Dehnungsmessstreifen

Die Erfindung betrifft einen Dehnungsmessstreifen mit einer Trägerschicht, auf welcher ein Messgitter angeordnet ist sowie ein Messgrößenaufnehmer mit einem solchen Dehnungsmessstreifen .

Dehnungsmessstreifen werden als Messwertaufnehmer für die elektrische Messung von Dehnungen eingesetzt. Aus der Dehnung kann nach Methoden der Festigkeitslehre die MaterialSpannung berechnet werden. In Abhängigkeit mit der zu messenden Größe und des Einsatzgebietes werden unterschiedliche Dehnungsmessstreifen-Typen eingesetzt, wobei die Dehnungsmessstreifen durch Klebung oder andere Verfahren auf die Messstelle appliziert werden.

Die Dehnungsmessstreifen können nach unterschiedlichen Herstellungsverfahren eingeteilt werden. Bekannt sind unter anderem die sogenannten Dehnungsmessstreifen in

Dünnfilmtechnik, wobei das Dehnungsmessstreifen-Element auf einen Messkörper aufgedampft wird. Weiterhin bekannt sind die sogenannten Folien-Dehnungsmessstreifen. Bei der Herstellung von Folien-Dehnungsmessstreifen wird aus einer sehr dünnen Metallfolie auf fotolithographischem Wege ein mäanderförmiges Messgitter durch ätzen hergestellt. Dieses Messgitter wird dann durch Verkleben mit einer isolierenden Trägerschicht aus einem organischen Material verbunden. Als Trägerschichten werden je nach Verwendung und Anforderung Trägerschichtmaterialien aus Epoxydharz, Phenolharz, Polyimid, Polyphenylensulfid, Polyaryletherketon usw. eingesetzt (DE 42 36 981 Cl) .

Dehnungsmessstreifen bzw. die Messstellen sind in Abhängigkeit der zu messenden Größe und der Anwendungsgebiete einer Vielzahl von Umwelteinflüssen ausgesetzt. Feuchtigkeit ist dabei neben der Temperatur ein wesentlicher Grund für instabile Dehnungsmessstreifen-Messstellen. In Abhängigkeit von der Umgebungsfeuchtigkeit quillt bzw. schrumpft die mit dem Messgitter verbundene Trägerschicht, wobei dieser Feuchteeinfluss je nach Trägerschichtmaterial (oben aufgeführt) eine unterschiedlich große Auswirkung hat. Diese Feuchtigkeitseinwirkungen führen somit unmittelbar zu Widerstandsänderungen und damit zu unkontrollierbaren NuIlpunktveränderungen .

Zum Schutz vor Feuchtigkeit ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Dehnungsmessstreifen mit feuchteunempfindlichen Abdeckungen zu schützen. Ein derartiger Dehnungsmessstreifen ist beispielsweise aus der DE-OS 27 89 26 bekannt. Dieser auf einem Messgrößenaufnehmer applizierte Dehnungsmessstreifen wird mit einer elektrisch isolierenden Schicht z.B. einem Harz überzogen. über die Harzschicht wird dann eine Metallschicht aufgebracht, so dass eine feuchtigkeitsdichte hermetische Kapselung der Messstelle erzielt wird.

Aus der EP 0 667 514 ist weiterhin ein Dehnungsmessstreifen bekannt, der bereits bei der Herstellung mit einer Abdeckung aus einem isolierenden Material sowie einer weiteren Schicht in Form eine diffusionshemmenden metallischen Folie versehen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen

Dehnungsmessstreifen sowie einen Messgrößenaufnehmer mit Dehnungsmessstreifen zu schaffen, der insbesondere unter Feuchteeinfluss eine hohe Messgenauigkeit vor allem hohe Linearität und optimales Kriechverhalten aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Trägerschicht durch eine Metallfolie aus beispielsweise Aluminium, Kupfer, Titan oder Legierungen z.B. Stahl, Konstantan gebildet ist.

Der erfindungsgemäß ausgestaltete Dehnungsmessstreifen besteht aus einer Trägerschicht aus einer Metallfolie welche mit dem Messgitter durch eine dünne isolierende Klebeschicht verbunden ist. Bei dem Einsatz einer Metallfolie als Trägerschicht wird gewährleistet, dass die Trägerschicht keine Feuchtigkeit aufnimmt und damit Widerstandsänderungen durch Quelleffekte ausgeschaltet werden. Hierdurch wird ein Dehnungsmessstreifen hergestellt, der auch bei Feuchteeinfluss eine Nullpunktkonstanz aufweist und somit eine hohe Messgenauigkeit hat .

