DE102007053552B4 - Device for measuring forces or moments - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Messen von Querkräften, Drehmomenten, Kippmomenten, Torsionsmomenten, Zug- und Druckkräften oder Biegemomente mit einem Strukturelement (1), wobei das Strukturelement (1) im wesentlichen aus Kunststoff gebildet ist, wobei das Strukturelement (1) zumindest teilweise als Sensorstruktur ausgebildet ist, wobei das Strukturelement (1) kreisringartig oder linear ausgebildet ist, wobei das Strukturelement (1) in einzelne Segmente (3) unterteilt ist, wobei zwischen den einzelnen Segmenten (3) des Strukturelements (1) eine Dehnungsmessstruktur (4) ausgebildet ist, wobei die einzelnen Segmente (3) durch Dehnungsmessstrukturen (4) miteinander verbunden sind und wobei wenigstens ein Verstärkungselement (13) aus Metall mit einer Oberseite (11) oder einer Unterseite (12) des Strukturelements befestigt ist.Device for measuring transverse forces, torques, tilting moments, torsional moments, tensile and compressive forces or bending moments with a structural element (1), wherein the structural element (1) is formed substantially from plastic, wherein the structural element (1) is at least partially formed as a sensor structure , wherein the structural element (1) is annular or linear, wherein the structural element (1) is divided into individual segments (3), wherein between the individual segments (3) of the structural element (1) a strain gauge structure (4) is formed, the individual segments (3) are connected to each other by strain gauges (4) and wherein at least one reinforcing element (13) made of metal is fastened to an upper side (11) or a lower side (12) of the structural element.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Im Stand der Technik wird auf die DE 201 15 299 U1 hingewiesen. Dort wird ein Biegenmesselement und damit erstellter Drehwinkelgeber offenbart. In diesem Zusammenhang wird ausserdem auf die US 3,956,930 A1 hingewiesen. Dort ist eine Vorrichtung zum Messen von Dehnungen beschrieben, wobei die Vorrichtung in verschiedene Messeinheiten unterteilt ist. Zuletzt wird ausserdem auf die DE 10 2007 023 537 A1 hingewiesen, welche eine Vorrichtung zum Messen von Dehnungen, insbesondere Drehmomentsensor mit Anschlüssen zum Ein- bzw. Ausleiten von Drehmomenten, die über Dehnungsmessstrukturen miteinander verbunden sind, welche Messwertgeber aufweisenIn the prior art is on the DE 201 15 299 U1 pointed. There is a bending measuring element and thus created rotary encoder disclosed. In this context, also on the US 3,956,930 A1 pointed. There is described a device for measuring strains, wherein the device is divided into different measuring units. Last is also on the DE 10 2007 023 537 A1 which has a device for measuring strains, in particular a torque sensor with connections for introducing and removing torques, which are connected to one another via strain-measuring structures, which sensors have

Unter Dehnungen können Drehmomente, Kippmomente, Querkräfte, Torsionsmomente od. dgl. verstanden werden.Under expansions torques, tilting moments, shear forces, torsional moments od. Like. Be understood.

Dabei werden bei einer herkömmlichen Vorrichtung Sensorstrukturen an Bauteile angeklebt, über welche Kräfte und Drehmomente geleitet werden können, welche von z. B. mechanischen Komponenten, wie Motoren und/oder Getrieben, auf einen beliebigen Abtrieb übertragen werden.In this case, sensor structures are glued to components in a conventional device, via which forces and torques can be passed, which of z. B. mechanical components, such as motors and / or transmissions, are transmitted to any output.

Zwischen dem Elektromotor und/oder Getriebe und dem Abtrieb wird dann die Vorrichtung zum Messen von Dehnungen eingesetzt, um entsprechende Drehmomente, Kippmomente, Torsionskräfte, Querkräfte od. dgl. zu ermitteln.The device for measuring strains is then used between the electric motor and / or transmission and the output in order to determine corresponding torques, tilting moments, torsional forces, transverse forces or the like.

