Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flächen-Vorrichtung zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit sowie ein Verfahren zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit umfassend die jeweiligen Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 8.

Die erfindungsgemäße Flächen-Vorrichtung zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit umfasst zumindest einen Sensor zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit, wobei der Sensor zumindest einen Kondensator mit zumindest zwei Elektroden umfasst, welche, ins besondere in einer horizontalen Richtung, entlang eines und auf einem, insbesondere flexib- len, Trägermaterial zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Elektroden zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet ist. Dabei kann die Flächen-Vorrichtung in Form eines Sitzes, Armablage und/oder Fußmatte ausgebildet sein.

Die beiden Elektroden können in der gleichen Ebene angeordnet sein. Zum Beispiel sind diese beiden Elektroden die einzigen in der jeweils gleichen Ebene angeordneten Elektro den. In einer, wie später beschriebenen, gestackten Ausführungsform sind zum Beispiel dann jeweils paarweise übereinander angeordnete Elektrodenpaare vorhanden. Vorzugs weise überlappen sich die Elektroden eines Sensors (also des gleichen Sensors) in einer zur Anordnungsebene (horizontale Ebene) von zwei Elektroden (welche einen Kondensator bil- den) nicht. Die beiden Elektroden können daher, in zumindest einer Ausführungsform, aus schließlich in der horizontalen Ebene nebeneinander, und vorzugsweise auch auf gleicher Flöhe angeordnet sein. Die horizontale Richtung ist vorzugsweise eine Haupterstreckungsrichtung des flexiblen Trä germaterials.

„Flexibel“ heißt in diesem Zusammenhang, dass das Trägermaterial zumindest stellenweise biegsam und damit elastisch ist.

Insbesondere kann es sich bei dem Trägermaterial um einen Webstoff oder um einen sons tigen Bekleidungsstoff wie zum Beispiel ein Polyester handeln.

Bei dem Trägermaterial kann es sich jedoch auch um ein Trägersubstrat, zum Beispiel ein Halbleitersubstrat handeln, welches zumindest stellenweise biegsam ist. Im Sinne der Erfin dung kommt als Trägermaterial jedoch insbesondere kein Möbelstück, wie zum Beispiel ein Tisch oder ein Bett in Betracht. Dies unter anderem deshalb, da diese Möbel im Sinne der Erfindung nicht als flexibel anzusehen sind. Es handelt es sich im Sinne der Erfindung hier bei vielmehr um statische, nicht flexible Gegenstände.

Zum Beispiel ist das Trägermaterial verschieden von einem Papier oder einer Pappe. Es wurde herausgefunden, dass Papier und Pappe als Trägermaterial schwer handhabbar und wenig formstabil sind. Zudem saugt sich Papier und Pappe zumindest teilweise mit der Feuchtigkeit voll. Vorzugsweise ist der gesamte hier beschriebe Sensor, und insbesondere auch die gesamte hier beschriebene Vorrichtung frei von Papier und Pappe basierten Mate rialien.

Die dielektrische Schicht beabstandet damit die beiden Elektroden in einer horizontalen und/oder in einer dazu senkrechten Querrichtung.

Erfindungsgemäß ist auf einer dem Trägermaterial abgewandten Seite zumindest eine Elekt rode und/oder der dielektrischen Schicht zumindest stellenweise, zumindest eine, zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht ange ordnet, wobei somit die zumindest eine Elektrode und/oder dielektrische Schicht in einer Qu errichtung zwischen dem Trägermaterial und der Feuchteschicht angeordnet sind, sodass eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise treffende Flüssig keit, zumindest teilweise verändert, wobei eine Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, diese Änderung zu messen und/oder zu speichern, sodass ein, insbe sondere kapazitiver, Druck- und/oder Feuchtesensor entsteht, insbesondere wobei die Flächen-Vorrichtung zumindest einen zweiten Sensor aufweist, welcher in der gleichen Art wie der Sensor aufgebaut ist und in horizontaler Richtung neben dem ersten Sensor an geordnet ist.

Vorzugsweise sind dabei die beiden Elektroden verschieden von einer kammartigen Struktur mit mehreren vereinzelten Zähnen.

Die vorliegende Aufgabe wird zudem auch durch eine wie, nachfolgend vorgestellte, Flä chen-Vorrichtung gelöst.

Die hier vorgestellte Flächen-Vorrichtung zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit um fasst zumindest einen Sensor zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit, wobei der Sensor zumindest einen Kondensator mit zumindest zwei Elektroden aufweist, welche, ins besondere in einer horizontalen Richtung entlang eines insbesondere flexiblen Trägermate rials und auf einem insbesondere flexiblem Trägermaterial zueinander angeordnet sind, wo bei zwischen den Elektroden zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet ist,

In einer Querrichtung zwischen dem Trägermaterial und zumindest einer Elektrode ist zu mindest stellenweise zumindest eine zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht angeordnet, sodass sich eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise treffende Flüssigkeit zumindest teilweise verändert, wobei eine Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, diese Änderung zu messen und/oder zu speichern, sodass ein kapazitiver Druck- und/oder Feuch tesensor entsteht, insbesondere wobei die Flächen-Vorrichtung zumindest einen zweiten Sensor aufweist, welcher in der gleichen Art wie der Sensor aufgebaut ist und in horizontaler Richtung neben dem ersten Sensor angeordnet ist.

Diese Ausführungsform ist insbesondere auch darauf gerichtet, dass in der Querrichtung die Feuchteschicht unterhalb der Elektroden des Kondensators positioniert wird, während in der obig vorgestellten ersten Variante die Feuchteschicht oberhalb der Elektroden des Konden sators angeordnet sind. In der nunmehr vorgestellten zweiten Variante schließt daher die Feuchteschicht den Sensor nicht mehr nach oben ab, sondern kann den Sensor in der Quer richtung nach unten abschließen.

