DE102008037572A1

DE102008037572A1 - force sensor

Info

Publication number: DE102008037572A1
Application number: DE102008037572A
Authority: DE
Inventors: Norbert Koczwara
Original assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Current assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2009-08-06
Also published as: WO2009095326A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftsensor mit einem Gehäuse, welches an zwei voneinander weg weisenden Gehäuseseiten Krafteinleitungsabschnitte aufweist. Es wird ein Kraftsensor vorgeschlagen, mit einer biegeelastischen kreisscheibenförmigen Biegeplatte (5), die mit einem Rand fest mit einem Gehäuseteil (4) des Kraftsensors verbunden ist, mit einem senkrecht zur Flächenerstreckung der Biegeplatte (5) angreifenden Krafteinleitungsorgan (6) und mit Mitteln (13, 15, 16) zum Messen der Durchbiegung der Biegeplatte (5).The invention relates to a force sensor with a housing which has force introduction sections on two sides facing away from one another housing sides. A force sensor is proposed with a flexurally elastic circular disk-shaped bending plate (5) which is connected with an edge fixed to a housing part (4) of the force sensor, with a force introduction element (6) acting perpendicular to the surface extension of the bending plate (5) and with means ( 13, 15, 16) for measuring the deflection of the bending plate (5).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftsensor mit einem Gehäuse, welches an zwei voneinander weg weisenden Gehäuseseiten Krafteinleitungsabschnitte aufweist.The The invention relates to a force sensor with a housing, which on two facing away from each other housing sides Having force introduction sections.

Kraftsensoren werden insbesondere in der Medizintechnik benötigt. Bei Dosierspritzen wird der Kolben von einem langsam laufenden Motor kontinuierlich in den Zylinder verlagert, um die sich im Zylinder befindliche Flüssigkeit dosiert abzugeben. Um Störungen rechtzeitig zu erkennen, soll zwischen Kolben und Kolbenantrieb ein Kraftsensor angeordnet sein. Kraftsensoren werden darüber hinaus auch für Druckwächter verwendet.force sensors are needed especially in medical technology. at Metering is the piston of a slow-running engine continuously displaced in the cylinder to get in the cylinder dispensed metered liquid. To disturbances To recognize in time, should between piston and piston drive a force sensor may be arranged. Force sensors are about it also used for pressure monitors.

Im Stand der Technik sind Drucksensoren bekannt. Diese Drucksensoren besitzen einen monolithischen Keramikkörper mit topfförmiger Ausgestaltung. Der Topfboden bildet eine Biegeplatte aus, die sich je nach aufgebrachtem Druck durchbiegt. Einen piezoelektrischen Boden zeigt die US 4,594,898 .In the prior art pressure sensors are known. These pressure sensors have a monolithic ceramic body with cup-shaped design. The pot bottom forms a bending plate, which bends depending on the applied pressure. A piezoelectric bottom shows the US 4,594,898 ,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten Kraftsensor anzugeben.Of the Invention is based on the object, a simple design Specify force sensor.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei jeder Anspruch eine eigenständige Lösung der Aufgabe darstellt.Solved The object is achieved by the specified in the claims Invention, each claim being an independent solution represents the task.

