Beschreibung

Reifen umfassend eine Vorrichtung, wobei die Vorrichtung eine erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schicht umfasst, sowie die Verwendungen der Vorrichtung

Die Erfindung betrifft einen Reifen umfassend eine Vorrichtung, wobei die Vorrichtung eine erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schicht umfasst, wobei die dritte Schicht optional ist. Die Erfindung betrifft auch die Verwendungen der Vorrichtung.

Sensoren spielen in der heutigen Automobilindustrie eine immer größere Rolle. Sie können nicht nur helfen die Materialeigenschaften bei der Herstellung oder bei dem Gebrauch verschiedener Autoteile zu überwachen, sondern bieten auch die Möglichkeit,

Krafteinwirkungen wahrzunehmen, welche ohne sie nur schwer oder gar nicht

wahrnehmbar wären. Dabei ist es oft notwendig, die Sensoren an verschiedenen Stellen im Auto anzubringen, um die Änderungen der Materialeigenschaften oder einwirkende Kräfte direkt an Ort und Stelle zu messen. Dabei kann auch die Größe der Sensoren eine Rolle spielen, welche möglichst gering ausfallen sollte, damit das Anbringen des Sensors keine zusätzlichen Probleme mit sich bringt.

Des Weiteren können Sensoren häufig nur mithilfe einer Stromquelle eingesetzt werden. Die Verbindung mit der Stromquelle und das Anbringen der Stromquelle an einer geeigneten Stelle erschweren die Installation eines Sensors an einer vorgesehenen Stelle zusätzlich.

Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht mechanische Kräfte in einem Reifen während der Fahrt zu messen, wie zum Beispiel Seitenkräfte oder Bremskräfte. Insbesondere sollte dies bevorzugt ohne Verwendung einer zusätzlichen Stromquelle gelingen und die Vorrichtung sollte besonders empfindlich sein. Zudem war es eine weitere Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, eine Vorrichtung zum Laden einer Energiequelle in einem Reifen oder einem Rad bereitzustehen.

Allgemein gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung die folgenden Schichten umfasst

eine erste Schicht umfassend ein erstes Elektrodenmaterial,

eine weitere Schicht umfassend ein erstes Zwischenmaterial,

eine weitere Schicht umfassend ein zweites Zwischenmaterial,

und

eine weitere umfassend ein zweites Elektrodenmaterial,

wobei

das erste Zwischenmaterial und das zweite Zwischenmaterial unterschiedlich sind. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung auch Mittel zur Messung der

Spannung zwischen der ersten und der fünften Schicht umfassend ein zweites Elektrodenmaterial oder zwischen der Schicht umfassend ein erstes Zwischenmaterial und der Schicht umfassend ein zweites Zwischenmaterial umfasst.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Ausdruck„die vier [...] Schichten gemäß der vorstehenden Reihenfolge übereinander angeordnet sind“, dass die erste Schicht direkt auf der zweiten Schicht, die zweite direkt auf der vierten und die vierte direkt auf die fünfte Schicht angebracht ist, wobei zwischen diesen vier Schichten keine weiteren vorhanden sind. Dies gilt insbesondere für die nachstehend beschriebenen vier spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Ausdruck„fünfte Schicht“ lediglich als eine reine Nomenklatur dieser Schicht zu verstehen und nicht so zu verstehen, dass neben dieser fünften Schicht vier weitere Schichten vorhegen müssen. Das gleiche gilt für die zweite, dritte und vierte Schicht. Demnach können beispielsweise in einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung vier Schichten vorhegen, wobei die vier Schichten sich aus einer ersten, zweiten, vierten und fünften Schicht zusammensetzen. In diesem Sinne kann im Rahmen der gesamten vorliegenden Erfindung demnach die erste Schicht auch als Oberschicht, die zweite Schicht als Obermittelschicht, die dritte Schicht als Isolierschicht, die vierte Schicht als Untermittelschicht und die fünfte Schicht als Unterschicht bezeichnet werden. Dies gilt insbesondere für die nachstehend beschriebenen vier spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Alle Vorteile der vorstehenden allgemeinen Lösung der Aufgabe werden nachstehend durch spezielle Ausführungsformen beschrieben und gelten mutatis mutandis für die vorstehende allgemeine Ausführungsform.

In einer ersten Ausführungsform wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Messen einer mechanischen Kraft, umfassend eine erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schicht, wobei die dritte Schicht optional ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

a) die erste Schicht ein erstes Elektrodenmaterial umfasst,

b) die zweite Schicht ein erstes Zwischenmaterial umfasst,

c) die dritte Schicht ein Isolationsmaterial umfasst,

d) die vierte Schicht ein zweites Zwischenmaterial umfasst,

und

e) die fünfte Schicht ein zweites Elektrodenmaterial umfasst,

wobei

das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht und das zweite

Zwischenmaterial der vierten Schicht unterschiedlich sind,

die vier oder fünf Schichten gemäß der vorstehenden Reihenfolge übereinander angeordnet sind,

und

die zweite und/oder vierte Schicht zusätzlich zum zweiten Zwischenmaterial mindestens einen Füllstoff umfasst.

Überraschenderweise wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass bei der Reibung von zwei unterschiedlichen Zwischenmaterialien mit den vorstehend beschriebenen dielektrischen Leitfähigkeiten in der zweiten und vierten Schicht genügend Elektronen pro Fläche übertragen werden, damit beim Trennen dieser beiden aneinander geriebenen Zwischenmaterialien eine ausreichend große Spannung entsteht. Die entstandene Spannung kann dann ausgenutzt werden, um ein elektrisches Signal zu erzeugen. Dieses elektrische Signal kann genutzt werden, um die die ursprüngliche Reibung erzeugte Kraft zu messen oder gar zu quantifizieren. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfassen die zweite bzw. die vierte Schicht einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung die jeweiligen Zwischenmaterialien, welche durch Kontakt und insbesondere durch Reibung aufgeladen werden können. Das Vorhandensein der ersten und zweiten Zwischenschicht, d.h. der zweiten und vierten Schicht einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung, bewirkt, dass größere Spannungen sowie Stromflüsse und somit auch größere Leistungen bei der Stromgewinnung oder eine empfindlichere Messvorrichtung beim Messen erreicht werden als bei vergleichbaren, nicht erfindungsgemäßen Vorrichtungen, bei denen nur eine Zwischenschicht zwischen den beiden Elektrodenmaterialien vorhanden ist.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben, wobei die Vorrichtung

- dazu geeignet ist, eine mechanische Kraft zu messen

und/oder

- dazu geeignet ist, eine elektrische Spannung zu erzeugen, und eine an einem den Reifen umfassenden Rad angebrachte oder an dem Reifen angebrachte Batterie und/oder Akkumulator elektrisch zu laden, wobei der Reifen bevorzugt ein nachstehend beschriebener erfindungsgemäßer Reifen ist.

Zudem kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch optional eine dritte Schicht zwischen der zweiten und vierten Schicht vorhanden sein, welche so ausgelegt ist, dass die zweite und die vierte Schicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem ersten Zustand voneinander getrennt und in einem zweiten Zustand miteinander in Kontakt treten können. Der zweite Zustand einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dabei durch eine senkrecht zu den Schichten wirkende Kraft ausgelöst werden, die einen Kontakt zwischen der zweiten und der vierten Schicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verursacht. Es ist daher ein entscheidender Beitrag der vorliegenden Erfindung, erkannt zu haben, dass bei Vorhandensein der dritten Schicht zwischen der zweiten und der vierten Schicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben mehr Elektronen zwischen der zweiten und vierten Schicht übertragen werden können, um eine elektrische Spannung zwischen der zweiten und vierten Schicht nach Trennung deren Kontaktes zu erzeugen. Anschließend können die im zweiten Zustand übergegangenen Elektronen mittel Übergang in einen dritten Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung getrennt gehalten werden. Die übergegangenen

Elektronen führen zu einem Ladungsunterschied zwischen der zweiten und der vierten und damit folglich auch zwischen der ersten und der fünften Schicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Spannungsunterschied zwischen der ersten und der fünften Schicht wird durch die übertragenen Elektronen induziert, während sich die vierte und die zweite Schicht nach Kontakt wieder voneinander entfernen. Durch die Anwesenheit einer dritten Schicht kann der Spanungsunterschied erhöht werden.

Es konnte zudem gezeigt werden, dass durch Anwesenheit von Füllstoffen in der zweiten und/oder vierten Schicht die in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugte Spannung oder elektrische Leistung sowohl mit als auch ohne dritter Schicht weiter erhöht werden konnte und daher auch ein noch empfindlicheres Messen von Kräften auf die

erfindungsgemäße Vorrichtung erreicht werden konnte.

Die Spannung zwischen der ersten und der fünften Schicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann mittels eines Spannungsmessers gemessen werden. Die

erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst daher bevorzugt auch einen Spannungsmesser zum Messen der Spannung zwischen der der zweiten und der vierten oder zwischen der ersten und der fünften Schicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bevorzugt ist jedoch auch eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, eine Vorrichtung zum Messen einer mechanischen Kraft, umfassend eine Oberschicht, eine Obermittelschicht, eine Untermittelschicht und Untermittelschicht und keine dritte Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass

die Oberschicht ein erstes Elektrodenmaterial umfasst,

- die Obermittelschicht ein erstes Zwischenmaterial umfasst,

die Untermittelschicht ein zweites Zwischenmaterial umfasst, und

die Unterschicht ein zweites Elektrodenmaterial umfasst,

wobei

das erste Zwischenmaterial der Obermittelschicht und das zweite

Zwischenmaterial der Untermittelschicht unterschiedlich sind,

die vier Schichten gemäß der vorstehenden Reihenfolge übereinander angeordnet sind,

und

die Obermittelschicht und/oder die Untermittelschicht zusätzlich zum zweiten Zwischenmaterial mindestens einen Füllstoff umfasst.

