-
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Set umfassend mehrerer unterschiedlicher solcher Sensoranordnungen sowie eine Verwendung der Sensoranordnung und ein Verfahren zur Herstellung der Sensoranordnung.
-
Sensoranordnungen zum Ermitteln von Kräften sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Gattungsgemäße Sensoranordnungen beruhen auf dem bekannten Prinzip, dass ein Dehnungsmesssensor auf einen Träger aufgebracht wird, der durch Einwirkung einer Kraft verbiegbar ist, wobei der Dehnungsmesssensor dazu ausgebildet ist, ein durch eine Auswerteeinheit auslesbares Ausgangssignal zur Quantifizierung der Verbiegung des Trägers und somit zur Quantifizierung der auf den Träger einwirkenden Kraft auszugeben. Je nach Art des Dehnungsmesssensors und je nach Auswertung seines Signals kann dabei durch den Dehnungsmesssensor eine positive oder negative Dehnung, also Stauchung oder Streckung, des Dehnungsmesssensors ermittelbar sein zur Quantifizierung der Verbiegung des Trägers. Gattungsgemäße Sensoranordnungen umfassen den Träger und den auf dem Träger angebrachten Dehnungsmesssensor. Bei Einwirken einer externen Kraft ausgehend von einer Ruhelage erfährt der Träger eine Verbiegung, wobei der Träger dergestalt elastisch ausgebildet ist, dass er der externen Kraft eine sich aus seinen elastischen Eigenschaften ergebende Rückstellkraft entgegenstellt und nach Beendigung der Einwirkung der externen Kraft aufgrund seiner elastischen Eigenschaften in die Ruhelage zurückkehrt. Solche Sensoranordnungen kommen beispielsweise in Wägezellen oder bei Druckmesseinrichtungen in Anwendung. Dabei kommen die Sensoranordnungen in einem solchen Belastungsbereich, d. h. in einem solchen Größenbereich der zu messenden externen Kraft in Anwendung, in dem der Träger die beschriebenen elastischen Eigenschaften aufweist und somit nach Beendigung des Einwirkens der externen Kraft in die Ausgangslage zurückkehrt, so dass mittels solcher Sensoranordnungen mit deren bestimmungsgemäßer Verwendung reproduzierbar und mit einer großen Häufigkeit der Betrag von unterschiedlichen externen Kräften ermittelt werden kann. Gattungsgemäße Sensoranordnungen sind dabei dazu ausgelegt, einen Wert zur Quantifizierung des Betrags einer externen Kraft auszugeben, die in einer bestimmten, vorgegebenen Richtung auf die Sensoranordnung wirkt. Eine solche Sensoranordnung kann auch zur Quantifizierung von externen Kräften, die in unterschiedliche vorgegebene Richtungen wirken, ausgebildet sein. Hierzu ist der Dehnungsmesssensor der Sensoranordnung an einer gezielt vorgesehenen Stelle an dem Träger positioniert, die sich bei Einwirken einer externen Kraft in einer vorgegebenen Richtung in prädeterminierter Weise verbiegt. Häufig umfassen gattungsgemäße Sensoreinrichtungen eine Mehrzahl an Dehnungsmesssensoren, die an unterschiedlichen Positionen an einem Biegebereich des Trägers fixiert sind, beispielsweise teilweise in einer Position, an der durch die Biegung eine Streckung des Dehnungsmesssensors erfolgt und teilweise in einer Position, an der durch die Biegung eine Stauchung des Dehnungsmesssensors erfolgt. Typischerweise wird die Sensoranordnung in einer Sensoreinrichtung verwendet, die neben der Sensoranordnung ferner eine Auswerteeinheit umfasst. Zumeist weist die Auswerteeinheit eine Auswerteschaltung nach Art einer Brückenschaltung mit Brückenwiderständen auf, beispielsweise eine Vollbrücke oder eine Halbbrücke, wobei die Dehnungsmesssensoren der Sensoranordnung zumindest einige der Brückenwiderstände ausbilden. Dabei sind Dehnungsmesssensoren üblicherweise so ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit von einer Stauchung oder Streckung ihren elektrischen Widerstand verändern. Mit der Auswerteschaltung wird somit üblicherweise der Widerstand, den die jeweiligen Dehnungsmesssensoren ausbilden, ermittelt. Im Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, um solche Dehnungsmesssensoren zu realisieren. Beispielsweise ist bekannt, solche Dehnungsmesssensoren als Dehnungsmessstreifen auszubilden, beispielsweise als Metall-, Dickschicht-, Folien- oder Silizium-Dehnungsmessstreifen. Während bei Metall-, Dickschicht-, oder Folien-Dehnungsmessstreifen der Widerstand maßgeblich auf einer Veränderung des Leitungsquerschnitts des Dehnungsmessstreifens beruht, beruht eine Veränderung eines Silizium-Dehnungsmessstreifens maßgeblich auf einer Veränderung der Kristallgitterstruktur des Silizium-Dehnungsmessstreifens. Entsprechend sind Silizium-Dehnungsmessstreifen häufig wesentlich kleiner dimensionierbar als herkömmliche Dehnungsmessstreifen. Bevorzugt sind Silizium-Dehnungsmessstreifen nach Art eines Würfels mit einer Kantenlänge von unter 1,5 mm, insbesondere unter 1 mm oder nach Art eines Streifens mit einer maximalen Länge von weniger als 1,5 mm, insbesondere weniger als 1 mm ausgebildet.
-
Gattungsgemäße Sensoranordnungen weisen somit eine gezielt ausgewählte Geometrie auf, über die sie zur Messung der Größe und insbesondere Richtung einer externen Kraft in einem vorbestimmten Messbereich, d. h. einem Bereich des Betrags der Kraft, geeignet sind. Dabei müssen solche Sensoranordnungen bzw. -einrichtungen in Umgebungen eingesetzt werden, in denen die zu messenden Kräfte auftreten. Bei der Implementierung der Sensoreinrichtungen ist wegen der Sensitivität der Sensoranordnungen besondere Sorgfalt erforderlich, damit vermieden wird, dass solche Sensoranordnungen, insbesondere die darin vorgesehenen Dehnungsmesssensoren und Träger, keinen Kräften ausgesetzt sind, die außerhalb des für die jeweilige Sensoranordnung bzw. -einrichtung vorgesehenen Messbereichs liegen. Darüber hinaus ist bei der Implementierung von Sensoreinrichtungen Sorge zu tragen, dass die elektrischen Verbindungen zwischen Dehnungsmesssensor und Auswerteeinheit dergestalt geschützt sind, dass die Einwirkung der externen Kraft keine Beschädigung dieser elektrischen Verbindungen oder gar von elektrischen Komponenten der Auswerteeinheit mit sich bringt. Im Stand der Technik wird dieser Problemstellung üblicherweise dadurch begegnet, dass entweder ein Träger mit hinreichender mechanischer Robustheit verwendet wird, der sich in dem gewünschten Messbereich der externen Kraft nur geringfügig verbiegt, was zu Lasten der Genauigkeit der Messung geht, oder dass der Träger in seinen geometrischen Ausgestaltungen dem Messbereich so angepasst ist, dass über den bestimmungsgemäßen Messbereich hinweg der Träger eine erhebliche Verbiegung erfährt, was eine hohe Gefahr an irreversibler Beschädigung der Sensoranordnung mit sich bringt, wenn die Sensoranordnung mit einer externen Kraft belastet wird, deren Betrag außerhalb des bestimmungsgemäßen Messbereichs liegt. Gerade im letztgenannten Fall besteht das erhebliche Risiko einer irreversiblen Beschädigung der Sensoranordnung dahingehend, dass wegen einer Verformung des Trägers der für den Betrag der externen Kraft ausgegebene Messwert der Sensoranordnung verfälscht ist, was insbesondere zu Reklamationen gegenüber dem Hersteller der Sensoranordnung führen kann. Bei der Implementierung der Auswerteeinheit sind aufwendige Verdrahtungen erforderlich, damit einem Schutz der elektronischen Komponenten und der elektronischen Verbindungen zwischen elektronischen Komponenten der Auswerteeinheit und dem Dehnungsmesssensor hinreichend Rechnung getragen werden kann. Dies führt zu erheblichen Herstellungskosten, was insbesondere gerade auch im Hinblick auf ein Ersetzen von Sensoreinrichtungen bei Reklamationen besonders nachteilig ist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung und insbesondere eine Sensoreinrichtung mit Sensoranordnung und Auswerteeinheit, ein Set an Sensoranordnungen oder Sensoreinrichtungen und/oder eine Verwendung einer Sensoranordnung und/oder ein verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung bereitzustellen, mit der bzw. dem zumindest ein Nachteil gattungsgemäßer Sensoranordnungen bzw. Sensoreinrichtungen bzw. Verwendung oder bzw. Verfahren zumindest teilweise behoben werden kann.
