DE1916496A1

DE1916496A1 - Kondensator und dessen Anwendung

Info

Publication number: DE1916496A1
Application number: DE19691916496
Authority: DE
Inventors: Trott John James; Grainaer James William
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1968-04-04
Filing date: 1969-03-31
Publication date: 1969-11-06
Also published as: GB1234083A; NL6905277A; US3678378A; FR2005552A1

Description

FATE NTA N WA I.T

DIPL. ING. B. ELOLLI

s« _AUOs„u,_tn 1916496

nun«, ai»f ■

N. 149

Augsburg, den 31. März 1969

National Research Development Corporation, Kingsgate House, Victoria Street, London, S.W.l, England

Kondensator und dessen Anwendung

Die Erfindung betrifft einen Kondensator mit mindestens zwei jeweils durch ein Dielektrikum voneinander getrennten Elektroden.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen derartigen Kondensator auf einfache Weise so auszubilden,

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daß sich seine Kapazität je nach auf ihn einwirkendem Druck ändert.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein derart angeordnetes elastisches bzw. federndes Material gelöst, daß sich, wenn dieser Kondensator unter Druck gesetzt wird und sich hierbei die Elektroden mit Bezug aufeinander bewegen, dieses elastische bzw. federnde Material verformt und sich die Kondensatorkapazität ändert. " "

Ein gemäß der Erfindung gestalteter Kondensator kann ganz allgemein zur Druckmessung dienen und kann mit Vorteil zur Messung von Rad- bzw. Achslasten Verwendung finden, wenn er beispielsweise auf einer Straßenoberfläche angebracht wird. Bei entsprechender Ausbildung eines einen Kondensator nach der Erfindung aufweisenden Gerätes kann dieser auch für Zugmessungen Verwendung finden, wenn diese Zugkräfte auf diesen Kondensator als Druckkräfte einwirken.

In besonderer Ausbildung weist der Kondensator nach der Erfindung federnd-elastisches Material auf, welches zwischen mindestens zwei Elektroden angeordnet ist und mindestens einen !Beil des Kondensat or-Dielektrikums bildet. Das federnd-elastische Material hat die Freiheit, sich sait auf den Kondensator einwirkendem Druck in der Weise zu

. . - 2 - .
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verformen, daß sich hierdurch der Abstand zwischen den Elektroden verkleinert.

Das elastische bzw. federnde Material bildet vorzugsweise eine jeweils zwischen den Elektroden gelegene Schicht und die Bewegungsfreiheit dieser Schicht ergibt sich vorzugsweise durch eine an sie angrenzende weitere, durchlöcherte Schicht bzw. Platte von steifem Material. Diese vorzugsweise steife Materialschicht stellt vorzugsweise gleichzeitig eine der Elektroden dar.

Der erfindungegemäfie Kondensator kann selbstverständlich auch eine Vielzahl von federnden bsw. elastischen, beispielsweise aus Gummi bestehenden Schichten und eine Vielzahl von zwischen diesen Schichten angeordneten durchlöcherten Elektroden aufweisen. Die Elektroden können dann in Gruppen zu einem Plattenkondensator miteinander verbunden sein.

In besonderer Anwendung kann der Kondensator gemäß der Erfindung in den einen Zweig einer Brückenschaltung eingeschaltet sein, so daß von dieser BrOckenschaltung den auf diesen Kondensator jeweils einwirkenden Drücken entsprechende Ausgangssignale ableitbar sind.

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Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 eine schematische, teilweise ge

schnittene perspektivische Ansicht eines Kondensators nach der Erfindung,

Fig. 2 in schematischer Darstellung einen,

einen erfindungsgemäßen Kondensator aufweisenden Stromkreis zur Erzeugung eines Signales, dessen Amplitude dem auf diesen Kondensator jeweils einwirkenden Druck nahezu proportional ist, und

Fig. 3 in schematischer perspektivischer

Darstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensators.

