DE10315019A1

DE10315019A1 - Arrangement for determining position coordinates of pressure on surface evaluates sensor unit signals resulting from relative movement of stiff frame and stiff plate joined by flexurally weak zone

Info

Publication number: DE10315019A1
Application number: DE10315019A
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Ing. Weisz
Original assignee: CITRON GmbH
Current assignee: CITRON GmbH
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-04-03
Also published as: DE10315019B4

Abstract

The arrangement has a flexurally stiff plate (16) movable relative to a flexurally stiff frame (18) and at least three sensor units between the frame and plate. The plate is joined to the frame by a defined, elastically deformable flexurally weak transition region/flexing zone (20) and the force action point is derived from the sensor unit signals resulting from the relative movement of the frame and plate.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Ermittlung der Lagekoordinaten einer auf eine Fläche ausgeübten Druckkraft gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.The The invention relates to a measuring device for determining the position coordinates one on a surface exerted Pressure force according to the im Preamble of claim 1 specified type.

Derartige Messvorrichtungen zur Ermittlung der Lagekoordinaten einer auf eine Fläche ausgeübten Druckkraft sind hinreichend bekannt und dienen beispielsweise als berührungssensitiver Bildschirmvorsatz für so genannte berührungssensitive Bildschirme (Touchscreen).such Measuring devices for determining the position coordinates one on one area exerted Compressive force are well known and serve as, for example touch-sensitive Screen attachment for so-called touch sensitive Screens (touchscreen).

Bekanntlich kann die Ermittlung bzw. Ortung des Berühr- und/oder Druckpunktes beispielsweise eines Fingers eines Bedieners auf dem berührungssensitiven Bildschirm auf optische, akustische, elektrische oder mechanische Prinzipien beruhen, wobei hier im weiteren Verlauf hauptsächlich nur letzteres (mechanisches Prinzip) weiter betrachtet wird.generally known can determine or locate the point of contact and / or pressure, for example one An operator's fingers on the touch screen on optical, acoustic, electrical or mechanical principles are based, with only the latter (mechanical Principle) is considered further.

Aus der DE 195 02 956 C2 ist eine Sensoraufnahmemechanik für eine berührungsempfindliche Fläche zur Ermittlung der Position einer unter Krafteinwirkung vorgenommene Berührung der Fläche, mit die Krafteinwirkung erfassenden Sensoreinheiten an den Ecken der Fläche be kannt. Die berührungsempfindliche Fläche weist im wesentlichen eine Platte und einen die Platte umfassenden Rahmen auf. Die zur Positionsermittlung benötigten Sensoreinheiten sind zwischen den Ecken der Platte und jeweils einem Sensorhaltemittel (Gegenlager), welche an dem die Platte umgreifenden Rahmen angeordnet sind, gelagert, wobei der Rahmen die Platte randseitig übergreift. Kennzeichnend für die bekannte Anordnung ist, dass der die Platte übergreifende Bereich des Rahmens in eine stufenartige Ausnehmung der Platte unter Bildung einer im Wesentlichen gemeinsamen Oberflächenebenen von Platte und Rahmen eingreift.From the DE 195 02 956 C2 is a sensor receiving mechanism for a touch-sensitive surface for determining the position of a force-applied contact of the surface, with the force-sensing sensor units at the corners of the surface be known. The touch-sensitive surface essentially has a plate and a frame surrounding the plate. The sensor units required for determining the position are mounted between the corners of the plate and in each case a sensor holding means (counter bearing) which are arranged on the frame encompassing the plate, the frame overlapping the edge of the plate. It is characteristic of the known arrangement that the region of the frame which overlaps the plate engages in a step-like recess in the plate, forming an essentially common surface plane of the plate and frame.

Wird nun eine Kraft an einer bestimmten Stelle auf die Platte ausgeübt, so findet zwischen dem unbeweglich ausgeführten Rahmen und der darin beweglich gelagerten Platte eine Relativbewegung in Form einer Verschiebung statt. Die Sensoreinheiten werden je nach Position der Krafteinwirkung unterschiedlich stark belastet und liefern entsprechende Messwerte, aus denen die Position der Krafteinwirkung ermittelt werden kann.Becomes now exerted a force on the plate at a certain point, so find between the immobile Frame and the plate movably mounted therein a relative movement in the form of a shift instead. The sensor units are each depending on the position of the force and deliver corresponding measurements from which the position of the force can be determined.