-
Als eine Lösung schlägt die Erfindung eine Sensoranordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor. Die Sensoranordnung gemäß dieser Lösung umfasst einen Träger, an dem ein Dehnungsmesssensor angebracht ist. Der Träger ist bevorzugt nach Art einer sich mit ihrer platten Fläche horizontal erstreckenden Platte ausgebildet und weist somit eine wesentlich größere flächige Erstreckung in der Horizontalen auf als entlang einer senkrecht zur Horizontalen erstreckenden Vertikalen. Die horizontale flächige Erstreckung weist dabei eine Außenkontur auf, die zur Realisierung der biegeelastischen Eigenschaften des Trägers besonders geeignet ist. Der Träger weist einen Befestigungsabschnitt und einen Betätigungsabschnitt auf, die horizontal nebeneinander angeordnet und miteinander verbunden sind. Befestigungsabschnitt und Betätigungsabschnitt erstrecken sich jeweils flächig entlang der Horizontalen. Bevorzugt ist der Träger einstückig ausgebildet. In einer Ausführungsform sind Befestigungsabschnitt und Betätigungsabschnitt unabhängig voneinander hergestellt und anschließend fest miteinander verbunden unter Ausbildung des einstückigen Trägers. In einer anderen Ausführungsform ist der Träger umfassend Befestigungsabschnitt und Betätigungsabschnitt direkt aus einem Material einstückig zusammenhängend hergestellt. Besonders bevorzugt ist der Träger aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt. In bestimmten Ausführungsformen kann der Träger auch aus einem Kunststoff hergestellt sein. In solchen Ausführungsformen sind die Geometrie des Trägers und der Kunststoff selbst gezielt auf einen Messbereich ausgelegt, in dem die Sensoranordnung bestimmungsgemäß verwendet werden soll. Der Betätigungsabschnitt weist einen Betätigungsbereich auf. Die Sensoranordnung umfasst ferner eine Krafteinleitungseinrichtung, die mit dem Betätigungsbereich gekoppelt ist. Der Betätigungsabschnitt, der Befestigungsabschnitt und die Krafteinleitungseinrichtung sind dergestalt zueinander korrespondierend ausgebildet, dass ausgehend von einer Ruhelage der Sensoranordnung bei Aufbringen einer externen Kraft auf den Betätigungsbereich über die Krafteinleitungseinrichtung in einer Auslenkungsrichtung der Betätigungsbereich zum Befestigungsabschnitt um eine Auslenkung elastisch auslenkbar ist unter Durchführung einer Biegung in einem Biegebereich des Trägers, wobei der Dehnungsmesssensor innerhalb des Biegebereichs an dem Träger befestigt ist und somit zumindest teilweise, insbesondere vollständig in dem Biegebereich angeordnet ist, in dem der Träger die Biegung erfährt. Die Auslenkung erfolgt dabei in der Auslenkungsrichtung, wobei in manchen Ausführungsformen aufgrund der Biegung in dem Biegebereich der Betätigungsbereich eine gekrümmte Bewegung ausführen kann, während er ausgelenkt wird, so dass der Betätigungsbereich relativ zum Befestigungsabschnitt sowohl in Auslenkungsrichtung um die Auslenkung, also ihren Betrag in Auslenkungsrichtung, als auch mit einer weiteren Auslenkungskomponente in einer anderen Richtung relativ zum Befestigungsabschnitt ausgelenkt werden kann. Die Auslenkung in Auslenkungsrichtung definiert das Maß der Auslenkung, die von dem Dehnungsmesssensor zu erfassen ist zum Feststellen der Größe der externen Kraft. Die Krafteinleitungseinrichtung ist im einfachsten Fall von dem Betätigungsbereich ausgebildet und dabei als Oberflächenabschnitt des Betätigungsbereichs ausgebildet, auf den die externe Kraft aufgebracht werden kann, um die Kraft auf den Betätigungsbereich einzuleiten. In anderen Ausführungsformen ist die Krafteinleitungseinrichtung ein von der Sensoranordnung umfasstes Betätigungselement, dessen Lage relativ zum Betätigungsbereich in der Sensoranordnung festgelegt ist, so dass sie mit dem Betätigungsbereich gezielt gekoppelt ist, um eine auf sie aufgebrachte externe Kraft auf den Betätigungsbereich zu übertragen und somit in ihn einzuleiten. Besonders bevorzugt verläuft die Auslenkungsrichtung senkrecht zur Horizontalen und somit entlang einer Vertikalen. Entsprechend ist bevorzugt die Auslenkung, um die der Betätigungsbereich durch die in der vertikalen Auslenkungsrichtung aufgebrachte externe Kraft auslenkbar ist, eine vertikale Auslenkung und somit eine Auslenkung entlang der Vertikalen. Die Sensoranordnung ist bevorzugt von einer ebenfalls von der Erfindung umfassten Messeinrichtung umfasst, die ein Messelement aufweist, das zur Aufnahme einer externen Messkraft ausgebildet ist und mit der Krafteinleitungseinrichtung mechanisch dergestalt gekoppelt ist, dass sie die externe Messkraft in der Auslenkungsrichtung als externe Kraft auf die Krafteinleitungseinrichtung weiterleitet.
-
Die Sensoranordnung umfasst ferner einen Montagekörper mit einem Montageabschnitt, an dem der Träger mit seinem Befestigungsabschnitt befestigt ist. Bevorzugt liegt der Befestigungsabschnitt auf dem Montageabschnitt flächig auf und ist mit einer in Auslenkungsrichtung wirkenden Anpresskraft gegen diesen gepresst. Der Montagekörper ist zur Aufnahme einer in Auslenkungsrichtung auf den Befestigungsabschnitt wirkenden Kraft geeignet. Bevorzugt erstrecken sich Montageabschnitt und Befestigungsabschnitt jeweils in einer Horizontalen und liegen mit ihren in der Horizontalen liegenden, vertikal zueinander gewandten Seiten aneinander an. Bevorzugt ist der Träger über den Befestigungsabschnitt reversibel oder irreversibel an dem Montageabschnitt des Montagekörpers befestigt, beispielsweise durch Verschrauben, Verkleben, Vernieten oder Verschweißen. Der Träger und Montagekörper können ferner zueinander korrespondierende Führungseinrichtungen aufweisen, über die sie miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann eine der Führungseinrichtungen als Außengewinde und die andere als Innengewinde ausgebildet sein, wobei in der Sensoranordnung Träger und Montagekörper fest miteinander verschraubt sind. Beispielsweise können die Führungseinrichtungen als zueinander korrespondierende Rasteinrichtungen ausgebildet sein, über die Träger und Montagekörper in der Sensoranordnung miteinander verrastet sind. Der Montagekörper weist einen Anschlagsabschnitt auf, der in der Ruhelage von einem Anschlagsbereich, der von dem Betätigungsabschnitt und/oder der Krafteinleitungsrichtung ausgebildet ist, um einen festgelegten Abstand beabstandet ist, wobei der Betätigungsbereich bis zum Anliegen des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt in Auslenkungsrichtung elastisch auslenkbar ist. Der Montagekörper weist somit zum einen einen Montageabschnitt auf, an dem der Träger mit seinem Befestigungsabschnitt zumindest in Richtung der Auslenkungsrichtung, insbesondere in sämtlichen Raumrichtungen, positionsfest fixiert ist, und zum anderen einen Anschlagsabschnitt, der eine Grenze der Auslenkbarkeit des Betätigungsbereichs in Auslenkungsrichtung setzt. Bevorzugt bildet der Montagekörper vertikal unmittelbar unterhalb des Betätigungsabschnitts einen sich in der Horizontalen erstreckenden Freiraum aus, innerhalb dessen horizontaler Erstreckung sich der Betätigungsabschnitt zumindest ausgehend von dem Biegebereich, innerhalb dessen der Dehnungsmesssensor angeordnet ist, bis zum Betätigungsbereich erstreckt. Beispielsweise kann der Montagekörper hierzu an seiner zum Träger gewandten Seite eine Aussparung aufweisen, in die der Betätigungsbereich ausgehend von der Ruhelage in Auslenkungsrichtung bewegbar ist, bis der Anschlagsbereich an dem Anschlagsabschnitt anliegt, wobei der Anschlagsabschnitt durch eine räumliche Begrenzung der Aussparung, insbesondere durch einen Boden der Aussparung, der vertikal zu dem Betätigungsbereich weist und sich horizontal erstreckt, ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann in Ausführungsformen, in denen die Krafteinleitungseinrichtungen ein zusätzlich zu dem Betätigungsbereich vorgesehenes Betätigungselement ist, diese Krafteinleitungseinrichtung eine auf die zur Geometrie der Aussparung angepasste Geometrie aufweisen, so dass die Krafteinleitungseinrichtung in Auslenkungsrichtung in die Aussparung bewegbar ist, bis sie mit dem von ihr ausgebildeten Anschlagsbereich an einer Begrenzung der Aussparung anliegt. Beispielsweise kann die Aussparung hierzu an ihrer zum Träger gewandten Seite eine Öffnung mit einem Öffnungsdurchmesser aufweisen, während die Auslenkungseinrichtung einen sich entlang der Auslenkungsrichtung vergrößernden Querschnitt aufweist, beispielsweise indem die Krafteinleitungseinrichtung nach Art eines Kegels oder nach Art einer Kugel ausgebildet ist, so dass die Krafteinleitungseinrichtung in der Auslenkungseinrichtung in die Aussparung bewegbar ist, bis ihr an der Öffnung der Aussparung liegender Durchmesser den Öffnungsdurchmesser erreicht. In einer Ausführungsform, in der der Anschlagsbereich von dem Betätigungsabschnitt