DE102016217585B3 - Dehnungsmesstreifen sowie Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmessstreifens - Google Patents

Dehnungsmesstreifen sowie Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmessstreifens Download PDF

Info

Publication number
DE102016217585B3
DE102016217585B3 DE102016217585.8A DE102016217585A DE102016217585B3 DE 102016217585 B3 DE102016217585 B3 DE 102016217585B3 DE 102016217585 A DE102016217585 A DE 102016217585A DE 102016217585 B3 DE102016217585 B3 DE 102016217585B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
insulation layer
layer
insulating layer
resistance element
electrically conductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102016217585.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Alexander Hofmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority to DE102016217585.8A priority Critical patent/DE102016217585B3/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102016217585B3 publication Critical patent/DE102016217585B3/de
Priority to PCT/DE2017/100689 priority patent/WO2018050152A1/de
Priority to CN201780056243.9A priority patent/CN109690233A/zh
Priority to US16/320,513 priority patent/US11150073B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/18—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
    • G01L1/2293—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges of the semi-conductor type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dehnungsmessstreifen (10) zur Kraft- und Dehnungsmessung umfassend eine erste Isolationsschicht (12) einer Oberseite (16), ein auf der Oberseite (16) der ersten Isolationsschicht (12) angeordnetes Widerstandselement (18), eine auf dem Widerstandselement (18) angeordnete zweite Isolationsschicht (24), die zumindest abschnittsweise mit der ersten Isolationsschicht (12) verbunden ist, und eine auf der zweiten Isolationsschicht (24) angeordnete elektrisch leitfähige Schicht (26). Auf diese Weise wird ein Dehnungsmessstreifen bereitgestellt, der eine reduzierte Anfälligkeit für elektromagnetische Störfelder aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Dehnungsmessstreifen zur Kraft- und Dehnungsmessung, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmessstreifens.
  • Dehnungsmessstreifen (DMS) zum Messen von Bauteildehnungen sind allgemein bekannt. Derartige Dehnungsmessstreifen werden in der Regel auf eine Oberfläche eines zu untersuchenden Bauteils aufgeklebt. Der Dehnungsmessstreifen umfasst in der Regel ein Trägerelement aus einem Kunststoff und eine auf dem Trägerelement angeordnete elektrisch leitfähige Widerstandsschicht. Zum Schutz vor Feuchtigkeit wird die Widerstandssicht in der Regel durch eine äußere Kunststoffschicht geschützt. Somit ist die Widerstandsschicht zwischen dem Trägerelement und der äußeren Kunststoffschicht eingebettet.
  • Ein Dehnungsmessstreifen ist beispielsweise aus der DE 29 16 425 B1 und der DE 33 17 601 bekannt.
  • US 6,345,543 B1 zeigt einen Dehnungsmessstreifen mit einer ersten und einer zweiten Isolationsschicht und einer zwischen denselben angeordneten Widerstandsschicht. Die Isolationsschichten sind zumindest abschnittsweise miteinander verbunden.
  • Es besteht ein regelmäßiger Bedarf die Messgenauigkeit von Dehnungsmessstreifen zu erhöhen und Fehlmessungen zu reduzieren oder zu vermeiden.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Dehnungsmesstreifen und eine Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmessstreifens bereitzustellen, der eine erhöhte Messgenauigkeit und eine reduzierte Störanfälligkeit aufweist.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Dehnungsmessstreifen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmessstreifen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
  • Erfindungsgemäß ist ein Dehnungsmessstreifen zur Kraft- und Dehnungsmessung vorgesehen, umfassend eine erste Isolationsschicht mit einer Oberseite, ein auf der Oberseite der ersten Isolationsschicht angeordnetes Widerstandselement, eine auf dem Widerstandselement angeordnete zweite Isolationsschicht, die zumindest abschnittsweise mit der ersten Isolationsschicht verbunden ist, und eine auf der zweiten Isolationsschicht angeordnete elektrisch leitfähige Schicht.
  • Unter der ersten Isolationsschicht und/oder der zweiten Isolationsschicht ist eine nicht leitfähige bzw. isolierende Schicht zu verstehen. Vorzugsweise weist die erste Isolationsschicht und/oder die zweite Isolationsschicht ein Kunststoffmaterial auf. Besonders bevorzugt umfasst die erste Isolationsschicht und/oder die zweite Isolationsschicht Siliciumdioxid SiO2 und/oder Siliciumnitrid (Si3N4) und/oder Aluminiumoxid Al2O3. Vorzugsweise weist die erste Isolationsschicht das gleiche Material wie die zweite Isolationsschicht auf. Besonders bevorzugt ist die erste Isolationsschicht von der zweiten Isolationsschicht verschiedenartig ausgebildet.