Nachteilig bei herkömmlichen Vorrichtungen ist, dass diese kostenintensiv herzustellen und die Sensorstrukturen, insbesondere Dehnungsmessstreifen an deren Strukturen aufgeklebt sind und nicht sehr langlebig mit den Strukturen verbunden sind. Diese unterliegen zudem einem grossen Verschleiss und erzielen insbesondere bei hohen Temperaturschwankungen ungenügende Messergebnisse. Ferner ist eine herkömmliche Herstellung sehr verfahrens- und montageaufwendig und daher unerwünscht zeitintensiv.A disadvantage of conventional devices is that they are expensive to produce and the sensor structures, in particular strain gauges are glued to their structures and are not very durable connected to the structures. These are also subject to great wear and achieve insufficient measurement results, especially at high temperature fluctuations. Further, conventional manufacturing is very process and assembly intensive and therefore undesirably time consuming.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der Eingangs genannten Art zu schaffen, welche die genannten Nachteile beseitigt und mit welcher auf einfache und kostengünstige Weise eine o. g. Vorrichtung hergestellt werden kann, die sehr schnell und genau, insbesondere temperaturabhängig Parameter, wie insbesondere Torsionsmomente, Kippmomente, Biegemomente und Querkräfte bestimmt und zudem sehr langlebig ist.The present invention is therefore an object of the invention to provide a device of the type mentioned, which eliminates the disadvantages mentioned and with which in a simple and cost-effective way o. G. Device can be produced, which determines very quickly and accurately, in particular temperature-dependent parameters, in particular torsional moments, tilting moments, bending moments and shear forces and is also very durable.

Ferner soll eine derartige Vorrichtung sehr schnell und kostengünstig herzustellen sein und ferner sollen auch geringste Dehnungen und/oder Impendanzänderungen bereits sehr genau auch bei unterschiedlichen Temperaturen oder grossen Temperaturschwankungen bestimmt werden können.Furthermore, such a device should be very quick and inexpensive to manufacture and also should even very small strains and / or Impendanzänderungen can be determined very accurately even at different temperatures or large temperature fluctuations.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The solution of this object is achieved with a device having the features of claim 1.

Durch die Ausbildung des Strukturelementes aus Kunststoff mit integrierten Sensorstrukturen, die in den vorgesehenen Messstrukturen integriert eingesetzt bzw. aufgetragen sind, werden diese geschützt und können durch eine Struktur des aus Kunststoff gebildeten Strukturelementes sehr genau Parameter, wie Querkräfte, Kippmomente, Drehmomente, Torsionsmomente bestimmen. Es hat sich bei der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, in einem Arbeitsaufgang das Strukturelement, mit Sensorstrukturen einteilig aus Kunststoff herzustellen.The design of the structural element made of plastic with integrated sensor structures that are integrated or applied in the intended measuring structures, they are protected and can determine very precisely parameters such as shear forces, tilting moments, torques, Torsionsmomente by a structure of the plastic structural element formed. It has proved to be particularly advantageous in the present invention to produce in one step the structural element, with sensor structures made of one piece plastic.

Dabei können unterschiedliche Verfahren, wie Spritzgussverfahren, Giessverfahren, Zweikomponenten-Verfahren zur Herstellung des Strukturelementes angewendet werden.In this case, different methods, such as injection molding, casting, two-component process for the preparation of the structural element can be applied.

Dabei wird durch verschiedene Verfahren, wie Ionenaustausch oder -dotierung, MID-Verfahren, wie z. B. Heissprägen, Lichtaktivation, Zwei- oder Mehrkomponentenverfahren, oder andere chemische Verfahren, die Sensorstruktur in die Kunststoffoberfläche eingebettet und das Strukturelement, wie z. B. Gehäuse oder Flansch, somit selbst zur Sensorstruktur.It is by various methods, such as ion exchange or doping, MID method, such. As hot stamping, light activation, two- or multi-component method, or other chemical processes, the sensor structure embedded in the plastic surface and the structural element, such. B. housing or flange, thus even the sensor structure.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Verwendung der leitenden, z. B. metallischen Strukturen, welche im Stand der Technik bisher nur als Leiterbahnen verwendet wurden und somit einen möglichst geringen Widerstand aufweisen sollen, nun umgekehrt werden soll. Indem man leitende Strukturen mit einem möglichst hohen Widerstand erzeugt, kann man z. B. ähnlich wie bei DMS Streifen Veränderungen wie Dehnung durch die Änderung der Impendanz ermitteln und das Kunststoffstrukturteil mit den eingebetteten Messstrukturen somit als Sensor benutzen. Auch kann das Strukturelement somit als induktives und/oder kapazitives Element genutzt werden. Als Kunststoff hat sich die Verwendung von LCP-(Liquid Cristal Polymer-)Kunstoffen als besonders vorteilhaft erwiesen.The invention is based on the idea of using the conductive, z. As metallic structures, which were previously used only as interconnects in the art and thus should have the lowest possible resistance, should now be reversed. By creating conductive structures with the highest possible resistance, you can z. For example, similar to DMS strips, it is possible to determine changes such as elongation by changing the impedance, and thus use the plastic structure part with the embedded measuring structures as a sensor. Also, the structural element can thus be used as an inductive and / or capacitive element. As a plastic, the use of LCP (Liquid Cristal Polymer) Kunstoffen has proven to be particularly advantageous.