ausgebildet ist, kann der Anschlagsbereich beispielsweise durch eine räumliche Begrenzung des Betätigungsabschnitts ausgebildet sein, die bei entsprechender Auslenkung zur Anlage an einer als Anschlagsabschnitt des Montagekörpers wirkenden Begrenzung der Aussparung zur Anlage kommt. Allgemein ist bevorzugt der Anschlagsbereich an einer zum Montagekörper gewandten vertikalen Seite des Betätigungsabschnitts in einem horizontalen Bereich des Betätigungsabschnitts vorgesehen, der mit der horizontalen Erstreckung des Betätigungsbereichs überlappt oder an einer von dem Biegebereich abgewandten horizontalen Seite des Betätigungsbereichs liegt. Durch die Festlegung der genannten Grenze durch Bereitstellen des Anschlagsabschnitts, an dem der Anschlagsbereich bei entsprechender Auslenkung des Betätigungsabschnitts zur Anlage kommt, definiert die Sensoranordnung einen Messbereich. Der Betätigungsbereich ist in Auslenkungsrichtung ausgehend von der Ruhelage bis zum Erreichen der Grenze dieses Messbereichs, d. h. bis zum Anliegen des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt, auslenkbar, wobei der Betrag der Auslenkung in Auslenkungsrichtung von dem Betrag der externen Kraft abhängt. Durch den Anschlagsabschnitt stellt die Sensoranordnung somit einen Überlastschutz bereit, da der Anschlagsabschnitt die Auslenkung des Betätigungsbereichs in Auslenkungsrichtung begrenzt. In einer Ausführungsform ist der Anschlagsabschnitt des Montagekörpers nicht reversibel verformbar und dient somit der absoluten Begrenzung der Auslenkung des Betätigungsbereichs. In einer Ausführungsform ist der Anschlagsabschnitt reversibel verformbar, so dass bei Anlage des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt der Betätigungsbereich weiter in Auslenkungsrichtung auslenkbar ist, jedoch nur unter Aufbringung einer externen Kraft, deren Betrag die Summe der Rückstellkraft, die der Träger ausbildet, und der Rückstellkraft, die der Montagekörper bei einer Auslenkung des Anschlagsabschnitts ausbildet, übersteigt. Entsprechend kann über eine solche Sensoranordnung ein erster und ein zweiter Messbereich festgelegt sein, wobei ein erster Messbereich dem Auslenkungsbereich des Betätigungsbereichs in Auslenkungsrichtung entspricht, der einerseits von der Position des Betätigungsbereichs in der Ruhelage und andererseits von der Position des Betätigungsbereichs bei dem Erreichen des Anliegens des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt ausgehend von der Ruhelage begrenzt ist, sowie einen zweiten Messbereich, der dem Auslenkungsbereich entspricht, der sich an den ersten Auslenkungsbereich anschließt, wobei der Betätigungsbereich nur innerhalb des zweiten Auslenkungsbereichs ausgelenkt werden kann, wenn die aufgebrachte externe Kraft größer ist als die externe Kraft, die zum Erreichen des Anliegens des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt ausgehend von der Ruhelage erforderlich ist. Entsprechend bietet die Sensoranordnung nicht nur einen Überlastschutz zum Vermeiden von irreversiblen Beschädigungen der Sensoranordnung, sondern darüber hinaus ermöglicht die Sensoranordnung durch das Bereitstellen des Anschlagsabschnitts des Montagekörpers und des korrespondierenden Anschlagsbereichs neue Möglichkeiten zur Skalierung der Messung von externen Kräften.
-
Allgemein ist der Dehnungsmesssensor bevorzugt an einer in Auslenkungsrichtung zum Montagekörper gewandten Seite des Trägers in einem Bereich des Trägers angeordnet, in dem der Träger in Auslenkungsrichtung von dem Montagekörper beabstandet ist. Besonders bevorzugt ist der Dehnungsmesssensor an dieser Seite des Trägers in einem Bereich des Trägers angeordnet, der bei jedweder Auslenkung des Betätigungsabschnitts bis zum Anliegen des Anschlagsbereichs in dem Anschlagsabschnitt stets von dem Montagekörper beabstandet ist. Bevorzugt ist der Dehnungsmesssensor innerhalb der beschriebenen Aussparung des Montagekörpers in der Ruhelage der Sensoranordnung angeordnet oder ausgehend von der Ruhelage bei einer Auslenkung des Betätigungsabschnitts in Auslenkungsrichtung bis zum Erreichen des Anliegens des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt anordenbar. Durch die Anordnung des Dehnungsmesssensors an der zum Montagekörper gewandten Seite des Trägers kann der Dehnungsmesssensor besonders gut gegenüber externen Einflüssen, die Beschädigungen an dem Dehnungsmesssensor hervorrufen könnten, geschützt sein.
-
Der Befestigungsabschnitt und der Betätigungsabschnitt des Trägers können zur Realisierung der Funktion des Trägers geeignet ausgebildet sein. Sie bilden zwei einander nicht überlappende horizontale Bereiche des Trägers. Bevorzugt besteht der Träger aus diesen beiden Abschnitten. Bevorzugt sind der Befestigungsabschnitt und der Betätigungsabschnitt als horizontal verlaufende und in der Horizontalen zueinander abgewinkelte Stege ausgebildet. Beispielsweise kann der Befestigungsabschnitt nach Art eines geraden Stegs oder nach Art eines kreisbogenartig geformten Stegs oder nach Art eines Kreisrings geformten Stegs ausgebildet sein. Der Betätigungsabschnitt ist mit dem Befestigungsabschnitt bevorzugt innerhalb des Biegebereichs verbunden. Bevorzugt ist der Biegebereich von nur dem Betätigungsabschnitt oder dem Betätigungsabschnitt und dem Befestigungsabschnitt umfasst, wobei der Betätigungsabschnitt über den Biegebereich an den Befestigungsabschnitt angeschlossen bzw. mit diesem verbunden ist. Der Biegebereich beschreibt allgemein einen Bereich des Trägers, in dem der Träger eine Verbiegung erfährt, wenn auf den Betätigungsbereich des Betätigungsabschnitts die genannte externe Kraft ausgeübt wird, während der Befestigungsabschnitt positionsfest gehalten ist. Der Biegebereich ist ein sich in der Horizontalen erstreckender Bereich des Trägers. Der Biegebereich ist in einer Ausführungsform ein Übergangsbereich zwischen dem Betätigungsabschnitt und dem Befestigungsabschnitt, in einer anderen Ausführungsform ist der Biegebereich an einer von dem Befestigungsabschnitt abgewandten Seite des Betätigungsbereichs innerhalb des Betätigungsabschnitts vorgesehen, wobei der Betätigungsabschnitt an seiner vom Befestigungsabschnitt abgewandten Seite an dem Montagekörper anliegt. Allgemein ist der Betätigungsabschnitt bevorzugt als sich von dem Befestigungsabschnitt weg erstreckender Steg ausgebildet, der sich mit seiner Längserstreckungsachse von dem Befestigungsabschnitt weg erstreckt, wobei der Befestigungsabschnitt bevorzugt eine größere horizontale flächige Erstreckung aufweist als der Betätigungsabschnitt, wobei insbesondere der Befestigungsabschnitt eine Erstreckung in Richtung der Längserstreckungsachse des Betätigungsabschnitts aufweist, die größer, insbesondere mindestens doppelt so groß, als die horizontale Erstreckung des Betätigungsabschnitts senkrecht zu seiner Längserstreckungsachse ist. Der Betätigungsabschnitt kann mehrere Stegabschnitte aufweisen, die jeweils mit dem Befestigungsabschnitt verbunden sind und sich jeweils von diesem mit einer ihnen jeweils zugeordneten Längserstreckungsachse weg erstrecken, wobei zwischen den Stegabschnitten des Betätigungsabschnitts Freiräume vorgesehen sind, damit der Betätigungsabschnitt bei Einwirkung der externen Kraft auf seinen Betätigungsbereich unter Ausbildung einer Rückstellkraft elastisch auslenkbar ist. Allgemein bevorzugt ist der Befestigungsabschnitt des Trägers nach Art eines Kreisrings oder nach Art eines Abschnitts eines Kreisrings ausgebildet, wobei der Betätigungsabschnitt nach Art eines sich von dem Kreisring oder Abschnitt des Kreisrings radial wegerstreckenden Stegs ausgebildet ist. Bevorzugt weist der Betätigungsabschnitt sich in einem Kreuzungsbereich kreuzende Stegabschnitte auf, zwischen denen der Träger Aussparungen aufweist, wobei sich die Stegabschnitte an einer jeweils anderen Position des Kreisrings oder Abschnitt des Kreisrings radial von diesem wegerstrecken. Besonders bevorzugt überlappt der Betätigungsbereich mit dem Kreuzungsbereich. Besonders bevorzugt ist der Betätigungsbereich innerhalb des Kreuzungsbereichs angeordnet, so dass bei Einwirken einer externen Kraft auf den Betätigungsbereich sämtliche sich kreuzenden Stegabschnitte zur Ausbildung der Rückstellkraft bei einer elastischen Auslenkung des Betätigungsabschnitts beitragen. Die stegartige Ausgestaltung von Befestigungsabschnitt und Betätigungsabschnitt, insbesondere die Ausgestaltung des Befestigungsabschnitts nach Art eines Kreisrings oder Abschnitt eines Kreisrings, hat sich für die Realisierung der mechanischen Eigenschaften des Trägers als besonders vorteilhaft herausgestellt. Allgemein ist bevorzugt der Träger aus einem Blech gefertigt, insbesondere aus einem Blech gefräst, geätzt, gestanzt oder gesägt. Besonders bevorzugt weist der Biegebereich einen