DE10154554B4

DE10154554B4 - Lasterfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10154554B4
Application number: DE10154554A
Authority: DE
Inventors: Kenji Kariya Morikawa; Tetsuo Kariya Imamura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2021-11-08
Also published as: DE10154554A1; JP4759838B2; JP2002206961A; US20020053241A1; US6668659B2

Abstract

Lasterfassungsvorrichtung, die aufweist:
eine Balgeinheit (31 bis 34; 52, 53), welche sich in Übereinstimmung mit einer auf ein axiales Ende von ihr ausgeübten Last axial ausdehnt und zusammenzieht, wobei die Balgeinheit (31 bis 34; 52, 53) innen mit einer Sensorkammer versehen ist, welche nach außen hermetisch abgedichtet ist und deren Druck in Übereinstimmung mit einer Ausdehnungs- und Zusammenziehungsbewegung von ihr veränderbar ist; und
ein Druckerfassungselement (35, 54), das in die Sensorkammer eingebaut ist, wobei
das Druckerfassungselement (35; 54) den Druck der Sensorkammer erfaßt und ein Signal erzeugt, das die Last darstellt, die auf die Balgeinheit (31 bis 34; 52, 53) ausgeübt wird,
die Balgeinheit aufweist:
einen Balg (32), welcher in einer zylindrischen Form ausgebildet ist und sich axial ausdehnt und zusammenzieht;
einen Sensorkopf (31), der fluiddicht an einer axialen Endöffnung des Balgs (32) befestigt ist, wobei die Last über den Sensorkopf (31) auf den...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lasterfassungsvorrichtung zum Erfassen einer auf ein mechanisches Teil ausgeübten Last, wie zum Beispiel der Last, die auf ein Bremspedal ausgeübt wird, wenn ein Fahrer das Bremspedal niederdrückt, oder der Last, die auf eine Fahrzeugkarosserie ausgeübt wird, wenn das Fahrzeug kollidiert.
Eine Lasterfassungsvorrichtung im Stand der Technik weist einen Zylinder, einen Kolben, der in dem Zylinder untergebracht ist, eine Flüssigkeit, mit welcher ein Innenraum zwischen dem Zylinder und dem Kolben aufgefüllt ist, und ein Sensorelement auf. Wenn eine Last von einem äußeren mechanischen Teil auf den Kolben ausgeübt wird, erhöht sich der Druck der Flüssigkeit in dem Zylinder in Übereinstimmung mit der Bewegung des Kolbens. Das Sensorelement erfaßt den Druck der Flüssigkeit, so daß die Last erfaßt wird, die auf den Kolben ausgeübt wird.
Jedoch weist die Lasterfassungsvorrichtung im Stand der Technik einen derartigen Nachteil auf, daß eine Erfassungsgenauigkeit niedrig ist, da es eine Hysterese einer Kolbenbewegung aufgrund einer Gleitreibung zwischen dem Kolben und dem Zylinder gibt. Weiterhin ist es sehr schwierig, ein Flüssigkeitslecken mit einer Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder vollständig zu verhindern, da eine Lebensdauer der Abdichtung nicht sehr lang ist. Das Flüssigkeitslecken bewirkt, daß sich der Kolben verschiebt, was zu einer schlechten Erfassungsgenauigkeit führt.
Weiterhin ist es, wenn eine exzentrische Last, welche den Kolben nicht axial, sondern schräg drückt, auf den Kolben ausgeübt wird, wahrscheinlich, daß sich der Kolben schräg stellt, so daß die Gleitreibung zwischen dem Kolben und dem Zylinder größer wird. Als Ergebnis ist die Erfassungsgenauigkeit der Lasterfassungsvorrichtung niedriger.