Wird die MID-Technik verwendet, so können verschiedenste Materialien eingesetzt werden. Dabei können Hochtemperatur- und Konstruktionsthermoplaste eingesetzt werden. Diese weisen Strukturen aus Zinn, Blei, Gold, Nickel oder anderen leitenden Stoffen auf. Hierzu werden als Träger Materialien mit Substratwerkstoffen verwendet. Dabei können als Substratwerkstoffe Polypropylen, Acrylnitryl-Butadienstyrol, Polycarbonat, Polyethylenterephtalat, Polybutylenterephtalat, Polyamid, Polyphenylensulfid, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid und Flüssigkristallpolymer verwendet werden. Dabei werden die wichtigsten zu berücksichtigenden Materialparameter bei der Auswahl eines Substratwerkstoffes berücksichtigt, wie Verarbeitungs- und Gebrauchstemperatur, Flammschutz, mechanische und elektrische Eigenschaften, die Spritz- und Metallisierbarkeit sowie deren Kosten.If the MID technology is used, a wide variety of materials can be used. High temperature and construction thermoplastics can be used. These have structures of tin, lead, gold, nickel or other conductive substances. For this purpose, as a carrier Materials used with substrate materials. As the substrate materials, polypropylene, acrylonitrile-butadiene-styrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamide, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide and liquid crystal polymer may be used. The most important material parameters to be considered are taken into account in the selection of a substrate material, such as processing and service temperature, flame retardancy, mechanical and electrical properties, the spray and metallization and their costs.

Diese Merkmale sind sehr stark von den Füllstoffen oder Additiven im Kunststoff, wie beispielsweise Glasfasern, Flammschutzmittel, Lichtschutzmittel oder Farbstoffen abhängig. Des Weiteren spielen auch die Verarbeitung des Kunststoffes und die Einsatzbedingungen, wie Temperatur oder Feuchtigkeit eine Rolle.These features are highly dependent on the fillers or additives in the plastic, such as glass fibers, flame retardants, sunscreens or dyes. Furthermore, the processing of the plastic and the conditions of use, such as temperature or humidity also play a role.

Deshalb erfolgt bei der vorliegenden Erfindung eine Werkstoffauswahl anwendungsspezifisch.Therefore, in the present invention, a material selection is application specific.

Neben einem Zwei-Komponenten-Verfahren können auch Drei-Komponentenverfahren zum Einsatz kommen. Hierdurch können piezoelektrische Eigenschaften hervorgerufen werden. Beim Drei-Komponenten-Verfahren wird zunächst der Träger aus Kunststoff z. B. per Laser aktiviert und metallisiert und Kammkontakte hergestellt. Anschliessend wird die Trägeroberfläche z. B. mit PVDF (Polyvinylidenfluorid), ein transparenter, teilkristalliner, thermoplastischer Flourkunststoff beschichtet und polarisiert. Somit wird das PVDF piezoelektrisch. Es folgt eine Umspritzung mit einer Schutzschicht. Mit Hilfe dieses Aufbaus können z. B. Oberflächenwellen detektiert werden. Hierzu werden elektrische Signale mit Hilfe von Elektroden in Schallwellen umgewandelt, die sich auf der Oberfläche ausbreiten. Ändert sich nun z. B. die Gaskonzentration am Sensor, verändert sich durch die Reaktion des piezoelektrischen Materials mit dem Gas die Wellenlänge der zwischen den Kontakten od. Elektroden befindlichen Oberflächenwellen und diese werden träge. Dies kann nach der Rückumwandlung in ein elektrisches Signal detektiert werden und zeigt somit z. B. die Veränderung der Gaskonzentration an. Auch können solche Strukturen als Dehnungs- oder Drucksensoren eingesetzt werden.In addition to a two-component process, three-component processes can also be used. As a result, piezoelectric properties can be caused. In the three-component method, the carrier of plastic z. B. activated by laser and metallized and made comb contacts. Subsequently, the carrier surface z. B. coated with PVDF (polyvinylidene fluoride), a transparent, semi-crystalline, thermoplastic Flourkunststoff and polarized. Thus, the PVDF becomes piezoelectric. This is followed by an encapsulation with a protective layer. With the help of this structure can z. B. surface waves are detected. For this purpose, electrical signals are converted by means of electrodes into sound waves which propagate on the surface. Now changes z. For example, the gas concentration at the sensor, the reaction of the piezoelectric material with the gas changes the wavelength of the surface between the contacts od. Electrode and these waves are inert. This can be detected after the reconversion into an electrical signal and thus shows z. B. the change in the gas concentration. Also, such structures can be used as strain or pressure sensors.

