WO2009059774A2 - Vorrichtung zum messen von parametern - Google Patents

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WO2009059774A2 PCT/EP2008/009386 EP2008009386W WO2009059774A2 WO 2009059774 A2 WO2009059774 A2 WO 2009059774A2 EP 2008009386 W EP2008009386 W EP 2008009386W WO 2009059774 A2 WO2009059774 A2 WO 2009059774A2
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    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
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    • G—PHYSICS
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    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2231—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being disc- or ring-shaped, adapted for measuring a force along a single direction

Definitions

  • the present invention relates to a device for measuring parameters, in particular strains, temperatures, concentration and composition of gases, magnetic or electric fields with a structural element.
  • sensor structures are glued to components in a conventional device, via which forces and torques can be passed, which are transmitted from, for example, mechanical components, such as motors and / or gears, on any downforce. Between the electric motor and / or gear and the output then the device is used for measuring strains to od corresponding torques, tilting moments, torsional forces, shear forces. Like. to investigate.
  • a disadvantage of conventional devices is that they are expensive to produce and the sensor elements, in particular strain gauges are glued to their structures and are not very durable connected to the structures. These are also subject to great wear and achieve insufficient measurement results, especially at high temperature fluctuations. Furthermore, conventional manufacturing is very process and assembly intensive and therefore undesirably time consuming.
  • the present invention is therefore an object of the invention to provide a device of the type mentioned, which eliminates the disadvantages mentioned and with which in a simple and inexpensive way an o.g. Device can be produced, which determines very fast and accurate, especially temperature-dependent arbitrary physical sizes, parameters such as strains, in particular torsional, tilting moments, bending moments and shear forces and is also very durable.
  • MID methods such as e.g. Hot embossing, light activation, two- or multi-component processes, or other chemical processes, the sensor structure embedded in the plastic surface and the structural element, e.g. Housing or flange, thus even to the sensor element.
  • the invention is not limited to these methods.
  • the invention is based on the idea, the use of conductive, eg metallic structures, which were previously used only as interconnects in the art and thus should have the lowest possible resistance, should now be reversed.
  • conductive structures with as high a resistance as possible, one can determine, for example similar to DMS stripes, changes such as strain through the change in impedance and thus use the plastic structure part with the embedded measuring structures as a sensor.
  • the structural element can thus be used as an inductive and / or capacitive element.
  • LCP Liquid Cristal Polymer
  • MID technology a wide variety of materials can be used.
  • high temperature and engineering thermoplastics provided with surface conductive structures of tin, lead, gold, nickel or other conductive materials can be used.
  • substrate materials materials with substrate materials are used as the carrier.
  • substrate materials polypropylene, acrylonitrile-butadiene-styrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamide, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide and liquid crystal polymer may be used.
  • the most important material parameters to be considered are taken into account in the selection of a substrate material, such as processing and service temperature, flame retardancy, mechanical and electrical properties, sprayability and metallization and their costs.
  • a material selection is application specific.
  • three-component processes can also be used.
  • piezoelectric properties can be caused.
  • the carrier made of plastic is first activated and metallized by laser, for example, and comb contacts are produced.
  • the support surface is coated and polarized, for example with PVDF (polyvinylidene fluoride), a transparent, semi-crystalline, thermoplastic Floureckstoff.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • a protective layer With the help of this structure can z. B. surface waves are detected.
  • electrical signals are converted by means of electrodes into sound waves which propagate on the surface.
  • z For example, the gas concentration at the sensor, the reaction of the piezoelectric material with the gas changes the wavelength of the surface between the contacts od. Electrode and these waves are inert. This can be detected after the reconversion into an electrical signal and thus shows z.
  • such structures can be used as strain or pressure sensors.
  • a magnetic field could be detected with a ferromagnetically doped carrier plastic, in which, for example
  • Ferrop be mixed with the plastic granules.
  • the structural element can be provided with a reinforcing element, in particular a metal ring. be reinforced, which is reshaped in about the shape of the structural element.