Aus der DE 21 28 370 A ist eine Lasterfassungsvorrichtung bekannt, die eine Balgeinheit, welche sich in Übereinstimmung mit einer auf ein axiales Ende von ihr ausgeübten Last axial ausdehnt und zusammenzieht, wobei Balgeinheit innen mit einer Sensorkammer versehen ist, welche nach außen hermetisch abgedichtet ist und deren Druck in Übereinstimmung mit einer Ausdehnungs- und Zusammenziehungsbewegung von ihr veränderbar ist, und ein Druckerfassungselement aufweist, das in die Sensorkammer eingebaut ist, wobei das Druckerfassungselement den Druck der Sensorkammer erfaßt und ein Signal erzeugt, das die Last darstellt, die auf die Balgeinheit ausgeübt wird, wobei die Balgeinheit einen Balg, welcher in einer zylindrischen Form ausgebildet ist und sich axial ausdehnt und zusammenzieht, einen Sensorkopf, der fluiddicht an einer axialen Endöffnung des Balgs befestigt ist, wobei die Last über den Sensorkopf auf den Balg ausgeübt wird, und ein Sockelgehäuse aufweist, das fluiddicht an einer anderen axialen Endöffnung des Balgs befestigt ist, wobei das Druckerfassungselement auf dem Sockelgehäuse angebracht ist.
Aus der US 2 592 009 ist es bekannt, daß ein Sensorkopf mit einem Durchgangsloch, das eine Verbindung zwischen einem Inneren der Sensorkammer und ihrem Äußeren herstellt, und einem Deckel versehen ist, der zum fluiddichten Abdichten des Durchgangslochs in dem Durchgangsloch angeordnet ist.
Aus der FR 2 702 560 A1 ist bekannt, daß eine Balgeinheit einen hülsenförmigen Balg aufweist, dessen Querschnitt ein einseitig offenes Quadrat ist und der sich axial ausdehnt und zusammenzieht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lasterfassungsvorrichtung mit einer höheren Erfassungsgenauigkeit zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Da sich gemäß Anspruch 1 der Druck der Sensorkammer innerhalb der Balgeinheit in Übereinstimmung mit der Last ändert, die darauf ausgeübt wird, kann die Last, die auf die Lasterfassungsvorrichtung ausgeübt wird, durch Erfassen des Drucks der Sensorkammer mit dem Druckerfassungselement erfaßt werden.
Wie es zuvor erwähnt worden ist, ist die Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder, wie sie die Lasterfassungsvorrichtung im Stand der Technik aufweist, nicht erforderlich und gibt es keine Hysterese, die durch eine Gleitreibung aufgrund der Abdichtung verursacht wird. Demgemäß weist die Lasterfassungsvorrichtung, welche die Abdichtung und die Hysterese aufgrund der Abdichtung nicht aufweist, eine längere Lebensdauer mit einer höheren Erfassungsgenauigkeit auf.
Da gemäß Anspruch 2 eine Volumenänderung der Flüssigkeit aufgrund einer Temperaturänderung durch das Ausdehnen und Zusammenziehen der Balgeinheit absorbiert werden kann, weist die Lasterfassungsvorrichtung eine bessere Temperaturcharakteristik auf.
Da gemäß Anspruch 8 der Elementabschnitt und der Verarbeitungsschaltungsabschnitt in der Sensorkammer integriert und untergebracht sind, ist der Abstand zwischen dem Verarbeitungsschaltungsabschnitt und dem Elementabschnitt kürzer, so daß es unwahrscheinlich ist, daß die Lasterfassungsvorrichtung von Funkrauschen beeinflußt wird.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1 eine Querschnittsansicht einer Lasterfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Querschnittsansicht einer Lasterfassungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
3 eine Draufsicht eines Gehäuses der Lasterfassungsvorrichtung in 2.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Eine Struktur einer Lasterfassungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Die Lasterfassungsvorrichtung 1 weist ein Lastübertragungsteil 20 auf, das aus ersten und zweiten Abdeckungen 21 und 22, deren Querschnittsform jeweils ein einseitig offenes Rechteck ist, und einer Feder 23 besteht. Eine Last, die auf das Lastübertragungsteil 20 ausgeübt wird, wie es durch einen Pfeil in 1 gezeigt ist, wird von der Lasterfassungsvorrichtung 1 erfaßt. Die Feder 23 befindet sich zwischen den ersten und zweiten Abdeckungen 21 und 22. Die erste Abdeckung 21 kann sich entlang einer Innenumfangsoberfläche der zweiten Abdeckung 22 ohne eine wesentliche Gleitreibung dazwischen bewegen. Eine Federkraft der Feder 23 ist auf einen Wert eingestellt, der der Größe der ausgeübten Last entspricht. Typischerweise wird, wenn die ausgeübte Last größer wird, die Federkraft größer.
