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Die
Erfindung betrifft eine Kraftmessvorrichtung, umfassend eine Geber-Sensor-Anordnung
mit einer magnetfelderzeugenden Gebereinrichtung und einer magnetfeldempfindlichen
Sensoreinrichtung, wobei die Gebereinrichtung und die Sensoreinrichtung
unter Kraftbeeinflussung der Kraftmessvorrichtung relativ zueinander
beweglich sind und die Gebereinrichtung mindestens einen ersten
Permanentmagneten und einen zweiten Permanentmagneten umfasst, welche
jeweils über
eine Längsrichtung
einen im Wesentlichen konstanten geometrischen Querschnitt aufweisen.
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Aus
der WO 2004/083792 A1 ist eine Kraftmesszelle mit einem elastisch
verformbaren Kraftaufnehmer zur Aufnahme einer Gewichtskraft und
einer Sensoranordnung zur Erfassung der Kraftaufnehmerverformung
und deren Umwandlung in ein elektrisches Wägesignal bekannt, wobei der
Kraftaufnehmer an einem ersten Ende mit einem Montageteil verbunden
ist und an seinem zweiten Ende ein Krafteinleitungsteil trägt, und
wobei der Kraftaufnehmer als Hohlstab mit zwei in Längsrichtung
des Stabs beabstandeten Schwächungszonen
ausgebildet ist.
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Aus
der WO 2004/106876 A1 ist eine Kraftmesszelle mit einem elastisch
verformbaren Membran-Kraftaufnehmer zur Aufnahme von zu bestimmenden
Druck- und Zugkräften,
mit einer Sensoranordnung zur Erfassung der Kraftaufnehmerverformung
und deren Umwandlung in ein elektrisches Wägesignal und mit einem biegesteifen
mehrteiligen Gehäuse
mit einem Innenraum zur Aufnahme und Halterung des Membran-Kraftaufnehmers
und der Sensoranordnung bekannt, wobei das Gehäuse den Kraftaufnehmer im wesentlichen
allseitig umgibt und eine Durchgangsöffnung aufweist, durch die
hindurch der Membran-Kraftaufnehmer mit der zu bestimmenden Kraft
beaufschlagbar ist, wobei der Membran-Kraftaufnehmer ein mittig
angeordnetes Krafteinleitungsteil und der Randbereich ein über mindestens
eine der Membranoberflächen
vorspringendes Randteil umfasst und wobei im Innenraum des Gehäuses ein
rückspringender
Bereich ausgebildet ist, in den der vorspringende Rand des Kraftaufnehmers
formschlüssig
einrückbar
ist.
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Aus
der
EP 1 335 193 A2 ist
eine Kraftmessvorrichtung mit einem mindestens bereichsweise biegeelastischen
Element und einem daran befestigten Zungenelement, mit einem Magneten
und einem magnetfeldempfindlichen Sensor bekannt, wobei das Zungenelement
zwischen zwei Bereichen des biegeelastischen Elements angeordnet
ist, das Zungenelement mit seinem einen Ende fest mit einem Bereich des
biegeelastischen Elements verbunden ist und mit seinem freien Ende
bei elastischen Verformungen des biegeelastischen Elements relativ
zu dem anderen Bereich auslenkbar ist und diese Auslenkung mittels
des Magneten und des magnetfeldempfindlichen Sensors messbar ist.
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Aus
der
DE 693 09 913
T2 ist eine Verschiebungsmessvorrichtung bekannt, welche
eine erste Materialmasse und eine zweite Materialmasse aufweist,
wobei die zweite Materialmasse mit der ersten Materialmasse durch
parallele Balken verbunden ist und die parallelen Balken eine Verschiebung
zwischen den Massen zulassen und eine Rückstellkraft gegen diese Verschiebung
erzeugen. Die zweite Masse ist von der ersten Masse eingeschlossen
und die erste Masse, die zweite Masse und die parallelen Balken
bilden eine aus einem einzigen Materialstück bestehende Einheit. Ferner
ist ein Hall-Effekt-Fühler zum
Abtasten der Verschiebung der zweiten Masse relativ zur ersten Masse
vorgesehen, welcher in einem Magnetfeld angeordnet ist. Das Magnetfeld
ist von zwei Magneten gebildet, die an der zweiten Masse befestigt
sind, wobei die Magneten durch einen festen Spalt voneinander getrennt
sind.