Zunächst und im wesentlichen ist ein Kraftsensor mit einer biegeelastischen Biegeplatte vorgesehen. Diese Biegeplatte ist mit einem Rand fest mit einem Gehäuseteil des Kraftsensors verbunden. Die Biegeplatte kann balkenförmig oder kreisscheibenförmig. Sie kann vollumfänglich mit ihrem Rand mit dem Gehäuseteil verbunden sein. Sie kann aber auch nur mit einem oder zwei sich gegenüberliegenden Rändern mit dem Gehäuseteil verbunden sein. Die folgen den Merkmale sind optionale Weiterbildungen der Erfindung. Auf das Zentrum oder einen anderen Abschnitt der Biegeplatte wirkt gegebenenfalls unter Zwischenlage einer Kunststoffscheibe ein Krafteinleitungsorgan. Das Krafteinleitungsorgan wirkt mit einer gekrümmten Fläche auf die Biegeplatte. Je nach aufgebrachtem Druck biegt sich die Biegeplatte durch. Es sind Mittel vorgesehen, um die Durchbiegung der Biegeplatte zu messen. Bei diesen Mitteln kann es sich um piezoresistive Widerstände handeln, die an verschiedenen Orten auf der krafteinleitungsabgewandten Seite der Biegeplatte angeordnet sind. Es können gleich große oder verschieden große Felder im Siebdruckverfahren aufgebracht werden. Diese können elektrisch in Form einer Brückenschaltung miteinander verschaltet sein. Die Widerstände dieser derartig auf die Oberfläche der Biegeplatte aufgebrachten Felder verändern sich biegungsabhängig. Ferner ist vorgesehen, die Durchbiegung mittels Dehnungsmessstreifen zu messen. Alternativ dazu kann die Biegeplatte auch eine Metallbeschichtung besitzen. Diese Metallbeschichtung kann mit einer zweiten Metallschicht einen Kondensator bilden. Bei einer Durchbiegung der Biegeplatte ändert sich der Abstand der beiden Metallschichten, so dass sich die Kapazität dieses Kondensators ändert. Es ist auch möglich, durch Reflektion die Durchbiegung optisch zu messen. Bei dem Krafteinleitungsorgan handelt es sich im einfachsten Falle um eine Kugel. Ein Oberflächenabschnitt der Kugel drückt gegen die Biegeplatte. Der gegenüberliegende Abschnitt der Kugel ragt durch eine Öffnung eines Gehäusedeckels und bildet eine Krafteinleitungszone. Die Biegeplatte kann Teil eines Keramikkörpers sein. Der Keramikkörper besitzt eine Topfform. Die Biegeplatte bildet den Topfboden und ist fest mit dem Zylinderabschnitt des Keramikkörpers verbunden. Es kann sich hier um einen monolithischen Keramikkörper insbesondere einen Al₂O₃-Körper handeln. Um Flächenpressungsmaxima zu vermeiden, liegt zwischen Krafteinleitungsfläche der Kugel und Biegeplatte eine Kunststoffscheibe. Die Kunststoffscheibe ist biegeweicher als die Biegeplatte.First and foremost, a force sensor with a flexurally elastic bending plate is provided. This bending plate is connected to one edge fixed to a housing part of the force sensor. The bending plate can be bar-shaped or circular disk-shaped. It can be fully connected with its edge with the housing part. But it can also be connected to the housing part only with one or two opposite edges. The following features are optional developments of the invention. If necessary, with the interposition of a plastic disc, a force introduction member acts on the center or another section of the bending plate. The force introduction member acts with a curved surface on the bending plate. Depending on the applied pressure, the bending plate bends through. Means are provided to measure the deflection of the bending plate. These means may be piezoresistive resistors which are arranged at different locations on the force introduction side facing away from the bending plate. Equally large or different sized fields can be applied by screen printing. These can be interconnected electrically in the form of a bridge circuit. The resistances of these fields applied to the surface of the bending plate change depending on the bend. It is further provided to measure the deflection by means of strain gauges. Alternatively, the flexure plate may also have a metal coating. This metal coating may form a capacitor with a second metal layer. With a deflection of the bending plate, the distance between the two metal layers changes, so that the capacitance of this capacitor changes. It is also possible to optically measure the deflection by reflection. The force introduction element is in the simplest case a ball. A surface portion of the ball presses against the bending plate. The opposite portion of the ball protrudes through an opening of a housing cover and forms a force introduction zone. The bending plate may be part of a ceramic body. The ceramic body has a pot shape. The bending plate forms the bottom of the pot and is firmly connected to the cylinder portion of the ceramic body. This may be a monolithic ceramic body, in particular an Al ₂ O ₃ body. To avoid surface pressure maxima, lies between the force introduction surface of the ball and bending plate, a plastic disc. The plastic disc is more flexible than the bending plate.