  • the structural element can be produced in an annular manner but also linearly or in any shapes, curve shapes, in order to precisely determine any parameters, such as expansions as torques, tilting moments, transverse forces, torsional forces, compressive and tensile forces.
  • plastic strain gauges but also, for example, impedance sensors, surface wave sensors can be used as sensor elements to measure or determine, for example, other measured variables, such as a change in an electric or magnetic field or presence of certain gases or oils.
  • Figure 1 is a schematically illustrated perspective view of an inventive device for measuring strains
  • Figure 2 is a schematic plan view of another embodiment of a device for measuring strains with a linearly formed structural element.
  • an apparatus Ri according to the invention in particular a torque sensor, has a structural element 1, which in the present exemplary embodiment is designed as an annular flange 2 which is subdivided into individual segments 3 which are connected to one another by strain-measuring structures 4.
  • the strain gauges 4 are formed as webs, which form an annular or polygonal shape, as shown in the present embodiment form.
  • a segment 3 and a strain gauge structure 4 is always alternately provided and forms the circular ring-shaped structural element.
  • through-holes 5 or threaded bores 6 can optionally be provided alternately for a connection for the introduction and a connection for the discharge of the moments.
  • the strain gauge 4 is formed tapered.
  • corresponding sensor structures 9 are provided in each expansion structure 4 between the segments 3 in the region of its inside 7 and / or outside 8.
  • the individual sensor structures 9 can be used, for example, as transducers, strain gauges, strain gauges or the like. be educated. It has proved particularly advantageous in the present invention to produce the structural element 1 with segments 3 and strain-measuring structures 4 and sensor structures 9 in a manufacturing process in which the sensor structures 9 are preferably embedded directly in the measuring structures.
  • the structural element 1 as a rigid body made of plastic, wherein in its strain gauges 4, the corresponding sensor structures 9 are firmly integrated and embedded.
  • the sensor structures 9 in the expansion structure 4th be integrated and integrated much more intensively and firmly.
  • the structural element 1, in particular the strain-measuring structure 4 melts. with the sensor structure S, which integrally forms a unit there.
  • the accuracy and the speed of the measurement result of the present inventive device Ri is significantly improved because not as conventional, the sensor elements are glued as DMS strips on an outer ring.
  • Area of the inside 7 and / or outside 8 can not only protect the sensor structure 9, but it can also all torsional, bending and tilting moments very accurately and very quickly, temperature and environmentally independent, durable and permanently determined.
  • a reinforcing element 13 made of metal with upper side 11 and lower side 12 can preferably be fixedly bonded, glued or firmly integrated directly in the region of an upper side 11 or lower side 12 that higher torsional, tilting and bending moments can be transmitted.
  • the reinforcing element 13 is substantially adapted to the structure and shape of the sturkuriatas 1 and also has the corresponding aligned through-holes 5, threaded holes 6 according to the structural element 1.
  • the structural element 1 with measuring structure 4 and integrated sensor structures 9 can then be incorporated into a plastic housing 14, in particular cast in an annular manner, which is preferably formed from an even softer material than the structural element 1.
  • a device R 2 which corresponds to the aforementioned type.
  • the structural element 1 is a linear type, as indicated by the top view. This may also be formed of a plurality of segments 3 with linearly arranged strain measuring structures 4 therebetween.
  • the segments 3 in the manner described above also have through holes 5 and threaded holes 6, for example, to determine bending, torsional or tilting moments exactly.
  • a linear shape may also be a slightly curved, a polygonal and possibly partially open form to understand.
  • the individual adjacent segments 3 can also be in preferably blunt angles and radii with between them arranged measuring structure 4 to be aligned.
  • the invention is not limited thereto.
  • the structural element 1 is made entirely of plastic and in the region of the sides 7, 8 or the cross-sectionally tapered strain gauge structure 4
  • Plastic material of the structural element 1 form a unit.
  • strain gauge 4 need not be tapered.
