DE102020116119A1 - Kraftmesssystem mit komplexen Widerständen - Google Patents

Kraftmesssystem mit komplexen Widerständen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftmesssystem umfassend eine Sensoreinrichtung 7 und eine Auswerteeinrichtung 8, die in einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Kraftmesssystems gemeinsam einen elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreis ausbilden. Der Speiseanschluss ist dazu ausgebildet, in dem Betriebszustand eine Wechsel-Versorgungsspannung an den Mess-Auswerte-Schaltkreis auszugeben, wobei dieser eine mit dem Speiseanschluss verbundene Einspeiseschnittstelle aufweist, die dergestalt korrespondierend zu einer von der Sensoreinrichtung 7 umfassten Anschlussschnittstelle ausgebildet ist, dass in dem Betriebszustand die Sensoreinrichtung 7 durch das Zusammenwirken von Anschlussschnittstelle und Einspeiseschnittstelle mit Wechselspannung mit einer Wechselspannungsfrequenz versorgt ist, die insbesondere zwischen 1 und 100 MHz liegt, wobei in dem Betriebszustand ein durch die Wechselspannung verursachter Wechselstrom durch das Widerstandsbauteil fließt, wobei die Auswerteeinrichtung 8 dazu ausgebildet ist, in dem Betriebszustand ein von dem Wechselstrom abhängiges Wechselstrom- oder Wechselspannungs-Sensorsignal zu erfassen und den Messwert in Abhängigkeit von diesem Sensorsignal auszugeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftmesssystem mit einer Sensoreinrichtung und einer Auswerteeinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie verschiedene Verwendungen des Systems und ein Verfahren zum Messen einer auf eine Vorrichtung aufgebrachten Kraft.
  • Im Stand der Technik sind bereits eine Vielzahl an Kraftmesssystemen bekannt, die dazu geeignet sind, einen Messwert zur Kennzeichnung einer Kraft auszugeben, die auf ein Sensorbauteil des Systems aufgebracht wird bzw. an diesem anliegt. Dabei ist es weithin bekannt, dass das Sensorbauteil des Kraftmesssystems als ein Widerstandsbauteil ausgestaltet ist, das einen elektrischen Widerstand aufweist, der durch eine mechanische Kraftbelastung des Widerstandsbauteils veränderbar ist. Ein solches Widerstandsbauteil ist üblicherweise in einen elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreis des Kraftmesssystems integriert. Das Grundprinzip solcher Kraftmesssysteme besteht darin, dass der Mess-Auswerte-Schaltkreis in einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Kraftmesssystems über einen Speiseanschluss mit einer Versorgungsspannung versorgt wird, so dass in diesem Betriebszustand über den elektrischen Widerstand des Widerstandsbauteils hinweg ein Strom durch das Widerstandsbauteil fließt. Der Mess-Auswerte-Schaltkreis ist dabei so ausgebildet, dass er eine Information ausgibt, die den elektrischen Widerstand des Widerstandsbauteils kennzeichnet. Beispielsweise kann sich diese Information auf eine Veränderung des elektrischen Widerstands oder auf einen Absolutwert des elektrischen Widerstands beziehen. Diese Information wird zur Kennzeichnung der auf das Widerstandsbauteil aufgebrachten mechanischen Kraft verwendet.
  • Gattungsgemäße Kraftmesssysteme mit entsprechenden Mess-Auswerte-Schaltkreisen und Widerstandsbauteilen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Beispielsweise sind in DE 10 2008 041 771 B4 Beispiele für ein entsprechendes Widerstandsbauteil und für die Gestaltung geeigneter Mess-Auswerte-Schaltkreise angegeben. Als Widerstandsbauteil wird üblicherweise ein Dehnungsmessstreifen (DMS) verwendet. Ein solcher DMS verändert seinen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von einer mechanischen Kraftbelastung. Beispielsweise sind DMS bekannt, bei denen eine geometrische Verformung eine Veränderung des Leiterquerschnitts und somit der Stromdichte und hierdurch eine Veränderung des Widerstands bewirkt. Beispielsweise sind DMS bekannt, bei denen eine Kraftbelastung eine Veränderung ihrer Kristallstruktur und dadurch eine Veränderung ihres elektrischen Widerstands bewirkt. Die üblicherweise verwendeten Mess-Auswerte-Schaltkreise basieren üblicherweise auf einem Brückenschaltungsprinzip, beispielsweise gemäß einer Wheatstone'schen Brücke. Eine solche Brückenschaltung weist eine Mehrzahl an parallelen Brückenarmen auf, in denen jeweils Widerstände in Reihe geschaltet sind, wobei an den Armen ein Mittenabgriff zwischen zwei Widerständen der Arme erfolgt. Zumindest einer der Widerstände der Brückenschaltung, oftmals auch mehrere Widerstände der Brückenschaltung, sind als ein wie erläutert ausgestaltetes Widerstandsbauteil ausgebildet, dessen elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von dem Einfluss einer auf das Widerstandsbauteil wirkenden mechanischen Kraft verändert. Durch Differenzmessung zwischen den Mittenabgriffen wird ein Sensorsignal erzeugt, das anschließend elektronisch aufbereitet wird, wobei das sich aus der elektronischen Aufbereitung ergebende Messsignal als Messwert für die an dem bzw. den Widerstandsbauteilen anliegenden Kraft ausgegeben wird. Die elektronische Aufbereitung erfolgt auf für den Fachmann bekannte Weise, beispielsweise unter Verwendung einer elektronischen Verstärkerkomponente. In dem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Kraftmesssystems wird dabei auf die Brückenschaltung eine Gleichspannung aufgebracht, die zu einer entsprechenden abgegriffenen Differenzgleichspannung führt, die anschließend wie erläutert elektronisch aufbereitet wird. Beispiele für die Ausgestaltung gattungsgemäßer elektromechanischer Mess-Auswerte-Schaltkreise mit entsprechenden Widerstandsbauteilen umfassend die elektronische Aufbereitung des Differenzsignals sind beispielsweise in dem genannten Dokument DE 10 2008 041 771 B4 angegeben, dessen Offenbarungsgehalt diesbezüglich in die vorliegende Beschreibung mitaufgenommen wird.
  • Gattungsgemäße Kraftmesssysteme sind grundsätzlich mit ihrem elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreis für die präzise Ermittlung von auch kleinen mechanischen Kräften geeignet. Allerdings ergeben sich bei der Verwendung gattungsgemäßer Kraftmesssysteme in unterschiedlichsten Bereichen verschiedene Probleme. So erfordert beispielsweise eine Verwendung des Kraftmesssystems zur Messung einer Kraft in reaktiven Umgebungen, die beispielsweise durch das Vorhandensein eines Gases oder eines Fluids mit entsprechenden Eigenschaften gegebenen sein können, eine vollständige Kapselung des gesamten Kraftmesssystems, um einer Beschädigung der elektronischen Komponenten des Systems vorzubeugen. Darüber hinaus sind die elektronischen Komponenten zur Aufbereitung des abgegriffenen Signals kostenintensiv, was die Verwendung von Kraftmesssystemen in weitläufigen Anwendungsgebieten, beispielsweise zum Überwachen von Drücken in Gasleitungen, sehr kostspielig macht. Ferner weist das abgegriffene Signal zumeist ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis auf, was die Auswertung des Signals erschwert. Darüber hinaus muss bei gattungsgemäßen Kraftmesssystemen auch die Übertragung des zur Kennzeichnung der Kraft ausgegebenen Messwerts gewährleistet werden, beispielsweise mittels Funk. Hierzu ist bei gattungsgemäßen Kraftmesssystemen, insbesondere bei einer Verkapselung, ein Funkmodul in einer Auswerteeinheit des Systems vorzusehen, in der die elektronische Aufbereitung erfolgt und die den Messwert ausgibt. Dies führt zum einen zu weiter erhöhten Herstellungskosten, zum anderen zu einem hohen Energieverbrauch, da neben der Gleichspannungsversorgung des Mess-Auswerte-Schaltkreises eine Versorgung des Funkmoduls gewährleistet werden muss.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftmesssystem und ein Verfahren zur Ermittlung einer auf eine Vorrichtung aufgebrachten Kraft bereitzustellen, mit dem zumindest ein Nachteil gattungsgemäßer Systeme bzw. Verfahren zumindest teilweise behoben werden kann.
  • Als eine Lösung der beschriebenen der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe schlägt die Erfindung ein Kraftmesssystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 vor. Das erfindungsgemäße Kraftmesssystem umfasst eine Sensoreinrichtung und eine Auswerteeinrichtung. In einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Kraftmesssystems, in dem das Kraftmesssystem bestimmungsgemäß verwendet wird und somit zur Ermittlung einer mechanischen Kraft eingesetzt werden kann, bilden die Sensoreinrichtung und die Auswerteeinrichtung gemeinsam einen elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreis aus, dessen elektrische Eigenschaften durch mechanische Krafteinwirkung veränderbar sind. Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung sind somit in dem Betriebszustand miteinander verbunden, beispielsweise über herkömmliche elektromagnetische Kopplung. Der Mess-Auswerte-Schaltkreis umfasst zumindest ein Widerstandsbauteil, das einen elektrischen Widerstand aufweist, der durch Aufbringen einer mechanischen Kraft auf das Widerstandbauteil veränderbar ist. Der elektromechanische Mess-Auswerte-Schaltkreis weist üblicherweise wie zu gattungsgemäßen Kraftmesssystemen erläutert mehrere Widerstände auf, wobei besonders bevorzugt mehrere dieser Widerstände jeweils durch ein Widerstandsbauteil ausgebildet sind. Die Auswerteeinrichtung ist in dem Betriebszustand dazu ausgebildet, einen von dem elektrischen Widerstand des Widerstandsbauteils abhängigen Messwert zur Kennzeichnung der auf das Widerstandsbauteil aufgebrachten Kraft auszugeben. Dieser Messwert kann beispielsweise ein Spannungswert oder ein Stromwert sein. Der Messwert kann direkt zur Kennzeichnung der Kraft verwendet werden, beispielsweise zur Kennzeichnung einer Veränderung der an dem Widerstandsbauteil anliegenden Kraft oder zur Kennzeichnung eines Kraftbetrags der Kraft. Das Kraftmesssystem weist ferner einen Speiseanschluss auf, der zum Versorgen des elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreises geeignet ist und bestimmungsgemäß hierzu dient. Über den Speiseanschluss wird dem Mess-Auswerte-Schaltkreis die für den Betrieb und somit zur Kennzeichnung der Kraft über den Messwert erforderliche elektrische Energie zugeführt. Besonders bevorzugt ist das Kraftmesssystem so ausgebildet, dass in dem bestimmungsgemäßen Betriebszustand der Mess-Auswerte-Schaltkreis ausschließlich über den Speiseanschluss elektrische Energie erhält. Erfindungsgemäß ist der Speiseanschluss dazu ausgebildet, in dem Betriebszustand an eine Wechsel-Versorgungsspannungsquelle angeschlossen zu sein und eine von der Wechsel-Versorgungsspannungsquelle erzeugte Wechsel-Versorgungsspannung an den Mess-Auswerte-Schaltkreis auszugeben, wobei das Kraftmesssystem eine mit dem Speiseanschluss verbundene Einspeiseschnittstelle aufweist, die dergestalt korrespondierend zu einer von der Sensoreinrichtung umfassten Anschlussschnittstelle ausgebildet ist, dass in dem Betriebszustand die Sensoreinrichtung durch das Zusammenwirken von Anschlussschnittstelle und Einspeiseschnittstelle mit Wechselspannung mit einer Wechselspannungsfrequenz versorgt ist. Die Wechselspannungsfrequenz liegt bevorzugt zwischen 1 MHz und 100 MHz, besonders bevorzugt zwischen 3 MHz und 50 MHz. Das erfindungsgemäße Kraftmesssystem ist somit so ausgestaltet, dass es geeignet ist, den bestimmungsgemäßen Betriebszustand einzunehmen, in dem der Speiseanschluss eine Wechsel-Versorgungspannung an den Mess-Auswerte-Schaltkreis ausgibt, wobei der Speiseanschluss selbst in dem Betriebszustand von der genannten Wechsel-Versorgungsspannungsquelle versorgt ist. Bevorzugt umfasst das Kraftmesssystem die Wechsel-Versorgungsspannungsquelle. Dabei weist das Kraftmesssystem eine Einspeiseschnittstelle auf, die zum einen mit dem Speiseanschluss verbunden ist und zum anderen korrespondierend zu einer von der Sensoreinrichtung umfassten Anschlussschnittstelle ausgebildet ist. Einspeiseschnittstelle und Anschlussschnittstelle sind dabei dergestalt korrespondierend zueinander ausgebildet, dass über das Zusammenwirken von Einspeiseschnittstelle und Anschlussschnittstelle die Sensoreinrichtung in dem Betriebszustand mit elektrischer Energie versorgt ist, wobei besonders bevorzugt die Sensoreinrichtung ausschließlich mit elektrischer Energie versorgt ist, die durch das Zusammenwirken von Einspeiseschnittstelle und Anschlussschnittstelle an sie geleitet wird. In einer Ausführungsform ist die Einspeiseschnittstelle direkt am Speiseanschluss vorgesehen. In einer Ausführungsform ist die Einspeiseschnittstelle innerhalb des Mess-Auswerte-Schaltkreises vorgesehen, beispielsweise in dem von der Auswerteeinrichtung ausgebildeten Teil des Mess-Auswerte-Schaltkreises. In jedem Fall ist das Kraftmesssystem dergestalt ausgebildet, dass es die Eignung aufweist, dass bei Anliegen einer Wechselversorgungsspannung an dem Speiseanschluss in dem bestimmungsgemäßen Betriebszustand durch das Verbundensein der Einspeiseschnittstelle mit dem Speiseanschluss und durch die korrespondierende Ausgestaltung von Einspeiseschnittstelle und Anschlussschnittstelle die Sensoreinrichtung mit Wechselspannung mit einer Wechselspannungsfrequenz versorgt ist. Die Wechselspannung, mit der die Sensoreinrichtung wie erläutert in dem Betriebszustand versorgt ist, kann beispielsweise von der Wechsel-Versorgungsspannung abhängig sein, beispielsweise mit einer durch die elektronischen Komponenten des Mess-Auswerte-Schaltkreises festgelegten Abhängigkeit. Beispielsweise kann hierzu der Mess-Auswerte-Schaltkreis einen AC-AC-Wandler oder einen Transformator oder einen Widerstand aufweisen, jedenfalls jedoch solche elektronischen Komponenten, die die Abhängigkeit der Wechselspannung von der Wechsel-Versorgungsspannung direkt festlegen. Beispielsweise kann die Wechselspannung mit der Wechsel-Versorgungsspannung identisch sein. Erfindungsgemäß fließt in dem Betriebszustand ein durch die Wechselspannung verursachter Wechselstrom durch das Widerstandsbauteil, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, in dem Betriebszustand ein von dem Wechselstrom abhängiges Wechselstrom- oder Wechselspannungs-Sensorsignal zu erfassen und den Messwert in Abhängigkeit von diesem Sensorsignal (d. h. Wechselstrom- oder Wechselspannungs-Sensorsignal) auszugeben. Das erfindungsgemäße Kraftmesssystem ist somit dazu eingerichtet, dass in dem bestimmungsgemäßen Betriebszustand eine Wechselversorgungsspannung von dem Speiseanschluss an den Mess-Auswerte-Schaltkreis ausgegeben wird, durch das Zusammenwirken von Anschlussschnittstelle und Einspeiseschnittstelle eine Wechselspannung, insbesondere in dem angegebenen Frequenzbereich, an die Sensoreinrichtung ausgegeben wird, ein durch die Wechselspannung verursachter Wechselstrom durch das Widerstandsbauteil fließt und ein von diesem Wechselstrom abhängiges Sensorsignal von der Auswerteeinrichtung erfasst wird und der Messwert, der die Kraft kennzeichnet, in Abhängigkeit von diesem Sensorsignal ausgegeben wird.