In dem Gehäuse kann eine Schaltung angeordnet sein, die die von den piezoresistiven Messaufnehmern gelieferten Werte umwandelt. Die Kunststoffscheibe ist nicht notwendig, wenn das Krafteinleitungsorgan mit einer gekrümmten Fläche unmittelbar das Zentrum der Biegeplatte beaufschlagt. Der entsprechende Abschnitt des Krafteinleitungsorgans kann weich ausgebildet sein. Er kann aber auch eine schwach gekrümmte Oberfläche besitzen, deren Krümmungskontur der Biegekontur der maximal durchgebogenen Biegeplatte entspricht. Dadurch schmiegt sich die Krafteinleitungszone der Konturlinie der durchbogenen Biegeplatte an und vergrößert so mit zunehmend eingeleiteter Kraft die Auflagefläche und hält damit die Flächenpressung auf einem niedrigen Niveau. Bei dem Krafteinleitungsorgan kann es sich um einen Stempel oder um eine Stahlkugel handeln.In The housing may be arranged a circuit which the converted from the piezoresistive sensors supplied values. The plastic disc is not necessary if the force introduction member with a curved surface immediately the center the bending plate acted upon. The corresponding section of the force application body may be soft. But he can also be a slightly curved one Have surface whose curvature contour of the Bending contour of the maximum bent bending plate corresponds. This nestles is the force application zone of the contour line of the arcuate bending plate and thus increases with increasingly initiated Force the bearing surface and thus holds the surface pressure at a low level. With the force introduction organ it can be a stamp or a steel ball.

Die Biegeplatte kann eine runde Scheibe sein. Sie ist dann vorzugsweise mit ihrem gesamten Rand mit dem sie umgebenden Gehäuseteil verbunden. Diese Verbindung kann materialeinheitlich sein. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Biegeplatte ein Biegebalken ist. Dieser ist bevorzugt lediglich mit zwei einander gegenüberliegenden Enden mit dem Gehäuse fest verbunden. Der Biegebalken hat bevorzugt eine im wesentlichen rechteckige Umrisskontur, so dass zwei sich gegenüberliegende Rechteckseiten, die insbesondere die Schmalseiten sind, mit dem Gehäuseteil verbunden sind. Die beiden diese Verbindungsstellen miteinander verbindenden Rechteckseiten sind nicht mit dem Gehäuseteil verbunden, so dass sich der Biegebalken frei durchbiegen kann. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Biegebalken von dem Boden einer topfförmigen Öffnung gebildet sein. Die beiden freien Randkanten des Biegebalkens können durch einen Freischnitt gebildet werden. Der Freischnitt wird vorzugsweise von zwei parallel zueinander verlaufenden Schlitzen gebildet. In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass der Biegebalken flächig mit einer Platine verbunden ist, die auch andere elektronische Schaltungselemente trägt. Die Sensoren, um die Durchbiegung des Biegebalkens zu messen, können dabei auf der Platine angeordnet sein, die sich mit dem Biegebalken mitbiegt. Auch hier sind Dehnungsmessstreifen als Messorgane vorgesehen.The bending plate can be a round disc. It is then preferably connected with its entire edge with the surrounding housing part. This compound can be of the same material. In a further development of the invention it is provided that the bending plate is a bending beam. This is preferably firmly connected to the housing only with two opposite ends. The bending beam preferably has a substantially rectangular outline contour, so that two opposite sides of the rectangle, which are in particular the narrow sides, are connected to the housing part. The two of these connecting points interconnecting rectangular sides are not connected to the housing part, so that the bending beam can bend freely. Also in this Ausfüh For example, the bending beam may be formed from the bottom of a cup-shaped opening. The two free marginal edges of the bending beam can be formed by a free cut. The free cut is preferably formed by two mutually parallel slots. In a further variant, it is provided that the bending beam is connected flat to a circuit board, which also carries other electronic circuit elements. The sensors to measure the deflection of the bending beam can be arranged on the board, which bends with the bending beam. Here, too, strain gauges are provided as measuring organs.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:embodiments The invention will be described below with reference to the accompanying drawings explained. Show it:

