichtaufbau mit zwei elektrisch leitenden Schichten umfassen, die über eine isolierende Abstandsschicht voneinander getrennt sind. Beim Eintreten von Flüssigkeit in die Öffnungen entsteht zwischen den elektrisch leitenden Schichten ein Kurzschluss, der zu einer Widerstandsänderung führt, die über die Auswerteschaltung erfasst werden kann. Somit können beispielsweise Leckagen erkannt werden.
-
Solche Sensoreinrichtungen können beispielsweise auf Dächern, im Sanitärbereich (beispielsweise Badezimmer), in Industrieanlagen etc. zur Überwachung vorgesehen sein, um den Austritt von Flüssigkeiten oder anderen Medien, wie beispielsweise feinkörnigen Feststoffen, festzustellen.
-
Ein häufiges Problem bei Sensoreinrichtungen mit einer Sensorfolie, die über eine Abstandsschicht bzw. Isolationsschicht getrennte Elektrodenschichten aufweisen, besteht darin, dass beispielsweise beim Einbringen von Öffnungen für die Aufnahme der zu detektierenden Flüssigkeiten oder dergleichen oder beim „Zuschneiden“ der Sensorfolie ein Kurzschluss erzeugt werden kann, der daraus resultiert, dass beim Einbringen der Öffnungen oder beim „Zuschneiden“ der Folie die beiden Elektrodenschichten miteinander in Kontakt gebracht werden. Der Kurzschluss tritt natürlich erst dann auf, wenn an die Sensorfolie eine Spannung angelegt wird.
-
Aus dem Stand der Technik ist hierzu aus
EP 2 844 972 B1 ein Leckdetektor bekannt, der einen Sensorfilm aufweist, welcher eine Trägerfolie und zu beiden Seiten der Trägerfolie angeordnete leitende Elektrodenfolien aufweist. Dabei weist eine obere erste leitende Elektrodenfolie kreisrunde Öffnungen in einem Muster auf, die einen größeren Durchmesser aufweisen als konzentrische Öffnungen in der Trägerfolie und der darunter angeordneten zweiten leitenden Elektrodenfolie. Die korrespondierenden Öffnungen in der Trägerfolie und der zweiten leitenden Elektrodenfolie werden mittels Stanzen erzeugt. Da beim Stanzen ein Kurzschluss zwischen der ersten leitenden Elektrodenfolie und der zweiten leitenden Elektrodenfolie auftreten kann, wird ein Kurzschluss bei dem in
EP 2 844 972 B1 beschriebenen Sensorfilm zum einen dadurch verhindert, dass die Öffnungen in der ersten leitenden Elektrodenfolie mittels Ätzen erzeugt werden und zum anderen die Öffnungen in der Trägerfolie und der zweiten leitenden Elektrodenfolie kleiner sind als die Öffnungen in der ersten Elektrodenfolie.
-
Der in
EP 2 844 972 B1 beschriebene Schichtaufbau und das Verfahren zum Erzeugen des Sensorfilms weisen jedoch entscheidende Nachteile auf. So können aufgrund der kleineren Öffnung in der Trägerfolie beispielsweise Tropfen gehalten werden, welche nicht bis zur darunter befindlichen zweiten leitenden Elektrodenfolie gelangen, so dass keine zuverlässige Erkennung von Leckagen erfolgen kann.
-
Weiterhin weist der bekannte Stand der Technik den Nachteil auf, dass zwei unterschiedliche Verfahren zur Erzeugung der Öffnungen durchgeführt werden müssen. Zudem ist es grundsätzlich nicht möglich, beide Öffnungen mit den unterschiedlichen Durchmessern in einem Arbeitsschritt zu erzeugen. Daher ist der Aufwand zur Herstellung einer Folie deutlich erhöht.
-
Weiterhin ist die Sensorfläche des Sensorfilms aus dem Stand der Technik im Vergleich zur Fläche des Sensorfilms relativ gering, was eine Erkennung von Leckagen erschwert.
-
Eine Aufgabe einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann daher darin bestehen, eine Möglichkeit zu schaffen, welche einen einfachen Schichtaufbau für eine Sensorfolie erlaubt, der einfach herstellbar ist, wobei eine relativ große Sensorfläche bereitstellbar ist und wobei die Sensorfolie einfach in ihren Abmaßen veränderbar ist, ohne dass u.a. eine Kontaktierung einer ersten elektrisch leitenden Schicht und einer zweiten elektrisch leitenden Schicht erzeugt wird, die einen Kurzschluss bewirken würde.
-
Des Weiteren soll ein Verfahren ermöglicht werden, mit dem eine Sensoreinrichtung betrieben werden kann und welches eine zuverlässige Erkennung der Anwesenheit eines Mediums erlauben.
-
Gemäß einem Aspekt betrifft eine solche erfindungsgemäße Ausführungsform zumindest in einem Kerngedanken eine Sensoreinrichtung zur Erkennung der Anwesenheit eines Mediums, umfassend: mindestens eine Sensorfolie, wobei die Sensorfolie mindestens eine erste elektrisch leitende Schicht und eine zweite elektrisch leitende Schicht aufweist, wobei zwischen der ersten elektrisch leitenden Schicht und der zweiten elektrisch leitenden Schicht mindestens eine Isolationsschicht aus elektrisch nicht leitendem Material angeordnet ist, wobei
- - die Sensorfolie Öffnungen aufweist, die durch die erste elektrisch leitende Schicht, die zweite elektrisch leitende Schicht und die mindestens eine Isolationsschicht verlaufen,
- - jede der Öffnungen in Bezug auf die erste elektrisch leitende Schicht, die zweite elektrisch leitende Schicht und die mindestens eine Isolationsschicht eine gleich große freie Fläche aufspannt, und
- - die Schichtdicke der mindestens einen Isolationsschicht jeweils größer ist als die Schichtdicke der ersten elektrisch leitenden Schicht und die Schichtdicke der zweiten elektrisch leitenden Schicht.
-
Der Aufbau der Sensorfolie der Sensoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schichtdicke der mindestens einen Isolationsschicht jeweils größer ist, als die Schichtdicke der ersten elektrisch leitenden Schicht und die Schichtdicke der zweiten elektrisch leitenden Schicht. Damit wird erreicht, dass auch beim Einbringen der Öffnungen in die Sensorfolie und beim „Zuschneiden“ der Sensorfolie keine Kontaktierung der beiden elektrisch leitenden Schichten über die Isolationsschicht hinweg erfolgen kann. Es können somit nicht Bereiche der ersten elektrisch leitenden Schicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Schicht über die Isolationsschicht hindurch mit der jeweils anderen elektrisch leitenden Schicht in Verbindung gelangen.
-
Die Verwendung entsprechender Schichten (Isolationsschicht, elektrisch leitende Schichten) mit den aufeinander abgestimmten Schichtdicken erlaubt daher eine Anpassung der Sensorfolie an örtliche Gegebenheiten durch einfache Mittel, wie z.B. mithilfe einer Schere. Weiter ist die Herstellung der Sensorfolie einfach realisierbar, weil beispielsweise Stanzwerkzeuge verwendet werden können, welche die Öffnungen in die Sensorfolie einbringen, wobei die Öffnungen durch die Sensorfolie hinweg auf einmal erzeugt werden. Damit wird auch sichergestellt, dass die Öffnungsweite der Öffnungen in den einzelnen Schichten der Sensorfolie gleich ist und die Öffnungen in den einzelnen Schichten deckungsgleich sind, so dass es zu keinem Anhaften eines Flüssigkeitstropfen oder dergleichen eines Mediums an Rändern von unterschiedlich großen oder leicht versetzt zueinander verlaufenden Öffnungen innerhalb des Schichtaufbaus kommt.
-
Die Erkennung der Anwesenheit eines Mediums, wie beispielsweise einer Flüssigkeit erfolgt dadurch, dass ein Flüssigkeitstropfen in die Öffnung gelangt und dann einen Kurzschluss oder zumindest eine messbare Verringerung des elektrischen Widerstands zwischen der ersten elektrisch leitenden Schicht und der zweiten elektrisch leitenden Schicht erzeugt, der über eine Auswerteschaltung erfasst wird. Aufgrund der vorherstehend beschriebenen Wirkungsweise, ist, wenn hierin im Zusammenhang mit der Erfindung von Kurzschluss gesprochen wird, auch die bereits erwähnt messbare Verringerung des elektrischen Widerstands mitgemeint.
-
Die elektrisch leitenden Schichten bestehen hierzu beispielsweise aus einem elektrisch leitenden Metall (z.B. Aluminium, Kupfer, Messing, Edelstahl, Gold und weitere Metalle) oder einem elektrisch leitenden Kunststoff, wobei beispielsweise für die Leitfähigkeit Kohlenstoff in einen Kunststoff eingebracht ist.
-
Nach Maßgabe des zu überwachenden Mediums und der Umgebung, in welcher die Sensoreinrichtung eingesetzt wird, können beispielsweise bei einer chemisch aggressiven Umgebung oder einem chemisch aggressiven Medium entsprechend chemisch stabile Metalle eingesetzt werden.
-
In weiteren Ausführungen können die Öffnungen in der Sensorfolie gestreckt ausgeführt sein. „Gestreckt“ bedeutet, dass die Öffnungen nicht kreisrund sind, wie im Stand der Technik. Die Sensorfolie weist somit keine kreisrunden Öffnungen auf. Gestreckte Öffnungen sind demnach beispielsweise längliche Öffnungen und ovale Öffnungen, wobei die Öffnungen an ihren Enden abgerundet sind, damit keine scharfen Kanten in den Öffnungen vorliegen, die zum einen Startpunkte für einen Riss in der Sensorfolie bilden und zum anderen auch ein Anhaften von Tröpfchen eines Mediums bewirken können, was die Erfassung der Anwesenheit eines Mediums erschweren oder verhindern könnte. Längliche Öffnungen können sich dabei in einer Richtung erstrecken oder auch einfach oder mehrfach gekrümmt sein. Beispielhafte Formen umfassen nicht abschließend eine im Wesentlichen C-, S- oder klammerartige Bogenform. In weiteren Ausführungen können die Öffnungen auch beispielsweise eine T-Form mit abgerundeten Kanten/Ecken aufweisen.