Eine solche Vorrichtung hat insbesondere die nachstehend beschriebenen Vorteile, wenn sie in einen erfindungsgemäßen Reifen wie nachstehend beschrieben eingebaut ist.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass zum Messen einer mechanischen Kraft, umfassend eine erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die erste Schicht ein erstes Elektrodenmaterial umfasst,

b) die zweite Schicht ein erstes Zwischenmaterial mit einer dielektrischen Leitfähigkeit e _r von größer als 1,01 F m ¹ umfasst,

c) die dritte Schicht ein Isolationsmaterial umfasst,

d) die vierte Schicht ein zweites Zwischenmaterial mit einer dielektrischen Leitfähigkeit e _r von größer als 1,01 F m ¹ umfasst und

e) die fünfte Schicht ein zweites Elektrodenmaterial umfasst, wobei

das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht und das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht unterschiedlich sind,

die fünf Schichten übereinander angeordnet sind,

die zweite und vierte Schicht in einem ersten Zustand der Vorrichtung mittels der dritten Schicht voneinander getrennt werden

und

die dritte Schicht so ausgelegt ist, dass die zweite und vierte Schicht in einem zweiten Zustand der Vorrichtung miteinander in Kontakt treten können. Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die erste Schicht aus einem ersten Elektrodenmaterial besteht,

b) die zweite Schicht ein erstes Zwischenmaterial mit einer dielektrischen

Leitfähigkeit e _r von größer als 1,01 F m ¹ umfasst,

c) die dritte Schicht ein Isolationsmaterial umfasst,

d) die vierte Schicht ein zweites Zwischenmaterial mit einer dielektrischen

Leitfähigkeit e _r von größer als 1,01 F m ¹ umfasst,

und

e) die fünfte Schicht aus einem zweiten Elektrodenmaterial besteht,

wobei

das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht und das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht unterschiedlich sind,

die fünf Schichten übereinander angeordnet sind,

die zweite und vierte Schicht in einem ersten Zustand der Vorrichtung mittels der dritten Schicht voneinander getrennt werden

und

die dritte Schicht so ausgelegt ist, dass die zweite und vierte Schicht in einem zweiten Zustand der Vorrichtung miteinander in Kontakt treten können.

Insbesondere bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die erste Schicht aus einem ersten Elektrodenmaterial besteht,

b) die zweite Schicht aus einem ersten Zwischenmaterial mit einer dielektrischen Leitfähigkeit e _r von größer als 1,01 F m ¹ besteht,

c) die dritte Schicht ein Isolationsmaterial umfasst,

d) die vierte Schicht aus einem zweiten Zwischenmaterial mit einer dielektrischen Leitfähigkeit e _r von größer als 1,01 F m ¹ besteht,

und

e) die fünfte Schicht aus einem zweiten Elektrodenmaterial besteht,

wobei das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht und das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht unterschiedlich sind,

die fünf Schichten übereinander angeordnet sind,

die zweite und vierte Schicht in einem ersten Zustand der Vorrichtung mittels der dritten Schicht voneinander getrennt werden

und

die dritte Schicht so ausgelegt ist, dass die zweite und vierte Schicht in einem zweiten Zustand der Vorrichtung miteinander in Kontakt treten können. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass der Übergang der

Vorrichtung vom ersten Zustand in den zweiten Zustand mittels der Einwirkung einer mechanischen Kraft auf die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgelöst wird. Besonders bevorzugt ist es zudem, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung im zweiten Zustand anschließend in einen dritten Zustand überführt wird, sobald die vorstehend beschriebene mechanische Kraft nicht mehr auf die erfindungsgemäße Vorrichtung einwirkt. Der dritte Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterscheidet sich von dem ersten Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch, dass eine elektrische Spannung zwischen der zweiten und der vierten oder zwischen der ersten und der fünften Schicht der

erfindungsgemäßen Vorrichtung gemessen werden kann.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck„mechanische Kraft“ bevorzugt jede Einwirkung von außen auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung, welche bewirkt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand überführt wird. Die vorstehend beschriebene mechanische Kraft sollte dabei bevorzugt senkrecht zur Längserstreckung der fünf Schichten der erfindungsgemäßen Vorrichtung wirken.

Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wenn die fünf Schichten in der vorstehend durch die Buchstaben a), b), c), d) und e) angegebenen Reihenfolge übereinander liegen und zwischen ihnen keine weiteren Schichten vorhanden sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Sendeeinheit umfasst, welche die erzeugte Spannung zwischen der ersten und der fünften Schicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ein elektromagnetisches Signal umwandelt, welches dann platzsparenderweise an anderer Stelle von einer Empfangseinheit empfangen werden kann. Vorteilhaft ist es dabei, wenn das Signal Informationen zur Höhe der Spannung enthält, um die Spannung und somit die eingewirkte mechanische Kraft quantifizieren zu können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können für das erste und das zweite

Elektrodenmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedes im Stand der Technik bekannte Material eingesetzt werden, welches im Stand der Technik in einer Elektrode verwendet wird. Bevorzugt bestehen beide Elektrodenmaterialien aus dem gleichen Material, insbesondere dem gleichen Metall. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind bevorzugte Elektrodenmaterialien ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus: Kupfer, Aluminium, Silber, Eisenoxid und Materialien auf Kohlenstoffbasis.

Besonders bevorzugt sind die Elektrodenmaterialien ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus: Kupfer, Aluminium, Silber und Materialien auf Kohlenstoffbasis.

Besonders bevorzugt sind die Elektrodenmaterialien ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus: Kupfer, Aluminium, Carbonfaser und Kautschukmischungen mit einer spezifischen Leitfähigkeit bei 20°C von mehr als 1 S em ¹ . Solche Kautschukmischungen sind insbesondere Kautschukmischungen mit einem Rußanteil von mehr als 20 phr Ruß, besonders bevorzugt mehr als 50 phr Ruß, ganz besonders bevorzugt mehr als 80 phr Ruß. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Materialien auf Kohlenstoffbasis bevorzugt Graphit, Graphen, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Ruß. Die erste und fünfte Schicht müssen nicht die gleichen Maße haben wie die zweite und vierte Schicht und können insbesondere kleiner sein. Denkbar ist auch, dass die erste und fünfte Schicht gewebeartig aufgebaut sind und somit keine durchgängigen Schichten bilden. Auch möglich ist es, wenn die erste und fünfte Schicht aus einem oder mehreren voneinander getrennten Drähten und/oder Fasern bestehen. Die Aufgabe des Elektrodenmaterials der ersten und fünften Schicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist hauptsächlich den schnellen Transport von Elektronen zu garantieren und kann daher beliebig ausgebildet sein, solange diese Funktion erfüllt wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können als erstes oder als zweites

Zwischenmaterial jegliche Materialien eingesetzt werden, welche eine dielektrische

Leitfähigkeit e _r von größer als 1,01 F m ¹ aufweisen. Das Zwischenmaterial hat im Rahmen der vorliegenden Erfindung lediglich die Aufgabe, Elektronen von dem jeweils anderen Zwischenmaterial aufzunehmen bzw. abzugeben und somit eine entsprechend gegenpolige Ladung im jeweils angrenzenden Elektrodenmaterial zu erzeugen. Durch die im

Elektrodenmaterial erzeugte gegenpolige Ladung wird eine Spannung zwischen der ersten und der fünften Schicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt. Überraschenderwiese wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass Zwischenmaterialien mit einer dielektrischen Leitfähigkeit e _r von größer als 1,01 F m ¹ ausreichen, um eine genügen große Spannung zu erzeugen, welche zur Messung der mechanischen Kraft genutzt werden kann.

Vorteilhaft ist hierbei zudem, wenn das Isolationsmaterial der dritten Schicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt eine geringere Leitfähigkeit bei 20°C aufweist als die Leitfähigkeit des ersten Zwischenmaterials und des zweiten Zwischenmaterials.

Eine geringe Leitfähigkeit des Isolationsmaterials als das erste und zweite

Zwischenmaterial würde bereits ausreichen, um zumindest kurzfristig eine Spannung zwischen der zweiten und der vierten Schicht oder der ersten und der fünften Schicht zu erzeugen, welche zur Erzeugung eines elektrischen Signals genutzt werden kann.