  • Das Widerstandselement ist vorzugsweise ein Widerstandsdraht und/oder eine Widerstandsfolie und/oder eine Widerstandsschicht. Besonders bevorzugt weist das Widerstandselement Germanium und/oder Silicium auf. Der Widerstandsdraht hat vorzugsweise einen runden und/oder einen rechteckigen Querschnitt. Vorzugsweise wird der Widerstandsdraht aus der Gasphase abgeschieden und/oder mittels des chemical vapour deposition (CVD) hergestellt. Besonders bevorzugt wird der Widerstandsdraht mit einem Laser aus einer flächigen Struktur herausgearbeitet. Ganz besonders bevorzugt weist der Widerstandsdraht eine mäanderförmige Struktur und/oder mäanderförmige Musterung mit ein oder mehreren Schlaufen auf.
  • Unter der elektrisch leitfähigen Schicht ist eine jede Schicht zur Schirmung elektromagnetischer Strahlung zu verstehen. Besonders bevorzugt ist die elektrisch leitfähige Schicht eine leitfähige Folie, insbesondere eine Metallfolie, und/oder eine Metallschicht.
  • Zur Erfassung einer Bauteildehnungen und/oder eine Kraft bzw. eines Drehmoments wird der Widerstandswert des auf dem Bauteil angeordneten Dehnungsmessstreifen gemessen. Erfährt das zu untersuchende Bauteil beispielsweise aufgrund einer äußeren Krafteinwirkung eine Dehnung, wird die Widerstandsschicht ebenfalls gedehnt, wodurch sich der Widerstandswert der Widerstandsschicht entsprechend ändert. Der Widerstandswert wird durch Anlegen einer elektrischen Spannung gemessen. Bei der Erfindung wurde die Erkenntnis genutzt, dass elektromagnetische Störfelder im Umfeld des Dehnungsmessstreifens Einfluss auf die angelegte Spannung und somit einen Einfluss auf den gemessenen Widerstandswert haben können, wodurch das Messergebnis verfälscht wird. Auf der zweiten Isolationsschicht ist daher eine elektrisch leitfähige Schicht angeordnet, die eine Abschirmung für das Widerstandselement bereitstellt. Die elektrisch leitfähige Schicht ist nicht elektrisch leitend mit der Widerstandsschicht verbunden. Auf diese Weise können elektromagnetische Strahlen im Umfeld des Dehnungsmessstreifens durch die elektrisch leitfähige Schicht von dem Widerstandselement abgeschirmt werden, wodurch der Einfluss elektromagnetischer Störwirkungen beim Messen des Widerstandswerts des Widerstandselements reduziert und somit die Messgenauigkeit des Dehnungsmessstreifens erhöht werden kann.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die elektrisch leitfähige Schicht eine Grundfläche A1 aufweist und das Widerstandselement eine Grundfläche A2 aufweist, wobei das Verhältnis gilt A1 ≥ A2. Die Grundfläche A1 der elektrisch leitfähigen Schicht ist somit größer oder gleich der Grundfläche A2 des Widerstandselements. Auf diese Weise kann die elektrisch leitfähige Schicht das Widerstandselement vollständig überdecken. Besonders bevorzugt ist die Grundfläche A1 der elektrisch leitfähigen Schicht größer als die Grundfläche A2 des Widerstandselements und derart relativ zur Grundfläche A2 des Widerstandselements angeordnet, dass die Grundfläche A1 der elektrisch leitfähigen Schicht die Grundfläche A2 des Widerstandselements zumindest abschnittsweise und besonderes bevorzugt vollständig überragt.
  • Grundsätzlich kann die Grundfläche A1 der elektrisch leitfähigen Schicht kleiner oder gleich einer Grundfläche A3 der ersten Isolationsschicht sein. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Grundfläche A1 der elektrisch leitfähigen Schicht größer als die Grundfläche A3 der ersten Isolationsschicht ist. Auf diese Weise kann die elektrisch leitfähige Schicht derart relativ zur ersten Isolationsschicht angeordnet sein, dass die elektrisch leitfähige Schicht die erste Isolationsschicht zumindest abschnittsweise und besonders bevorzugt vollständig an den Seitenbereichen der ersten Isolationsschicht überragt. Vorzugsweise kann die elektrisch leitfähige Schicht mit den Bereichen, die die erste Isolationsschicht überragen, mit einem Grundkörper, auf dem der Dehnungsmessstreifen angeordnet ist, elektrisch leitend verbunden sein.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Widerstandselement in einem Muster auf der Oberseite der ersten Isolationsschicht angeordnet ist, so dass auf der Oberseite mit dem Widerstandselement bedeckte Abschnitte und widerstandselementfreie Abschnitte ausgebildet sind. In den widerstandselementfreien Abschnitten ist die zweite Isolationsschicht in einem direkten Kontakt mit der Oberseite der ersten Isolationsschicht. Besonders bevorzugt sind die widerstandselementfreien Abschnitte in einem Randbereich der Oberseite der ersten Isolationsschicht und/oder zwischen widerstandselementbedeckten Abschnitten ausgebildet. Auf diese Weise ist das Widerstandselement zwischen der ersten Isolationsschicht und der zweiten Isolationsschicht eingefasst, so dass das Widerstandselement vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor flüssigen und/oder feuchten Medien, geschützt werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Widerstandselement eine mäanderförmige Musterung aufweist. Das Widerstandselement weist somit vorzugsweise eine oder mehrere Schlaufen auf der Oberseite der ersten Isolationsschicht auf. Widerstandselementfreie Abschnitte sind somit bevorzugt zwischen den Schlaufen der mäanderförmigen Musterung und/oder im Randbereich der ersten Isolationsschicht ausgebildet.