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Metallfolien mit einer Dicke von 2,5 - 15 μm verfügbar sind und somit im Vergleich zu Trägerschichten aus Kunststoffen sehr dünne Trägerschichten einsetzbar sind. Hierdurch ist eine direktere Messwertübertragung und somit ein stabileres und exakteres Messergebnis erzielbar.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Dehnungsmessstreifen besteht darin, dass die Metallfolie der Trägerschicht dem Material des Messgrößenaufnehmers und dem Material des Messgitters angepasst werden kann, wodurch eine insgesamt höhere Genauigkeit und Stabilität eines Messgrößenaufnehmers mit Dehnungsmessstreifen verwirklicht werden kann.

Bei einem Messgrößenaufnehmer aus Aluminium würde die Metallfolie der Trägerschicht sowie das Material des Messgitters aus dem gleichen Material verwendet, so dass der Ausdehnungskoeffizient der Trägerschicht, des Messgitters und

des Messgrößenaufnehmers im Idealfall gleich bzw. weitgehend gleich sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Verklebung zwischen Trägerschicht und Messgitter bzw. der Trägerschicht, dem Messgitter und der Abdeckschicht durch einen Wärmedruckprozess (kaschieren) erzeugt wird.

Wie oben bereits erläutert, wird man bei der Herstellung des Dehnungsmessstreifens das Material der Trägerschicht und das

Material des Messgitters derart auswählen, dass der

Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien im Idealfall Null bzw. möglichst gering ist.

Beim Kaschierprozess wird somit die Ausdehnung der Materialien (Trägerschicht / Messgitter) beim Erwärmen und anschließenden

Abkühlen weitgehend gleich sein.

Hierdurch ist eine glattliegende spannungsfreie Kaschierung herstellbar.

Anhand der in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen wird der Erfindungsgegenstand näher beschrieben.

Es zeigt :

Fig. 1: einen erfindungsgemäßen Dehnungsmessstreifen in Schnittdarstellung.

Fig. 2: eine weitere Ausführungsform eines erfindergemäßen Dehnungsmessstreifens in Schnittdarstellung

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Dehnungsmessstreifen 1 im Querschnitt, der im wesentlichen aus einer Trägerschicht 2 und einem Messgitter 3 besteht.

Die Trägerschicht 2 ist eine Metallfolie aus beispielsweise Aluminium, Kupfer, Titan, Legierungen wie Konstantan, Stahl, Chrom/Nickel -Legierungen oder anderen. Die Metallfolie hat dabei vorzugsweise eine Dicke von 2,5 - 15 μm . Auf diese Trägerschicht 2 ist das Messgitter 3 mit einem mäanderförmig angeordneten ausgebildeten Element z.B. aus einer dünnen metallischen Schicht elektrisch leitenden Materials angebracht. Die Enden des mäanderförmig angebrachten Elementes sind über nichtdargestellte Anschlussbereiche mit einer Auswerteschaltung in Form von z.B. einer Wheatstonschen Brückenschaltung verbunden. Das Messgitter 3 wird aus der

Metallschicht beispielsweise fotolitographisch strukturiert, wobei das Messgitter 3 und die Trägerschicht 2 durch eine Klebeschicht 4 fest verbunden sind. Als Klebstoffe werden meist Klebstoffe auf Epoxydharz-, oder Phenolharzbasis eingesetzt. Die KlebstoffSchicht 4 ist vorzugsweise 3-5/zmdick.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (dargestellt in Figur 2) ist vorgesehen, dass die Trägerschicht 2 mit Messgitter 3 mittels einer Abdeckschicht 5 aus einer dünnen Metallschicht abdeckt wird. Die Trägerschicht 2 mit Messgitter 3 und die Abdeckschicht 5 werden ebenfalls durch eine Klebeschicht 6 fest miteinander verbunden.

Die Verklebung zwischen der Trägerschicht 2 und dem Messgitter 3 bzw. der Trägerschicht 2, dem Messgitter 3 und der Abdeckschicht 5 erfolgt durch einen Wärmedruckprozess (kaschieren) . Auf gleiche Weise kann der Dehnungsmessstreifen 1 auch am nicht dargestellten Messgrößenaufnehmer (beispielsweise einer Wägezelle) appliziert werden.