DE2842190A1

DE2842190A1 - Dehnmesstreifen in dickschichttechnik

Info

Publication number: DE2842190A1
Application number: DE19782842190
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Dipl Phys Dr Wertz; Ernst Dipl Phys Dr Zehender
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-09-28
Filing date: 1978-09-28
Publication date: 1980-04-10
Also published as: DE2842190C2

Description

Dehnmeßstreifen in Dickschichttechnik
Stand der Technik Dehnmeßstreifen sind seit langem bekannt und in der Literatur bereits ausführlich beschrieben worden. In F.X.
Eder, Moderne Meßmethoden der Physik, VEB Verlag der Wissenschaften, Berlin 19685 Teil 1, Seite 329 wird vorgeschlagen, Dehnmeßstreifen aus dünnstem Manganindraht herzustellen, der mäanderförmig zwischen dünnes Papier als Träger geklebt ist. Weiterhin wird vorgeschlagen auf einer Acryl- oder Phenylharzunterlage einen Meßdraht aus Konstantan einzubetten. Wie in dieser Literaturstelle ausführlich erläutert, ist die Empfindlichkeit des Dehnnießstreifens durch den sogenannten K-Faktor bestimmt. Bei den üblichen Dehnmeßstreifen liegt der K-Faktor in der Größenordnung von zwei. Weiterhin ist es bereits bekannt, statt Meßdrähte auf den Träger aufzukleben, dünne Metallfilme auf einen Träger aufzudampfen.
Allen bekannten Dehnmeßstreifen haftet jedoch der Nachteil an, daß sich ihre Empfindlichkeit nicht wesentlich über den K-Faktor zwei steigern läßt. Des weiteren ist ihre mäanderförmige Gestaltung fest vorgegeben, weil nur auf diese Art ein höherer Widerstandswert erzeugt werden kann. Wird der Widerstand auf das Trägermaterial aufgedampft, sind entweder spezielle Masken anzufertigen, oder spezielle Photomaskier- und Ätzprozesse durchzuführen.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Dehnmeßstreifen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er durch Aufbringen einer Dickschichtpaste auf das Trägermaterial leicht herzustellen ist und daß seine Empfindlichkeit ein mehrfaches der bekannten Dehnmeßstreifen beträgt. Durch geeignete Wahl und Zusammensetzung der Dickschichtpaste sind K-Werte zwischen 4 und 10 ohne Schwierigkeiten erreichbar. Dadurch vereinfachen sich die nachgeschalteten Meßeinrichtungen stark oder die Auflösung der Messung kann gesteigert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Dehnmeßstreifens möglich.
Besonders vorteihaft ist es, als Grundsubstanz Isophthalsäure mit Styrol zu verwenden, für die Pigmentierung eine Kombination aus Silber und Graphit einzusetzen und zur Einstellung der Viskosität g -Terpineol in Verbindung mit Äthylcellulose und Benzylalkohol zu verwenden. Wird die Dickschichtpaste aus diesen Mitteln zusammengesetzt, zeigen sich erstens sehr hohe K-Werte und dazu nur eine geringe Temperaturabhängigkeit des Widerstands und es wird eine ausgezeichnete Haftung auf nahezu jedem Untergrund erzielt. Durch Variation der Zusammensetzung der Paste und durch ihre geometrischen Abmessungen auf den Trägermaterial ist eine große Widerstandsvariation möglich.
Aufgrund der größeren Schichtdicke spielen auch Unterschiede der Oberflächenrauhigkeit des Trägermaterials keine Rolle, die sich insbesondere bei Dehnmeßsstreifen mit aufgedampfter leitender Schicht nachteilig bemerkbar macht. Widerstände der zuvor genannten Art sind zudem leicht auf die verschiedenste Weise kontaktierbar.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Dickschichtpaste auf einfache Art und Weise mittels Siebdruck auf das Trägermaterial aufbringbar ist. Ist die Dickschichtpaste aufgebracht, kann sie getrocknet, gebrannt und gehärtet werden Der fertige Dehnmeßstreifen ist dann durch Ritzen, mittels Laser oder durch Sandstrahlen abgleichbar.
Beschreibung der Erfindung Die Dickschichtpaste wird auf ein Trägermaterial, das beispielsweise ein Kunststoff oder ein Metall wie Federstahl oder Federbronze mit Zwischenisolierung ist, aufgebracht. Das Aufbringen erfolgt üblicherweise im Siebdruckverfahren. Möglich ist es auch, die D;ckschiehtpaste aufzustempeln, zu walzen oder zu sprühen. Die aufzubringende Dickschichtpaste setzt sich aus -einem organischen Träger zur Vermittlung von aftung und innerem Zusammenhalt, aus einer Pigmentierung mit elektrisch leitfähigen Partikeln und aus einem Stellmittel zur Einstellung der Viskosität zusammen. Je nach Aufgabe und Anwendung sind diese drei Bestandteile beliebig miteinander kombinierbar, um gute Verarbeitbarkeit der Paste und eine gute Haftung auf dem entsprechenden Trägermaterial und eine geeignete Leitfähigkeit des Messwiderstandes zu erhalten. Versuche haben ergeben, daß als organisches Trägermaterial bevorzugt Isophthalsäure mit Styrol, zur Pigmentierung gemahlener Graphit und Silber mit einer Partikelgröße von etwa 1 Mikrometer und als Stellmittel zur Einstellung der Viskosität ,C-Terpineol und Äthylcellulose mit Benzylalkohol zu verwenden ist. Die Zusammensetzung der Stoffe richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck. Versuche haben gezeigt, daß besonders gute Ergebnisse dann erzielt werden, wenn 25 bis 48 Gewichtsprozente Isophthalsäure mit ca.
20 % Styrol als organische Grundsubstanz verwendet werden.
Zur Pigmentierung mit elektrisch leitfähigen Partikeln eignet sich besonders gemahlener Graphit und Silber. Je nach erforderlichem Widerstandswert sind 3 bis 12 Gewichtsprozent Graphit und 0 bis 30 Gewichtsprozent Silber vorzusehen. Zur Einstellung der Viskosität erwiesen sich die Verwendung von 10 bis 30 Gewichtsprozent c' -Terpineol und von 5 bis 10 Gewichtsprozent Äthylcellulose mit ca.
60 Prozent Benzylalkohol als besonders günstig. Mit der angegebenen Rezeptur sind einerseits ein hoher K-Wert und andererseits eine geringe Temperaturabhängigkeit des Dehnmeßstreifens festzustellen. Der Widerstandswert wird im wesentlichen durch die Pigmentierung beeinflußt. Ein hoher Anteil von Silber verringert den Widerstandswert, während durch die bloße Verwendung von Graphit anstelle eines Gemisches aus Graphit und Silber der Widerstandswert erhöht werden kann. Je nach Anteil und Zusammensetzung der übrigen Komponenten sind die Stellmittel 4 -Terpineol und Athylcellulose zuzufügen.
Der beschichtete Träger wird nun getrocknet, gebrannt und gehärtet. Hierbei sind die bekannten Behandlungsmethoden der Dickschichttechnik anwendbar. Günstige Ergebnisse wurden im Versuch bei einer Trocknungsdauer von etwa 10 Minuten bei etwa 100 C erzielt. Das Brennen erfolgt vorteilhafterweise bei 300 ° C Haltetemperatur bei geringem Luftdurchsatz. Die Brennbedingungen sind je nach Schicht in weiten Bereichen variierbar. Die Brenndauer kann zwischen 30 und 90 Minuten betragen, die Haltetemperatur ist zwischen 200 ° C und 350 ° C variierbar. Das Härten erfolgt in ca. 20 Stunden bei einer 0 Temperatur von etwa 200 ° C. Durch die mögliche Wahl von relativ niedrigen Brenntemperaturen ist es auch möglich, elastische Träger ohne Zwischenträger direkt zu beschich ten. Als Trägermaterial kann daher gegebenenfalls das Meßobjekt selbst verwendet werden. Durch Art und Dauer der Wärmebehandlung ist es möglich5 den Widerstandswert der Schicht mit zu beeinflussen. Nach dem Härten ist der nun fertiggestellte Dehnmeßstreifen mit nahezu allen bekannten Leitschichten kontaktierbar. Er kann daher sowohl in Dünn- und Dickschichtschaltungen eingefügt als auch mit Leitklebernoder Druckkontakten kontaktiert werden.
Der Abgleich des fertigen Dehnmeßstreifens kann manuell oder automatisch durch Ritzen, mit Laserstrahl oder durch Sandstrahlen erfolgen.
Durch die Verwendung von nichtleitenden Substanzen mit leitenden Einschlussen ist eine wesentliche Erhöhung der Empfindlichkeit und damit des K-Faktors gegeben. Dies geschieht durch Änderung des spezifischen Widerstandes bei einer Änderung der Leiterlänge.