Besonders große mechanische Kräfte können auch besonders große Spannungen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt werden, welche nicht nur zum Messen der mechanischen Kraft benutzt werden können, sondern auch zum Laden eines

Stromspeichers oder zum Antreiben einer elektrisch betriebenen Vorrichtung.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Vorrichtung eine dritte Schicht umfasst und die zweite und vierte Schicht in einem ersten Zustand der Vorrichtung mittels der dritten Schicht voneinander getrennt werden, wobei die dritte Schicht so ausgelegt ist, dass die zweite und vierte Schicht in einem zweiten Zustand der Vorrichtung miteinander in Kontakt treten können. Wie vorstehend beschrieben ist es vorteilhaft eine dritte Schicht in einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung zu haben, welche dafür sorgt, dass die zweite und vierte Schicht vollständig voneinander getrennt sind, umso eine maximale elektrische Leistung, d.h. das Produkt von gemessener Spannung zum Stromfluss, der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erreichen. Es ist jedoch auch möglich, einen Stromfluss und somit eine Spannung zwischen der zweiten und vierten Schicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und somit auch zwischen der ersten und fünften Schicht zu erreichen, ohne dass sich die zweite und vierte Schicht vollständig voneinander trennen. In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch eine Spannung und ein Stromfluss erzeugt werden, wenn sich die vierte und zweite Schicht permanent berühren und nur die auf sie wirkende Kraft variiert wird. Eine solche bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist

insbesondere für die Anwendung in einem Fahrzeugreifen vorteilhaft, da hier eine vor- oder nachstehend beschriebene dritte Schicht nur schwer zu realisieren ist. Eine dritte Schicht ist aus den vorstehend genannten Gründen nur optimal für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Vorrichtung

zusätzlich Mittel zur Messung der Spannung zwischen der ersten und der fünften Schicht der Vorrichtung umfasst

und/oder

eine Sendeeinheit umfasst, welche dazu geeignet ist, aus der Spannung zwischen der ersten und der fünften Schicht der Vorrichtung ein elektromagnetisches Signal zu generieren,

und/oder

- zusätzlich Mittel zum Kontaktieren des ersten und des zweiten Elektrodenmaterials mit dem Mittel zur Messung der Spannung oder mit der Sendeeinheit ermöglicht. Bevorzugt ist es, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel zum Umwandeln der erzeugten elektrischen Spannung in ein RF-Signal umfasst, wobei aus dem RF-Signal auch die Höhe der Spannung herausgelesen werden kann. Diese ermöglicht, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit, welche das Signal auswertet, nicht an der gleichen Stelle wie die erfindungsgemäße Vorrichtung angebracht werden muss.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich die Werte zu der elektrischen Leitfähigkeit, falls nicht anders angegeben, immer auf Werte, welche bei

Normalbedingungen gemessen wurden, d. h. insbesondere bei 20°C und atmosphärischem Druck. Die elektrische Leitfähigkeit kann beispielsweise mit der Norm ASTM El 004 - 17 durchgeführt werden.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei der mindestens eine Füllstoff im Falle von Silica bevorzugt in einer Gesamtmenge im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 10 Gew.-% bis 20 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 13 Gew.-% bis 17 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der zweite und/oder vierte Schicht der Vorrichtung. Eine solche Vorrichtung erzeugt eine noch größere elektrische Leistung, wobei im Fall von Silica bedeutet, dass nur Silica als Füllstoff vorliegt.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei der mindestens eine Füllstoff im Falle von Ruß bevorzugt in einer Gesamtmenge im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 10 Gew.-% bis 20 Gew.- %, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 13 Gew.-% bis 17 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der zweite und/oder vierte Schicht der Vorrichtung. Eine solche Vorrichtung erzeugt eine noch größere elektrische Leistung, wobei im Fall von Ruß bedeutet, dass nur Silica als Füllstoff vorliegt. Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei der mindestens eine Füllstoff in der zweite und/oder vierte Schicht in einer Gesamtmenge im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 3 Gew.-% bis 7 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der zweite und/oder vierte Schicht der Vorrichtung.

Eine solche Vorrichtung erzeugt eine noch größere elektrische Leistung.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die dritte Schicht ein Isolationsmaterial aufweist, welches bei 20°C eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10 ¹ S em ¹ aufweist, bevorzugt von weniger als 10 ³ S em ¹ , besonders bevorzugt weniger als 10 ⁶ S em ¹ .

Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass die vorstehend beschriebenen Isolationsmaterialen durch ihre geringe elektrische

Leitfähigkeit die im zweiten Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung übergegangenen Elektronen besonders lange getrennt halten.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei jede der fünf Schichten eine Quererstreckung und zwei Längsflächen aufweist, wobei

die gesamte Fläche einer Längsfläche der zweiten Schicht in Kontakt mit der Fläche einer

Längsfläche der ersten Schicht steht

und/oder

die gesamte Fläche einer Längsfläche der vierten Schicht in Kontakt mit der Fläche einer Längsfläche der fünften Schicht steht.

Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass ein besonders flächendeckender Kontakt zwischen den Schichten eine schnellere Induktion von Spannung zwischen der ersten und der fünften Schicht der Elektronen zwischen den jeweiligen Schichten ermöglicht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn die Quererstreckung einer Schicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung parallel zur kleinsten Erstreckung der Schicht und damit senkrecht zu den Längsflächen der Schichten einer erfindungsmäßen Vorrichtung verlaufen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Längsflächen der Schichten einer erfindungsmäßen Vorrichtung die Flächen der Schichten der erfindungsmäßen Vorrichtung sind, welche jeweils an die benachbarte Schicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung angrenzen. Dies gilt sowohl für alle vorstehend als auch für alle nachstehend beschriebenen erfindungsgemäß Vorrichtungen.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei jede der fünf Schichten eine Quererstreckung und zwei Längsflächen aufweist, wobei in dem ersten Zustand der Vorrichtung

die gesamte Fläche der ersten Längsfläche der dritten Schicht in Kontakt mit der gesamten Fläche einer Längsfläche der zweiten Schicht steht

und/oder

die gesamte Fläche der zweiten Längsfläche der dritten Schicht in Kontakt mit der gesamten Fläche einer Längsfläche der vierten Schicht steht

und

wobei im zweiten Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

mindestens 50% der Fläche der gesamten Fläche der besagten Längsfläche der zweiten Schicht, bevorzugt mindestens 80 %, in Kontakt sind mit der Fläche der besagten Längsfläche der vierten Schicht

und

- mindestens 50% der Fläche der gesamten Fläche der besagten Längsfläche der vierten Schicht, bevorzugt mindestens 80 %, in Kontakt sind mit der Fläche der besagten Längsfläche der zweiten Schicht.

Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass im zweiten Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders viele Elektronen pro Längsfläche zwischen der zweiten und der vierten Schicht übertragen werden können. Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei

das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht eine dielektrische Leitfähigkeit _r von größer als 1 , 1 F m ¹ aufweist, bevorzugt größer als 1 ,5 F m ¹ , bevorzugt größer als 2 F m ¹ , besonders bevorzugt größer als 5 F m ¹ , ganz besonders bevorzugt größer als 10 F m ¹ ,

und/oder

das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht eine dielektrische Leitfähigkeit e _r von größer als 1,1 F m ¹ aufweist, bevorzugt größer als 1,5 F m ¹ , bevorzugt größer als 2 F m ¹ , besonders bevorzugt größer als 5 F m ¹ , ganz besonders bevorzugt größer als 10 F m ¹ .

Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass die vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Zwischenmaterialien besonders viele Elektronen aufnehmen können und somit besonders hohe Spannungsunterschiede zwischen der ersten und fünften Schicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugen können. Dies ermöglicht besonders kleine einwirkende mechanische Kräfte mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu messen.

Besonders bevorzugt ist die dielektrische Leitfähigkeit e _r eines der vorstehend beschriebenen ersten oder zweiten Zwischenmaterialien nicht größer als 100 Fm ¹ , ganz besonders bevorzugt nicht größer als 50 F m ¹ .

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die dielektrische Leitfähigkeit e _r eines Zwischenmaterials auch relative Permittivität e _r genannt und bei 20 °C und einer Frequenz von 50 Hz gemessen. Die Messung kann beispielsweise mit einem handelsüblichen RLC- Messgerät nach einem für den Fachmann bekannten Verfahren durchgeführt werden.

Bevorzugt wird die Ermittlung der dielektrischen Leitfähigkeit e _r wie folgt mittels eines handelsüblichen RLC- Messgerät ausgeführt:

Der Verlustfaktor Tan d wird direkt als„DF-Dissipation Factor“ angezeigt, während er mit Hilfe der Messergebnisse des mit dielektrischem Material gefüllten Plattenkondensators errechnet werden muss oder während er bevorzugt mit Hilfe der Messergebnisse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung errechnet werden muss.

Bei der Kapazitätsmessung muss berücksichtigt werden, dass am Eingang der Brücke des Plattenkondensators außer der gesuchten Kapazität der Elektroden auch die Kapazität der Zuleitung und des Probenkondensatorgehäuses miterfasst wird. Die daraus resultierende Fehlkapazität CF ist unabhängig von der Frequenz und muss bei der Auswertung berücksichtigt werden, d. h. abgezogen werden. Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Differenz zwischen der spezifischen triboelektrischen Affinität des ersten Zwischenmaterials der zweiten Schicht und der spezifischen triboelektrischen Affinität des zweiten Zwischenmaterials der vierten Schicht bei mindestens 20 nC/J liegt, bevorzugt bei mindestens 40 nC/J, besonders bevorzugt bei mindestens 60 nC/J, gemessen bei 20°C und bei 35% relativer Luftfeuchtigkeit.

Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass das erste und das zweite Zwischenmaterial nicht nur eine ausreichend große Permittivität wie vorstehend beschrieben aufweisen, sondern auch eine ausreichend große Differenz in Bezug auf die spezifische tribo elektrische Affinität aufweisen und somit bei Kontakt der zweiten Schicht mit der vierten Schicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung im zweiten Zustand besonders viele Elektronen übertragen können.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass solche Kräfte im Reifen, welche entlang der radialen Richtung wirken, mit einem Unterschied von 20 nC/J ausreichend gut gemessen werden können.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde ebenfalls herausgefünden, dass solche Kräfte im Reifen, welche entlang der Umlaufrichtung Richtung wirken, mit einem Unterschied von 40 nC/J ausreichend gut gemessen werden können.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde ebenfalls herausgefünden, dass Seitenkräfte im Reifen mit einem Unterschied von 60 nC/J ausreichend gut gemessen werden können. Die Messung der spezifischen triboelektrischen Affinität eines Zwischenmaterials wurde im Rahmen der vorigen Erfindung bei Atmosphärendruck und 22°C durchgeführt. Eine aus einem Zwischenmaterial bestehende Probe mit einer Fläche von lern x lern, im folgenden Zwischenmaterialprobe genannt, und Referenzprobe aus Acrylnitril-Butadien-Kautschuk und mit einer Fläche von lern x 2cm wurden bereitgestellt. Die Referenzprobe wurde auf einen Kupferkontakt mit einer gleichen Fläche von lern x 2cm flächendeckend befestigt. Die Zwischenmaterialprobe und die Referenzprobe wurden mit einem„7006 AC GEN4 Ionizing Bar“ der Fa. Exair elektrostatisch neutralisiert. Anschließend wurden die

Zwischenmaterialprobe an einem Ende der Referenzprobe mit einer Fläche von lern x 2cm flächendeckend aufeinandergelegt. Anschließend wurden die Probenmaterialien mit der aufeinander liegenden Fläche von 1 cm ² mit einer Kraft von 0,1 N Kante an Kante aufeinandergedrückt und während der Anwendung dieser Kraft wurde die

Zwischenmaterialprobe von einem Ende der Referenzprobe zum anderen Ende der Referenzprobe gezogen, sodass sie dabei eine Strecke von 1 cm zurücklegte. Die entstandene Spannung zwischen der Zwischenmaterialprobe und der Referenz wurde nach ausreichendem Trennen der Zwischenmaterialprobe und der Referenzprobe mittels eines AlphLab Surface DC Voltmeter SVM2 der Firma„AlphaLab Ine.“ und Anbringen der Zwischenmaterialprobe auf einem entsprechenden Kupferkontakt mit einer gleichen Fläche von lern x lern ermittelt. Der Kehrwert des so ermittelten Spannungswerts zwischen den beiden Kontakten ergibt die vorstehend beschriebene spezifische triboelektrische Affinität des untersuchten Zwischenmaterials.

Die spezifische triboelektrische Affinität des ersten und des zweiten Zwischenmaterials sollten bevorzugt nicht über 150 nC/J, besonders bevorzugt nicht über 100 nC/J.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die dritte Schicht eine Stützumrandung bestehend aus einem vulkanisierten natürlichen oder synthetischen Kautschuk oder einem Duroplasten umfasst und in der Stützumrandung eine Mischung vorliegt, wobei die Mischung ein oder mehrere Gase und/oder aus einem Isolationsmaterial bestehende Partikel umfasst, wobei die Stützumrandung bevorzugt eine Dicke von 0 bis 200 gm und/oder eine elektrische

Leitfähigkeit von höchsten 10 gS/m aufweist.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die dritte Schicht aus einer Mischung besteht, wobei die Mischung ein Gas und aus dem Isolationsmaterial bestehende Partikel umfasst oder aus einem Gas und aus dem Isolationsmaterial bestehende Partikel besteht, wobei das Isolationsmaterial bevorzugt ausgesucht ist aus der Gruppe bestehend aus Wolle, einem Harz, Bernstein, Holz, Papier und Polycarbonat.

Als Gas sind Luft, Stickstoff oder Argon, insbesondere jedoch Luft, bevorzugt. Die Partikel können in runder Form, schnurrartig oder einer anderen Form vorliegen.

Bevorzugt liegen sie schnurrartig wie bei Wolle mit einer Längserstreckung von 1 mm bis 10 cm und einer Dicke von maximal 1 mm vor.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die dritte Schicht als Isolationsmaterial eine Flüssigkeit mit einer Viskosität bei 20 °C im Bereich von 0,1 mPa-s bis 10 ⁶ mPa-s aufweist oder daraus besteht, bevorzugt mit einer Viskosität bei 20 °C im Bereich von 1 mPa-s bis 10 000 mPa-s, besonders bevorzugt mit einer Viskosität bei 20 °C im Bereich von 1 mPa-s bis 100 mPa-s. Bevorzugt besteht die dritte Schicht aus der vorstehend beschriebenen Flüssigkeit.

Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass Flüssigkeiten mit den vorstehend beschriebenen Viskositäten sowie insbesondere mit den weiter oben beschriebenen Leitfähigkeiten der dritten Schicht sich besonders gut als dritte Schicht in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eignen. Hierbei sollte die dritte Schicht jedoch so von einem weiteren Material seitlich begrenzt werden, dass die vorstehend beschriebene Flüssigkeit an Ort und Stelle bleibt. Dieses weitere Material sollte nicht-leitend mit den weiter oben beschriebenen Leitfähigkeiten, da es sowohl die zweite mit der vierten Schicht dabei die vorstehend beschriebene Flüssigkeit begrenzend verbinden würde. Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die dritte Schicht als Isolationsmaterial eine Verbindung mit einem Kompressionsmodul im Bereich von 1 bis 30 GPa umfasst, bevorzugt mit einem Kompressionsmodul im Bereich von 5 bis 10 GPa.

Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Kompressionsmodulen sowie insbesondere mit den weiter oben beschriebenen Leitfähigkeiten der driten Schicht sich besonders gut als dritte Schicht in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eignen. Insbesondere für die Anwendung in einem Reifen oder technischen Gummiartikeln wie Förderbändern, Schläuche und Antriebsriemen, ganz besonders jedoch für Reifen.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht ein festes Material umfasst oder hauptsächlich aus einem festen Material besteht ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan, Aluminium, Polyamid, einem Glimmer, Glas, Polyacrylate, Quarz, Blei, Seide, Cellulose und deren Mischungen. Besonders bevorzugt umfasst das erste Zwischenmaterial oder besteht das erste Zwischenmaterial hauptsächlich aus einem festen Material ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan, Polyamid, einem Glimmer, Glas, Polyacrylate, Quarz, Seide, Poly(organo)siloxane, Cellulose und deren Mischungen.

Bevorzugt ist auch eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als insbesondere bevorzugt beschrieben, wobei das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht Nylon oder Aluminium ist. Aber auch Glas und Cellulose sind bevorzugt, da sie vorteilhafterweise eine dielektrische Leitfähigkeit von über 2 F m ¹ haben.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als insbesondere bevorzugt beschrieben, wobei das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht ein festes Material umfasst oder hauptsächlich aus einem festen Material besteht ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk, Polyester, Polyethylen, Polyethylen-Terphthalate, Polypropylen, Polystyrol, Polychlorobutadien, Polyacrilonitril, Polyvinylchlorid, Poly(organo)siloxane, Teflon, Polyimide, vulkanisierte Kautschukpartikel, Füllstoffe und deren Mischungen. Besonders bevorzugt umfasst zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht oder besteht zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht hauptsächlich aus einem festen Material ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Azetatseide, natürlichem oder synthetischem Kautschuk, Epichlorhydrin-Kautschuk, Polyester, Polyethylen, Polyethylen-Terphthalate, Polypropylen, Polystyrol, Polychlorobutadien, Polyacrilonitril, Polyvinylchlorid, Teflon, Polyimide, vulkanisierte Kautschukpartikel, Füllstoffe und deren Mischungen, wobei als natürlicher oder synthetischer Kautschuk die Kautschuke NR, ENR, BR, SBR, SSBR, PDMS, ESBR und Epichlorhydrin-Kautschuk bevorzugt sind.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck„Epichlorhydrin- Kautschuk“ alle Polymere, die als Monomereinheit Epichlorhydrin umfassen, insbesondere polymerisiertes Epichlorhydrin, Block-Copolymer teilweise hergestellt aus Epichlorhydrin und Terpolymere teilweise hergestellt aus Epichlorhydrin, insbesondere das Terpolymer hergestellt aus Epichlorhydrin, Epoxy-Ether (d.h. Ethylenoxid) und Allyl-Glycidyl ether, namentlich GECO. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen die vorstehenden Abkürzungen die dem Kautschukfachmann Kautschuke, wobei insbesondere ENR für epoxidierten natürlichen Kautschuk, ESBR für emulsionspolymerisierten SBR, SSBR für lösungspolymerisierten SBR und PDMS für Poly(diemethyl)siloxan steht. Bevorzugt ist auch eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als insbesondere bevorzugt beschrieben, wobei als zweites Zwischenmaterial der vierten Schicht natürlichen oder synthetischen Kautschuk, Poly(organo)siloxane, vulkanisierte Kautschukpartikel mit oberflächenmodifizierten Fluorkohlenwasserstoffketten und deren Mischungen umfasst, wobei jedes der genannten zweiten Zwischenmaterialien besonders bevorzugt zusätzlich Graphit, Silica oder Ruß umfasst. Besonders bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als insbesondere bevorzugt beschrieben, wobei als zweites Zwischenmaterial der vierten Schicht Polyisopren, Poly(dimethyl)siloxane, vulkanisierte Kautschukpartikel mit oberflächenmodifizierten Fluorkohlenwasserstoffketten und deren Mischungen, wobei jedes der genannten zweiten Zwischenmaterialien insbesondere ganz besonders bevorzugt zusätzlich Graphit umfasst. Aber auch natürlicher oder synthetischer Kautschuk, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Teflon sind als zweites Zwischenmaterial der vierten Schicht bevorzugt, da sie vorteilhafterweise eine dielektrische Leitfähigkeit von über 2 F m ¹ haben, wobei als natürlicher oder synthetischer Kautschuk die Kautschuke NR, ENR, BR, SBR, SSBR, PDMS, ESBR und Epichlorhydrin-Kautschuk bevorzugt sind.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei Vorrichtung zusätzlich eine Stabilisationshülle zur Vergrößerung der mechanischen Stabilität der Vorrichtung umfasst, welche die Gesamtheit der fünf Schichten umschließt.

Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass die Stabilisationshülle die Schichten an ihren Plätzen hält und der Vorrichtung mechanische Stabilität gibt. Sie kann sich auch teilweise bis zwischen die vierte und zweite Schicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erstrecken, um bei der Ausdehnung der dritten Sicht nach der Anwendung der mechanischen Kraft zu helfen.

