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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Sitzbelegungs-Sensoranordnung
zur Erfassung einer Kraft zum Zwecke einer Sitzbelegungserkennung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, mit einem ersten und einem zweiten Sensorabschnitt,
die in Bezug aufeinander beweglich gelagert und an unterschiedlichen
Bauteilen, zwischen denen die Kraft zu messen ist, festlegbar sind,
wobei an dem ersten Sensorabschnitt ein Bewegungssensor wie ein Hall-Sensor
festgelegt ist und wobei die Sensorabschnitte bei Änderungen
der Kraft relativ zueinander bewegt werden und dabei ein Anregungsbauteil
an dem Bewegungssensor vorbei bewegt wird.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Messen einer
Kraft, insbesondere mittels einer Sensoranordnung, wie sie oben
erwähnt ist.
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In
Kraftfahrzeugen spielt der Insassenschutz eine große Rolle.
Hierbei sind Airbag-Systeme
von besonderer Bedeutung.
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In
den letzten Jahren sind intelligente Airbag-Systeme auf den Markt
gekommen. Beispielsweise kann durch einen Sitzbelegungssensor erfasst werden,
ob ein Fahrzeugsitz überhaupt
belegt ist. Nur bei belegtem Sitz wird der zugeordnete Airbag auch
tatsächlich
ausgelöst.
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Die
Sitzbelegungserkennung wird bei neueren Airbag-Systemen dadurch
verfeinert, dass das Gewicht einer Person erfasst wird, die auf
dem Sitz sitzt. Der Airbag, der diesem Sitz zugeordnet ist, wird in
Abhängigkeit
von dem Personengewicht unterschiedlich stark ausgelöst, um sowohl
für leicht-
als auch für
schwergewichtige Personen einen optimalen Schutz bei Unfällen zu
erzielen.
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Eine
Sitzbelegungs-Sensoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 ist bekannt aus „Insassenschutz-Elektronik
ermittelt den richtigen Airbag-Einsatz" in www.kfz-elektronik.de vom Juni 2004
(Bosch „ibolt").
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Zur
Gewichtskrafterkennung ist bei diesem Stand der Technik ein Sensor-Bolzen
vorgesehen, der zum einen ein tragendes Element im Sitz bildet und
zum anderen das Gewicht durch Wegmessung mittels Hall-Sensoren misst.
Ein Steuergerät
kommuniziert über
ein Bussystem mit einer zentralen Airbag-Steuerelektronik, die durch
exakte Vierpunktmessung neben der reinen Gewichtsklassifizierung auch
Rückschlüsse auf
die Sitzposition sowie deren Veränderung
ermöglicht.
Mit diesen Informationen lässt
sich die Auslösung
von Airbags mit zwei- oder mehrstufigen Gasgeneratoren an die Körperhaltung der
Personen anpassen.
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Bei
derartigen Gewichtssensoren ist der Bewegungshub sehr klein. Problematisch
ist ferner, dass die Gewichtskraft, je nach Sitzposition des Passagiers,
nicht immer genau senkrecht entlang einer Hauptachse des Hall-Sensors
verläuft.
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Aus
dem Dokument
DE 198
23 529 A1 ist ein Wegbestimmungssystem zur Kraftsensierung
bekannt, wobei ein Hall-Generator
43 an einem ersten Sensorabschnitt
festgelegt ist, wobei ein Magnet
47 an einem zweiten Sensorabschnitt
festgelegt ist, das membranartig über einer Aussparung an dem
ersten Sensorabschnitt angebracht ist. Der Magnet ist an einer Unterseite
des Aufnehmerelementes angebracht und bewegt sich senkrecht auf
den Hall-Sensor zu. An der Oberseite des Aufnehmerelementes ist
ein kegeliger Vorsprung vorgesehen, auf den ein Federteller wirkt.
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Ferner
offenbart das Dokument
GB 1 495 051 eine
Sensoranordnung zur Kraftmessung, bei der eine Gegenkraft auf ein
Anregungsbauteil mittels einer Schraubenfeder erzeugt wird.
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Es
ist demzufolge die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Sitzbelegungs-Sensoranordnung anzugeben,
die eine hohe Genauigkeit auch bei hohen Störkräften ermöglicht, sowie ein entsprechendes
Verfahren zur Kraft-, insbesondere Gewichtskrafterkennung anzugeben.