Des weiteren lassen sich Drei-Komponenten-Strukturen wie folgt nutzen:
Ein Magnetfeld könnte mit einem ferromagnetisch dotierten Trägerkunststoff erfasst werden, in dem beispielsweise Ferropartikel dem Kunststoffgranulat beigemischt werden. Bei Vorliegen eines Magnetfeldes ändern sich seine leitenden Eigenschaften und dadurch wird der Messstrom messbar verändert. Ein elektrisches Feld wird mit einem stark dielektrisch dotierten Kunststoff erfasst. Es können noch andere auf diesem Prinzip basierende Sensoren hergestellt werden, wie beispielsweise planere Lichtwellensensoren. Es könnten sogar komplexe Elektronikstrukturen mit integriert sein.Furthermore, three-component structures can be used as follows:
A magnetic field could be detected with a ferromagnetically doped carrier plastic in which, for example, ferroparticles are added to the plastic granules. In the presence of a magnetic field, its conductive properties change and thereby the measuring current is measurably changed. An electric field is detected with a highly dielectrically doped plastic. Still other sensors based on this principle can be made, such as planar lightwave sensors. It could even be integrated with complex electronic structures.

Werden sehr hohe Momente übertragen, so kann das Strukturelement mit einem Verstärkungselement, insbesondere Metallring od. dgl. verstärkt werden, der in etwa der Form des Strukturelementes nachgeformt ist.If very high moments are transmitted, the structural element can be reinforced with a reinforcing element, in particular a metal ring or the like, which is shaped in approximately the shape of the structural element.

Um die Messergebnisse nicht zu verfälschen kann dieser im Bereich der Messstruktur filigran oder dünner ausgebildet sein.In order not to falsify the measurement results, it may be made filigree or thinner in the area of the measurement structure.

Ferner hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Strukturelement kreisringartig aber auch linear oder in beliebigen Formen, Kurvenformen hergestellt werden kann, um beliebige Parameter, wie Dehnungen als Drehmomente, Kippmomente, Querkräfte, Torsionskräfte, Druck- und Zugkräfte exakt zu bestimmen.Furthermore, it has proved to be advantageous that the structural element can be produced in an annular manner but also linearly or in arbitrary shapes, curve shapes, in order to precisely determine any parameters, such as expansions as torques, tilting moments, transverse forces, torsional forces, compressive and tensile forces.

Dabei können als Sensorstrukturen nicht nur plastische Dehnungsmessstreifen, sondern auch beispielsweise Impendanzsensoren, Oberflächenwellen-Sensoren eingesetzt sein, um auch beispielsweise andere Messgrössen, wie beispielsweise eine Veränderung eines elektrischen oder magnetischen Feldes oder eine Präsenz von bestimmten Gasen oder Ölen zu messen oder zu bestimmen.Not only plastic strain gauges but also, for example, impedance sensors, surface wave sensors can be used as sensor structures to measure or determine, for example, other measured variables such as a change in an electric or magnetic field or a presence of certain gases or oils.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt inFurther advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing; this shows in

1 eine schematisch dargestellte perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Messen von Dehnungen; 1 a schematically illustrated perspective view of an inventive device for measuring strains;

2 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Messen von Dehnungen mit einem linear ausgebildeten Strukturelement. 2 a schematically illustrated plan view of a further embodiment of a device for measuring strains with a linearly formed structural element.

Gemäss 1 weist eine erfindungsgemässe Vorrichtung R1, insbesondere ein Drehmomentsensor, ein Strukturelement 1 auf, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Ringflansch 2 ausgebildet ist, der in einzelne Segmente 3 unterteilt ist, welche durch Dehnungsmessstrukturen 4 miteinander verbunden sind.According to 1 has a device according to the invention R 1 , in particular a torque sensor, a structural element 1 on, which in the present embodiment as an annular flange 2 is formed in individual segments 3 which is divided by strain gauges 4 connected to each other.

Bevorzugt sind die Dehnungsmessstrukturen 4 als Stege ausgebildet, die ein kreisringartige oder vieleckartige Form, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgezeigt ist, bilden.The strain gauges are preferred 4 formed as webs, which form an annular or polygonal shape, as shown in the present embodiment form.