  • In Abkehr von herkömmlichen Kraftmesssystemen, bei denen ein Gleichstrom durch ein Widerstandsbauteil fließt und anhand des Gleichstroms ein Messwert zur Kennzeichnung einer Kraft gewonnen wird, beruht das erfindungsgemäße Kraftmesssystem auf dem Prinzip, dass in einem Widerstandsbauteil ein Wechselstrom erzeugt wird und in direkter Abhängigkeit von dem Wechselstrom ein Messwert zur Kennzeichnung der an dem Widerstandsbauteil anliegenden Kraft gewonnen wird. Selbstverständlich umfasst die Erfindung Ausführungsformen, bei denen in dem Mess-Auswerte-Schaltkreis mehrere Widerstandsbauteile vorgesehen sind, die jeweils einen elektrischen Widerstand aufweisen, der durch eine mechanische Kraftbelastung des jeweiligen Widerstandsbauteils veränderbar ist, wobei durch jedes der Widerstandsbauteile in dem bestimmungsgemäßen Betriebszustand jeweils ein Wechselstrom fließt, der durch die Wechselspannung erzeugt ist, mit dem die Sensoreinrichtung in dem Betriebszustand versorgt ist, wobei, insbesondere wie zu gattungsgemäßen Kraftmesssystemen erläutert, durch Vergleichsbildung, insbesondere Differenzbildung zwischen an den Widerstandsbauteilen vorgenommenen Abgriffen der Messwert zur Kennzeichnung der Kraft erzeugt und ausgegeben wird. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass allgemein das erfindungsgemäße Kraftmesssystem Eigenschaften aufweisen kann, die oben im Zusammenhang mit gattungsgemäßen Kraftmesssystemen erläutert sind.
  • Das erfindungsgemäße Kraftmesssystem bringt im Vergleich zu herkömmlichen Kraftmesssystemen wesentliche Vorteile mit sich. Indem ein Sensorsignal erfasst wird, das direkt von einem Wechselstrom abhängt, der durch das Widerstandsbauteil fließt, kann die Erfassung des Sensorsignals zur Ermittlung einer auf das Widerstandsbauteil aufgebrachten mechanischen Kraft auf einfache Weise unter Nutzung von herkömmlichen Wechselspannungsübertragungselektroniken erfolgen. Darüber hinaus kann das Widerstandsbauteil komplexe Widerstände ausbilden, d. h. Widerstände mit einem Widerstand Z=R+jX mit einem Realteil R und einem Imaginärteil X, wobei Realteil R und Imaginärteil X auf beliebige Beträge eingestellt werden können, beispielsweise kann auch einer von ihnen den Betrag 0 aufweisen. Dies ermöglicht eine wesentlich größere Bandbreite an Widerstandsbauteilen, insbesondere Widerstandsbauteile umfassend Spulen und/oder Kondensatoren. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftmesssystem kann aufgrund der Verwendung einer Wechselspannung und des Auslesens eines Wechselstroms darüber hinaus auf besonders einfache Weise sowohl das Versorgen der Sensoreinrichtung mit elektrischer Energie als auch das Auslesen des Sensorsignals erfolgen. Beispielsweise kann hierzu das Widerstandsbauteil selbst unmittelbar eine entsprechende Schnittstelle aufweisen, beispielsweise indem das Widerstandsbauteil als Schwingkreis oder als Teil eines Schwingkreises oder als Spule oder als Kondensator ausgebildet und auf eine korrespondierende Schnittstelle des Kraftmesssystems abgestimmt ist, über die das Auslesen des Sensorsignals zum Ermitteln des genannten Messwerts zur Kennzeichnung der Kraft erfolgt. Allgemein kann der Mess-Auswerte-Schaltkreis dank des erfindungsgemäßen Prinzips auf einfache Weise unter Realisierung von drahtlosen Schnittstellen ausgebildet sein, über die sowohl jegliche Energieversorgung der Sensoreinrichtung als auch das Auslesen des Sensorsignals erfolgt, wobei diese Schnittstellen beispielsweise durch eine Spule und/oder einen Kondensator ausgebildet sein können. Das erfindungsgemäße Kraftmesssystem kann somit zum einen unter Verwendung von kostengünstigen und einfachen elektronischen Komponenten realisierbar sein, zum anderen kann das erfindungsgemäße Kraftmesssystem auf einfache Weise auch bei Vorsehen einer eingekapselten Sensoreinrichtung eine einfache drahtlose Energieübertragung und Ausleseübertragung gewährleisten, und darüber hinaus kann das Kraftmesssystem besonders energiesparend ausgebildet sein, da unter Vermeidung von kostspieligen Komponenten, insbesondere unter Vermeidung von beispielsweise AC-DC-Wandlern, das Widerstandsbauteil ausgehend von dem Speiseanschluss mit Energie versorgt werden kann und das Sensorsignal ausgelesen werden kann. Darüber hinaus kann mit dem erfindungsgemäßen System auf einfache Weise aus dem Sensorsignal ein Signal mit einem guten Signal-Rausch-Verhältnis erzeugt werden, aus dem dann der Messwert bestimmt werden kann. Dabei ist zu berücksichtigen, dass in dem erfassten Sensorsignal zumeist nicht nur ein „Nutzsignal“ enthalten ist, das den Widerstand des Widerstandsbauteils indiziert, sondern auch Störsignale wie Rauschen und Netzbrummen enthalten sind. Diese Störsignale sind über einen weiten Frequenzbereich verteilt. Das erfasste Sensorsignal ist bevorzugt direkt abhängig von der Wechselspannungsfrequenz, insbesondere proportional zu der Wechselspannungsfrequenz, beispielsweise bei Vorsehen einer Wheatstone'schen Brückenschaltung in dem Mess-Auswerte-Schaltkreis, die von der Wechselspannung versorgt wird und an der das Sensorsignal abgegriffen wird. Allgemein kann bei dem erfindungsgemäßen System somit das Sensorsignal mit einer Frequenz moduliert sein, die der Wechselspannungsfrequenz entspricht oder direkt von dieser abhängt. Der Frequenzbereich des „Nutzsignals“ ist daher stark eingeengt. Daher kann durch einfache elektronische Schaltung das Signal-Rausch-Verhältnis signifikant verbessert werden, insbesondere durch eine Mittelung, beispielsweise durch ein RC-Glied. Ferner bietet das erfindungsgemäße System den Vorteil, dass das Sensorsignal als differentielles und somit nicht massebezogenes Signal erfasst werden kann. Hierdurch kann eine Übertragung des Sensorsignals über eine Signalübertragungsstrecke von großen Distanzen von insbesondere mehr als 10 m, insbesondere mehr als 50 m unter Gewährleistung eines hinreichenden Signal-Rausch-Verhältnisses zum Bestimmen des Messwerts aus dem Sensorsignal ermöglicht sein, insbesondere eine Übertragung über eine Drahtleitung, insbesondere verdrillte Drahtleitung. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das differentielle Sensorsignal zunächst in einer Verstärkerschaltung verstärkt wird und anschließend als verstärktes differentielles Signal über eine solche Distanz übertragen wird, bevor aus diesem Signal der Messwert bestimmt wird.
  • In einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, in dem Betriebszustand das Sensorsignal mit einer Signalfrequenz zu erfassen, die von der Wechselspannungsfrequenz abhängt. Die Signalfrequenz ist dabei die Frequenz, mit der das Sensorsignal übertragen wird und somit die Frequenz, mit der das Sensorsignal von der Auswerteeinrichtung erfasst wird. Besonders bevorzugt entspricht die Signalfrequenz der Wechselstromfrequenz bzw. der Wechselspannungsfrequenz des Wechselstrom- oder Wechselspannungs-Sensorsignals. Entsprechend wird besonders bevorzugt das Sensorsignal übertragen, ohne dass das Sensorsignal auf eine Übertragungsfrequenz aufmoduliert wird, die von Elektronikkomponenten in der Sensoreinrichtung generiert wird und somit nicht direkt von der Wechselspannungsfrequenz abhängt. Hierdurch kann die Sensoreinrichtung besonders kostengünstig gestaltet sein. Besonders bevorzugt entspricht die Signalfrequenz der Wechselspannungsfrequenz. Allgemein wird bevorzugt der Messwert über Amplituden- oder Frequenzdemodulation aus dem Sensorsignal ermittelt, wobei bevorzugt diese Amplituden- oder Frequenzdemodulation in der Auswerteeinrichtung erfolgt, so dass die elektronischen Komponenten der Auswerteeinrichtung zur Ermittlung des Messwerts anhand von Amplituden- oder Frequenzdemodulation aus dem Sensorsignal den elektronischen Komponenten der Auswerteeinrichtung nachgeschaltet sind, über die das Sensorsignal empfangen wird. Allgemein ist die Auswerteeinrichtung bevorzugt dazu ausgebildet, das Sensorsignal auf einen in der Auswerteeinrichtung festgelegten Massebezug zu transformieren, insbesondere durch einen Instrumentenverstärker. Wegen der Wechselspannungsform des Sensorsignals kann in einer Ausführungsform diese Transformation auf Massebezug durch einen passiven Transformator erfolgen. Hierdurch kann die Aufbereitung des Sensorsignals in der Auswerteeinrichtung besonders vereinfacht sein und insbesondere durch übliche und kostengünstige elektronische Komponenten realisierbar sein. Dabei ist zu berücksichtigen, dass besonders bevorzugt das Sensorsignal durch die Auswerteeinrichtung von der Sensoreinrichtung ohne Massebezug empfangen, beispielsweise mittels Transformator oder anderweitiger elektromagnetischer Feldübertragung, beispielsweise mittels Übertragung durch Kondensatorplatten bzw. -flächen. In einer Ausführungsform ist in dem Mess-Auswerte-Schaltkreis eine Signalübertragungsstrecke von großen Distanzen vorgesehen, über die das Sensorsignal übertragen wird, nachdem es erfasst worden ist, wobei auf eine Transformation auf Massebezug verzichtet oder diese Transformation erst nach der Signalübertragungsstrecke vorgesehen wird.