Die Stabilisationshülle kann hauptsächlich oder gänzlich aus einer der folgenden Verbindungen bestehen: einem Harz, Bernstein, Holz, Papier, Polycarbonat, Polyurethan, Polyamid, Polyacrylate, natürlichem oder synthetischem Kautschuk, Polyester, Polyethylen, Polyethylen-Terphthalate, Polypropylen, Polystyrol, Polychlorobutadien, Polyacrilonitril, Polyvinylchlorid, Poly(organo)siloxane, Teflon, Polyimide, vulkanisierte Kautschukpartikel, Füllstoffe und deren Mischungen. Bevorzugt besteht die Stabilisationshülle jedoch aus einem Harz, Bernstein, Holz, Papier, oder Polycarbonat.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei

das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht - Epichlorhydrin-Kautschuk umfasst oder

- hauptschlich oder gänzlich aus Epichlorhydrin-Kautschuk besteht und/oder

das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht

- Poly(organo)siloxane, bevorzugt PDMS, umfasst oder

- hauptschlich oder gänzlich aus Poly(organo)siloxanen, bevorzugt PDMS, besteht.

Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine größere elektrische Leistung auf.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Oberfläche der zweiten und/oder vierten Schicht eine Oberflächenrauheit R _a im Bereich von 0,1 pm bis 500 pm aufweist, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 100 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 50 pm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 pm, gemessen nach DIN EN ISO 4288:1998. Die besagte Oberfläche der zweiten und/oder vierten Schicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung stets die der dritten Schicht zugewandte Oberfläche der zweiten und/oder vierten Schicht. Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine größere elektrische Leistung auf.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die zweiten und/oder vierten Schicht eine Schichtdicke, im nachfolgenden auch Quererstreckung der einer Schicht genannt, im Bereich im Bereich von 10 bis 1000 pm aufweisen, bevorzugt im Bereich von 30 bis 300 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 70 bis 160 pm oder von 101 bis 160 pm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 110 bis 130 pm.

Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine größere elektrische Leistung auf. Bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei jede der fünf Schichten eine Längserstreckung senkrecht zur Quererstreckung aufweist und

die Längserstreckung jeder einzelnen der fünf Schichten im Bereich von 0,1 bis 1000 mm liegt, bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 100 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 10 mm, und/oder die Quererstreckung jeder einzelnen der fünf Schichten im Bereich von 0,01 bis 10 mm liegt, bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 1 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 0,1 mm. Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass die vorstehenden Maße sich besonders gut für Messen einer mechanischen Kraft in Reifen oder technischen Gummiartikeln wie Förderbändern, Schläuche und Antriebsriemeneignen, ganz besonders jedoch für Reifen. In besonders hohem Maße bevorzugt ist eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben dadurch gekennzeichnet, dass

a) die erste Schicht aus einem ersten Elektrodenmaterial besteht,

b) die zweite Schicht aus einem ersten Zwischenmaterial besteht,

c) die dritte Schicht ein Isolationsmaterial umfasst,

d) die vierte Schicht aus einem zweiten Zwischenmaterial besteht und

e) die fünfte Schicht aus einem zweiten Elektrodenmaterial besteht, wobei

das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht und das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht unterschiedlich sind,

die fünf Schichten übereinander angeordnet sind,

- die zweite und vierte Schicht in einem ersten Zustand der Vorrichtung mittels der

dritten Schicht voneinander getrennt werden,

die dritte Schicht so ausgelegt ist, dass die zweite und vierte Schicht in einem zweiten Zustand der Vorrichtung miteinander in Kontakt treten können,

das Isolationsmaterial der dritten Schicht bei 20°C eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10 ³ S em ¹ aufweist,

jede der fünf Schichten eine Quererstreckung und zwei Längsflächen aufweist, wobei die gesamte Fläche einer Längsfläche der zweiten Schicht in Kontakt mit der Fläche einer Längsfläche der ersten Schicht steht und die gesamte Fläche einer Längsfläche der vierten Schicht in Kontakt mit der Fläche einer Längsfläche der fünften Schicht steht, in dem ersten Zustand der Vorrichtung die gesamte Fläche der ersten Längsfläche der dritten Schicht in Kontakt mit der Fläche einer Längsfläche der zweiten Schicht steht und die gesamte Fläche der zweiten Längsfläche der dritten Schicht in Kontakt mit der Fläche einer Längsfläche der vierten Schicht steht,

- die dritte Schicht als Isolationsmaterial eine Flüssigkeit mit einer Viskosität bei 20 °C im Bereich von 1 mPa-s bis 100 mPa-s,

das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht aus Nylon oder Aluminium besteht, das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht aus einer Mischung aus festem Polydimethylsiloxan und festen Partikeln aus Graphit besteht

und

jede der fünf Schichten eine Längserstreckung senkrecht zur Quererstreckung aufweist und die Längserstreckung jeder einzelnen der fünf Schichten im Bereich von 0,1 bis 100 mm und die Quererstreckung jeder einzelnen der fünf Schichten im Bereich von 0,01 bis 1 mm liegt.

Die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Aspekte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen einer mechanischen Kraft gelten auch für sämtliche Aspekte eines

nachstehend beschriebenen Reifen oder technischen Gummiartikels und die nachstehend diskutierten vorteilhaften Aspekte erfindungsgemäßer Reifen oder technischer

Gummiartikel gelten entsprechend für sämtliche Aspekte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen einer mechanischen Kraft.

Die Erfindung betrifft auch einen Reifen oder einen technischer Gummiartikel umfassend eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben und Mittel zur Messung der Spannung zwischen der ersten und der fünften Schicht der Vorrichtung oder zwischen der zweiten Schicht und der vierten Schicht der Vorrichtung. Technische Gummiartikel sind bevorzugt Förderbändern, Schläuche und Antriebsriemen. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Reifen ein Luftreifen, besonders bevorzugt ein Fahrzeugluftreifen, ganz besonders bevorzugt ein Fahrzeugluftreifen für Nutzfahrzeuge oder PkWs, insbesondere ganz besonders bevorzugt ein Fahrzeugluftreifen für PkWs. Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei

die Vorrichtung im Laufstreifen des Reifens angebracht ist

und

die Mittelachse der Vorrichtung in axiale Richtung oder in Umlaufrichtung des Reifens verläuft.

Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass Brems- oder Beschleunigungskräfte in Umlaufrichtung und Seitenkräfte in axialer Richtung im Laufstreifen des Reifens während des Fahrens gemessen werden können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung verläuft die Mittelachse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt durch den geometrischen Mittelpunkt der ersten oder dritten Schicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und senkrecht zu der Längserstreckung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Vorrichtung eine erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schicht umfasst, wobei die dritte Schicht optional ist, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die erste Schicht ein erstes Elektrodenmaterial umfasst,

b) die zweite Schicht ein erstes Zwischenmaterial umfasst,

d) die vierte Schicht ein zweites Zwischenmaterial umfasst und

e) die fünfte Schicht ein zweites Elektrodenmaterial umfasst, wobei

das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht und das zweite

Zwischenmaterial der vierten Schicht unterschiedlich sind,

die vier oder fünf Schichten gemäß der vorstehenden Reihenfolge übereinander angeordnet sind und die zweite und/oder vierte Schicht zusätzlich zum Zwischenmaterial mindestens einen Füllstoff umfasst. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung auch Mittel zur Messung der Spannung zwischen der ersten und der fünften Schicht oder der zweiten und der vierten Schicht der Vorrichtung. Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Vorrichtung dazu geeignet ist, eine mechanische Kraft zu messen und/oder eine elektrische Spannung zu erzeugen. Auch bevorzugt ist hierbei ein Reifen wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die

Vorrichtung dazu geeignet ist, eine an einem den Reifen umfassenden Rad angebrachte oder an dem Reifen angebrachte Batterie und/oder Akkumulator elektrisch zu laden.

Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei der mindestens eine Füllstoff der zweite und/oder vierte Schicht Ruß und/oder Silica ist, wobei der mindestens eine Füllstoff im Falle von Silica bevorzugt in einer Gesamtmenge im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 10 Gew.-% bis 20 Gew.- %, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 13 Gew.-% bis 17 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der zweite und/oder vierte Schicht der Vorrichtung. Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei der mindestens eine Füllstoff in der zweite und/oder vierte Schicht in einer Gesamtmenge im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 3 Gew.-% bis 7 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der zweite und/oder vierte Schicht der Vorrichtung.

Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei

- das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht eine dielektrische Leitfähigkeit _r von größer als 1,01 F m ¹ aufweist, bevorzugt von größer als 1,1 F m ¹ , und/oder - das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht eine dielektrische Leitfähigkeit e _r von größer als 1,01 F m ¹ aufweist, bevorzugt von größer als 1,1 Fm ¹ .

Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Differenz zwischen der spezifischen triboelektrischen Affinität des ersten Zwischenmaterials der zweiten Schicht und der spezifischen triboelektrischen Affinität des zweiten Zwischenmaterials der vierten Schicht bei mindestens 20 nC/J liegt, gemessen bei 20°C und bei 35% relativer Luftfeuchtigkeit.

Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei

- das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht ein festes Material umfasst oder hauptsächlich aus einem festen Material besteht ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan, einem Glimmer, Glas, Quarz, Seide,

Poly(organo)siloxane, Cellulose und deren Mischungen, und/oder

- das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht ein festes Material umfasst oder hauptsächlich aus einem festen Material besteht ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Azetatseide, natürlichem oder synthetischem Kautschuk, Polyester, Polyethylen, Polyethylen-Terphthalate, Polypropylen, Polystyrol,

Polychlorobutadien, Polyacrilonitril, Polyvinylchlorid, vulkanisierte

Kautschukpartikel, Füllstoffe und deren Mischungen und weiterhin optional Poly(organo)siloxane, wobei als natürlicher oder synthetischer Kautschuk die Kautschuke NR, ENR, BR, SBR, SSBR, PDMS, ESBR und Epichlorhydrin- Kautschuk bevorzugt sind.

Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei

- das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht ein festes Material umfasst oder hauptsächlich aus einem festen Material besteht ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan, Poly(organo)siloxane, Cellulose und deren

Mischungen, und/oder - das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht ein festes Material umfasst oder hauptsächlich aus einem festen Material besteht ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus natürlichem Kautschuk, Polyester, Epichlorhydrin-Kautschuk, Polyethylen-Terphthalate, Polystyrol, Polychlorobutadien, Polyacrilonitril, Polyvinylchlorid und deren Mischungen und weiterhin optional

Poly(organo)siloxane.

Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei

das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht

- Epichlorhydrin-Kautschuk umfasst

oder

- hauptschlich oder gänzlich aus Epichlorhydrin-Kautschuk besteht und/oder das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht

- Poly(organo)siloxane, bevorzugt PDMS, umfasst

oder

- hauptschlich oder gänzlich aus Poly(organo)siloxanen, bevorzugt PDMS, besteht.

Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Oberfläche der zweiten und/oder vierten Schicht eine

Oberflächenrauheit R _a im Bereich von 0,1 pm bis 500 pm aufweist, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 100 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 50 pm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 pm, gemessen nach DIN EN ISO 4288:1998.

Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die zweiten und/oder vierten Schicht eine Schichtdicke im Bereich im Bereich von 10 bis 1000 pm aufweisen, bevorzugt im Bereich von 30 bis 500 pm oder von 30 bis 300 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 70 bis 160 pm oder von 101 bis 160 pm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 110 bis 130 pm. Besonders bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Vorrichtung eine drite Schicht zwischen der zweiten und vierten Schicht umfasst und die dritte Schicht ein Isolationsmaterial umfasst.

Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend als bevorzugt beschrieben oder wie vorstehend als besonders bevorzugt beschrieben, wobei die dritte Schicht ein Isolationsmaterial aufweist, welches bei 20°C eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10 ¹ S em ¹ aufweist.

Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend als bevorzugt beschrieben oder wie vorstehend als besonders bevorzugt beschrieben, wobei die dritte Schicht

- eine Stützumrandung bestehend aus einem vulkanisierten Kautschuk oder einem Duroplasten umfasst und in der Stützumrandung eine Mischung vorliegt, wobei die Mischung ein oder mehrere Gase und/oder aus einem Isolationsmaterial bestehende Partikel umfasst, wobei die Stützumrandung bevorzugt eine Dicke von 0 bis 200 pm und/oder eine elektrische Leitfähigkeit von höchsten 10 LiS/m aufweist, oder

- als Isolationsmaterial eine Flüssigkeit mit einer Viskosität bei 20 °C im Bereich von 0,1 mPa-s bis 10 ⁶ mPa-s ist, wobei die Viskosität mittels eines

Rotationsviskosimeters gemäß DIN EN ISO 3219 gemessen wurde.

Bevorzugt ist ein Reifen wie vorstehend als bevorzugt beschrieben oder wie vorstehend als besonders bevorzugt beschrieben, wobei

die Vorrichtung im Laufstreifen des Reifens angebracht ist und/oder die Mittelachse der Vorrichtung in radialer Richtung, in axiale Richtung oder in Umlaufrichtung des Reifens verläuft, bevorzugt in axiale Richtung oder in

Umlaufrichtung des Reifens, besonders bevorzugt in Umfangsrichtung des Reifens.

Die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Aspekte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen einer mechanischen Kraft oder eines erfindungsgemäßen Reifen oder technischen Gummiartikels gelten auch für sämtliche Aspekte einer der nachstehend beschriebenen Verwendungen einer Vorrichtung und die nachstehend diskutierten vorteilhaften Aspekte einer der nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen

Verwendungen einer Vorrichtung gelten entsprechend für sämtliche Aspekte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen einer mechanischen Kraft oder eines erfindungsgemäßen Reifen oder technischen Gummiartikels.

Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung einer Vorrichtung wie vorstehend

beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben zum Messen einer

mechanischen Kraft entlang der Quererstreckung der dritten Schicht der

erfindungsgemäßen Vorrichtung oder entlang der Mitte lpunktsachse der

erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung einer Vorrichtung wie vorstehend

beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben zur Erzeugung einer elektrischen Spannung zwischen der ersten und der fünften Schicht der Vorrichtung oder zwischen der zweiten Schicht und der vierten Schicht der Vorrichtung, wobei die

Spannung bevorzugt dazu verwendet wird einen Energiespeicher, wie beispielsweise eine Batterie oder einen anderen Akkumulator am Rad oder Reifen aufzuladen. Hierbei wird also die auf die erfindungsgemäße Vorrichtung wirkende Kraft in im Energiespeicher gespeicherte Ladung umgewandelt.

Weitere vorteilhafte Aspekte der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden in einer zweiten Ausführungsform als Aspekte aufgeführt, wobei sich die Zahlen in den Klammem auf die Bezugszeichen in den angehängten Figuren beziehen:

1. Vorrichtung zum Messen einer mechanischen Kraft (12), umfassend eine erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schicht (1, 2, 3, 4, 5),

dadurch gekennzeichnet, dass

a) die erste Schicht (1) ein erstes Elektrodenmaterial umfasst,

b) die zweite Schicht (2) ein erstes Zwischenmaterial mit einer dielektrischen

Leitfähigkeit e _r von größer als 1,01 F m ¹ umfasst, c) die dritte Schicht (3) ein Isolationsmaterial (9) umfasst,

d) die vierte Schicht (4) ein zweites Zwischenmaterial mit einer dielektrischen Leitfähigkeit e _r von größer als 1,01 F m ¹ umfasst und

e) die fünfte Schicht (5) ein zweites Elektrodenmaterial umfasst, wobei

das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht (2) und das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht (4) unterschiedlich sind,

die fünf Schichten übereinander angeordnet sind,

die zweite und vierte Schicht (2, 4) in einem ersten Zustand der Vorrichtung (6) mittels der dritten Schicht (3) voneinander getrennt werden

und

die dritte Schicht (3) so ausgelegt ist, dass die zweite und vierte Schicht (2, 4) in einem zweiten Zustand der Vorrichtung (6) miteinander in Kontakt treten können. 2. Vorrichtung nach Aspekt 1, wobei das Isolationsmaterial (9) der dritten Schicht (3) bei

20°C eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10 ¹ S em ¹ aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei

das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht (2) eine dielektrische Leitfähigkeit _r von größer als 1,1 F m ¹ aufweist und/oder

das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht (4) eine dielektrische Leitfähigkeit e _r von größer als 1,1 F m ¹ aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die Differenz zwischen der spezifischen triboelektrischen Affinität des ersten Zwischenmaterials der zweiten Schicht (2) und der spezifischen triboelektrischen Affinität des zweiten

Zwischenmaterials der vierten Schicht (4) bei mindestens 20 nC/J liegt, gemessen bei 20°C und bei 35% relativer Luftfeuchtigkeit.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die dritte Schicht (3) - aus einer Mischung besteht, wobei die Mischung ein Gas und aus dem

Isolationsmaterial (9) bestehende Partikel umfasst, oder - als Isolationsmaterial (9) eine Flüssigkeit mit einer Viskosität bei 20 °C im Bereich von 0,1 mPa-s bis 10 ⁶ mPa-s aufweist. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei

- das erste Zwischenmaterial der zweiten Schicht (2) ein festes Material umfasst oder hauptsächlich aus einem festen Material besteht ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan, Aluminium, Polyamid, einem Glimmer, Glas,

Polyacrylate, Quarz, Blei, Seide, Cellulose und deren Mischungen,

und/oder

- das zweite Zwischenmaterial der vierten Schicht (4) ein festes Material umfasst oder hauptsächlich aus einem festen Material besteht ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Azetatseide, natürlichem oder synthetischem Kautschuk, Polyester, Polyethylen, Polyethylen-Terphthalate, Polypropylen, Polystyrol,

Polychlorobutadien, Polyacrilonitril, Polyvinylchlorid, Poly(organo)siloxane, Teflon, Polyimide, vulkanisierte Kautschukpartikel, Füllstoffe und deren

Mischungen, wobei als natürlicher oder synthetischer Kautschuk die Kautschuke BR, SBR, SSBR, PDMS, ESBR und Epichlorhydrin-Kautschuk bevorzugt sind. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei Vorrichtung (6) zusätzlich eine Stabilisationshülle (7) zur Vergrößerung der mechanischen Stabilität der Vorrichtung (6) umfasst, welche die Gesamtheit der fünf Schichten (1, 2, 3, 4, 5) umschließt. Reifen (24) oder technischer Gummiartikel umfassend eine Vorrichtung (6) nach einem der vorangehenden Aspekte und Mittel (13) zur Messung der Spannung zwischen der ersten und der fünften Schicht (1, 5) der Vorrichtung (6). Reifen nach Aspekt 8, wobei

die Vorrichtung (6) im Laufstreifen (25) des Reifens (24) angebracht ist

und die Mittelachse (19) der Vorrichtung (6) in axiale Richtung (14) oder in

Umlaufrichtung (15) des Reifens (6) verläuft. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Aspekte 1 bis 7 zum Messen einer mechanischen Kraft (12) entlang der Quererstreckung (18) der dritten Schicht (3) der

Vorrichtung (6). Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Aspekte 1 bis 7 zur Erzeugung einer elektrischen Spannung zwischen der ersten und der fünften Schicht (1, 5) der Vorrichtung (6).