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Aus
der
US 3,118,108 ist
eine Vorrichtung zur Übersetzung
einer Bewegung bekannt, welche magnetische Mittel zum Erzeugen eines
Magnetfelds umfasst, welches mit dem Abstand variiert. Diese magnetischen
Mittel umfassen winkeldivergente Pole, welche einen keilförmigen Luftspalt
definieren.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftmessvorrichtung
der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welcher auf einfache
Weise eine Kennwertverbesserung erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten Kraftaufnehmervorrichtung
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet in
einem Winkel zueinander angeordnet sind, dass in der Längsrichtung
des ersten Permanentmagneten Nordpol und Südpol aufeinanderfolgen, dass
in der Längsrichtung
des zweiten Permanentmagneten Nordpol und Südpol aufeinanderfolgen und
dass die Längsrichtung
des ersten Permanentmagneten und die Längsrichtung des zweiten Permanentmagneten
sich in einem Bereich vor der Gebereinrichtung schneiden, in welchem
die Sensoreinrichtung angeordnet ist.
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Über die
Anordnung des ersten Permanentmagneten und des zweiten Permanentmagneten
in einem Winkel zueinander ist eine V-förmige Anordnung des ersten
Permanentmagneten und des zweiten Permanentmagneten an der Gebereinrichtung bewirkt.
Durch diese winklige Anordnung lässt
sich eine hohe Magnetfeldfokussierung erreichen. Dies führt zu einer
Kennwertverbesserung der Geber-Sensor-Anordnung. Die magnetische
Energiedichte wird erhöht,
so dass die Geber-Sensor-Anordnung unempfindlicher gegenüber magnetischen Störfeldern
ist. Weiterhin lässt
sich die Sensoreinrichtung optimiert bezüglich der magnetischen Achse
der Gebereinrichtung ausrichten.
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Diese
Vorteile werden erreicht, ohne dass der erste Permanentmagnet und
der zweite Permanentmagnet eine besondere geometrische Gestalt aufweisen
müssen.
Diese lassen sich mit im wesentlichen konstantem Querschnitt über die
Längsrichtung
ausgestalten, d. h. es müssen
keine dünneren bzw.
dickeren Bereiche vorgesehen werden. Es lassen sich insbesondere
konventionelle Rechteckmagnete bzw. zylindrische Stabmagnete einsetzen.
Dadurch lässt
sich die erfindungsgemäße Lösung auf kostengünstige Weise
realisieren.
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Die
erfindungsgemäße Geber-Sensor-Anordnung
lässt sich
bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Kraftmessvorrichtungen
bzw. Kraftmesszellen einsetzen, unabhängig von der Art, wie für die relative
Bewegung zwischen Sensoreinrichtung und Gebereinrichtung gesorgt
wird. Beispielsweise lässt
sich die erfindungsgemäße Geber-Sensor-Anordnung
bei Kraftmessvorrichtungen mit dem grundsätzlichen Aufbau wie in der
WO 2004/106876 A1 beschrieben oder der WO 2004/083792 A1 beschrieben
oder der
EP 1 335 193
A2 beschrieben einsetzen.
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In
der Längsrichtung
des ersten Permanentmagneten folgen Nordpol und Südpol aufeinander. Dadurch
lässt sich
eine hohe Fokussierung und hohe magnetische Felddichte in einem
Vorderbereich vor der Gebereinrichtung erreichen, in welchem die
Sensoreinrichtung angeordnet ist. Aus dem gleichen Grund ist es
günstig,
wenn in der Längsrichtung
des zweiten Permanentmagneten Nordpol und Südpol aufeinanderfolgen.
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Die
Längsrichtung
des ersten Permanentmagneten und die Längsrichtung des zweiten Permanentmagneten
schneiden sich in einem Bereich vor der Gebereinrichtung, in welchem
die Sensoreinrichtung angeordnet ist. Die winklig zueinander angeordneten
Permanentmagnete sind dadurch auf die Sensoreinrichtung ausgerichtet,
so dass sich im Bereich, in welchem die Sensoranordnung positioniert
ist, eine hohe magnetische Felddichte ergibt.
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Günstigerweise
sind der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet Dipolmagnete.
