力传感装置、尤其是电容性的称重单元制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种力传感装置、尤其是称重单元，其具有弹性体（1），该弹性体在加载要测量的力或负载（18）的情况下变形。在此，两个通过间隙分隔的承载件（11，12）从静止位置中移出。电容性的位移传感器（17）用于检测承载件（11，12）的相对运动，该位移传感器由两个分别保持在承载件（11，12）中的一个上的且分别具有多个电极指的电极梳（15，16）构成。电极梳（15，16）如此构成并且安装在两个承载件（11，12）上，使得在加载弹性体（1）时将一个电极梳（15）的电极指沉入到另一电极梳（16）的指间空间中。由此，力传感装置是超负荷保护的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】力传感装置、尤其是电容性的称重单元
本专利技术涉及一种力传感装置、尤其是称重单元，其具有弹性体，该弹性体在加载要测量的力或负载的情况下变形，力传感装置并且具有两个通过间隙分隔的承载件，该承载件在加载弹性体的情况下从静止位置中移出，并且该力传感装置具有电容性的位移传感器以用于检测承载件的相对运动，该位移传感器由两个各自保持在承载件中的一个上的且各自具有多个电极指的电极梳构成，其中电极梳以彼此平行的且与安装面平行的指向保持在两个承载件的彼此平行的平面的安装面上，并且其中一个电极梳中的电极指在加载弹性体的情况下运动到另一电极梳的指间空间中。
技术介绍
这种力传感装置或者这种称重单元从EP0534270A1的图8至10中已知。在那里，电极梳保持在承载件上，使得在弹性体未被加载的情况下将相应电极梳的电极指以不对称偏心的方式定位在相应的另一电极梳的指间空间中。电极指得出多个相同电容器的并联电路并且被校准成，使得总是一个小的电极间距紧接一个显著更大的电极间距。因此，小的间距确定位移传感器的电容。在加载弹性体的情况下，电极指之间的间距变化进而位移传感器的电容改变。电极结构能够通过对硅进行各向异性的刻蚀来形成，其中小的电极间距例如能够为20 μ m。电极梳的运动间隙空间通过指间空间的宽度和指宽度来限界，使得在力传感装置或称重单元过载时破坏力传感装置。从GB2076970A中已知由两个电极梳构成的电容性的位移传感器,其中电极梳随电极指的尖部(指在此实际上是具有不同直径的同轴的圆柱体)相对彼此运动，其中相应一个电极梳的电极指根据运动方向更多地或更少地啮合到相应的另外的电极梳的指间空间中。在此，也存在在过载的情况下破坏位移传感器的危险。例如在MEMS (微电子机械系统)技术中的极其小的电极结构的实现在已知的位移传感器中在校准电极梳时导致显著的问题进而几乎是不可行的。W02007/086489A1示出MEMS技术中的具有电容性位移传感器的压力传感装置，该压力传感装置在其原理结构和其作用方式方面相应于从GB2076970A中已知的位移传感器。在此，在压力传感装置过载的情况下又存在破坏位移传感器的危险。从US2007/0284964A1中已知以静电方式工作的MEMS执行器，其中通过可移动地安置的电极梳和固定的电极梳之间的静电力产生运动。电极梳形成并且布置成使得其相对彼此具有平行错位并且使得可移动地安置的电极梳的电极指在垂直于指长度的方向上沉入到固定的电极梳的指间空间中。US2007/0284964A1也示例地示出，如何能够由一种衬底制成两个这种电极梳。从DE3218577A1中已知一种具有弹性体的力传感装置力转换器，该力转换器具有两个通过间隙分隔的承载件，该承载件在加载弹性体时从静止位置中移出。用于检测承载件的相对运动的电容性位移传感器具有两个电极面，该电极面彼此布置在这两个承载件的彼此面对布置的平行的安装面上并且与安装面平行地布置，并且弹性体的负载垂直于其平面地彼此运动。电容相对小并且在此在过载的情况下也存在破换力转换器的危险。
技术实现思路