Figurenbeschreibung:

Figur 1 : Querschnitt einer schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem ersten Zustand bevor Anwendung einer mechanischen Kraft, wobei die Schnittebene des Querschnitts parallel zur Mittelachse der Vorrichtung verläuft;

Figur 2: Querschnitt einer schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem zweiten Zustand während Anwendung einer mechanischen Kraft, wobei die Schnittebene des Querschnitts parallel zur Mittelachse der Vorrichtung verläuft;

Figur 3 : Querschnitt einer schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem dritten Zustand nach Anwendung einer mechanischen Kraft, wobei die Schnittebene des Querschnitts parallel zur Mittelachse der Vorrichtung verläuft;

Figur 4: Querschnitt eines schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Reifens, wobei die Schnittebene des Querschnitts senkrecht zur axialen Richtung des Reifens verläuft;

Figur 5: eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung zur Ermittlung der

Leistung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 umfassend fünf Schichten 1,2, 3, 4, 5, einen Spannungsmesser 13 und eine

Stabilisationshülle 7 in einer Ausführungsform. Dargestellt ist in Fig. 1 eine

Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 6, wobei die Schnittebene des Querschnitts parallel zur Mittelachse 19 der Vorrichtung 6 verläuft. Die Mittelachse 19 der Vorrichtung 6 verläuft parallel zur Quererstreckung 18 der verschiedenen Schichten und durch den geometrischen Mittepunkt 23 der dritten Schicht 3 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 sowie senkrecht zur Längserstreckung 17 der verschiedenen Schichten (dargestellt ist nur die Längserstreckung 17 der ersten Schicht 1 in Ligur 1). In Lig. 1 sind auch die Längsflächen 20 der vierten Schicht 4 und die Längsflächen 21 der fünften Schicht 5 schematisch im Querschnitt gezeigt. Zudem ist in Lig. 1 schematisch dargestellt, dass die dritte Schicht 3 wie vorstehend beschrieben eine kompressierbare Verbindung 9 mit einem Kompressionsmodul und als Beispiel eines Isolationsmaterials umfasst. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 6 befindet sich in einem ersten Zustand, wobei keine mechanische Kraft von außen auf die erfindungsgemäße Vorrichtung 6 einwirkt. In diesem ersten Zustand trennt die dritte Schicht 3 die zweite Schicht 2 von der vierten Schicht 4. Da kein Kontakt zwischen der zweiten Schicht 2 und der vierten Schicht 4 in dem ersten Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 vorliegt, können keine Elektronen zwischen der zweiten Schichte 2 und der vierten Schichte 4 übertragen werden.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 umfassend fünf Schichten 1, 2, 3, 4, 5, einen Spannungsmesser 13 und eine

Stabilisationshülle 7 in einer weiteren Ausführungsform. Dargestellt ist in Fig. 2 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 6, wobei die Schnittebene des Querschnitts parallel zur Mittelachse 19 der Vorrichtung 6 verläuft. Die Mittelachse 19 der Vorrichtung 6 verläuft parallel zur Quererstreckung der fünf Schichten 1, 2, 3, 4, 5 und senkrecht zur Fängserstreckung 17 der fünf Schichten 1, 2, 3, 4, 5, sowie durch den geometrischen Mittepunkt 23 der dritten Schicht 3 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 6. In Fig. 2 ist schematisch dargestellt, dass die dritte Schicht 3 kompressiert ist, da auf die erfindungsgemäße Vorrichtung 6 eine mechanische Kraft 12 wirkt. Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung 6 befindet sich daher in dem zweiten Zustand, welcher dem ersten Zustand zeitlich folgt, wobei bei dem in Figur 2 dargestellten Beispiel die mechanische Kraft 12 von oben und von unten auf die erfindungsgemäße Vorrichtung 6 einwirkt. In diesem zweiten Zustand stehen die zweite Schicht 2 und die vierte Schicht 4 miteinander in Kontakt. Der Kontakt zwischen der zweiten Schicht 2 und der vierten Schicht 4 in dem zweiten Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 ermöglicht, dass Elektronen 11 von der zweiten Schicht 2 zu der vierten Schicht 4 übertragen werden können und so die vierte Schicht 4 mit zusätzlichen negativen Fadungen 11 in Form von übertragenen Elektronen angereichert werden kann. Dies ermöglicht noch nicht das Zustandekommen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten und fünften Schicht, welche erst beim

Entfernen der zweiten Schicht 2 und der vierten Schicht 4 voneinander auftritt. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 umfassend fünf Schichten 1, 2, 3, 4, 5, einen Spannungsmesser 13 und eine Stabilisationshülle 7 in einer weiteren Ausführungsform. Dargesteht ist in Fig. 3 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 6, wobei die Schnittebene des Querschnitts parallel zur Mittelachse 23 der Vorrichtung 6 verläuft. Die Mittelachse 23 der Vorrichtung 6 verläuft parallel zur Quererstreckung der fünf Schichten 1, 2, 3, 4, 5 und senkrecht zur Längserstreckung der fünf Schichten 1, 2, 3, 4, 5, sowie durch den geometrischen Mittepunkt 23 der dritten Schicht 3 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 6. In Fig. 3 sind auch die Längsflächen 22 der dritten Schicht 3 schematisch gezeigt.

Zudem ist in Fig. 3 schematisch im Querschnitt dargesteht, dass die dritte Schicht 3 eine kompressierbare Verbindung 9 mit einem Kompressionsmodul wie vorstehend beschrieben umfasst. Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung 6 befindet sich in einem dritten Zustand, welcher sich vom ersten Zustand einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 nur dadurch unterscheidet, dass die Verteilung der Elektronen unter der ersten, zweiten, vierten und fünften Schicht 1, 2, 4, 5 unterschiedlich im Vergleich zum ersten Zustand ist.

In diesem dritten Zustand trennt die dritte Schicht 3 die zweite Schicht 2 von der vierten Schicht 4, wobei die zweite Schicht 2 weniger Elektronen, d.h. fehlende negative

Ladungen 10, umfasst im Vergleich zum ersten Zustand der erfindungsgemäßen

Vorrichtung 6. Die vierte Schicht 4 umfasst nun zusätzlich die übertragenen Elektronen 11 im Vergleich zum ersten Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung 6. Um diese elektrische Ladungsdifferenz auszugleichen, können nun Elektronen aus der fünften Schicht 5 in die erste Schicht 1 fließen. Je weiter sich die zweite Schicht 2 und vierte Schicht 4 voneinander entfernen, desto höher ist die Spannung zwischen der fünften Schicht 5 und der ersten Schicht 1. Die Ladungs Verteilung zwischen der vierten Schicht 4 und zweiten Schicht 2 bleibt dabei betragsmäßig gleich.

Dieser Fluss der Elektronen wird umgekehrt, sobald sich die vierte Schicht 4 und zweite Schicht 2 wieder nähern bis sie sich berühren, also wieder in den zweiten Zustand wie in Figur 2 dargesteht übergehen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 6 kann somit nun beliebig oft durch Anlegen einer mechanischen Kraft vom zweiten in den dritten Zustand oder vom dritten in den zweiten Zustand überführt werden und somit können die

Elektronen wie vorstehend beschrieben immer abwechselnd von der fünften Schicht 5 in die erste Schicht 1 bzw. umgekehrt verschoben werden. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Reifens 24 umfassend drei erfindungsgemäße Vorrichtungen 6 zur Messung einer mechanischen Kraft gemäß einer weiteren Ausführungsform in Querschnittsansicht, wobei die Schnittebene des Querschnitts senkrecht zur Rotationsachse 14 des Reifens 24 verläuft. Die drei

erfindungsgemäßen Vorrichtungen 6 sind im Laufstreifen 25 oder am Innerliner 28 des erfindungsgemäßen Reifens 24 angeordnet, wobei die Mittelachse 19 der einen

erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 parallel zur Umlaufrichtung 15 oder parallel zur radialen Richtung 16 des erfindungsgemäßen Reifens 24 verläuft. Je nachdem in welche Richtung die Mittelachse 19 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 im Laufstreifen 25 eines erfindungsgemäßen Reifens 24 verlaufen, können besonders gut solche

mechanischen Kräfte gemessen werden, welche parallel zur Mittelachse 19 der

erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 verlaufen. Verläuft die Mittelachse 19 der

erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 also parallel zur Umlaufrichtung 15, so können insbesondere gut die Brems- und Beschleunigungskräfte während des Fahrens mit einem erfindungsgemäßen Reifen 6 gemessen werden. Verläuft die Mittelachse 19 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 parallel zur Rotationsachse 14, so können insbesondere gut die Seitenkräfte gemessen werden, welche beim Kurvenfahren mit einem

erfindungsgemäßen Reifen 6 entstehen. Verläuft die Mittelachse 19 einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 im Laufstreifen 25 parallel zur radialen Richtung 16 des erfindungsgemäßen Reifens 6, so wirken immer dann besonders starke mechanische Kräfte auf die erfindungsgemäße Vorrichtung 6, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung 6 in dem Teil des Laufstreifens 25 ist, welcher den sogenannten Footprint des

erfindungsgemäßen Reifens 6 darstellt. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung 29 zur Ermittlung der Leistung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer weiteren Ausführungsform, wobei die Messvorrichtung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1, ein Schwingrad 30 mit Kolben 31 und eine Stabilisationshülle 7 mit Polycarbonat-Stempel 34 und Polycarbonat- Basis 35. Die Stabilisationshülle 7 umfasst zusätzlich eine Umrandung 38 aus

Polycarbonat mit Löchern. Die Löcher der Umrandung 38 dienen einem problemlosen

Entweichen und Füllen des Innenraums der Umrandung 38 mit Luft während der Rotation des Schwingrades 30. Durch die Rotation des Schwingrades 30 wird das Oberteil 32 der Messvorrichtung 29 mit dem Stempel 34 und der ersten und zweiten Schicht 1, 2 auf- und abbewegt. Die Rotation erfolgte, wenn nicht anders angegeben, mit der Frequenz von 5 Hz, also 5 Umdrehung pro Sekunde. Dabei konnte ein an die erste und zweite

Elektrodenschicht 1, 5, d.h. an die erste und fünfte Schicht 1, 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 6, angeschlossenes Oszilloskop 39 die zwischen der ersten und zweiten Elektrodenschicht 1, 5 erzeugte Leerlaufspannung über die Formel Vo = V _L / (Rs + R _L ) sowie die dazugehörige Leerlaufstromstärke ermittelt. Der Stromkreis des Oszilloskops 39 ist in Figur 5 mit der Spannungsquelle V _L und den Widerständen Rs und R _L schematisch dargestellt, wobei die Kontakte zum angezeigten Stromkreis jeweils an der ersten Schicht 1 und an der fünften Schicht 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 angeschlossen sind.