-
In weiteren Ausführungen können auch verschieden ausgebildete Öffnungen in der Sensorfolie vorgesehen sein. Die Öffnungen können dabei ein Muster ausbilden.
-
Wesentlich ist, dass die Sensorfläche aufgrund der Ausbildung der Öffnungen gegenüber kreisrunden Öffnungen vergrößert ist. Die Sensorfläche einer Öffnung der Sensorfolie ist jeweils der Abstand der elektrisch leitenden Schichten zuzüglich der jeweiligen Materialstärke der elektrisch leitenden Schichten multipliziert mit der Länge/Umfang der Öffnung. Die effektive Sensorfläche der Sensorfolie ist folglich die Summe dieser Flächen in den Öffnungen.
-
Die verbleibende Restoberfläche der Sensorfolie sollte im Vergleich dazu zur Optimierung der Erfassungsgenauigkeit eines anwesenden Mediums minimiert werden, wobei je nach Anwendung die mechanische Stabilität bzw. ein Mindestmaß an mechanischer Stabilität bzw. ein Minimum an noch notwendiger mechanischer Stabilität eingehalten werden sollte, was im Ergebnis zur Vergrößerung bzw. Maximierung der Sensorfläche führt und zur Verbesserung der Sensitivität der Sensoreinrichtung insbesondere eine Maximierung der Anzahl an Öffnungen in der Sensorfolie beinhaltet bzw. mitbeinhaltet.
-
Die Ausbildung der Öffnungen hängt auch davon ab, von welchem Medium die Anwesenheit erfasst werden soll. So bilden beispielsweise verschiedene Flüssigkeiten verschieden große Tröpfchen aus. Damit ist dann auch die Öffnungsweite der Öffnungen zu bestimmen. Darüber hinaus kann der Abstand der Öffnungen in der Sensorfolie ebenfalls davon abhängen, von welchem Medium die Anwesenheit erfasst werden soll. So kann in weiteren Ausführungen der Abstand von benachbarten Öffnungen in der Sensorfolie jeweils im Wesentlichen immer nur so groß sein, wie eine durchschnittliche Tröpfchengröße einer bestimmten Flüssigkeit.
-
In weiteren Ausführungen ist auf der ersten elektrisch leitenden Schicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Schicht eine Schutzschicht aus einem elektrisch nichtleitenden Material angeordnet. Diese Schicht kann beispielsweise aus einem nicht leitenden Kunststoff bestehen, der beispielsweise eine chemische Resistenz gegenüber der Umgebung und/oder eines entsprechenden Mediums aufweist. Die mindestens eine Schutzschicht kann in weiteren Ausführungen leicht haftend oder klebend mit den elektrisch leitenden Schichten verbunden werden.
-
Für eine Kontaktierung der Sensorfolie mit einer entsprechenden Einrichtung ist es in weiteren Ausführungen erforderlich, dass an der Kontaktierungsstelle die Schutzschicht partiell entfernt wird. Wenn eine Schutzschicht mit der ersten elektrisch leitenden Schicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Schicht verbunden ist, kann beispielsweise eine Klebung durch thermischen oder mechanischen Einfluss entfernt werden. Bei einer haftenden Verbindung zwischen der Schutzschicht und einer zugehörigen ersten oder zweiten elektrisch leitenden Schicht kann die Schutzschicht einfach abgezogen und beispielsweise eingeschnitten werden.
-
In weiteren Ausführungen weist die Schutzschicht an der ersten elektrisch leitenden Schicht und/oder die Schutzschicht an der zweiten elektrisch leitenden Schicht korrespondierende Öffnungen zu den Öffnungen in der ersten elektrisch leitenden Schicht, der zweiten elektrisch leitenden Schicht und der mindestens einen Isolationsschicht auf. Die Öffnungen können gemeinsam mit den Öffnungen in der ersten elektrisch leitenden Schicht, der Isolationsschicht und der zweiten elektrisch leitenden Schicht eingebracht werden. Alternativ ist es auch möglich, mindestens eine Schutzschicht mit bereits vorgesehenen Öffnungen auf eine vorgefertigte Sensorfolie mit entsprechenden Öffnungen aufzubringen oder mindestens eine Schutzschicht oder einen Sensorfolienrohling, wobei entweder die mindestens eine Schutzschicht oder der Sensorfolienrohling Öffnungen aufweisen, miteinander zu verbinden und danach die Öffnungen in das jeweils andere Teil einzubringen, wobei die bereits vorhandenen Öffnungen im jeweils anderen Teil zur Orientierung oder als Schablone für das Ausrichten und Einbringen von Öffnungen dienen.
-
In weiteren Ausführungsformen kann beispielsweise eine an einer Unterseite der Sensorfolie angeordnete Schutzschicht keine Öffnungen aufweisen. Solche Ausführungen können beispielsweise in Bereichen eingesetzt werden, in denen Kondensation von Luftfeuchtigkeit nicht oder unwahrscheinlich auftritt, z.B. im Bad (Dusche, Badewanne, etc.). Leckageflüssigkeit als zu erfassendes Medium würde sich dann in den Öffnungen sammeln, wobei die untere Schutzschicht dabei ein Durchdringen von Leckageflüssigkeit verhindert. Somit lässt sich eine Leckage erkennen und der Untergrund der Sensorfolie wird vor Leckageflüssigkeit geschützt.
-
In weiteren Ausführungen ist eine erste Isolationsschicht und eine zweite Isolationsschicht vorgesehen, wobei zwischen der ersten Isolationsschicht und der zweiten Isolationsschicht mindestens eine Verstärkungsschicht angeordnet ist und die erste Isolationsschicht mit der ersten elektrisch leitenden Schicht und die zweite Isolationsschicht mit der zweiten elektrisch leitenden Schicht verbunden ist, wobei die erste Isolationsschicht, die zweite Isolationsschicht und die Verstärkungsschicht korrespondierende Öffnungen zu den Öffnungen in der ersten elektrisch leitenden Schicht und der zweiten elektrisch leitenden Schicht aufweisen. Da die Isolationsschicht aus Kunststoff bestehen kann und damit gegenüber hohen Belastungen empfindlich ist, kann durch die Verstärkungsschicht eine Verstärkung der Sensorfolie erreicht werden. Hohe mechanische Belastungen können z.B. dadurch entstehen, dass die Sensorfolie auf einer langen Strecke ihr eigenes Gewicht tragen muss oder gespannt wird, ohne dass diese vom Untergrund getragen wird. Bei hohen Kräften parallel zur Folienebene der Sensorfolie könnte sich somit die Isolationsschicht dehnen, wodurch Risse in den elektrisch leitenden Schichten entstehen könnten, die bis zur Funktionsunfähigkeit reichen. Die Verstärkungsschicht, die beispielsweise aus einem zugfesten, schlecht dehnbaren Material, vorzugsweise aus Metall, z.B. einer Edelstahlfolie besteht, bringt eine Sicherung in die Sensorfolie ein. Zusätzlich sind dann zwei Isolationsschichten erforderlich, die beispielsweise mit der Verstärkungsschicht verklebt sein können. In diesen Ausführungsformen ist es wesentlich, dass beide Isolationsschichten jeweils eine größere Schichtdicke aufweisen als die jeweils vorgesehenen elektrisch leitenden Schichten, damit bei dem Einbringen von Öffnungen in die Sensorfolie oder beim Zuschneiden der Sensorfolie keine ungewünschte Kontaktierung zwischen den elektrisch leitenden Schichten und der aus einem Metall bestehenden Verstärkungsschicht auftritt.
-
In weiteren Ausführungsformen weist mindestens eine äußere Schicht der Sensorfolie eine hydrophobe und/oder oleophobe Beschichtung auf. Bei den äußeren Schichten kann es sich beispielsweise um die erste und/oder zweite elektrisch leitende Schicht oder die Schutzschichten auf den entsprechenden elektrisch leitenden Schichten handeln. Die hydrophobe und/oder oleophobe Beschichtung weist den Vorteil auf, dass auf die Oberfläche der Sensorfolie auftreffende Tropfen einer entsprechenden Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser oder Öl bzw. Wasser oder Öl enthaltende Flüssigkeit, aufgrund der Beschichtung in die Öffnungen gedrängt werden, so dass eine zuverlässige Erkennung der Anwesenheit einer entsprechenden Flüssigkeit erzielt werden kann. Insbesondere ist es somit möglich, dass beispielsweise jeder auf die Sensorfolie auftreffende Tropfen in eine entsprechende Öffnung gedrängt wird und somit sofort eine Leckagedetektion erfolgen kann. Hierzu ist es weiter vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen den Öffnungen möglichst gering, vorzugsweise nicht größer als der durchschnittliche Tröpfchendurchmesser der jeweiligen Flüssigkeit ist.
-
In weiteren Ausführungsformen weist die Sensoreinrichtung eine Auswerteeinheit auf, die mit den elektrisch leitenden Schichten der Sensorfolie verbunden ist, so dass eine Erkennung der Anwesenheit von Medien erfolgen kann. Hierzu kann über die Auswerteeinheit beispielsweise eine Spannung an die beiden elektrisch leitenden Schichten angelegt werden.
-
In weiteren Ausführungsformen weist die Sensoreinrichtung eine Kontakteinheit auf, die ein Gehäuse aufweist, in dem zwei gegenüberliegende Kontakte aufgenommen sind, welche jeweils mit einer der beiden elektrisch leitenden Schichten verbunden sind, wobei die Kontakte jeweils mit einer elektrischen Leitung verbindbar sind. Über die Kontakteinheit erfolgt die Kontaktierung der Sensorfolie. Es kann damit eine Verbindung zwischen der Sensorfolie und einer Auswerteeinheit hergestellt werden, wobei sich von dem Gehäuse und den Kontakten elektrische Leitungen zu der Auswerteeinheit erstrecken.