  • In einer Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung als eine passive Einrichtung eingerichtet, die in dem Betriebszustand ausschließlich durch die von der Einspeiseschnittstelle an die Anschlussschnittstelle übertragene Wechselspannung mit Energie versorgt ist. Die Sensoreinrichtung ist somit bevorzugt eine passive Einrichtung, die dazu ausgebildet ist, ihre in dem Betriebszustand erfindungsgemäß vorgesehenen Eigenschaften aufzuweisen, während sie ausschließlich über ihre Anschlussschnittstelle von der Einspeiseschnittstelle mit Energie versorgt ist. Bevorzugt ist dabei die Sensoreinrichtung über ihre Anschlussschnittstelle ausschließlich mit der Wechselspannung versorgt. Bei einer Ausbildung der Sensoreinrichtung als passive Einrichtung weist die Sensoreinrichtung für sich genommen somit keine Energiequelle auf.
  • In einer Ausführungsform sind Anschlussschnittstelle und Einspeiseschnittstelle zur drahtlosen Übertragung der Wechselspannung von der Einspeiseschnittstelle zur Anschlussschnittstelle ausgebildet. Besonders bevorzugt weist die Auswerteeinrichtung die Einspeiseschnittstelle auf. Die drahtlose Übertragung kann beispielsweise über zumindest einen Transformator, d. h. durch induktive Energieübertragung, und/oder über zumindest einen Kondensator, d. h. über Anlegen von wechselnder elektrischer Ladung an zumindest einer Kondensatorplatte erfolgen. Allgemein bevorzugt weist die Sensoreinrichtung eine erste Ausleseschnittstelle und die Auswerteeinheit eine zweite Ausleseschnittstelle auf, die korrespondierend zu der ersten Ausleseschnittstelle ausgebildet ist, wobei erste und zweite Ausleseschnittstelle zur drahtlosen Übertragung des Sensorsignals von der Sensoreinrichtung zur Auswerteeinrichtung ausgebildet sind. Die entsprechenden Ausleseschnittstellen können wie zur Anschlussschnittstelle und Einspeiseschnittstelle erläutert beispielsweise durch zumindest einen Transformator und/oder zumindest einen Kondensator ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist die erste Ausleseschnittstelle in der Anschlussschnittstelle und die zweite Ausleseschnittstelle in der Einspeiseschnittstelle integriert. Anstelle der Ausgestaltung von Anschlussschnittstelle und Einspeiseschnittstelle bzw. erster Ausleseschnittstelle und zweiter Ausleseschnittstelle zur Gewährleistung einer drahtlosen Übertragung der Wechselspannung bzw. des Sensorsignals können die Schnittstellen zu einer drahtgebundenen Übertragung ausgebildet sein.
  • In einer Ausführungsform sind die Sensoreinrichtung und die Auswerteeinrichtung in einem einzigen Bauteil integriert vorgesehen. In einer anderen Ausführungsform sind Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung durch voneinander separate Bauteile ausgebildet, die miteinander korrespondierende Schnittstellen aufweisen. Durch die Ausbildung von Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung als separate Bauteile können Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung bevorzugt unabhängig voneinander hergestellt und bewegt werden. Besonders bevorzugt umfasst das Kraftmesssystem eine größere Anzahl an Sensoreinrichtungen als an Auswerteeinrichtungen, beispielsweise eine Vielzahl an Sensoreinrichtungen und nur eine Auswerteeinrichtung. Dies kann für die Herstellung von weitläufigen Kraftmesssystemen bzw. für die Verwendung des erfindungsgemäßen Kraftmesssystems in weitläufigen Anwendungsbereichen, wie beispielsweise zur Messung von Drücken in weitläufigen Rohrleitungssystemen, besonders vorteilhaft sein, da beispielsweise eine Vielzahl an Sensoreinrichtungen an verschiedenen Vorrichtungen oder an verschiedenen Abschnitten einer Vorrichtung installiert sein können und durch eine Auswerteeinrichtung, die wie erläutert korrespondierend zu jeder der Sensoreinrichtungen ausgebildet ist, ausgelesen werden können. Allgemein ist bevorzugt die Sensoreinrichtung in einer Vorrichtung, beispielsweise einem Rohr, einem Griff, etc. integriert, dessen Zustand über eine Überwachung der auf das Widerstandsbauteil aufgebrachten Kraft zu überwachen ist, wobei die Auswerteeinrichtung unabhängig von der Vorrichtung bewegbar ist und zur Realisierung des Betriebszustands in einem vorbestimmten Abstandsbereich zur Sensoreinrichtung zu bringen ist, wobei bevorzugt die Sensoreinrichtung dergestalt in die Vorrichtung integriert ist, dass hierzu die Auswerteeinrichtung in Anlage zu der Vorrichtung zu bringen ist. Die miteinander korrespondierenden Schnittstellen können beispielsweise wie zu Anschlussschnittstelle und Einspeiseschnittstelle bzw. zu erster Ausleseschnittstelle und zweiter Ausleseschnittstelle erläutert ausgebildet sein. Besonders bevorzugt sind Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung über ihre miteinander korrespondierenden Schnittstellen im Betriebszustand lösbar miteinander verbunden unter Gewährleistung von sowohl dem Versorgen der Anschlussschnittstelle mit der Wechselspannung als auch dem Erfassen des Sensorsignals. Die Verbindung kann beispielsweise eine galvanische Verbindung oder eine drahtlose, insbesondere Funkverbindung sein. Die Schnittstellen sind dabei so ausgebildet, dass sie in dem Betriebszustand, in dem die Auswerteeinrichtung und die Sensoreinrichtung drahtlos und/oder drahtgebunden miteinander verbunden sind, sowohl die Versorgung der Sensoreinrichtung mit elektrischer Energie über ihre Einspeiseschnittstelle als auch das Auslesen des Sensorsignals von dem Widerstandsbauteil durch die Auswerteeinrichtung gewährleisten. Das Widerstandsbauteil kann dabei zumindest teilweise, insbesondere vollständig durch die Sensoreinrichtung ausgebildet sein. In einer Ausführungsform ist das Widerstandsbauteil zu einem Teil von der Sensoreinrichtung, zu einem anderen Teil von der Auswerteeinrichtung ausgebildet. Das Ausbilden von zumindest einigen der Schnittstellen, insbesondere von sämtlichen der angegebenen Schnittstellen als drahtlose Schnittstellen ist besonders vorteilhaft. Besonders bevorzugt bilden die Schnittstellen in dem Betriebszustand gemeinsam einen Kondensator aus, dessen erste Kondensatorfläche von der Sensoreinrichtung und dessen zweite Kondensatorfläche von der Auswerteeinrichtung gebildet ist. Besonders bevorzugt bilden die Schnittstellen gemeinsam einen Transformator aus, dessen Primärspule von der Sensoreinrichtung und dessen Sekundärspule von der Auswerteeinrichtung ausgebildet ist. Die beschriebenen Ausführungsformen können in besonders bevorzugten Ausführungsformen miteinander kombiniert sein. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die korrespondierenden Schnittstellen insbesondere Anschlussschnittstelle und Einspeiseschnittstelle und/oder erste Ausleseschnittstelle und zweite Ausleseschnittstelle umfassen können.
  • In einer Ausführungsform weist der Mess-Auswerte-Schaltkreis eine Brückenschaltung mit mindestens zwei Armen auf, die zueinander parallel geschaltet sind und in dem Betriebszustand durch die Wechselspannung versorgt sind. Die Arme der Brückenschaltung sind somit dergestalt an die Anschlussschnittstelle angeschlossen, dass in dem Betriebszustand die beiden parallel verlaufenden Arme jeweils durch die Wechselspannung versorgt sind, wobei besonders bevorzugt an jedem der Arme die Wechselspannung direkt anliegt. Jeder der Arme umfasst zumindest zwei in Reihe geschaltete Brückenschaltungswiderstände, wobei in Reihe zwischen den Brückenschaltungswiderständen jeweils ein Abgriff vorgesehen ist. Zumindest einer der Brückenschaltungswiderstände der Brückenschaltung ist durch den Widerstand des Widerstandsbauteils gebildet. Besonders bevorzugt sind mehrere der Brückenschaltungswiderstände jeweils durch ein Widerstandsbauteil ausgebildet, das Eigenschaften aufweist, die vorliegend im Zusammenhang mit Bezug auf zumindest ein Widerstandsbauteil des Mess-Auswerte-Schaltkreises erläutert sind. In dem Betriebszustand greift die Auswerteeinrichtung an dem Abgriff eines jeden Arms jeweils eine Spannung ab und erfasst das Sensorsignal als einen Vergleichswert, insbesondere Differenzwert, zwischen den Spannungen. Der Mess-Auswerte-Schaltkreis, der in dem Betriebszustand durch das Zusammenwirken von Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung gebildet ist, ist somit dergestalt ausgebildet, dass an dem Abgriff eines jeden Arms jeweils ein Anschluss einer elektronischen Komponente angeschlossen ist, über die der genannte Vergleichs- bzw. Differenzwert zwischen den an den Abgriffen anliegenden Spannungen erfasst werden kann. Die elektronische Komponente kann beispielsweise als Verstärker ausgebildet sein. Das Vorsehen einer Brückenschaltung hat sich als besonders vorteilhaft für die präzise Ermittlung von Variationen des Widerstands des zumindest einen Widerstandsbauteils in dem Mess-Auswerte-Schaltkreis herausgestellt. Zur Realisierung der Brückenschaltung kann auf im Stand der Technik bekannte Komponenten zurückgegriffen werden. Beispielsweise kann der Abgriff in der Sensoreinrichtung integriert sein und mit einer Ausleseschnittstelle der Sensoreinrichtung verbunden sein, die von einer korrespondierenden Ausleseschnittstelle der Auswerteeinrichtung in dem Betriebszustand ausgelesen wird, wobei die jeweilige Ausleseschnittstelle von der jeweiligen Schnittstelle umfasst ist. In einer Ausführungsform ist somit die Brückenschaltung in der Sensoreinrichtung integriert. In einer anderen Ausführungsform bilden Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung jeweils einen Teil der Brückenschaltung aus, wobei bevorzugt die Brückenschaltung vollständig durch Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise auch das Widerstandsbauteil nur teilweise von der Sensoreinrichtung ausgebildet sein. Indem die Sensoreinrichtung nur einen Teil der Brückenschaltung, insbesondere nur einen Teil des Widerstandsbauteils, ausbildet, kann die Sensoreinrichtung besonders kostengünstig realisierbar sein, was insbesondere die Realisierung eines Kraftmesssystems mit einer Vielzahl an Sensoreinrichtungen und einer geringeren Anzahl an Auswerteeinrichtungen besonders vergünstigen kann. Allgemein bildet die Auswerteeinrichtung in dem Betriebszustand bevorzugt zumindest einen Teil der Brückenschaltung, insbesondere einen Teil des Widerstandsbauteils, aus oder ist an den Abgriffen der Arme der Brückenschaltung angeschlossen.
  • In einer Ausführungsform umfassen die Schnittstellen von Auswerteeinrichtung und Sensoreinrichtung jeweils eine außerhalb der Arme der Brückenschaltung vorgesehene Rückkopplungsschnittstelle. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, in dem Betriebszustand durch die Rückkopplungsschnittstellen eine Kopplung zwischen den Schnittstellen zu ermitteln. Besonders bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, die Abhängigkeit des Messwerts von dem Sensorsignal und/oder die von der Einspeiseschnittstelle an die Anschlussschnittstelle ausgegebene Wechselspannung abhängig von der ermittelten Kopplung einzustellen. Die Rückkopplungsschnittstellen können beispielsweise analog zu Ausleseschnittstellen von Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung ausgebildet sein. Durch das Vorsehen von Rückkopplungsschnittstellen in den Schnittstellen von Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung kann auf besonders zuverlässige Weise sichergestellt sein, dass bei dem Auslesen und Auswerten des Sensorsignals zum Ermitteln des Messwerts zur Kennzeichnung der Kraft die Qualität der vorhandenen Kopplung zwischen Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung mitberücksichtigt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung als voneinander separate Bauteile ausgebildet sind. Besonders bevorzugt weist die Schnittstelle der Sensoreinrichtung eine erste Rückkopplungsschnittstelle, eine erste Ausleseschnittstelle und eine Anschlussschnittstelle auf, wobei die Schnittstelle der Auswerteeinrichtung eine zur ersten korrespondierende zweite Rückkopplungsschnittstelle, eine zweite Ausleseschnittstelle und eine Einspeiseschnittstelle aufweist, wobei besonders bevorzugt jedes Paar an korrespondierenden Teilschnittstellen der Schnittstellen, d. h. erste und zweite Rückkopplungsschnittstelle, erste und zweite Ausleseschnittstelle und Einspeise- und Anschlussschnittstelle jeweils analog aufgebaut sind, beispielsweise als Paar an Kondensatorplatten unter Ausbildung eines Kondensators oder als Paar von Primär- und Sekundärspule unter Ausbildung eines Transformators oder unter Ausbildung von jeweils einem Schaltkreis mit entsprechenden Komponenten umfassend beispielsweise eine Kondensator- und eine Transformatorkomponente. Besonders bevorzugt ist die zweite Rückkopplungsschnittstelle an einen Rückkopplungseingang eines Auswerteabschnitts des Mess-Auswerte-Schaltkreises angeschlossen, beispielsweise direkt oder indirekt an den Eingang eines Komparators oder Integrators, wobei die zweite Ausleseschnittstelle und/oder die Einspeiseschnittstelle an einen weiteren Eingang dieses Auswerteabschnitts des Mess-Auswerte-Schaltkreises angeschlossen ist und die Aufbereitung des Sensorsignals in Abhängigkeit von den an beiden Eingängen des Mess-Auswerte-Schaltkreises anliegenden Signalen erfolgt.