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erste Isolationsschicht auf einer der Oberfläche abgewandten Seite eine Unterseite aufweist, die zweite Isolationsschicht auf einer der Oberfläche der ersten Isolationsschicht abgewandten Seite eine Außenseite aufweist, die erste Isolationsschicht und die zweite Isolationsschicht wenigstens eine durchgehende Materialausnehmung aufweisen, die von der Außenseite der zweiten Isolationsschicht bis zur Unterseite der ersten Isolationsschicht geführt ist und im widerstandselementfreien Abschnitt angeordnet ist, und die leitfähige Schicht auf der Außenseite der zweiten Isolationsschicht und in der durchgehenden Materialausnehmung angeordnet ist und bis zur Unterseite der ersten Isolationsschicht geführt ist. Auf diese Weise kann die elektrische leitfähige Schicht im widerstandselementfreien Abschnitt von der Außenseite bis zur Unterseite der ersten Isolationsschicht geführt werden. Vorzugsweise weist der Dehnungsmesstreifen eine Mehrzahl durchgehender Materialausnehmungen auf, die von der Außenseite bis zur Unterseite in den widerstandselementfreien Abschnitten angeordnet sind. Ist der Dehnungsmessstreifen auf einem metallischen Grundkörper aufgebracht, kann die elektrisch leitfähige Schicht elektrisch leitfähig mit dem Grundkörper verbunden werden und einen Faraday'schen Käfig um das Widerstandselement bilden. Auf diese Weise kann die Abschirmungwirkung gegenüber elektromagnetischen Störungen erhöht werden.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass das Widerstandselement Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung des Widerstandselements aufweist und die zweite Isolationsschicht und die elektrisch leitfähige Schicht im Bereich der Kontaktelemente ausgespart ist. Auf diese Weise kann das Widerstandselement über die Kontaktelemente mit einer elektrischen Spannung versorgt werden.
  • Erfindungsgemäß ist zudem ein Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmessstreifens vorgesehen, wobei der Dehnungsmessstreifen eine erste Isolationsschicht mit einer Oberseite, ein auf der Oberseite der ersten Isolationsschicht angeordnetes Widerstandselement, eine auf dem Widerstandselement angeordnete zweite Isolationsschicht, die zumindest abschnittsweise mit der ersten Isolationsschicht verbunden ist, und eine auf der zweiten Isolationsschicht angeordnete elektrisch leitfähige Schicht aufweist, umfassend die Schritte:
    • a) Aufbringen einer ersten Isolationsschicht auf eine zu untersuchende Oberfläche eines Grundkörpers, wobei eine Unterseite der ersten Isolationsschicht mit dem Grundkörper im Kontakt ist;
    • b) Aufbringen eines Kontaktelemente aufweisenden Widerstandselements auf einer Oberseite der ersten Isolationsschicht, wobei die Oberseite auf einer der Unterseite abgewandte Seite angeordnet ist;
    • c) Aufbringen einer zweiten Isolationsschicht auf das Widerstandselement;
    • d) Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht auf die zweite Isolationsschicht.
  • Auf der zweiten Isolationsschicht wird somit eine elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht. Die elektrisch leitfähige Schicht ist nicht elektrisch leitfähig und/oder nicht elektrisch leitend mit dem Widerstandselement verbunden. Das heißt, dass zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem Widerstandselement eine isolierende Schicht, nämlich die zweite Isolationsschicht, angeordnet ist. Somit kann die elektrisch leitfähige Schicht als Abschirmung für das Widerstandselement gegenüber elektromagnetischer Störfelder, die in der Umgebung des Dehnungsmessstreifens Einfluss auf das Messergebnis haben können, wirken.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Isolationsschicht auf die Oberfläche eines metallischen Grundkörpers aufgedampft wird. Auf diese Weise kann vorzugsweise eine dünnschichtige erste Isolationsschicht auf die Oberfläche aufgetragen werden. Vorzugsweise wird die erste Isolationsschicht mit einer Materialstärke von < 1 μm auf den metallischen Grundkörper aufgetragen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Widerstandselement mit einem Muster auf die erste Isolationsschicht aufgebracht wird, so dass die erste Isolationsschicht einen mit einem Widerstandselement bedeckten Abschnitt und einen widerstandselementfreien Abschnitt aufweist. Der widerstandselementfreie Abschnitt ist vorzugsweise im Randbereich der Oberseite der ersten Isolationsschicht ausgebildet. Je nach Musterung des Widerstandselements können ein oder mehrere widerstandselementfreie Abschnitte zumindest abschnittsweise zwischen den mit dem Widerstandselement bedeckten Abschnitten angeordnet sein. Vorzugswiese weist das Widerstandselement eine mäanderförmige Musterung auf, die vorzugsweise eine oder mehrere Schlaufen aufweist.