Entsprechende Pole lassen sich dann definiert bezüglich der
Sensoreinrichtung ausrichten. Dadurch lässt sich eine hohe Feldfokussierung
und hohe magnetische Energiedichte erreichen.
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Die
erfindungsgemäße Kraftmessvorrichtung
lässt sich
auf kostengünstige
Weise herstellen, wenn der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet
im wesentlichen gleich ausgebildet sind.
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Bei
einer Ausführungsform
ist der erste Permanentmagnet zwischen einer ersten Begrenzungsebene
und einer parallelen zweiten Begrenzungsebene gebildet. Ein solcher
Rechteckmagnet läßt sich auf
einfache Weise herstellen.
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Aus
dem gleichen Grund ist es günstig,
wenn der zweite Permanentmagnet zwischen einer ersten Begrenzungsebene
und einer parallelen zweiten Begrenzungsebene gebildet ist.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Begrenzungsebene des
ersten Permanentmagneten und die erste Begrenzungsebene des zweiten Permanentmagneten
in einem spitzen Winkel zueinander liegen. Dadurch wird eine V-förmige Anordnung
des ersten Permanentmagneten und des zweiten Permanentmagneten erreicht
mit einer entsprechenden Kennwertverbesserung und Fokussierung des
Magnetfelds, was zu einer erhöhen
magnetischen Flußdichte
führt.
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Es
ist beispielsweise möglich,
daß der
erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet als zylindrische
Stabmagnete ausgebildet sind. Eine hohe Energiedichte läßt sich
erreichen, wenn der erste Permanentmagnet und/oder der zweite Permanentmagnet
quaderförmig
ausgebildet sind. Der Querschnitt der Permanentmagnete längs ihrer Längsrichtungen
ist dann rechteckförmig.
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Insbesondere
liegen die Längsrichtungen des
ersten Permanentmagneten und des zweiten Permanentmagneten in einem
spitzen Winkel zueinander. Dadurch läßt sich eine hohe magnetische Felddichte
in einem Vorderbereich vor der Gebereinrichtung erreichen.
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Günstigerweise
liegt der spitze Winkel zwischen 5° und 45°. Bei einer konkreten Ausführungsform
liegt der Winkel in der Größenordnung
von 15°. Bei
Vergrößerung des
Winkels erhöht
sich der Platzbedarf. Weiterhin verringert sich bei zu großem Winkel
der effektive Relativbewegungsbereich zwischen Sensoreinrichtung
und Gebereinrichtung. Bei zu kleinem Winkel tritt insbesondere keine
Kennwertverbesserung auf.
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Günstig ist
es, wenn jeweils ein Pol des ersten Permanentmagneten und des zweiten
Permanentmagneten der Sensoreinrichtung zu weist. Dadurch läßt sich
eine effektive Feldfokussierung erreichen.
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Insbesondere
weist der Nordpol eines Permanentmagneten und der Südpol des
anderen Permanentmagneten der Sensoreinrichtung zu. Auf diese Weise
läßt sich
eine hohe magnetische Felddichte in einem Vorderbereich vor der
Gebereinrichtung erreichen.
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Die
erfindungsgemäße Kraftmeßvorrichtung läßt sich
auf einfache Weise herstellen, wenn der erste Permanentmagnet in
einer ersten Aufnahme der Gebereinrichtung angeordnet ist und der
zweite Permanentmagnet in einer zweiten Aufnahme der Gebereinrichtung
angeordnet ist. Die Permanentmagnete lassen sich dadurch auf einfache
Weise an der Gebereinrichtung fixieren. Beispielsweise werden sie
an entsprechenden Aufnahmen adhäsiv
gehalten.
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Günstigerweise
sind die erste Aufnahme und die zweite Aufnahme in einem Winkel
zueinander angeordnet. Dadurch lässt
sich auf effektive Weise eine Feldfokussierung in einem Vorderbereich
vor der Gebereinrichtung erreichen.