1 im Querschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel; 1 in cross section a first embodiment;

2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in 1; 2 a section along the line II-II in 1 ;

3 eine Darstellung gemäß 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels; 3 a representation according to 1 a second embodiment;

4 eine Darstellung gemäß 1 eines dritten Ausführungsbeispiels; 4 a representation according to 1 a third embodiment;

5 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Darstellung gemäß 3; 5 A fourth embodiment of the invention in a representation according to 3 ;

6 eine Unteransicht gemäß Pfeil VI in 5 und 6 a bottom view according to arrow VI in 5 and

7 eine Draufsicht gemäß Pfeil VII in 5. 7 a plan view according to arrow VII in 5 ,

Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sitzt innerhalb eines aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material bestehenden Gehäuses 1 ein Keramikkörper 3. Der Keramikkörper 3 besteht aus Aluminiumoxid und besitzt eine Topfform. Der äußere Boden des Keramikkörpers 3 sitzt auf einer umlaufenden Stufe des Gehäuses 1 derart auf, dass der dünnwandige Topfboden sich durchbiegen kann. Innerhalb des Hohlraumes des monolithisch kristallinen Keramikkörpers 3 befindet sich eine Kunststoffscheibe 8, die sich über die gesamte zylindrische eine Biegeplatte 5 ausbildende Bodenfläche des Kera mikkörpers 3 erstreckt. Das Zentrum der Kunststoffscheibe 8, die biegeweicher ist als die Biegeplatte 5, wird von einer gekrümmten Fläche 7 beaufschlagt. Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Krafteinleitungsorgan 6 eine Kugel. Diese liegt in der Höhlung des Topfes des Keramikkörpers 3, also innerhalb des Zylinderabschnittes 4 ein. Die Kunststoffscheibe 8 kann auch kleiner sein als die Biegeplatte 5. Die Kunststoffscheibe 8 besitzt dann einen kleineren Durchmesser als der Durchmesser der Membrane 5. Im Randbereich kann die Kunststoffscheibe 8 auch eine Phase besitzen.In the in the 1 illustrated embodiment is seated within a housing made of plastic or other suitable material 1 a ceramic body 3 , The ceramic body 3 consists of aluminum oxide and has a pot shape. The outer bottom of the ceramic body 3 sits on a circumferential step of the housing 1 such that the thin-walled bottom of the pot can bend. Within the cavity of the monolithic crystalline ceramic body 3 there is a plastic disc 8th extending over the entire cylindrical a bending plate 5 forming bottom surface of the Kera mikkörpers 3 extends. The center of the plastic disc 8th that is softer than the bending plate 5 , is made by a curved surface 7 applied. In the in the 1 illustrated embodiment is the force introduction member 6 a ball. This lies in the hollow of the pot of the ceramic body 3 , ie within the cylinder section 4 one. The plastic disc 8th can also be smaller than the bending plate 5 , The plastic disc 8th then has a smaller diameter than the diameter of the membrane 5 , In the edge area, the plastic disc 8th also own a phase.

Das Gehäuse 1 ist mit einem Deckel 2 versehen, welches im Zentrum eine Öffnung 9 besitzt. Durch diese Öffnung ragt eine Kuppelfläche der Stahlkugel 6. Der durch die Öffnung 9 hindurchragende Abschnitt bildet einen Krafteinleitungsabschnitt 10 aus.The housing 1 is with a lid 2 provided, which has an opening in the center 9 has. Through this opening protrudes a dome surface of the steel ball 6 , The one through the opening 9 projecting portion forms a force introduction portion 10 out.

Der Boden des Gehäuses 1, der der Öffnung 9 gegenüberliegt, bildet ebenfalls einen Krafteinleitungsabschnitt 11 aus.The bottom of the case 1 , the opening 9 is opposite, also forms a force introduction section 11 out.