  • Grundsätzlich kann das Widerstandselement ein Widerstandsdraht sein, der auf die erste Isolationsschicht aufgeklebt wird. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Widerstandselement derart hergestellt wird, dass eine Widerstandsschicht auf die erste Isolationsschicht kaschiert wird, und die Widerstandsschicht durch ausätzen gemustert wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Widerstandselement auf die erste Isolationsschicht in einem Muster aufgedampft und/oder durch Sputtern in einem Muster aufgebracht wird. Auf diese Weise kann das Widerstandselement vorzugsweise mit einer Materialstärke von < 1 μm auf die erste Isolationsschicht aufgebracht werden.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente des Widerstandselements vor dem Aufbringen der zweiten Isolationsschicht maskiert werden. Die Maskierung kann eine Beschichtung der Kontaktelemente mit der zweiten Isolationsschicht verhindern. Ebenso kann verhindert werden, dass die Kontaktelemente durch die elektrisch leitfähige Schicht kurzgeschlossen werden. Zum elektrischen Kontaktierung der Kontaktelemente wird die Maskierung nach dem Auftragen der elektrisch leitfähigen Schicht entfernt.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass vor dem Aufbringen der ersten Isolationsschicht eine Grundkörpermaskierung auf die Oberfläche des metallischen Grundkörpers im widerstandselementfreien Abschnitt aufgetragen wird, und die Grundkörpermaskierung vor dem Aufbringen der elektrisch leitfähigen Schicht entfernt wird. Auf diese Weise kann durch die Grundkörpermaskierung verhindert werden, dass in den Bereichen der Grundkörpermaskierung eine erste Isolationsschicht direkt auf die Oberfläche aufgetragen wird. Durch das Entfernen der Grundkörpermaskierung nach dem Auftragen der zweiten Isolationsschicht wird eine durchgehende Materialausnehmung in der ersten Isolationsschicht und der zweiten Isolationsschicht bereitgestellt. Auf diese Weise kann durch das Auftragen der elektrisch leitfähigen Schicht auf die zweite Isolationsschicht Material der elektrisch leitfähigen Schicht in die durchgehende Materialausnehmung bis zum Grundkörper gelangen, so dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem metallischen Grundkörper hergestellt werden kann.
  • Abschließend ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass vor dem Aufbringen der elektrisch leitfähigen Schicht wenigsten eine durchgehende Materialausnehmung im widerstandselementfreien Abschnitt, vorzugsweise durch ausätzen, ausgebildet wird.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
  • 1 einen Vertikalschnitt durch einen Dehnungsmessstreifen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
  • 2 einen Vertikalschnitt durch einen Dehnungsmessstreifen, wobei in einer ersten Isolationsschicht und einer zweiten Isolationsschicht eine durchgehende Materialausnehmung ausgebildet ist, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 3 ein Verfahren zum Herstellen eines Dehnungsmessstreifens, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 4 ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Dehnungsmessstreifens, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • In 1 ist ein Vertikalschnitt durch einen Dehnungsmessstreifen (DMS) 10 gezeigt. Der Dehnungsmessstreifen 10 umfasst eine erste Isolationsschicht 12, die eine Unterseite 14 und auf einer der Unterseite 14 abgewandten Seite eine Oberseite 16 aufweist. Auf der Oberseite 16 der ersten Isolationsschicht 12 ist ein Widerstandselement 18 angeordnet, wobei das Widerstandselement 18 Kontaktelemente (nicht dargestellt) zur elektrischen Kontaktierung des Widerstandselements 18 aufweist.
  • Das Widerstandselement 18 ist in einem Muster auf der Oberseite 16 der ersten Isolationsschicht 12 angeordnet, so dass auf der Oberseite 16 mit dem Widerstandselement 18 bedeckte Abschnitte 20 und widerstandselementfreie Abschnitte 22 ausgebildet sind. Vorliegend ist das Widerstandselement 18 mäanderförmig ausgebildet. Somit sind in einem Randbereich auf der Oberseite 16 und zumindest abschnittsweise zwischen den Schlaufen des mäanderförmigen Widerstandselements 18 widerstandselementfreie Abschnitte 22 auf der Oberseite 16 der ersten Isolationsschicht 12 ausgebildet.