Die Lasterfassungsvorrichtung 1 ist mit einem Sensorabschnitt 30 versehen. Der Sensorabschnitt 30 besteht aus einem Sensorkopf 31, einem Balg 32, einem Gehäuse 33, einem Stutzen 34, einem Sensorchip 35 als ein Druckerfassungselement, Anschlüssen 37, Verbindungsdrähten 36, die den Sensorchip 35 schaltungsmäßig mit den Anschlüssen 37 verbinden, und einer Flüssigkeit 38. Das Gehäuse 33 und der Stutzen bilden ein Sockelgehäuse. Der Sensorkopf 31, der Balg 32, das Gehäuse 33 und der Stutzen 34 bilden eine Balgeinheit aus, die ein äußeres Erscheinungsbild des Sensorabschnitts 30 bildet. Eine Sensorkammer, welche in der Balgeinheit ausgebildet ist, ist mit der Flüssigkeit 38 aufgefüllt.
Der Sensorkopf 31 besteht typischerweise aus Metall, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl, und ist als Ganzes grob in einer Scheibenform ausgebildet. Der Sensorkopf 31 ist mit einem Flansch 31a, welcher sich teilweise radial nach außen vergrößert, und an seinem Mittelpunkt mit einem Durchgangsloch 31b zum Leiten der Flüssigkeit 38, mit welcher die Sensorkammer aufgefüllt ist, zu der Sensorkammer versehen. Das Durchgangsloch 31b weist einen Abschnitt eines großen Durchmessers und einen Abschnitt eines kleinen Durchmessers auf. Nachdem die Sensorkammer mit der Flüssigkeit 38 aufgefüllt worden ist, wird eine Hülse 31d, deren bzw. dessen Außenumfangsoberfläche mit Vertiefungen versehen ist, in den Abschnitt eines großen Durchmessers des Durchgangslochs 31b eingesetzt und wird dann eine Kugel 31c im Preßsitz in das Innere der Hülse 31d eingesetzt, um die Hülse 31d derart nach außen auszudehnen, daß vorspringende Abschnitte zwischen den Vertiefungen an der Außenumfangsoberfläche der Hülse 31d zum hermetischen Abdichten des Durchgangslochs 31b zu einer Innenumfangswand des Durchgangslochs 31b abgedichtet werden.
Ein Außendurchmesser des Flanschs 31a ist größer als der des Balgs 32. Demgemäß ist es unwahrscheinlich, daß irgendein äußeres Teil direkt mit dem Balg 32 in Kontakt kommt, so daß der Balg 32 kaum beschädigt wird.
Die zweite Abdeckung 22 ist an einer Bodenoberfläche von ihr mit einem Loch 22a zum Befestigen versehen, welches durch Bohren ausgebildet ist. Der Sensorkopf 31 ist mit einem Vorsprung 31e versehen. Die zweite Abdeckung 22 ist durch Einsetzen des Vorsprungs 31e in das Loch 22a zum Befestigen im Preßsitz 22a an dem Sensorkopf 31 befestigt.
Der Balg 32 besteht typischerweise aus Metall, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl, und ist grob in einer zylindrischen Form mit einem Hohlraum ausgebildet. Der Balg 32 kann sich axial ausdehnen und zusammenziehen. Ein Teil des Sensorkopfs 31, dessen Durchmesser kleiner als der des Flanschs 31a ist, ist in eine axiale Endöffnung des Balgs 32 eingeführt und mit dieser verschweißt, so daß der Balg 32 an dem Sensorkopf 31 befestigt ist, um die axiale Endöffnung von ihm hermetisch abzudichten.
Der Teil des Sensorkopfs 31, welcher in den Balg 32 eingeführt ist, dehnt sich in das Innere des Balgs 32 aus, um axial weiter zu dem Gehäuse 33 über eine Position hin hervorzustehen, an der der Sensorkopf 31 mit dem Balg 32 verschweißt ist. Bei diesem Aufbau ist ein Volumen der Sensorkammer kleiner, so daß eine Flüssigkeitsmenge, die in die Sensorkammer 38 gegossen wird, kleiner ist, während sich der Balg 32 ausreichend axial ausdehnen und zusammenziehen kann.