Als nachteilig erweist sich hierbei der Umstand, dass zwischen Rahmen und der darin beweglich gelagerten Platte konstruktionsbedingt ein kleiner Spalt vorhanden ist, und dieser Spalt das Eindringen von Staub, Feuchtigkeit, Wasser etc. ermöglicht. Um eine lange Lebensdauer und volle Funktionsfähigkeit zu gewährleisten, ist es daher notwendig in den Spalt zwischen Rahmen und Platte ein Dichtmaterial einzubringen. Hier ergibt sich nun das Problem, dass die Dichtmasse, die sich nun zwischen dem festen Teil (Rahmen) und dem beweglichen Teil (Platte) befindet, die Messwerte der Sensoreinheiten entsprechend ihrer variablen Eigenschaft, sowie der Reibung zwischen Dichtmasse und den abzudichtenden Teilen in zum Teil unbekannter Weise beeinflusst. Zudem führen auch eventuell auftretende Eigenschaftsänderungen der Dichtmasse, z. B. hervorgerufen durch Umwelteinflüsse, Temperaturschwankungen, Verschleiß oder ähnliches, zu nachhaltigen Beeinträchtigungen bei den ermittelten Messewerte.As the fact that between the frame proves disadvantageous and the plate movably mounted therein due to the design there is a small gap, and this gap is the penetration of Allows dust, moisture, water etc. To ensure a long service life and full functionality to ensure, it is therefore necessary to insert it into the gap between the frame and the plate Introduce sealing material. The problem now arises here that the sealing compound, which is now between the fixed part (frame) and the moving part (plate) is located, the measured values of the sensor units accordingly their variable property, as well as the friction between sealing compound and affected the parts to be sealed in a partly unknown way. Lead also any changes in properties of the sealant, e.g. B. caused by environmental influences, temperature fluctuations, Wear or the like, to lasting impairments with the determined measured values.

Die in der DE 198 11 394 A1 offenbarte Einrichtung zur Ortung von auf eine Fläche ausgeübten Druckkräften folgt dem gleichen Konstruktionsprinzip. Auch hier ist konstruktionsbedingt ein Spalt zwischen einem unbeweglichen Rahmen und einer darin beweglich gelagerten Platte notwendig, um aus der Relativbewegung zwischen Rahmen und Platte die resultierende Belastung über Sensoren bestimmen zu können. Das vorstehend genannte Problem, nämlich dass die zwischen Rahmen und Platte notwendigerweise einzubringende Dichtung die Messergebnisse negativ beeinflusst, ist weder angesprochen noch gelöst.The in the DE 198 11 394 A1 disclosed device for locating pressure forces exerted on a surface follows the same construction principle. Here too, due to the design, a gap between an immovable frame and a plate movably mounted therein is necessary in order to be able to determine the resulting load via sensors from the relative movement between the frame and plate. The above-mentioned problem, namely that the seal necessarily to be introduced between the frame and the plate negatively influences the measurement results, has neither been addressed nor solved.

Ähnlich verhält es sich bei der aus der DE 195 26 653 A1 bekannten Kraftmesseinrichtung. Zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit ist auch hier das Vorsehen einer entsprechenden Dichtung unabdingbar. Folglich unterliegt auch bei dieser Kraftmesseinrichtung das erzielte Messergebnis einer Beeinflussung durch die Dichtung.The situation is similar with that from the DE 195 26 653 A1 known force measuring device. To ensure the functionality, the provision of an appropriate seal is essential. Consequently, the measurement result obtained is also influenced by the seal in this force measuring device.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung zur Ermittlung der Lagekoordinaten einer auf eine Fläche ausgeübten Druckkraft gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art derart weiterzu bilden, dass unter Vermeidung der genannten Nachteile eine Beeinflussung der Messergebnisse ausgeschlossen ist.The The invention has for its object a measuring device for determining the position coordinates of a compressive force exerted on a surface in accordance with the Preamble of claim 1 to further develop the specified type that while avoiding the disadvantages mentioned, influencing the Measurement results is excluded.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Einflüsse einer Dichtung nicht in die Messergebnisse einfließen. Hierfür ist die biegesteife Platte über einen definierten, elastisch verformbaren biegeweichen Übergangsbereich -Biegezone- axial und radial fest mit dem biegesteifen Rahmen verbunden. Die notwendige relative Bewegung zwischen dem biegesteifen Rahmen und der biegesteifen Platte und die daraus resultierenden Kräfte/Verschiebungen zwischen dem biegesteifen Rahmen und der biegesteifen Platte ist einzig durch die elastische Verformbarkeit der Biegezone gewährleistet. Die Ermittlung der Lagekoordinaten des Kraftangriffspunktes auf der Fläche erfolgt durch Auswertung mindestens einer zwischen dem biegesteifen Rahmen und der biegesteifen Platte angeordneten Sensoreinheit, die die zwischen dem biegesteifen Rahmen und der biegesteifen Platte auftretenden Kräfte/Verschiebungen erfasst.This object is achieved according to the invention in that the influences of a seal do not influence the measurement results. For this purpose, the rigid plate is axially and radially firmly connected to the rigid frame via a defined, elastically deformable flexible transition area - bending zone. The necessary relative movement between the rigid frame and the rigid plate and the resulting forces / displacements between the rigid frame and the rigid plate is only guaranteed by the elastic deformability of the bending zone. The determination of the position coordinates of the force application point On the surface, at least one sensor unit is arranged between the rigid frame and the rigid plate, which detects the forces / displacements occurring between the rigid frame and the rigid plate.

