DE2842190C2

DE2842190C2 - Dehnmeßstreifen in Dickschichttechnik

Info

Publication number: DE2842190C2
Application number: DE19782842190
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Dipl.-Phys. Dr. 7250 Leonberg Wertz; Ernst Dipl.-Phys. Dr. 7262 Althengstett Zehender
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-09-28
Filing date: 1978-09-28
Publication date: 1985-01-24
Also published as: DE2842190A1

Description

derlichem 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 «-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 «-Terpineol und Äthylcellulose zuzufügen.

Das beschichtete Basismaterial wird nun getrocknet, gebrannt und gehärtet Hierbei sind die bekannten Behandlungsmethoden der Dickschichttechnik anwendbar. Günstige Ergebnisse wurden im Versucn bei einer Trocknungsdauer von etwa 10 Minuten bei etwa 100°C erzielt Das Brennen erfolgt vorteilhafterweise bei 300⁰C 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 Temperatur von etwa 200° C. Durch die mögliche Wahl von relativ niedrigen Brenntemperaturen i«,* es auch möglich, elastisches Basismaterial ohne Zwischenbclag «tirekt 7." beschichten. Als Basismaterial kann daher gegebenenfalls das Meßobjekt selbst verwendet werden. Durch -\rt und Dauer der Wärmebehandlung ist es möglich, 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 Leitklebern oder Druckkontakten kontaktiert werden. Der Abgleich des fertigen Dehnmeßstreifens kann manuell oder automatisch durch Ritzer-, mit Laserstrahl oder durch Sandstrahlen erfolgen.

Durch die Verwendung von nichtleitenden Substanzen mit leitenden Einschlüssen ist eine wesentliche Erhöhung der Empfindlichkeit und damit des /C-Faktors gegeben. Dies geschieht durch Änderung des spezifischen Widerstandes bei einer Änderung der Leiterlänge·

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Claims

Patentansprüche:

1. Dehnmeßstreifen zur Messung einer mechanischen Verformung durch Veränderung des elektrischen Widerstandes -einer, auf ein der mechanischen Verformung unterworfenes Basismaterial' aufgebrachten Widerstandsschicht, die Graphit und/oder Silber als elektrisch leitfähige Partikel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht in Form einer Paste aufgebracht ist, die außer den elektrisch leitfähigen Partikeln als Trägermaterial zur Einstellung einer für die Verarbeitung geeigneten Konsistenz Isophthalsäure mit Styrol. Λ-Terpineol sowie Ethylcellulose mit Benzylalkohol enthält.

2. Dehnmeßstreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Basismaterial aufzubringende Paste

25—48Gew.-%

10-30 Gew.-%
5-10Gew.-%

3-12Gew.-%
0-30Gew.-%

Isophthalsäure mit
20% Styrol,
dr-Terpineol,
Ethylcellulose mit
ca. 60% Benzylalkohol,
Graphit sowie
Silber enthält.

Die Erfindung betrifft einen Dehnmeßstreifen zur KJessung einer mechanischen Verformung durch Veränderung des elektrischen Widerstandes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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 1968, Teil 1, Seite 329 wird vorgeschlagen, Dehnmeßstreifen aus dünnstem Manganindraht herzustellen, der mäanderförmig zwischen dünnes Papier als Basismaterial geklebt ist. Weiterhin wird vorgeschlagen, auf einer Acryl- oder Phenylharzunterlage einen Meßdraht aus Konstanten einzubetten. Wie in dieser Literaturstelle ausführlich erläutert, ist die Empfindlichkeit des Dehnmeßstreifens 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 das Basismaterial aufzukleben, dünne Metallfilme auf ein Basismaterial aufzudampfen (DE-OS 27 41 055). Aus der US-PS 24 92 429 ist es bekannt, zur Herstellung eines Dehnmeßstreifens Graphit als Widerstandsmaterial auf ein elastisches Kunststoff-Basismaterial aufzubringen, wobei die Dicke der Graphitschicht lediglich durch den zu erreichenden elektrischen Widerstand definiert ist. Zum Aufbringen des Graphits auf das Basismaterial wird dieser in einer Flüssigkeit suspendiert, die das flexible Kunststoffmaterial anzulösen in der Läge ist, um auf diese Weise eine Haftung des Graphits am Basismaterial zu erreichen. Das Basismaterial wird dann mehrmals in die Suspension getaucht und zwischendurch getrocknet, um eine ausreichende Dicke der Graphitschicht zu erzielen. Dies ist ein sehr umständliches und sicherlich auch nur schwierig zu reproduzierendes Verfahren. Allen bekannten Dehnmeßstreifen haftet außerdem der Nachteil an, daß sich ihre Empfindlichkeit nicht wesentlich über den /f-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 Basismaterial aufgedampft, sind entweder spezielle Masken anzufertigen oder spezielle Photomaskier- und Ätzprozesse durchzuführen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Dehnmeßstreifen der genannten Gattung weiterzubilden, bei dem die Widerstandsschicht in einem einzigen

ίο Arbeitsgang in der erforderlichen Dicke vorzugsweise hn Siebdruckverfahren in einfacher Weise auf das Basismaterial aufgebracht werden kann, und der ii-Werte aufweist, die zwischen 4 und 10 liegen und der damit eine wesentlich höhere Empfindlichkeit aufweist, als sie bisher bekannt ist, so daß sich nachgeschaltete Meßeinrichtungen stark vereinfachen oder die Auflösung der Messung gesteigert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Dehnmeßstreifen, die mit der angegebenen Dickschichtpaste hergestellt sind, zeigen 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 ihrer geometrischen Abmessungen auf dem Basismateri; 1 ist eine große Widerstandsvariation möglich. Aufgrund der größeren Schichtdicke spielen auch Unterschiede der Oberflächenrauhigkeit des Basismaterials keine Rolle, die sich insbesondere bei Dehnmeßstreifen 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 Basismaterial 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.

Die Dickschichtpaste wird auf ein Basismaterial, 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 Dickschichtpaste aufzustempeln, zu walzen oder zu sprühen. Die aufzubringende Dickschichtpaste setzt sich aus einem organischen Trägermaterial zur Vermittlung von Haftung und innerem Zusammenhalt, aus einer Pigmentierung mit elektrisch leitfähigen Pi/tikeln und aus ei-η em 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 Basismaterial und eine geeignete Leitfähigkeit des Meßwiderstandes zu erhalten. Versuche haben ergeben, daß als organisches Trägermaterial Isophthalsäure mit Styrol, zur Pigmentierung gemahlener Graphit und Silber mit einer Partikelgröße von etwa 1 Mikrometer und als Stellmittel zur Einstellung der

so Viskosität a-Terpineo! 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 werder. 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 erfor-