In einem Zwischenraum zwischen dem Boden des Gehäuses 1 und der Biegeplatte 5 ist eine elektronische Schaltung 12 auf einer Platine angeordnet. Diese ist elektrisch leitend mit einer Widerstandsanordnung auf der äußeren Seite der Biegeplatte 5 verbunden.In a space between the bottom of the case 1 and the bending plate 5 is an electronic circuit 12 arranged on a circuit board. This is electrically conductive with a resistance arrangement on the outer side of the bending plate 5 connected.

Wie aus der 2 ersichtlich ist, sind auf die äußere Seite der Biegeplatte 5 insgesamt vier Widerstandsflächen 13 aufgedruckt. Die Widerstandsflächen 13 sind aus einem Material gefertigt, welches in einem pastösen Zustand aufgebracht wird. Das Material erstarrt und hat in erstarrtem Zustand eine piezoresistive Eigenschaft. Die so gefertigten Widerstände 13 ändern ihren Widerstand, wenn sich die Biegeplatte 5 durchbiegt. Durch eine geeignete Beschaltung, beispielsweise Brückenschaltung kann die Widerstandsänderung, die zufolge des Durchbiegens eintritt, gemessen werden. Temperatureinflüsse können dadurch kompensiert werden.Like from the 2 it can be seen are on the outer side of the bending plate 5 a total of four resistance surfaces 13 printed. The resistance surfaces 13 are made of a material which is applied in a pasty state. The material solidifies and has a piezoresistive property when solidified. The resistors made in this way 13 change their resistance when the bending plate 5 sags. By a suitable wiring, for example, bridge circuit, the resistance change, which occurs due to the bending, can be measured. Temperature influences can be compensated.

Die Funktion des in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels ist die folgende:
Wird auf die Krafteinleitungszone 10 der Kugel 6 eine mit F bezeichnete Kraft aufgebracht, so entsteht auf der gegenüberliegenden Krafteinleitungszone 11 eine gleich große Gegenkraft F. Diese Kraft bewirkt, dass sich die gekrümmte Fläche 7 der Kugel 6 in die Kunststoffscheibe 8 eindrückt. Die Kraft wird weiter über das Zentrum in die Biegeplatte 5 eingeleitet. Letztere verbiegt sich.The function of the in the 1 and 2 illustrated embodiment is the following:
Will be on the force application zone 10 the ball 6 applied a force designated F, arises on the opposite force application zone 11 an equal counterforce F. This force causes the curved surface 7 the ball 6 in the plastic disc 8th presses. The force continues through the center into the bending plate 5 initiated. The latter bends.

Bei dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Krafteinleitungsorgan anders gestaltet. Am Ende eines Schaftes sitzt ein Stempel 14, der sich im wesentlichen über den gesamten Querschnitt der Höhlung des Keramikkörpers 3 erstreckt. Er besitzt eine flach gekrümmte Anlagefläche 7, mit der der Stempel 14 unmittelbar an der Innenseite der Biegeplatte 5 anliegt. Der Krümmungsverlauf der Fläche 7 ist an die Krümmungsquerschnittskontur der Biegeplatte 5 angepasst, wenn diese maximal gekrümmt ist. Hierdurch entsteht eine minimierte Flächenpressung bei der Kraftbeaufschlagung.In the in the 3 illustrated embodiment, the force introduction member is designed differently. At the end of a shaft sits a stamp 14 which extends substantially over the entire cross section of the cavity of the ceramic body 3 extends. He has a flat curved contact surface 7 with which the stamp 14 directly on the inside of the bending plate 5 is applied. The curvature of the surface 7 is to the curvature cross section contour of the bending plate 5 adjusted if this is maximum curved. This creates a minimized surface pressure during the application of force.

Bei dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Biegeplatte 5 zudem mit einer leitenden Schicht 15 beschichtet. Es handelt sich hier um eine Metallschicht.In the in the 3 illustrated embodiment, the bending plate 5 also with a conductive layer 15 coated. This is a metal layer.