Zum Beispiel kann das Trägermaterial selbst die Feuchteschicht sein oder ausbilden. Auf eine separate Anordnung des Trägermaterials kann daher verzichtet sein.

Auch ist in beiden Varianten denkbar, dass es sich bei dem Trägermaterial bereits um das Material, an welchem der Sensor befestigt wird, handelt. Das Trägermaterial kann insofern bereits eine Befestigungsschicht des Fahrzeugs sein. Zum Beispiel ist das Trägermaterial mit einem Glas, ein Kunststoff oder ein Webstoff gebildet

Auf Basis dieser Anordnung kann daher ein differentieller Feuchtigkeitssensor erzeugt sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform überlappen die beiden Sensoren sich in vertikaler Richtung nicht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die beiden Sensoren in horizontaler Richtung auf gleicher Flöhe zueinander angeordnet. Eine Verschiebung, außerhalb eines Rahmens einer Fertigungstoleranz, ist daher vermieden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die beiden Sensoren in horizontaler Richtung zwar nebeneinander angeordnet, jedoch auf jeweils unterschiedlichen Flöhenniveaus ange ordnet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind vier matrixartig in horizontaler Richtung an geordnete Sensoren insbesondere der gleichen Art angeordnet. „Matrixartig“ bedeutet in diesem Zusammenhang eine Anordnung der Sensoren in Form von Zeilen und Spalten.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind jeweils nebeneinander angeordnete Senso ren durch eine in vertikaler Richtung angeordnete Trennschicht beabstandet zueinander an geordnet. Zwar können alle oder ein Teil der Sensoren miteinander in mechanischem und/oder elektrischen Kontakt stehen, jedoch trennt die Trennschicht die Sensoren, sodass Seitenflächen der Sensoren sich, vorzugsweise an keiner Stelle, miteinander berühren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform verläuft die Trennschicht entlang der vertikalen Richtung jeweils zwischen zwei Sensoren. Hierdurch kann eine Trennung der einzelnen Sensoren und/oder Sensorseitenflächen erreicht sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform misst und/oder liest aus und/oder verarbeitet zu mindest einer der Sensoren und/oder die jeweils dem Sensor zugeordnete Verarbeitungs einheit entweder nur Druck oder nur Feuchtigkeitswerte.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform messen die matrixartig angeordneten Sensoren innerhalb eines ersten Matrixfeldes nur Druckwerte und innerhalb eines zweiten, von dem ersten Matrixfeld verschiedenen, weitere Sensoren in einem zweiten Matrixfeld nur Feuchtig keitswerte und/oder die Verarbeitungseinheit.

Ein kapazitiver Feuchtesensor ist im Prinzip ein Kondensator, dessen Dielektrikum vorzugs weise aus einem hygroskopischen Polymerschicht besteht, die entsprechend der Feuchtig keit der Umgebungsluft Feuchtigkeit aufnimmt (absorbiert) oder abgibt (desorbiert) bis ein Gleichgewichtszustand (Diffusionsgefälle ist = 0) erreicht ist. Dabei verändert sich die Die lektrizitätskonstante des Polymermaterials als Funktion eines Feuchtegehalts.

Die Aufgabe der Verarbeitungseinheit besteht unter anderem darin, vorzugsweise auch aus einer gemessenen Umgebungstemperatur und dem feuchtigkeitsabhängigen Kapazitätswert des Sensors die relative Feuchte möglichst genau zu ermitteln.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit zumindest einen Sensor zur Messung von Druck und/oder Feuchtig keit, wobei der Sensor zumindest einen Kondensator mit zumindest zwei Elektroden um fasst, welche insbesondere in einer horizontalen Richtung entlang eines und auf einem ins besondere flexiblen Trägermaterial zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Elekt roden zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist auf eine dem Trägermaterial abgewandten Seite zumindest eine Elekt rode und/oder dielektrische Schicht zumindest stellenweise, zumindest eine, zumindest teil weise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Schicht (= Feuchteschicht) angeordnet, wobei somit die zumindest eine Elektrode und/oder dielektrische Schicht in Qu errichtung zwischen dem Trägermaterial und der Feuchteschicht angeordnet sind, sodass eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise treffende Flüssig keit, zumindest teilweise verändert wird, wobei eine Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, diese Änderung zu messen und/oder zu speichern, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht, insbesondere wobei in horizontaler Richtung neben dem ersten Sensor ein zweiter Sensor angeordnet ist, welcher in der gleichen Art wie der Sensor aufgebaut ist und in horizontaler Richtung neben dem ersten Sensor angeordnet ist.

Die Feuchteschicht kann mit einem dielektrischen Material gebildet sein. Das Material der Feuchteschicht kann verschieden von dem Material der wasserundurchlässigen Schicht sein.

Der Sensor und/oder die Verarbeitungseinheit können mittels einer Batterie oder einer Fest netzstromversorgung mit elektrischer Energie versorgt werden.

Alternativ oder zusätzlich ist die Erzeugung von elektrischer Energie zur Versorgung des Sensors und/oder Verarbeitungseinheit mittels sogenannten „Energy Flarvesting“ möglich.

Als Energy Flarvesting (wörtlich übersetzt Energie-Ernten) bezeichnet man die Gewinnung kleiner Mengen von elektrischer Energie aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibratio nen oder Luftströmungen für mobile Geräte mit geringer Leistung. Die dafür eingesetzten Strukturen werden auch als Nanogenerator bezeichnet. Energy Flarvesting vermeidet bei Drahtlostechnologien Einschränkungen durch kabelgebundene Stromversorgung oder Batte rien.