Das Gehäuse 33 besteht typischerweise aus Metall, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl, und ist grob in einer Scheibenform ausgebildet. Das Gehäuse 33 ist an seinem Mittelpunkt mit einem Hohlraum 33a und einem hervorstehenden Abschnitt versehen. Der hervorstehende Abschnitt des Gehäuses 33 ist in eine andere axiale Endöffnung des Balgs 32 eingeführt und mit dieser verschweißt, so daß der Balg 32 an dem Gehäuse 33 befestigt ist, um die andere axiale Endöffnung von ihm hermetisch abzudichten.
Ein Außenumfang des Gehäuses 33 ist größer als der des Balgs 32. Demgemäß ist es unwahrscheinlich, daß irgendein äußeres Teil direkt mit dem Balg 32 in Kontakt kommt, so daß der Balg 32 kaum beschädigt wird.
Der Sensorchip 35 ist auf dem Stutzen 34 angebracht und wird von diesem an einer gegebenen Position gehalten. Der Stutzen 34 ist mit einer Mehrzahl von Löchern 34a (in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vier Löcher, von denen zwei in 2 gezeigt sind) versehen, durch welche jeweilige der Anschlüsse 37 gehen. Der Sensorchip 35 ist über die Anschlüsse 37 elektrisch mit dem Äußeren verbunden. Der Stutzen 34 ist an dem Hohlraum 33a des Gehäuses 33 befestigt. Der Stutzen 34, der Sensorchip 35, die Anschlüsse 37 und das Gehäuse 33 bilden einen Umriß des Sensorabschnitts 30 aus.
Nachdem der Stutzen 34 an dem Hohlraum 33a befestigt worden ist, verbleibt ein Teil des Hohlraums 33a (das heißt, eine Vertiefung) auf einer Seite des Balgs 32. Der Sensorchip 35 ist an dem verbleibenden Teil des Hohlraums 33a positioniert. Jeweilige Löcher 34a, in welche die Anschlüsse 37 eingeführt sind, werden mit hermetischem Glas 39 zum Isolieren der Anschlüsse 37 von dem Stutzen 34 und zum Sicherstellen einer hermetischen Abdichtung der Löcher 34a gefüllt.
Ein Erfassungselement, das einen einen Piezowiderstandseffekt verwendenden Dehnungsmeßstreifen bildet, ist in dem Sensorchip 35 ausgebildet. Genauer gesagt besteht der Sensorchip 35 aus einem Erfassungselement, das aus einem Halbleitersubstrat 40 besteht, und einem Glassockel 41, an welchen das Erfassungselement geklebt ist. Das Erfassungselement ist mit einem Membranabschnitt, der durch teilweises Dünnermachen des Halbleitersubstrats 40 ausgebildet ist, einem Elementabschnitt, der auf dem Membranabschnitt ausgebildet ist und aus vier Dehnungsmeßstreifen besteht, die miteinander verbunden sind, um eine Wheatstone-Brückenschaltung zu bilden, und einem Verarbeitungsschaltungsabschnitt zum Verstärken eines Zwischenausgangssignals der Wheatstone-Brückenschaltung, zum Kompensieren eines Versatzes und zum Kompensieren einer Versatztemperaturcharakteristik versehen.
Die Anschlüsse 37 sind über die Verbindungsdrähte 36 mit dem Sensorchip 35 und mit einem Energieversorgungsanschluß zum Anlegen einer Versorgungsspannung an den Elementabschnitt, einem GND-Anschluß zum Verbinden des Elementabschnitts mit Masse und einem Ausgangsanschluß zum Ausgeben eines Signals, nachdem das Zwischenausgangssignal von dem Verarbeitungsschaltkreisabschnitt verarbeitet worden ist, verbunden.