-
In weiteren Ausführungen ist das Gehäuse zweiteilig ausgebildet und weist einen Rastmechanismus auf, mittels welchem die Kontakte über das Gehäuse gegen die elektrisch leitenden Schichten drückbar sind. Der Rastmechanismus stellt sicher, dass nach der Verbindung der Kontakte der Kontakteinheit mit den entsprechenden elektrisch leitenden Schichten der Anpressdruck der Kontakte auf die elektrisch leitenden Schichten aufrecht erhalten bleibt. Das Gehäuse kann in dem Bereich der gegenüberliegenden Kontakte jeweils mindestens eine Erhebung oder eine andere Klemmvorrichtung aufweisen, welche eine Sicherung gegen ein Herausziehen der Sensorfolie aus dem Gehäuse der Kontakteinheit bzw. ein Abziehen der Kontakteinheit von der Sensorfolie bereitstellt.
-
In weiteren Ausführungen weist die Sensoreinrichtung mehrere parallel und beabstandet zueinander verlaufende erste Bahnen von Sensorfolien und mehrere parallel und beabstandet zueinander verlaufende zweite Bahnen von Sensorfolien auf, wobei die ersten Bahnen und die zweiten Bahnen übereinander in zueinander verschiedener Ausrichtung angeordnet sind und jede einzelne der Bahnen mit einer gemeinsamen Auswerteeinheit verbunden ist. Dies ermöglicht eine Lokalisierung eines Bereichs, in dem die Anwesenheit eines Mediums auftritt. Die Anordnung der ersten Bahnen und zweiten Bahnen kann dabei derart erfolgen, dass die Öffnungen von ersten Bahnen im Wesentlichen deckungsgleich zu Öffnungen von zweiten Bahnen verlaufen. Deckungsgleich bedeutet nicht, dass die Öffnungen exakt übereinander liegen müssen, da dies beispielsweise bei C-förmigen oder anderweitig ausgebildeten länglichen Öffnungen von ersten Bahnen in einer ersten Richtung und entsprechend ausgebildeten Öffnungen von zweiten Bahnen in einer zweiten Richtung, die beispielsweise orthogonal zur ersten Richtung verläuft, nicht immer möglich ist. Wesentlich ist, dass die deckungsgleich zueinander angeordneten Öffnungen in den ersten und zweiten Bahnen in einem zentralen Bereich der Öffnungen übereinanderliegen, damit beispielsweise ein Flüssigkeitstropfen eines Mediums sowohl durch eine Öffnung in einer der ersten Bahnen und anschließend in eine Öffnung in einer der zweiten Bahnen gelangt und somit in den beiden Bahnen einen Kurzschluss erzeugt, der von der gemeinsamen Auswerteeinheit erfasst wird. Somit lässt sich dann anhand der erhaltenen Informationen die Lage des Tropfens in einer Fläche ermitteln. Dabei müssen die ersten Bahnen und die zweiten Bahnen zudem voneinander elektrisch isoliert sein, damit es nicht zu einem Kurzschluss zwischen den ersten Bahnen und den zweiten Bahnen kommt. Es kann in weiteren Ausführungen die Ausbildung der Sensorfolien auch derart gewählt werden, dass auch bei einer orthogonalen oder anderen Anordnung von ersten und zweiten Bahnen die Öffnungen deckungsgleich zueinander ausgerichtet sind und übereinander liegen.
-
Eine solche Anordnung kann beispielsweise eine Matrixanordnung aufweisen, wobei die ersten und zweiten Bahnen senkrecht zueinander in einer Fläche verlaufen.
-
Die Breite der jeweiligen Bahnen bzw. Sensorfolien ist für die Feinheit in Bezug auf die Auftrittsstelle eines Flüssigkeitstropfen maßgeblich. D.h. je kleiner die Breite der Bahnen ist, desto genauer kann eine Auftrittsstelle festgelegt werden.
-
In weiteren Ausführungsformen sind die ersten Bahnen von Sensorfolien und die zweiten Bahnen von Sensorfolien über mindestens eine Abstandschicht und/oder mindesten die ersten Bahnen von Sensorfolien von einem Untergrund über mindestens eine Abstandsschicht voneinander getrennt. Die Abstandsschicht zwischen den ersten Bahnen von Sensorfolien und den zweiten Bahnen von Sensorfolien verhindert, dass zwischen diesen ein Kurzschluss auftritt. Eine Abstandsschicht zwischen den ersten Bahnen von Sensorfolien und einem Untergrund verhindert beispielsweise chemische Reaktionen des Untergrunds mit der Sensorfolie. Beispielsweise ist Beton stark alkalisch und in der Lage chemische Veränderungen zu bewirken. Über eine Abstandsschicht kann somit eine Einwirkung auf die Sensorfolie vermieden werden. Die mindestens eine Abstandsschicht kann beispielsweise als Netz ausgebildet sein und dabei eine relativ große Maschenweite aufweisen. Die Maschenweite ist dabei auf im Hinblick auf die gesamte Anordnung wirkende statische und dynamische Kräfte auszulegen. So muss auch darauf geachtet werden, dass im eingebauten Zustand einer solchen Anordnung keine großen „Luftpolster“ existieren oder Einfallstellen erzeugt werden. Die Abstandsschicht kann aus einem Maschen-bzw. Gittergewebe gebildet werden, wie es beispielsweise in der Bauindustrie verwendet wird.
-
In weiteren Ausführungen ist die Schichtdicke der mindestens einen Isolationsschicht jeweils mindestens um das 6-fache größer als die Schichtdicke der mindestens einen ersten elektrisch leitenden Schicht und die Schichtdicke der mindestens einen zweiten elektrisch leitenden Schicht. Ein solches Verhältnis der jeweiligen Schichtdicken zueinander gewährleistet beispielsweise bei einer Materialpaarung von Polyethylenterephthalat (PET) als Isolationsschicht und aus Metall (z.B. Aluminium) bestehenden elektrisch leitenden Schichten, dass unabhängig von der verwendeten Methode zum Einbringen der Öffnungen und zum „Zuschneiden“ der Sensorfolie kein Kurzschluss erzeugt wird oder auftreten kann.
-
Besonders geeignete Verfahren umfassen für das „Zuschneiden“ der Sensorfolie bzw. das Einbringen von Öffnungen beispielsweise die Bearbeitung mithilfe von Laser oder Wasserstrahl. Die angegebene Schichtdicke der mindestens einen Isolationsschicht gegenüber den elektrisch leitenden Schichten stellt aber auch beim Einbringen von Öffnungen mittels Stanzen und beim Schneiden der Sensorfolien sicher, dass es aufgrund von Scherkräften zu keinem elektrischen Kurzschluss kommen kann.
-
Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt betrifft ferner eine Ausführungsform im Sinne eines Verfahrens zum Erfassen der Anwesenheit von Medien unter Verwendung einer der vorstehend beschriebenen Sensoreinrichtungen, wobei über eine Auswerteeinheit eine Spannung an die beiden elektrisch leitenden Schichten angelegt wird, und wobei eine Änderung der Spannung aufgrund der Anwesenheit eines Mediums im Bereich einer Öffnung als Anwesenheit des Mediums durch die Auswerteeinheit erkannt und eine Antwort auf die Anwesenheit ausgegeben wird.
-
Das Verfahren betrifft eine Widerstandsmessung in Form eines Spannungsteilers, wobei eine Messspannung über einen hochohmigen Vorwiderstand, der Teil einer Auswerteelektronik der Auswerteeinheit ist, an eine elektrisch leitende Schicht angelegt wird, wobei ein Spannungsteiler aus dem hochohmigen Vorwiderstand und dem Widerstand zwischen den elektrisch leitenden Schichten entsteht. Die nicht an dem Vorwiderstand angeschlossene zweite elektrisch leitende Schicht wird von der Auswerteelektronik an Ground- bzw. Massepotential, das entspricht dem Minuspol der Messspannung, verbunden. Aufgrund der extremen Hochohmigkeit der Isolationsschicht wird daher annähernd die Messspannung in Abwesenheit beispielsweise einer Leckageflüssigkeit oder eines anderen Mediums in mindestens einer der Öffnungen gemessen. Wird die Sensorfläche der Öffnungen von Leckageflüssigkeit berührt, sinkt der Widerstand zwischen den elektrisch leitenden Schichten und somit die Mittelspannung des Spannungsteilers. Die Auswerteelektronik kann diese Spannung kontinuierlich mit einem AD-Wandler messen oder über eine analoge Schaltung mit einem Komparator vergleichen. Sinkt die Mittelspannung des Spannungsteilers unter einen festlegbaren Wert, wird die Anwesenheit einer Leckageflüssigkeit bzw. eines Mediums in den Öffnungen erkannt. Die Auswerteeinheit kann dann Meldungen ausgeben oder Maßnahmen einleiten, wie beispielsweise Schließen von Ventilen oder Abschalten von Pumpen, Fördereinrichtungen etc.
-
In weiteren Ausführungen wird in festlegbaren Abständen eine Messung der Spannung an den elektrisch leitenden Schichten durchgeführt und nach jeder Messung die Stromrichtung umgekehrt, um Elektrolyseeffekte der elektrisch leitenden Schichten zu vermeiden. Zudem können hierüber auch Elektrolyseeffekte der Kontakte von Kontakteinheiten weitgehend vermieden werden. Damit wird erreicht, dass die Sensoreinrichtung über einen langen Zeitraum betrieben werden kann, ohne dass es zu fehlerhaften Messergebnissen oder einem Ausfall kommt.
-
Die Umkehrung der Messrichtung kann sehr langsam erfolgen, z.B. im Bereich von mehreren Sekunden, so dass eine ohmsche Widerstandsmessung vorliegt.
