DE3502275A1

DE3502275A1 - Kraftsensor

Info

Publication number: DE3502275A1
Application number: DE19853502275
Authority: DE
Inventors: Joachim Ing.(Grad.) 3057 Neustadt Feldmann; Horst Ing.(grad.) 3000 Hannover Heinrich; Manfred Dr.-Ing. 3008 Garbsen Schult
Original assignee: Wabco Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH
Current assignee: Wabco Vermogensverwaltung GmbH
Priority date: 1985-01-24
Filing date: 1985-01-24
Publication date: 1986-07-24

Description

Kraftsensor
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es sind zahlreiche verschiedene Bauarten von Kraftsensoren gebräuchlich. Bei der am häufigsten verwendeten Ausführung ist ein Dehnungsmeßstreifen auf einen von der zu messenden Kraft verformbaren Metallträger aufgeklebt. Je nach Durchbiegung bzw. Verformung des Trägers läßt sich hiermit ein kraftabhängiges elektrisches Ausgangssignal gewinnen.
Eine andere Möglichkeit der Kraftmessung besteht darin, die Kraft zunächst in einen hydraulischen Druck umzuwandeln, und diesen dann mit einem üblichen Druckmessgerät auszuwerten. Hierzu kann die Kraft über einen Kolben auf einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Zylinder geleitet werden. Der Zylinder ist über eine Leitung mit einem Manometer verbunden. Eine derartige Kraftmessdose ist z.B. aus dem Prospekt DL 6-2e der Firma VDO Meß- und Regeltechnik GmbH, Hannover, bekannt.
Nachteilig an einer solchen Anordnung ist, daß die verwendeten Flüssigkeiten (meist Hydrauliköl) altern, Wasser aufnehmen, und bei erhöhter Temperatur Blasen bilden können. Eine exakte Messung ist dann nicht mehr möglich.
Problematisch ist auch das luftblasenfreie Füllen, sowie die zuverlässige Abdichtung des Öles über einen längeren Zeitraum.
Die Meßgenauigkeit wird begrenzt durch Temperaturdehnungen der hermetisch abgedichteten Flüssigkeit, die anderen Volumenschwankungen unterworfen ist als das sie umgebende Gehäuse.
Aus diesen Gründen ist die Benutzung von Hydrauliköl, insbesondere unter erschwerten Betriebsbedingungen, wie sie z.B. in Kraftfahrzeugen auftreten, unvorteilhaft und würde zu aufwendigen Konstruktionen des Kraftsensors führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftsensor der eingangs genannten Art anzugeben, welcher die genannten Nachteile nicht aufweist und preisgünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 enthaltene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch in Fig. 1 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Kraftsensors nach dem Grundprinzip, in Fig. 2 eine Variante des Kraftsensors mit konischem Stempel und ausgeformtem Elastomer und in Fig. 3 eine weitere Variante mit zwei vorgeformten gummielastischem Körpern.
Gemäß der Fig. 1 ist in einem zylindrischen Gehäuse 2 eine Druckmeßzelle 1 enthalten. Diese ist in ein Elastomer 4 eingebettet. Die zu messende Kraft F wird über einen Stempel 3 auf das Elastomer 4 übertragen. Das elektrische Ausgangssignal der Druckmeßzelle 1 wird über eine Leitung 5 nach außen geleitet. Der Stempel 3 braucht gegenüber dem Gehäuse 2 nicht abgedichtet zu sein.
Als Druckmeßzelle 1 kann eine Ausführung mit Membran und eingebauter Auswerte-Elektronik, wie sie z.B. von der Firma VALVO hergestellt wird, verwendet werden. Es ist aber auch der Einsatz von andersartigen Druckmeßzellen, die z.B. nach dem piezo-elektrischen Prinzip arbeiten, möglich.
Es ist auch möglich, in demselben Gehäuse mehrere Druckmeßzellen einzugießen. Da sich der eingeleitete Druck in dem Elastomer wie in einer Flüssigkeit nach allen Richtungen fortpflanzt, ist die Lage der einzelnen Druckmeßzellen unwesentlich.
Weiter ist auch möglich, die Kraft F nicht über einen Stempel, sondern über ein Druckmedium auf die Oberfläche des Elastomers 4 zu leiten (nicht dargestellt).
Das Eingießen der Druckmeßzellen kann direkt im Gehäuse 2 erfolgen. Es kann -jedoch auch in einer eigenen Form außerhalb des Gerätegehäuses erfolgen. In diesem Fall wird erst bei der Montage der Elastomer-Block mit dem eingegossenen Sensor in das Gehäuse eingelegt.
Gemäß Fig. 2 kann es vorteilhaft sein, den Stempel 3 mit einer zB. kegelförmigen Anformung 9 zu versehen, die sich aus der gewünschten Übertragungscharakteristik ergibt. In diesem Fall wird bei einer Krafteideitung zuerst nur der mittlere Teil des Elastomers 4 beaufschlagt. Erst bei stärkeren Kräften wird die gesamte Oberfläche des Elastomers 4 zusammengedrückt.
Durch diese beschriebene Maßnahme ist es möglich, bestimmte erforderliche Druck-Spannungs-Kennlinien des Kraftsensors zu erreichen.
Aus demselben Grunde ist es auch möglich, das Elastomer mit einer entsprechenden Ausformung 10 zu versehen.
Die in der Fig. 2 eingebetteten zwei Druckmeßzellen 7,8 sind hier an den Seitenwänden des Gehäuses 2 angebracht.
Die elektrischenAusgangsleitungen 5,6 sind durch das Gehause 2 hindurchgeführt. Die DruckmeRz;e'len sind nachtäglich montierbar.
In besonderen Fällen kann es vorteilhaft sein, das rückseitige Volumen der in den Druckmeßzellen enthaltenen Membranen mit der Außenluft zu verbinden. Hierzu dient eine Bohrung 13 durch das Gehäuse 2. Durch diese Bohrung wird auch gleichzeitig die Anschlußleitung 5 der Druck- meßzelle 7 geführt.
Gemäß Fig. 3 ist auch eine getrennte Herstellung eines oder zweier gummielastischer Formteile 11,12 möglich, in welche vormontierte Druckmeßzellen 7,8 eingelegt werden können. Hierdurch ist eine kostengünstige Montage des Kraftsensors möglich.
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Claims

Patentansprüche: 1. Kraftsensor mit mindestens einer Druckmeßzelle, die ein dem Umgebungsdruck entsprechendes elektrisches Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messende Kraft (F) über mindestens ein gummielastisches Zwischenteil (4,11,12) auf die Druckmeßzelle (1) geleitet wird.
2. Kraftsensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) eine oder mehrere Druckmeßzellen (1,7,8) sind in ein Elastomer (4) eingebettet; b) die zu messende Kraft (F) wird über einen Stempel (3) oder ein Druckmedium auf das Elastomer (4) geleitet.
3. Kraftsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßzelle (1) in das Elastomer (4) eingegossen ist.
4. Kraftsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßzellen (7,8) in ein oder zwei vorgeformte gummielastische Körper (11,12) eingelegt sind.
5. Kraftsensor nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (3) eine Anformung (9) aufweist.
6. Kraftsensor nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer (4) eine Ausformung (10) aufweist.
7. Kraftsensor nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftvolumen der Druckmeßzellen (1,7,8) über mindestens eine Bohrung (13) mit der Atmosphäre verbunden ist.