  • the respective segments 3 may also have through holes 5 and / or threaded bores 6 in order to alternately ensure introduction and discharge of moments of possibly different components or the corresponding elements, moments,
  • the structural element 1 can be completely cast or cast into a plastic housing 14, except for the through bores 5 and / or threaded bores 6, which is produced by a softer plastic material than the structural element 1.
  • the structural element 1, consisting of segments 3, strain-measuring structure 4 with embedded sensor structures 9, is preferably encapsulated by a very wide variety of processes in an operation, as an injection molding process.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Messen von Parametern, insbesondere Dehnungen, Temperaturen, Konzentration und Zusammensetzung von Gasen, magnetischen oder elektrischen Feldern mit einem Strukturelement (1), soll das Strukturelement (1) im wesentlichen aus Kunststoff gebildet sein und zumindest teilweise als Sensorstruktur (9) ausgebildet sein.

Description

Vorrichtung zum Messen von Parametern
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Parametern, insbesondere Dehnungen, Temperaturen, Konzentration und Zusammensetzung von Gasen, magnetischen oder elektrischen Feldern mit einem Strukturelement .
Unter Dehnungen können Drehmomente, Kippmomente, Querkräfte, Torsionsmomente od. dgl . verstanden werden.
Dabei werden bei einer herkömmlichen Vorrichtung Sensorstrukturen an Bauteile angeklebt, über welche Kräfte und Drehmomente geleitet werden können, welche von z.B. mechanischen Komponenten, wie Motoren und/oder Getrieben, auf einen beliebigen Abtrieb übertragen werden. Zwischen dem Elektromotor und/oder Getriebe und dem Abtrieb wird dann die Vorrichtung zum Messen von Dehnungen eingesetzt, um entsprechende Drehmomente, Kippmomente, Torsionskräfte, Querkräfte od. dgl . zu ermitteln.
Nachteilig bei herkömmlichen Vorrichtungen ist, dass diese kostenintensiv herzustellen und die Sensorelemente, insbesondere Dehnungsmessstreifen an deren Strukturen aufgeklebt sind und nicht sehr langlebig mit den Strukturen verbunden sind. Diese unterliegen zudem einem grossen Verschleiss und erzielen insbesondere bei hohen Temperaturschwankungen ungenügende Messergebnisse. Ferner ist eine herkömmliche Herstellung sehr Verfahrens- und montageaufwendig und daher unerwünscht zeitintensiv.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der Eingangs genannten Art zu schaffen, welche die genannten Nachteile beseitigt und mit welcher auf einfache und kostengünstige Weise eine o.g. Vorrichtung hergestellt werden kann, die sehr schnell und genau, insbesondere temperaturabhängig beliebige physikalische Grossen, Parameter, wie beispielsweise Dehnungen, insbesondere Torsionsmomente, Kippmomente, Biegemomente und Querkräfte bestimmt und zudem sehr langlebig ist.
Ferner soll eine derartige Vorrichtung sehr schnell und kostengünstig herzustellen sein und ferner sollen auch geringste Dehnungen und/oder Impendanzänderungen bereits sehr genau auch bei unterschiedlichen Temperaturen oder grossen Temperaturschwankungen bestimmt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 2. Durch die Ausbildung des Strukturelementes aus Kunststoff mit integrierten Sensorstrukturen, die in den vorgesehenen Messstrukturen integriert eingesetzt bzw. aufgetragen sind, werden diese geschützt und können durch eine Struktur des aus Kunststoff gebildeten Strukturelementes sehr genau beliebige physikalische Grossen, Parameter, wie beispielsweise Dehnungen, wie Querkräfte, Kippmomente, Drehmomente, Torsionsmomente bestimmen. Es hat sich bei der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, in einem Arbeitsaufgang das Strukturelement, mit Sensorelementen einteilig aus Kunststoff herzustellen.
Dabei können unterschiedliche Verfahren, wie Spritzgussverfahren, Giessverfahren, Zweikomponenten- Verfahren zur Herstellung des Strukturelementes angewendet werden. Hierauf sei die vorliegende Erfindung nicht beschränkt .