Eine der Biegeplatte 5 beabstandete Oberfläche, im Ausführungsbeispiel die Bodenfläche des Gehäuses 1, ist ebenfalls mit Metall beschichtet. Diese parallel zur Beschichtung 15 verlaufende Metallschicht 16 bildet zusammen mit der Schicht 15 einen Plattenkondensator. Biegt sich die Biegeplatte 5 durch, so verändert sich die Kapazität des Plattenkondensators. Die Kapazitätsänderung kann in bekannter Weise, beispielsweise mittels eines Schwingkreises gemessen werden.One of the bending plate 5 spaced surface, in the embodiment, the bottom surface of the housing 1 , is also coated with metal. These parallel to the coating 15 extending metal layer 16 forms together with the layer 15 a plate capacitor. Bends the bending plate 5 through, the capacitance of the plate capacitor changes. The capacitance change can be measured in a known manner, for example by means of a resonant circuit.

Bei dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich eine Überlastsicherung vorgesehen. Hier stützt sich der Keramikkörper 3 nicht auf einen umlaufenden Rand des Gehäuses 1, sondern auf Federelementen 17 am Boden des Gehäuses ab. Wird jetzt auf den Kugelscheitel 11 des Krafteinleitungsorgans 6 eine Kraft aufgebracht, so durchbiegt sich nicht nur die Biegeplatte 5. Es werden vielmehr auch die Federelemente 17 komprimiert, was mit einer Entfernung des Keramikkörpers 3 von der Öffnung 9 einhergeht. Die Kugel 10 taucht also nicht nur zufolge der Durchbiegung der Biegeplatte 5 tiefer in die Öffnung 9 ein, sondern auch zufolge der Ausweichbewegung des gesamten Keramikkörpers 3 gegen die Federelemente 17. Dies erfolgt solange, bis der Scheitel der Kugel 6 bündig in der Öffnung 9 einliegt. Werden dann höhere Kräfte auf den Sensor ausgeübt, so werden diese direkt in das Gehäuse 1 eingeleitet, so dass die Maximalbeanspruchung der Biegeplatte 5 begrenzt ist.In the in the 4 illustrated embodiment, an overload protection is additionally provided. Here the ceramic body is supported 3 not on a circumferential edge of the housing 1 but on spring elements 17 at the bottom of the case. Now on the ball apex 11 of the force initiation body 6 applied a force, so not only bends the bending plate 5 , Rather, it will be the spring elements 17 compressed, resulting in a removal of the ceramic body 3 from the opening 9 accompanied. The ball 10 So dive not only because of the deflection of the bending plate 5 deeper into the opening 9 but also because of the evasive movement of the entire ceramic body 3 against the spring elements 17 , This is done until the apex of the ball 6 flush in the opening 9 rests. If then higher forces are exerted on the sensor, they are directly in the housing 1 initiated, so that the maximum stress of the bending plate 5 is limited.

Bei dem in den 5 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Biegeplatte 5 anders als bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen nicht kreisförmig gestaltet und mit ihrem gesamten kreisförmigen Rand mit dem zylindrischen Körper 4 verbunden. Bei dem in den 5 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Biegeplatte 5 vielmehr von einem Biegebalken ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Gehäuseteil 4, welches die Höhlung ausbildet, in welcher der Stempel 14 angeordnet ist, rechteckig gestaltet. Der Boden dieser Höhlung wird auch hier von der Biegeplatte 5 ausgebildet. Die Biegeplatte 5 hat einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Die beiden sich gegenüberliegenden Schmalseiten 5 der Biegeplatte 5 sind mit dem Gehäuseteil 4 fest verbunden. Die dazu quer verlaufenden Rechteckseiten 5'' der Biegeplatte 5 sind hingegen nicht mit dem Gehäuseteil 4 verbunden. Diese freien Ränder 5'' der Biegeplatte 5 werden durch Freischnitte 18 ausgebildet.In the in the 5 and 7 illustrated embodiment, the bending plate 5 unlike the previously described embodiments, not circular in shape and with its entire circular edge with the cylindrical body 4 connected. In the in the 5 to 7 illustrated embodiment, the bending plate 5 rather, formed by a bending beam. In this embodiment, the housing part 4 which forms the cavity in which the stamp 14 arranged, rectangular shaped. The bottom of this cavity is also here of the bending plate 5 educated. The bending plate 5 has a substantially rectangular cross-section. The two opposite narrow sides 5 the bending plate 5 are with the housing part 4 firmly connected. The rectangular sides that run across it 5 '' the bending plate 5 are not on the other hand with the housing part 4 connected. These free edges 5 '' the bending plate 5 become by free cuts 18 educated.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das Material des Gehäuses 4 und der materialeinheitlich mit dem Gehäuse 4 verbundenen Biegeplatte 5 aus einem keramischen Hybrid. Die Freischnitte 18, die sich im wesentlichen über die gesamte Längserstreckung des Bodens der Höhlung des Gehäuses 4 erstrecken, werden bevorzugt nach dem Fertigen des von den Dichtschichthybriden gebildeten Gehäuses 4 gefertigt. Dies kann durch Einschneiden bspw. mit einem Laserstrahl erfolgen.Also in this embodiment, the material of the housing 4 and the same material with the housing 4 connected bending plate 5 from a ceramic hybrid. The free cuts 18 extending substantially over the entire longitudinal extent of the bottom of the cavity of the housing 4 extend are preferred after the manufacture of the housing formed by the sealing layer hybrids 4 manufactured. This can be done by cutting eg. With a laser beam.