Experimentelle Beispiele:

Messmethoden: 1. Oberflächenrauheit R _a

Die Ergebnisse wurden in Anlehnung an die Methode DIN EN ISO 4288:1998 ermittelt. . Elektrische Messung bei Open-Circuit-Bedingungen

Die Werte für die Leerlaufspannung und Leerlaufstromstärke wurden mittels des Oszilloskops„Rigol Oscilloscope DS 4014“ bei Verwendung der in Figur 5 gezeigten Messvorrichtung jedoch ohne dritte Schicht mit einer Drehfrequenz des Schwingrades von 5 Hz gemessen. Der Durchmesser des Schwingrades betrug 4 cm und der maximale Abstand zwischen der zweiten und vierten Schicht bei einer Rotation betrug 2,5 cm und der minimale Abstand betrug 0 cm. Das Oszilloskop hatte dabei die folgenden

Einstellungen:

Attentuation ratio: 10 : 1

Input resistance: 10 MW ± 2%

Input capacitance: 13 pF ± 3pF

Maximum input CAT II 300 VAC

Compensation ränge: 6pF - 24pF.

Durch die Rotation des Schwingrades wurden die zweite und viertel Schicht periodisch aneinandergedrückt, wobei keine dritte Schicht oder eine Stabilitätshülle vorhanden war. Somit werden messbare Spannungen zwischen den Elektroden, d.h. zwischen der ersten und fünften Schicht, gemessen und daraus entsprechende Stromflüsse für den Leerlauf bzw. Open-Circuit ermittelt, auch Leerlaufstromflüsse genannt. Diese messbaren Leerlaufspannungen und daraus bestimmten Leerlaufstromstärken wurden vom Oszilloskop in Form von periodischen Peaks aufgezeichnet, wobei die Periode der Peaks der Drehfrequenz des Schwingrades entsprach. Die in den Tabellen 2 bis 4 aufgezeichneten Werte für die Leerlaufspannung und Leerlaufstromstärke entsprechen jeweils dem Wert der Differenz vom Maximum bis zum Minimum der gemessenen Peaks. Entsprechende Versuche, bei denen eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie vorstehend beschrieben ohne dritte Schicht verwendet wurde, d.h. bei denen die zweite und vierte Schicht sich durchgehend berührten, und nur die auf die zweite und vierte Schicht wirkende Kraft geändert wurden, ergaben die gleichen Trends wie die nachstehend gezeigten Versuchsergebnisse. Herstellung:

Tabelle 1 : Zusammensetzungen der verwendeten zweiten und vierten Schichten der erfindungsgemäßen Vorrichtung:

Die Herstellung der zweiten Schicht aus PDMS und der vierten Schicht aus GECO erfolgt nach einem üblichen im Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren, welches die Schritte Anmischen, Walzen und Vulkanisieren der jeweiligen Kautschukmischung nach Tabelle 1 für die zweite und vierte Schicht umfasste. Das Anmischen der jeweiligen

Kautschukmischung wurde nach Zugabe der Bestandteile in einen Banbury- Mischer bei 70 °C mit einer Rotorgeschwindigkeit von 60 rpm während 8 Minuten durchgeführt. Das Auswalzen erfolgte mit einer Zwei- Rollen-Mühle (zu Englisch:„two-roll mill“) während 10 Minuten, sodass eine Schichtdicke von 120 gm in der fertig vulkanisierten Schicht erreicht wurde (mit Ausnahme der vierten Schicht in den Experimenten E7 und E8 in Tabelle 4). Die Vulkanisation wurde in einer rechteckigen Vulkanisationsform bei den üblichen Temperaturen von 120 °C für 10 Minuten durchgeführt. Die so hergestellten Schichten hatten eine Länge von 100 mm und Höhe von 30 mm. Für die angerauten Oberflächen der vierten Schichten der Beispiele E5 und E6 wurde bei deren Vulkanisation eine durch Sandstrahlen angerautes Formsegment in der

Vulkanisationsform verwendet. Das Sandstrahlen auf dem entsprechenden Formsegment erfolgt derart, dass Oberflächenrauigkeiten R _a von 5 pm gemäß Methode DIN EN ISO 4288:1998 auf der der zweiten Schicht zugewandten Seite erreicht wurden.

Messergebnisse: Füllstoffanteil:

Tabelle 2: Experimentelle Daten der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit variierenden

Füllstoffanteilen:

¹ Ultrasil 7000GR, Surface area - 175 m ² /g

² Conductive Carbon Black (CCB), Printex XE2, Particle size, < 30 nm, surface area 950 m ² /g

Tabelle 2 kann man entnehmen, dass mit Füllstoffanteilen von 5 bis 40 phr optimale Leistungen erreicht werden können. Dies zeigt, dass Anteile von von 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der zweiten Zwischenschicht (d.h. der vierten Schicht) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, gute Leistungen bringen. Besonders hohe Leistungen wurden im Bereich von 1 Gew.-% bis 10 Gew.-% erreicht (vgl. Experimente E0 ohne Füllstoff, El mit 10 phr Silica und E3 mit 5 phr Ruß).

Oberflächenrauigkeit R _a :

Tabelle 3: Experimentelle Daten der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit variierenden Oberflächenrauhigkeiten

¹ Ultrasil 7000GR, Surface area - 175 m ² /g

² Conductive Carbon Black (CCB), Printex XE2, Particle size, < 30 nm, surface area 950 m ² /g

Tabelle 3 kann man entnehmen, dass bei Oberflächenrauhigkeiten R _a im Bereich von 0,1 bis 5 gm optimale Leistungen erreicht werden können. Dies gilt auch für die

Oberflächenrauhigkeiten R _a der zweiten Schicht und für den Bereich von 5 gm bis 100 gm, insbesondere wie in Tabelle 3 gezeigt für den Bereich von 0,3 bis 3 gm.

Schichtdicken der vierten Schicht:

Tabelle 4: Experimentelle Daten der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit variierender Dicke der zweiten Schicht

Tabelle 4 kann man entnehmen, dass mit Schichtdicken im Bereich von 60 bis 250 mhi optimale Leistungen erreicht werden können, insbesondere bei einer Schichtdicke mit 120 pm. Dies gilt auch für die Schichtdicke der vierten Schicht. Die Schichtdicke entspricht der Quererstreckung einer Schicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Bezugszeichenliste:

1 erste Schicht / Oberschicht

2 zweite Schicht / Obermittelschicht

3 dritte Schicht / Isolierschicht

4 vierte Schicht / Untermittelschicht

5 fünfte Schicht / Unterschicht

6 Vorrichtung; Vorrichtung zum Messen einer mechanischen Kraft

7 Stabilisationshülle

8 Kontakte zwischen den Elektrodenmaterialien und den Mittel zur Messung der

Spannung

9 Isolationsmaterial; kompressierbare Verbindung

10 fehlende negative Ladungen

11 zusätzliche negative Ladungen; übertragende Elektronen

12 einwirkende mechanische Kraft

13 Mittel zur Messung der Spannung zwischen der ersten und der fünften Schicht der Vorrichtung; Spannungsmesser

14 Rotationsachse; axiale Richtung

15 Umlaufrichtung

16 radiale Richtung

17 Längserstreckung

18 Quererstreckung

19 Mittelachse der Vorrichtung

20 Längsflächen der vierten Schicht

21 Längsflächen der fünften Schicht

22 Längsflächen der dritten Schicht

23 geometrischer Mittelpunkt der dritten Schicht

24 Reifen

25 Laufstreifen

26 Gürtel

27 Karkasse 28 Inner liner

29 Messvorrichtung zur Ermittlung der Leistung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung

30 Schwingrad zur Auf- und Abbewegung der ersten Schicht (d.h. Kupferelektrode) und zweiten Schicht (d.h. erste Zwischenschicht) der erfindungsgemäßen Vorrichtung 31 Kolben zur Verbindung des Schwingrades mit dem Oberteil der Messvorrichtung

32 Oberteil der Messvorrichtung umfassend die erste und zweite Schicht der

erfindungsgemäßen Vorrichtung

33 Unterteil der Messvorrichtung umfassend die vierte und fünfte Schicht der

erfindungsgemäßen Vorrichtung

34 Stempel aus Polycarbonat

35 aus Polycarbonat bestehende Basis zum Befestigen der vierten und fünften Schicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung

36 Abstand zwischen den Oberflächen der ersten und zweiten Zwischenschicht

37 Durchmesser des Schwingrads

38 Umrandung aus Polycarbonat mit Löchern zum Entweichen und Füllen des

Innenraums der Umrandung mit Luft

39 Oszilloskop