DE102005016432B3

DE102005016432B3 - Kraftmeßvorrichtung

Info

Publication number: DE102005016432B3
Application number: DE102005016432A
Authority: DE
Inventors: Sven Sautter; Andreas Hampe
Original assignee: Bizerba SE and Co KG
Current assignee: BAG Bizerba Automotive GmbH
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2025-04-06
Also published as: US7444881B2; WO2006105902A1; US20080078254A1; JP2008534971A; CN101160515A; EP1866617A1

Abstract

Es wird 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, vorgeschlagen, bei welcher die Gebereinrichtung mindestens einen ersten Permanentmagneten und einen zweiten Permanentmagneten umfaßt, welche jeweils über eine Längsrichtung einen im wesentlichen konstanten geometrischen Querschnitt aufweisen, und bei welcher der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet in einem Winkel zueinander angeordnet sind.

Description

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftmessvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welcher auf einfache Weise eine Kennwertverbesserung erreicht wird.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die erfindungsgemäße Kraftmessvorrichtung lässt sich auf kostengünstige Weise herstellen, wenn der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet im wesentlichen gleich ausgebildet sind.

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.

Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn der zweite Permanentmagnet zwischen einer ersten Begrenzungsebene und einer parallelen zweiten Begrenzungsebene gebildet ist.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die erfindungsgemäße Kraftmeßvorrichtung läßt sich auf vorteilhafte Weise an einem Fahrzeug und insbesondere an einem Kraftfahrzeug verwenden.