Auf einfache Art und Weise ist so eine Messvorrichtung realisiert, die genaue Messwerte garantiert, da durch den erfindungsgemäßen 3-zonigen Aufbau der Fläche eine Dichtung zwischen dem biegesteifen Rahmen und der biegesteifen Platte nicht mehr erforderlich ist und folglich die Messwerte von bekannten Faktoren wie Elastizitätsmodul/Formgebung der Biegezone abhängen. Durch den Wegfall der Dichtung sind zudem Einflüsse der Umwelt vernachlässigbar und eine störungsarme Funktion ist gewährleistet. Des weiteren ist ein ökonomischer Vorteil durch den Verzicht auf bewegliche Teile, im makroskopischen Sinne, anzuführen.On Such a measuring device is realized in a simple manner exact measured values guaranteed, because of the 3-zone structure according to the invention the area a seal between the rigid frame and the rigid Plate is no longer required and consequently the readings from known ones Factors such as modulus of elasticity / shape depend on the bending zone. Due to the omission of the seal, environmental influences are negligible and a low-interference Function is guaranteed. Furthermore, an economic advantage is through to refrain from moving parts, in a macroscopic sense.

Vorzugsweise sind die drei Zonen der Fläche, also der biegesteife Rahmen, die Biegezone und die biegesteife Platte einteilig ausgeführt, d.h., es wird nur ein Werkstoff mit demselben Elastizitätsmodul für alle drei Zonen verwendet. Die einteilige Ausführung von Rahmen, Biegezone und Platte vereinfacht die Herstellung, da die gesamte Fläche beispielsweise durch ein kostengünstiges Gießverfahren herstellbar ist.Preferably are the three zones of the area, the rigid frame, the bending zone and the rigid plate made in one piece, i.e. it only becomes a material with the same modulus of elasticity for all three zones used. The one-piece design of frame, bending zone and plate simplifies manufacture because the entire area, for example through an inexpensive casting process can be produced.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Fläche mehrteilig ausgeführt. Die einzelnen Teile der Fläche, wie z. B. der biegesteife Rahmen, die Biegezone und die biegesteife Platte sind insbesondere durch Verkleben und/oder Verschrauben axial und radial fest miteinander verbunden. Die mehrteilige Ausführung der Fläche ermöglicht die Kombination verschiedener Werkstoffe mit unterschiedlichen Elastizitätsmoduln, beispielsweise Fertigung der biegesteifen Platte aus Glas, während biegesteifer Rahmen und Biegezone jeweils aus Metall gefertigt sind.According to one another embodiment the invention is the area executed in several parts. The individual parts of the area, such as B. the rigid frame, the bending zone and the rigid Plate are axial especially by gluing and / or screwing and radially fixed together. The multi-part version of the area allows the combination of different materials with different moduli of elasticity, For example, manufacture of the rigid plate made of glass, while more rigid Frame and bending zone are each made of metal.

Vorzugsweise ist die biegeweiche Eigenschaft der Biegezone durch eine spezielle Formgebung der Biegezone realisiert. Durch die entsprechende Formgebung der Biegezone, also Verwendung von Querschnitten mit verschiedenen Flächen- und Widerstandsmomenten, ist die biegeweiche Eigenschaft der Biegezone auf einfache Art und Weise einstellbar.Preferably is the flexible property of the bending zone due to a special Shape of the bending zone realized. Through the appropriate design the bending zone, i.e. using cross sections with different Area and Resistance moments is the flexible property of the bending zone easily adjustable.