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Es
kann vorgesehen sein, dass zwischen dem ersten Permanentmagneten
und dem zweiten Permanentmagneten ein Keilelement sitzt. Durch dieses
Keilelement lassen sich die beiden Permanentmagneten an der Gebereinrichtung
durch Verspannung fixieren. Eine adhäsive Fixierung muss dann nicht
mehr vorgesehen werden. Es ist dadurch beispielsweise möglich, eine
Aufnahme für
den ersten und den zweiten Permanentmagneten an der Gebereinrichtung
herzustellen, wobei diese Aufnahme in eine erste Aufnahme für den ersten
Permanentmagneten und eine zweite Aufnahme für den zweiten Permanentmagneten
durch das Keilelement unterteilt wird. Das Keilelement ist so ausgebildet,
dass eine flächige
Kraftausübung
auf die Permanentmagnete möglich
ist; dadurch werden punktuelle Drücke auf die Permanentmagnete
verhindert. (Magnetwerkstoffe sind oft sehr spröde.) Ein Keilelement ist beispielsweise
aus Silikon hergestellt.
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Günstig ist
es, wenn die Sensoreinrichtung mindestens einen Hall-Sensor umfaßt. Dadurch
läßt sich
auf einfache und effektive Weise eine Änderung der Feldbeeinflussung
der Sensoreinrichtung aufgrund einer Kraftausübung auf die Kraftmeßvorrichtung
erfassen und es läßt sich
ein elektrisches Wägesignal
entsprechend der ausgeübten
Kraft bereitstellen.
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Bei
einer Ausführungsform
ist ein elastischer Kraftaufnehmer vorgesehen, an welchen die Gebereinrichtung
oder die Sensoreinrichtung gekoppelt ist. Wenn auf den Kraftaufnehmer
eine Kraft ausgeübt wird,
die zu dessen Verformung führt,
dann erfolgt eine Änderung
der Relativposition zwischen der Gebereinrichtung und der Sensoreinrichtung.
Diese Änderung
wird durch die Sensoreinrichtung registriert, die ein entsprechendes
elektronisches Wägesignal erzeugt.
Eine entsprechende Kraftmeßvorrichtung
an dem elastischen Kraftaufnehmer ist beispielsweise in der WO 2004/083792
A1 beschrieben, auf die ausdrücklich
Bezug genommen wird.
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Es
kann dabei vorgesehen sein, daß der Kraftaufnehmer
als Hohlstab ausgebildet ist, welcher eine erste Schwächungszone
und eine in Längsrichtung
beabstandete zweite Schwächungszone
aufweist. Durch die Schwächungszonen
(welche insbesondere durch Schwächung
der Wandung des Hohlstabs erreicht sind) werden Gelenkstellen bereitgestellt,
um dem Kraftaufnehmer die Funktion eines Parallelogramm-Kraftaufnehmers
zu verleihen.
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Die
erfindungsgemäße Kraftmeßvorrichtung läßt sich
auf vorteilhafte Weise an einem Fahrzeug und insbesondere an einem
Kraftfahrzeug verwenden.
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Beispielsweise
wird die erfindungsgemäße Kraftmeßvorrichtung
an einem Fahrzeugsitz verwendet, um beispielsweise Gewichtsdaten
im Zusammenhang mit einer Airbag-Steuerung zu ermitteln.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang
mit der Zeichnung der näheren
Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kraftmeßvorrichtung
in Form einer Kraftmeßzelle;
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2 eine
Schnittansicht der Meßvorrichtung
gemäß 1;
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3 eine
vergrößerte Darstellung
des Bereichs A gemäß 2;
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4 eine
perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Gebereinrichtung;
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5 eine
Vorderansicht der Gebereinrichtung gemäß 4; und
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6 eine
Schnittansicht längs
der Linie 6-6 gemäß 5.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Kraftmeßvorrichtung,
welches in den 1 bis 3 gezeigt
und dort mit 10 bezeichnet ist, ist beispielsweise als Kraftmeßzelle ausgebildet.
Die Kraftmeßvorrichtung 10 umfaßt ein Montageteil 12, welches
eine Gebereinrichtung 14 (4 bis 6) einer
Geber-Sensor-Anordnung 16 hält.
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Die
Geber-Sensor-Anordnung 16 umfaßt eine Sensoreinrichtung 18 mit
mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensor 20 wie
beispielsweise einem Hall-Sensor (2). Die
Sensoreinrichtung 18 ist vor der Gebereinrichtung 14 angeordnet.