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Die
obige Aufgabe wird durch eine Sitzbelegungs-Sensoranordnung gemäß Anspruch
1 gelöst, wobei
das Anregungsbauteil an dem ersten Sensorabschnitt beweglich gelagert
ist und bei Änderungen der
Kraft von einem Mitnehmer mitgenommen wird, der an dem zweiten Sensorabschnitt
festgelegt ist und auf das Anregungsbauteil im Wesentlichen punktförmig wirkt.
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Die
obige Aufgabe wird ferner gelöst
durch ein entsprechendes Verfahren zum Messen einer Gewichtskraft,
insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung, wobei
die Kraft, die in Bezug auf einen ersten Sensorabschnitt gelagerten zweiten
Sensorabschnitt wirkt, mittels eines an dem ersten Sensorabschnitt
festgelegten Bewegungssensors erfasst wird, indem eine Relativbewegung
der Sensorabschnitte auf ein Anregungselement übertragen wird, das an einer
Membran gelagert ist, die an dem ersten Sensorabschnitt festgelegt ist,
und zwar indem ein Bauteil des zweiten Sensorabschnittes, bewegt
durch die darauf wirkende Kraft, auf die Membran drückt und
damit das Anregungsbauteil in Bezug auf den Bewegungssensor bewegt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Sensoranordnung
wird das Anregungsbauteil, das zur Wegerkennung an dem Bewegungssensor
vorbei bewegt wird, nicht an dem zweiten Sensorabschnitt, sondern
an dem ersten Sensorabschnitt beweglich gelagert. Ferner wird vorgesehen,
dass der Mitnehmer, der an dem zweiten Sensorabschnitt festgelegt
ist, auf das Anregungsbauteil im Wesentlichen punktförmig wirkt.
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Hierdurch
kann erreicht werden, dass Kräfte, die
in den zweiten Sensorabschnitt eingeleitet werden und schräg zu einer
Hauptachse des Bewegungssensors gerichtet sind, in nahezu gleichem Maße zu einer
Auslenkung des Anregungsbauteils führen wie solche Gewichtskräfte, die
in Richtung der Hauptachse des Bewegungssensors eingeleitet werden.
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Mit
anderen Worten bewirken schräg
eingeleitete Kräfte
(wie sie insbesondere bei einer nicht normgerechten Sitzposition
o.Ä. vorkommen
können)
keine Veränderung
der Distanz zwischen dem Anregungsbauteil und dem Bewegungssensor
in einer Richtung quer zur Hauptachse. Derartige Abstandsveränderungen
könnten
bei den sehr kleinen Wegen, wie sie bei der Gewichtskrafterkennung
in Sitzbelegungssystemen erfasst werden, eine Verfälschung
des Messergebnisses bewirken.
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Wenn
der Mitnehmer schräg
auf das Anregungsbauteil wirkt, bewirkt dies nicht sofort eine Abstandsveränderung
des Anregungsbauteils zu dem Bewegungssensor, wie es bspw. dann
der Fall wäre, wenn
das Anregungsbauteil an dem zweiten Sensorabschnitt gelagert bzw.
festgelegt wäre.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist das Anregungselement an einem elastischen Bauelement wie insbesondere
einer Membran gelagert, die an dem ersten Sensorabschnitt festgelegt
ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass das Anregungsbauteil in
Richtung der Hauptachse des Bewegungssensors stabil geführt wird.
Da ein Mitnehmer auf die Membran drückt, werden schräge Kräfte bzw. Querkräfte nicht
unmittelbar auf das Anregungsbauteil übertragen. Hierdurch kann eine
Veränderung des
Abstandes zwischen dem Anregungsbauteil und dem Bewegungssensor
auch bei schräg
eingeleiteten Kräften
verhindert werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Sensoranordnung
ist es wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
vorgesehen, dass das Anregungsbauteil an dem ersten Sensorabschnitt
mittels einer elastischen Membran gelagert ist, wobei die Membran
an einem Trägerbauteil
festgelegt ist, das an dem ersten Sensorabschnitt festgelegt ist.
Bei dieser Ausführungsform
ist die Membran nicht unmittelbar an dem ersten Sensorabschnitt
gelagert, sondern mittelbar an einem Trägerbauteil.