  • Auf dem Widerstandselement 18 ist eine zweite Isolationsschicht 24 angeordnet, die in den widerstandselementfreien Abschnitten 22 mit der Oberseite 16 der ersten Isolationsschicht 12 verbunden ist. Auf der zweiten Isolationsschicht 24 ist eine elektrisch leitfähige Schicht 26 angeordnet. Die elektrisch leitfähige Schicht 26 ist als Metallschicht ausgebildet. Elektromagnetische Strahlen im Umfeld des Dehnungsmessstreifens 10, die einen Störwirkung auf die über die Kontaktelemente in das Widerstandselement 18 eingebrachte Spannung haben können, werden von der elektrisch leitfähigen Schicht abgeschirmt. Auf diese Weise kann die Störwirkung elektromagnetischer Strahlen beim Messen des Widerstandswerts des Widerstandselements 18 reduziert werden.
  • Der DMS 10 ist mit der Unterseite 14 auf einer Oberfläche 28 eines metallischen Grundkörpers 30 angeordnet.
  • In 2 ist der aus 1 bekannte DMS 10 gezeigt. Die zweite Isolationsschicht 24 weist auf einer der Oberseite 16 der ersten Isolationsschicht 12 abgewandten Seite eine Außenseite 32 auf. Im Unterschied zu dem aus 1 bekannten DMS 10 weist der in 2 gezeigte DMS 10 in den widerstandselementfreien Abschnitten 22 durchgehende Materialausnehmung 34 auf, die sich von der Außenseite 32 der zweiten Isolationsschicht 24 bis zur Unterseite 14 der ersten Isolationsschicht 12 erstrecken. Die leitfähige Schicht 26 ist auf der Außenseite 32 der zweiten Isolationsschicht 24 angeordnet und in den durchgehenden Materialausnehmungen 34 ausgebildet. Somit erstreckt sich die leitfähige Schicht 26 in den durchgehenden Materialausnehmungen 34 von der Außenseite 32 der zweiten Isolationsschicht 24 bis zur Unterseite 14 der ersten Isolationsschicht 12. Eine elektrisch leitfähige Verbindung der elektrisch leitfähigen Schicht 26 mit dem Widerstandselement 18 ist nicht gegeben.
  • Der Dehnungsmessstreifen 10 ist mit der Unterseite 14 auf dem metallischen Grundkörper 30 angeordnet. Die in den durchgehenden Materialausnehmungen 34 angeordnete elektrisch leitfähige Schicht 26, die bis zur Unterseite 14 geführt ist, ist somit elektrisch leitfähig mit dem metallischen Grundkörper 14 verbunden. Auf diese Weise bilden der Grundkörper 30 und die elektrische leitfähige Schicht 26 einen Faradayschen Käfig, der um das Widerstandselement 18 ausgebildet ist. Der Faradayische Käfig kann die Wirkung der Abschirmung gegenüber elektromagnetischen Störungen erhöhen.
  • In 3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmessstreifen 10 dargestellt. Das Verfahren umfasst den Schritt des Aufbringens einer ersten Isolationsschicht 100 auf eine zu untersuchende Oberfläche eines metallischen Grundkörpers. Die erste Isolationsschicht umfasst ein Material aus einem nichtleitenden Material und wird auf die Oberfläche aufgedampft. Die erste Isolationsschicht weist eine Unterseite auf, die mit der Oberfläche des metallischen Grundkörpers verbunden ist. Auf diese Weise kann die erste Isolationsschicht in einer Dicke von < 1 μm auf die Oberfläche des metallischen Grundkörpers aufgebracht werden.
  • In einem zweiten Schritt erfolgt das Aufbringen eines Kontaktelemente aufweisenden Widerstandselements 102 auf einer Oberseite der ersten Isolationsschicht, wobei die Oberseite auf einer der Unterseite abgewandten Seite der ersten Isolationsschicht angeordnet wird. Das Widerstandselement wird mäanderförmige auf die Oberseite der ersten Isolationsschicht aufgedampft. Auf diese Weise weist die Oberseite der ersten Isolationsschicht widerstandselementfreie Abschnitte und widerstandselementbedeckte Abschnitte auf.
  • In einem dritten Schritt erfolgt das Aufbringen einer zweiten Isolationsschicht auf das Widerstandselement 104, wobei in den widerstandselementfreien Abschnitten die zweite Isolationsschicht mit der Oberseite der ersten Isolationsschicht verbunden wird. Die zweite Isolationsschicht umfasst ein nichtleitendes Material und ist auf das Widerstandselement bzw. in den widerstandselementfreien Abschnitten auf die Oberfläche der ersten Isolationsschicht aufgedampft. Somit ist das Widerstandselement zwischen der ersten Isolationsschicht und der zweiten Isolationsschicht angeordnet.
  • In einem vierten Schritt erfolgt das Aufbringen einer elektrischen leitfähigen Schicht 106 auf die zweite Isolationsschicht. Die zweite leitfähige Schicht ist eine Metallschicht, die gegenüber elektromagnetischen Störfeldern aus einer Umgebung des Dehnungsmessstreifens eine abschirmende Wirkung aufweist.