Dabei wird durch verschiedene Verfahren, wie Ionenaustausch oder -dotierung, MID-Verfahren, wie z.B. Heissprägen, Lichtaktivation, Zwei- oder Mehrkomponentenverfahren, oder andere chemische Verfahren, die Sensorstruktur in die Kunststoffoberfläche eingebettet und das Strukturelement, wie z.B. Gehäuse oder Flansch, somit selbst zum Sensorelement. Auf diese Verfahren sei die Erfindung jedoch nicht beschränkt .
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Verwendung der leitenden, z.B. metallischen Strukturen, welche im Stand der Technik bisher nur als Leiterbahnen verwendet wurden und somit einen möglichst geringen Widerstand aufweisen sollen, nun umgekehrt werden soll. Indem man leitende Strukturen mit einem möglichst hohen Widerstand erzeugt, kann man z.B. ähnlich wie bei DMS Streifen Veränderungen wie Dehnung durch die Änderung der Impendanz ermitteln und das Kunststoffstrukturteil mit den eingebetteten Messstrukturen somit als Sensor benutzen. Auch kann das Strukturelement somit als induktives und/oder kapazitives Element genutzt werden. Als Kunststoff hat sich die Verwendung von LCP- (Liquid Cristal Polymer-) Kunstoffen als besonders vorteilhaft erwiesen .
Wird die MID-Technik verwendet, so können verschiedenste Materialien eingesetzt werden. Im Wesentlichen können Hochtemperatur- und Konstruktionsthermoplaste, die mit Oberflächen leitenden Strukturen aus Zinn, Blei, Gold, Nickel oder anderen leitenden Stoffen, versehen werden, eingesetzt werden. Hierzu werden als Träger Materialien mit Substratwerkstoffen verwendet. Dabei können als Substratwerkstoffe Polypropylen, Acrylnitryl- Butadienstyrol, Polycarbonat, Polyethylenterephtalat, Polybutylenterephtalat, Polyamid, Polyphenylensulfid, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid und Flüssigkristallpolymer verwendet werden. Dabei werden die wichtigsten zu berücksichtigenden Materialparameter bei der Auswahl eines Substratwerkstoffes berücksichtigt, wie Verarbeitungs- und Gebrauchstemperatur, Flammschutz, mechanische und elektrische Eigenschaften, die Spritz- und Metallisierbarkeit sowie deren Kosten.
Diese Merkmale sind sehr stark von den Füllstoffen oder Additiven im Kunststoff, wie beispielsweise Glasfasern, Flammschutzmittel, Lichtschutzmittel oder Farbstoffen abhängig. Des Weiteren spielen auch die Verarbeitung des Kunststoffes und die Einsatzbedingungen, wie Temperatur oder Feuchtigkeit eine Rolle.
Deshalb erfolgt bei der vorliegenden Erfindung eine Werkstoffauswahl anwendungsspezifisch. Neben einem Zwei-Komponenten-Verfahren können auch Drei- Komponentenverfahren zum Einsatz kommen. Hierdurch können piezoelektrische Eigenschaften hervorgerufen werden. Beim Drei-Komponenten-Verfahren wird zunächst der Träger aus Kunststoff z.B. per Laser aktiviert und metallisiert und Kammkontakte hergestellt. Anschliessend wird die Trägeroberfläche z.B. mit PVDF (Polyvinylidenfluorid) , ein transparenter, teilkristalliner, thermoplastischer Flourkunststoff beschichtet und polarisiert. Somit wird das PVDF piezoelektrisch. Es folgt eine Umspritzung mit einer Schutzschicht. Mit Hilfe dieses Aufbaus können z. B. Oberflächenwellen detektiert werden. Hierzu werden elektrische Signale mit Hilfe von Elektroden in Schallwellen umgewandelt, die sich auf der Oberfläche ausbreiten. Ändert sich nun z. B. die Gaskonzentration am Sensor, verändert sich durch die Reaktion des piezoelektrischen Materials mit dem Gas die Wellenlänge der zwischen den Kontakten od. Elektroden befindlichen Oberflächenwellen und diese werden träge. Dies kann nach der Rückumwandlung in ein elektrisches Signal detektiert werden und zeigt somit z. B. die Veränderung der Gaskonzentration an. Auch können solche Strukturen als Dehnungs- oder Drucksensoren eingesetzt werden.