本专利技术所基于的目的是，提供一种过载保护的力传感装置或者具有电容性力传感装置位移传感器的这种称重单元。根据本专利技术，该目的通过下述方式来实现，即在开始所述类型的称重单元或力传感装置中将保持电极梳的安装面形成在承载件上，使得该安装面在加载弹性体的情况下变得垂直于该安装面的平面，以及电极梳的电极指相对于安装面分别具有不同的平行错位，使得在加载弹性体的情况下一个电极梳的电极指沉入到另一电极梳的指间空间中。由于电极梳彼此间的平行错位，在未加载弹性体的情况下位移传感器的电容仅是很小的并且随着弹性体的负载的上升而增加，因为然后各电极梳的电极指更多地啮合到另一电极梳的指间空间中。力传感装置位移传感器的过载或破坏被排除，因为电极指仅沿指间空间向两侧敞开的方向运动。优选地，电极梳的电极指相对于其安装面的平行错位的差小于或等于电极指的高度/厚度，使得在未加载弹性体的情况下已经存在电极指的交叠并且在负载增加的情况下力传感装置位移传感器的电容进一步线性地增加。为了在没有在校准电极梳时与之联系在一起的问题的情况下能够实现以MEMS技术实现极其小的电极结构，位移传感器优选地一体地计并且本身安装在两个载体件上。因此，对于立即排除或者通过用于限制弹性体变形的附加的措施或者以负载止挡部的形式防止力传感装置过载的情况而言，力传感装置位移传感器能够由电极梳和至少一个连接该电极梳的柔性的、例如薄的连接片构成并且在此一体地形成。可替换地，连接片能够形成为断裂接片，该断裂接片在将一体的力传感装置位移传感器安装在承载件上之后在完全分离两个电极梳的情况下被移除。因此，电极梳优选分别由力传感装置位移传感器的接近最终产品的一体式结构形式的断裂件(Bruchstueck)构成。在根据本专利技术的力传感装置的或者根据本专利技术的称重单元的一个有利的改进方案中，电极梳保持在柔性的承载膜上并且与该承载膜一起安装在弹性体的承载件上。然后，必要时已经能够在将力传感装置位移传感器安装在弹性体上之前进行以上述方式分离电极梳。承载膜优选设计为膜式电路板，该膜式电路板与电极梳电接触并且用于将力传感装置位移传感器连接到评估装置上。此外，承载膜能够以尤其有利的方式容纳电极梳中的一个的一部分并且该承载膜可以是对于来自力传感装置或者称重单元的使用地点环境的环境影响进行保护的柔性的罩体。为此，例如能够将覆盖膜施加在承载膜上，该覆盖膜覆盖电极梳并且在边缘处与承载膜密封地连接。按照根据本专利技术的力传感装置或根据本专利技术的称重单元的另一有利的改进方案，与位移传感器平行的结构相同的另外的位移传感器保持在承载件上，以及设有将两个位移传感器的信号联结成和信号和/或差信号的评估装置。另一位移传感器能够在一个力传感装置位移传感器附近保持在承载件的与该一个力传感装置位移传感器相同的一侧上或者保持在承载件的与其背离的一侧上。由两个力传感装置位移传感器的信号形成和信号对相应于将单独的力传感装置位移传感器的电容翻倍进而有助于提高测量灵敏度。同时，两个结构相同的力传感装置位移传感器的信号的差信号必须为零或者在偏置的情况下至少是与负载无关的，使得根据差信号能够对力传感装置或者称重单元的可能的功能故障进行监控。差信号的形成等同于监控这两个力传感装置位移传感器的信号的一致性或者一致的表现进而与其视作相同。除了要测量的力或负载之外，横向于此作用到弹性体上的干扰力或者弹性体的热膨胀也能够影响力传感装置位移传感器的电容和必要时影响另外的力传感装置位移传感器。为了消除对于力测量或负载测量的结果的干扰性影响，优选在承载件上保持有至少一个电容性的附加的位移传感器以用于检测承载件的、至少一个正交于承载件的要由一个位移传感器检测的或者要由一个和另一位移传感器检测的相对运动地延伸的运动分量，并且设有评估装置，该评估装置设计用于，利用附加的位移传感器的信号修正一个位移传感器的信号或一个位移传感器和另一位移传感器的和信号和/或差信号。