  • 4 zeigt das aus 3 bekannte Verfahren zur Herstellung des Dehnungsmessstreifens, wobei das aus 3 bekannt Verfahren weitere Herstellungsschritte aufweist.
  • Vor dem Aufbringen der ersten Isolationsschicht 100 wird eine Grundkörpermaskierung auf die Oberfläche des metallischen Grundkörpers im widerstandselementfreien Abschnitt aufgetragen 108 wird. Auf diese Weise kann durch die Grundkörpermaskierung verhindert werden, dass in den Bereichen der Grundkörpermaskierung eine erste Isolationsschicht direkt auf die Oberfläche des metallischen Grundkörpers aufgetragen.
  • In einem weiteren Schritt ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente des Widerstandselements vor dem Aufbringen der zweiten Isolationsschicht maskiert 110 werden. Die Maskierung kann eine Beschichtung der Kontaktelemente mit der zweiten Isolationsschicht verhindern. Ebenso kann verhindert werden, dass die elektrischen Kontakte durch die elektrisch leitfähige Schicht kurzgeschlossen werden.
  • Dem Auftragen der zweiten Isolationsschicht 104 ist eine Entfernung der Grundkörpermaskierung 112 nachgeschaltet. Durch das Entfernen der Grundkörpermaskierung 112 wird eine durchgehende Materialausnehmung in der ersten Isolationsschicht und der zweiten Isolationsschicht hergestellt.
  • Die elektrisch leitfähige Schicht wird auf die zweite Isolationsschicht 106 aufgetragen. Im Bereich der durchgehenden Materialausnehmung kann die elektrisch leitfähige Schicht mit dem metallischen Grundkörper elektrisch leitfähig verbunden werden. Auf diese Weise kann durch den metallischen Grundkörper und die elektrisch leitfähige Schicht ein Faradayischer Käfig gebildet werden.
  • Nach dem Auftragen der zweiten Isolationsschicht 106 wird die Maskierung der Kontaktelemente entfernt 114, so dass die Kontaktelemente mit einem elektrischen Leiter zum Anlegen einer elektrischen Spannung an das Widerstandselement kontaktiert werden können.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Dehnungsmessstreifen
    12
    Erste Isolationsschicht
    14
    Unterseite
    16
    Oberseite
    18
    Widerstandselement
    20
    Widerstandselementbedeckter Abschnitt
    22
    Widerstandselementfreier Abschnitt
    24
    Zweite Isolationsschicht
    26
    Elektrisch leitfähige Schicht
    28
    Oberfläche
    30
    Grundkörper
    32
    Außenseite
    34
    Materialausnehmung
    100
    Aufbringen erste Isolationsschicht
    102
    Aufbringen Widerstandselement
    104
    Aufbringen zweite Isolationsschicht
    106
    Aufbringen elektrisch leitfähige Schicht
    108
    Aufbringen Grundkörpermaskierung
    110
    Aufbringen Kontaktmaskierung
    112
    Entfernung Grundkörpermaskierung
    114
    Entfernung Kontaktmaskierung

Claims (10)

  1. Dehnungsmessstreifen (10) zur Kraft- und Dehnungsmessung umfassend eine erste Isolationsschicht (12) mit einer Oberseite (16), ein auf der Oberseite (16) der ersten Isolationsschicht (12) angeordnetes Widerstandselement (18), eine auf dem Widerstandselement (18) angeordnete zweite Isolationsschicht (24), die zumindest abschnittsweise mit der ersten Isolationsschicht (12) verbunden ist, und eine auf der zweiten Isolationsschicht (24) angeordnete elektrisch leitfähige Schicht (26).
  2. Dehnungsmessstreifen nach Anspruch 1, wobei das Widerstandselement (18) in einem Muster auf der Oberseite (16) der ersten Isolationsschicht (12) angeordnet ist, so dass auf der Oberseite (16) mit dem Widerstandselement (18) bedeckte Abschnitte (20) und widerstandselementfreie Abschnitte (22) ausgebildet sind.
  3. Dehnungsmessstreifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Isolationsschicht auf einer der Oberfläche abgewandten Seite eine Unterseite aufweist, die zweite Isolationsschicht (24) auf einer der Oberfläche (16) der ersten Isolationsschicht (12) abgewandten Seite eine Außenseite (32) aufweist, die erste Isolationsschicht (12) und die zweite Isolationsschicht (24) wenigstens eine durchgehende Materialausnehmung (34) aufweisen, die von der Außenseite (32) der zweiten Isolationsschicht (24) bis zur Unterseite (14) der ersten Isolationsschicht (12) geführt ist und im widerstandselementfreien Abschnitt (22) angeordnet ist, und die leitfähige Schicht (24) auf der Außenseite (32) der zweiten Isolationsschicht (24) und in der durchgehenden Materialausnehmung (34) angeordnet ist.