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Dabei
ist es von besonderem Vorteil, wenn die Membran das Anregungsbauteil
gegen die Richtung der Kraft elastisch vorspannt.
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Durch
diese Maßnahme
kann das Anregungsbauteil mit der Membran gegen einen an den zweiten
Sensorabschnitt gelagerten Mitnehmer elastisch angedrückt werden.
Dabei können
Bewegungen des zweiten Sensorabschnittes unmittelbar ohne Leerhub
auf die Membran bzw. das Anregungsbauteil übertragen werden.
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Auch
ist es vorteilhaft, wenn die Membran im Wesentlichen rund und konzentrisch
zu einer Hauptachse der Kraft angeordnet ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann die Membran zum einen kostengünstig hergestellt werden, bspw.
durch Tiefziehen. Zum anderen ist es konstruktiv günstig zu
realisieren, dass das Anregungsbauteil geeignet in Richtung der
Hauptachse geführt
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Membran einen Ausschnitt auf, durch den hindurch der Bewegungssensor
ragt.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann das an der Membran gelagerte Anregungsbauteil in einer Ausgangsstellung
(Ruhestellung) günstig
in Bezug auf den Bewegungssensor gelagert sein. Mit anderen Worten
kann hierdurch erreicht werden, dass der Bewegungssensor und das
Anregungsbauteil in der Ruhestellung einen günstigen Abschnitt der charakteristischen
Kennlinie des Bewegungssensors einnehmen.
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Hierdurch
kann die Membran gegenüber Stör-Einwirkungen
auf den ersten Sensorabschnitt besser entkoppelt werden. Zudem kann
das Trägerbauteil
weitere Funktionen erfüllen.
Auch ist eine Vormontage von Membran und Trägerbauteil möglich.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Bewegungssensor an dem Trägerbauteil festgelegt.
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Hierbei übernimmt
das Trägerbauteil
die weitere Funktion der Lagerung des Bewegungssensors. Auch insoweit
kann eine Vormontage auf einfachere Weise realisiert werden.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
ist das Trägerbauteil
in der Draufsicht etwa kreisförmig
ausgebildet und ist im Bereich seines Kreisrandes an dem ersten
Sensorabschnitt festgelegt.
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Durch
diese Maßnahme
ist es möglich,
die Hauptachse der Krafteinwirkung etwa in die Mitte der Kreisform
zu verlegen. Dies kann eine große
Entkopplung gegenüber
dem ersten Sensorabschnitt ermöglichen.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
ist dabei die Membran in der Draufsicht ebenfalls etwa kreisförmig und
ist im Bereich ihres Kreisrandes an dem Trägerbauteil festgelegt.
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Dies
ermöglicht
eine kostengünstige
Konstruktion und unterstützt
die Entkopplung des Anregungsbauteils von dem ersten Sensorabschnitt.
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Insgesamt
ist es ferner vorteilhaft, wenn das Anregungsbauteil an dem ersten
Sensorabschnitt mittels einer elastischen Membran gelagert ist und wenn
der Mitnehmer von der entgegengesetzten Seite an der Membran angreift.
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Dies
führt zu
einer kostengünstigen
und reibungsarmen Konstruktion.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die Membran aus Metall, insbesondere aus
Edelstahl hergestellt ist.
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Auf
diese Weise lässt
sich die Membran kostengünstig
herstellen, bei hoher Dauerhaltbarkeit.
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Ebenfalls
vorteilhaft ist es, wenn der Mitnehmer an seinem vorderen Ende spitz
zulaufend ausgebildet ist.
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Auf
diese Weise kann die punktförmige
Wirkung des Mitnehmers auf das Anregungsbauteil einfach realisiert
werden.
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Obgleich
es generell denkbar ist, dass die Bewegungsachse der Relativbewegung
zwischen dem Anregungsbauteil und dem Bewegungssensor quer zu einer
Hauptachse verläuft,
entlang der eine Hauptkomponente der zu messenden Kraft gerichtet ist,
ist es besonders bevorzugt, wenn diese Achsen parallel verlaufen.
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Dies
ermöglicht
eine einfache Verbindung zwischen der Sensoranordnung und den Bauteilen, zwischen
denen die Kraftwirkung zu messen ist, also bspw. zwischen einem
Chassis (einer Sitzschiene) eines Kraftfahrzeugs und einem Kraftfahrzeugsitz.