Hauptbiegebereich auf, der sich entlang der Längserstreckungsachse des Betätigungsabschnitts über höchstens 1,5 mm, insbesondere über 1,5 mm, insbesondere über höchstens 1 mm, insbesondere über 1 mm, erstreckt, wobei der Betätigungsabschnitt bei einer Auslenkung des Betätigungsbereichs in Auslenkungsrichtung ausgehend von der Ruhelage bis zum Anliegen des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt eine Dehnung in dem Hauptbiegebereich erfährt, die mindestens doppelt so groß ist wie eine Dehnung, die der Betätigungsabschnitt in einem jeden der zu beiden Seiten entlang der Längserstreckungsachse des Betätigungsabschnitts unmittelbar neben dem Hauptbiegebereich liegenden Nebenbiegebereichen erfährt, und/oder der Betätigungsabschnitt bei einer Auslenkung des Betätigungsbereichs in Auslenkungsrichtung ausgehend von der Ruhelage bis zum Anliegen des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt eine Stauchung in dem Hauptbiegebereich erfährt, die mindestens doppelt so groß ist wie eine Stauchung, die der Betätigungsabschnitt in einem jeden der zu beiden Seiten entlang der Längserstreckungsachse des Betätigungsabschnitts unmittelbar neben dem Hauptbiegebereich liegenden Nebenbiegebereichen erfährt, wobei sich die Nebenbiegebereiche jeweils entlang der Längserstreckungsachse des Betätigungsabschnitts in einer Ausführungsform über 1,5 mm, in einer anderen Ausführungsform über 1 mm erstrecken. Besonders bevorzugt ist der Dehnungsmesssensor zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, innerhalb des Hauptbiegebereichs angeordnet. Das Vorsehen eines entsprechend kurzen Hauptbiegebereichs, in dem die Dehnung bzw. Stauchung wesentlich größer ist als in den unmittelbar an ihn angrenzenden Nebenbiegebereichen, ermöglicht eine Konzentration der Biegung auf den Hauptbiegebereich, die für eine Messauflösung bzw. -präzision besonders vorteilhaft sein kann, insbesondere in Kombination mit der Anordnung des Dehnungsmesssensors innerhalb des Hauptbiegebereichs. Besonders bevorzugt ist der Hauptbiegebereich um weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 0,5 mm, entlang der Längserstreckungsachse des Betätigungsabschnitts von dem Montagekörper beabstandet, wobei er insbesondere um mindestens 0,1 mm von dem Montagekörper beabstandet ist oder entlang der Längserstreckungsachse unmittelbar an den Montagekörper angrenzt oder mit diesem überlappt. Besonders bevorzugt weist der Träger in seinem Biegebereich eine Erstreckung in Auslenkungsrichtung von weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 0,5 mm und/oder einen senkrecht zu seiner Längserstreckungsachse und entlang der Auslenkungsrichtung verlaufenden Querschnitt von weniger als 20 mm2, insbesondere weniger als 10 mm2 auf. Der Montagekörper weist bevorzugt auf Höhe seines Anschlagsabschnitts zumindest das Doppelte der Erstreckung des Trägers in Auslenkungsrichtung in dessen Biegebereich auf. Die Erfinder haben erkannt, dass durch die Realisierung eines besonders dünnen Trägers die Sensoranordnung nicht nur kostengünstig herstellbar ist sondern auch mit einer hohen Messauflösung realisierbar ist, wohingegen die Bereitstellung des Anschlagabschnitts auch bei einer solchen Realisierung eines sehr dünnen Trägers einer Beschädigung der Sensoranordnung hinreichend entgegenwirkt.
-
Allgemein bevorzugt weist der Befestigungsabschnitt eine flächige horizontale Erstreckung auf, über die hinweg er an dem Montageabschnitt des Montagekörpers in Auslenkungsrichtung anliegend befestigt ist. Bevorzugt entspricht diese flächige horizontale Erstreckung mindestens 10 %, insbesondere mindestens 20 % der flächigen horizontalen Erstreckung des Trägers. Besonders bevorzugt ist der Betätigungsabschnitt entlang seiner Längserstreckungsachse ausgehend von dem Dehnungsmesssensor bis zu dem Betätigungsbereich in Ruhelage entlang der Auslenkungsrichtung durchgehend von dem Montagekörper beabstandet, insbesondere über eine Länge von mindestens 3 mm, insbesondere zwischen 3 mm und 10 mm entlang der Längserstreckungsachse hinweg. Hierdurch kann der Betätigungsabschnitt durch Betätigung des Betätigungsbereichs unter Bewirken einer Biegung auf Höhe des Dehnungsmesssensors ausgehend von der Ruhelage auf einfache Weise ausgelenkt werden.
-
Besonders bevorzugt weisen der Montagekörper und der Träger zueinander korrespondierende Führungseinrichtungen auf, die unter Ausbildung einer Führung zusammenwirken, über die der Träger mit einem horizontalen Spiel relativ zum Montagekörper an diesem gehalten ist, während er über die flächige horizontale Erstreckung an dem Montagekörper anliegt, insbesondere mit einer vertikal wirkenden Anpresskraft anliegt. Solche Führungseinrichtungen können beispielsweise als Nut-Feder-Einrichtungen oder als zueinander korrespondierende Verrasteinrichtungen ausgebildet sein. Durch das Ermöglichen eines horizontalen Spiels bei Gewährleistung der flächigen horizontalen Anlage des Befestigungsabschnitts an dem Montagekörper ist zum einen gewährleistet, dass ohne Relativbewegung von Montagekörper und Träger zueinander entlang der Auslenkungsrichtung bei Einwirken der externen Kraft in Auslenkungsrichtung eine Verbiegung des Trägers erfolgt, die mit dem Dehnungsmesssensor erfassbar ist, wodurch die Messgenauigkeit besonders erhöht ist, und zum anderen kann hierdurch gewährleistet sein, dass bei der Verwendung der Sensoranordnung, beispielsweise in einer Messeinrichtung, die Krafteinleitungseinrichtung so entlang der Horizontalen ausgerichtet werden kann, dass die externe Kraft in Auslenkungsrichtung verlustfrei auf die Krafteinleitungseinrichtung und hierüber auf den Betätigungsbereich aufgebracht werden kann. Hierdurch kann Verlusten bei einer Kraftübertragung entgegengewirkt sein, die beispielsweise auftreten können, wenn ein horizontaler Versatz zwischen einem die externe Kraft auf die Krafteinleitungseinrichtung erzeugenden Messelement und der Krafteinleitungseinrichtung besteht. Allgemein ist bevorzugt der Betätigungsabschnitt des Trägers mit Bezug auf die Auslenkungsrichtung positionsfest relativ zum Montagekörper fixiert, insbesondere über die genannten zueinander korrespondierenden Führungseinrichtungen.
-
In einer Ausführungsform erstreckt sich der Betätigungsabschnitt entlang einer horizontalen Längserstreckungsachse ausgehend von dem Betätigungsbereich zu dem Befestigungsabschnitt des Trägers und somit bevorzugt zu dem Montageabschnitt des Montagekörpers, wobei der Betätigungsabschnitt einen Querschnitt senkrecht zu seiner Längserstreckungsachse aufweist, wobei sein Querschnitt ein lokales Minimum aufweist. Die Längserstreckungsachse definiert eine Richtung in der Horizontalen, entlang derer sich der Betätigungsabschnitt erstreckt. Das lokale Minimum des Querschnitts zeichnet sich dadurch aus, dass der Querschnitt benachbart zu dem lokalen Minimum entlang der Längserstreckungsachse, insbesondere an beiden Seiten des Minimums entlang der Längserstreckungsachse, größer wird. Das Vorsehen eines lokalen Minimums ermöglicht eine gezielte Vorgabe der mechanischen Eigenschaften des Betätigungsabschnitts. Besonders bevorzugt liegt das lokale Minimum im Biegebereich des Trägers, bevorzugt auf Höhe des Dehnungsmesssensors, wobei „auf Höhe“ einen Bereich des Dehnungsmesssensors entlang der Längserstreckungsachse des Betätigungsabschnitts definiert. Besonders bevorzugt liegt das lokale Minimum des Querschnitts auf Höhe eines lokalen Minimums der horizontalen Breite des Betätigungsabschnitts, wobei die horizontale Breite eine Erstreckungslänge des Betätigungsabschnitts senkrecht zu seiner Längserstreckungsachse definiert, und/oder auf Höhe eines lokalen Minimums seiner Dicke, wobei die Dicke eine vertikale Erstreckungslänge des Betätigungsabschnitts definiert. Besonders bevorzugt weist der Querschnitt des Betätigungsabschnitts in seinem lokalen Minimum weniger als der Hälfte des Querschnitts an seinem lokalen Maximum innerhalb seines Längserstreckungsverlaufs zwischen dem Betätigungsbereich und dem Befestigungsabschnitt, insbesondere weniger als die Hälfte seines Querschnitts auf Höhe des Betätigungsbereichs, auf. Allgemein ist bevorzugt der Träger durchgehend aus einem selben Material hergestellt, wobei das Material bevorzugt ein Metall oder eine Metalllegierung oder eine Keramik ist. Die Herstellung des Trägers aus einer Keramik hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da hierdurch eine bei der durch die externe Kraft erzeugten elastischen Auslenkung des Betätigungsbereichs aus der Ruhelage und einer anschließend nach Aufhebung der externen Kraft aufgrund der elastischen Eigenschaft des Trägers sich selbsttätig einstellenden Rückstellung des Betätigungsbereichs in die Ruhelage auftretende Hysterese auch bei sehr häufiger Verwendung vernachlässigbar gering gehalten werden kann.