  4. Dehnungsmessstreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (18) eine mäanderförmige Musterung aufweist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmessstreifens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend die Schritte: a) Aufbringen einer ersten Isolationsschicht (100) auf eine zu untersuchende Oberfläche eines Grundkörpers, wobei eine Unterseite der ersten Isolationsschicht mit dem Grundkörper im Kontakt ist; b) Aufbringen eines Kontaktelemente aufweisenden Widerstandselements (102) auf eine Oberseite der ersten Isolationsschicht, wobei die Oberseite auf einer der Unterseite abgewandte Seite angeordnet ist; c) Aufbringen einer zweiten Isolationsschicht (104) auf das Widerstandselement; d) Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht (106) auf die zweite Isolationsschicht.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Isolationsschicht auf die Oberfläche eines metallischen Grundkörpers aufgedampft wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement auf die erste Isolationsschicht in einem Muster aufgedampft und/oder durch Sputtern in einem Muster aufgebracht wird, so dass auf der ersten Isolationsschicht widerstandselementbedeckte Abschnitte und widerstandselementfreie Abschnitte ausgebildet sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der ersten Isolationsschicht eine Grundkörpermaskierung auf die Oberfläche des metallischen Grundkörpers im widerstandselementfreien Abschnitt der ersten Isolationsschicht aufgetragen (108) wird, und die Grundkörpermaskierung vor dem Aufbringen der elektrisch leitfähigen Schicht entfernt wird (112).
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der elektrisch leitfähigen Schicht wenigsten eine durchgehende Materialausnehmung im widerstandselementfreien Abschnitt der ersten Isolationsschicht, vorzugsweise durch Ausätzen, ausgebildet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente des Widerstandselements (110) vor dem Aufbringen der zweiten Isolationsschicht maskiert werden.
DE102016217585.8A 2016-09-15 2016-09-15 Dehnungsmesstreifen sowie Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmessstreifens Active DE102016217585B3 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016217585.8A DE102016217585B3 (de) 2016-09-15 2016-09-15 Dehnungsmesstreifen sowie Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmessstreifens
PCT/DE2017/100689 WO2018050152A1 (de) 2016-09-15 2017-08-16 Dehnungsmesstreifen sowie verfahren zur herstellung eines dehnungsmessstreifens
CN201780056243.9A CN109690233A (zh) 2016-09-15 2017-08-16 应变片以及用于制造应变片的方法
US16/320,513 US11150073B2 (en) 2016-09-15 2017-08-16 Strain gauge having first and second insulation layers and method for producing such a strain gauge

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016217585.8A DE102016217585B3 (de) 2016-09-15 2016-09-15 Dehnungsmesstreifen sowie Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmessstreifens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016217585B3 true DE102016217585B3 (de) 2017-08-03

Family

ID=59328199

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016217585.8A Active DE102016217585B3 (de) 2016-09-15 2016-09-15 Dehnungsmesstreifen sowie Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmessstreifens

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11150073B2 (de)
CN (1) CN109690233A (de)
DE (1) DE102016217585B3 (de)
WO (1) WO2018050152A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021098903A1 (de) * 2019-11-22 2021-05-27 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Flexibles getriebebauteil und verfahren zur herstellung eines getriebebauteils
DE102020120113A1 (de) 2020-07-30 2021-07-22 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Präzisionsbauteil und Verfahren zur Aufbringung eines Sensorelements auf ein Präzisionsbauteil

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2916425B1 (de) * 1979-04-23 1980-07-17 Siemens Ag Dehnungsmessstreifen und Verfahren zu seiner Herstellung
DE3317601A1 (de) * 1983-05-14 1984-11-15 Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg Dehnungsmessstreifen und verfahren zu seiner herstellung
EP0129166A2 (de) * 1983-06-13 1984-12-27 Tokyo Electric Co., Ltd. Kraftmessdose
EP0053337B1 (de) * 1980-11-29 1987-05-20 Tokyo Electric Co., Ltd. Lastmessvorrichtung und ihr Herstellungsverfahren
US6345543B1 (en) * 1998-10-06 2002-02-12 Takata Corporation Seat weight measuring apparatus

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3431114A1 (de) * 1984-08-24 1986-03-06 Vdo Adolf Schindling Ag, 6000 Frankfurt Elektrischer widerstand
DE4404716A1 (de) * 1994-02-15 1995-08-17 Hottinger Messtechnik Baldwin Dehnungsmeßstreifen und Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmeßstreifens sowie Meßgrößenaufnehmer