-
Wird die Umschaltfrequenz stark erhöht, z.B. in einen Bereich von mehreren hundert Hertz, entsteht eine Impedanzmessung. Damit lässt sich die Messung an verschiedene Flüssigkeiten als Medien und deren elektrischen Eigenschaften anpassen.
-
Darüber hinaus ist nach einer Ausführungsform die Sensoreinrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ausgebildet und eingerichtet, so dass in einem weiteren Prüfprozess die Kontaktierung bzw. Kontaktierungsqualität zwischen den Kontakten mit den jeweiligen elektrisch leitenden Schichten verifiziert werden kann. Hierbei wird ein Prüfstrom von der Auswerteelektronik über ein erstes Verbindungskabel zum ersten Kontakt weiter über die ihm zugeordneten Schicht zum zweiten Kontakt und von dort über ein zweites Verbindungskabel zurück zur Auswerteelektronik geführt, wodurch z.B. unerwünschte Widerstände aufgespürt werden können.
-
Ferner kann erfindungsgemäß das Anlegen eines Reinigungsstroms vorgesehen sein und zwar so, dass z.B. eine widerstandsbildende oxidative Isolierschicht zwischen den Kontakten und leitenden Schichten gelöst bzw. entfernt werden kann.
-
Weitere Merkmale, Vorteile, Wirkungen und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der gegebenenfalls unter Bezug auf eine oder mehrerer Zeichnungen - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Darüber hinaus wird darauf verzichtet, Bestandteile zu zeigen und zu beschreiben, welche nicht wesentlich zum Verständnis der hierin offenbarten technischen Lehre sind. Im Weiteren werden nicht für alle bereits eingeführten und dargestellten Elemente die Bezugszeichen wiederholt, sofern die Elemente selbst und deren Funktion bereits beschrieben wurden oder für einen Fachmann bekannt sind. Angaben in Bezug auf die Aufrichtung und Anordnung von Komponenten beziehen sich dabei auf die gezeigten Ausführungsbeispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
-
Dabei zeigen schematisch:
- 1 einen Schichtaufbau einer Sensorfolie in einer ersten Ausführungsform;
- 2 einen Schichtaufbau einer Sensorfolie in einer zweiten Ausführungsform;
- 3 verschiedene Ausbildungen und Anordnungen von Öffnungen in einer Sensorfolie;
- 4 das Messprinzip einer Sensoreinrichtung;
- 5 schematische Darstellungen von Abstandsschichten;
- 6 einen Schichtaufbau einer Sensoreinrichtung mit mehreren ersten und zweiten Bahnen von Sensorfolien und Abstandsschichten;
- 7 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung mit mehreren ersten und zweiten Bahnen von Sensorfolien in einer Matrixstruktur;
- 8 ein Ablaufdiagramm einer Auswerteeinheit zum Betreiben einer Sensoreinrichtung;
- 9 verschiedene Darstellungen von Bestandteilen für die Kontaktierung einer Sensorfolie;
- 10 schematische Darstellung des Aufbaus einer Auswerteeinheit und
- 11 verschiedene Darstellungen einer Kontakteinheit für die Kontaktierung einer Sensorfolie.
-
In den Figuren werden Ausführungen von Sensoreinrichtungen 500 und Komponenten hiervon beschrieben, die zur Erkennung von Leckagen vorgesehen sind. Hierbei wird über die Sensorvorrichtungen 500 das Vorhandensein einer Leckageflüssigkeit festgestellt. Solche Sensoreinrichtungen 500 können beispielsweise zur Erkennung von Leckageflüssigkeit in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, wie beispielsweise bei Duschen, Badewannen, Waschmaschinen, Spülmaschinen, Rohren (Abfluss, Zufluss, etc.) und Dächern aller Arten. Ferner können die Sensoreinrichtungen 500 zum Schutz von Räumen vorgesehen werden, in welchen sensible Einrichtungen aufgenommen sind (Schutz von IT-Anlagen). Es lassen sich aber auch Industrieanlagen hierüber überwachen. Beispielsweise kann auch der Austritt von gefährlichen (giftigen) oder leicht brennbaren Flüssigkeiten sofort erkannt und entsprechende Maßnahmen nach der Erkennung vorgenommen werden.
-
Im Vergleich zur Leckortung ist die Erkennung von Leckageflüssigkeit zeitgleich mit der Anwesenheit. Daher können Schäden frühzeitig verhindert werden, wenn eine entsprechende Erkennung der Anwesenheit von Leckageflüssigkeit erfolgt. So kann in einer beispielhaften Ausführung mit einer Matrixanordnung von Sensorfolien 100 bei großen Flächen eine Einschränkung der Leckageerkennung auf eine kleine Fläche ermöglicht werden, wodurch sich weiter der Aufwand verringert und Kosten eingespart werden können.
-
Wesentlicher Bestandteil der Sensoreinrichtungen 500 ist jeweils mindestens eine Sensorfolie 100, die über eine Kontakteinheit 300 mit einer Auswerteeinheit 400 verbunden werden kann oder verbunden ist.
-
1 zeigt einen Schichtaufbau einer Sensorfolie 100 in einer ersten Ausführungsform.
-
Die Sensorfolie 100 weist eine erste elektrisch leitende Schicht 130 und eine zweite elektrisch leitende Schicht 150 auf, wobei in den gezeigten Ausführungsformen die erste elektrisch leitende Schicht 130 eine obere Schicht und die zweite elektrisch leitende Schicht 150 eine untere Schicht des gezeigten Schichtaufbaus der Sensorfolie 100 ist. Die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 fungieren bei der Sensorfolie 100 als Elektroden. Zwischen den elektrisch leitenden Schichten 130, 150 ist eine Isolationsschicht 110 angeordnet. Zusätzlich sind auf der Oberseite und der Unterseite der Sensorfolie 100 Schutzschichten 140, 160 vorgesehen, wobei die Schutzschicht 140 auf die erste elektrisch leitende Schicht 130 und die Schutzschicht 160 auf die zweite elektrisch leitende Schicht 150 aufgebracht ist.
-
Bei weiteren nicht dargestellten Ausführungsformen kann eine Sensorfolie 100 auch einen Schichtaufbau ohne die Schutzschichten 140, 160 aufweisen.
-
Die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 bestehen in den gezeigten Ausführungsformen aus einer Metallfolie. Beispielsweise kann die Metallfolie aus Aluminium mit einer Stärke von 10-100 Mikrometer bestehen.
-
Als Elektrodenmaterial für die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 können je nach Umgebungsbedingungen und Leckageflüssigkeit auch andere Metalle, wie z.B. Kupfer, Messing, Edelstahl, Gold und weitere Metalle, oder andere Materialien verwendet werden. Bei chemisch aggressiver Umgebung oder chemisch aggressiver Leckageflüssigkeit können entsprechend chemisch stabilere Metalle eingesetzt werden.
-
Ferner können die erste elektrisch leitende Schicht 130 und die zweite elektrisch leitende Schicht 150 aus unterschiedlichen Metallen bzw. Materialien bestehen.
-
In weiteren Ausführungsformen können die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 auch aus leitendem Kunststoff bestehen, der zur Leitfähigkeit mit z.B. Kohlenstoff versetzt wurde oder aufgrund seiner Eigenschaften leitend ist.
-
Die Isolationsschicht 110 besteht aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff, wie z.B. PET.
-
Die Schichten des Schichtaufbaus der Sensorfolie 100, nämlich die Isolationsschicht 110, die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 und die Schutzschichten 140, 160 können miteinander verklebt sein.
-
Die Schutzschichten 140, 160 sind elektrisch nichtleitend und können aus einem nichtleitenden Kunststoff bestehen, der ferner eine chemische Resistenz gegenüber der Umgebung und einer Leckageflüssigkeit aufweisen kann. In weiteren Ausführungen können die Schutzschichten 140, 160 leicht haftend mit den elektrisch leitenden Schichten 130, 150 verbunden werden. Dabei müssen später an der Kontaktierungsstelle der Sensorfolie 100 die Schutzschichten 140, 160 partiell entfernt werden. Bei einer Klebung kann dies z.B. durch thermischen oder mechanischen Einfluss geschehen.
-
Die Sensorfolien 100 sind entsprechend so ausgebildet, dass sich die einzelnen Schichten flächig über die Breite und Länge der Sensorfolien 100 erstrecken. Die Sensorfolien 100 können in Bezug auf ihre Länge im Wesentlichen beliebig lang ausgebildet werden. Je nach benötigter Länge kann die Sensorfolie 100 beispielsweise abgelängt werden (beispielsweise mittels einer Schere oder dgl.). Nach dem Ablängen erfolgt die Kontaktierung, wozu eine Kontakteinheit 300 (siehe 9 und 11) mit der Sensorfolie 100 verbunden werden kann. Die Breite der Sensorfolien 100 kann in bestimmten Maßen bereitgestellt werden. Es ist auch hier möglich, eine Anpassung durch ein Zuschneiden oder dgl. durchzuführen. Die Breite von Sensorfolien 100 legt bei einer Matrix-Anordnung fest, in welcher Feinheit eine Feststellung von Leckagen erfolgen kann (siehe hierzu 6 und 7).
-
2 zeigt einen Schichtaufbau einer Sensorfolie 100 in einer zweiten Ausführungsform.
-
Bei sehr hohen mechanischen Belastungen der Sensorfolie 100 kann der Aufbau aus 1 unzureichend sein, weil eine Isolationsschicht 110 aus Kunststoff keine hohen Belastungen abfangen kann. Hohe mechanische Belastungen können z.B. dadurch entstehen, dass die Sensorfolie 100 auf eine lange Strecke ihr eigenes Gewicht tragen muss oder gespannt wird, ohne dass die Sensorfolie 100 vom Untergrund getragen wird. Bei hohen Kräften parallel zur Folienebene der Sensorfolie 100 würde sich die Isolationsschicht 110 der Sensorfolie 100 aus 1 dehnen. Als Folge können Risse in den elektrisch leitenden Schichten 130, 150 entstehen, die bis zur Funktionsunfähigkeit reichen.