  • In einer Ausführungsform ist der Widerstand des Widerstandsbauteils ein komplexer Widerstand mit einem imaginären und einem realen Widerstand. Der Widerstand kann somit definiert werden als: Z = R+jX. Besonders bevorzugt ist der imaginäre Widerstand größer als der reale Widerstand des Widerstands des Widerstandsbauteils. Die Ausgestaltung des Widerstands des Widerstandsbauteils als komplexen Widerstand mit einem imaginären, insbesondere im Vergleich zum realen Widerstand größeren imaginären Widerstand ist sowohl zur Reduzierung des Energieverbrauchs, insbesondere mit Bezug auf die Bereitstellung von korrespondierenden drahtlosen Schnittstellen von Auswerteeinrichtung und Sensoreinrichtung besonders vorteilhaft. Denn hierdurch ist es besonders einfach ermöglicht, dass das Widerstandsbauteil ohne Vorsehen komplexer Bauteile, wie beispielsweise einem DC-AC-Wandler, in dem Betriebszustand durch die Wechselspannung mit einer Wechselspannungsfrequenz versorgt wird, die einer Signalfrequenz des Sensorsignals entspricht. Besonders bevorzugt weist das Widerstandsbauteil einen Kondensator mit einem Kondensatorspalt mit einer Kondensatorspaltbreite zwischen seinen Kondensatorflächen auf. An dieser Stelle sei allgemein darauf hingewiesen, dass ein Kondensator stets zumindest zwei Kondensatorflächen aufweist, zwischen denen ein Kondensatorspalt vorgesehen ist. Die Kondensatorspaltbreite gibt den Mindestabstand zwischen den beiden Kondensatorflächen an. Der Kondensatorspalt kann beispielsweise mit Luft, einem Isolator oder Dielektrikum gefüllt sein. Das Widerstandsbauteil ist bevorzugt so ausgebildet, dass die Kondensatorspaltbreite durch Aufbringen einer mechanischen Kraft auf das Widerstandsbauteil veränderbar ist, so dass die Kondensatorspaltbreite von einer Größe der auf das Widerstandsbauteil aufgebrachten Kraft abhängt. Bei der Verwendung des Kraftmesssystems wird das Widerstandsbauteil mit seinem Kondensator so ausgerichtet, dass die zu kennzeichnende Kraft in einer Richtung verläuft, die zumindest mit einer Komponente senkrecht zu den Kondensatorflächen verläuft, so dass durch Aufbringen der Kraft die Kondensatorspaltbreite veränderbar ist. In einer Ausführungsform weist das Widerstandsbauteil eine Spule mit einem Spulenkern auf, der zumindest zwei Kernteile aufweist, zwischen denen ein Kernspalt mit einer Kernspaltbreite vorgesehen ist, dessen Kernspaltbreite von der Größe der auf das Widerstandsbauteil aufgebrachten Kraft abhängt. Das Widerstandsbauteil weist somit eine Spule auf, die eine oder mehrere Windungen aufweist, wobei der Spulenkern innerhalb der Erstreckung der von der im Betriebszustand Spule erzeugten Magnetfeldlinien angeordnet ist. Die zumindest eine Windung ist dabei eine Windung um eine der Spule zugeordnete Spulenachse. Der Spulenkern ist bevorzugt zumindest abschnittsweise mit Bezug auf eine Richtung senkrecht zur Spulenachse versetzt zu den Windungen angeordnet. Besonders bevorzugt sind die Windungen bzw. ist die zumindest eine Windung der Spule um einen Abschnitt des Spulenkerns gewickelt. Der Spulenkern umfasst üblicherweise ein magnetisierbares Material, beispielsweise ein Ferrit. Bevorzugt umfasst jedes der beiden Kernteile jeweils magnetisierbares Material, wobei der Spalt zwischen den Kernteilen durch eine Substanz gefüllt ist, die sich von dem Material der Kernteile unterscheidet, insbesondere eine geringere Permeabilität aufweist, insbesondere höchstens ein Zehntel, insbesondere höchstens ein Hundertstel der Permeabilität der Materialen der beiden Kernteile aufweist. Besonders bevorzugt ist der Kernspalt mit Luft gefüllt. Die beiden Kernteile weisen zueinander gewandte Kernteilflächen auf, die voneinander über die Kernspaltbreite hinweg beabstandet sind, wobei die Kernspaltbreite den Mindestabstand der beiden zueinander gewandten Flächen der beiden Kernteile angibt. Bei der Verwendung des Kraftmesssystems zur Kennzeichnung einer Kraft wird bevorzugt das Magnetbauteil so ausgerichtet, dass die zu erwartende Kraft in einer Richtung verläuft, die sich zumindest mit einer Komponente senkrecht zu den beiden zueinander weisenden Kernteilflächen erstreckt, so dass bei Aufbringen der Kraft auf das Magnetbauteil sich die Kernspaltbreite verändert. Besonders bevorzugt erstrecken sich die zueinander weisenden Kernteilflächen jeweils zumindest mit einer Komponente senkrecht zu Magnetfeldlinien des von der Spule im Betriebszustand, d. h. bei Versorgung der Spule mit elektrischer Energie, erzeugten Magnetfelds.
  • In besonders bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Widerstandsbauteil einen wie erläutert ausgebildeten Kondensator und eine wie erläutert ausgebildete Spule. In besonders vorteilhaften Ausführungsformen des Kraftmesssystems weist das Kraftmesssystem mehrere Widerstandsbauteile auf, wobei jedes dieser mehreren Widerstandsbauteile jeweils mindestens einen Kondensator und/oder mindestens eine Spule mit den erläuterten Eigenschaften aufweist.
  • In einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, den Messwert mit einer solchen Auflösung auszugeben, dass eine Veränderung der Kondensatorspaltbreite um 1 %, ausgehend von einer Ruhelage des Kraftmesssystems, zu einer Veränderung des Messwerts führt. In einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, den Messwert mit einer solchen Auflösung auszugeben, dass eine Veränderung der Kernspaltbreite um 1%, ausgehend von einer Ruhelage des Kraftmesssystems, zu einer Veränderung des Messwerts führt. Die beiden besonders vorteilhaften Ausführungsformen können bei dem Vorsehen von zumindest einem Widerstandsbauteil mit Kondensator und Spule und/oder bei mehreren Widerstandsbauteilen, von denen zumindest eines einen Kondensator und zumindest eines eine Spule aufweist, besonders vorteilhaft sein. Bei dem beschriebenen besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist das Kraftmesssystem somit so ausgebildet, dass in dem Betriebszustand jedenfalls dann, wenn sich die Kondensatorspaltbreite bzw. die Kernspaltbreite ausgehend von der Ruhelage des Kraftmesssystems um 1 % verändert, die Auswerteeinrichtung einen veränderten Messwert ausgibt, wobei sich die Veränderung des Messwerts auf den Messwert bezieht, den die Auswerteeinrichtung in der Ruhelage ausgibt. In einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, den Messwert mit einer solchen Auflösung auszugeben, dass eine Veränderung der Kondensatorspaltbreite und/oder der Kernspaltbreite innerhalb eines Veränderungsbereichs der Kondensatorspaltbreite und/oder der Kernspaltbreite, der definiert ist durch die Ruhelage als ersten Grenzwert und durch eine Veränderung von 1 % der Kondensatorspaltbreite bzw. Kernspaltbreite, bezogen auf den Wert der jeweiligen Breite in der Ruhelage, als zweiten Grenzwert, zu einer Veränderung des ausgegebenen Messwerts mit einer Auflösung von mindestens 3 Bit (d.h. 8-stufig), insbesondere mindestens 5 Bit, insbesondere 8 Bit, führt. In dieser Ausführungsform resultiert somit eine Veränderung der entsprechenden Spaltbreite innerhalb des Veränderungsbereichs in eine solche Veränderung des Messwerts, dass je nach Veränderung der Spaltbreite ein jeweils anderer Messwert ausgegeben wird, wobei der Messwert in Abhängigkeit von der Veränderung mit der entsprechenden Auflösung ausgegeben wird. Diese Ausführungsform ermöglicht somit eine präzise Erfassung unterschiedlicher Kräfte durch bereits sehr geringe Auslenkung des Widerstandsbauteils aus der Ruhelage. Besonders bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, nur eine Veränderung der entsprechenden Spaltbreite von bis zu maximal 20 % zu erfassen. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Kraftmesssystem somit dergestalt verwendet, dass der Messwert zur Kennzeichnung der Kraft nur innerhalb eines Veränderungsbereichs der entsprechenden Spaltbreite ausgehend von der Ruhelage bis zu einer Auslenkung von maximal 20 %, insbesondere maximal 15 %, bezogen auf die Spaltbreite in der Ruhelage, ausgegeben wird. Besonders bevorzugt weisen Kernspaltbreite bzw. Kondensatorspaltbreite in einer Ruhelage des Widerstandsbauteils einen Betrag von weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 500 µm, insbesondere weniger als 100 µm, insbesondere weniger als 50 µm auf, und bevorzugt mehr als 0,1 µm, bevorzugt mehr als 1 µm, bevorzugt mehr als 10 µm auf.
  • In einer Ausführungsform sind die Kondensatorflächen bzw. die Kernteile (je nachdem, ob ein Widerstandsbauteil mit einem Kondensator oder mit einer Spule oder mit Kondensator und Spule oder mehrere Widerstandsbauteile mit jeweils zumindest einem Kondensator und/oder zumindest einer Spule vorgesehen ist) über eine Verbindungseinrichtung miteinander verbunden. Besonders bevorzugt ist die Verbindungseinrichtung dazu ausgebildet, einer ausgehend von einer Ruhelage des Widerstandsbauteils auf das Widerstandsbauteil aufgebrachten, auf eine Veränderung der Kondensatorspaltbreite bzw. der Kernspaltbreite hinwirkenden Kraft eine Kraft entgegenzusetzen, insbesondere eine federelastische Kraft entgegenzusetzen. Besonders bevorzugt ist die Verbindungseinrichtung als eine elastische Verbindungseinrichtung ausgebildet. Die elastische Verbindungseinrichtung wirkt darauf hin, dass bei dem Aufbringen einer Kraft auf das Widerstandsbauteil und einer daraus resultierenden Veränderung der Kondensatorspaltbreite und/oder Kernspaltbreite die Kondensatorspaltbreite und/oder Kernspaltbreite ihren in der Ruhelage vorgesehenen Betrag einnimmt bzw. nehmen, insbesondere zumindest mit Bezug auf eine Kraft, die auf eine Verringerung der Kernspaltbreite bzw. Kondensatorspaltbreite ausgehend von der Ruhelage hin wirkt. In einer Ausführungsform ist die Verbindungseinrichtung so ausgebildet, dass ihr Volumen von einer Luftfeuchtigkeit und/oder Temperatur und/oder einem Umgebungsdruck abhängt, wobei das Kraftmesssystem bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform dazu ausgebildet ist, als Messwerte zur Kennzeichnung einer auf das Widerstandsbauteil aufgebrachten Kraft einen Messwert auszugeben, der die Kraft kennzeichnet, die die Verbindungseinrichtung auf die durch sie mit einander verbundenen Kondensatorflächen und/oder Kernteile ausübt. Eine von der temperaturabhängige Verbindungseinrichtung kann beispielsweise als Bimetallstreifen oder in seinem Ausdehnungsverhalten temperaturabhängiger Stab, der sich mit seiner Stablänge zwischen den Kondensatorflächen bzw. Kernteilen erstreckt, ausgebildet sein. Eine von der Umgebung druckabhängige Verbindungseinrichtung kann beispielsweise als Barometer-Dose ausgebildet sein, d. h. als eine Vorrichtung, deren Volumen von dem Umgebungsdruck abhängt. Eine von der Feuchtigkeit abhängige Verbindungseinrichtung kann beispielsweise aus einem unter Feuchtigkeit quellenden Material, beispielsweise Holz, ausgebildet sein. Allgemein umfasst somit bevorzugt die Verbindungseinrichtung einen Bestandteil, dessen Erstreckung zwischen den Kondensatorflächen und/oder Kernteilen sich in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, der Umgebungsfeuchtigkeit oder des Umgebungsdrucks verändert zum Ermöglichen einer Temperatur-Feuchtigkeits- oder Druckmessung mittels des Kraftmesssystems. Bei dem Vorsehen einer elastischen Verbindungseinrichtung kann das Kraftmesssystem besonders gut dazu geeignet sein, zur Messung einer reversibel aufgebrachten Kraft auf das Widerstandsbauteil zu dienen, da jeweils nach Aufheben der auf das Widerstandsbauteil wirkenden Kraft das Widerstandsbauteil wieder in seine Ruhelage zurückkehrt, wodurch erneut ein kalibrierbarer bzw. vorab kalibrierter Ausgangspunkt gegeben sein kann, auf Basis dessen ein Messwert zur Kennzeichnung einer auf das Widerstandsbauteil wirkenden Kraft ermittelt werden kann. Besonders bevorzugt ist die elastische Verbindungseinrichtung nach Art einer Spiralfeder oder Blattfeder ausgebildet. In einer Ausführungsform umfasst das Widerstandsbauteil ein aus Kunststoff hergestelltes Bauteilgehäuse, in dem ein Kondensator mit seinen Kondensatorflächen und/oder die Kernteile einer Spule gehalten sind, wobei das Bauteilgehäuse elastisch verformbar ist unter Ermöglichung einer reversiblen Veränderung der Kernspaltbreite und/oder Kondensatorspaltbreite ausgehend von der Ruhelage, wobei das Bauteilgehäuse die Verbindungseinrichtung ausbildet.