-
In einer Ausführungsform umfasst der Betätigungsabschnitt den Anschlagsbereich, wobei der Betätigungsabschnitt entlang seiner horizontalen Längserstreckungsachse zwischen dem Anschlagsbereich und dem Befestigungsabschnitt bzw. dem Montageabschnitt des Montagekörpers zumindest ein lokales Minimum seines Querschnitts aufweist, insbesondere mehrere, entlang seiner horizontalen Längserstreckungsachse zueinander versetzte lokale Minima seines Querschnitts aufweist. Durch das Vorsehen einer Vielzahl an zueinander versetzten lokalen Minima des Querschnitts, zwischen denen sich lokale Maxima des Querschnitts befinden, können die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Charakteristik der Verbiegbarkeit des Betätigungsabschnitts, insbesondere die von ihm einer externen Kraft entgegengebrachte Rückstellkraft, besonders gezielt einstellbar sein. Besonders bevorzugt ist der Dehnungsmesssensor auf Höhe von zumindest einem der lokalen Minima angeordnet. Besonders bevorzugt weist die Sensoranordnung eine Gruppe an Dehnungsmesssensoren auf, von denen jeder jeweils auf Höhe von einem jeweils anderen der lokalen Minima an dem Betätigungsabschnitt angeordnet ist.
-
Besonders bevorzugt sind der Betätigungsabschnitt, der Befestigungsabschnitt und der Montagekörper dergestalt zueinander korrespondierend ausgebildet, dass der Träger der externen Kraft entgegen der Auslenkungsrichtung bei der Auslenkung ausgehend von der Ruhelage eine erste Rückstellkraft entgegensetzt, deren Betrag mit zunehmender Auslenkung bis zum Erreichen des Anliegens des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt zunimmt und der bei diesem Anliegen sein Maximum erreicht, wobei der Betätigungsbereich nach Erreichen des Anliegens des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt unter elastischer Biegung des Betätigungsabschnitts, insbesondere auf Höhe von zumindest einem der Minima seines Querschnitts, weiter in Auslenkrichtung auslenkbar ist, während der Träger der externen Kraft eine zweite Rückstellkraft entgegensetzt, deren Betrag größer ist als das Maximum des Betrags der ersten Rückstellkraft, und deren Betrag mit zunehmender Auslenkung zunimmt. Bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform ist somit auch nach Erreichen des Anliegens von Anschlagsabschnitt und Anschlagsbereich aneinander der Betätigungsbereich noch weiter in Auslenkungsrichtung auslenkbar, jedoch nur unter Aufbringung einer entsprechend großen externen Kraft in Auslenkungsrichtung. Besonders bevorzugt ist die Funktion der Rückstellkraft, die der Träger der externen Kraft in Abhängigkeit von der Auslenkung entgegensetzt, deren Verlauf bis zum Erreichen des Maximums der ersten Rückstellkraft, das einem Funktionswert dieser Funktion bei einem bestimmten Wert der Auslenkung entspricht, dem Verlauf der ersten Rückstellkraft in Abhängigkeit von der Auslenkung entspricht und bei weiterer Auslenkung dem Verlauf der zweiten Rückstellkraft in Abhängigkeit von der Auslenkung entspricht, eine Funktion, deren Verlauf oder dessen Ableitung auf Höhe des Werts der Auslenkung beim Erreichen des Maximums der ersten Rückstellkraft unstetig ist, insbesondere einen Sprung hin zu einer Vergrößerung seines bzw. ihres Werts aufweist. Eine solche besonders bevorzugte Ausführungsform bringt den Vorteil mit sich, dass zwei dezidierte Messbereiche vorgesehen sein können, nämlich einen ersten Messbereich, in dem die erste Rückstellkraft der externen Kraft entgegenwirkt, und einen zweiten Messbereich, in dem die zweite Rückstellkraft der externen Kraft entgegenwirkt. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass in diesen beiden Messbereichen der Betätigungsabschnitt an jeweils anderen Biegebereichen einen wesentlichen Teil seiner innerhalb des jeweiligen Messbereichs im Zuge der jeweiligen Auslenkung erfolgten Biegung erfährt. Besonders bevorzugt ist in jedem der beiden verschiedenen Biegebereiche jeweils ein Dehnungsmesssensor an dem Betätigungsabschnitt angeordnet. Hierdurch kann zum einen durch die Gewährleistung des Anliegens an Anschlagsabschnitt und Anschlagsbereich einer Überlastung des Trägers und somit einer Beschädigung des Trägers entgegengewirkt werden, während durch die weitere Verbiegbarkeit des Betätigungsabschnitts eine Messung des Betrags der externen Kraft auch für große Kraftbeträge ermöglicht ist. Besonders bevorzugt weist der Betätigungsabschnitt einen zweiten Anschlagsbereich und weist der Montagekörper einen zweiten Anschlagsabschnitt auf, wobei der Betätigungsbereich bis zum Anliegen des zweiten Anschlagsbereichs an dem zweiten Anschlagsabschnitt elastisch auslenkbar ist, wobei das Anliegen des zweiten Anschlagsbereichs an dem zweiten Anschlagsabschnitt die Auslenkbarkeit des Betätigungsbereichs entlang der Auslenkungsrichtung begrenzt und somit einer Beschädigung der Sensoranordnung vorbeugt. Besonders bevorzugt sind der zweite Anschlagsabschnitt und insbesondere der erste Anschlagsabschnitt des Montagekörpers starr ausgebildet, insbesondere von einem Fixierkörper des Montagekörpers umfasst, insbesondere als Fixieranschlagsabschnitt des Fixierkörpers ausgebildet, so dass sie keine Verbiegung oder sonstige Auslenkung entlang der Auslenkungsrichtung bei Aufbringen der genannten externen Kraft erfahren.
-
Besonders bevorzugt weist der Montagekörper an seiner zum Anschlagsbereich gewandten Seite an seinem Anschlagsabschnitt eine Detektionseinrichtung zum Detektieren eines Anliegens des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt auf. Eine solche Detektionseinrichtung kann beispielsweise als Dehnungsmesssensor ausgebildet sein, über den das Einwirken einer Kraft auf den Anschlagsabschnitt ermittelbar und als elektronisches Signal ausgebbar ist. In einer Ausführungsform ist die Detektionseinrichtung als kapazitive Druckmesseinrichtung ausgebildet, die zum Erkennen einer aufgebrachten Kraft anhand einer Kapazitätsveränderung ausgebildet ist, wie dies beispielsweise aus kapazitiven Schaltern bekannt ist. In einer Ausführungsform ist die Detektionseinrichtung als mechanische Einrichtung ausgebildet dergestalt, dass an dem Anschlagsbereich und an dem Anschlagsabschnitt zueinander korrespondierende mechanische Elemente vorgesehen sind, die dergestalt zueinander korrespondierend ausgebildet sein, dass bei ihrem Aufeinandertreffen sich zumindest eines der beiden mechanisch irreversibel verformt. Beispielsweise kann eines der mechanischen Elemente als Kratznase und das andere der mechanischen Elemente als Lackbeschichtung ausgebildet sein oder eines der mechanischen Elemente als Membran und das andere der mechanischen Elemente als Schneidnase. Das Vorsehen der Detektionseinrichtung kann zum einen bei Ausgabe eines elektronischen Detektionssignals das Auslösen eines Warnsignals zur Indizierung einer Fehlnutzung der Sensoranordnung ermöglichen, zum anderen kann eine solche Detektionseinrichtung einen Nachweis erbringen, dass eine nicht bestimmungsgemäße Überbelastung der Sensoranordnung erfolgt ist.
-
In einer Ausführungsform weist die Sensoranordnung eine Mehrzahl an Dehnungsmesssensoren auf, die an dem Biegebereich oder die an mehreren Biegebereichen angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind mehrere Biegebereiche vorgesehen, an denen jeweils zumindest einer der Dehnungsmesssensoren angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist ein erster der Dehnungsmesssensoren innerhalb eines ersten Biegebereichs und ein zweiter der Dehnungsmesssensoren innerhalb eines zweiten Biegebereichs angeordnet, wobei der erste Biegebereich einen anderen Querschnitt als der zweite Biegebereich aufweist und/oder der erste Biegebereich von dem Befestigungsabschnitt einen anderen Abstand aufweist als der zweite Biegebereich, wobei bevorzugt auf einen Abstand in horizontaler Richtung, insbesondere entlang der Längserstreckungsachse des Betätigungsabschnitts, abgestellt ist. Das Vorsehen der verschiedenen Biegebereiche und von jeweils zumindest einem Dehnungsmesssensor an jeweils einem der Biegebereiche ermöglicht eine verbesserte Skalierbarkeit der Sensoranordnung in dem Sinne, dass die Sensoranordnung für unterschiedliche Messbereiche ausgelegt ist und in den unterschiedlichen Messbereichen eine unterschiedliche Messauflösung bereitstellen kann. Besonders bevorzugt sind die beiden Biegebereiche dergestalt an dem Betätigungsabschnitt vorgesehen, dass sich bei einer bestimmten Auslenkung des Betätigungsbereichs relativ zum Befestigungsabschnitt in den beiden Biegebereichen eine unterschiedliche Verbiegung des Betätigungsabschnitts einstellt. Zumindest einer der Biegebereiche kann wie oben im Zusammenhang mit dem Vorsehen von zumindest einem, insbesondere mehreren Minima in dem Betätigungsabschnitt erläutert angeordnet sein.