Möglichkeiten des Energy Flarvesting:

• Piezoelektrische Kristalle erzeugen bei Krafteinwirkung, beispielsweise durch Druck oder Vibration, elektrische Spannungen. Diese Kristalle können an oder auf dem Trä germaterial angeordnet sein.

• Thermoelektrische Generatoren und pyroelektrische Kristalle gewinnen aus Tempe raturunterschieden elektrische Energie. Diese Generatoren können an oder auf dem Trägermaterial angeordnet sein.

• Über Antennen kann die Energie von Radiowellen, eine Form von elektromagneti scher Strahlung, aufgefangen und energetisch verwendet werden. Ein Beispiel dafür sind die passiven RFIDs. Diese Antennen können an oder auf dem Trägermaterial angeordnet sein. • Photovoltaik, elektrische Energie aus der Umgebungsbeleuchtung.

• Osmose.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Sensor zusätzlich ein kapazitiver Druck sensor, wobei die Verarbeitungseinheit zusätzlich dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, eine durch äußeren Druck verursachte Kapazitätsänderung des Kondensators zu mes sen und/oder zu speichern.

Grundsätzlich handelt es sich bei einem kapazitiven Sensor also um einen Sensor, welcher auf Basis der Veränderung der elektrischen Kapazität eines einzelnen Kondensators oder eines Kondensatorsystems arbeitet. Die Beeinflussung der Kapazität durch die zu erfassen de Größe kann dabei auf verschiedene Arten erfolgen, die primär durch den Verwendungs zweck bestimmt ist.

Ein kapazitiver Sensor basiert unter anderem darauf, dass zwei Elektroden, einer davon kann die zumessende Oberfläche sein, die „Platten“ eines elektrischen Kondensators bilden, dessen Kapazität oder Kapazitätsänderung gemessen wird, die folgendermaßen beeinflusst werden kann:

Eine Platte wird durch den zu messenden Effekt verschoben und/oder verformt, wodurch sich der Plattenabstand und damit die elektrische messbare Kapazität än dern.

- Die Platten sind starr und die Kapazität an sich ändert sich dadurch, dass ein elektrisch leitendes Material oder ein Dielektrikum in unmittelbare Nähe gebracht wird.

Die wirksame Plattenfläche ändert sich, indem die Platten wie bei einem Drehkon densator gegeneinander verschoben werden.

Um auch kleine Veränderungen besser detektieren zu können, kann die eigentliche Mes selektrode häufig mit einer Schirmelektrode umgeben sein, die den inhomogenen Randbe reich des elektrischen Feldes von der Messelektrode abschirmt. Dadurch ergibt sich zwi schen Messelektroden, üblicherweise geerdeter Gegenelektroden, ein annähernd paralleles elektrisches Feld mit der bekannten Charakteristik eines idealen Plattenkondensators. Ein kapazitiver Drucksensor ist insbesondere ein solcher, bei dem die Kapazitätsänderung infolge des Durchbiegens einer Membran und der resultierenden Änderung des Plattenab stands als Sensoreffekt ausgewertet wird. Zum Beispiel handelt es sich bei der Membran um das oben genannte Dielektrikum oder aber um die einzelnen Kondensatorelektroden, welche insbesondere in Form einer Platte ausgeführt sein können. Mit anderen Worten ist in einer derartigen Ausführungsform in neuartiger Art und Weise ein kapazitiver Feuchtesensor mit einem kapazitiven Drucksensor kombiniert, jedoch ohne, dass diese Bauteile voneinander getrennte Elemente oder zwei separate Sensoren bildeten, sondern es handelt sich bei vor liegender Ausführungsform um ein „Two in One“-Konzept, in welchem der gleiche Sensor sowohl als Feuchtesensor als auch als Drucksensor fungiert.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zumindest eine der Elektroden L-förmig, das heißt, lediglich jeweils mit nur zwei innerhalb der horizontalen Richtung senkrecht zueinander verlaufenden Balken, welche sich elektrisch leitend berühren, ausgebildet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Trennabstand der beiden Elektroden von jeweils benachbarten Balken unterschiedlicher Elektroden in der horizontalen Richtung grö ßer als 5 Mikrometer. Es wurde erkannt, dass ab diesem Wert ein besonders einfaches Auf bringen, durch zum Beispiel drucken und/oder im Rahmen eines Dünnschichtverfahrens, möglich ist. Geringere Werte führten zu hohen Produktionskosten aufgrund der hohen Anfor derungen an eine Auflösung.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform variiert der Trennabstand in der horizontalen Rich tung zwischen benachbarten Balken unterschiedlicher Elektroden in der horizontalen Rich tung und ist damit nicht konstant. Dies kann heißen, dass zumindest eine Elektrode inner halb der horizontalen Ebene eines Sensors mäanderförmig ausgebildet ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform verlaufen Balken unterschiedlicher Elektroden in einem vorgegebenen Winkel zueinander. Zum Beispiel ist der Winkel größer oder kleiner als 90 Grad. Sind die beiden Elektroden L-förmig ausgebildet, sind in einer solchen Ausfüh rungsform die beiden Elektroden in der horizontalen Richtung verdreht zueinander. Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Trägermaterial um einen Webstoff, insbesondere in welchem elektrische Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung des Sensors und der Verarbeitungseinheit eingewoben sind.

Bei einem Webstoff handelt es sich im Sinne der Erfindung daher um ein Gewebe, welches manuell oder maschinell auf Basis von einzelnen Fäden gewebt wurde.

Die elektrischen Leiterbahnen können in einem Gewebe daher zusätzlich neben den übli chen Fasern und Gewebesträngen integriert sein oder aber einzelne Gewebestränge, wel che das Gewebenetz ausbilden, ersetzen.