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Es
versteht sich, dass zur Gewichtserfassung in der Regel nicht nur
eine Sensoranordnung vorgesehen wird, sondern wenigstens drei, vorzugsweise
vier Sensoranordnungen im Bereich der vier äußeren Ecken des Sitzes.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht durch eine Sensoranordnung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
der 1 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
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3 eine
Teilschnittansicht entlang der Linie III-III der 2;
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4 eine
schematische perspektivische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
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5 eine
Ansicht des Details V der 4;
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6 eine
vorgefertigte Baugruppe aus Trägerbauteil,
Membran und elektrischem Anschlussbauteil, zum Einbau zwischen zwei
Sensorabschnitten der Sensoranordnung der 4 und 5;
und
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7 eine
perspektivische Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung
generell mit 10 bezeichnet. Die Sensoranordnung 10 ist
als Gewichtssensor ausgebildet, wobei eine auf einen Kraftfahrzeugsitz
ausgeübte
Gewichtskraft gemessen wird.
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Die
Sensoranordnung 10 weist einen ersten Sensorabschnitt 12 und
einen zweiten Sensorabschnitt 14 auf. Der erste Sensorabschnitt 12 ist
mit einer Karosserie 18 bzw. einem hiermit starr verbundenem
Bauteil wie einer Sitzschiene o.Ä.
verbindbar. Der zweite Sensorabschnitt 14 ist mit einem
Sitz 16 verbindbar, auf den eine Gewichtskraft G wirkt.
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Die
Gewichtskraft G wirkt generell entlang einer Hauptachse 20.
Der erste und der zweite Sensorabschnitt 12, 14 sind
in einer Richtung voneinander weg vorgespannt, und zwar mittels
schematisch gezeigter Federn 22. Die Richtung der Vorspannkraft
ist in 1 bei 24 gezeigt, also entgegengerichtet
zu der Gewichtskraft G.
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Der
erste und der zweite Sensorabschnitt 12, 14 sind
durch nicht dargestellte Anschläge
begrenzt gegeneinander beweglich, so dass die Federn 22 den
zweiten Sensorabschnitt 14 generell von dem ersten Sensorabschnitt 12 weg
gegen diese Anschläge
drücken. 1 zeigt
insoweit eine Grund- bzw. Ruheposition, in der noch keine Gewichtskraft
G auf den zweiten Sensorabschnitt 14 wirkt. Der Abstand zwischen
dem ersten Sensorabschnitt 12 und dem zweiten Sensorabschnitt 14 ist
sehr klein. Dies ist unter anderem auch dadurch bedingt, dass die
Gewichtskraft G gemessen werden soll, ohne dass der Sitz 16 gegenüber der
Karosserie 18 noch maßgeblich
einfedert. Vielmehr soll die Gewichtskrafterkennung für eine auf
dem Sitz 16 sitzende Person unmerklich erfolgen.
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Der
erste Sensorabschnitt 12 und der zweite Sensorabschnitt 14 schließen einen
Sensorinnenraum 26 ein.
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Der
erste Sensorabschnitt 12 weist einen mit der Hauptachse 20 ausgerichteten
ersten Bolzen 27, bspw. in Form eines Außengewindebolzens
auf, der mit der Hauptachse 20 ausgerichtet ist. In entsprechender
Weise weist der zweite Sensorabschnitt 14 einen mit der
Hauptachse 20 ausgerichteten zweiten Bolzen 28 auf,
der ebenfalls mit einem Außengewinde
versehen sein kann. Anstelle von Bolzen können auch andere Mittel zur
Befestigung an dem Sitz 16 bzw. der Karosserie 18 vorgesehen
sein.
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Im
Sensorinnenraum 26 ist ein Bewegungssensor 30 in
Form eines Hall-Sensors angeordnet. Der Hall-Sensor 30 ist
an einem Halter 32 festgelegt, der in den Sensorinnenraum 26 hineinragt.
Der Hall-Sensor 30 ist ferner über eine elektrische Verbindung
(bspw. in Form einer Flexfolie, einer Leiterplattenanordnung, Kabeln,
etc.) 34 mit einem außerhalb der
Sensorabschnitte 12, 14 angeordneten Anschlussbauteil 38 verbunden.