-
In einer Ausführungsform weist der Montagekörper einen Ergänzungsbetätigungsabschnitt auf, der den Anschlagsabschnitt ausbildet, wobei der Ergänzungsbetätigungsabschnitt über einen Ergänzungsbiegebereich des Montagekörpers mit dem Montageabschnitt des Montagekörpers verbunden ist. Der Ergänzungsbetätigungsabschnitt kann insbesondere durch einen Ergänzungsträger ausgebildet sein, der analog zu dem oben erläuterten Träger ausgebildet sein kann. Ein solcher Ergänzungsträger kann einen Ergänzungsbetätigungsabschnitt, einen Ergänzungsbefestigungsabschnitt und einen Ergänzungsbiegebereich aufweisen, wie dies in verschiedenen Ausführungen mit Bezug auf den Träger erläutert ist, wobei der Ergänzungsbefestigungsabschnitt bevorzugt in Auslenkungsrichtung zwischen dem Montageabschnitt des Montagekörpers und dem Befestigungsabschnitt des Trägers angeordnet ist. Der Montagekörper kann in bevorzugten Ausführungsformen mehrteilig ausgebildet sein, wobei ein Teil des Montagekörpers als Ergänzungsträger ausgebildet und ein weiterer Teil des Montagekörpers als Fixierkörper ausgebildet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoranordnung ist der Betätigungsbereich nach dem Erreichen des Anliegens des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt vertikal weiter zum Befestigungsabschnitt auslenkbar unter elastischer Verbiegung des Montagekörpers im Ergänzungsbiegebereich. Besonders bevorzugt sind der Ergänzungsbiegebereich und der Biegebereich dazu ausgebildet, der externen Kraft jeweils eine ihr zugeordnete Rückstellkraft während des weiteren Auslenkens entgegenzustellen, deren Summe der externen Kraft während des weiteren Auslenkens entgegenwirkt. Besonders bevorzugt weist der Fixierkörper des Montagekörpers einen starren Fixieranschlagsabschnitt auf, wobei der Ergänzungsträger einen Ergänzungsanschlagsbereich aufweist, wobei bei einer maximal möglichen Auslenkung des Betätigungsabschnitts in Auslenkungsrichtung der Ergänzungsanschlagsbereich an dem Fixierkörperanschlagsabschnitt anliegt, wobei der Fixierkörperanschlagsabschnitt eine weitere Auslenkung des Ergänzungsanschlagsbereichs in Auslenkungsrichtung verhindert. Indem der Montagekörper einen Ergänzungsbetätigungsabschnitt ausbildet, der den Anschlagsabschnitt ausbildet, kann die Sensoranordnung kaskadiert ausgebildet sein, indem sie eine Auslenkung des Betätigungsbereichs ausgehend von der Ruhelage in zwei verschiedenen Auslenkungsbereichen ermöglicht, in denen durch Träger und Montagekörper der externen Kraft unterschiedliche Rückstellkräfte entgegengesetzt sind. Hierdurch kann die Sensoranordnung dazu ausgebildet sein, unterschiedliche Messbereiche bereitzustellen, um den Betrag von externen Kräften in Auslenkungsrichtung zu ermitteln, deren Beträge in jeweils anderen Größenbereichen der Kraft liegen. So kann die Sensoranordnung bevorzugt einen ersten Messbereich bereitstellen, der durch den Auslenkungsbereich des Betätigungsbereichs festgelegt ist, in dem der Betätigungsbereich ausgehend von der Ruhelage bis zum Erreichen des Anliegens des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt auslenkbar ist, sowie einen zweiten Messbereich innerhalb eines zweiten Auslenkungsbereichs, in dem der Betätigungsbereich ausgehend von der Position, in der der Anschlagsbereich an dem Anschlagsabschnitt anliegt, weiter in Auslenkungsrichtung auslenkbar ist, während der Anschlagsbereich an dem Anschlagsabschnitt anliegt und in dem Ergänzungsbiegebereich eine Verbiegung erfolgt. Besonders bevorzugt ist ein Ergänzungsdehnungsmesssensor innerhalb des Ergänzungsbiegebereichs an dem Montagekörper befestigt. Der Ergänzungsdehnungsmesssensor kann analog zu den erläuterten Dehnungsmesssensoren ausgebildet sein.
-
In einer Ausführungsform weist der Montagekörper eine an ihrer zum Träger gewandten vertikalen Seite offene Aussparung auf, innerhalb derer der Dehnungsmesssensor angeordnet ist. Hierdurch kann bevorzugt ein Schutz des Dehnungsmesssensors gegenüber Einflüssen aus der Umgebung gewährleistet sein. Besonders bevorzugt ist der Betätigungsbereich horizontal fluchtend zu der Aussparung angeordnet. Besonders bevorzugt taucht der Betätigungsabschnitt während der vertikalen Auslenkung vor dem Erreichen des Anliegens des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt in diese Aussparung ein.
-
In einer Ausführunsgform weist der Montagekörper Stabilisierungselemente auf, wobei die Stabilisierungselemente in einem von dem Montagekörper umfassten Einkapselungsmaterial eingebettet sind. Besonders bevorzugt sind die Stabilisierungselemente aus einem Metall, aus einer Metalllegierung oder einer Keramik hergestellt. Besonders bevorzugt ist das Einkapselungsmaterial ein Kunststoff. Besonders bevorzugt weist der Montagekörper den oben erläuterten Fixierkörper auf, wobei der Fixierkörper die Stabilisierungselemente und das Einkapselungsmaterial aufweist. Besonders bevorzugt ist der Fixierkörper, insbesondere der Montagekörper, als einstückiges Bauteil ausgebildet. Besonders bevorzugt erstrecken sich die Stabilisierungselemente über mindestens 70 %, insbesondere mindestens 90 % einer Erstreckungslänge in Auslenkungsrichtung bzw. entlang der Vertikalen des Montagekörpers, die der Montagekörper ausgehend von seinem Montageabschnitt bis zu seinem den Montageabschnitt in Auslenkungsrichtung bzw. vertikal abgewandten Ende aufweist. Besonders bevorzugt sind zumindest einige der Stabilisierungselemente unmittelbar mit dem Befestigungsabschnitt des Trägers verbunden, so dass sie zumindest einen Teil des Montageabschnitts ausbilden. Das Vorsehen der Stabilisierungselemente ermöglicht einen direkt Kraftfluss entlang der Auslenkungsrichtung von dem Befestigungsabschnitt über die Stabilisierungselemente hin zu einem Stützelement, auf dem der Montagekörper abgestützt ist. Hierdurch kann einer Verformung des Montagekörpers, die insbesondere nachteilig für die Präzision eines von der Sensoranordnung ausgegebenen Sensorwerts des Dehnungsmesssensors sein kann, nach Möglichkeit verhindert sein. Durch das Vorsehen eines Einkapselungsmaterials ist der Montagekörper auf besonders einfache Weise in seiner Außengeometrie auf eine gewünschte Umgebungsbedingung anpassbar.
-
In einer Ausführungsform weist die Sensoranordnung eine Auswerte-Brückenschaltung mit mehreren Brückenwiderständen auf, wobei zumindest einer der Brückenwiderstände durch den Dehnungsmesssensor ausgebildet ist. Besonders bevorzugt weist die Sensoranordnung einen oder mehrere Dehnungsmesssensoren auf, wobei mehrere, insbesondere sämtliche, der Brückenwiderstände durch den einen oder die mehreren Dehnungsmesssensoren ausgebildet sind. Allgemein kann ein Dehnungsmesssensor bevorzugt mehrere verschiedene Brückenwiderstände ausbilden, indem diese verschiedenen Brückenwiderstände an unterschiedlichen geometrischen Abschnitten des Dehnungsmesssensors abgegriffen sind, wobei bevorzugt der Dehnungsmesssensor in den unterschiedlichen geometrischen Abschnitten eine jeweils andere Abhängigkeit des von ihm ausgebildeten, an seinem jeweiligen geometrischen Abschnitt abgegriffenen Widerstands von dem Betrag der Auslenkung in Auslenkungsrichtung aufweist. Hierzu kann insbesondere die Ausgestaltung des Dehnungsmesssensors als Silizium-Dehnungsmessstreifen besonders vorteilhaft sein, der insbesondere in verschiedenen geometrischen Abschnitten, die sich insbesondere in unterschiedlichen Richtungen seines Kristallgitters erstrecken, jeweils andere Widerstandseigenschaften aufweisen kann, jedoch können auch andere Dehnungsmesssensoren durch gezielte geometrische Bearbeitung auf eine solche Anwendung ausrichtbar sein. Besonders bevorzugt weist die Sensoranordnung mehrere Dehnungsmesssensoren auf, wobei mehrere, insbesondere sämtliche der Brückenwiderstände durch jeweils einen der Dehnungsmesssensoren ausgebildet sind. Durch eine solche Auswerte-Brückenschaltung, die beispielsweise als Vollbrücke oder Halbbrücke ausgebildet sein kann, kann eine Auswertung des Dehnungsmesssensors bzw. der Dehnungsmesssensoren mit einer besonders hohen Präzision erfolgen, wodurch die Sensoranordnung ein möglichst präzises Messsignal zur Quantisierung des Betrags der externen Kraft ausgeben kann.