Die biegeweiche Eigenschaft der Biegezone kann auch durch eine geeignete Werkstoffauswahl für die Biegezone realisiert sein, d. h. durch Auswahl eines Werkstoffes mit entsprechendem Elastizitätsmodul.The Bendable property of the bending zone can also be determined by a suitable Material selection for the bending zone has been realized, d. H. by choosing a material with a corresponding modulus of elasticity.

Eine Kombination, nämlich dass die biegeweiche Eigenschaft der Biegezone durch Formgebung und Werkstoffauswahl realisiert ist, ist ebenfalls denkbar.A Combination, namely that the flexible property of the bending zone by shaping and material selection is also possible.

Um Beschädigungen und Vandalismus vorzubeugen ist die Durchbiegung der Biegezone, also die maximal zulässige Verformung der Biegezone, durch einen Anschlag begrenzt.Around damage and preventing vandalism is the bending of the bending zone, so the maximum allowed Deformation of the bending zone, limited by a stop.

Bei bestimmten Einsatzbedingen, beispielsweise Verwendung der Messvorrichtung auf Schiffen oder dergleichen, treten unerwünschte Vibrationen auf, die die Messwerte beeinflussen könnten. Zur Filterung dieser Vibrationen und um folglich ein Aufschwingen der Fläche zu vermeiden ist daher erfindungsgemäß zwischen der biegesteifen Platte und dem biegesteifen Rahmen ein schwingungsdämpfendes Element angeordnet.at certain conditions of use, for example using the measuring device on ships or the like, unwanted vibrations occur that could affect the readings. To filter these vibrations and consequently to oscillate the area It is therefore to be avoided according to the invention between the rigid Plate and the rigid frame a vibration damping Element arranged.

Um eine Verwendung als berührungsempfindlicher Bildschirmvorsatz zu ermöglichen, ist die biegesteife Platte gemäß einer Ausführungsform zumindest teilweise transparent ausgeführt.Around use as a touch sensitive Screen attachment to allow is the rigid plate according to one embodiment executed at least partially transparent.

Zur Erhöhung der Redundanz der Messvorrichtung erfolgt gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung die Ermittlung der Lagekoordinaten einer auf einer Fläche ausgeübten Druckkraft zusätzlich über ein optisches und/oder akustisches und/oder elektrisches Ortungssystem.to increase the redundancy of the measuring device takes place according to another embodiment the invention the determination of the position coordinates on a area exerted Pressure force additionally via a optical and / or acoustic and / or electrical location system.

Weiter Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.Further Advantages, features and possible uses of the present Invention result from the following description in connection with the embodiments shown in the drawing.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.The In the following, the invention is illustrated by means of the drawing embodiments described in more detail. In the description, in the claims and in the drawing those in the back List of terms used and associated reference numbers used.

In der Zeichnung bedeutet:In the drawing means:

1 Eine Frontansicht einer Messvorrichtung zur Ermittlung der Lagekoordinaten einer auf eine Fläche ausgeübten Druckkraft; 1 A front view of a measuring device for determining the position coordinates of a compressive force exerted on a surface;

2 Eine vergrößerte Schnittdarstellung entlang der Linie A-A der Fläche aus 1; 2 An enlarged sectional view along the line AA of the surface 1 ;

3 Die Schnittdarstellung aus 2 nach Krafteinwirkung auf die Fläche; 3 The sectional view 2 after applying force to the surface;

4 Eine Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform der Fläche; 4 A sectional view of another Embodiment of the surface;

5 Die Ausführungsform aus 4 nach Anbringen einer Kraft auf die Fläche; 5 The embodiment from 4 after applying a force to the surface;

6 Eine weitere Ausführungsform der Fläche gemäß der Erfindung vor der Verformung in Schnittdarstellung; 6 Another embodiment of the surface according to the invention before the deformation in a sectional view;

7 Die Ausführungsform aus 6 nach der Verformung; 7 The embodiment from 6 after deformation;

8 Eine weitere Schnittdarstellung einer Ausführungsform der Fläche gemäß der Erfindung; 8th Another sectional view of an embodiment of the surface according to the invention;

9 Die Ausführungsform aus 8 nach Aufbringen einer Kraft auf die Fläche; 9 The embodiment from 8th after applying a force to the surface;

10 Eine Schnittdarstellung einer Fläche gemäß der Erfindung mit einer Sensoreinheit; 10 A sectional view of a surface according to the invention with a sensor unit;

11 Eine weitere Möglichkeit zur Anordnung einer Sensoreinheit; 11 Another possibility for arranging a sensor unit;

12 Eine weitere Ausführungsform zur Anbringung der Sensoreinheiten; 12 Another embodiment for attaching the sensor units;

13 Die Messvorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Anschlag zur Begrenzung der maximalen Durchbiegung; 13 The measuring device according to the invention with a stop to limit the maximum deflection;

14 Die Ausführungsform gemäß 13 mit einem zusätzlichen Dämpfungselement; 14 The embodiment according to 13 with an additional damping element;

15 Eine Kombination aus mechanischen und optischen Prinzipien zur Ermittlung der Lagekoordinaten. 15 A combination of mechanical and optical principles for determining the position coordinates.