Je nach Abstand und Eigenschaften der einzelnen Fäden (hochgedreht, bauschig, usw.) können ganz lockere Gewebe, wie Verbandgewebe oder Dichtegewebe, wie Brokatstoff, entstehen. Längselastisch werden Gewebe durch, als Kettenfäden eingesetzte Gummifäden (mehr Bändern verwendet) oder Kräusel- und Bauschgarne verwendet. Sie werden ge spannt, verarbeitet und ziehen sich im Ruhezustand zusammen. Bauschgarne bestehen aus texturierten, also gekräuselten synthetischen Fasern. Die Kräuselung verändert die Eigen schaften der synthetischen Fasern. Die darauf gesponnenen Garne sind sehr elastisch und voluminös und haben eine gute Wärmedämmung.

Zum Beispiel kann das Trägermaterial Teil eines Bezugstoffes eines Sitzes, insbesondere eines Fahrzeugsitzes oder eines Bürostuhls, sein. Insofern kann der Sensor, vorzugsweise jedoch die gesamte Vorrichtung, auf dem Bezugsstoff eines solchen Sitzes aufgebracht oder in einen solchen integriert sein.

Zum Beispiel ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet und dafür vorgesehen, die ein zelnen Feuchte- sowie Druckwerte zu erfassen und aus einer Kombination der einzelnen Feuchte- und Druckwerte zumindest einen jeweiligen Kennwert zu ermitteln, aus welchem ableitbar ist, welches Individuum (mit Gewicht und/oder Größe) gerade den Fahrzeugsitz besetzt.

Zum Beispiel kann aus der Druckmessung durch die Verarbeitungseinheit ein Gewicht der jeweiligen Person abgeleitet und festgestellt werden. Auch kann die jeweilige Feuchtigkeit, welche die jeweilige Person an den Sensor abgibt, gemessen werden, wobei der jeweilige Kennwert zum Beispiel ein Produkt aus dem relativen Feuchtigkeitswert mal der von der Verarbeitungseinheit ermittelten Belastungsgewicht ist.

Überschreitet ein derartiger Kennwert einen entsprechenden Grenzwert kann die Verarbei tungseinheit insbesondere mittels einer Anbindung an die Elektronik des Fahrzeugs, eine Warnung aussprechen. Diese Warnung kann dahingehend lauten, dass der Sitz überbelegt ist oder der Fahrer zu stark schwitzt. Diese Warnung kann jedoch auch ersetzt werden durch eine entsprechende Anzeige dahingehend, welcher Belegungstyp den Sitz nutzt. Bei einem Belegungstyp kann es sich um eine Gewichtsklassifikation eines jeweiligen Benutzers han deln, oder aber auch darum Handeln, ob es sich bei dem Benutzer um ein Tier, einen Men schen oder auch um eine Sache handelt. Vorzugsweise ist daher die Verarbeitungseinheit in eine Anzeigenelektronik des Fahrzeugs integrierbar, zumindest jedoch mit einer solchen verbindbar.

Hierzu ist denkbar, dass die Verarbeitungseinheit sich zum Beispiel mittels Bluetooth oder einer sonstigen Wireless Verbindung mit einer Empfangseinheit des Fahrzeugs verbindet und der jeweilige Kenn- oder Grenzwert und/oder die jeweilige Warnung und/oder die jewei lige Identifikation des Benutzers auf einem Display des Fahrzeugs wiedergegeben werden.

Alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass diese einzelnen Werte und/oder Identifikatio nen auch extern abrufbar und/oder extern darstellbar sind. Zum Beispiel kann das Auto auf eine Überbelegung hin von einem externen Controller überwacht werden.

Zum Beispiel kann mittels einer Datenverbindung die Verarbeitungseinheit mit einer Auslös einheit eines Airbags in Verbindung stehen, sodass die Verarbeitungseinheit auch die Aus löseinheit steuern und/oder regeln kann, insbesondere in Bezug auf einen Auslösezeitpunkt des Airbags. Zusätzlich und/oder alternativ ist es möglich, dass die Verarbeitungseinheit eine Controllereinheit des Airbags mit Daten zum Beispiel im Hinblick auf einen Belegungstyp, Position und/oder Gewicht eines Benutzers des Fahrzeugsitzes versorgt.

Diese Daten können dazu führen, dass der Auslösezeitpunkt und die Auslösereihenfolge des Airbags auf den Benutzer angepasst sind, sodass ein Personenschaden an dem Benutzer vermieden wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zumindest eine Elektrode und/oder dielektri sche Schicht auf dem Trägermaterial oder auf einer auf dem Trägermaterial angeordneten, insbesondere wasserundurchlässigen Schicht aufgedruckt oder mittels eines Dünnschicht verfahrens aufgebracht.

Dies heißt, dass zumindest ein Element, vorzugsweise sowohl die Elektrode als auch die dielektrische Schicht, auf dem Trägermaterial oder einer zwischen dem Sensor und dem Trägermaterial aufgebrachten vorzugsweise elektrisch nicht leitfähigen, weiter vorzugsweise wasserundurchlässigen Schicht mittels eines Druckverfahrens aufgedruckt.

Bei dem Druckverfahren kann es sich zum Beispiel um ein Inkjetverfahren handeln.

Zum Beispiel ist die Verarbeitungseinheit in der gleichen Weise wie der Sensor auf das Trä germaterial aufgebracht. Flierzu ist vorstellbar, dass auch die Verarbeitungseinheit, zumin dest jedoch eine, insbesondere leitende, Schicht der Verarbeitungseinheit auf das Trägerma terial zum Beispiel aufgedruckt ist. Die Datenkommunikation zwischen der Verarbeitungsein heit und dem Sensor kann dann über die oben genannten Leiterbahnen entstehen. Diese Leiterbahnen können zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig, in den Webstoff eingewoben sein oder sogar einzelne Fasern des Webstoffs selbst ausbilden.