  • In einer Ausführungsform weist das Widerstandsbauteil eine Spule mit einem Spulenkern auf. Der Spulenkern ist aus einem magnetisierbaren Material hergestellt und innerhalb von durch die Spule im Betriebszustand erzeugten Magnetfeldlinien angeordnet. Das magnetisierbare Material kann beispielsweise ein Ferrit sein. Besonders bevorzugt verläuft der Kernspalt mit seiner Kernspaltbreite entlang den Magnetfeldlinien, die die Spule in dem Betriebszustand, in dem sie durch die Wechselspannung versorgt ist, erzeugt. Der Betrag der Kernspaltbreite bezieht sich somit bevorzugt auf den Betrag der Strecke, den die Magnetfeldlinien durch den Spalt hindurch von einem der Kernteile zu dem anderen der Kernteile zurücklegen, wobei bevorzugt bei einer flächigen Erstreckung der zueinander weisenden, durch den Spalt voneinander beabstandeten Seiten der Kernteile und sich daraus ergebenden unterschiedlichen Strecken von Magnetfeldlinien zwischen den Kernteilen bei der Angabe einer Kernspaltbreite auf die Magnetfeldlinie abgestellt wird, die die geringste Strecke durch den Spalt zwischen den Kernteilen zurücklegt. Hierdurch kann ein Effekt einer Variation der Kernspaltbreite besonders effektiv zu einer Veränderung des von der Spule zumindest teilweise gebildeten komplexen Widerstands des Widerstandsbauteils gewährleistet sein. In einer Ausführungsform weist der Spulenkern einen Mittelbutzen und zwei Seitenbutzen auf, wobei die Spule Wicklungen aufweist, die um den Mittelbutzen gewickelt sind.
  • Die Wicklungen können dabei zum Mittelbutzen entlang der Spulenachse, um die sich die Wicklungen umlaufend herum erstrecken, versetzt sein, jedoch sind die Wicklungen in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit Bezug auf eine Ebene senkrecht zur Spulenachse um den Mittelbutzen gewickelt. Besonders bevorzugt erstrecken sich die Wicklungen über einen Abschnitt entlang der Spulenachse hinweg, in dem auch der Mittelbutzen anordnet ist, so dass die Wicklungen zumindest teilweise den Mittelbutzen auf gleicher Höhe umwickeln. Besonders bevorzugt verläuft der Kernspalt durch den Mittelbutzen und/oder durch zumindest einen der Seitenbutzen. Besonders bevorzugt verläuft der Kernspalt durch den Mittelbutzen und durch zumindest einen, insbesondere durch beide Seitenbutzen. Der Kernspalt weist besonders bevorzugt eine Erstreckung von weniger als 1 mm in der Ruhelage auf, insbesondere von weniger als 500 µm, insbesondere von weniger als 100 µm, insbesondere von weniger als 50 µm. Das Vorsehen eines Spulenkerns mit Mittelbutzen und Seitenbutzen und besonders bevorzugt das Vorsehen des Kernspalts durch den Mittelbutzen bzw. die Seitenbutzen hat sich zur Beeinflussung des Magnetfelds dahingehend als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass bereits bei einer geringen Veränderung der Kennspaltbreite ausgehend von der Ruhelage eine Veränderung des von der Auswerteeinrichtung ausgegebenen Messwerts zur Kennzeichnung der auf das Widerstandsbauteil aufgebrachten Kraft erfassbar ist. In einer Ausführungsform weist der Spulenkern zwei Kernhälften auf. Besonders bevorzugt bildet jede der Kernhälften jeweils eine Hälfte des Mittelbutzens und eine Hälfte der Seitenbutzen aus. Besonders bevorzugt sind die Kernhälften in einer Ruhelage des Magnetbauteils unter Ausbildung des Kernspalts voneinander beabstandet aneinander fixiert, insbesondere mittels der zuvor erläuterten Verbindungseinrichtung. Besonders bevorzugt ist die Verbindungseinrichtung als elastische Verbindungseinrichtung ausgebildet, wobei die Kernhälften in der Ruhelage des Magnetbauteils elastisch gelagert aneinander fixiert sind. Besonders bevorzugt ist die Verbindungseinrichtung zumindest zwischen einer von einer ersten der Kernhälften ausgebildeten Hälfte eines der Seitenbutzen des Spulenkerns und einer von einer zweiten der Kernhälften ausgebildeten Hälfte dieses Seitenbutzens vorgesehen. Besonders bevorzugt ist die elastische Verbindungseinrichtung zwischen den jeweiligen Hälften der beiden Seitenbutzen vorgesehen, die durch die beiden Kernhälften gebildet sind. Hierdurch kann ein besonders gleichmäßiges Abstützen der Kernhälften gewährleistet sein, wodurch eine besonders präzise Erfassung einer auf das Widerstandsbauteil wirkenden Kraft ermöglicht sein kann. In einer Ausführungsform bilden die Kernhälften des Spulenkerns den Kondensator des Widerstandsbauteils aus, wobei jeder der Kernhälften jeweils eine der Kondensatorflächen ausbildet. Die Kondensatorflächen können beispielsweise durch die zueinander gewandten Seiten der Kernhälften ausgebildet sein. Hierzu können zumindest diese Seiten der Kernhälften mit einer elektrisch leitenden Beschichtung beschichtet sein. Das Widerstandsbauteil kann selbstverständlich außer diesem Kondensator noch weitere Kondensatoren aufweise. Indem die Kernhälften gleichzeitig den Kondensator des Widerstandsbauteils ausbilden, kann auf besonders kostengünstige und platzsparende und einfache Weise ein Widerstandsbauteil realisierbar sein, in dem sowohl eine Spule als auch ein Kondensator und somit ein komplexer Widerstand integriert ist.
  • In einer Ausführungsform weist die Sensoreinrichtung eine ringartige Kondensatorplatte auf, die eine weitere ringartige Kondensatorplatte umschließt, wobei zwischen den beiden Kondensatorplatten der Kondensatorspalt vorgesehen ist, wobei der Kondensatorspalt bevorzugt zwischen den beiden ringförmigen Kondensatorplatten ringförmig umlaufend ausgebildet ist. Beispielsweise kann die erste Kondensatorplatte in einem Rohr integriert sein, beispielsweise durch eine elektrisch leitende, insbesondere metallisierte oder metallische Außenseite eines Rohres realisiert sein, wobei die zweite, um die erste Kondensatorplatte umlaufende und radial von dieser ersten Kondensatorplatte beabstandete Kondensatorplatte als zumindest an der Innenseite elektrisch leitender, insbesondere metallischer oder metallisierter Ring ausgebildet ist. Die beiden ringartigen Kondensatorplatten können beispielsweise durch eine wie erläuterte Verbindungseinrichtung, insbesondere elastische Verbindungseinrichtung, zueinander gehalten und aneinander fixiert sein. Bei einer Veränderung eines Drucks in dem Rohr kann eine Veränderung des Durchmessers der ersten Kondensatorplatte gewährleistet sein, wodurch sich der Kondensatorspalt verringert, wodurch das Kraftmesssystem eine Messung eines Drucks in dem Rohr über die Ausgabe eines Messwerts für die auf das Widerstandsbauteil wirkende Kraft ausgeben kann. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel selbstverständlich die Kondensatorplatten die zuvor erläuterten Kondensatorflächen ausbilden können.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Sensoreinrichtung eines erfindungsgemäßen Kraftmesssystems. Die Sensoreinrichtung ist mit der Auswerteeinrichtung des Kraftmesssystems korrespondierend ausgebildet, so dass die Sensoreinrichtung und die Auswerteeinrichtung zueinander korrespondierende Schnittstellen aufweisen. Dabei sind die korrespondierenden Schnittstellen von Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung dergestalt korrespondierend ausgebildet, dass in dem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Kraftmesssystems Auswerteeinrichtung und Sensoreinrichtung über ihre Schnittstellen verbunden sind, wobei durch die von der Schnittstelle umfasste Einspeiseschnittstelle des Kraftmesssystems die Sensoreinrichtung mit der Wechselspannung versorgt ist und die Sensoreinrichtung gemeinsam mit der Auswerteeinrichtung den elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreis des Kraftmesssystems ausbildet und wobei in dem Betriebszustand die Sensoreinrichtung zumindest einen Teil des Widerstandsbauteils in diesem elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreis ausbildet. Die Schnittstelle der Sensoreinrichtung kann beispielsweise die Anschlussschnittstelle und die oben erläuterte erste Ausleseschnittstelle und insbesondere die oben erläuterte erste Rückkopplungsschnittstelle umfassen. Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise in einem Rohrmantel integriert sein. Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung eine an dem Rohr befestigte Kondensatorplatte, insbesondere eine Mehrzahl an an dem Rohr befestigten Kondensatorplatten umfassen, die jeweils voneinander beabstandet sind und die jeweils einen Teil der Schnittstelle der Sensoreinrichtung ausbilden. Wesentlich ist, dass die Sensoreinrichtung mit ihrer Schnittstelle zu der Auswerteeinrichtung des Kraftmesssystems kompatibel, d. h. wie erläutert korrespondierend ausgebildet ist, damit die Sensoreinrichtung gemeinsam mit der Auswerteeinrichtung in dem Betriebszustand die oben erläuterten Eigenschaften des Kraftmesssystems ausbilden kann. In einer Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung an einem Rohr befestigt, insbesondere in einem Rohr integriert. Sensoreinrichtung und Rohr bilden gemeinsam ein Sensorbauteil, wobei sich die Erfindung insbesondere auch auf ein solches Sensorbauteil bezieht. In einer Ausführungsform weist das Rohr in seinem Rohrmantel eine Aussparung auf. Auf Höhe der Aussparung weist das Rohr eine dünnere Rohrwandstärke auf als außerhalb der Aussparung. Die Sensoreinrichtung ist bevorzugt in der Ausnehmung angeordnet. Um die Sensoreinrichtung ist die Ausnehmung bevorzugt verfüllt. Besonders bevorzugt weist die Sensoreinrichtung wie erläutert einen Kondensator mit einem Kondensatorspalt und/oder eine Spule mit einem Kernspalt auf, wobei die Kondensatorspaltbreite bzw. Kernspaltbreite sich bevorzugt senkrecht zur Rohrachse des Rohres erstreckt, wobei eine Kondensatorfläche bzw. ein Kernteil an der zum Rohrmittelpunkt gewandten Seite der Ausnehmung anliegt und die gegenüberliegende Kondensatorfläche bzw. der gegenüberliegende Kernteil mit einer Außenseite der Rohrwandung verbunden ist, beispielsweise durch in der Ausnehmung vorgesehenes Verfüllmaterial. In einer Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung an einer Außenseite des Rohrmantels des Rohres angeordnet, wobei besonders bevorzugt der Rohrmantel an seiner Außenseite eine Abflachung aufweist und die Sensoreinrichtung an diese Abflachung angeordnet ist. Besonders bevorzugt verläuft die Kernspaltbreite bzw. Kondensatorspaltbreite senkrecht zur Rohrachse, so dass bei einer Veränderung des Rohrdurchmessers aufgrund eines Vorhandenseins von Druck in dem Rohr eine Veränderung der Kernspaltbreite bzw. Kondensatorspaltbreite erzeugt wird. In einer Ausführungsform weist die Sensoreinrichtung eine Kondensatorplatte mit einer Kondensatorfläche auf, die korrespondierend zu einer weiteren Kondensatorfläche ausgebildet ist, die von einer weiteren Kondensatorplatte ausgebildet ist, die von der Auswerteeinrichtung umfasst ist, wobei in dem Betriebszustand die Sensoreinrichtung und die Auswerteeinrichtung mit ihren Kondensatorplatten gemeinsam einen Kondensator ausbilden. In einer Ausführungsform weist die Sensoreinrichtung eine Spule mit einem Spulenkern auf, der einen Kernspalt aufweist, wobei in dem Betriebszustand die Sensoreinrichtung mit ihrer Spule eine Primärspule eines Transformators ausbildet und die Auswerteeinrichtung mit einer von ihr umfassten Spule die Sekundärspule dieses Transformators ausbildet, so dass die Schnittstellen von Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung gemeinsam den Transformator ausbilden. Die vorgenannten Ausführungsformen sind kombinierbar. In einer besonders vorteilhaften und einfachen Ausführungsform kann durch eine entsprechende Schnittstelle sowohl eine Versorgung von Energie von der Auswerteeinrichtung zur Sensoreinrichtung erfolgen als auch ein Auslesen des durch das Widerstandsbauteil fließenden Wechselstroms als Sensorsignal, wobei das Widerstandsbauteil den Transformator umfasst und von Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung gemeinsam ausgebildet ist.
  • Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kraftmesssystems zur Messung einer Kraft, die auf das Widerstandsbauteil des Kraftmesssystems wirkt, wobei die Kraft aus dem von der Auswerteeinrichtung ausgegebenen Messwert ermittelt wird. Der Messwert, den die Auswerteeinrichtung ausgibt, wird bei der erfindungsgemäßen Verwendung somit bevorzugt eindeutig einem Betrag der zu kennzeichnenden bzw. zu messenden Kraft zugeordnet. In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung wird die Sensoreinrichtung in einer Wandung eines fluidführenden Bauteils, insbesondere eines Rohres, integriert, wobei aus der ermittelten Kraft ein in dem Bauteil vorliegender Druck ermittelt wird. In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung wird in der Sensoreinrichtung als Teil des Widerstandsbauteils ein feuchtigkeitstemperatur- oder druckempfindlicher Bestandteil verwendet, wobei aus der ermittelten Kraft eine Umgebungsfeuchtigkeit, eine Umgebungstemperatur oder ein Umgebungsdruck ermittelt wird.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Messen einer auf eine Vorrichtung aufgebrachten Kraft. An der Vorrichtung wird ein Widerstandsbauteil fixiert, das in einem elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreis integriert ist und das einen elektrischen Widerstand aufweist, der durch eine mechanische, auf das Widerstandsbauteil aufgebrachte Kraft veränderbar ist. Auf den elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreis wird eine Wechselspannung mit einer Wechselspannungsfrequenz aufgebracht, die bevorzugt zwischen 1 MHz und 100 MHz, insbesondere zwischen 3MHz und 50 MHz liegt. Diese Wechselspannung wird dergestalt auf den Mess-Auswerte-Schaltkreis aufgebracht, dass ein durch die Wechselspannung verursachter Wechselstrom durch das Widerstandsbauteil fließt, wobei ein von dem Wechselstrom abhängiger Strom- oder Spannungswert als Sensorsignal erfasst wird, das eine Signalfrequenz aufweist, die von der Wechselspannung abhängt, wobei aus dem Sensorsignal ein Messwert für die Kraft erzeugt wird. Besonders bevorzugt wird zur Verbesserung eines Signal-Rausch-Verhältnisses des Sensorsignals das Sensorsignal mit einem auf die Wechselspannungsfrequenz abgestimmtem Filter gefiltert. Hierdurch können Störeinflüsse besonders einfach aus dem Sensorsignal herausgefiltert werden. Besonders bevorzugt wird dabei aus dem Sensorsignal ein Frequenzbereich herausgefiltert, dessen Frequenzwert durch die Wechselspannungsfrequenz vorgegeben ist, beispielsweise der Wechselspannungsfrequenz entspricht oder in durch den Mess-Auswerte-Schaltkreis determinierter Abhängigkeit, insbesondere proportionaler Abhängigkeit, von ihr abhängt, wobei der Messwert für die Kraft bevorzugt ausschließlich aus diesem herausgefilterten Frequenzbereich des Sensorsignals bestimmt wird. Die verschiedenen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kraftmesssystems, einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung, einer erfindungsgemäßen Verwendung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens können jeweils Merkmale aufweisen, die im Zusammenhang mit anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen erläutert sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf sechs Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1: in verschiedenen schematischen Prinzipdarstellungen grundlegende Schaltungsprinzipien verschiedener Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kraftmesssystems;
    • 2: in verschiedenen schematischen Prinzipdarstellungen grundlegende Schaltungsprinzipien verschiedener Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kraftmesssystems;
    • 3: in verschiedenen schematischen Prinzipdarstellungen grundlegende Schaltungsprinzipien verschiedener Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kraftmesssystems;
    • 4: in verschiedenen schematischen Prinzipdarstellungen eine Ausführungsform einer Sensoreinrichtung eines erfindungsgemäßen Kraftmesssystems;
    • 5: in verschiedenen schematischen Prinzipdarstellungen eine Sensoreinrichtung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftmesssystems;
    • 6: in einer schematischen Prinzipdarstellung die Sensoreinrichtung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftmesssystems.
  • In 1 umfassend die 1a, 1b, 1c und 1d sind in verschiedenen schematischen Prinzipdarstellungen grundlegende Schaltungsprinzipien von erfindungsgemäßen Ausführungsformen eines Kraftmesssystems dargestellt. 1a zeigt sehr grundlegend das schematische Prinzip einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Das Kraftmesssystem dieser Ausführungsform weist den in 1a dargestellten Mess-Auswerte-Schaltkreis auf, der vorliegend eine Brückenschaltung mit zwei Armen aufweist, die zueinander parallel geschaltet sind. In 1a ist der Mess-Auswerte-Schaltkreis in dem Betriebszustand dargestellt. Jeder der beiden Arme weist jeweils zwei Brückenschaltungswiderstände 100, 300 bzw. 200, 400 auf, wobei jeweils zwischen den Brückenschaltungswiderständen 100, 300 bzw. 200, 400 eines jeden Armes jeweils ein Abgriff vorgesehen ist. Von diesem Abgriff wird jeweils eine Spannung abgegriffen und in einem Auswerteabschnitt 80 des Mess-Auswerte-Schaltkreises elektronisch aufbereitet, wobei ein Differenzwert zwischen an den Abgriffen jeweils abgegriffenen Spannungen ermittelt wird und als Sensorsignal erfasst wird, das anschließend über in dem Auswerteabschnitt 80 vorgesehene Verstärker-Integrator- und Komparatorschaltungen aufbereitet wird, bis es letztlich als Messwert für eine Kraft ausgegeben wird. In dem dargestellten Betriebszustand wird die Brückenschaltung durch eine Wechsel-Versorgungsspannungsquelle 9 mit elektrischer Energie versorgt. Gemäß dem grundlegenden erfindungsgemäßen Prinzip ist zumindest einer der Brückenschaltungswiderstände 100, 300, 200, 400 als Widerstandsbauteil ausgebildet, das einen elektrischen Widerstand aufweist, der von einer auf das Widerstandsbauteil aufgebrachten Kraft abhängig ist. Besonders bevorzugt sind sämtliche der Brückenschaltungswiderstände 100, 300, 200, 400 als ein solches Widerstandsbauteil ausgebildet.
  • In den 1b, 1c und 1d ist das Prinzip von erfindungsgemäßen Ausführungsformen eines Kraftmesssystems aufbauend auf die Prinzipdarstellung gemäß 1a etwas detaillierter dargestellt. Die in den 1b, 1c und 1d erläuterten Ausführungsformen weisen jeweils eine Sensoreinrichtung 7 und eine Auswerteeinrichtung 8 auf. Die Auswerteeinrichtung 8 weist eine Einspeiseschnittstelle auf, an der in dem gezeigten Betriebszustand die Wechsel-Versorgungsspanungsquelle 9 angeschlossen ist. Die Einspeiseschnittstelle der Auswerteeinrichtung 8 ist in dem dargestellten Betriebszustand mit der Anschlussschnittstelle der Sensoreinrichtung 7 verbunden. Ferner weist die Sensoreinrichtung 7 eine erste Ausleseschnittstelle und die Auswerteeinrichtung 8 eine zweite Ausleseschnittstelle auf. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1b ist die erste Ausleseschnittstelle durch zwei Kondensatorplatten 571, 572, die jeweils entsprechende Kondensatorflächen ausbilden, ausgebildet. Die zweite Anschlussschnittstelle ist ebenfalls durch zwei Kondensatorplatten 581, 582 ausgebildet, die ebenfalls jeweils eine Kondensatorfläche ausbilden. In dem dargestellten Betriebszustand, in dem die Ausleseschnittstellen miteinander verbunden sind, bilden jeweils zwei Kondensatorplatten 571, 581, bzw. 572, 582 von erster und zweiter Ausleseschnittstelle jeweils einen Kondensator 501, 502. In dem Betriebszustand wird die Brückenschaltung, die vorliegend von der Sensoreinrichtung 7 umfasst ist, über die Wechsel-Versorgungsspannungsquelle 9 mit einer Wechselspannung mit einer Wechselspannungsfrequenz beaufschlagt, und die Kondensatorplatten 571, 572 der ersten Ausleseschnittstelle der Sensoreinrichtung 7 sind jeweils mit einem Abgriff an jeweils einem der Arme der Brückenschaltung verbunden, so dass über die korrespondierende erste und zweite Ausleseschnittstelle eine an den Abgriffen der Arme abgegriffene Wechselspannung als Sensorsignal erfasst und an den Auswerteabschnitt 80 der Auswerteeinrichtung 8 weitergegeben werden kann. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1c ist die erste Ausleseschnittstelle als Primärspule 672 und die zweite Ausleseschnittstelle als Sekundärspule 682 eines Transformators 602 ausgebildet, wobei der Transformator 602 in dem Betriebszustand durch erste und zweite Ausleseschnittstelle, d. h. durch die von ihnen ausgebildete Primärspule 672 und Sekundärspule 682 ausgebildet ist. In 1d ist eine Weiterführung des Ausführungsbeispiels gemäß 1b dargestellt. In dem in 1d dargestellten Betriebszustand bilden Einspeise- und Anschlussschnittstelle zwei weitere Kondensatoren 503, 504 aus, wobei jede von den genannten Schnittstellen jeweils eine der Kondensatorplatten der beiden Kondensatoren 503, 504 ausbildet. Bei sämtlichen in 1 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Brückenschaltung und das Widerstandsbauteil jeweils vollständig von der Sensoreinrichtung 7 ausgebildet. Es ist ersichtlich, dass die Erfindung ermöglicht, Sensoreinrichtung 7 und Auswerteeinrichtung 8 als voneinander separate Bauteile auszugestalten, die unabhängig voneinander bewegt werden können, so dass die Sensoreinrichtung 7 in eine Vorrichtung, die durch Kraftmessung zu überwachen ist, integriert werden kann, und zum Realisieren des Betriebszustands lediglich die Auswerteeinrichtung 8 in einem vordefinierten Abstandsbereich relativ zur Sensoreinrichtung 7 anzuordnen ist. Sensoreinrichtung 7 und Auswerteeinrichtung 8 weisen dabei in den bevorzugten dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils drahtlose Schnittstellen auf, umfassend erste Ausleseschnittstelle und zweite Ausleseschnittstelle und gemäß den 1c und 1d darüber hinaus Einspeiseschnittstelle und Anschlussschnittstelle, durch die drahtlos zum einen die Sensoreinrichtung 7 mit Energie versorgt werden kann, so dass durch das Widerstandsbauteil ein Wechselstrom fließt und durch die andererseits drahtlos ein von dem durch das Widerstandsbauteil fließenden Wechselstrom abhängiges Wechselspannungs-Sensorsignal erfasst werden kann. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass der erfindungsgemäße Aufbau, wonach die an dem Widerstandsbauteil anliegende Wechselspannung direkt von der Wechselspannung abhängt, mit der die Einspeiseschnittstelle durch die Wechsel-Versorgungsspannungsquelle 9 versorgt ist, einen besonders einfachen Aufbau und die Verwendung von besonders einfachen elektronischen Komponenten zur Realisierung des Mess-Auswerte-Schaltkreises des erfindungsgemäßen Kraftmesssystems ermöglicht.