-
Der in 2 gezeigte Schichtaufbau der Sensorfolie 100 einer zweiten Ausführungsform bietet eine Lösung für Sensorfolien 100, die hohen Belastungen ausgesetzt sind.
-
Hierzu weist der Schichtaufbau für die Sensorfolie 100 der zweiten Ausführungsform von 2 eine Verstärkungsschicht 120 auf. Die Verstärkungsschicht 120 besteht aus einem zugfesten, schlecht bzw. nicht dehnbaren Material. Hierzu kann die Verstärkungsschicht 120 beispielsweise aus Metall, z.B. einer Edelstahlfolie, bestehen. Die Verstärkungsschicht 120 kann somit elektrisch leitend sein, so dass auf die Verstärkungsschicht 120 auf beiden Seiten (Oberseite und Unterseite) jeweils eine Isolationsschicht 112, 114 aufgebracht wird. Eine erste Isolationsschicht 112 kann auf die Oberseite der Verstärkungsschicht 110 und eine zweite Isolationsschicht 114 kann auf die Unterseite der Verstärkungsschicht 110 aufgebracht sein. Hierzu können die Isolationsschichten 112, 114 mit der Verstärkungsschicht 110 beispielsweise verklebt sein.
-
Die Isolationsschichten 112, 114 können aus dem gleichen Material bestehen, wie die Isolationsschicht 110. Die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 können bei der zweiten Ausführungsform wie die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 der ersten Ausführungsform mit den Isolationsschichten 112, 114 verklebt sein.
-
Für die Erkennung der Anwesenheit einer Leckageflüssigkeit weisen die Sensorfolien 100 Öffnungen 170 auf, welche sich durch den Schichtaufbau erstrecken und einen Kurzschluss zwischen den beiden Elektroden, gebildet durch die elektrisch leitenden Schichten 130, 150, bereitstellen, wenn in die Öffnungen 170 ein Tropfen einer Leckageflüssigkeit gelangt.
-
Damit die Sensorfolien 100 Sensoreigenschaften aufweisen, werden Strukturen in Form von durchgängigen Öffnungen 170 eingebracht. Die Öffnungen 170 können beispielsweise mechanisch durch z.B. Stanzen oder mit Hilfe von Lasern oder Wasserstrahl eingebracht werden. Die Bearbeitung der Sensorfolien 100 muss zwingend so erfolgen, dass die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 und ggf. auch eine Verstärkungsschicht 120 keinen Kontakt zueinander nach der Bearbeitung haben, da sie sonst einen nicht gewünschten elektrischen Kurzschluss verursachen würden. Beim Stanzen und Schneiden könnte dies aufgrund von Scherkräften entstehen.
-
Damit es nicht zu ungewünschten (Fehl-)Kurzschlüssen kommt, ist die relative Materialstärke der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 (bzw. Verstärkungsschicht 120) und der Isolationsschicht 110 (bzw. Isolationsschichten 112, 114) aufeinander abgestimmt. Dabei ist die relative Schichtdicke der Isolationsschichten 110, 112, 114 jeweils mindestens doppelt so groß, wie die Schichtdicke der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 bzw. der Verstärkungsschicht 120.
-
In Ausführungen mit einer Isolationsschicht 110 aus beispielsweise PET ist die Schichtdicke jeweils um das Sechsfache größer als die Schichtdicke der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 aus z.B. Aluminium. Dabei wird gewährleistet, dass bei der Bearbeitung mit einfachen mechanischen Mitteln, wie z.B. einer handelsüblichen Schere, die geschnittenen elektrisch leitenden Schichten 130, 150 keinen elektrischen Kontakt haben.
-
Die Materialstärke bzw. Schichtdicke der Isolationsschicht 110 muss ferner so gewählt werden, dass sie für den entsprechenden Anwendungsfall mit Öffnungen 170 eine ausreichende mechanische Stabilität aufweist.
-
Die Sensorfolie 100 kann aufgrund des beschriebenen Aufbaus daher vorteilsweise mit einfachen mechanischen Mitteln, wie z.B. einer Schere, bei der Installation in jeglicher Form durchtrennt werden und so den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten angepasst werden. Zudem können Teilstücke entfernt werden, um die Sensorfolie 100 zur Umgehung von z.B. räumlichen Hindernissen 600 den räumlichen Gegebenheiten anzupassen (siehe beispielsweise 7). Die Funktionalität bleibt dabei stets gegeben. Auch regionale Risse in den elektrisch leitenden Schichten 130, 150, die sich nicht über die gesamte Breite der Sensorfolie 100 ausdehnen, haben keine Auswirkung auf die Funktionalität. Risse in den elektrisch leitenden Schichten 130, 150, die sich über die gesamte Länge oder Breite einer Sensorfolie 100 erstrecken, würden die jeweilige elektrisch leitfähige Schicht 130, 150 teilen. Dabei wäre der Abschnitt der elektrisch leitenden Schicht 130, 150, der kontaktiert ist, noch funktionsfähig, und der andere Abschnitt nicht. Ist die elektrisch leitende Schicht 130, 150 in wenigstens einem kleinen Bereich der Breite oder Länge der Sensorfolie 100 nicht gerissen, besteht eine elektrische Verbindung mit dem Rest und somit ist die gesamte elektrisch leitende Schicht 130, 150 funktionsfähig.
-
In 3 sind verschiedene Ausbildungen und Anordnungen von Öffnungen 170 in Sensorfolien 100 gezeigt.
-
Mögliche Formen von Öffnungen 170 sind beispielhaft in 3a) dargestellt. Die Breite einer Öffnung 170 ist je nach Leckageflüssigkeit und den physikalischen Gegebenheiten so zu wählen, dass der kleinste entstehende Tropfen nicht durch die Öffnung 170 hindurchfallen kann, ohne die beiden elektrisch leitenden Schichten 130, 150 zu berühren, um hierüber einen Kurzschluss zu erzeugen. Bei Wasser als Leckageflüssigkeit kann daher die Breite einer Öffnung 170 zwischen 2-6 mm, vorzugsweise zwischen 3-4 mm liegen. Eine runde Öffnung ist zu vermeiden, weil dabei ein Tropfen Leckageflüssigkeit von allen Seiten von der Sensorfolie 100 gehalten werden kann und der Tropfen somit am Durchfluss gehindert wird. Die in 3a) dargestellten Formen haben daher eine längliche Form, die vorzugsweise eine Länge der mindestens doppelten Breite aufweisen. Ferner sind Ecken in den Öffnungen 170 möglichst abgerundet, um die Sensorfolie 100 stabiler zu gestalten und Risse zu vermeiden.
-
3b) und c) zeigen verschiedene Anordnungsmöglichkeiten der Öffnungen 170. Die verschiedenen Formen aus 3a) können auch miteinander kombiniert werden. Es ist auch möglich, Formen unterschiedlicher Größe oder Breite zu kombinieren. Ziel der Anordnung der Öffnungen 170 ist es, eine möglichst kleine Restoberfläche der Sensorfolie 100 zu erreichen, um so die sensitive Fläche der Sensorfolie 100 zu maximieren, damit kleinste Mengen Leckageflüssigkeit sicher erkannt werden können. Dem wirkt die Stabilität der Sensorfolie 100 entgegen. Daher muss die Anordnung der Öffnungen 100 auch jeweils so gewählt werden, dass die Sensorfolie 100 eine genügende Stabilität aufweist.
-
Da die Leckageflüssigkeit den Widerstand zwischen den elektrisch leitenden Schichten 130, 150 verringert, ist die effektive Sensorfläche einer Öffnung 170 der Sensorfolie 100 jeweils der Abstand der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 zuzüglich der jeweiligen Materialstärke (Schichtdicke) der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 multipliziert mit der Länge/Umfang der Öffnung 170. Die effektive Sensorfläche der Sensorfolie 100 ist folglich die Summe dieser Flächen in den Öffnungen 170. Die verbleibende Restoberfläche der Sensorfolie 100 dient vorrangig der mechanischen Stabilität und leistet zur Ermittlung der Anwesenheit von Leckageflüssigkeit keinen Beitrag. Um möglichst viel Sensorfläche zu erhalten, werden möglichst viele Öffnungen 170 in Sensorfolien 100 eingebracht. Umso geringer die verbliebene Restoberfläche der Sensorfolie 100 ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass ein einzelner Tropfen Leckageflüssigkeit von einer Auswerteelektronik 410 einer Auswerteeinheit 400 sicher erkannt wird. Ferner verringert sich dadurch der Weg bis zur Sensorfläche für die Leckageflüssigkeit.
-
Hierzu kann beispielsweise der größte Abstand von Öffnung 170 zu Öffnung 170 der Sensorfolie 100 4mm betragen. Fällt ein Tropfen kugelförmige Leckageflüssigkeit mit einem Durchmesser von 4mm auf die Sensorfläche, so wird er im ungünstigsten Fall so auftreffen, dass der Kugeldurchmesser den größten Abstand der Öffnungen 170 einnimmt. Aufgrund der Schwerkraft und des Aufpralls flacht sich der Tropfen auf der Sensorfolie 100 ab und wird breiter. Die verbleibende kinetische Energie veranlasst den Tropfen sich zu bewegen. Berührt der Tropfen dabei die elektrisch leitenden Schichten 130, 150, wird die Leckageflüssigkeit von der Auswerteelektronik 410 erkannt. Fällt der Tropfen Leckageflüssigkeit teilweise auf eine Öffnung 170 in der Sensorfolie 100, wird der Tropfen sicher von der Auswerteelektronik 410 erkannt. Eine Bewegung der Leckageflüssigkeit auf der Sensorfolie 100 kann z.B. erzwungen werden, indem die Sensorfolie 100 ein leichtes Gefälle aufweist. Hierzu muss die Sensorfolie 100 entsprechend auf einem Untergrund oder einer darunter befindlichen Anordnung angeordnet werden.