Wie aus der 5 ferner ersichtlich ist, ist das keramische Gehäuse 4 in ein Kunststoffgehäuse 1 eingebettet, welches auch den Deckel 2 ausbildet. Der Deckel 2 hat auch hier eine Öffnung 9, durch welche das Krafteinleitungsorgan 10 herausragt, welches fest mit dem Stempel 14 verbunden ist.Like from the 5 Further, it is apparent that the ceramic housing 4 in a plastic housing 1 embedded, which also has the lid 2 formed. The lid 2 also has an opening here 9 through which the force introduction organ 10 sticking out, which stuck with the stamp 14 connected is.

Der 7 ist zu entnehmen, dass das Krafteinleitungsorgan 10 breiter ist als die Biegeplatte 5.Of the 7 it can be seen that the force application organ 10 wider than the bending plate 5 ,

Der die Biegeplatte 5 und das die Höhlung ausbildende Gehäuse 4 ausbildende Keramikkörper ist derart auf eine Platine 19 aufgeklebt, dass die Durchbiegung des Biegebalkens 5 zu einer partiellen Durchbiegung der Platine 19 führt. Hierzu ist die nach außen weisende Fläche des Biegebalkens 5 flächig mit der Oberseite der Platine 19 verbunden. Die Platine 19 besitzt ebenfalls Freischnitte, die sich an der Stelle der Freischnitte 18 befinden und etwas größer sind.The bending plate 5 and the cavity forming housing 4 forming ceramic body is so on a board 19 glued on that the deflection of the bending beam 5 to a partial deflection of the board 19 leads. This is the outwardly facing surface of the bending beam 5 flat with the top of the board 19 connected. The board 19 also has free cuts, which are in place of the free cuts 18 are located and are slightly larger.

Auf der dem Biegebalken 5 abgewandten Seite trägt die Platine 19 eine DMS-Brücke. Diese ist zwischen den beiden Schlitzen angeordnet und in der Lage, die Durchbiegung der Platine 19 in elektrische Werte umzuwandeln. Zur Auswertung dieser elektrischen Werte dient eine Schaltung 20, die ebenfalls auf der Platine angeordnet ist.On the bending beam 5 opposite side carries the board 19 a strain gauge bridge. This is arranged between the two slots and capable of deflecting the board 19 to convert into electrical values. A circuit is used to evaluate these electrical values 20 , which is also arranged on the board.