Der in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Kondensator der Erfindung enthält mehrere zwischen beispielsweise aus

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Messing oder Elsen bestehenden, durchlöcherten Platten geklebte Schichten IO von hochwertigem Naturgummi. Die beiden äußeren der Platten 11 sind mittels eines Anschlusses zu einer Plattengruppe dieses Kondensators miteinander verbunden, während die innere dieser Platten 11 die entsprechende Qegenplatte darstellt und einen Anschluß 21 aufweist. Naturgummi ist deshalb ein bevorzugtes Schichtenmaterial, weil es eine kleine Hysteresis und eine feste und kurze Erholungszeit hat und demzufolge insbesondere dort verwendbar ist, wo der betreffende Druck bzw* die betreffende Last auf den Kondensator verhältnismäßig schnell aufgebracht wird und auf diesen Kondensator gegebenenfalls in schneller Folge mehrere solcher Drücke bzw. Lasten nacheinander einwirken. Eine derartige Druckbeaufschlagung ergibt sich beispielsweise bei der Messung von Rad- bzw. Achslasten von Fahrzeugen, zu welchem Zwecke der erfindungsgemäße Kondensator beispielsweise als Unterlage auf einer Straßenoberfläche fixiert werden kann. Wenn die Drücke bzw. Lasten nur langsam und in entsprechend größeren Abständen auf den erfindungsgemäßen Kondensator einwirken, können als elastisches bzw. federndes Material auch Silasto*ere, Neoprene und Kunststoffe verwendet werden· Durch das Einwirken eines Druckes auf die in bezug auf Flg. i der Zeichnungen obere Schicht 10 des Kondensators wird der Quami verforet und in

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die Löcher der Platten 11 eingedrückt, wodurch eine Kapazitätsänderung auftritt, welche dem einwirkenden Druck nahezu proportional ist. Die Perforation der Platten 11 ist deshalb erforderlich, weil Naturgummi fast nicht zusammendrückbar ist. Das Ausmaß der Verformung des elastischen bzw. federnden Materials und demzufolge die elektrische Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Kondensators ist jedoch durch Änderung der Abmessungen und der gegenseitigen Abstände der in den Platten 11 vorgesehenen Öffnungen entsprechend regulierbar.

Ein den auf den erfindungsgemäßen Kondensator einwirkenden, einer bestimmten Last entsprechenden Druck anzeigendes Signal kann dadurch gewonnen werden, daß dieser Kondensator in einen in Fig. 2 der Zeichnungen dargestellten Stromkreis eingeschaltet wird. An die einander gegenüberliegenden Anschlüsse einer in Fig. 2 dargestellten Brückenschaltung ist ein· Wechselstromquelle 12 angeschlossen. Zwei Zweige dieser Brückenschaltung 13 werden durch Widerstände 14 und 15 gebildet, während der eine der beiden anderen Brückensweige den erfindungsgemäßen, zur Druckmessung dienenden Kondensator 16 und der andere dieser beiden weiteren Brückenzweige einen Veränderlichen Kondensator enthält. Die beiden anderen einander gegenüberliegenden

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Anschlüsse der Brückenschaltung 13 sind an einen Verstärker angeschlossen, dessen Ausgang zu einer Gleichrichterschaltung 19 geführt ist. Der Kondensator 17 ist derart eingestellt, daß das Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung 19 jeweils dann den Wert Null hat, wenn auf den Kondensator 16 keine Last einwirkt. Eine auf den Kondensator 16 einwirkende Last ruft an der Brückenschaltung 13 einen unabgeglichenen Zustand hervor, durch welchen am Ausgang der Gleichrichterschaltung 19 ein Signal auftritt, welches der einwirkenden Kraft nahezu proportional ist. Dieses Ausgangssignal kann entsprechend weiterbearbeitet und beispielsweise einer Datenverarbeitungsanlage eingegeben werden. Die äußeren der perforierten Platten des erfindungsgemäßen Kondensators sollten zwecks Abschirmung desselben geerdet sein.