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Die
Kraftmeßvorrichtung 10 läßt sich
beispielsweise an einem Fahrzeug und insbesondere einem Kraftfahrzeug
verwenden; beispielsweise an einem Fahrzeugsitz verwenden. Über das
Montageteil 12 läßt sich
die Kraftmeßvorrichtung 10 beispielsweise
an der Oberschiene einer Fahrzeugsitzhalterung montieren.
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An
dem Montageteil 12 sitzt ein elastisch ausgebildeter Kraftaufnehmer 22,
welcher beispielsweise in Form eines Hohlstabs 24 vorliegt
mit einem Innenraum 26. Dieser Hohlstab 24 erstreckt
sich in einer Längsrichtung 28,
wobei der Innenraum 26 zylindrisch ist mit einer Achse,
welche mit der Längsrichtung 28 zusammenfällt.
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Der
Kraftaufnehmer 22 hat eine erste Schwächungszone 30 und
eine zweite Schwächungszone 32,
welche durch Ausnehmungen an einer Außenseite des Hohlstabs 24 gebildet
sind. Die erste Schwächungszone 30 und
die zweite Schwächungszone 32 sind
in der Längsrichtung 28 zueinander
beabstandet.
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Die
Schwächungszonen 30, 32 sind
ringförmig
oder kegelmantelförmig
ausgebildet. Durch die Schwächung
der Wandung des Hohlstabs 24 werden Gelenkstellen gebildet,
die dem Kraftaufnehmer 22 die Funktion eines Parallelogramm-Kraftaufnehmers verleihen.
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Beispielsweise
weisen die Schwächungszonen 30, 32 einen
bezüglich
der Längsrichtung 28 geneigten
Boden 33 auf. Die Neigung kann bei ca. 3° liegen,
wobei die Tiefe der Schwächungszone 32 sich
in der Richtung 35 verringert und die Tiefe der Schwächungszone 30 sich
in der Gegenrichtung zur Richtung 35 verringert. Durch
die Neigung der Böden 33 der
Schwächungszone 30, 32 zur
Längsrichtung 28 und
voneinander weg wird eine bessere Symmetrie für die Parallelogramm-Auslenkung
erreicht.
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In
den Ausschnittsvergrößerungen
B (für
die zweite Schwächungszone 32)
und C (für
die erste Schwächungszone 30)
sind die geneigten Böden vergrößert (aus
zeichnerischen Gründen
mit übertriebener
Neigung) dargestellt.
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Der
Sensor 20 sitzt vorzugsweise mittig zwischen der ersten
Schwächungszone 30 und
der zweiten Schwächungszone 32 auf
der Achse des Innenraums 26.
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In
einer zylindrischen Ausnehmung 34 des Montageteils 12 sitzt
die Gebereinrichtung 14. Diese Ausnehmung 34 sitzt
im Innenraum 26 des Hohlstabs 24 bzw. weist diesem
zu. Die Gebereinrichtung 14 sitzt ohne Kontakt mit der
Wandung des Hohlstabs 24 in dem Innenraum 26.
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Das
Montageteil 12 weist einen ringförmigen Flansch 36 mit
einer ringförmigen
Ausnehmung 38 auf. In der Ausnehmung 38 sitzt
eine Krafteinleitungseinrichtung 40, über die sich Kräfte in den
Kraftaufnehmer 22 einleiten lassen. Die Krafteinleitungseinrichtung 40 sitzt
mit Spiel in der Ausnehmung 38.
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Die
Krafteinleitungseinrichtung 40 ist hohlzylindrisch ausgebildet
und liegt koaxial zu dem Kraftaufnehmer 22. Sie weist einen
Krafteinleitungsbereich 42 auf, welcher einen freien Endbereich
des Kraftaufnehmers 22 faßt. (Über den anderen Endbereich
des Kraftaufnehmers 22 ist dieser an dem Montageteil 12 gehalten.)
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Die
Krafteinleitungseinrichtung 40 weist ferner einen Halteendbereich 44 auf,
welcher in die Ausnehmung 38 des Montageteils 12 eingetaucht
ist und dort gehalten ist.
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Der
Halteendbereich 44 der Krafteinleitungseinrichtung 40 ist
mit Spiel in der Ausnehmung 38 des Montageteils 12 aufgenommen.
(Die in 2 und 3 gezeigten
Abstände
sind nicht maßstäblich.)