Beispielsweise wird die erfindungsgemäße Kraftmeßvorrichtung an einem Fahrzeugsitz verwendet, um beispielsweise Gewichtsdaten im Zusammenhang mit einer Airbag-Steuerung zu ermitteln.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kraftmeßvorrichtung in Form einer Kraftmeßzelle;
2 eine Schnittansicht der Meßvorrichtung gemäß 1;
3 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs A gemäß 2;
4 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Gebereinrichtung;
5 eine Vorderansicht der Gebereinrichtung gemäß 4; und
6 eine Schnittansicht längs der Linie 6-6 gemäß 5.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Der Sensor 20 sitzt vorzugsweise mittig zwischen der ersten Schwächungszone 30 und der zweiten Schwächungszone 32 auf der Achse des Innenraums 26.
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.
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.
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.)
Die Krafteinleitungseinrichtung 40 weist ferner einen Halteendbereich 44 auf, welcher in die Ausnehmung 38 des Montageteils 12 eingetaucht ist und dort gehalten ist.
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.)
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.
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.
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.
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.
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.
Es ist grundsätzlich möglich, daß es sich bei den Permanentmagneten 56 und 58 um Stabmagnete mit beispielsweise kreisförmigem Querschnitt handelt.
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.
Insbesondere sind der erste Permanentmagnet 56 und der zweite Permanentmagnet 58 im wesentlichen gleich ausgebildet.
Der erste Permanentmagnet 56 erstreckt sich dann beispielsweise zwischen einer ersten Begrenzungsebene 70 und einer parallelen zweiten Begrenzungsebene 72 (5).
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).
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.
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.
Vor der Vorderseite 78 liegt in dem Innenraum 26 ein Vorderbereich 84 (2), in welchem die Sensoreinrichtung 18 angeordnet ist.
Die Aufnahmen 60 und 62 lassen sich insbesondere bei quaderförmigen Permanentmagneten 56, 58 als seitlich offene Schlitze ausbilden.
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.
Begrenzungswände der ersten Aufnahme 60 und der zweiten Aufnahme 62 liegen dann ebenfalls in einem spitzen Winkel entsprechend dem Winkel 80 zueinander.
Weiterhin liegen Begrenzungsebenen 70, 72 des ersten Permanentmagneten 56 und des zweiten Permanentmagneten 58 in dem spitzen Winkel 80 zueinander.
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.
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.
Zwischen der ersten Aufnahme 60 und der zweiten Aufnahme 62 ist ein Zwischenbereich 82 gebildet. Die Permanentmagnete 56 und 58 berühren sich dadurch nicht.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Kraftmessvorrichtung, umfassend eine Geber-Sensor-Anordnung (16) mit einer magnetfelderzeugenden Gebereinrichtung (14) und einer magnetfeldempfindlichen Sensoreinrichtung (18), wobei die Gebereinrichtung (14) und die Sensoreinrichtung (18) unter Kraftbeeinflussung der Kraftmessvorrichtung relativ zueinander beweglich sind und die Gebereinrichtung (14) mindestens einen ersten Permanentmagneten (56) und einen zweiten Permanentmagneten (58) umfasst, welche jeweils über eine Längsrichtung (64; 66) einen im Wesentlichen konstanten geometrischen Querschnitt (68a, 68b) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Permanentmagnet (56) und der zweite Permanentmagnet (58) in einem Winkel (80) zueinander angeordnet sind, dass in der Längsrichtung (64) des ersten Permanentmagneten (56) Nordpol (74a) und Südpol (74b) aufeinanderfolgen, dass in der Längsrichtung (66) des zweiten Permanentmagneten (58) Nordpol (76a) und Südpol (76b) aufeinanderfolgen und dass die Längsrichtung (64) des ersten Permanentmagneten (56) und die Längsrichtung (66) des zweiten Permanentmagneten (58) sich in einem Bereich (84) vor der Gebereinrichtung (14) schneiden, in welchem die Sensoreinrichtung (18) angeordnet ist.
Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Permanentmagnet (56) und der zweite Permanentmagnet (58) Dipolmagnete sind.
Kraftmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Permanentmagnet (56) und der zweite Permanentmagnet (58) im Wesentlichen gleich ausgebildet sind.
Kraftmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Permanentmagnet (56) zwischen einer ersten Begrenzungsebene (70) und einer parallelen zweiten Begrenzungsebene (72) gebildet ist.
Kraftmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Permanentmagnet (58) zwischen einer ersten Begrenzungsebene und einer parallelen zweiten Begrenzungsebene gebildet ist.
Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Begrenzungsebene (70) des ersten Permanentmagneten (56) und die erste Begrenzungsebene des zweiten Permanentmagneten (58) in einem spitzen Winkel (80) zueinander liegen.
Kraftmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Permanentmagnet (56) quaderförmig ist.
Kraftmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Permanentmagnet (58) quaderförmig ist.
Kraftmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtungen (64, 66) des ersten Permanentmagneten (56) und des zweiten Permanentmagneten (58) in einem spitzen Winkel (80) zueinander liegen.
Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der spitze Winkel (80) zwischen 5° und 45° liegt.
Kraftmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Pol (74b; 76a) des ersten Permanentmagneten (56) und des zweiten Permanentmagneten (58) der Sensoreinrichtung (18) zu weist.
Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Nordpol (76a) eines Permanentmagneten (58) und der Südpol (74b) des anderen Permanentmagneten (56) der Sensoreinrichtung (18) zu weist.
Kraftmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Permanentmagnet (56) in einer ersten Aufnahme (60) der Gebereinrichtung (14) angeordnet ist und der zweite Permanentmagnet (58) in einer zweiten Aufnahme (62) der Gebereinrichtung (14) angeordnet ist.
Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aufnahme (60) und die zweite Aufnahme (62) in einem Winkel (80) zueinander angeordnet sind.
Kraftmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Permanentmagneten (56) und dem zweiten Permanentmagneten (58) ein Keilelement sitzt.
Kraftmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (18) mindestens einen Hall-Sensor (20) umfasst.
Kraftmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastischer Kraftaufnehmer (22) vorgesehen ist, an welchen die Gebereinrichtung (14) oder die Sensoreinrichtung (18) gekoppelt ist.
Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftaufnehmer (22) als Hohlstab (24) ausgebildet ist, welcher eine erste Schwächungszone (30) und eine beabstandete zweite Schwächungszone (32) aufweist.
Verwendung der Kraftmessvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche in einem Fahrzeug.
Verwendung der Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 19 an einem Fahrzeugsitz.