Dabei ist immer abwechselnd ein Segment 3 und eine Dehnungsmessstruktur 4 vorgesehen und bildet das kreisringartig ausgebildete Strukturelement 1. There is always a segment alternately 3 and a strain gauge structure 4 provided and forms the circular ring-shaped structural element 1 ,

Innerhalb der Segmente 3 können Durchgangsbohrungen 5 oder Gewindebohrungen 6 ggf. abwechselnd für einen Anschluss für die Einleitung und einen Anschluss für die Ausleitung der Momente vorgesehen sein.Within the segments 3 can through holes 5 or tapped holes 6 optionally be provided alternately for a connection for the introduction and a connection for the discharge of the moments.

Dabei ist zwischen den Segmenten 3 die Dehnungsmessstruktur 4 verjüngt ausgebildet.It is between the segments 3 the strain gauge structure 4 tapered trained.

Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als vorteilhaft erwiesen, ein- oder beidseitig an einer Innenseite 7 und/oder Aussenseite 8 der Dehnungsmessstruktur 4 entsprechend eine Sensorstruktur 9 vorzusehen.In the present invention has proved to be advantageous on one or both sides on an inner side 7 and / or outside 8th the strain gauge structure 4 according to a sensor structure 9 provided.

Bevorzugt sind in jeder Dehnungsstruktur 4 zwischen den Segmenten 3 im Bereich von dessen Innenseite 7 und/oder Aussenseite 8 entsprechende Sensorstrukturen 9 vorgesehen.Preferred are in each strain structure 4 between the segments 3 in the area of its inside 7 and / or outside 8th corresponding sensor structures 9 intended.

Die einzelnen Sensorstrukturen 9 können beispielsweise als Messwertgeber, Dehnungsmesselemente, Dehnungsmessstreifen od. dgl. ausgebildet sein. Dabei hat sich bei der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, das Strukturelement 1 mit Segmenten 3 und Dehnungsmessstrukturen 4 sowie Sensorstrukturen 9 in einem Fertigungsprozess herzustellen, in dem die Sensorstrukturen 9 vorzugsweise in die Messstrukturen direkt eingebettet werden.The individual sensor structures 9 For example, they can be designed as transducers, strain gauges, strain gauges or the like. It has proved to be particularly advantageous in the present invention, the structural element 1 with segments 3 and strain gauges 4 as well as sensor structures 9 in a manufacturing process in which the sensor structures 9 preferably be embedded directly into the measuring structures.

Hierzu hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Strukturelement 1 als starren Körper aus Kunststoff herzustellen, wobei in seinen Dehnungsmessstrukturen 4 die entsprechenden Sensorstrukturen 9 fest eingebunden und eingebettet sind.For this purpose, has proved to be advantageous, the structural element 1 as a rigid body made of plastic, wherein in its strain gauges 4 the corresponding sensor structures 9 firmly integrated and embedded.

Innerhalb des Strukturelementes 1 verlaufen dann die entsprechenden hier nicht näher dargestellten Verbindungen zu einem gemeinsamen Ausgang 10.Within the structural element 1 Then run the corresponding connections not shown here to a common output 10 ,

Durch die Ausbildung des Strukturelementes 1 aus Kunststoff können die Sensorstrukturen 9 in der Dehnungsstruktur 4 viel intensiver und fester eingebunden und integriert werden.By the formation of the structural element 1 made of plastic, the sensor structures 9 in the strain structure 4 be integrated and integrated much more intensively and firmly.

Dabei verschmilzt das Strukturelement 1, insbesondere die Dehnungsmessstruktur 4 mit der Sensorstruktur 9, welche dort integriert eine Einheit bildet.At the same time, the structural element melts 1 , in particular the strain gauge structure 4 with the sensor structure 9 which integrally forms a unit there.

Hierdurch wird die Genauigkeit und die Schnelligkeit des Messergebnisses der vorliegenden erfindungsgemässen Vorrichtung R1 deutlich verbessert, da nicht wie herkömmlich, die Sensorstrukturen als DMS Streifen auf einen äusseren Ring aufgeklebt werden.As a result, the accuracy and the speed of the measurement result of the present inventive device R 1 is significantly improved because not as conventional, the sensor structures are glued as DMS strips on an outer ring.

Insbesondere bei Verkleben verändert sich das Dehnungs- und Spannungsverhältnis beispielsweise bei Temperaturschwankungen oder Alterung unerwünscht und ist auch nicht dauerhaft.In particular, when bonding, the strain and stress ratio changed, for example, in temperature fluctuations or aging undesirable and is not permanent.