Die Dicke, des erfindungsgemäßen Kondensators ist dann nicht von Bedeutung, wenn die auf ihn jeweils einwirkenden Drücke statisch sind. Falls jedoch schnell einwirkende Drücke, beispielsweise Rad- oder Achslasten von vorbeifahrenden Fahrzeugen gemessen werden sollen, ist der erfindungsgemäße Kondensator so flach wie möglich zu halten, um hierdurch die "Schlagwirkung" von schnell fahrenden Fahrzeugen so klein wie möglich zu halten. Diese Schlagwirkung kann durch die Verwendung eines Auffahrgummis an der Auf-

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fahrseite des Kondensators weiter vermindert werden.

Wenn der erfindungsgemäße Kondensator für die Messung von Rad- oder Achslasten von auf der Straße vorbeifahrenden Fahrzeugen verwendet wird, so muß er in Fahrzeugfahrtrichtung mindestens so breit bzw. lang sein, wie der größte zu erwartende Reifenabdruck lang ist, d.h. etwa 38 cm. Unter dem Ausdruck "Reifenabdruck" ist hierbei die normalerweise mit der Straßenoberfläche in Berührung stehende Fläche des betreffenden Fahrzeugreifens zu verstehen. Der erfindungsgemäße Kondensator muß quer zur Fahrzeugfahrtrichtung mindestens so breit bzw. lang sein, daß sichergestellt ist, daß mindestens ein Rad eines wesentlichen Anteiles der die betreffende Straße benutzenden Fahrzeuge über diesen Kondensator hinwegfährt, d.h. der Kondensator muß quer zur Fahrzeug fahrtrichtung eine Größe von etwa 1,5 m bis 1,85 m haben. Falls die Fahrzeug-Achslasten ermittelt werden sollen, sollte der erfindungsgemäße Kondensator quer zur Fahrtrichtung etwa 3»0 m bis 3,7 m breit bzw. lang sein.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines Kondensators nach der Erfindung, welcher für die Messung von Rad- und/oder Achslasten geeignet ist, ist in Fig. 3 der Zeichnungen dargestellt und weist zwei dichte bzw. steife, vorzugsweise

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aus Messing bestehende äußere Platten 23 und 24 sowie diese beiden Platten von einer inneren, vorzugsweise ebenfalls aus Messing bestehende performierten Platte 27 trennende Naturgummischichten 25 und 26 auf. Der ganze Kondensator ist von einem Gummimantel 28 umschlossen, welcher diesem Kondensator einen mechanischen Schutz gibt und eine entsprechende Wasserabdichtung gewährleistet.

Während der erfindungsgemäßen Kondensator vorstehend insbesondere al3 zur Messung von Pahrzeuglasten verwendbar beschrieben wurde, können erfindungsgemäß ausgebildete Kondensatoren selbstverständlich ganz allgemein überall dort Anwendung finden, wo Drücke zu messen sind, die ausreichend groß sind«, um das gemäß der Erfindung verwendete elastische bzw. federnde Material zu verformen. Zur Messung der Kapazität des erfindungsgemäßen Kondensators können außerdem auch andere Schaltungen bzw. Verfahren als das genannte Brücken-Meßverfahren Anwendung finden.

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Claims

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Patent ansprüche

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!.'Kondensator mit mindestens zwei jeweils durch ein Dielektrikum voneinander getrennten Elektroden, gekennzeichnet durch ein derart angeordnetes elastisches bzw. federndes Material (10 bzw. 25, 26, 28), daS sich, wenn der Kondensator unter Druck gesetzt wird und sich hierbei die Elektroden (11 bzw. 23, 27, 24) mit Bezug aufeinander bewegen, dieses elastische bzw. federnde Material verformt und sich die Kondensatorkapazität ändert.

2. Kondensator nach Anspruch I₃, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des e las tischers bzw. federnden Materials (10) bzw. 25, 26, 28) als Zwischenschicht zwischen den Elektroden (11 bzw. 23, 27, 24) angeordnet ist.