Des weiteren lassen sich Drei-Komponenten-Strukturen wie folgt nutzen:
Ein Magnetfeld könnte mit einem ferromagnetisch dotierten Trägerkunststoff erfasst werden, in dem beispielsweise
Ferropartikel dem Kunststoffgranulat beigemischt werden.
Bei Vorliegen eines Magnetfeldes ändern sich seine leitenden Eigenschaften und dadurch wird der Messstrom messbar verändert. Ein elektrisches Feld wird mit einem stark dielektrisch dotierten Kunststoff erfasst. Es können noch andere auf diesem Prinzip basierende Sensoren hergestellt werden, wie beispielsweise planere Lichtwellensensoren. Es könnten sogar komplexe Elektronikstrukturen mit integriert sein.
Werden sehr hohe Momente übertragen, so kann das Strukturelement mit einem Verstärkungselement, insbesondere Metallring od. dgl . verstärkt werden, der in etwa der Form des Strukturelementes nachgeformt ist.
Um die Messergebnisse nicht zu verfälschen kann dieser im Bereich der Messstruktur filigran oder dünner ausgebildet sein.
Ferner hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Strukturelement kreisringartig aber auch linear oder in beliebigen Formen, Kurvenformen hergestellt werden kann, um beliebige Parameter, wie Dehnungen als Drehmomente, Kippmomente, Querkräfte, Torsionskräfte, Druck- und Zugkräfte exakt zu bestimmen.
Dabei können als Sensorelemente nicht nur plastische Dehnungsmessstreifen, sondern auch beispielsweise Impendanzsensoren, Oberflächenwellen-Sensoren eingesetzt sein, um auch beispielsweise andere Messgrössen, wie beispielsweise eine Veränderung eines elektrischen oder magnetischen Feldes oder eine Präsenz von bestimmten Gasen oder Ölen zu messen oder zu bestimmen. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Figur 1 eine schematisch dargestellte perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Messen von Dehnungen;
Figur 2 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Messen von Dehnungen mit einem linear ausgebildeten Strukturelement .
Gemäss Figur 1 weist eine erfindungsgemässe Vorrichtung Ri, insbesondere ein Drehmomentsensor, ein Strukturelement 1 auf, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Ringflansch 2 ausgebildet ist, der in einzelne Segmente 3 unterteilt ist, welche durch Dehnungsmessstrukturen 4 miteinander verbunden sind.
Bevorzugt sind die Dehnungsmessstrukturen 4 als Stege ausgebildet, die ein kreisringartige oder vieleckartige Form, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgezeigt ist, bilden.
Dabei ist immer abwechselnd ein Segment 3 und eine Dehnungsmessstruktur 4 vorgesehen und bildet das kreisringartig ausgebildete Strukturelement 1.
Innerhalb der Segmente 3 können Durchgangsbohrungen 5 oder Gewindebohrungen 6 ggf. abwechselnd für einen Anschluss für die Einleitung und einen Anschluss für die Ausleitung der Momente vorgesehen sein. Dabei ist zwischen den Segmenten 3 die Dehnungsmessstruktur 4 verjüngt ausgebildet.
Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als vorteilhaft erwiesen, ein- oder beidseitig an einer Innenseite 7 und/oder Aussenseite 8 der Dehnungsmessstruktur 4 entsprechend eine Sensorstruktur 9 vorzusehen.
Bevorzugt sind in jeder Dehnungsstruktur 4 zwischen den Segmenten 3 im Bereich von dessen Innenseite 7 und/oder Aussenseite 8 entsprechende Sensorstrukturen 9 vorgesehen.