Zum Beispiel ist zumindest eine Elektrode flächig ausgeführt. Das heißt, dass eine Dicke der Elektrode im Vergleich zu deren Flächenausdehnung vernachlässigbar ist. Eine solche Elekt rode kann daher insbesondre mittels eines Druckverfahrens hergestellt werden.

Alternativ hierzu kann eine Dicke zumindest einer Elektrode höchstens 5 mm betragen. Flier zu kann das Druckverfahren mehrmals angewandt werden, sodass zumindest zwei, vor zugsweise jedoch dann mehr, Einzeldruckschichten übereinandergestapelt werden.

Des Weiteren kann die Elektrode auch mittels eines 3 D- Druckverfahrens auf dem Trägerma terial angeordnet sein.

1. Das FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling)

Alternativbezeichnungen: Fused Filament Fabrication (FFF), Fused Layer Modeling (FLM) Das Verfahren bezeichnet schichtweises Aufträgen (Extrusion) eines Materials durch eine heiße Düse. Das Verbrauchsmaterial befindet sich in Form eines langen Drahts (sog. Fila ment) auf einer Rolle und wird durch die Fördereinheit in einen Druckkopf geschoben, dort eingeschmolzen und auf einem Druckbett ausgebracht. Druckkopf und/oder Druckbett sind dabei in drei Richtungen beweglich. So können Kunststoffschichten schrittweise aufeinander aufgebracht werden.

2. Das SLS Verfahren (Selektives Lasersintern)

Im Unterschied zum Sinterverfahren, bei dem Stoffe in Pulverform unter Flitzeeinwirkung miteinander verbunden werden, geschieht dies beim SLS-Verfahren selektiv durch einen Laser (alternativ auch Elektronenstrahl oder Infrarotstrahl). Es wird also nur ein bestimmter Teil des Pulvers miteinander verschmolzen.

Dazu wird stets eine dünne Pulverschicht von der Beschichtungseinheit auf dem Druckbett ausgebracht. Der Laser (oder andere Energiequelle) wird nun punktgenau auf einzelne Stel len der Pulverschicht ausgerichtet, um die erste Schicht der Druckdaten auszubilden. Hierbei wird das Pulver an- oder aufgeschmolzen und verfestigt sich anschließend wieder durch ge ringfügiges Abkühlen. Das nicht aufgeschmolzene Pulver bleibt um die gesinterten Bereiche herum liegen und dient als Stützmaterial. Nachdem eine Schicht verfestigt ist, senkt sich das Druckbett um den Bruchteil eines Millimeters ab. Die Beschichtungseinheit fährt nun über das Druckbett und bringt die nächste Pulverschicht aus. Anschließend wird die zweite Schicht der Druckdaten durch den Laser (oder eine andere Energiequelle) gesintert. So ent steht schichtweise ein dreidimensionales Objekt.

3. Three-Dimensional Printing (3DP)

Das 3DP-Verfahren funktioniert sehr ähnlich wie das selektive Lasersintern, doch anstelle einer gerichteten Energiequelle verfährt ein Druckkopf über das Pulver. Dieser gibt winzige Tröpfchen von Bindemittel auf die zugrunde liegenden Pulverschichten ab, die so miteinan der verbunden werden. Ansonsten ist dieses Verfahren dem SLS-Verfahren gleich.

4. Stereolithographie (SLA) Anstelle eines Kunststoffdrahts oder Druckmaterials in Pulverform kommen beim Stereo lithographie-Verfahren flüssige Harze, sog. Photopolymere, zum Einsatz. Sie werden schichtweise durch UV-Strahlung verhärtet und erzeugen so dreidimensionale Objekte. Da für wird die Bauplattform im Harzbecken schrittweise abgesenkt. Es gibt auch Varianten (sog. Polyjet-Verfahren) ohne ein ganzes Becken mit flüssigem Harz. Dafür wird ein Epoxid harz tröpfchenweise aus einer Düse aufgebracht und durch einen UV-Laser sofort ausgehär tet.

5. Laminated Object Manufacturing (LOM)

Alternativbezeichnung: Layer Laminated Manufacturing (LLM)

Das Verfahren basiert weder auf chemischen Reaktionen, noch auf einem thermischen Pro zess. Es wird dabei mit einem trennenden Werkzeug (z.B. einem Messer oder Kohlendioxid laser), einer Folie oder einer Platte (z.B. Papier) an der Kontur geschnitten und schichtweise aufeinander geklebt. So entsteht durch Absenken der Bauplattform ein Schichtobjekt aus geklebten, übereinanderliegenden Folien.

Eine oder mehrere wasserundurchlässige Schichten und/oder auch die Feuchteschicht kön nen in derselben Art und/oder Dicke wie die Elektrode aufgebracht werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die Feuchteschicht den Kondensator voll ständig.

Dies kann heißen, dass die Feuchteschicht nach außen, das heißt in der Querrichtung, den Sensor nach außen abgrenzt und abschließt, sodass der Sensor zwischen der Feuchte schicht und dem Trägermaterial angeordnet ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Sensor zumindest einen weiteren Kon densator auf, welcher in der Querrichtung unter oder über dem Kondensator angeordnet und durch eine weitere wasserundurchlässige Schicht beabstandet von dem Kondensator auf oder unter dieser weiteren wasserundurchlässigen Schicht angeordnet ist, sodass ein Kon densatorenstack entsteht. Der weitere Kondensator kann in der gleichen Weise wie der Kondensator aufgebaut sein und ebenso in einer gleichen Weise wie der Kondensator auf die weitere wasserundurchläs sige Schicht angeordnet sein.