Auch bei dem in den 5 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Kraftsensor, der bei der Überwachung einer automatischen Infusionsvorrichtung verwendet wird. Dort werden zum Beispiel Spritzen motorisch angetrieben, damit sie über einen langen Zeitraum bei konstantem Durchfluss ein Medikament injizieren. Es können unter anderem zwei verschiedene Störungen auftreten: Der Druck im Schlauch auf dem Weg zur Infusionsnadel nimmt ab, weil beispielsweise der Vorrat aufgebraucht ist, oder der Druck nimmt zu, weil beispielsweise eine Verstopfung vorliegt oder der Schlauch geknickt wird. Beide Störfälle können mittels einer der zuvor beschriebenen Anordnungen überwacht werden. Die Überwachung erfolgt, indem der Schlauch zur Injektionsnadel durch eine Überwachungseinheit geführt wird.Also in the in the 5 to 7 illustrated embodiment is a force sensor used in the monitoring of an automatic infusion device. For example, syringes are powered by a motor to inject a drug at constant flow over a long period of time. There may be, inter alia, two different disorders: The pressure in the tube on the way to the infusion needle decreases because, for example, the supply is used up, or the pressure increases because, for example, there is a blockage or the tube is kinked. Both incidents can be monitored by means of one of the previously described arrangements. Monitoring takes place by guiding the hose to the injection needle through a monitoring unit.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.All disclosed features are essential to the invention. The disclosure content of the associated / attached priority documents (Ab of the pre-application), also for the purpose of including features of these documents in claims of the present application.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- US 4594898 [0003]

Claims

Force sensor with a flexurally elastic circular disk-shaped bending plate ( 5 ), with one edge fixed to a housing part ( 4 ) of the force sensor is connected, with a perpendicular to the surface extension of the bending plate ( 5 ) attacking force ( 6 ) and with funds ( 13 . 15 . 16 ) for measuring the deflection of the bending plate ( 5 ).

Force sensor according to claim 1 or in particular according thereto, characterized in that the bending plate ( 5 ) of the same material with a housing part ( 4 ) connected is.

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the housing part ( 4 ) together with the bending plate ( 5 ) a ceramic body ( 3 ) is formed in particular from Al ₂ O ₃ .

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the force introduction member ( 6 ) with a rounded section ( 7 ) on the bending plate ( 5 ) attacks.

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the force introduction member ( 6 ) in one of the housing part ( 4 ) trained cavity engages.

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the rounded portion (FIG. 7 ) is formed by a spherical surface.

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the contour of the curved surface ( 7 ) of the contour line of a maximum flexed bending plate ( 5 ) is approximated.

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the edge of the bending plate ( 5 ) completely with the housing part ( 4 ) and in particular runs on a circular line.

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the bending plate ( 5 ) only on two opposite edges on the housing part ( 4 ) is attached.

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the bending plate ( 5 ) between two free cuts ( 18 ) extending bending beam is.

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized by a force introduction element ( 6 ) and bending plate ( 5 ) arranged disc ( 8th ), which is more flexible than the bending plate ( 5 ).

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the disc ( 8th ) one in the cavity of the housing ( 4 ) whose bottom at least partially covering plastic disc ( 8th ).

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the means for measuring the deflection of the bending plate ( 5 ) Piezoresistors are.

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the means for measuring the deflection of the bending plate ( 5 ) Strain gages ( 13 ) are.

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the bending plate ( 5 ) a metal coating ( 15 ), which is part of a plate capacitor ( 15 . 16 ).

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized by a spring element ( 17 ) trained overload protection, wherein the spring element ( 17 ) is arranged in the force path of the force sensor and the maximum displacement path of the force introduction member ( 6 ) limited.

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that a force introduction section ( 10 ) of the force initiation body ( 6 ) through an opening ( 9 ) of the housing ( 2 ) and when reaching the limit force flush in the plane of the housing opening ( 9 ) lies.

Force sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the force introduction element ( 6 ) one in a pot opening of the housing ( 4 ) embedded steel ball ( 6 ) which is provided with a force introduction section ( 10 ) through a housing opening ( 9 ) protrudes.

Force sensor according to one or more of preceding claims or in particular according thereto, characterized by a on the the force application member ( 6 ) opposite side of the bending plate ( 5 ), with the bending plate ( 5 ) surface-connected board ( 19 ), which funds ( 13 ) for measuring the deflection and which in addition an electronic circuit elements ( 20 ) wearing.