Die jeweiligen Verbindungsdrähte 36 stehen aus einer oberen Oberfläche des Sensorchips 35 zu dem Sensorkopf 31 hin hervor, erstrecken sich jedoch nicht über den obersten Abschnitt des Gehäuses 33, da, nachdem der Stutzen 34 an dem Hohlraum 33a des Gehäuses 33 befestigt worden ist, immer noch der verbleibende Teil des Hohlraums 33a verbleibt, dessen axiale Tiefe ausreichend tief ist, damit der Sensorchip 35 darin untergebracht werden kann. Demgemäß kommt, wenn die Last auf die Lasterfassungsvorrichtung 1 ausgeübt wird und sich der Sensorkopf 31 nach unten bewegt, der Sensorkopf 31 nie in Kontakt mit den Verbindungsdrähten 36.
Eine Funktionsweise der Lasterfassungsvorrichtung 1 wird nachstehend beschrieben. Wenn die Last auf die erste Abdeckung 21 ausgeübt wird, wie es durch den Pfeil in 1 gezeigt ist, deformiert sich die Feder 23 elastisch. Die Last, die zu der Feder 23 übertragen wird, wird über die zweite Abdeckung 22 auf den Sensorkopf 31 ausgeübt. Der Balg 32 zieht sich um eine Höhe axial zusammen, die der Last entspricht, die auf den Sensorkopf 31 ausgeübt wird, so daß sich ein Druck der Flüssigkeit 38 in der Sensorkammer erhöht, da sich ein Volumen der Sensorkammer verringert. Demgemäß ändert sich ein Druck, der auf den Membranabschnitt des Sensorchips 35 ausgeübt wird, so daß sich das Zwischenausgangssignal der Wheatstone-Brückenschaltung, die den Elementabschnitt bildet, ändert, und ein Signal, das der Last entspricht, die auf die Lasterfassungsvorrichtung 1 ausgeübt wird, aus den Ausgangsanschluß 37 ausgegeben wird.
Wie es zuvor erwähnt worden ist, wird die Last, die auf die Lasterfassungsvorrichtung 1 ausgeübt wird, auf der Grundlage des Drucks der Flüssigkeit 38 erfaßt, der in Übereinstimmung mit der ausgeübten Last veränderbar ist. Da sich der Druck der Flüssigkeit 38 in Übereinstimmung mit dem Ausdehnen und Zusammenziehen des Balgs 32 in einem Zustand ändert, in dem die Flüssigkeit 38 flüssigkeitsdicht in der Sensorkammer eingeschlossen ist, die durch den Sensorkopf 31, den Balg 32, das Gehäuse 33 und den Stutzen 34 gebildet ist, ist die Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder, wie sie die Lasterfassungsvorrichtung im Stand der Technik aufweist, nicht erforderlich und gibt es keine Hysterese, die durch eine Gleitreibung aufgrund der Abdichtung verursacht wird.
Demgemäß weist die Lasterfassungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welche die Abdichtung und die Hysterese aufgrund der Abdichtung nicht aufweist, eine längere Lebensdauer mit einer höheren Erfassungsgenauigkeit auf.
Weiterhin verursacht bei der Lasterfassungsvorrichtung im Stand der Technik, die den Kolben und den Zylinder aufweist, das Schrägstellen des Kolbens aufgrund der Last, die exzentrisch ausgeübt wird, daß die Erfassungsgenauigkeit verringert wird. Jedoch wird bei der Lasterfassungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auch dann, wenn die zweite Abdeckung 22 durch die exzentrische Last mehr oder weniger schräg gestellt ist, das Volumen der Flüssigkeit 38 in der Sensorkammer kaum dadurch beeinflußt, so daß die Erfassungsgenauigkeit nicht verringert wird.
Weiterhin ist es, da der Sensorchip 35, der in der Sensorkammer untergebracht ist, das Halbleitersubstrat 40 aufweist, bei welchem der Verarbeitungsschaltungsabschnitt integral beinhaltet ist und ein Abstand zwischen dem Elementabschnitt und dem Verarbeitungsschaltungsabschnitt kürzer ist, unwahrscheinlich, daß die Lasterfassungsvorrichtung 1 durch Funkrauschen beeinflußt wird.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Eine Lasterfassungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben. Das Lastübertragungsteil 20, das in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, ist ebenso an dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anwendbar. Jedoch wird seine Erklärung weggelassen.