Durch das Verschmelzen, insbesondere Integrieren der Sensorstruktur 9 innerhalb der Messstruktur 4, nahe im Bereich der Innenseite 7 und/oder Aussenseite 8 lässt sich nicht nur die Sensorstruktur 9 schützen, sondern es lassen sich auch sämtliche Torsions-, Biege- und Kippmomente sehr exakt und sehr schnell, temperatur- und umweltunabhängig, langlebig und dauerhaft ermitteln.By merging, in particular integrating the sensor structure 9 within the measuring structure 4 , near the area of the inside 7 and / or outside 8th not just the sensor structure 9 All torsional, bending and tilting moments can be determined very precisely and very quickly, independently of temperature and environment, and with a long service life.

Werden sehr hohe Momente über die Vorrichtung R1, insbesondere das Strukturelement 1 übertragen, so kann bevorzugt im Bereich einer Oberseite 11 oder Unterseite 12 ein Verstärkungselement 13 aus Metall mit Oberseite 11 und Unterseite 12 fest verbunden, verklebt oder beim Herstellen fest direkt eingebunden werden, so dass höhere Torsions-, Kipp- und Biegemomente übertragen werden können.Be very high moments on the device R 1 , in particular the structural element 1 transferred, so may preferably in the region of an upper side 11 or bottom 12 a reinforcing element 13 made of metal with top 11 and bottom 12 firmly connected, glued or firmly attached during manufacture, so that higher torsional, tilting and bending moments can be transmitted.

Dabei ist das Verstärkungselement 13 im wesentlichen der Struktur und Form des Sturkurelementes 1 angeglichen und weist auch die entsprechenden fluchtenden Durchgangsbohrungen 5, Gewindebohrungen 6 gemäss des Strukturelementes 1 auf.Here is the reinforcing element 13 essentially the structure and shape of the sturkurelementes 1 matched and also has the corresponding aligned through holes 5 , Tapped holes 6 according to the structural element 1 on.

Wie ferner aus 1 ersichtlich und angedeutet ist, kann nach dem Herstellen des Strukturelementes 1 mit Messstruktur 4 und integrierten Sensorstrukturen 9 diese dann in ein Kunststoffgehäuse 14 eingebunden, insbesondere kreisringartig eingegossen, welches bevorzugt aus einem noch weicheren Material als das Strukturelement 1 gebildet ist.As further out 1 can be seen and indicated, after the manufacture of the structural element 1 with measuring structure 4 and integrated sensor structures 9 this then in a plastic housing 14 integrated, in particular annular molded, which preferably made of an even softer material than the structural element 1 is formed.

Somit wird das Strukturelement 1, mit Messstruktur 4 und integrierten Sensorstrukturen 9 nach aussen geschützt.Thus, the structural element becomes 1 , with measuring structure 4 and integrated sensor structures 9 protected to the outside.

Im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss 2 ist eine Vorrichtung R2 aufgezeigt, die der eingangs genannten Art entspricht.In the embodiment of the present invention according to 2 a device R 2 is shown, which corresponds to the type mentioned.

Unterschiedlich ist hier, dass das Strukturelement 1 linearer Art ist, wie es die Draufsicht andeutet. Dieses kann auch aus mehreren Segmenten 3 mit dazwischen linear angeordneten Dehnungsmessstrukturen 4 gebildet sein.Different here is that the structural element 1 linear type is, as the plan view implies. This can also consist of several segments 3 with linearly arranged strain gauges between them 4 be formed.

Dabei können die Segmente 3 in oben beschriebener Weise ebenfalls Durchgangsbohrungen 5 und Gewindebohrungen 6 aufweisen, um beispielsweise Biege-, Torsions- oder Kippmomente exakt zu bestimmen.The segments can 3 in the manner described above also through holes 5 and tapped holes 6 have, for example, to determine bending, torsional or tilting moments exactly.

Als lineare Form kann auch eine leicht gewölbte, eine vieleckartige und ggf. teilweise offene Form zu verstehen sein. Dabei können auch in bevorzugt stumpfen Winkel und Radien die einzelnen benachbarten Segmente 3 mit dazwischen angeordneter Messstruktur 4 ausgerichtet sein.As a linear shape may also be a slightly curved, a polygonal and possibly partially open form to understand. The individual adjacent segments can also be used in preferably blunt angles and radii 3 with interposed measuring structure 4 be aligned.