Das Anschlussbauteil 38 ist mit einer Steuereinrichtung
verbindbar, die von der Sensoranordnung 10 ermittelte Signale
auswertet und hieraus die Gewichtskraft G bestimmt.
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In
dem Sensorinnenraum 26 ist ferner ein Anregungsbauteil 40 vorgesehen,
das entlang der Hauptachse 20 beweglich gelagert ist. Das
Anregungsbauteil 40 ist für den Fall des Hall-Sensors 30 bspw.
ein Magnetbauteil. Bei einer anderen Art von Bewegungssensor 30 kann
das Anregungsbauteil 40 jedoch auch anders ausgebildet
sein. Im Falle einer Lichtschrankenanordnung könnte das Anregungsbauteil bspw.
ein Spiegel sein. Im Falle einer sonstigen optischen Sensoreinrichtung
könnte
das Anregungsbauteil bspw. eine codierte Leiste oder Ähnliches
sein. Entscheidend ist, dass das Anregungsbauteil 40 dazu
in der Lage ist, in dem Bewegungssensor 30 bei einer Relativbewegung
zu diesem entlang der Hauptachse 20 ein Sensorsignal anzuregen.
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Das
Anregungsbauteil 40 ist mittels eines elastischen Gliedes 41 an
dem ersten Sensorabschnitt 12 gelagert. Im vorliegenden
Fall ist das elastische Glied 41 durch eine elastische
Membran 42 gebildet. Die Membran 42 ist im vorliegenden
Fall in der Draufsicht etwa kreisförmig ausgebildet. Auch der
erste und der zweite Sensorabschnitt 12, 14 sind generell
etwa kreis- bzw. zylinderförmig
ausgebildet.
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Die
Membran 42 ist an dem ersten Sensorabschnitt 12 in
dem Sensorinnenraum 26 gelagert, und zwar oberhalb des
Bewegungssensors 30. Die Membran 42 weist einen
zentralen Abschnitt 44 auf, an dessen Unterseite das Anregungsbauteil 40 festgelegt
ist, bspw. durch Kleben. Die Membran 42 weist ferner einen
im Bereich ihres Kreisrandes 47 ausgebildeten Befestigungsabschnitt 46 auf,
mittels dessen die Membran 42 an dem ersten Sensorabschnitt 12 festgelegt
ist. Zwischen dem zentralen Abschnitt 44 und dem Befestigungsabschnitt 46 ist
ein Ausgleichsabschnitt 48 vorgesehen, der eine Bewegung des
zentralen Abschnittes 44 relativ zu dem ersten Sensorabschnitt 12 entlang
der Hauptachse 20 ermöglicht.
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An
dem zweiten Sensorabschnitt 14 ist ein Mitnehmer 50 festgelegt,
der im vorliegenden Fall als in den Sensorinnenraum 26 hineinragender
Stößel ausgebildet
ist.
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Der
Mitnehmer 50 ist an seinem vorderen Ende 52 spitz
zulaufend ausgebildet.
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Die
Membran 42 ist so an dem ersten Sensorabschnitt 12 festgelegt,
dass der zentrale Abschnitt 44 gegen das spitz zulaufende
vordere Ende 52 des Mitnehmers 50 elastisch vorgespannt
ist.
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Wenn
nun ausgehend von der in 1 gezeigten Ruheposition eine
Gewichtskraft G von oben entlang der Hauptachse 20 auf
den zweiten Sensorabschnitt 14 wirkt, drückt das
vordere Ende 52 des Mitnehmers 50 von oben auf
den zentralen Abschnitt 44 der Membran 42 und
lenkt diese gegenüber
dem ersten Sensorabschnitt 12 und somit gegenüber dem Bewegungssensor 30 aus.
Da das Anregungselement 40 an der Membran 42 befestigt
ist, erfolgt somit eine Relativbewegung entlang der Hauptachse 20 zwischen
dem Anregungsbauteil 40 und dem Bewegungssensor 30.
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Hierdurch
werden gemäß den an
sich bekannten Eigenschaften eines Bewegungssensors wie eines Hall-Sensors 30 Signale
erzeugt, aus denen sich die Gewichtskraft G ermitteln lässt. Demzufolge
kann das Gewicht einer auf dem Sitz 16 sitzenden Person
erkannt werden.
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Im
einfachsten Fall ist für
den Sitz 16 nur eine Sensoranordnung 10 vorgesehen.