Mittels eines derartigen Kondensatorenstacks kann die Sensorik ganz besonders einfach verfeinert werden, nämlich insofern, als dass denkbar ist, dass bei zwei den Kondensators tack ausbildenden Sensoren beide Sensoren die gleichen Aufgaben verrichten, jedoch durch die einzelnen Sensoren jeweilige Messwerte ermittelt werden, die zusammen genommen auf einen Mittelwert schließen lassen. Zum Beispiel wird von jedem der beiden Sensoren jeweils die (relative) Feuchtigkeit der Umgebung gemessen wobei aus diesen beiden Messwerten dann der Feuchtigkeitsmittelwert ermittelt wird. Gleiches kann entsprechend mit der Druck messung geschehen, sodass die Genauigkeit der gesamten Messung insbesondere einer Kombination der Messungen von (relativer) Feuchtigkeit und dem jeweiligen Druck beson ders genau ausgestaltet werden kann.

Alternativ kann die in Querrichtung unterste wasserundurchlässige Schicht mit der in Quer richtung obersten Feuchteschicht vertauscht sein. In diesem Fall wird die gestackte Anord nung in Querrichtung nach unten durch die Feuchteschicht und in der Querrichtung ganz oben durch die wasserundurchlässige Schicht abgeschlossen. Diese unterste wasserun durchlässige Schicht dann in direktem Kontakt mit der Trägerschicht stehen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die wasserundurchlässige Schicht und/oder die weitere wasserundurchlässige Schicht die dielektrische Sicht zumindest teilweise selbst aus.

Dies kann heißen, dass ein anstatt der separaten Positionierung einer dielektrischen Schicht neben der wasserundurchlässigen Schicht und/oder neben der weiteren wasserundurchläs sigen Schicht, diese dielektrische Schicht selbst durch die wasserundurchlässige Schicht und/oder die weitere wasserundurchlässige Schicht gebildet ist.

Eine derartige Erzeugung der dielektrischen Schicht durch die wasserundurchlässigen Schicht(en) bildet daher ein besonders einfaches und kostengünstiges Fierstellungsverfahren zu einer kostengünstigen Vorrichtung. Davon abgesehen, kann grundsätzlich vorgesehen sein, die Elektroden, die dielektrische Schicht und die wasserundurchlässige Schicht(en) derart zueinander anzuordnen, dass ein elektrischer Kurzschluss in jedem Fall verhindert ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt eine maximale Dicke der Feuchteschicht wenigstens 30 % und höchstens 80 % der maximalen Dicke der wasserundurchlässigen Schicht und/oder der maximalen Dicke der weiteren wasserundurchlässigen Schicht.

Dies stellt nicht nur einen besonders flach gebauten Sensor sicher, sondern gewährleistet auch eine besonders schnelle Reaktionszeit auf Feuchtigkeitsveränderungen. Die von außen auf die Feuchteschicht einwirkende Feuchtigkeit muss daher keine großen Strecken zu dem Dielektrikum durchwandern.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Messung von Druck und Feuchtigkeit, wobei insbesondere angemerkt sei, dass alle für die obig beschriebene Vorrich tung offenbarten Merkmale auch für das hier beschriebene Verfahren offenbart sind und um gekehrt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zu Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit zunächst einen ersten Schritt, mittels welchem zumindest ein Sensor zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit bereitgestellt wird, wobei der Sensor zumin dest einen Kondensator mit zumindest zwei Elektroden, welche, insbesondere in einer hori zontalen Richtung entlang eines und auf einem, insbesondere flexiblem, Trägermaterial zu einander angeordnet sind, aufweist, wobei zwischen den Elektroden zumindest eine dielekt rische Schicht angeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist auf einer, dem Trägermaterial abgewandten Seite, zumindest einer Elektrode und/oder der dielektrischen Schicht zumindest stellenweise, zumindest eine, zu mindest teilweise flüssigkeitsdurchlässige und/oder flüssigkeitsabsorbierende Feuchteschicht angeordnet, wobei somit die zumindest eine Elektrode und/oder die dielektrische Schicht in einer Querrichtung zwischen dem Trägermaterial und der Feuchteschicht angeordnet sind, sodass sich eine Kapazität durch die auf die dielektrische Schicht zumindest teilweise tref fende Flüssigkeit zumindest teilweise verändert, wobei eine Verarbeitungseinheit diese Än derung misst und/oder speichert, sodass ein kapazitiver Feuchtesensor entsteht. Dabei weist das oben beschrieben Verfahren die gleichen Vorteile und vorteilhaften Ausge staltungen wie die obig beschriebene Vorrichtung auf.

Im Folgenden wird die hier beschriebene Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele und den dazugehörigen Figuren näher beschrieben.

Gleiche oder gleichwirkende Bestandteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Figur 1 ist in einem ersten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit gezeigt.

In der Figur 2 ist in einem zweiten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit gezeigt.

In der Figur 3 ist in einer schematisch perspektivischen Ansicht eine in Bezug auf die Schich tenordnung dargestellte Explosionszeichnung dargestellt.

In der Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Vorrichtung ge zeigt.

In der Figur 5 sind jeweils matrixförmig zueinander angeordnete Sensoren 1 gezeigt.

Wie nun der Figur 1 entnommen werden kann, ist dort eine Vorrichtung 100 zur Messung von Druck und/oder Feuchtigkeit gezeigt.

Beispielhaft ist dort ein Sensor 1 dargestellt, wobei der Sensor 1 einen Kondensatorstack zeigt mit einem Kondensator 20, sowie einem Kondensator 30, wobei die einzelnen Elektro den 10, 11 der Kondensatoren 20, 30 in der horizontalen Richtung H1 übereinander ange ordnet sind, wobei alternativ hierzu jedoch selbstverständlich eine Anordnung der einzelnen Elektroden 10, 11 eines einzelnen Kondensators 20, 30 in der Querrichtung Q1 , welche senkrecht zur horizontalen Richtung H1 verläuft und damit auch senkrecht zur Flaupterstre- ckungsrichtung des dort gezeigten Sensors 1 verlaufen oder angeordnet sein können. Die einzelnen Elektroden 10, 11 sind auf einem Trägermaterial 13 angeordnet. Bei dem Trä germaterial 13 kann es sich insbesondere um einen Webstoff, insbesondere um einen flexib len Webstoff handeln.