Die in 1 mehr oder minder schematisch dargestellte und insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Messvorrichtung zur Ermittlung der Lagekoordinaten einer auf eine Fläche 12 ausgeübten Druckkraft umfasst neben der Fläche 12 vier jeweils an den Ecken der Fläche 12 angeordneten Sensoreinheiten 14. Die Verarbeitung der von den Sensoreinheiten 14 ermittelten Messwerten erfolgt in bekannter Weise über einen Rechner, der hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.In the 1 more or less schematically shown and overall with the reference number 10 Designated measuring device for determining the position coordinates of a on a surface 12 Exerted pressure includes next to the surface 12 four each at the corners of the surface 12 arranged sensor units 14 , Processing of the sensor units 14 Measured values determined are carried out in a known manner via a computer, which is not shown here for reasons of clarity.

Der erfindungsgemäße Aufbau der Fläche 12 ist aus 2 ersichtlich. Hierbei handelt es sich um eine Schnittdarstellung der Fläche 12 entlang der Linie A-A in 1. Die Fläche 12 weist eine biegesteife Platte 16 auf, die von einem biegesteifen Rahmen 18 umfasst ist. Zwischen dem biegesteifen Rahmen 18 und der biegesteifen Platte 16 ist ein biegeweicher Übergangsbereich 20, im weiteren Verlauf als Biegezone 20 bezeichnet, ausgebildet. Die Fläche 12 ist einteilig ausgeführt, d.h., die biegesteife Platte 16, der biegesteife Rahmen 18 als auch die Biegezone 20 bilden eine Baueinheit und sind aus einem Werkstoff gefertigt. Die notwendige Elastizität der Biegezone 20 ist durch eine entsprechende Querschnittsverengung im Bereich der Biegezone 20, also durch eine gezielte Einstellung benötigter Flächen- und Trägheitsmomenten in diesem Bereich, realisiert.The structure of the surface according to the invention 12 is over 2 seen. This is a sectional representation of the surface 12 along the line AA in 1 , The area 12 has a rigid plate 16 on that by a rigid frame 18 is included. Between the rigid frame 18 and the rigid plate 16 is a flexible transition area 20 , later as a bending zone 20 designated, trained. The area 12 is made in one piece, ie the rigid plate 16 , the rigid frame 18 as well as the bending zone 20 form a structural unit and are made of one material. The necessary elasticity of the bending zone 20 is due to a corresponding cross-sectional narrowing in the area of the bending zone 20 , that is, by specifically setting the required area and inertia moments in this area.

Die Situation nach Anbringen einer Kraft auf die Fläche 12 ist in 3 dargestellt. Die auf die Fläche 12 wirkende Kraft ist durch ein Pfeil 22 angedeutet. Aufgrund der elastischen Verformung der Biegezone 20 fin det zwischen der biegesteifen Platte 16 und dem biegesteifem Rahmen 18 eine Relativbewegung statt. Die durch die Verformung der Biegezone 20 auftretenden Kräfte/Verschiebungen zwischen der biegesteifen Platte 16 und dem biegesteifen Rahmen 18 werden von den Sensoreinheiten 14 (vgl. 1) aufgenommen und von einem – wie bereits erwähnt, hier nicht dargestellten Rechnerverarbeitet.The situation after applying a force to the surface 12 is in 3 shown. The on the surface 12 effective force is through an arrow 22 indicated. Due to the elastic deformation of the bending zone 20 is located between the rigid plate 16 and the rigid frame 18 a relative movement takes place. Due to the deformation of the bending zone 20 occurring forces / displacements between the rigid plate 16 and the rigid frame 18 are from the sensor units 14 (see. 1 ) recorded and processed by a computer - as already mentioned, not shown here.