-
Die Auswerte-Brückenschaltung ist bevorzugt in der Sensoranordnung integriert, indem die Sensoranordnung die Brückenwiderstände und die elektrische Leitung zwischen den Brückenwiderständen aufweist.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sensoranordnung neben dem Dehnungsmesssensor zumindest ein weiteres Sensorelement auf. Das Sensorelement kann beispielsweise als Temperatur- und/oder Feuchtigkeitssensorelement ausgebildet sein. Besonders bevorzugt sind der Dehnungsmesssensor und das weitere Sensorelement auf ein Bauteil der Sensoranordnung, insbesondere auf den Träger der Sensoranordnung, in einem einzigen Arbeitsschritt gemeinsam aufgebracht, besonders bevorzugt ist in diesem Arbeitsschritt auch die Auswerte-Brückenschaltung aufgebracht.
-
In einer Ausführunsgform, die insbesondere mit der vorgenannten kombinierbar ist, sind auf dem Träger und/oder dem Montagekörper mittels Dickschichtverfahren elektronische Komponenten aufgebracht. In einer Ausführungsform sind der Träger und/oder der Montagekörper zumindest teilweise aus einer Leiterplatte hergestellt. Besonders bevorzugt kann eine solche Leiterplatte als IMS-Leiterplatte (Insulated Metal Substrate) ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist der Träger durch eine solche Leiterplatte ausgebildet. Die Erfinder haben erkannt, dass aufgrund des in der erfindungsgemäßen Sensoranordnung per se vorgesehenen Überlastungsschutzes die Realisierung des Trägers als Leiterplatte ermöglicht ist, womit der Träger die nötigen mechanischen Eigenschaften aufweisen kann und eine Realisierung des Dehnungsmesssensors bzw. der Dehnungsmesssensoren und insbesondere zumindest eines weiteren Sensorelements und insbesondere einer Auswerteeinheit auf dem Träger besonders vereinfacht sein kann. Durch die Realisierung des Dehnungsmesssensors und/oder eines weiteren Sensorelements und/oder elektronischer Komponenten, die von einer Auswerteeinheit umfasst sein können, beispielsweise Logikbauteile, Transistoren und Kondensatoren, kann die Realisierung einer Sensoranordnung und insbesondere einer Sensoreinrichtung umfassend eine erfindungsgemäße Sensoranordnung und eine Auswerteeinheit besonders vereinfacht und begünstigt sein.
-
Die Erfindung betrifft ferner einer Sensoreinrichtung umfassend eine erfindungsgemäße Sensoranordnung und eine elektronische Auswerteeinheit, die elektronische Komponenten aufweist, wobei die Auswerteeinheit mit dem Dehnungsmesssensor verbunden ist und in dem Montagekörper oder in dem Träger integriert ist. Besonders bevorzugt ist die Auswerteeinheit durch Dickschichtverfahren auf dem Träger und/oder Montagekörper aufgebracht. In einer Ausführungsform ist die Auswerteeinheit in einer Leiterplatte integriert, aus der der Träger hergestellt ist oder die zumindest von dem Träger und/oder dem Montagekörper umfasst ist. In einer Ausführungsform sind zumindest einige der elektronischen Komponenten, insbesondere sämtliche elektronische Komponenten der Auswerteeinheit an einer zur Montagekörper gewandten Seite des Trägers angeordnet und bevorzugt innerhalb einer von dem Montagekörper ausgebildeten Kavität, die insbesondere durch die erläuterte Aussparung ausgebildet ist, angeordnet, wodurch die Auswerteeinheit gegenüber externen Einflüssen geschützt sein kann. In einer Ausführungsform, die mit der vorgenannten kombinierbar ist, sind zumindest einige, insbesondere sämtliche der elektronischen Komponenten der Auswerteeinheit innerhalb eines Hohlraums des Montagekörpers an dem Montagekörper angeordnet. Besonders bevorzugt weist der Montagekörper das oben erläuterte Einkapselungsmaterial auf, in dem der Hohlraum ausgebildet ist, wobei bevorzugt der Hohlraum und das Einkapselungsmaterial von einem Fixierkörper des Montagekörpers umfasst sind.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Set umfassend mehrere unterschiedliche erfindungsgemäße Sensoranordnungen. Die Sensoranordnungen unterscheiden sich zumindest in ihren Trägern, wobei die Träger einen jeweils anderen Verlauf des Querschnitts ihres Betätigungsabschnitts entlang seiner Längserstreckungsachse aufweisen. Beispielsweise können die Träger der unterschiedlichen Sensoranordnungen jeweils eine selbe Einhüllende aufweisen, wobei in unterschiedlichen Trägern unterschiedliche Aussparungen, insbesondere Löcher in dem betätigungsabschnitt oder Einschnürungen des Betätigungsabschnitts, vorgesehen sind, die einen jeweils anderen Querschnitt des Trägers festlegen. Der Querschnitt des Trägers verläuft senkrecht zur Horizontalen. Beispielsweise können die Betätigungsabschnitte unterschiedlicher Träger jeweils Aussparungen unterschiedlicher Dimensionen oder unterschiedlicher Positionen entlang der Längserstreckungsachse des jeweiligen Betätigungsabschnitts aufweisen. Hierdurch kann auf besonders einfache Weise ein Set an Sensoranordnungen zur Verfügung gestellt werden, bei denen aufgrund der Variationen des Querschnitts des Betätigungsabschnitts der Träger unterschiedliche Biegeeigenschaften aufweist, so dass durch das Vorsehen solcher Aussparungen gezielt ein Träger zur Realisierung einer Sensoranordnung realisierbar ist, die in einem gewünschten Anwendungsbereich, d. h. zur Messung einer externen Kraft, die sich in einem erwarteten Bereich befindet, eingesetzt werden kann. Bevorzugt unterscheiden sich die Träger in der Lage und/oder Ausgestaltung von zumindest einem lokalen Minimum des Querschnitts des Betätigungsabschnitts. Besonders bevorzugt sind die Montagekörper der unterschiedlichen Sensoranordnungen identisch ausgebildet. Besonders bevorzugt weist der Betätigungsabschnitt einer der Sensoranordnungen in einem horizontalen Bereich den Anschlagsbereich dieser Sensoranordnung auf, wohingegen der Betätigungsabschnitt einer anderen der Sensoranordnungen in diesem horizontalen Bereich eine Aussparung aufweist und den Anschlagsbereich dieser Sensoranordnung in einem anderen horizontalen Bereich ausbildet, so dass unter Verwendung von identisch gestalteten Montagekörpern die Betätigungsbereiche dieser Sensoranordnungen um einen jeweils anderen Betrag der Auslenkung auslenkbar sind, bis der Anschlagsbereich an dem Anschlagsabschnitt anliegt. Besonders bevorzugt liegen die Betätigungsabschnitte der unterschiedlichen Sensoranordnungen über eine identische horizontale Flächenerstreckung an dem Montageabschnitt der jeweiligen Sensoranordnung an.
-
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung, wobei eine externe Kraft in Auslenkungsrichtung auf die Krafteinleitungsrichtung aufgebracht wird und der Betätigungsabschnitt ausgelenkt wird, bis der Anschlagsbereich an dem Anschlagsabschnitt anliegt. Besonders bevorzugt wird der Betrag der externen Kraft in Auslenkungsrichtung gemessen, während der Betätigungsabschnitt ausgelenkt ist, insbesondere indem ein Widerstand des Dehnungsmesssensors ausgelesen wird. Besonders bevorzugt wird der Betätigungsbereich nach Erreichen des Anliegens durch die externe Kraft weiter ausgelenkt. Bevorzugt wird ein Widerstand des Dehnungsmesssensors zur Quantifizierung des Betrags der externen Kraft in Auslenkungsrichtung ausgelesen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden an einem selben Dehnungsmesssensor, insbesondere einem als Silizium-Dehnungsmessstreifen ausgebildeten Dehnungsmesssensor, mehrere unterschiedliche Widerstände ausgelesen, wobei jeder Widerstand über einen Abgriff an einem jeweils anderen geometrischen Abschnitt des Dehnungsmesssensors ausgelesen wird. Die Erfinder haben erkannt, dass hierdurch besonders platzsparend und kosteneffizient aus einem zusammenhängenden Dehnungsmesssensor unterschiedliche Widerstände ausgelesen werden können, die jeweils bevorzugt als einer der Brückenwiderstände einer Auswerte-Brückenschaltung ausgebildet sind. Hierbei hat sich die Verwendung eines als Silizium-Dehnungsmessstreifen ausgebildeten Dehnungsmesssensors als besonders vorteilhaft herausgestellt, um aus dem einen Dehnungsmesssensor bei einer Auslenkung des Betätigungsbereichs in Auslenkungsrichtung zwei Widerstände auszulesen, deren Wert sich mit jeweils entgegengesetzter Steigung in Abhängigkeit von dem Betrag der Auslenkung in Auslenkungsrichtung verändert, d.h. dass der Wert des einen Widerstands in Abhängigkeit von dem Betrag der Auslenkung in Auslenkungsrichtung sinkt und der Wert des anderen Widerstands in Abhängigkeit von dem Betrag der Auslenkung in Auslenkungsrichtung steigt, was für die Verwendung dieser Widerstände als Brückenwiderstände in der Auswerte-Brückenschaltung besonders vorteilhaft ist. Die Erfinder haben erkannt, dass bei Verwendung eines als Silizium-Dehnungsmessstreifen ausgebildeten Dehnungsmesssensors besonders bevorzugt aus diesem Dehnungsmesssensor vier Widerstände ausgelesen werden, die jeweils einen Brückenwiderstand einer Auswerte-Brückenschaltung ausbilden, wobei sich die Werte von einem ersten Paar der Widerstände im Vergleich zu den Werten von einem zweiten Paar der Widerstände mit entgegengesetzter Steigung in Abhängigkeit von dem Betrag der Auslenkung in Auslenkungsrichtung verändern. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung, wobei der Dehnungsmesssensor und die Auswerteeinheit auf den Träger und/oder den Montagekörper aufgebracht werden und anschließend der Befestigungsabschnitt des Trägers an dem Montagekörper in Bezug auf die Auslenkungsrichtung positionsfest, insbesondere in Bezug auf sämtliche Raumrichtungen positionsfest, fixiert wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung, wobei der Dehnungsmesssensor, insbesondere die Dehnungsmesssensoren, und das weitere Sensorelement in einem selben Verfahrensschritt auf den Träger aufgebracht werden. In bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung, der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung, der erfindungsgemäßen Verwendung und des erfindungsgemäßen Verfahrens können jeweils Merkmale analog vorgesehen sein, die im Zusammenhang mit anderen erfindungsgemäßen oder gattungsgemäßen Ausführungsformen, auch mit Bezug auf eine jeweils andere Kategorie als die jeweilige Ausführungsform, beschrieben sind.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von drei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf drei Figuren näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1: in verschiedenen schematischen Prinzipdarstellungen verschiedene Ansichten einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
- 2: in einer schematischen Prinzipdarstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
- 3: in einer schematischen Prinzipdarstellung eine weitere Ausführunsgform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung.