CA2320857A1 (en) * 1998-02-18 1999-08-26 Honeywell Data Instruments, Inc. Electrically insulated strain gage
DE10113474B4 (de) * 2001-03-17 2007-09-13 Siemens Ag Elektrische Schaltung
US6933051B2 (en) * 2002-08-17 2005-08-23 3M Innovative Properties Company Flexible electrically conductive film
JP2006156946A (ja) 2004-11-04 2006-06-15 Kitagawa Ind Co Ltd 電磁波シールドフィルム
EP1811278A4 (de) * 2004-12-20 2009-04-29 Panasonic Corp Stammsensor und herstellungsverfahren dafür
DE102005026243B4 (de) * 2005-06-07 2018-04-05 Snaptrack, Inc. Elektrisches Bauelement und Herstellungsverfahren
US20100162823A1 (en) * 2008-12-26 2010-07-01 Yamaha Corporation Mems sensor and mems sensor manufacture method
DE102009027382A1 (de) * 2009-07-01 2011-01-05 Robert Bosch Gmbh Elektronisches Bauteil mit EMV-Schutz
CN102004010B (zh) * 2009-09-01 2014-02-26 广东乐心医疗电子股份有限公司 测力传感器以及包括该传感器的称重装置
DE102012208492A1 (de) * 2012-05-22 2013-11-28 Continental Teves Ag & Co. Ohg Dehnmessstreifenanordnung
CN102783955B (zh) * 2012-07-27 2014-07-02 中国科学院电工研究所 一种压力分布检测装置
CN103047927B (zh) * 2012-12-18 2016-03-02 无锡莱顿电子有限公司 陶瓷基底压阻式应变片
CN103257008A (zh) * 2013-05-24 2013-08-21 无锡市崇安区科技创业服务中心 一种压力传感器
US20150300324A1 (en) * 2014-04-18 2015-10-22 Ashish Bhimrao Kharkar Electromagnetic shielding of a strain gauge in a wind power installation
CN105424238B (zh) * 2015-12-08 2018-07-27 北京金风科创风电设备有限公司 应力应变传感器
CN105783696A (zh) * 2016-04-25 2016-07-20 天津大学 一种基于柔性电容的应变传感器及其制造和测试方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2916425B1 (de) * 1979-04-23 1980-07-17 Siemens Ag Dehnungsmessstreifen und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0053337B1 (de) * 1980-11-29 1987-05-20 Tokyo Electric Co., Ltd. Lastmessvorrichtung und ihr Herstellungsverfahren
DE3317601A1 (de) * 1983-05-14 1984-11-15 Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg Dehnungsmessstreifen und verfahren zu seiner herstellung
EP0129166A2 (de) * 1983-06-13 1984-12-27 Tokyo Electric Co., Ltd. Kraftmessdose
US6345543B1 (en) * 1998-10-06 2002-02-12 Takata Corporation Seat weight measuring apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021098903A1 (de) * 2019-11-22 2021-05-27 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Flexibles getriebebauteil und verfahren zur herstellung eines getriebebauteils
DE102020120113A1 (de) 2020-07-30 2021-07-22 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Präzisionsbauteil und Verfahren zur Aufbringung eines Sensorelements auf ein Präzisionsbauteil

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018050152A1 (de) 2018-03-22
US20190249978A1 (en) 2019-08-15
US11150073B2 (en) 2021-10-19
CN109690233A (zh) 2019-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1535035B1 (de) Feuchtigkeitsschutz für einen elektromechanischen wandler
DE2919418C2 (de)
EP1144968B1 (de) Platintemperatursensor und herstellungsverfahren für denselben
DE19825761C2 (de) Vorrichtung zum Erfassen einer Dehnung und/oder einer Stauchung eines Körpers
DE102016108985A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements mittels Laserstrukturierung
DE2741055A1 (de) Duennfilm-dehnungsmess-streifen und verfahren zu seiner herstellung
EP1560011A1 (de) Dehnmessstreifen mit Feuchtigkeitsschutz durch inhomogene anorganische Schicht auf glättender Polymerschicht (ORMOCER) und Schlitzanordnung
EP2904363B1 (de) Drucksensor mit deckschicht
DE102005052732A1 (de) Kapazitiver Feuchtesensor
DE112012002363T5 (de) Luftfeuchtigkeitssensor und Verfahren zu dessen Fertigung
WO1998031998A1 (de) Halbleiter-drucksensor
DE102016217585B3 (de) Dehnungsmesstreifen sowie Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmessstreifens
DE112011105592B4 (de) Halbleitereinrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102014223314A1 (de) Wippeneinrichtung für einen mikromechanischen Z-Sensor
DE112011105438B4 (de) Durchflussmengenmesser
DE102005040055A1 (de) Feuchtigkeitssensor
DE2548060C2 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102011015081B4 (de) Sensorfaser sowie Sensorfaseranordnung
EP3631354B1 (de) Mehrgitter-dehnungsmessstreifen und metallband mit solch einem dehnungsmessstreifen
EP0992778A2 (de) Sensor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102007035997A1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße
DE102013114615A1 (de) Drucksensor und Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors
EP0191899B1 (de) Sensor zur Messung elektrischer Eigenschaften im elektrischen Feld
DE102017203536A1 (de) Sensorelement mit Drahtführung
DE4233153C2 (de) Kalorimetrischer Durchflußmesser und Verfahren zu seiner Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final