Auf dem Trägermaterial 13 ist eine wasserundurchlässige Schicht 4 angeordnet, wobei auf dieser wasserundurchlässigen Schicht 4 die beiden Elektroden 10, 11 des Kondensators 20 in der horizontalen Richtung H1 aufgedruckt sind.

Die Elektroden 10, 11 des Kondensators 20 sind vollständig von einer weiteren wasserun durchlässigen Schicht 14 umgeben. Auf dieser wasserundurchlässigen Schicht 14 ist in der gleichen Art und Weise der weitere Kondensator 30 mit entsprechenden Elektroden 10, 11 aufgedruckt. Zudem sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel freiliegende Außenflä chen der einzelnen Elektroden 10, 11 des weiteren Kondensators 30 vorzugsweise vollstän dig von einer wasserdurchlässigen und/oder wasserabsorbierenden Feuchteschicht 3 umge ben.

Über diese Feuchteschicht 3 kann Wasser auf eine dielektrische Schicht 4 treffen, welche vorliegend in der horizontalen Richtung H1 zwischen den jeweiligen Elektroden 10, 11 eines Kondensators 20, 30 angeordnet ist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 bildet die wasserundurchlässige Schicht 4 selbst eine dielektrische Schicht 4 des Kondensators 20 auf. Selbiges gilt für die weitere wasserundurchlässige Schicht 14 in Bezug auf den weiteren Kondensator 30.

Durch Auftreffen und Durchdringen der Feuchtigkeit über die Feuchteschicht 3 werden die dielektrischen Eigenschaften insbesondere der dielektrischen Schicht 4 des weiteren Kon densators 30 verändert.

Darüber hinaus ist eine Verarbeitungseinheit 5 erkennbar, welche in datentechnischer Ver dingung mit den beiden Kondensatoren 20, 30 steht, wobei diese Verarbeitungseinheit 5 dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, eine Änderung der relativen Feuchtigkeit der Umgebung und/oder der Feuchteschicht 3 zu messen. Durch die in der Figur 1 dargestellte „stackwise“-Anordnung und dadurch, dass die weitere wasserundurchlässige Schicht 14 verhindert, dass der Kondensator 20 mit Feuchtigkeit in Kontakt kommt, kann daher vorgesehen sein, dass lediglich der weitere Kondensator 30 und dessen dielektrische Schicht 4 der Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Flierzu kann die Verarbei tungseinheit 5 dann eine Veränderung der Kapazität des weiteren Kondensators 30 verglei chen mit der stabilen Kondensatorkapazität des Kondensators 10, sodass hierzu ein beson ders einfacher Vergleich in der Veränderung der relativen Feuchtigkeit und/auch des jeweili gen Belastungsdruckes hergestellt sein kann.

Durch den in der Figur 1 dargestellten Pfeil ist auch eine Druckrichtung, unter welcher der Sensor 1 mit Druck beaufschlagt wird, gezeigt. Beides kann vorzugsweise durch den Sensor 1 und insbesondere durch die Vorrichtung 100 gemessen, ausgewertet und gespeichert werden. Flierzu dient insbesondere die in der Erfindung als wesentlich dargestellte Verarbei tungseinheit 5, welche zusätzlich auch entsprechende Druckwerte und insofern damit ver bundene Änderungen in der Kapazität der einzelnen Sensoren 1 messen und auswerten kann, sodass die Verarbeitungseinheit 5 zusätzlich dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, eine durch äußeren Druck verursachte Kapazitätsänderung des Kondensators 20 und insbesondere auch des weiteren Kondensators 30 zu messen und/oder zu speichern.

Die Feuchteschicht 3 kann flexibel oder nicht flexibel ausgebildet sein. Zudem ist es möglich, dass die Feuchteschicht 3 als Webstoff ausgebildet ist. Insbesondere kann es sich um einen Webstoff handeln, welcher im einleitenden Teil der vorliegenden Anmeldung beispielhaft genannt wurde. Zudem ist es jedoch auch möglich, dass es sich bei der Feuchteschicht 3 um ein Substrat handelt, welches zum Beispiel in Form eines Epitaxie- oder eines Klebeprozes ses auf den weiteren Kondensator 30 aufgebracht, zum Beispiel aufgeklebt wurde.

Die wasserundurchlässige Schicht 14 und/oder die wasserundurchlässige Schicht 15 können ebenso flexibel und nicht flexibel, insbesondere auch ebenso in Form eines Webstoffes oder eines Substrats in der gleichen Weise wie die Feuchteschicht 3 ausgebildet sein.

Zudem ist vorteilhaft denkbar, dass die Elektroden 10, 11 der beiden Kondensatoren 20, 30 auf die wasserundurchlässige Schicht 14 und die weitere wasserundurchlässige Schicht 15 in Form eines Druckprozesses zum Beispiel eines Tintenstrahldruckprozesses aufgedruckt wurden. In der Figur 2 ist ein zu der Figur 1 identischer Aufbau gezeigt, jedoch mit dem Unterschied, dass die Schichten 3 und 4 miteinander vertauscht sind. Das heißt, dass die in Querrichtung Q1 unterste Schicht die Feuchteschicht 3 ist, während die oberste Schicht 4 die wasserun durchlässige Schicht 4 ist. Die in der Figur 2 gezeigte Ausführungsform kann daher als die zur Figur 1 alternative Ausführungsform in Form einer „geflippt (= gedreht) gestackten“ Aus führungsform sein. Die Schichten 3 und 4 können mit einem unterschiedlichen Material ge bildet sein.