2 zeigt eine Querschnittsansicht des Sensorabschnitts der Lasterfassungsvorrichtung 1. Der Sensorabschnitt besteht aus einem Sensorkopf 51, einem Balg 52, einem Gehäuse 53, einem Sensorchip 54 als ein Druckerfassungselement, Anschlüssen 56, Verbindungsdrähten 55, die den Sensorchip 54 schaltungsmäßig mit den Anschlüssen 56 verbinden, und einer Flüssigkeit 57. Der Sensorkopf 51, der Balg 52 und das Gehäuse 53 bilden eine Balgeinheit aus. Eine Sensorkammer, welche in der Balgeinheit ausgebildet ist, ist mit der Flüssigkeit 57 aufgefüllt.
Der Sensorkopf 51 besteht typischerweise aus Metall, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl, und ist grob in einer Hülsenform ausgebildet, deren Querschnitt ein einseitig offenes Rechteck ist. Der Balg 52 ist an einer Öffnung des hülsenförmigen Sensorkopfs 51 befestigt.
Der Balg 52 besteht typischerweise aus Metall, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl, und ist grob in einer Hülsenform ausgebildet, deren Querschnitt ein einseitig offenes Rechteck ist. Der hülsenförmige Balg 52 weist eine Seitenwand auf, die sich axial, das heißt in einer Tiefenrichtung der Hülse, ausdehnen und zusammenziehen kann. Ein Boden des Balgs 52 (auf einer Bodenseite der Hülse) ist im Preßsitz in das Innere des Sensorkopfs 51 eingesetzt, so daß der Balg 52 an dem Sensorkopf 51 befestigt ist.
Das Gehäuse 53 besteht typischerweise aus Metall, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl, und ist grob in einer Säulenform ausgebildet. Ein Ende des Gehäuses 53 ist in eine Öffnung des hülsenförmigen Balgs 52 eingeführt und eine Außenumfangsoberfläche des Gehäuses 53 und eine Innenumfangsoberfläche des Balgs 52 sind miteinander verschweißt, so daß die Öffnung des Balgs 52 hermetisch abgedichtet ist.
Eine Seitenwand des Gehäuses 53 ist in einer dreistufigen Form ausgebildet und ist an einem Ende von ihm auf einer Seite des Balgs 52 mit einem dritten Bereich 53a, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Balgs 52 ist, in einer Mitte von ihm mit einem ersten Bereich 53b, dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner oder nahezu gleich dem Innendurchmesser des Balgs 52 ist, und an einem anderen Ende von ihm auf einer Seite, die dem Balg 52 gegen überliegt, mit einem zweiten Bereich 53c versehen, dessen Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser des Balgs 52 ist. Die dritten und ersten Bereiche 53a und 53b sind in den Balg 52 eingeführt und die Außenumfangsoberfläche des Gehäuses 53 an dem ersten Bereich 53b ist an der Öffnung des Balgs 52 mit der Innenumfangsoberfläche von diesem verschweißt. Der dritte Bereich 53a, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Balgs 52 ist, ist derart vorgesehen, daß das Gehäuse 53 deutlich zu dem Boden des Balgs 52 hervorsteht und verhindert wird, daß der Balg 52 sich übermäßig schräg stellt, wenn sich der Balg 52 ausdehnt und zusammenzieht. Der dritte Bereich 52a dient dazu, ein Volumen der Sensorkammer kleiner zu machen, so daß eine Menge der Flüssigkeit 57, die in die Sensorkammer gegossen wird, kleiner ist, während sich der Balg 52 ausreichend axial ausdehnen und zusammenziehen kann.