-
Eine weitere Methode ist die Beschichtung der jeweils oberen Schicht (z.B. Schutzschicht 140) mit einer Leckageflüssigkeit abweisenden Substanz, z.B. eine hydrophobe oder oleophobe Beschichtung. Ferner kann auch die obere Schutzschicht 140 derartige Eigenschaften aufweisen.
-
Die verbleibende Fläche der Sensorfolie 100 bzw. die Anzahl und Form der Öffnungen 170 bestimmen die Stabilität und Reißfestigkeit der Sensorfolie 100. Bei großen Flächen, z.B. Dächern, spielt die Folienstabilität der Sensorfolie 100 bei der Verlegung eine große Rolle. Somit kann die maximale Sensoroberfläche und die Stabilität der Sensorfolie 100 immer an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.
-
Für die Ermittlung von Leckageflüssigkeit ist es wichtig, dass bereits geringste Mengen an Leckageflüssigkeit die Sensorfolie 100 in den Öffnungen 170 durchdringen können. Für die Anordnung einer Sensoreinrichtung 500 in einer Matrix-Struktur (siehe 6, 7) ist die Fähigkeit, die Öffnungen 170 zu durchdringen, wesentlich, damit in zwei zueinander unterschiedlich ausgerichteten und übereinander angeordneten Sensorfolien 100 ein Kurzschluss durch einen Tropfen erzeugt werden kann.
-
In weiteren Ausführungen kann eine Sensorfolie 100 so ausgebildet sein, dass die untere Schutzschicht 160 keine Öffnungen 170 aufweist. Eine solche Sensorfolie 100 kann in Bereichen zum Einsatz kommen, in denen keine oder nur eine geringe Kondensation von Luftfeuchtigkeit auftritt, wie z.B. unter einer Dusche oder Badewanne im Bad. Die Leckageflüssigkeit kann sich bei einer solchen Sensorfolie 100 in den Öffnungen 170 sammeln, wobei die untere Schutzschicht 160 dabei ein Durchdringen von Leckageflüssigkeit verhindert. Bei einer solchen Ausführung kann eine Leckage erkannt und der Untergrund der Sensorfolie 100 vor der Leckageflüsssigkeit geschützt werden.
-
Das zur Messung der Leckageflüssigkeit zugrundeliegende Messprinzip zeigt 4. Es handelt sich dabei um eine Widerstandsmessung in Form eines Spannungsteilers. Dabei entspricht R1 dem hochohmigen Vorwiderstand, der sich auf der Auswerteelektronik 410 befindet. Der Wert von R1 liegt zwischen 100-1000 kΩ, je nach Leckageflüssigkeit, deren Anwesenheit überwacht werden soll. Durch Anlegen einer Messspannung UM über den Vorwiderstand R1 an eine der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 entsteht ein Spannungsteiler, bestehend aus dem hochohmigen Widerstand R1 und dem Widerstand R2 zwischen den elektrisch leitenden Schichten 130, 150. Die nicht an dem Vorwiderstand angeschlossene zweite elektrisch leitende Schicht 150 wird von der Auswerteelektronik 410 mit dem Groundpotential, das entspricht dem Minuspol der Messspannung UM, verbunden. Aufgrund der extremen Hochohmigkeit der Isolationsschicht 110 aufgrund deren Eigenschaften und Schichtdicke wird daher annähernd die Messspannung UM in Abwesenheit von Leckageflüssigkeit gemessen. Wird die Sensorfläche (Z-Achse der Öffnungen 170) von Leckageflüssigkeit berührt, sinkt der Widerstand zwischen den elektrisch leitenden Schichten 130, 150 und somit die Mittelspannung des Spannungsteilers. Die Auswerteelektronik 410 kann diese Spannung kontinuierlich mit einem AD-Wandler messen oder über eine analoge Schaltung mit einem Komparator vergleichen. Sinkt die Mittelspannung des Spannungsteilers unter einen festlegbaren bestimmten Wert, wird von der Auswerteeinheit 400 die Anwesenheit von Leckageflüssigkeit erkannt und eine entsprechende Ausgabe über mindestens eine an eine Schnittstelleneinheit 440 angeschlossene Einheit ausgegeben.
-
Um Elektrolyseeffekte der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 und der Kontakte 320 weitgehend zu vermeiden, wird die Stromrichtung nach jeder Messung umgekehrt (siehe 8). Die Umkehrung der Messrichtung erfolgt sehr langsam, z.B. im Bereich von mehreren Sekunden, sodass eine ohmsche Widerstandsmessung vorliegt.
-
Aus 8 geht hervor, dass die Messrichtung nach jeder Messung gewechselt wird. Wird die Umschaltfrequenz stark erhöht, z.B. in einen Bereich von mehreren Hundert Hertz, entsteht eine Impedanzmessung. Damit kann die Auswerteeinheit 400 an verschiedene Leckageflüssigkeiten und deren elektrischen Eigenschaften angepasst werden. Dies erlaubt es, durch eine Anpassung der Steuerung den Einsatzbereich zu vergrößern. So kann beispielsweise eine Auswerteeinheit 400 jeweils an verschiedene Einsatzgebiete und zu überwachende Flüssigkeiten angepasst werden. Es ist aber auch möglich, die Anwesenheit mehrerer unterschiedlicher Flüssigkeiten zu überwachen, wobei in regelmäßigen Abständen die Frequenz verändert wird.
-
5 zeigt schematische Darstellungen von Abstandsschichten 200 für eine Sensoreinrichtung 500 mit mehreren Sensorfolien 100, wie sie in einer beispielhaften Ausführung in den 6 und 7 gezeigt ist.
-
Zur örtlichen Eingrenzung bei der Detektion von Leckageflüssigkeit und zur Ermittlung von Leckagen bei großen Flächen ist es möglich, mehrere Sensorfolien 100 in einer Matrixanordnung zu verlegen und so den Bereich der Leckage auf eine bestimmte kleinere Fläche einzugrenzen.
-
In einer Vielzahl von Anwendungen sollten Sensorfolien 100 nicht direkt auf einen Untergrund gelegt werden, um z.B. chemische Reaktionen zwischen dem Untergrund der Sensorfolie 100 zu vermeiden. Beispielsweise ist Beton stark alkalisch und in der Lage, chemische Veränderungen bei Sensorfolien 100 zu bewirken, welche einen hierin beschriebenen Aufbau aufweisen. Um eine Einwirkung des Untergrunds auf die Sensorfolien 100 zu verhindern, kann daher vor einer Verlegung von Sensorfolien 100 eine Abstandsschicht 200, beispielsweise in Form einer Netzstruktur, wie sie in 5 in zwei verschiedenen Ausbildungen gezeigt ist, auf einem Untergrund verlegt werden. Abstandsschichten 200 mit einer Netzstruktur können beispielsweise aus handelsüblichem Maschen- bzw. Gittergewebe, wie es in der Bauindustrie verwendet wird, bestehen. Es können anstelle einer netzartigen Abstandsschicht 200 zwischen einem Untergrund und einer Sensorfolie 100 aber auch anders ausgebildete Abstandsschichten 200 verlegt werden. Es ist aber bei weiter beschriebenen Abstandsschichten 200 zwischen zwei Lagen von Sensorfolien 100 wesentlich, dass diese Abstandsschichten 200 Öffnungen aufweisen, die einen Durchtritt von Leckageflüssigkeit in Z-Richtung erlauben.
-
Bei der Ausbildung einer Matrixstruktur für die Sensoreinrichtung 500 erfolgt nach der Anordnung bzw. Verlegung einer Abstandsschicht 200 die Verlegung mehrerer Bahnen von Sensorfolien 100.
-
Die 6 und 7 zeigen schematisch den Aufbau. 6 zeigt einen Schichtaufbau einer Sensoreinrichtung 500 mit mehreren ersten und zweiten Bahnen von Sensorfolien 100 und Abstandsschichten 200. 7 zeigt eine weitere Darstellung der Sensoreinrichtung von 6.
-
Zuerst wird auf den Untergrund eine Abstandsschicht 200 verlegt. Für die Sensoreinrichtung 500 wird dann die zu überwachende Fläche z.B. in X-Richtung mit mehreren Bahnen von Sensorfolien 100 verlegt. Jede einzelne Bahn wird an einem Ende an die Auswerteelektronik 410 der Auswerteeinheit 400 angeschlossen. Die einzelnen Bahnen von Sensorfolien 100 dürfen sich nicht berühren. Dies kann beispielsweise durch isolierendes Klebeband oder Abstandshalter realisiert werden.
-
Auf die in X-Richtung verlegten Bahnen von Sensorfolien 100 folgt eine Abstandsschicht 200 mit einer Netzstruktur, wie sie beispielsweise in 5 gezeigt ist. Die Abstandsschicht 200 kann großen Maschen, z.B. mit Maschenweiten von 10*10mm, zur elektrischen Isolation der zwei Sensorfolienebenen aufweisen. Die Gitter- bzw. Maschenstruktur gewährleistet eine weitgehend barrierefreie vertikale Bewegung von Leckageflüssigkeiten.
-
Auf die obere Abstandsschicht 200 werden danach mehrere Bahnen von Sensorfolien 100 in Y-Richtung verlegt. Jede einzelne Bahn wird an einem Ende an die Auswerteelektronik 410 der Auswerteeinheit 400 angeschlossen. Anschließend kann eine weitere nicht elektrisch leitende Schicht 130, 150 auf den gezeigten Aufbau aufgebracht werden, wobei darauf geachtet werden muss, dass Leckageflüssigkeit zu den Sensorfolien 100 gelangen kann, um eine Erkennung bereitstellen zu können. In weiteren Ausführungen wird dann beispielsweise die Dusche darüber angebracht oder das Dach verlegt (z.B. bei Flachdächern).