Im Regelfall sind jedoch wenigstens drei, vorzugsweise vier Sensoranordnungen 10 vorgesehen,
um den Sitz 16 an vier Ecken zu lagern. Die Gewichtskraft
wird dann aus den Signalen sämtlicher
vier Sensoranordnungen 10 ermittelt. Durch geeignete Berechnungsverfahren
lässt sich
aus einer derartigen Gruppe von Sensoranordnungen auch ggf. ermitteln,
wie die Person auf dem Sitz 16 sitzt, also bspw. weiter
vorn oder weiter hinten.
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Auf
der Grundlage dieser Daten lässt
sich dann im Falle eines Unfalls ein Airbag sehr viel gezielter
und vor allem sicherer für
den Passagier auslösen.
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In 1 ist
eine Distanz D in Richtung quer zu der Hauptachse 20 zwischen
dem Bewegungssensor 30 und dem Anregungsbauteil 40 gezeigt.
Die Distanz D sollte für
einen ordnungsgemäßen Betrieb der
Sensoranordnung 10 möglichst
immer konstant bleiben. Dies kann bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 dadurch
gewährleistet
werden, dass das Anregungsbauteil 40 beweglich an dem ersten
Sensorabschnitt 12 gelagert ist und dass der Mitnehmer 50 die
Membran 42 nur punktförmig
berührt.
Selbst bei einer schrägen
Ausrichtung der Gewichtskraft (wie es bei G' gezeigt ist), bei der der zweite Sensorabschnitt 14 schräg in Bezug
auf den ersten Sensorabschnitt 12 ausgerichtet ist (der
entsprechende schräge
Mitnehmer ist in 1 gestrichelt bei 50' gezeigt), führt dies
nicht zu einer Veränderung
der Distanz D zwischen dem Anregungsbauteil 40 und dem
Bewegungssensor 30.
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Da
der zentrale Abschnitt 44 der Membran 42 aufgrund
der Lagerung konzentrisch zu der Hauptachse 20 im Wesentlichen
dazu ausgelegt ist, parallel hierzu versetzt zu werden, erfolgt
keine Neigung des zentralen Abschnittes 44 schräg zu der Hauptachse 20,
selbst wenn das vordere Ende 52 des Mitnehmers 50 nicht
exakt mit der Hauptachse 20 ausgerichtet ist.
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Insgesamt
wird so die Bewegung zwischen dem Anregungsbauteil 40 und
dem Bewegungssensor 30 von der Relativstellung der zwei
Sensorabschnitte 12, 14 entkoppelt. Die Sensoranordnung 10 kann
daher sehr genau arbeiten und ist gegenüber Störkräften und Störmomenten weitgehend unempfindlich.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10A.
Die Sensoranordnung 10A entspricht hinsichtlich Aufbau und
Funktionsweise generell der Sensoranordnung 10 der 1.
Im Folgenden wird lediglich auf Unterschiede eingegangen.
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Bei
der Sensoranordnung 10A ist das Anregungsbauteil 40A nicht
an einer Membran gelagert, sondern an einem elastischen Glied 41A in
Form einer Schraubenfeder oder Ähnliches.
Das elastische Glied 41A kann auch ein Bauteil aus Elastomer
oder ein Verbundbauteil mit diesem Werkstoff sein.
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Das
Anregungsbauteil 41A wird, wie es auch in 3 gezeigt
ist, von einem Führungsabschnitt 60 in
Richtung parallel zur Hauptachse 20A geführt.
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Bei
dieser Ausführungsform
greift ein vorderes Ende 52A des Mitnehmers 50A unmittelbar
an einer Oberseite des Anregungsbauteils 40A an. Selbst dann,
wenn das vordere Ende 52A nicht exakt mit der Hauptachse 20A ausgerichtet
ist, erfolgt keine Veränderung
der Distanz D, da das Anregungsbauteil 40A in dem Führungsabschnitt 60 in
Richtung parallel zur Hauptachse 20A exakt geführt wird.
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Es
versteht sich, dass das vordere Ende 52 des Mitnehmers 50 bei
den beiden oben beschriebenen Ausführungsformen statt spitz zulaufend
auch kalottenförmig
ausgebildet sein kann oder Ähnliches.