Auch hier ist von besonderer Bedeutung, dass das Strukturelement 1 vollständig aus Kunststoff hergestellt ist und im Bereich der Seiten 7, 8 bzw. der querschnittlich verjüngt ausgebildeten Dehnungsmessstruktur 4 die Sensorstrukturen 9 integriert und mit dem Kunststoffmaterial des Strukturelementes 1 eine Einheit bilden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll auch liegen, dass die Dehnungsmessstruktur 4 nicht verjüngt ausgebildet sein muss.Again, it is of particular importance that the structural element 1 is completely made of plastic and in the area of the sides 7 . 8th or the cross-sectionally tapered strain gauge structure 4 the sensor structures 9 integrated and with the plastic material of the structural element 1 form a unit. In the context of the present invention should also be that the strain gauge 4 must not be trained rejuvenated.

Dabei können die jeweiligen Segmente 3 ebenfalls Durchgangsbohrungen 5 und/oder Gewindebohrungen 6 aufweisen, um abwechselnd ein Einleiten und ein Ausleiten von Momenten ggf. unterschiedlichen Bauelementen zu gewährleisten bzw. die entsprechenden Elemente, Momente, Kippmomente, Torsionsmomente, Drehmomente od. dgl. zu übertragen.The respective segments can 3 also through holes 5 and / or threaded holes 6 have in order to alternately ensure initiation and discharge of moments possibly different components or the corresponding elements, moments, tilting moments, torsional moments, torques od. Like. To transfer.

Wie es gestrichelt angedeutet ist, kann auch hier das Strukturelement 1 vollständig, bis auf die Durchgangsbohrungen 5 und/oder Gewindebohrungen 6 in ein Kunststoffgehäuse 14 eingegossen bzw. vergossen sein, welches von einem weicheren Kunststoffmaterial als das Strukturelement 1 hergestellt ist. Auch hier wird bevorzugt in einem Arbeitsaufgang das Strukturelement 1, bestehend aus Segmenten 3, Dehnungsmessstruktur 4 mit eingebetteten Sensorstrukturen 9 durch unterschiedlichste Verfahren vergossen, als Spritzgussverfahren, Zweikomponentenverfahren etc. hergestellt, so dass die Sensorstrukturen 9 fest integriert in die Dehnungsmessstruktur 4 eingebettet sind.As indicated by dashed lines, here too, the structural element 1 completely, except for the through holes 5 and / or threaded holes 6 in a plastic housing 14 cast or potted, which of a softer plastic material than the structural element 1 is made. Again, the structural element is preferred in a sunrise 1 consisting of segments 3 , Strain gauge structure 4 with embedded sensor structures 9 encapsulated by a variety of methods, as injection molding, two-component process, etc. manufactured, so that the sensor structures 9 firmly integrated into the strain gauge structure 4 are embedded.

Des Weiteren sollen verschiedene Ausführungsbeispiele aufgeführt werden:
Hierbei soll besonders vorliegen, dass ein Einbringen oder Aufbringen einer elektrisch oder elektromagnetisch leitenden Struktur auf das Strukturelement 1 zur Herstellung des Strukturelementes 1 als zumindest eine Sensorstruktur 9 über Ionenaustausch oder Ionendotierung, MID-Verfahren, insbesondere Lichtaktivation, Zwei- oder Mehrkomponentenverfahren, oder Heissprägen erfolgt.Furthermore, various embodiments are to be listed:
It should be particularly present that an introduction or application of an electrically or electromagnetically conductive structure on the structural element 1 for the production of the structural element 1 as at least one sensor structure 9 via ion exchange or ion doping, MID process, in particular light activation, two- or multi-component process, or hot stamping takes place.

Weiter soll in besonderer Weise vorliegen, dass das Strukturelement 1 eine Mehrzahl von Dehnungsmessstrukturen 4 aufweist und das Strukturelement 1 als kraftführendes Element, insbesondere Flansch zum Anschliessen von beliebigen Geräten gebildet ist.Next is to be present in a special way that the structural element 1 a plurality of strain gauges 4 and the structural element 1 is formed as a force-carrying element, in particular flange for connecting any devices.

Weiter soll das Strukturelement 1 als Verbindungsglied zwischen Elektro- und/oder Getriebeteilen gebildet sein und die Sensorstrukturen 1 dort integriert werden.Next is the structural element 1 be formed as a link between the electrical and / or transmission parts and the sensor structures 1 integrated there.