-
Beim Auftritt von Leckageflüssigkeit wird bei dem gezeigten Aufbau erst in einer Bahn in Y-Richtung eine Leckage durch einen Kurzschluss durch die Auswerteelektronik 410 erkannt und danach, durch den vertikalen Fluss der Leckageflüssigkeit, in einer Bahn in X-Richtung. Durch die vorhandene Bahnbreite der Sensorfolien 100 und der X- und Y-Signalisierung der Auswerteelektronik 410 ermittelt sich die Auswertefläche der Leckage. Die Auswertefläche ist durch Variation der Sensorfolienbreite beliebig veränderbar.
-
Wichtig ist, dass die Leckageflüssigkeit leicht die Sensorfolien 100 durchdringen kann und sich so zur nächsten Sensorfolienebene weiterbewegt, was aufgrund der Sensorfolien 100 und des hierin beschriebenen Schichtaufbaus erreicht wird.
-
Mit Hilfe der Matrixanordnung der Sensorfolien 100 ist es möglich, beliebig große Flächen, z.B. Flachdächer, mit Sensorfolien 100 zu bedecken und dennoch kleine Leckageflächen mit der Auswertelektronik 410 zu erkennen. So können z.B. große Schäden an Gebäuden präventiv vermieden werden.
-
Eine weitere Möglichkeit der örtlichen Eingrenzung der Leckagedetektion besteht darin, einzelne Segmente einer Sensorfolie 100 zu verlegen, die mittels Klebeband oder Abstandshaltern keinen Kontakt miteinander haben. Die Größe der Segmente kann frei bestimmt werden. Hierzu kann beispielsweise eine Sensorfolie 100 in Segmente geteilt werden (z.B. durch Zuschneiden). Alle Segmente müssen jeweils einzeln mit der Auswerteelektronik 410 einer Auswerteeinheit 400 über Leitungen verbunden werden. Dabei kann eine zweite Schicht von Sensorfolien 100, wie bei der Matrixanordnung, entfallen, jedoch ist der Verdrahtungsaufwand größer.
-
Die Kontaktierung der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 zur elektrischen Anbindung an eine Auswerteeinheit 400 mit der Auswerteelektronik 410 kann je nach verwendeter Metallart für die Schichten 130, 150 unterschiedliche Anforderungen stellen. Lötverbindungen eignen sich in der Regel nicht, wenn die Isolationsschicht 110 aus Kunststoff besteht, weil die Löttemperaturen den Kunststoff schmelzen lassen würden. Weiterhin lassen sich die verschiedenen Metalle nur unterschiedlich gut löten. Ferner erfordert das Verbinden der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 über einen Lötvorgang gewöhnlich die Ausführung durch eine Fachkraft, da dieser Prozess nicht anwenderfreundlich ist. Diesem Problem wird durch die Verwendung von Kontakteinheiten 300 Rechnung getragen.
-
Es kann beispielsweise eine Kontaktierung der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 über Federkraftklemmen erfolgen. Diese sind so angeordnet, dass Kontaktfedern 330 gegeneinander auf die Sensorfolie 100 bzw. die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 drücken, und so die beiden elektrisch leitenden Schichten 130, 150 jeweils elektrisch kontaktieren.
-
9 zeigt dabei verschiedene Darstellungen von Bestandteilen für die Kontaktierung von Sensorfolien 100 und 11 zeigt verschiedene Darstellungen einer Kontakteinheit 300 für die Kontaktierung von Sensorfolien 100.
-
Die Kontakteinheiten 300 sind beispielsweise so ausgebildet, dass ein Gehäuse 310 aus einem oberen Gehäuseteil 312 und einem unteren Gehäuseteil 311 besteht. Die Gehäuseteile 311, 312 bestehen aus Kunststoff und weisen isolierende Eigenschaften auf. Beide Gehäuseteile 311, 312 weisen jeweils eine Aufnahme 314 auf, in welche die Kontakte 320 eingesetzt werden ( 9c) und 11d), e), f)).
-
11 a) zeigt die Ausbildung von Kontakten 320. Die Kontakte 320 bestehen aus einem Kunststoffgehäuse und weisen an einer Seite die beiden elektrisch leitenden bzw. geführt in das Kunststoffgehäuse eingebetteten Kontaktfedern 330 aus z.B. Kupfer auf, die zur elektrischen Kontaktierung mit den Schichten 130, 150 vorgesehen sind. Auf der anderen Seite weisen die Kontakte 320 zwei Füße 324 auf, die in entsprechende Aufnahmen 313 der beiden Gehäuseteile 311 und 312 eingesetzt werden. Beim Einsetzen gleiten zudem Rasthaken 326 entlang einer Wand der Aufnahmen 314, bis diese Vorsprünge 317 überfahren und durch die Vorsprünge 317 gehalten werden. Die Kontakte 320 weisen jeweils zwei Kontaktfedern 330 auf, die im verbundenen Zustand der Gehäuseteile 311, 312 gegen die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 drücken und somit die Kontaktierung bereitstellen.
-
Die Aufnahmen 314 sind an einer Seite offen, wie in den 11e) und 11 f) gezeigt, so dass Drähte 340 in die entsprechenden Öffnungen 322 eingesetzt werden können.
-
Das obere Gehäuseteil 312 weist zwei Rastarme 318 mit Rasthaken auf. Das untere Gehäuseteile 311 weist korrespondierende, schienenartige Führungen 319 auf.
-
Nach dem Einsetzen der Kontakte 320 in die jeweiligen Aufnahmen 314 des oberen Gehäuseteils 312 und des unteren Gehäuseteils 311 sowie dem Einsetzen der Drähte 340 der Leitungen 350 in die Öffnungen 322 werden die beiden Gehäuseteile 311, 312 miteinander verbunden, wobei die Rastarme 318 des oberen Gehäuseteils 312 in die Führungen 319 des unteren Gehäuseteils 311 eingesetzt werden. Die Rasthaken der Rastarme 318 können dann über einen ersten Vorsprung 360 in den Führungen 319, wie in 11c) gezeigt, zueinander arretiert und in einem definierten Abstand zueinander gehalten werden. Daher besteht zwischen den beiden Gehäuseteilen 311, 312 ein Abstand. Anschließend kann das Gehäuse 310 mit den Gehäuseteilen 311, 312 auf eine Sensorfolie 100 geschoben werden. Danach werden die beiden Gehäuseteile 311, 312 zueinander verpresst, bis die Rasthaken der Rastarme 318 die zweiten unteren Vorsprünge 370, wie in 11c gezeigt, hintergreifen und somit eine Verriegelung bereitstellen. Hierbei drücken dann die Kontaktfedern 330 gegen die elektrisch leitenden Schichten 130, 150 und stellen hierüber eine Kontaktierung bereit. Der Druck über die Kontaktfedern 330 wird aufgrund der Verrastung der beiden Gehäuseteile 311, 312 sichergestellt. Hierfür muss gegebenenfalls vorab die Sensorfolie 100 im Bereich der Kontaktierung von den Schutzschichten 140, 160 partiell befreit werden. Dies kann durch die vorstehend genannten Maßnahmen erreicht werden.
-
Um zu verhindern, dass die Gehäuseteile 311, 312 von einer Sensorfolie 100 bzw. den elektrisch leitenden Schichten 130, 150 abgezogen werden können, weisen die Gehäuseteile 311, 312 Haltemittel auf. In den in den 9 und 11 gezeigten Ausführungsformen weist das untere Gehäuseteil 311 Nocken 316 auf [9c) und c)-f)], die im verrasteten Zustand der beiden Gehäuseteile 311, 312 in entsprechende Aufnahmen 315 am oberen Gehäuseteile 312 eingreifen und dazwischen die Sensorfolie 100 halten.
-
Die Drähte 340 des Kabels können zur Kontaktierung eingesteckt oder auch geschraubt werden, ähnlich einer Lüsterklemme. Die, bis auf die hinten am Kabelanschluss, geschlossene Bauform des Gehäuses 310 der Gehäuseteile 311, 312 schützt die Kontakte 320 vor Leckageflüssigkeit.
-
Die beschriebene Kontaktierung über die Kontakteinheiten 300 ist sehr anwenderfreundlich. Ferner ist keine spezielle Kontaktierungsfläche notwendig, auf der z.B. andere Metallarten aufgebracht werden müssen.
-
Da die Kontaktierung der Sensorfolie 100 häufig nach dem Verlegen nicht mehr zugänglich sein kann, wie z.B. bei einer Anordnung unter einer Dusche oder auf einem Flachdach, kann es im Fehlerfall mit viel Aufwand verbunden sein, an diese heranzukommen. Beispielsweise wird bei einer Dusche das Bad nach dem Verlegen von Sensorfolien 100 und der Kontaktierung gefliest und die Duschwanne mit Silikon verklebt. Bei Flachdächern befindet sich die Sensorfolie 100 in der Regel unter Isolierungen und Teerpappe.
-
Da jedoch die Messungen durch die Auswerteeinheit 400 sichere Aussagen machen müssen, ist die Auswerteelektronik 410 in der Lage, die Kontaktierung der Kontakte 320 mit den elektrisch leitenden Schichten 130, 150 zu überprüfen. Dies erfolgt dadurch, dass die beiden elektrisch leitenden Schichten 130, 150 mit mindestens jeweils zwei Kontakten 320 kontaktiert werden. Jeder dieser Kontakte 320 hat eine separate Kabelverbindung zur Auswerteelektronik 410. Bevor die Auswerteelektronik 410 mit der Messung von Leckageflüssigkeit beginnt, wird die Kontaktierung der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 überprüft. Dazu wird ein Prüfstrom von der Auswerteelektronik 410 über ein erstes Verbindungskabel zum ersten Kontakt 320, weiter über die zugehörige Schicht 130 oder 150 zum zweiten Kontakt und von dort über das zweite Verbindungskabel zurück zur Auswerteelektronik 410 gesendet. Sollte dieser Stromkreis an irgendeiner Stelle unterbrochen sein, wird es von der Auswerteelektronik 410 registriert. Ansonsten kann dadurch sichergestellt werden, dass die danach folgende Messung von Leckageflüssigkeit Ihre Gültigkeit hat.