  • In 2 umfassend die 2a und 2b sind besonders vorteilhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kraftmesssystems dargestellt. Das Ausführungsbeispiel gemäß 2a fußt auf dem in 1d gezeigten Prinzip, wonach erste und zweite Ausleseschnittstellen und Einspeise- und Anschlussschnittstellen jeweils in dem Betriebszustand gemeinsam Kondensatoren 501, 502, 503, 504 ausbilden. Das Ausführungsbeispiel gemäß 2b beruht auf dem in 1c dargestellten Prinzip, wonach erste und zweite Ausleseschnittstellen und Einspeise- und Anschlussschnittstellen jeweils in dem Betriebszustand gemeinsam Transformatoren 601, 602 ausbilden. Wie zu den 1c und 1d erläutert ist der gezeigte Betriebszustand dadurch zu realisieren, dass die von der Sensoreinrichtung 7 separate Auswerteeinrichtung 8 in einen vordefinierten Abstandsbereich relativ zur Sensoreinrichtung 7 angeordnet wird. Dieser Abstandsbereich kann grundsätzlich dadurch festgelegt werden, dass an Sensoreinrichtung 7 und Auswerteeinrichtung 8 korrespondierende mechanische Kopplungselemente vorgesehen sind, die aneinander anzulegen bzw. ineinander zu stecken sind, um den Betriebszustand zu realisieren, so dass für einen Fachmann das Erreichen des Betriebszustands durch mechanische Kopplung von Sensor- und Auswerteeinrichtung 7, 8 realisierbar und erkennbar ist. Um eine möglichst präzise Kennzeichnung einer an dem jeweiligen Widerstandsbauteil 100, 200, 300, 400 anliegenden Kraft zu realisieren, hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, erläuterte Rückkopplungsschnittstellen an Sensoreinrichtung 7 und Auswerteeinrichtung 8 vorzusehen. Vorliegend sind die Rückkopplungsschnittstellen jeweils als Kondensatorplatten eines im Betriebszustand gebildeten Kondensators 505 (Ausführungsbeispiel gemäß 2a) bzw. jeweils als Primär- bzw. Sekundärspule eines in dem Betriebszustand ausgebildeten weiteren Transformators 603 (Ausführungsbeispiel gemäß 2b) ausgebildet. Dabei weist jeweils die Sensoreinrichtung 7 eine erste Rückkopplungsschnittstelle auf, die eine erste Kondensatorplatte (Ausführungsbeispiel gemäß 2a) bzw. eine Primärspule (Ausführungsbeispiel gemäß 2b) ausbildet, und die Auswerteeinrichtung 8 weist eine zweite Rückkopplungsschnittstelle auf, die eine zweite Kondensatorplatte des in dem Betriebszustand gebildeten Kondensators 505 (Ausführungsbeispiel gemäß 2a) bzw. die Sekundärspule des im Betriebszustand gebildeten weiteren Transformators 603 (Ausführungsbeispiel gemäß 2b) aufweist. Bei dem in den 2a und 2b beschriebenen Ausführungsbeispielen ist sowohl die zweite Ausleseschnittstelle der Auswerteeinrichtung 8 als auch die Einspeiseschnittstelle und die zweite Rückkopplungsschnittstelle der Auswerteeinrichtung 8 jeweils mit einem Auswerteabschnitt der Auswerteeinrichtung 8 verbunden. Hierdurch erfolgt eine Rückkopplung, die eine Information über die Kopplungsstärke zwischen den Schnittstellen von Sensoreinrichtung 7 und Auswerteeinrichtung 8 beinhaltet. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Schnittstelle der Sensoreinrichtung 7 die Anschlussschnittstelle, die erste Ausleseschnittstelle und die erste Rückkopplungsschnittstelle umfasst, und dass die Schnittstelle der Auswerteeinrichtung 8 die Einspeiseschnittstelle, die zweite Ausleseschnittstelle und die zweite Rückkopplungsschnittstelle umfasst. Durch die aufgrund des Zusammenwirkens der Rückkopplungsschnittstellen durchgeführte Rückkopplung wird vorliegend die Wechsel-Versorgungsspannungsquelle 9 geregelt, um unabhängig von einer vorliegenden Kopplung zwischen den Schnittstelle von Sensoreinrichtung 7 und Auswerteeinrichtung 8 eine stets hinreichend präzise Messung der auf zumindest eine der Brückenschaltungswiderstände aufgebrachten Kraft zu gewährleisten. In anderen Ausführungsformen ist selbstverständlich auch möglich, die Rückkopplung so zu gestalten, dass hierdurch direkt Einfluss auf die Aufbereitung des an den Abgriffen abgegriffenen Spannungssignals, beispielsweise durch entsprechende Verstärkung des abgegriffenen Spannungssignals, genommen wird.
  • In 3 umfassend die 3a und 3b sind Ausführungsformen dargestellt, deren Prinzip im Wesentlichen dadurch von den zuvor erläuterten Ausführungsformen unterschiedlich ist, dass die Brückenschaltung des Mess-Auswerte-Schaltkreises gemeinsam durch Sensoreinrichtung 7 und Auswerteeinrichtung 8 ausgebildet ist. Bei den in den 3a und 3b gezeigten Ausführungsbeispielen sind vielmehr die in der Brückenschaltung vorgesehenen Widerstandsbauteile jeweils gemeinsam von Sensoreinrichtung 7 und Auswerteeinrichtung 8 in dem Betriebszustand ausgebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3a weist jeder der Arme der Brückenschaltung jeweils einen ohmschen Widerstand 100, 200 auf, der in Serie zu einem komplexen Widerstand geschaltet ist, der jeweils durch ein Widerstandsbauteil ausgebildet ist. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass erfindungsgemäß ein Widerstandsbauteil beispielsweise als DMS oder als komplexer Widerstand ausgebildet sein kann. Bei einer Ausbildung einer Ausbildung als komplexer Widerstand kann das Widerstandsbauteil beispielsweise einen Kondensator mit einem Kondensatorspalt und/oder eine Spule mit einem Kernspalt umfassen, wie dies obenstehend erläutert ist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3a ist in dem ersten Arm der Brückenschaltung das Widerstandsbauteil durch die Spule 305 und den Kondensator 302 ausgebildet. Das Widerstandsbauteil des zweiten Armes ist durch die Spule 401 und den Kondensator 402 ausgebildet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Kondensatoren 302 und 402 jeweils so ausgestaltet, dass sich ihre Kapazität in Abhängigkeit von einer auf den jeweiligen Kondensator aufgebrachten Kraft verändert, wohingegen die Kapazität des Anschluss-Kondensators 303 druckunabhängig ist. Der Kondensator 302 ist dabei so ausgebildet, dass seine Kapazität bei dem Einwirken einer zu messenden Kraft ansteigt, während der Kondensator 402 so ausgebildet ist, dass seine Kapazität bei dem Einwirken dieser Kraft geringer wird. Hierdurch kann eine besonders hohe Differenzspannung an den Abgriffen bei dem Einwirken einer entsprechenden Kraft erreicht werden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3b ist das Widerstandsbauteil des ersten Arms der Brückenschaltung durch die Kondensatoren 301 und 304 sowie durch die Spule 306 ausgebildet, und das Widerstandsbauteil des zweiten Arms der Brückenschaltung ist durch den Kondensator 402 sowie durch die Spule 401 ausgebildet. Die Kondensatoren 301, 303 und 304 weisen eine kraftunabhängige Kapazität auf. Die Spule 306 und der Kondensator 402 weisen eine von einer auf das Widerstandsbauteil wirkenden Kraft abhängige Induktivität bzw. Kapazität auf. Erfindungsgemäß kann das Widerstandsbauteil somit zweckmäßige Kombinationen von Kondensatoren und Spulen umfassen, die eine determinierte Abhängigkeit von einer auf sie einwirkenden Kraft aufweisen.
  • In 4 umfassend die 4a, 4b, 4c, 4d und 4e ist in schematischen Prinzipdarstellungen eine Sensoreinrichtung 7 einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftmesssystems und somit eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 7 dargestellt. Dabei ist in 4 ein Beispiel für eine Realisierung einer solchen Sensoreinrichtung 7 gezeigt. Die Sensoreinrichtung 7 ist vorliegend als Widerstandsbauteil ausgebildet. Die Sensoreinrichtung umfasst, wie in 4d und 4e zu erkennen, zwei Kernteile 21, 22. Jede der Kernteile 21, 22 weist jeweils einen Mittelbutzenteil 210 eines Mittelbutzens auf. Darüber hinaus bildet jeder der Kernteile 21, 22 jeweils eine Kondensatorplatte aus, so dass, wie nachfolgend erläutert, die Sensoreinrichtung 7 als Widerstandsbauteil ausgebildet ist, in dem eine Spule und ein Kondensator integriert sind. Hierzu wird der erste Kernteil 21, wie aus den 4a bis 4c ersichtlich, zunächst so präpariert, dass er mit einer metallischen Beschichtung 230 beschichtet wird und auf den von ihm ausgebildeten Mittelbutzenteil 210 die Windungen 24 einer Spule aufgeschoben werden. Selbstverständlich kann in anderen Ausführungsformen auch eine andere elektrisch leitende Beschichtung anstelle der metallischen Beschichtung 230 aufgebracht werden, beispielsweise eine Graphitbeschichtung. Jeweils ein Teil der Seiten wird nicht mit der metallischen Beschichtung 230 beschichtet sondern bleibt frei, wie aus den 4b und 4c ersichtlich. Der zweite Kernteil 22 wird analog zu dem ersten Kernteil 21 mit einer metallischen Beschichtung 230 beschichtet. Wie aus 4d ersichtlich werden die Kernteile 21, 22 aneinandergefügt und über eine elastische Verbindungseinrichtung 4 miteinander verbunden, vorliegend durch eine elastische Klebebandverbindung, wobei zwischen die Kernteile vor Durchführung der Verbindung eine Abstandshaltefolie 5 platziert wird, so dass sowohl die Mittelbutzenteile 210 der beiden Kernteile 21, 22 als auch die von ihnen ausgebildeten Seitenbutzenteile 31, 32 mit einer durch die Dicke der Abstandshaltefolie 5 vorgegebenen Kernspaltbreite voneinander beabstandet sind. Die beiden Kernteile 21, 22 werden darüber hinaus jeweils über eine elektrische Leitung 34 mit den Windungen 24 elektrisch leitend verbunden. Aufgrund der metallischen Beschichtung 230 bilden die Kernteile 21, 22 einen Kondensator aus, dessen Kondensatorflächen durch die Mittelbutzenteile 210 bzw. Seitenbutzenteile 31, 32 der jeweiligen Kernteile 21, 22 gebildet sind. Eine solche Sensoreinrichtung 7 kann, wie in 4e gezeigt, an einem Rohr angebracht werden, dessen Rohrwandung an einer Seite abgeflacht ist, wobei die Sensoreinrichtung 7 auf dieser Abflachung angebracht wird. Die Sensoreinrichtung 7 kann über eine Auswerteeinrichtung 8 gemäß beispielsweise den voranstehend erläuterten elektronischen Prinzipien mit Energie versorgt werden und von der Auswerteeinrichtung ausgelesen werden, so dass eine Veränderung der Spaltbreite zwischen den Kernteilen 21, 22 eine Veränderung des Widerstands des Widerstandsbauteils bewirkt, die von der Auswerteeinrichtung 8 erfasst werden kann und zur Kennzeichnung einer an der Sensoreinrichtung 7 und somit an dem Rohr 6 anliegenden Kraft verwendet werden kann.
  • In 5 umfassend die 5a, 5b und 5c ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 7 dargestellt. Die Sensoreinrichtung 7 umfasst, analog zu der Sensoreinrichtung gemäß 4, einen ersten Kernteil 21 und einen zweiten Kernteil 22. Die Windungen 24 sind durch eine bedruckte Platine ausgebildet. Die Windungen 24 werden so auf den ersten Kernteil 21 aufgelegt, dass sie, bezogen auf die Spulenachse, um den Mittelbutzenteil 210, der von dem ersten Kernteil 21 ausgebildet ist, umlaufen. Der zweite Kernteil 22, an dem eine elastische Verbindungseinrichtung 4 vorgesehen ist, wird auf den ersten Kernteil 21 aufgebracht, wobei die elastische Verbindungseinrichtung 4 mit dem ersten Kernteil 21 verbunden wird. Zwischen den Seitenbutzenteilen des ersten Kernteils 21 und des zweiten Kernteils 22 werden Abstandshalterfolien 5 vorgesehen, über die ein definierter Abstand zwischen den Kernteilen 21, 22 und somit eine definierte Kernspaltbreite gewährleistet ist. Nach erfolgter Verbindung der Kernteile 21, 22 werden selbstverständlich die Abstandshaltefolien 5 entnommen, wodurch die Sensoreinrichtung 7 funktionsfähig ist.
  • In 6 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 7 dargestellt. Die Sensoreinrichtung 7 umfasst ein aus Kunststoff hergestelltes Bauteilgehäuse 11, in das die Kernteile 21, 22, die vorliegend analog wie in 5 dargestellt ausgebildet sind, eingegossen sind. Das Bauteilgehäuse 11 bildet selbst die elastische Verbindungseinrichtung zwischen den Kernteilen 21, 22 aus. Die in 6 noch dargestellten Abstandshaltefolien 5 werden nach Fertigstellung der Sensoreinrichtung 7 entnommen. Bei der Sensoreinrichtung 7 ist entsprechend eine bedruckte Platine zur Realisierung der Windungen 24 vorgesehen. Selbstverständlich können in vorteilhaften Ausführungsformen die Kernteile 21, 22 mit einer metallischen Beschichtung 230, wie zu 4 erläutert, beschichtet sein, so dass diese Kernteile 21, 22 ferner gemeinsam einen Kondensator ausbilden.