-
In 1 umfassend die 1a, 1b und 1c ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung vereinfachend schematisch dargestellt. Die Sensoranordnung umfasst einen Träger 2 sowie einen Montagekörper 3. Der Träger 2 ist nach Art einer Platte ausgebildet und erstreckt sich mit seiner Plattenfläche in einer Horizontalen, d. h. horizontalen Ebene, und ist durch einen Befestigungsabschnitt 21 und einen Betätigungsabschnitt 22 ausgebildet, die jeweils einen bestimmten horizontalen Abschnitt des Trägers 2 definieren. Der Träger 2 ist mit seinem Befestigungsabschnitt 21 in Auslenkungsrichtung Z, die vorliegend der Vertikalen entspricht und somit senkrecht auf der Horizontalen steht, auf einem Montageabschnitt 31 des Montagekörpers 3 anliegend an dem Montagekörper 3 befestigt. Montageabschnitt 31 und Befestigungsabschnitt 21 sind positionsfest aneinander fixiert. Der Montagekörper 3 weist eine wesentlich größere Erstreckung entlang der Auslenkungsrichtung Z auf als der Träger 2. Der Montagekörper 3 weist ferner eine in Auslenkungsrichtung Z zum Träger 2 hin offene Aussparung 30 auf, in deren horizontaler Erstreckung sich der Betätigungsabschnitt 22 hinein erstreckt. Der Betätigungsabschnitt 22 weist einen Betätigungsbereich 220 auf. Ausgehend von der in den 1a, 1b und 1c gezeigten Ruhelage der Sensoranordnung ist der Betätigungsbereich 220 relativ zum Befestigungsabschnitt 21 und somit auch relativ zum Montageabschnitt 31 in Auslenkungsrichtung Z auslenkbar. Auf Höhe des Betätigungsbereichs 220 ist der Betätigungsabschnitt 22 von dem Boden der Aussparung 30 um einen auf die Höhe h festgelegen Abstand beabstandet. Diese Höhe h definiert eine maximale Auslenkbarkeit des Betätigungsbereichs 220 ausgehend von der Ruhelage. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Oberseite des Betätigungsbereichs 220 als Krafteinleitungseinrichtung ausgebildet, auf die eine externe Kraft in Auslenkungsrichtung Z aufgebracht werden kann, um den Betätigungsbereich 220 ausgehend von der Ruhelage in Auslenkungsrichtung Z auszulenken. Bei einer solchen Auslenkung verbiegt sich der Träger 2 in einem Biegebereich, über den der Betätigungsabschnitt 22 an den Befestigungsabschnitt 21 angrenzt. In diesem Biegebereich ist ein Dehnungsmesssensor 1, vorliegend ein Silizium-DMS, an dem Träger 2 angeordnet und an diesem befestigt, so dass über ein Auslesen des Dehnungsmesssensors 1 die Biegung und somit die Auslenkung, d. h. der Betrag der Auslenkung in Auslenkungsrichtung Z, quantifiziert werden kann. Indem die Auslenkung auf die Höhe h begrenzt ist, ist die Sensoranordnung gegen Überlast, d. h. gegen eine Belastung des Betätigungsbereichs in Auslenkungsrichtung Z mit einer für die Sensoranordnung nicht vorgesehenen, zu großen externen Kraft, geschützt. Denn bei zunehmender externer Kraft, die auf den Betätigungsbereich 220 eingeleitet wird, biegt sich der Träger 2 zunehmend, bis er mit dem von dem Befestigungsabschnitt 21 abgewandten horizontalen Ende des Betätigungsabschnitts 22, das einen Anschlagsbereich des Trägers 2 ausbildet, in Auslenkungsrichtung Z gegen den Boden der Aussparung 30 presst. Der Boden der Aussparung 30 bildet somit einen Anschlagsabschnitt des Montagekörpers 3, und sobald der Anschlagsbereich des Trägers 2 und der Anschlagsabschnitt des Montagekörpers 3 in Auslenkungsrichtung Z gegeneinandergepresst sind, ist eine weitere Verbiegung des Trägers 2 vermieden. Der Montagekörper 3 und der Träger 2 sind in ihren mechanischen Ausgestaltungen dergestalt aufeinander abgestimmt, dass der Betätigungsbereich 220 bis zum Anliegen des Anschlagsbereichs an dem Anschlagsabschnitt ausgehend von der Ruhelage elastisch auslenkbar ist, d. h. dass der Träger 2 einer entsprechenden externen Kraft eine Rückstellkraft entgegenstellt, die bewirkt, dass der Träger 2 nach Beendigung des Einwirkens der externen Kraft in seine Ausgangslage zurückkehrt, die er in der Ruhelage innehat.
-
In den 2 und 3 sind weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Sensoranordnungen vereinfacht schematisch dargestellt. Die Sensoranordnung gemäß 2 unterscheidet sich von der Sensoranordnung gemäß 1 im Wesentlichen dadurch, dass der Träger 2 einen Befestigungsabschnitt 21 aufweist, der nach Art eines Kreisrings ausgestaltet ist, und dass der Betätigungsabschnitt 22 mehrere Stegabschnitte 221, 222, 223, 224 aufweist, die sich an einer jeweils anderen Position des Befestigungsabschnitts 21 radial von diesem weg erstrecken und in einem Kreuzungsbereich überlappen. In dem Kreuzungsbereich ist der Betätigungsbereich 220 ausgebildet. Jeder der Stegabschnitte 221, 222, 223, 224 geht über jeweils einen Biegebereich in den Befestigungsabschnitt 21 über, wobei an jedem der Biegebereiche jeweils ein Dehnungsmesssensor 11, 12, 13, 14 angeordnet ist. Bei Einwirken einer externen Kraft in Auslenkungsrichtung Z auf den Betätigungsbereich 220 ist dieser in die Aussparung 30 des Montagekörpers 3 bewegbar, bis er mit seiner zum Montagekörper 3 gewandten Seite am Boden der Aussparung 30 anliegt. Die Sensoranordnung gemäß 3 unterscheidet sich von der Sensoranordnung gemäß 1 im Wesentlichen dadurch, dass die Sensoranordnung mehrere Dehnungsmesssensoren 1, 11 aufweist, und dass der Betätigungsabschnitt 22 einen sich entlang seiner Längserstreckungsachse verändernden Querschnitt aufweist.
-
Die Veränderung des Querschnitts ist durch eine Einschnürung in dem Betätigungsabschnitt 22 bedingt, auf deren Höhe entlang der Längserstreckungsachse des Betätigungsabschnitts 22 der Querschnitt ein lokales Minimum aufweist. Auf Höhe dieser Einschnürung ist ein weiterer Dehnungsmesssensor 11 vorgesehen. Durch das Vorsehen der beiden Dehnungsmesssensoren 1, 11 ist der Betrag der externen Kraft in Auslenkungsrichtung Z durch die Sensoranordnung noch genauer quantifizierbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Dehnungsmesssensor
- 2
- Träger
- 3
- Montagekörper
- 11
- Dehnungsmesssensor
- 12
- Dehnungsmesssensor
- 13
- Dehnungsmesssensor
- 14
- Dehnungsmesssensor
- 21
- Befestigungsabschnitt
- 22
- Betätigungsabschnitt
- 30
- Aussparung
- 31
- Montageabschnitt
- 220
- Betätigungsbereich
- 221
- Stegabschnitt
- 222
- Stegabschnitt
- 223
- Stegabschnitt
- 224
- Stegabschnitt
- h
- Abstand
- X
- Längserstreckungsachse
- Z
- Auslenkungsrichtung