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Solange
zulässige
Kräfte
auf die Krafteinleitungseinrichtung 40 wirken, kann diese
sich aufgrund des Spiels in der Ausnehmung 38 ungehindert
bewegen. Wenn die einwirkenden Kräfte unzulässig groß werden, dann verhindert ein
Anschlagring 46, welcher zwischen dem Halteendbereich 44 und
einer die Ausnehmung 38 begrenzenden Wandung angeordnet
ist, eine weitere Bewegung der Krafteinleitungseinrichtung 40 und
verhindert dadurch eine Beschädigung
des Kraftaufnehmers 22.
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Der
Anschlagring 46 ist an dem Montageteil 12 beispielsweise
durch Laserschweißung
fixiert. Er kann dabei in einer entsprechenden Ausnehmung 48 des
Montageteils 12, welches sich an die Ausnehmung 38 anschließt, angeordnet
sein.
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Der
Kraftaufnehmer 22 ist elastisch verformbar. Dadurch kann
er Kräfte
wie beispielsweise Gewichtskräfte
aufnehmen. Kraftmeßzellen
mit einem elastisch verformbaren Kraftaufnehmer, wobei der Kraftaufnehmer
an einem ersten Ende mit einem Montageteil verbunden ist und an
seinem zweiten Ende eine Krafteinleitungseinrichtung trägt, wobei der
Kraftaufnehmer als Hohlstab mit zwei in Längsrichtung des Hohlstabs beabstandeten
Schwächungszonen
ausgebildet ist, sind in der WO 2004/083792 A1 beschrieben, auf
die ausdrücklich Bezug
genommen wird. In diesem Dokument ist auch der grundsätzliche
oben beschriebene Aufbau der Kraftmeßvorrichtung 10 offenbart
sowie Varianten und Alternativen.
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Die
Gebereinrichtung 14 (4 bis 6) umfaßt einen
zylindrischen Haltebereich 50, mittels welchem die Gebereinrichtung 14 in
der Ausnehmung 34 sitzt. Auf den Haltebereich 50 folgt
ein Ringflansch 52, welcher einen größeren Durchmesser als der Haltebereich 50 aufweist.
Dem Ringflansch 52 nachfolgend weist die Gebereinrichtung 14 einen Aufnahmebereich 54 für einen
ersten Permanentmagneten 56 und einen zweiten Permanentmagneten 58 auf.
Der Aufnahmebereich 54 hat dazu eine erste Aufnahme 60 und
eine zweite Aufnahme 62, wobei der erste Permanentmagnet 56 in
der ersten Aufnahme 60 angeordnet ist und der zweite Permanentmagnet 58 in
der zweiten Aufnahme 62 angeordnet ist. Die Permanentmagnete 56 und 58 sind
in den zugeordneten Aufnahmen 60 und 62 beispielsweise
adhäsiv
fixiert.
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Der
erste Permanentmagnet 56 erstreckt sich in einer ersten
Längsrichtung 64 und
der zweite Permanentmagnet 58 erstreckt sich in einer zweiten Längsrichtung 66 (6).
Entlang der jeweiligen Längsrichtungen 64 und 66 weisen
die Permanentmagnete 56 und 58 jeweils einen konstanten
Querschnitt (senkrecht zu den jeweiligen Längsrichtungen 64, 66)
auf. In 6 sind Querschnitte 68a und 68b angedeutet.
Diese Querschnitte 68a, 68b sind bezüglich Form
und Fläche
im wesentlichen gleich.
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Es
ist grundsätzlich
möglich,
daß es
sich bei den Permanentmagneten 56 und 58 um Stabmagnete
mit beispielsweise kreisförmigem
Querschnitt handelt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Permanentmagnete 56 und 58 quaderförmig ausgestaltet
und weisen dadurch über
ihre jeweiligen Längsrichtungen 64 und 66 einen
rechteckigen Querschnitt auf, wobei dieser rechteckige Querschnitt
in den Längsrichtungen 64 und 66 bezüglich Form
und Fläche
im wesentlichen konstant ist.
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Insbesondere
sind der erste Permanentmagnet 56 und der zweite Permanentmagnet 58 im
wesentlichen gleich ausgebildet.
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Der
erste Permanentmagnet 56 erstreckt sich dann beispielsweise
zwischen einer ersten Begrenzungsebene 70 und einer parallelen
zweiten Begrenzungsebene 72 (5).