Daneben soll das Strukturelement 1 aus Kunststoff, insbesondere aus LCP (Liquid-Cristal-Polymer) Kunststoff, oder Polypropylen, Acrylnitryl-Butadienstyrol, Polycarbonat, Polyethylenterephtalat, Polybutylenterephtalat, Polyamid, Polyphenylensulfid, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid und Flüssigkristallpolymer hergestellt sein.In addition, the structural element 1 plastic, in particular LCP (liquid-cristal polymer) plastic, or polypropylene, acrylonitrile-butadiene-styrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamide, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide and liquid crystal polymer.

Auch soll das Strukturelement 1, insbesondere der Kunststoffsensor durch Impendanzänderung, wie beispielsweise Widerstandsänderung in den leitenden Strukturen Veränderungen, Dehnungen, Drehmomente und/oder Kippmomente od. dgl. Parameter messen.Also, the structural element 1 , In particular, the plastic sensor by Impendanzänderung, such as changes in resistance in the conductive structures changes, strains, torques and / or tilting moments od. Like. Measure parameters.

Ausserdem soll durch Aufbringen und/oder Integrieren von leitenden Strukturen in das Strukturelement 1, welches aus Kunststoff gebildet ist, dieses als induktives und/oder kapazitives Element zur Bestimmung unterschiedlicher Parameter genutzt werden. Bezugszeichenliste 1 Strukturelement 2 Ringflansch 3 Segment 4 Dehnungsmessstruktur 5 Durchgangsbohrung 6 Gewindebohrungen 7 Innenseite 8 Aussenseite 9 Sensorstruktur 10 Ausgang 11 Oberseite 12 Unterseite 13 Verstärkungselement 14 Kunststoffgehäuse R1 Vorrichtung R2 Vorrichtung In addition, by applying and / or integrating conductive structures in the structural element 1 , which is made of plastic, this can be used as an inductive and / or capacitive element to determine different parameters. LIST OF REFERENCE NUMBERS 1 structural element 2 annular flange 3 segment 4 Strain gauge structure 5 Through Hole 6 threaded holes 7 inside 8th outside 9 sensor structure 10 output 11 top 12 bottom 13 reinforcing element 14 Plastic housing R 1 contraption R 2 contraption

Claims (4)

Vorrichtung zum Messen von Querkräften, Drehmomenten, Kippmomenten, Torsionsmomenten, Zug- und Druckkräften oder Biegemomente mit einem Strukturelement (1), wobei das Strukturelement (1) im wesentlichen aus Kunststoff gebildet ist, wobei das Strukturelement (1) zumindest teilweise als Sensorstruktur ausgebildet ist, wobei das Strukturelement (1) kreisringartig oder linear ausgebildet ist, wobei das Strukturelement (1) in einzelne Segmente (3) unterteilt ist, wobei zwischen den einzelnen Segmenten (3) des Strukturelements (1) eine Dehnungsmessstruktur (4) ausgebildet ist, wobei die einzelnen Segmente (3) durch Dehnungsmessstrukturen (4) miteinander verbunden sind und wobei wenigstens ein Verstärkungselement (13) aus Metall mit einer Oberseite (11) oder einer Unterseite (12) des Strukturelements befestigt ist.Device for measuring transverse forces, torques, tilting moments, torsional moments, tensile and compressive forces or bending moments with a structural element ( 1 ) wherein the structural element ( 1 ) is formed substantially from plastic, wherein the structural element ( 1 ) is at least partially formed as a sensor structure, wherein the structural element ( 1 ) is annular or linear, wherein the structural element ( 1 ) into individual segments ( 3 ), whereby between the individual segments ( 3 ) of the structural element ( 1 ) a strain gauge structure ( 4 ), wherein the individual segments ( 3 ) by strain gauges ( 4 ) and at least one reinforcing element ( 13 ) of metal with a top ( 11 ) or a bottom ( 12 ) is attached to the structural element. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (3) Durchgangsbohrungen (5) oder Gewindebohrungen (6) aufweisen.Device according to claim 1, characterized in that the segments ( 3 ) Through holes ( 5 ) or tapped holes ( 6 ) exhibit. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein- oder beidseitig an einer Innenseite (7) und/oder Aussenseite (8) der Dehnungsmessstruktur (4) eine Sensorstruktur (9) vorgesehen ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that on one or both sides of an inner side ( 7 ) and / or outside ( 8th ) of the strain gauge structure ( 4 ) a sensor structure ( 9 ) is provided. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (1) über Verbindungen der Dehnungsstruktur (4) verfügt, die in einem Ausgang (10) enden.Device according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the structural element ( 1 ) via compounds of the expansion structure ( 4 ) located in an exit ( 10 ) end up.
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