Die einzelnen Sensorstrukturen 9 können beispielsweise als Messwertgeber, Dehnungsmesselemente, Dehnungsmessstreifen od. dgl . ausgebildet sein. Dabei hat sich bei der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, das Strukturelement 1 mit Segmenten 3 und Dehnungsmessstrukturen 4 sowie Sensorstrukturen 9 in einem Fertigungsprozess herzustellen, in dem die Sensorstrukturen 9 vorzugsweise in die Messstrukturen direkt eingebettet werden .
Hierzu hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Strukturelement 1 als starren Körper aus Kunststoff herzustellen, wobei in seinen Dehnungsmessstrukturen 4 die entsprechenden Sensorstrukturen 9 fest eingebunden und eingebettet sind.
Innerhalb des Strukturelementes 1 verlaufen dann die entsprechenden hier nicht näher dargestellten Verbindungen zu einem gemeinsamen Ausgang 10.
Durch die Ausbildung des Strukturelementes 1 aus Kunststoff können die Sensorstrukturen 9 in der Dehnungsstruktur 4 viel intensiver und fester eingebunden und integriert werden.
Dabei verschmilzt das Strukturelement 1, insbesondere die Dehnungsmessstruktur 4 . mit der Sensorstruktur S, welche dort integriert eine Einheit bildet.
Hierdurch wird die Genauigkeit und die Schnelligkeit des Messergebnisses der vorliegenden erfindungsgemässen Vorrichtung Ri deutlich verbessert, da nicht wie herkömmlich, die Sensorelemente als DMS Streifen auf einen äusseren Ring aufgeklebt werden.
Insbesondere bei Verkleben verändert sich das Dehnungs- und Spannungsverhältnis beispielsweise bei
Temperaturschwankungen oder Alterung unerwünscht und ist auch nicht dauerhaft.
Durch das Verschmelzen, insbesondere Integrieren der Sensorstruktur 9 innerhalb der Messstruktur 4, nahe im
Bereich der Innenseite 7 und/oder Aussenseite 8 lässt sich nicht nur die Sensorstruktur 9 schützen, sondern es lassen sich auch sämtliche Torsions-, Biege- und Kippmomente sehr exakt und sehr schnell, temperatur- und umweltunabhängig, langlebig und dauerhaft ermitteln.
Werden sehr hohe Momente über die Vorrichtung Ri, insbesondere das Strukturelement 1 übertragen, so kann bevorzugt im Bereich einer Oberseite 11 oder Unterseite 12 ein Verstärkungselement 13 aus Metall mit Oberseite 11 und Unterseite 12 fest verbunden, verklebt oder beim Herstellen fest direkt eingebunden werden, so dass höhere Torsions-, Kipp- und Biegemomente übertragen werden können. Dabei ist das Verstärkungselement 13 im wesentlichen der Struktur und Form des Sturkurelementes 1 angeglichen und weist auch die entsprechenden fluchtenden Durchgangsbohrungen 5, Gewindebohrungen 6 gemäss des Strukturelementes 1 auf.
Wie ferner aus Figur 1 ersichtlich und angedeutet ist, kann nach dem Herstellen des Strukturelementes 1 mit Messstruktur 4 und integrierten Sensorstrukturen 9 diese dann in ein Kunststoffgehäuse 14 eingebunden, insbesondere kreisringartig eingegossen, welches bevorzugt aus einem noch weicheren Material als das Strukturelement 1 gebildet ist.
Somit wird das Strukturelement 1, mit Messstruktur 4 und integrierten Sensorelemente 9 nach aussen geschützt.
Im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss Figur 2 ist eine Vorrichtung R2 aufgezeigt, die der eingangs genannten Art entspricht.
Unterschiedlich ist hier, dass das Strukturelement 1 linearer Art ist, wie es die Draufsicht andeutet. Dieses kann auch aus mehreren Segmenten 3 mit dazwischen linear angeordneten Dehnungsmessstrukturen 4 gebildet sein.