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Die
Permanentmagnete 56 und 58 sind insbesondere als
Dipol-Magnete ausgebildet mit einem jeweiligen Nordpol 74a und
Südpol 74b (erster
Permanentmagnet 56) bzw. einem Nordpol 76a und
Südpol 76b (zweiter
Permanentmagnet 58).
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In
der Längsrichtung 64 folgen
bei dem ersten Permanentmagneten 56 der Nordpol 74a und
der Südpol 74b aufeinander.
Bei dem zweiten Permanentmagneten 58 folgen in der Längsrichtung 66 der Nordpol 76a und
der Südpol 76b aufeinander.
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Es
kann dabei vorgesehen sein, daß die
beiden Permanentmagnete 56 und 58 in umgekehrter Polung
angeordnet sind, d. h. an einer Vorderseite 78 liegt der Südpol 74b des
ersten Permanentmagneten 56 und der Nordpol 76a des
zweiten Permanentmagneten 58 an dieser Vorderseite 78.
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Vor
der Vorderseite 78 liegt in dem Innenraum 26 ein
Vorderbereich 84 (2), in welchem die
Sensoreinrichtung 18 angeordnet ist.
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Die
Aufnahmen 60 und 62 lassen sich insbesondere bei
quaderförmigen
Permanentmagneten 56, 58 als seitlich offene Schlitze
ausbilden.
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Die
erste Längsrichtung 64 und
die zweite Längsrichtung 66 der
Permanentmagnete 56, 58 liegen in einem spitzen
Winkel 80 (kleiner als 90°) zueinander. Dieser Winkel
liegt beispielsweise in der Größenordnung
zwischen 5° und
45°. Bei
einer konkreten Ausführungsform
liegt der Winkel 80 bei ca. 15°. Dadurch sind die beiden Permanentmagnete 56, 58 V-förmig relativ
zueinander angeordnet.
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Begrenzungswände der
ersten Aufnahme 60 und der zweiten Aufnahme 62 liegen
dann ebenfalls in einem spitzen Winkel entsprechend dem Winkel 80 zueinander.
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Weiterhin
liegen Begrenzungsebenen 70, 72 des ersten Permanentmagneten 56 und
des zweiten Permanentmagneten 58 in dem spitzen Winkel 80 zueinander.
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Der
erste Permanentmagnet 56 und der zweite Permanentmagnet 58 liegen
jeweils in einem halben spitzen Winkel zu einer Ebene 86 (6)
der Gebereinrichtung 14, wobei dieser spitze Winkel der halbe
spitze Winkel 80 ist. Die Ebene 86 ist insbesondere
eine (geometrische) Spiegel-Symmetrieebene der Gebereinrichtung 14.
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Ein
Sensor 20 und insbesondere ein Hall-Element der Sensoreinrichtung 18 ist
so angeordnet, daß,
wenn die Kraftmeßvorrichtung 10 keine Kraft
erfährt,
es an der Ebene 86 symmetrisch zu dieser angeordnet ist.
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Zwischen
der ersten Aufnahme 60 und der zweiten Aufnahme 62 ist
ein Zwischenbereich 82 gebildet. Die Permanentmagnete 56 und 58 berühren sich
dadurch nicht.
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Der
Zwischenbereich 82 kann als separates Keilelement ausgebildet
sein, welches beispielsweise aus Silikon hergestellt ist. Über ein
solches Keilelement lassen sich die beiden Permanentmagneten 56 und 58 in
der ersten Aufnahme 60 und der zweiten Aufnahme 62 gespannt
halten und dadurch fixieren. Das Keilelement unterteilt insbesondere
eine Ausnehmung, welche in der Gebereinrichtung 14 gebildet
ist, in die erste Aufnahme 60 für den ersten Permanentmagenten 56 und
die zweite Aufnahme 62 für den zweiten Permanentmagneten 58.
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Die
Sensoreinrichtung 18 ist an den Kraftaufnehmer 22 gekoppelt,
und zwar derart, daß,
wenn über
die Krafteinleitungseinrichtung 40 auf den Kraftaufnehmer 22 eine
Kraft eingeleitet wird, die Sensoreinrichtung 18 relativ
zu der Gebereinrichtung 14 bewegt wird. Dadurch erfährt der
(mindestens eine) Sensor 20 der Sensoreinrichtung 18 eine
Magnetfeldänderung.