3. Kondensator nach Anspruch 2, mit aus Netallplatten bestehenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine dieser Metallplatten-Elektroden (11 bzw. 23, 27, 24) eine Vielzahl derart ausgebildeter und angeordneter öffnungen aufweist, daß diese öffnungen jeweils dann einen Teil des elastischen bssw. federnden Materials (10 bzw. 25, 26, 28) aufnehmen, wenn der

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Kondensator unter Druck gesetzt wird.

k. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische bzw. federnde Material (10 bzw. 25» 26, 28} Naturgummi ist.

5. Kondensator nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch mindestens eine vorzugsweise aus Messing bestehende, jeweils zwischen zwei äußeren, ebenfalls vorzugsweise aus Messing bestehenden Elektrodenplatten (11 bzw. 23* 24) angeordnete durchlöcherte Elektrodenplatte (11 bzw. 27) und durch mindestens zwei die durchlöcherte Elektrodenplatte von den äußeren Elektrodenplatten trennende Naturgummiechiehten (10 bzw. 25» 26).

6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen die Elektroden (11 bzw. 23, 27, 2k) und die aus elastischem bzw. federndem Material bestehenden Schichten (10 bzw. 25, 26, 28) ua- bzw. einschließenden Gummimantel (28) (z.B. Fig. 3).

7. Kondensator nach einem der Ansprüche 2 bis 6 in Anwendung zur Messung von Rad- bzw. Achslasten, mit vorzugsweise flächig ausgebildeten Elektroden und Elektrodenzwischen·

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schichten, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11 bzw. 23, 27» 24) und die aus elastischem bzw. federndem Material bestehenden Schichten (11 bzw. 25» 26, 28) mindestens so lang bzw. in der Querrichtung mindestens so breit sind, wie der größte zu erwartende Radmantel- bzw. Reifenabdruck derjenigen Räder lang ist, deren Rad- bzw. Achslast gemessen werden soll.

8. Kondensator nach einem der Ansprüche 2 bis 7 in Anwendung zur Messung von Rad- bzw. Achslasten, mit vorzugsweise flächig ausgebildeten Elektroden und Elektroden-Zwischenschichten, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11 bzw. 23» 27, 24) und die aus elastischem bzw. federndem Material bestehenden Schichten (11 bzw. 25, 26, 28) so lang bzw. breit sind, daß sichergestellt ist, daß alle Räder der betreffenden Achse, deren Last gemessen werden soll, jeweils gleichzeitig ihren Druck auf die genannten Elektroden und Schichten ausüben.

9. Einrichtung zum Nachweis und gegebenenfalls zur Anzeige von Kräften bzw. Lasten, gekennzeichnet durch einen Kondensator (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, auf welchen jeweils während des Betriebes die betreffende Kraft bzw. Last einwirkt, und durch eine auf Kapazitätsändexningen dieses

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Kondensators ansprechende und dieselben gegebenenfalls anzeigende bzw. aufzeichnende Vorrichtung (12, 14, 15, 17, 18, 19)(Pig. 2).

10. Einrichtung zur Erzeugung von Signalen, welche jeweils einer bestimmten, durch eine entsprechende Last hervorgerufenen Kraft entsprechen, gekennzeichnet durch einen Kondensator (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, auf welchen jeweils während des Betriebes die betreffende Kraft einwirkt, ferner durch eine elektrische Brückenschaltung (14, 15, 16, 17), in deren einem Brückenzweig der genannte Kondensator liegt, und durch eine Vorrichtung (18, 19), welche dem jeweils nicht abgeglichenen Zustand der Brückenschaltung entsprechende Signale liefert (Fig. 2). .

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich aneinander anschließende Zweige der genannten Brückenschaltung jeweils einen elektrischen, vorzugsweise nahezu rein ohmschen Widerstand (14 und 15) aufweisen und daß von den beiden anderen aneinander anschließenden Brückenzweigen der eine den Kondensator (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und der andere einen weiteren Kondensator (17) enthält.

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