Claims

Ansprüche U Dehnmeßstreifen zur Messung mechanischer Verformung durch Veränderung des elektrischen Widerstandes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines wirksamen elektrischen Widerstands auf ein der mechanischen Verformung unterworfenes Trägermaterial eine Dickschichtpaste aufgebracht und nachbehandelt wird.
2. Dehnmeßstreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickschichtpaste eine organische Grundsubstanz zur Vermittlung der Haftung und des inneren Zusammenhalts enthält.
3. Dehnmeßstreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickschichtpaste eine Pigmentierung mit elektrisch leitfähigen Partikeln enthält.
4. Dehnmeßstreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickschichtpaste Mittel zur Einstellung der Viskosität enthält.
5. Dehnmeßstreifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Grundsubstanz Isophthalsäure und/oder Styrol Verwendung findet.
6. Dehnmeßstreifen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickschichtpaste als elektrisch leitfähige?igmentierung Silber und/oder Graphit enthält.
7. Dehnmeßstreifen nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Einstellung der Viskosität bL-Terpineol und/oder Äthylcellulose und/ oder Benzylalkohol verwendet wird.
8. Verfahren zur Herstellung eines Dehnmeßstreifens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickschichtpaste auf das Trägermaterial im Siebdruckverfahren aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Beschichtung des Trägermaterials mit der Dickschichtpaste diese getrocknet, eingebrannt und danach gehärtet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleich des DehnmeßstreiSens nach der Härtung durch Einwirkung auf den Dickschichtfiim erfolgt.