Diese äußert sich
in einem Sensorsignal, welches von der Positionsänderung der Sensoreinrichtung 18 relativ
zu der Gebereinrichtung 14 (d. h. zu den Permanentmagneten 56 und 58)
abhängig ist
und dadurch von der eingeleiteten Kraft abhängig ist. Über die Positionsänderung
der Sensoreinrichtung 18 relativ zu der Gebereinrichtung 14 läßt sich ein
elektrisches Signal erzeugen, wobei die Signalstärke abhängig ist von der auf die Kraftmeßvorrichtung 10 ausgeübten Kraft.
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Der
(mindestens eine) Sensor 20 im Vorderbereich 84 ist
auf die Permanentmagnete 56, 58 der Gebereinrichtung 14 ausgerichtet.
Beispielsweise ist die Sensoreinrichtung 18 mit dem (mindestens
einen) Sensor 20 so angeordnet, daß sie koaxial zu der Längsrichtung 28 ist,
wenn keine Kraft über
die Krafteinleitungseinrichtung 40 eingeleitet wird.
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Zum
Halten der Sensoreinrichtung 18 in dem Innenraum 26 ist
beispielsweise ein hohlzylindrisches Halteelement vorgesehen, welches
an einem Ende des Hohlstabs 24 fixiert ist und welches
an einem in den Innenraum 26 des Hohlstabs 24 ragenden
Ende die Sensoreinrichtung 18 hält. Ein solches Halteelement
ist in der WO 2004/083792 A1 beschrieben; auf dieses Dokument wird
ausdrücklich Bezug
genommen.
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Das
Meßprinzip
der Kraftmeßvorrichtung 10 beruht
auf einer kraftabhängigen
Positionsverschiebung zwischen der Sensoreinrichtung 18 und
der Gebereinrichtung 14. Die Positionsänderung erfolgt aufgrund einer
Krafteinleitung in den Kraftaufnehmer 22.
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Durch
die Winkelanordnung des ersten Permanentmagneten 56 und
des zweiten Permanentmagneten relativ zueinander läßt sich
eine Kennwertverbesserung der Geber-Sensor-Anordnung 16 erreichen,
da das Magnetfeld der beiden Permanentmagneten 56 und 58 in
dem Vorderbereich 84 fokussiert wird. Durch die Fokussierung
läßt sich
auch die Ausrichtung des (mindestens einen) Sensors 20 der
Sensoreinrichtung 18 relativ zu der Gebereinrichtung und insbesondere
zur magnetischen Achse der Gebereinrichtung 14 optimieren.
Da in dem Vorderbereich 84 eine höhere Energiedichte erreicht
wird, ist die Kraftmeßvorrichtung 10 unempfindlicher
gegenüber insbesondere
externen magnetischen Störfeldern.
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Die
Fokussierung des Magnetfelds in dem Vorderbereich 84 wird
durch die V-förmige
Anordnung des ersten Permanentmagneten 56 und des zweiten
Permanentmagneten 58 erreicht. Diese lassen sich auf einfache
Weise herstellen; beispielsweise können konventionelle Rechteck-Permanentmagnete
verwendet werden; die Fokussierung wird durch die Anordnung der
Permanentmagnete 56 und 58 erreicht, so daß keine
spezielle Ausgestaltung der Permanentmagnete 56 und 58 für die Fokussierung
notwendig ist.
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Die
erfindungsgemäße Geber-Sensor-Anordnung
16 mit
der Gebereinrichtung
14, bei welcher die Permanentmagnete
56 und
58 in
einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind und damit V-förmig angeordnet
sind, läßt sich
bei allen Arten von Kraftaufnehmervorrichtungen einsetzen, bei welchen ein
elektronisches Kraftsignal bzw. Wägesignal aufgrund der relativen
Positionsanordnung zwischen der Sensoreinrichtung und der Gebereinrichtung
bewirkt wird. Beispielsweise läßt sich
die erfindungsgemäße Geber-Sensor-Anordnung
in einer Kraftmeßzelle
einsetzen, wie sie in der WO 2004/106876 A1 beschrieben ist oder
bei einer Kraftmeßvorrichtung
verwenden, wie sie in der
EP
1 335 193 A2 beschrieben ist.