In der Figur 3ist eine Explosionszeichnung gezeigt, wobei insbesondere aus der Figur 3 die jeweilige Anordnung der Elektroden 10, 11 der Kondensatoren 20, 30 hervorgeht. Erkennbar ist wiederum die durch die Pfeilrichtung dargestellte Krafteinwirkung auf den Sensor 1 , sowie durch die einzelnen schematisch dargestellten Tropfen einwirkende Feuchtigkeit. Insbeson dere ist wiederum erkennbar, dass die Feuchtigkeit insbesondere zwischen den Elektroden 10, 11 eindringt und auf die jeweilige wasserdurchlässige Schicht 14 einen zum Beispiel er heblichen Effekt auf die elektrische Eigenschaft hat, sodass sich die Kapazität zumindest des weiteren Kondensators 30 wie in der Figur 1 erläutert jeweils ändert.

Dabei ist insbesondere aus der Figur 3 erkennbar, dass die dort gezeigten Elektroden L- förmig ausgebildet sind und die Bestromung erfolgt jeweils in Pfeilrichtung. Die Figur 2 zeigt daher eine gestackte Anordnung zweier separater Kondensatoren 20, 30 mit jeweiligen Elektroden 10, 11. In der Figur 2 sind die Elektroden 10,11 jeweils in der exakt gleichen Ebene, also zum Beispiel auf der gleichen Trägerschicht aufgebracht.

In der Figur 4 ist in einer weiteren Ausführungsform der hier beschriebenen Erfindung ge zeigt, dass der Sensor 1 aus zwei Elektroden 10, sowie einer Elektrode 11 bestehen kann. Die Elektroden 10 haben eine Polarität (vorzugsweise die gleiche Polarität), während die Elektrode 11 eine davon unterschiedliche Polarität aufweist, wobei jedoch im rechten Teilbild der Figur 3 die Explosionszeichnung des linken Teils der Figur 3 gezeigt ist und erkennbar ist, dass drei wasserundurchlässige Schichten 4, 14, 15 verwendet werden. Die Elektroden 10 können auch unterschiedliche Polaritäten und/oder elektrische Potentiale aufweisen.

Auch können die Elektroden 10 miteinander elektrisch verbunden sein.

Alle in der Figur 4 gezeigten Elektroden sind L-förmig ausgebildet. Zum Beispiel können die Elektroden 10, 11 auch jeweils eine separate Polarität und/oder ein separates elektrisches Potential aufweisen und/oder generieren. Entsprechendes kann auch für die in den hier folgenden Figuren in Bezug auf die Elektroden gelten.

Zum Beispiel ist die unterste wasserundurchlässige Schicht wiederum die wasserundurch lässige Schicht 14, die darauffolgende wasserundurchlässige Schicht 15 und die in der Quer richtung Q1 darauf angeordnete wasserundurchlässige Schicht 16 eine weitere wasserun durchlässige Schicht, wobei jeweils eine Elektrode auf einer separaten wasserundurchlässi gen Schicht jeweils aufgebracht insbesondere aufgedruckt ist.

In dieser Stackung der einzelnen wasserundurchlässigen Schichten 4, 14, und 15 wird daher durch Zusammenführen dieser Schichten der im linken Teil der Figur 3 gezeigte Kondensa tor 20 erzeugt, wobei hierbei in der Querrichtung Q1 , die Elektroden 10 jeweils, wie im dem entsprechenden Teilbild entnommen werden kann, auf unterschiedlichen Ebenen angeord net sind.

Alternativ hierzu kann auch die Elektrode 11 zusammen mit zumindest einer der Elektroden 10 in einer gemeinsamen Ebene, das heißt auf oder in einer gemeinsamen wasserundurch lässigen Schicht 4, 14, 15 aufgebracht werden, sodass zum Beispiel nur noch die zweite der Elektroden 10 auf eine separaten wasserundurchlässigen Schicht 4, 14, 15 aufgestackt wer den muss.

Grundsätzlich können daher die einzelnen Elektroden 10,11 in unterschiedlichen Ebenen in der Q1 -Richtung zueinander angeordnet sein. Zum Beispiel gilt eine paarweise Zuordnung zwischen genau einer wasserundurchlässigen Schicht 4, 14, 15 mit genau einer Elektrode 10, 11.

In der Figur 5 sind jeweils matrixförmig zueinander angeordnete Sensoren 1 gezeigt. Die matrixartig auf der Trägerschicht 13 angeordneten Sensoren 1 überlappen sich in vertikaler Richtung nicht. Das heißt, die Sensoren 1 können auf der, insbesondere gemeinsamen, Trä gerschicht 13 angeordnet sein, sodass die Sensoren 1 auf gleichem Höhenniveau sind. Die jeweils nebeneinander angeordneten Sensoren sind durch eine in vertikaler Richtung ange ordnete Trennschicht 26 beabstandet zueinander angeordnet. In zumindest einer Ausfüh- rungsform ist die Trennschicht 26 in Form einer elektrischen und/oder thermischen Isolati onsschicht ausgebildet.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand des Ausführungsbeispiels be- schränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal, sowie jede Kombination von Merkmalen was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder in den Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Bezugszeichenliste

1 Sensor 3 Feuchteschicht

4 dielektrische Schicht/ wasserundurchlässige Schicht

5 Verarbeitungseinheit 10 Elektrode 11 Elektrode 12 Elektrode

13 Trägermaterial

14 wasserundurchlässige Schicht

15 wasserundurchlässige Schicht 20 Kondensator 26 Trennschicht

30 Kondensator 100 Vorrichtung 200 Verfahren horizontalen Richtung

Q1 Querrichtung

TRD Trennabstand