Das Gehäuse 53 ist weiterhin mit einem Durchgangsloch 53d versehen, das sich von einer Endoberfläche von ihm auf einer Seite des Balgs 52 zu einer Seitenoberfläche von ihm an dem zweiten Bereich 53c ausdehnt, so daß, nachdem das Gehäuse 53 an dem Balg 52 befestigt worden ist, die Flüssigkeit 57 durch das Durchgangsloch 53d in die Sensorkammer in dem Balg 52 gegossen werden kann. Ein Deckel, der aus einer Kugel 53e und einer Hülse 53f besteht, deren Außenumfangsoberfläche mit Vertiefungen versehen ist, ist an dem zweiten Bereich 53c in das Durchgangsloch 53d eingesetzt. Wenn die Kugel 53e im Preßsitz in das Innere der Hülse 53f eingesetzt ist, um die Hülse 53f nach außen auszudehnen, werden vorspringende Abschnitte zwischen den Vertiefungen an der Außenumfangsoberfläche der Hülse 53f zum Sicherstellen einer hermetischen Abdichtung des Durchgangslochs 53d zu einer Innenumfangswand des Durchgangslochs 53d abgedichtet.
Das Gehäuse 53 ist an einem Ende von ihm auf einer Seite des Balgs 52 mit einer Vertiefung 53g versehen, in welcher ein Sensorchip 54 untergebracht ist. Das Gehäuse 53 ist wei terhin mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern 53h versehen, die zwischen gegenüberliegende axiale Enden von diesem dringen. Anschlüsse 56 gehen durch die Durchgangslöcher 53h. Jeweilige Löcher 53h, in welche die Anschlüsse 56 eingeführt sind, sind zum Isolieren der Anschlüsse 56 von dem Gehäuse 53 und zum Sicherstellen einer hermetischen Abdichtung der Löcher 53h mit hermetischem Glas 58 gefüllt. Der Sensorchip 54 ist über die Anschlüsse 56 elektrisch mit dem Äußeren verbunden.
Der Sensorchip 54, dessen Struktur die gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, ist über einen Glassockel 59 auf dem Gehäuse 53 in der Vertiefung 53g angebracht. Der Sensorchip 54 erzeugt ein Ausgangssignal auf der Grundlage des Drucks der Flüssigkeit 57, der darauf ausgeübt wird, und entsprechend der Last, die auf die Lasterfassungsvorrichtung 1 ausgeübt wird. Die Verbindungsdrähte 55 stehen nicht über den obersten Abschnitt des Gehäuses 53 hervor, da der Sensorchip 54 auf einem Boden der Vertiefung 53g angebracht ist, so daß die Verbindungsdrähte 55 nie in Kontakt mit dem Boden des Balgs 52 kommen.
Bei der Lasterfassungsvorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zieht sich der Balg 52 in einem Zustand, in dem der dritte Bereich 53a des Gehäuses 53 verhindert, daß sich der Balg 52 schräg stellt, wenn die Last auf den Sensorkopf 51 ausgeübt wird, derart zusammen, daß der Druck der Flüssigkeit 57 in der Sensorkammer erhöht wird. Die Lasterfassungsvorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung arbeitet ähnlich der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und gibt ein Signal, das der ausgeübten Last entspricht, aus den Anschlüssen 56 aus und weist den gleichen Vorteil auf, wie er bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist.
Weiterhin ist gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Balg 52 lediglich an einer Position mit dem Gehäuse 53 verschweißt, da der Balg 52 in einer Hülsenform ausgebildet ist, so daß die Struktur der Lasterfassungsvorrichtung 1 kompakt ist und das Herstellen von ihr einfach ist.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, ist bei einer erfindunggemäßen Lasterfassungsvorrichtung eine hermetisch abgedichtete Sensorkammer durch einen Sensorkopf, einen Balg, ein Gehäuse und einen Stutzen gebildet. Ein Sensorchip zum Erfassen eines Drucks ist in der Sensorkammer untergebracht, die mit einer Flüssigkeit aufgefüllt ist. Wenn eine Last auf den Sensorkopf ausgeübt wird, zieht sich der Balg axial zusammen, um einen Druck der Flüssigkeit zu ändern. Der Sensorchip erfaßt den Druck der Flüssigkeit, so daß die Last, die auf die Sensorkammer ausgeübt wird, mit einer höheren Erfassungsgenauigkeit erfaßt wird.