In 4 ist eine weitere Ausführungsform der Fläche 12 dargestellt. Im Gegensatz zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fläche 12 mehrteilig ausgeführt. Wie aus 4 ersichtlich sind der biegesteife Rahmen 18 und die Biegezone 20 als eine Baueinheit ausgeführt, während die biegesteife Platte 16 ein separates Bauteil bildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die biegesteife Platte 16 durch Verkleben axial und radial fest mit der Biegezone 20 und dem sich anschließenden biegesteifen Rahmen 16 verbunden. Die Fläche 12 umfasst hierbei zwei verschiedene Werkstoffe, nämlich einen transparenten Werkstoff für die biegesteife Platte 16 und einen metallischen Werkstoff für den biegesteifen Rahmen 18 und die Biegezone 20. Entsprechend zu dem in 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die notwendige Elastizität der Biegezone 20 wiederum durch spezielle Formgebung, nämlich einer Querschnittsverengung im Bereich der Biegezone 20, realisiert.In 4 is another embodiment of the surface 12 shown. In contrast to the one in 2 The illustrated embodiment is the area 12 executed in several parts. How out 4 the rigid frame can be seen 18 and the bending zone 20 executed as a structural unit, while the rigid plate 16 forms a separate component. In the present embodiment, the rigid plate 16 by gluing axially and radially firmly to the bending zone 20 and the subsequent rigid frame 16 connected. The area 12 comprises two different materials, namely a transparent material for the rigid plate 16 and a metallic material for the rigid frame 18 and the bending zone 20 , Corresponding to that in 2 The embodiment described is the necessary elasticity of the bending zone 20 again through a special shape, namely a narrowing of the cross-section in the area of the bending zone 20 , realized.

Die Verformung der Biegezone 20 nach Krafteinwirkung ist schematisch in 5 dargestellt.The deformation of the bending zone 20 after force is shown schematically in 5 shown.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Fläche 12 einer Messvorrichtung 10 zur Ermittlung der Lagekoordinaten einer auf die Fläche 12 ausgeübten Druckkraft ist in den 6 und 7 dargestellt. Während 6 die Situation im unbelasteten Zustand zeigt, verdeutlicht 7 die Situation nach Aufbringen einer Kraft 22 auf die Fläche 12. Wie aus 6 ersichtlich ist die Fläche 12 mehrteilig aufgebaut. Die Biegezone 20 ist hierbei zwischen dem biegesteifen Rahmen 18 und einer, die biegesteife Platte 16 umfassenden, biegesteifen Einfassung 23 angeordnet. Der biegesteife Rahmen 18 und die biegesteife Einfassung 23 sind aus demselben Werkstoff gefertigt, während Biegezone 20 und biegesteife Platte 16 jeweils aus einem anderen Werkstoff hergestellt sind. Die axiale und radiale feste Verbindung der Bauteile untereinander ist durch Verklebungen sichergestellt. Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen beruht die Elastizität der Biegzone 20 auf einer geeigneten Werkstoffauswahl für die Biegezone 20 in Verbindung mit dem dargestellten verengten Biegequerschnitt.Another embodiment of the area 12 a measuring device 10 to determine the position coordinates of one on the surface 12 pressure applied is in the 6 and 7 shown. While 6 shows the situation in the unloaded state 7 the situation after applying a force 22 on the surface 12 , How out 6 the area can be seen 12 constructed in several parts. The bending zone 20 is between the rigid frame 18 and one, the rigid plate 16 comprehensive, rigid frame 23 arranged. The rigid frame 18 and the rigid mount 23 are made of the same material during bending zone 20 and rigid plate 16 are each made of a different material. The axial and radial fixed connection of the components to one another is ensured by gluing. In contrast to the previously described exemplary embodiments, the elasticity of the bending zone is based 20 on a suitable choice of materials for the bending zone 20 in connection with the narrowed cross-section shown.

Bei dem in den 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Fläche 12 wieder einteilig ausgeführt, wobei hier für die erforderliche Verformbarkeit der Fläche 12 auf die Membraneigenschaft des verwendeten Werkstoffes zurückgegriffen wird.In the in the 8th and 9 The embodiment shown is the area 12 again made in one piece, here for the required deformability of the surface 12 the membrane property of the material used is used.

Als Sensoreinheiten 14 zur Erfassung der Verformung der Biegezone 20 eignen sich die meisten Kraft/Spannungswandler, insbesondere Dehnungsmessstreifen, Piezoelemente oder dergleichen. Die Anordnung der Sensoreinheiten kann auf verschiedene Arten erfolgen.As sensor units 14 to record the deformation of the bending zone 20 Most force / voltage converters are suitable, in particular strain gauges, piezo elements or the like. The sensor units can be arranged in different ways.