附加的电容性的位移传感器平行于一个位移传感器布置，并且同样由各自保持在承载件中的一个上的两个电极梳构成，然而该电极梳的电极指在未加载弹性体的情况下以没有彼此平行错位的方式但是不对称偏心地定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种力传感装置、尤其是称重单元，具有弹性体（1），所述弹性体在加载要测量的力或负载（18）的情况下变形并且具有两个通过间隙分隔的承载件（11，12），所述承载件在加载所述弹性体（1）的情况下从静止位置中移出，并且所述力传感装置具有电容性的位移传感器（17）以用于检测所述承载件（11，12）的相对运动，所述位移传感器由两个各自保持在所述承载件（11，12）中的一个上的且各自具有多个电极指的（19，20）的电极梳（15，16）构成，其中所述电极梳（15，16）以彼此平行的且与所述安装面（13，14）平行的指向保持在两个所述承载件（11，12）的彼此平行的平面的安装面（13，14）上，并且其中一个所述电极梳（15，16）中的所述电极指（19，20）在加载所述弹性体（1）的情况下运动到另一所述电极梳的指间空间中，其特征在于，保持所述电极梳（15，16）的所述安装面（13，14）形成在所述承载件（11，12）上，使得所述安装面在加载所述弹性体（1）的情况下垂直于所述安装面的平面运动，以及所述电极梳（15，16）的所述电极指（19，20）相对于所述安装面（13，14）分别具有不同的平行错位，使得在加载所述弹性体（1）的情况下一个所述电极梳（15）的所述电极指（19）沉入到另一所述电极梳（16）的所述指间空间中。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.17 DE 102011076008.31.一种力传感装置、尤其是称重单元，具有弹性体(1)，所述弹性体在加载要测量的力或负载(18)的情况下变形并且具有两个通过间隙分隔的承载件(11，12)，所述承载件在加载所述弹性体(1)的情况下从静止位置中移出，并且所述力传感装置具有电容性的位移传感器(17)以用于检测所述承载件(11，12)的相对运动，所述位移传感器由两个各自保持在所述承载件(11，12 )中的一个上的且各自具有多个电极指的(19，20 )的电极梳(15，16 )构成，其中所述电极梳(15，16)以彼此平行的且与所述安装面(13，14)平行的指向保持在两个所述承载件(11，12)的彼此平行的平面的安装面(13，14)上，并且其中一个所述电极梳(15，16)中的所述电极指(19，20)在加载所述弹性体(1)的情况下运动到另一所述电极梳的指间空间中， 其特征在于， 保持所述电极梳(15，16)的所述安装面(13，14)形成在所述承载件(11，12)上，使得所述安装面在加载所述弹性体(1)的情况下垂直于所述安装面的平面运动，以及所述电极梳(15，16)的所述电极指(19，20)相对于所述安装面(13，14)分别具有不同的平行错位，使得在加载所述弹性体(1)的情况下一个所述电极梳(15)的所述电极指(19)沉入到另一所述电极梳(16)的所述指间空间中。2.根据权利要求1所述的力传感装置，其特征在于，所述电极梳(15，16)的所述电极指(19，20)相对于所述电极梳的所述安装面(13，14)的所述平行错位的差小于或等于所述电极指(19，20)的高度/厚度(D)。3.根据权利要求1或2所述的力传感装置，其特征在于，由所述电极梳(15，16)和连接所述电极梳的至少一个柔性的连接片(21，22)构成的所述位移传感器(17) —体地形成。4.根据权利要求1，2或3所述的力传感装置，其特征在于，所述电极梳(15，16)分别由所述位移传感器(17)的接近最终产品的一体式结构形...

【专利技术属性】
技术研发人员：约尔格·哈塞尔，克劳斯·勒特尔，卡尔海因茨·阿姆特曼，多米尼克·布朗，汉斯彼得·林德纳，德尔菲娜·默尼尔，丹尼尔·列兹尼克，迪尔克·沙伊布纳，阿尔诺·斯特肯博恩，奥利弗·泰勒，哈里·黑德勒，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：
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