Claims

Lasterfassungsvorrichtung, die aufweist: eine Balgeinheit (31 bis 34; 52, 53), welche sich in Übereinstimmung mit einer auf ein axiales Ende von ihr ausgeübten Last axial ausdehnt und zusammenzieht, wobei die Balgeinheit (31 bis 34; 52, 53) innen mit einer Sensorkammer versehen ist, welche nach außen hermetisch abgedichtet ist und deren Druck in Übereinstimmung mit einer Ausdehnungs- und Zusammenziehungsbewegung von ihr veränderbar ist; und ein Druckerfassungselement (35, 54), das in die Sensorkammer eingebaut ist, wobei das Druckerfassungselement (35; 54) den Druck der Sensorkammer erfaßt und ein Signal erzeugt, das die Last darstellt, die auf die Balgeinheit (31 bis 34; 52, 53) ausgeübt wird, die Balgeinheit aufweist: einen Balg (32), welcher in einer zylindrischen Form ausgebildet ist und sich axial ausdehnt und zusammenzieht; einen Sensorkopf (31), der fluiddicht an einer axialen Endöffnung des Balgs (32) befestigt ist, wobei die Last über den Sensorkopf (31) auf den Balg (32) ausgeübt wird; und ein Sockelgehäuse (33, 34), das fluiddicht an einer anderen axialen Endöffnung des Balgs (32) befestigt ist, wobei das Druckerfassungselement (35) auf dem Sockelgehäuse (33, 34) angebracht ist, und das Sockelgehäuse aufweist: ein Gehäuse (33), dessen Außenumfang an der anderen axialen Endöffnung des Balgs (32) befestigt ist, das mit einem Hohlraum (33a) versehen ist; und einen Stutzen (34), der derart in den Hohlraum (33a) eingeführt ist und an dem Gehäuse (33) befestigt ist, daß ein Teil des Hohlraums (33a) in dem Gehäuse (33) auf einer Seite des Balgs (32) verbleibt, wobei das Druckerfassungselement (35) auf dem Stutzen in dem verbleibenden Teil des Hohlraums (33a) angebracht ist.
Lasterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensorkammer mit einer Flüssigkeit (38; 57) aufgefüllt ist, so daß das Druckerfassungselement (35; 54) einen Druck der Flüssigkeit (38; 57) erfaßt.
Lasterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stutzen mit Anschlüssen (37) zum schaltungsmäßigen Verbinden des Druckerfassungselements (35) nach außen versehen ist.
Lasterfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Sensorkopf (31) mit einem Durchgangsloch (31b), das eine Verbindung zwischen einem Inneren der Sensorkammer und ihrem Äußeren herstellt, und einem Deckel (31c, 31d) versehen ist, der zum fluiddichten Abdichten des Durchgangslochs (31b) in dem Durchgangsloch (31b) angeordnet ist.
Lasterfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sensorkopf (31) mit einem Flansch (31a) versehen ist, dessen Außendurchmesser größer als der des Balgs (32) ist.
Lasterfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens entweder der Sensorkopf (31) oder das Sockelgehäuse (33, 34) einen Abschnitt aufweist, der in die Sensorkammer über eine Position hervorsteht, an der mindestens entweder der Sensorkopf (31) oder das Sockelgehäuse (34, 35) an dem Balg (32) befestigt ist.
Lasterfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die weiterhin aufweist: ein Gleitlastübertragungsteil (20), das erste und zweite Abdeckungen (21, 22), die axial gleitbar zueinander gekoppelt sind, und eine Feder (23) aufweist, die zwischen den ersten und zweiten Abdeckungen (21, 22) angeordnet ist, wobei die zweite Abdeckung (22) an dem Sensorkopf (31) befestigt ist, so daß die Last, welche auf die erste Abdeckung (21) ausgeübt wird, über die Feder (23), die zweite Abdeckung (22) und den Sensorkopf (31) zu dem Balg (32) übertragen wird.
Lasterfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Druckerfassungselement (35) aus einem Halbleitersubstrat (40) besteht und mit einem Membranabschnitt, der durch teilweises Dünnermachen des Halbleitersubstrats (40) ausgebildet ist, einem Elementabschnitt zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das einem Druck entspricht, der auf den Membranabschnitt wirkt, und einem Verarbeitungsschaltungsabschnitt zum Verarbeiten des Ausgangssignals des Elementabschnitts versehen ist.