Eine erste Möglichkeit zur Anordnung der Sensoreinheiten 14 ist in 10 gezeigt. Hier ist als Sensoreinheit 14 ein Dehnmessstreifen 24 direkt auf die Biegezone 20 aufgebracht. Die Wandlung der von dem Dehnmessstreifen 24 ermittelten Verformungswerte erfolgt über einen hier nicht dargestellten Rechner.A first option for arranging the sensor units 14 is in 10 shown. Here is as a sensor unit 14 a strain gauge 24 directly to the bending zone 20 applied. The change of the strain gauge 24 The deformation values determined are carried out using a computer, not shown here.

Nach 11 ist der Dehnmessstreifen 24 auf einen Biegebalken 26 aufgebracht, der als Verstärker fungiert. Der Biegebalken 26 ist über eine Verschraubung mit dem biegesteifen Rahmen 18 verbunden und steht mit einem Hebelelement 28, welches als Verformungsgeber fungiert, in Kontakt. Das Hebelelement 28 ist seinerseits wiederum über eine Verschraubung mit einem im Anschluss an die Biegezone 20 sich erstreckenden biegesteifen Querschnittsbereich 30 fest verbunden.To 11 is the strain gauge 24 on a bending beam 26 applied, which acts as an amplifier. The bending beam 26 is via a screw connection to the rigid frame 18 connected and stands with a lever element 28 , which acts as a deformation sensor, in contact. The lever element 28 is in turn via a screw connection with a connection to the bending zone 20 extending rigid cross-sectional area 30 firmly connected.

Eine weitere Anordnungsmöglichkeit für die Sensoreinheit 14 ist in 12 gezeigt. Als Sensoreinheit findet hier ein Piezoelement Verwendung, das zwischen einem biegesteifen Balkenelement 32 und dem Hebelelement 28 angeordnet ist. Das biegesteife Balkenelement 32 ist durch eine Verschraubung axial und radial fest mit dem biegesteifen Rahmen 18 verbunden und das Hebelelement 28 ist, entsprechend zu 11, an den im Anschluss an die Biegezone 20 ausgebildeten biegesteifen Querschnittsbereich 30 angeordnet.Another arrangement option for the sensor unit 14 is in 12 shown. A piezo element is used here as the sensor unit, which is between a rigid beam element 32 and the lever element 28 is arranged. The rigid beam element 32 is axially and radially fixed to the rigid frame by a screw connection 18 connected and the lever element 28 is, accordingly 11 , following the bending zone 20 trained rigid cross-sectional area 30 arranged.

Bei dem in 14 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Anordnung der Sensoreinheiten der inAt the in 14 The embodiment shown corresponds to the arrangement of the sensor units in FIG

11 beschriebenen Ausführung. Zusätzlich ist hier jedoch noch ein biegesteifer Anschlag 34 vorgesehen. Während das eine Ende des Anschlags 34 am biegesteifen Rahmen 18 angeordnet ist, ist das andere, L-förmig ausgebildete Ende des Anschlags auf die biegesteife Platte 16 ausgerichtet. Durch die hierdurch realisierte Begrenzung der maximalen Verformung der Biegezone 20 werden schwerwiegende Beschädigungen an der Messvorrichtung 10, beispielsweise hervorgerufen durch unsachgemäße Benutzung, bzw. Ausübung einer zu großen Kraft auf die Platte 16, erfolgreich vermieden. 11 described execution. In addition, however, there is a rigid stop here 34 intended. During one end of the attack 34 on the rigid frame 18 is arranged, the other, L-shaped end of the stop on the rigid plate 16 aligned. Due to the limitation of the maximum deformation of the bending zone 20 serious damage to the measuring device 10 , for example caused by improper use or exerting too much force on the plate 16 , successfully avoided.