Dabei können die Segmente 3 in oben beschriebener Weise ebenfalls Durchgangsbohrungen 5 und Gewindebohrungen 6 aufweisen, um beispielsweise Biege-, Torsions- oder Kippmomente exakt zu bestimmen.
Als lineare Form kann auch eine leicht gewölbte, eine vieleckartige und ggf. teilweise offene Form zu verstehen sein. Dabei können auch in bevorzugt stumpfen Winkel und Radien die einzelnen benachbarten Segmente 3 mit dazwischen angeordneter Messstruktur 4 ausgerichtet sein. Hierauf sei die Erfindung nicht beschränkt.
Auch hier ist von besonderer Bedeutung, dass das Strukturelement 1 vollständig aus Kunststoff hergestellt ist und im Bereich der Seiten 7, 8 bzw. der querschnittlich verjüngt ausgebildeten Dehnungsmessstruktur 4 die
Sensorstrukturen 9 integriert und mit dem
Kunststoffmaterial des Strukturelementes 1 eine Einheit bilden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll auch liegen, dass die Dehnungsmessstruktur 4 nicht verjüngt ausgebildet sein muss.
Dabei können die jeweiligen Segmente 3 ebenfalls Durchgangsbohrungen 5 und/oder Gewindebohrungen 6 aufweisen, um abwechselnd ein Einleiten und ein Ausleiten von Momenten ggf. unterschiedlichen Bauelementen zu gewährleisten bzw. die entsprechenden Elemente, Momente,
Kippmomente, Torsionsmomente, Drehmomente od. dgl . zu übertragen.
Wie es gestrichelt angedeutet ist, kann auch hier das Strukturelement 1 vollständig, bis auf die Durchgangsbohrungen 5 und/oder Gewindebohrungen 6 in ein Kunststoffgehäuse 14 eingegossen bzw. vergossen sein, welches von einem weicheren Kunststoffmaterial als das Strukturelement 1 hergestellt ist. Auch hier wird bevorzugt in einem Arbeitsaufgang das Strukturelement 1, bestehend aus Segmenten 3, Dehnungsmessstruktur 4 mit eingebetteten Sensorstrukturen 9 durch unterschiedlichste Verfahren vergossen, als Spritzgussverfahren,
Zweikomponentenverfahren etc. hergestellt, so dass die Sensorstrukturen 9 fest integriert in die Dehnungsmessstruktur 4 eingebettet sind. DR. PETER WEISS, DIPL. -ING. A. BRECHT & DIPL . -FORSTW . PETRA
ARAT
Patentanwälte European Patent Attorney
Aktenzeichen: P 3757/PCT Datum: 05.11.2008 DA/MI
Bezugszeichenliste
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Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Messen von Parametern, insbesondere Dehnungen, Temperaturen, Konzentration und Zusammensetzung von Gasen, magnetischen oder elektrischen Feldern mit einem Strukturelement (1) ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Strukturelement (1) im wesentlichen aus Kunststoff gebildet ist und zumindest teilweise als Sensorstruktur (9) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung zum Messen von Parametern, insbesondere Dehnungen, Temperaturen, Konzentration und Zusammensetzung von Gasen, magnetischen oder elektrischen Feldern mit einem Strukturelement (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (1), welches zumindest teilweise als Dehnungsmessstruktur
(4) ausgebildet ist, durch Verschmelzen einer elektrisch oder elektromagnetisch leitenden
Sensorstruktur (9) hergestellt ist, und ggf. mit einer weiteren oder mehreren Kunststoffschichten die Sensorstruktur (9), als Sensorschicht aktivierbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einbringen oder Aufbringen einer elektrisch oder elektromagnetisch leitenden Struktur auf das Strukturelement (1) zur Herstellung des Strukturelementes (1) als zumindest eine Sensorstruktur (9) über Ionenaustausch oder Ionendotierung, MID-Verfahren, insbesondere Lichtaktivation, Zwei- oder Mehrkomponentenverfahren, oder Heissprägen erfolgt.
4. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement
(1) eine Mehrzahl von Dehnungsmessstrukturen (4) aufweist und das Strukturelement (1) als kraftführendes Element, insbesondere Flansch zum Anschliessen von beliebigen Geräten gebildet ist.
5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (1) als Verbindungsglied zwischen Elektro- und/oder
Getriebeteilen gebildet ist, und die Sensorstrukturen (1) dort integriert sind.
6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (1) aus Kunststoff, insbesondere aus LCP (Liguid- Cristal-Polymer) Kunststoff, oder Polypropylen, Acrylnitryl-Butadienstyrol, Polycarbonat,
Polyethylenterephtalat, Polybutylenterephtalat, Polyamid, Polyphenylensulfid, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid und Flüssigkristallpolymer hergestellt ist.
7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (1), insbesondere der Kunststoffsensor durch Impendanzänderung, wie beispielsweise Widerstandsänderung in den leitenden Strukturen Veränderungen, Dehnungen/ Drehmomente und/oder Kippmomente od. dgl . Parameter misst.
8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Aufbringen und/oder Integrieren von leitenden Strukturen in das Strukturelement (1), welches aus Kunststoff gebildet ist, dieses als induktives und/oder kapazitives Element zur Bestimmung unterschiedlicher Parameter genutzt wird.
9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Aufbringen und/oder Integrieren von leitenden Strukturen in das Strukturelement (1) eine Messung einer Gaskonzentration oder Glaskonzentrationsänderung erfolgt .
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sensorstruktur
(9) innerhalb und/oder ausserhalb der Dehnungsmessstrukturen (4) fest mit dieser verbunden ist.
11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sensorstruktur (9) im Strukturelement (1), insbesondere im Bereich der Dehnungsmessstruktur (4) fest integriert und/oder verschmolzen und/oder eingegossen ist.
12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (9) im Bereich der Dehnungsmessstrukturen (4) nahe im Bereich von dessen Aussenseite (8) und/oder nahe im Bereich von dessen Innenseite (7) angeordnet und in dem Strukturelement (1) fest integriert eingesetzt ist.
13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement
(1) mit der zumindest einen Sensorstruktur (9) durch Ionenaustausch oder Ionendotierung, MID-Verfahren, wie Lichtaktivation, Zwei- oder Mehrkomponentenverfahren, Heissprägen, einteilig herstellbar ist.
14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
13, dadurch gekennzeichnet:, dass das Strukturelement (1) eine Mehrzahl von Segmenten (3) aufweist, die Durchgangsbohrungen (5) oder Gewindebohrungen (6) aufweisen, um das Strukturelement (1) festzulegen.
15. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
14, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (1) kreisringartig oder linear ausgebildet ist, wobei zwischen einzelnen Segmenten (3) des Strukturelement (1) die Dehnungsmessstruktur (4) verjüngt ist.
16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsmessstruktur (4) acht Segmente (7) mit
Durchgangsbohrungen und/oder Segmenten (3) aufweist, die oktaederartig angeordnet sind, wobei zwischen den einzelnen Segmenten (3) in den verjüngten Dehnungsmessstrukturen (4) im Bereich der Innenseite (7) und/oder Aussenseite (8) zumindest eine Sensorstruktur (9) in die Dehnungsmessstruktur (4) integriert ist.
17. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterseite (12) und/oder eine Oberseite (11) des Strukturelementes (1) mit einem Verstärkungselement (13), insbesondere Metallring gleicher oder ähnlicher Struktur verstärkt ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (1) fest mit dem Verstärkungselement (13) verbunden ist.
19. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (1) mit Dehnungsmessstruktur (4) und integrierter Sensorstruktur (9) in einem neutralen Kunststoffgehäuse (14) eingesetzt ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (1) von einem neutralen Kunststoffgehäuse (14) umspritzt ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (1) voll integriert in einem Kunststoffgehäuse (14) als Formteil eingesetzt, insbesondere eingegossen ist, wobei das Material des Kunststoffgehäuses (14) weicher ist als das Material des Strukturelementes (1) .
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