  • Bezugszeichenliste
    • 4
    elastische Verbindungseinrichtung
    5
    Abstandshaltefolie
    7
    Sensoreinrichtung
    8
    Auswerteeinrichtung
    9
    Wechsel-Versorgungsspannungsquelle
    11
    Bauteilgehäuse
    21
    Kernteil
    22
    Kernteil
    24
    Windung
    31
    Seitenbutzenteil
    32
    Seitenbutzenteil
    34
    elektrische Leitung
    80
    Auswerteabschnitt
    100
    Brückenschaltungswiderstand
    200
    Brückenschaltungswiderstand
    210
    Mittelbutzenteil
    230
    metallische Beschichtung
    300
    Brückenschaltungswiderstand
    301
    Kondensator
    302
    Kondensator
    302
    Kondensator
    303
    Kondensator
    304
    Kondensator
    305
    Spule
    306
    Spule
    400
    Brückenschaltungswiderstand
    401
    Spule
    402
    Kondensator
    501
    Kondensator
    502
    Kondensator
    503
    Kondensator
    504
    Kondensator
    505
    Kondensator
    571
    Kondensatorplatte der ersten Ausleseschnittstelle
    572
    Kondensatorplatte der ersten Ausleseschnittstelle
    581
    Kondensatorplatte der zweiten Ausleseschnittstelle
    582
    Kondensatorplatte der zweiten Ausleseschnittstelle
    601
    Transformator
    602
    Transformator
    603
    Transformator
    671
    Primärspule
    672
    Primärspule
    681
    Sekundärspule
    682
    Sekundärspule
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008041771 B4 [0003]

Claims (22)

  1. Kraftmesssystem umfassend eine Sensoreinrichtung (7) und eine Auswerteeinrichtung (8), die in einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Kraftmesssystems gemeinsam einen elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreis ausbilden, der zumindest ein Widerstandsbauteil umfasst, das einen elektrischen Widerstand aufweist, der durch eine mechanische Kraftbelastung des Widerstandsbauteils veränderbar ist, wobei die Auswerteeinrichtung (8) in dem Betriebszustand dazu ausgebildet ist, einen von dem elektrischen Widerstand des Widerstandsbauteils abhängigen Messwert zur Kennzeichnung der auf das Widerstandsbauteil aufgebrachten Kraft auszugeben, wobei das Kraftmesssystem einen Speiseanschluss zum Versorgen des elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreises aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Speiseanschluss ausgebildet ist, in dem Betriebszustand eine Wechsel-Versorgungsspannung an den Mess-Auswerte-Schaltkreis auszugeben, wobei das Kraftmesssystem eine mit dem Speiseanschluss verbundene Einspeiseschnittstelle aufweist, die dergestalt korrespondierend zu einer von der Sensoreinrichtung (7) umfassten Anschlussschnittstelle ausgebildet ist, dass in dem Betriebszustand die Sensoreinrichtung (7) durch das Zusammenwirken von Anschlussschnittstelle und Einspeiseschnittstelle mit Wechselspannung mit einer Wechselspannungsfrequenz versorgt ist, die insbesondere zwischen 1 und 100 MHz liegt, wobei in dem Betriebszustand ein durch die Wechselspannung verursachter Wechselstrom durch das Widerstandsbauteil fließt, wobei die Auswerteeinrichtung (8) dazu ausgebildet ist, in dem Betriebszustand ein von dem Wechselstrom abhängiges Wechselstrom- oder Wechselspannungs-Sensorsignal zu erfassen und den Messwert in Abhängigkeit von diesem Sensorsignal auszugeben.
  2. Kraftmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (8) dazu ausgebildet ist, in dem Betriebszustand das Sensorsignal mit einer Signalfrequenz zu erfassen, die von der Wechselspannungsfrequenz abhängt, wobei insbesondere der Messwert über Amplituden- oder Frequenzdemodulation aus dem Sensorsignal ermittelt wird.
  3. Kraftmesssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerteeinrichtung (8) dazu ausgebildet ist, das Sensorsignal auf einen in der Auswerteeinrichtung (8) festgelegten Massebezug zu transformieren.
  4. Kraftmesssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (7) eine passive Einrichtung ist, die in dem Betriebszustand ausschließlich durch die von der Einspeiseschnittstelle an die Anschlussschnittstelle übertragene Wechselspannung mit Energie versorgt ist.
  5. Kraftmesssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlussschnittstelle und Einspeiseschnittstelle zur drahtlosen Übertragung der Wechselspannung von der Einspeiseschnittstelle zur Anschlussschnittstelle ausgebildet sind, wobei insbesondere die Auswerteeinrichtung die Einspeiseschnittstelle aufweist.
  6. Kraftmesssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (7) und die Auswerteeinrichtung (8) durch voneinander separate Bauteile ausgebildet sind, die miteinander korrespondierende Schnittstellen aufweisen, über die sie im Betriebszustand lösbar miteinander verbunden sind unter Gewährleistung von sowohl dem Versorgen der Anschlussschnittstelle mit der Wechselspannung als auch dem Erfassen des Sensorsignals, wobei insbesondere die Schnittstellen als drahtlose Schnittstellen ausgebildet sind, wobei insbesondere die Schnittstellen in dem Betriebszustand gemeinsam einen Kondensator (501, 502, 503, 504, 505) ausbilden, dessen erste Kondensatorfläche von der Sensoreinrichtung (7) und dessen zweite Kondensatorfläche von der Auswerteeinrichtung (8) ausgebildet ist, und/oder gemeinsam einen Transformator (601, 602, 603) ausbilden, dessen Primärspule (671, 672) von der Sensoreinrichtung (7) und dessen Sekundärspule (681, 682) von der Auswerteeinrichtung (8) ausgebildet ist.
  7. Kraftmesssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mess-Auswerte-Schaltkreis eine Brückenschaltung mit mindestens zwei Armen aufweist, die zueinander parallel geschaltet sind und in dem Betriebszustand durch die Wechselspannung versorgt sind, wobei jeder der Arme mindestens zwei in Reihe geschaltete Brückenschaltungswiderstände (100, 300, 200, 400) und in Reihe dazwischen einen Abgriff umfasst, wobei einer der Brückenschaltungswiderstände (100, 300, 200, 400) der Brückenschaltung durch den Widerstand des Widerstandsbauteils gebildet ist, wobei die Auswerteeinrichtung (8) in dem Betriebszustand an dem Abgriff eines jeden Arms jeweils eine Spannung abgreift und das Sensorsignal als einen Vergleichswert zwischen den Spannungen erfasst.
  8. Kraftmesssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (8) in dem Betriebszustand zumindest einen Teil der Brückenschaltung, insbesondere einen Teil des Widerstandsbauteils, ausbildet oder an den Abgriffen der Arme der Brückenschaltung angeschlossen ist.
  9. Kraftmesssystem nach den Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellen von Auswerteeinrichtung (8) und Sensoreinrichtung (7) jeweils eine außerhalb der Arme der Brückenschaltung vorgesehene Rückkopplungsschnittstelle umfassen, wobei die Auswerteeinrichtung (8) dazu ausgebildet ist, in dem Betriebszustand durch die Rückkopplungsschnittstellen eine Kopplung zwischen den Schnittstellen zu ermitteln und insbesondere die Abhängigkeit des Messwerts von dem Sensorsignal und/oder die von der Einspeiseschnittstelle an die Anschlussschnittstelle ausgegebene Wechselspannung abhängig von der ermittelten Kopplung einzustellen.
  10. Kraftmesssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand des Widerstandsbauteils ein komplexer Widerstand mit einem imaginären und einem realen Widerstand ist, wobei insbesondere der imaginäre Widerstand größer als der reale Widerstand ist.
  11. Kraftmesssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsbauteil einen Kondensator (301, 302, 303, 304, 402) mit einem Kondensatorspalt mit einer Kondensatorspaltbreite zwischen seinen Kondensatorflächen aufweist, dessen Kondensatorspaltbreite von einer Größe der auf das Widerstandsbauteil aufgebrachten Kraft abhängt, und/oder dass das Widerstandsbauteil eine Spule (305, 306, 401) mit einem Spulenkern aufweist, der zumindest zwei Kernteile (21, 22) aufweist, zwischen denen ein Kernspalt mit einer Kernspaltbreite vorgesehen ist, dessen Kernspaltbreite von der Größe der auf das Widerstandsbauteil aufgebrachten Kraft abhängt.
  12. Kraftmesssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (8) dazu ausgebildet ist, den Messwert mit einer solchen Auflösung auszugeben, dass eine Veränderung der Kondensatorspaltbreite und/oder der Kernspaltbreite, ausgehend von einer Ruhelage des Kraftmesssystems, um 1 % zu einer Veränderung des Messwerts führt, wobei insbesondere die Auswerteeinrichtung (8) dazu ausgebildet ist, innerhalb eines Veränderungsbereichs der Kondensatorspaltbreite und/oder der Kernspaltbreite ausgehend von der Ruhelage bis zu der Veränderung von 1 % einen von der Veränderung abhängigen Messwert mit einer Messwertauflösung von mindestens 3 Bit auszugeben.
  13. Kraftmesssystem nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatorflächen und/oder die Kernteile (21, 22) über eine insbesondere elastische Verbindungseinrichtung (4) miteinander verbunden sind, die einer ausgehend von einer Ruhelage des Widerstandsbauteils auf das Widerstandsbauteil aufgebrachten, auf eine Veränderung der Kondensatorspaltbreite und/oder Kernspaltbreite hinwirkenden Kraft eine insbesondere federelastische Kraft entgegensetzt, wobei insbesondere die Verbindungseinrichtung (4) einen Bestandteil umfasst, dessen Erstreckung zwischen den Kondensatorflächen und/oder Kernteilen (21, 22) sich in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, der Umgebungsfeuchtigkeit oder des Umgebungsdrucks verändert zum Ermöglichen einer Temperatur- Feuchtigkeits- oder Druckmessung mittels des Kraftmesssystems.
  14. Kraftmesssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsbauteil die Spule mit dem Spulenkern aufweist, wobei der Spulenkern aus einem magnetisierbaren Material hergestellt ist und innerhalb von durch die Spule (305, 306, 401) im Betriebszustand erzeugten Magnetfeldlinien angeordnet ist, wobei insbesondere der Kernspalt mit seiner Kernspaltbreite entlang den Magnetfeldlinien verläuft.
  15. Kraftmesssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern einen Mittenbutzen (210) und zwei Seitenbutzen (31, 32) umfasst, wobei die Spule (305, 306, 401) Wicklungen aufweist, die um den Mittelbutzen (210) gewickelt sind, wobei der Kernspalt durch den Mittelbutzen (210) und/oder durch zumindest einen der Seitenbutzen (31, 32) verläuft.
  16. Kraftmesssystem nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern zwei Kernhälften aufweist, die insbesondere jeweils eine Hälfte des Mittelbutzens (210) und eine Hälfte der Seitenbutzen (31, 32) ausbilden, wobei die Kernhälften in einer Ruhelage des Magnetbauteils unter Ausbildung des Kernspaltes voneinander beabstandet aneinander fixiert sind, insbesondere elastisch gelagert fixiert sind.
  17. Kraftmesssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernhälften den Kondensator (301, 302, 303, 304, 402) des Widerstandsbauteils ausbilden, wobei jede der Kernhälften jeweils eine der Kondensatorflächen ausbildet.
  18. Sensoreinrichtung (7) eines Kraftmesssystems nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (7) eine mit der Auswerteeinrichtung (8) des Kraftmesssystems korrespondierende Schnittstelle aufweist und dazu ausgebildet ist, in einem Betriebszustand über ihre Schnittstelle mit der Auswerteeinrichtung (8) verbunden zu sein und durch die Einspeiseschnittstelle des Kraftmesssystems mit der Wechselspannung versorgt zu sein und gemeinsam mit der Auswerteeinrichtung (8) den elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreis des Kraftmesssystems auszubilden und zumindest einen Teil des Widerstandsbauteils in diesem elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreis auszubilden.
  19. Verwendung eines Kraftmesssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Messung einer Kraft, die auf das Widerstandsbauteil des Kraftmesssystems wirkt, wobei die Kraft aus dem ausgegebenen Messwert ermittelt wird.
  20. Verwendung nach Anspruch 19, wobei die Sensoreinrichtung (7) in einer Wandung eines fluidführenden Bauteils integriert wird und aus der ermittelten Kraft ein in dem Bauteil vorliegender Druck ermittelt wird oder wobei in der Sensoreinrichtung (7) als Teil des Widerstandsbauteils ein feuchtigkeits- oder temperatur- oder druckempfindlicher Bestandteil verwendet wird und aus der ermittelten Kraft eine Umgebungsfeuchtigkeit, eine Umgebungstemperatur oder ein Umgebungsdruck ermittelt wird.
  21. Verfahren zum Messen einer auf eine Vorrichtung aufgebrachten Kraft, wobei an der Vorrichtung ein Widerstandsbauteil fixiert wird, das in einem elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreis integriert ist und das einen elektrischen Widerstand aufweist, der durch eine mechanische Kraft auf das Widerstandsbauteil veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf den elektromechanischen Mess-Auswerte-Schaltkreis eine Wechselspannung mit einer Wechselspannungsfrequenz aufgebracht wird, die insbesondere zwischen 1 und 100 MHz liegt, so dass ein durch die Wechselspannung verursachter Wechselstrom durch das Widerstandsbauteil fließt, wobei ein von dem Wechselstrom abhängiger Strom- oder Spannungswert als Sensorsignal erfasst wird, das eine Signalfrequenz aufweist, die von der Wechselspannung abhängt, wobei aus dem Sensorsignal ein Messwert für die Kraft erzeugt wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung eines Signal-Rauschverhältnisses des Sensorsignals in dem Mess-Auswerte-Schaltkreis das Sensorsignal mit einem auf die Wechselspannungsfrequenz abgestimmten Filter gefiltert wird.
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