Entsprechend zu dem in 13 beschriebenen Ausführungsbeispiel weist auch das Ausführungsbeispiel gemäß 14 einen biegesteifen Anschlag 34 auf. Während das eine Ende des Anschlags 34 in bekannter Weise am biegesteifen Rahmen 18 angeordnet ist, ist das andere, L-förmig ausgebildete Ende des Rahmens wieder auf die beigesteife Platte 16 ausgerichtet. Zwischen dem Anschlag 34 der biegesteifen Platte 16 ist ein zusätzliches Dämpfungselement 36 vorgesehen. Durch das Dämpfungselement 36 ist ein breiteres Einsatzspektrum der Messvorrichtung 10, beispielsweise auf Schiffen oder dergleichen, ermöglicht, da das Dämpfungselement ein Aufschwingen der biegesteifen Platte 16 verhindert.Corresponding to that in 13 The exemplary embodiment described also has the exemplary embodiment according to 14 a rigid stop 34 on. During one end of the attack 34 in a known manner on the rigid frame 18 is arranged, the other, L-shaped end of the frame is back on the beige rigid plate 16 aligned. Between the stop 34 the rigid plate 16 is an additional damping element 36 intended. Through the damping element 36 is a wider range of uses for the measuring device 10 , for example on ships or the like, because the damping element causes the rigid plate to swing open 16 prevented.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Ermittlung der Lagerkoordinaten einer auf eine Fläche 12 ausgeübten Druckkraft auch mit anderen bekannten Verfahren zur Ermittlung von Kraftangriffspunkten auf einer Platte/Fläche kombiniert werden. 15 zeigt schematisch die Kombination mit einem nach dem optischen Prinzip arbeiteten Vorrichtung.The measuring device according to the invention can of course be used to determine the bearing coordinates on a surface 12 applied pressure force can also be combined with other known methods for determining force application points on a plate / surface. 15 shows schematically the combination with a device working on the optical principle.

Die Erfindung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass durch den 3-zonigen Aufbau der Fläche 12 Dichtungen zwischen Rahmen 18 und Platte 16 überflüssig sind und somit eine Beeinflussung der Messergebnisse durch das Dichtmaterial ausgeschlossen ist.The invention is characterized above all by the fact that the 3-zone structure of the surface 12 Seals between frames 18 and plate 16 are superfluous and therefore the measuring material cannot be influenced by the sealing material.

1010: Messvorrichtungmeasuring device
1212: Flächearea
1414: Sensoreinheitsensor unit
1616: biegesteife Platterigid plate
1818: biegesteifer Rahmenmore rigid frame
2020: biegeweicher Übergangsbereich/Biegezoneflexible transition area / bending zone
2222: Kraftforce
2323: biegesteife Einfassungrigid mount
2424: DehnmessstreifenStrain
2626: Biegebalkenbending beam
2828: Hebelelementlever member
3030: biegesteifer Querschnittsbereichmore rigid Cross-sectional area
3232: biegesteifes Balkenelementbending-resistant beam element
3434: Anschlagattack
3636: Dämpfungselementdamping element

Claims

Measuring device ( 10 ) to determine the position coordinates of a surface ( 12 ) pressure applied ( 22 ) where the area ( 12 ) a rigid plate ( 16 ) and a surrounding rigid frame ( 18 ) and the rigid plate ( 16 ) relative to the rigid frame ( 18 ) is movably mounted and the position coordinates of the force application point on the surface ( 12 ) over at least three between the frame ( 18 ) and the plate ( 16 ) arranged sensor units ( 14 ) by evaluating the sensor units ( 14 ) acting forces / displacements can be determined, characterized in that the rigid plate ( 16 ) over a defined, elastically deformable flexible transition area - bending zone ( 20 ) axially and radially fixed with the rigid frame ( 18 ) is connected, and the determination of the position coordinates of the force application point on the surface ( 12 ) by evaluating at least one between the rigid frame ( 18 ) and the rigid plate ( 16 ) arranged sensor unit, which is based on the elastic deformability of the bending zone ( 20 ) enables relative movement between the rigid frame ( 18 ) and the rigid plate ( 16 ) resulting forces / displacements recorded.

Measuring device according to claim 1, characterized in that the surface ( 12 ) is made in one piece.

Measuring device according to claim 1, characterized in that the surface ( 12 ) is made up of several parts.

Measuring device according to claim 3, characterized in that the individual parts ( 16 . 18 . 20 . 23 ) the area ( 12 ) are in particular axially and radially firmly connected to one another by gluing and / or screwing.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the flexible property of the bending zone ( 20 ) due to a special shape of the bending zone ( 20 ) is realized.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the flexible property of the bending zone ( 20 ) through a suitable material selection for the bending zone ( 20 ) is realized.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the flexible characteristic of the bending zone ( 20 ) is realized through a combination of design and material selection

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the deflection of the bending zone ( 20 ) by a stop ( 34 ) is limited.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that between the rigid plate ( 16 ) and the rigid frame ( 18 ) a vibration-damping element ( 36 ) is arranged.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the rigid plate ( 16 ) is transparent or partially transparent.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the determination of the position coordinates additionally via a optical and / or acoustic and / or electrical location system he follows.