-
Metallkontakte und das Metall der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 können zudem oxidieren und dadurch den Kontaktwiderstand wesentlich erhöhen, sodass die Auswerteelektronik 410 nicht mehr in der Lage ist, verwertbare Messungen durchzuführen. Um dies vorzugsweise dauerhaft zu verhindern, reinigt die Auswerteelektronik 410 die Kontakte 320 mit einem Reinigungsstrom, ähnlich dem Mindeststrom bei Relaiskontakten.
-
Darüber hinaus besteht in weiteren Ausführungen die Möglichkeit, die Kontakte 320 mit einer geeigneten Elektronik zu regenerieren, wozu das Kabel der Kontakte 320 einer der elektrisch leitenden Schichten 130, 150 von der Auswerteelektronik 410 abgeklemmt und an eine Reinigungseinheit mit einer Reinigungselektronik angeschlossen wird. Bestehende Oxidschichten werden dann durch geeignete Ströme und Spannungen und ein entstehendes Plasma entfernt. Anschließend können die gereinigten Kontakte 320 wieder angeschlossen werden.
-
Die Länge eines Anschlusskabels kann mehrere hundert Meter betragen und hängt nur vom Widerstand der einzelnen Leiter ab. Da dieser Widerstand im Verhältnis zur Widerstandsmessung der Leckageflüssigkeit sehr gering ist, können große Strecken bewältigt werden.
-
8 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Auswerteeinheit 400 zum Betreiben einer Sensoreinrichtung 500 und 10 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Auswerteeinheit 400 in einer Ausführungsform.
-
Die Auswerteeinheit 400 mit der Auswerteelektronik 410 besteht aus einem analogen Teil und einem digitalen Teil. Der analoge Teil dient zur Ausführung einer klassischen Widerstandsmessung und ist hierzu entsprechend ausgebildet. Ferner weist der analoge Teil eine Kontaktschnittstelle 402 auf, über welche die Leitungen 350 (Kabel) von den Kontakteinheiten 300 an die Auswerteeinheit 400 angeschlossen werden. Der digitale Teil weist eine Steuerung 420 auf, die einen Microcontroller mit entsprechender Software aufweist. Der Microcontroller ist für die Auswertung und Steuerung zuständig. Die Steuerung beinhaltet z.B. das Umschalten auf Kontaktprüfung und anschließendes Umschalten auf Prüfung von Leckageflüssigkeit. Ferner erfolgt diese Aktivität nach einem festgelegten Zeitintervall. In der Zwischenzeit kann der Microcontroller die Elektronik auf minimalen Energieverbrauch umschalten.
-
Die Auswerteeinheit 400 weist eine Energieerzeugungseinheit 430 (Batterie, Akku, Netzbetrieb) und eine Schnittstelleneinheit 440 auf, welche eine analoge Schnittstelle 442, eine serielle Schnittstelle 444 und eine Funkschnittstelle 446 aufweist. Über die Schnittstelleneinheit 440 kann beispielsweise eine Kommunikation oder eine Ausgabe von Anweisungen mit/an eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 450, einem Host 460, ein WLAN 470 Netzwerk und/oder eine Smartphone-App erfolgen. Es können beispielsweise Warnhinweise (Display, Sirene, Warnleuchte, etc.) oder Nachrichten (E-Mail, SMS, App) ausgegeben werden. Ferner können Anweisungen ausgegeben werden, wie beispielsweise das Schließen von Ventilen oder die Benachrichtigung von Service-Mitarbeitern. Nach dem Erkennen einer Leckage können vielfältige Maßnahmen ergriffen werden, wobei die vorstehenden Beispiele nicht abschließend sind.
-
Die Steuerung einer Sensoreinrichtung 500 kann durch den in 8 gezeigten Programmablauf erfolgen.
-
In Schritt S0 wird die Überwachung einer Leckage gestartet.
-
In Schritt S1 erfolgt eine Überprüfung der Kontakte 320, wie vorstehend mit Bezug auf die 9 und 11 beschrieben.
-
In Schritt S2 wird überprüft, ob die Kontakte 320 in Ordnung sind. Ist dies nicht der Fall, wird eine Meldung in Schritt S3 ausgegeben. Anschließend können die Kontakte 320 gereinigt oder Kontakteinheiten 300 ausgetauscht werden. Daraufhin beginnt das Verfahren wieder bei Schritt S1.
-
Wenn für die Kontakte 320 keine Störungen festgestellt werden konnten, wird in Schritt S4 eine Umschaltung der Messeinrichtung vorgenommen, um Elektrolyseeffekte an den Kontakten 320 und den elektrisch leitenden Schichten 130, 150 zu vermeiden.
-
Anschließend erfolgt in Schritt S5 die Leckagemessung über die Sensorfolien 100 in der vorstehend beschriebenen Art und Weise mittels einer Widerstandsmessung.
-
Wenn in Schritt S6 keine Leckage festgestellt wurde, erfolgt in Schritt S8 eine Kontaktreinigung mittels Stroms in der mit Bezug auf die 9 und 11 beschriebenen Art und Weise. Wird jedoch eine Leckage entdeckt, wird in Schritt S7 eine Meldung ausgegeben, die dann weitere Maßnahmen auslösen kann.
-
Nach der Reinigung der Kontakte 320 in Schritt S8 erfolgt in Schritt S9 eine Deaktivierung, wobei für einen Energiesparmodus die Messungen für einen festlegbaren Zeitraum unterbrochen bzw. pausiert wird.
-
In weiteren nicht dargestellten Ausführungsformen kann auch eine kontinuierliche Messung erfolgen.
-
Nach Schritt S9 beginnt das Verfahren wieder mit Schritt S1, solange, bis der Ablauf beendet wird.
-
Ein System mit einer Sensoreinrichtung 500 kann beispielsweise im Innen- und Außenbereich (Bad, Küche, Waschraum, Dach, etc.) eingesetzt werden.
-
Dazu kann mindestens eine Sensorfolie 100 verlegt und die Sensorfolie 100 mit der Auswerteelektronik 410 verbunden werden. Hierzu können die Ausgangssignale mit einer Steuerung einer Homeautomation verbunden werden.
-
In einer weiteren Ausführung kann mindestens eine Sensorfolie 100 verlegt und die mindestens eine Sensorfolie 100 über Kabel mit einer im selben Raum angeordneten Auswerteelektronik 410 verbunden werden. Es ist dabei möglich, dass im selben Raum ein Display angeordnet ist, welches die Messergebnisse anzeigt. Die Sensoreinrichtung 500 kann in diesem Fall beispielsweise batteriebetrieben sein.
-
In einer noch weiteren Ausführungsform können die Messergebnisse oder Anweisungen per Funk an einen Host übertragen werden. Von dort aus können Nachrichten und Statusinformationen, welche die Messergebnisse enthalten, an ein Display oder beispielsweise über WLAN an verschiedene Empfänger übertragen werden. Es kann beispielsweise eine Meldung über E-Mail oder beispielsweise an ein Handy über eine entsprechende App, etc. ausgegeben werden.
-
In einem Industriebetrieb kann beispielsweise mindestens eine Sensorfolie 100 in einem Raum verlegt und über Kontakteinheiten und Kabel mit einer Auswerteeinheit 400 mit entsprechender Auswerteelektronik 410 verbunden werden. Die Ausgangssignale können mit einer SPS 450 verbunden sein. Hierzu kann die SPS 450 mit einem Feldbus (z.B. Profibus, Modbus, etc.) verbunden sein. Hierüber können Statusinformationen und Benachrichtigungen verschickt und entsprechende Steueranweisungen an weitere Einheiten übermittelt werden (Display, Ventile, etc.).
-
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
-
Für die gesamte Beschreibung und die Ansprüche gilt, dass der Ausdruck „ein“ als unbestimmter Artikel benutzt wird und die Anzahl von Teilen nicht auf ein einziges beschränkt. Sollte „ein“ die Bedeutung von „nur ein“ haben, so ist dies für den Fachmann aus dem Kontext zu verstehen oder wird durch die Verwendung geeigneter Ausdrücke wie zum Beispiel „ein einziger“ eineindeutig offenbart.
-
In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriffe „umfassen“, „haben“, „enthalten“, „einschließen“ und „mit“ sowie deren grammatikalische Änderungen grundsätzlich als eine nicht erschöpfende Auflistung von Merkmalen, wie Prozessschritte, Vorrichtungen, Bereiche, Größen und dergleichen zu verstehen sind und das Vorhandensein anderer oder zusätzlicher Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen in keiner Weise ausschließen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Sensorfolie
- 110
- Isolationsschicht
- 112
- Isolationsschicht
- 114
- Isolationsschicht
- 120
- Verstärkungsschicht
- 130
- Schicht
- 140
- Schutzschicht
- 150
- Schicht
- 160
- Schutzschicht
- 170
- Öffnung
- 200
- Abstandsschicht
- 300
- Kontakteinheit
- 310
- Gehäuse
- 311
- Gehäuseteil
- 312
- Gehäuseteil
- 313
- Aufnahme
- 314
- Aufnahme
- 315
- Aufnahme
- 316
- Nocke
- 317
- Vorsprung
- 318
- Rastarm
- 319
- Führung
- 320
- Kontakt
- 322
- Aufnahme
- 324
- Fuß
- 326
- Rasthaken
- 330
- Kontaktfeder
- 340
- Draht
- 350
- Leitung
- 360
- Vorsprung
- 370
- Vorsprung
- 400
- Auswerteeinheit
- 402
- Kontaktschnittstelle
- 410
- Auswerteelektronik
- 420
- Steuerung
- 430
- Energieversorgungseinheit
- 440
- Schnittstelleneinheit
- 442
- analoge Schnittstelle
- 444
- serielle Schnittstelle
- 446
- Funkschnittstelle
- 450
- SPS
- 460
- Host
- 470
- WLAN
- 480
- Smartphone-App
- 500
- Sensoreinrichtung
- 600
- Hindernisse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2844972 B1 [0005, 0006]