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In
allen Fällen
wird bewirkt, dass auch bei einer schrägen Ausrichtung des Mitnehmers 50 exakt der
Hub zwischen den zwei Sensorabschnitten 12, 14 auf
das Anregungsbauteil 40 übertragen wird. Bei einer im
Wesentlichen planen Ausbildung des vorderen Endes 52 wurde
bei einer schrägen
Ausrichtung des Mitnehmers auch bei einer kleinen Relativbewegung
zwischen den Sensorabschnitten 12, 14 ein relativ
großer
Hub des Anregungsbauteils 40 erzeugt werden. Dies würde zu einer
Signalverfälschung
führen.
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Nachstehend
werden weitere Ausführungsformen
von erfindungsgemäßen Sensoranordnungen
erläutert.
Diese basieren generell auf den oben beschriebenen Bauarten und
Funktionsweisen. Sofern nichts anderes vermerkt ist, soll die obige
Beschreibung daher in gleichem Maße auf die nachfolgenden Ausführungsformen
anwendbar sein.
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In 4 ist
eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10B gezeigt.
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Der
zweite Sensorabschnitt 14B ist bei dieser Ausführungsform
mehrteilig ausgebildet, mit einem mit der Hauptachse 20B ausgerichteten
Zylinderabschnitt 70 und einem Tellerabschnitt 72.
Der Zylinderabschnitt 70 weist eine durchgehende Axialbohrung 74 auf,
in die ein Mitnehmer 50B eingesetzt ist. Die Lage des Mitnehmers 50B in
Bezug auf den Zylinderabschnitt 70 kann dabei ggf. einstellbar
sein, um die Sensoranordnung 10B kalibrieren zu können.
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Der
Tellerabschnitt 72 ist an seinem äußeren Umfangsbereich mit einem
nicht näher
bezeichneten Kreisschulterabschnitt des ersten Sensorabschnittes 12B verbunden.
Der Zylinderabschnitt 70 ist durch eine zentrale Öffnung des
Tellerabschnittes 72 hindurchgeführt und liegt mit einem nicht
näher bezeichneten
Flanschabschnitt in einer zu dem Sensorinnenraum 26 gerichteten
Aufnahme des Tellerabschnittes 72.
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Zwischen
den zwei Sensorabschnitten 12B, 14B ist in dem
Sensorinnenraum 26B ferner eine Tellerfeder 76 angeordnet.
Die Tellerfeder 76 ist an ihrem Außenumfang zwischen den zwei
Sensorabschnitten 12B, 14B festgelegt und drückt mit
ihrem zentralen Abschnitt den Zylinderabschnitt 70 von
innen gegen die Aufnahme des Tellerabschnittes 72. Dies
ist schematisch bei 77 gezeigt.
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Die
Tellerfeder 76 weist ferner eine nicht näher bezeichnete
zentrale Öffnung
auf, durch die hindurch der Mitnehmer 50B auf das Anregungsbauteil 40B wirkt
(vgl. auch 5).
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An
dem ersten Sensorabschnitt 12B ist innerhalb des Sensorinnenraumes
ein Trägerbauteil 82 gelagert,
das in der Draufsicht etwa kreisförmig ist. Das Trägerbauteil 82 ist
an seinem Außenumfang zwischen
den zwei Sensorabschnitten 12B, 14B gelagert,
genauer gesagt zwischen dem Außenumfangsabschnitt
des ersten Sensorabschnittes 12B und der Unterseite der
Tellerfeder 76.
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Das
Trägerbauteil 82 ist
so gelagert, dass es den Boden des Sensorinnenraumes generell nicht berührt. An
einer Oberseite des Trägerbauteils 82 ist eine
Membran 42B festgelegt. Auch die Membran 42B ist
in der Draufsicht etwa kreisförmig
und ist mit ihrem Außenumfang
an der Oberseite des Trägerbauteils 82 festgelegt.
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Die
Membran 42B weist in ihrem mittleren Bereich (benachbart
zu der Hauptachse 20B) einen Ausschnitt 78 auf
(vgl. auch 5) durch den hindurch sich eine
nach oben erstreckende Ausstülpung 80 des
Trägerbauteils 82 erstreckt.
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Der
Bewegungssensor 30B ist innerhalb der Ausstülpung 80 festgelegt.
Der Bewegungssensor 30B und seine elektrische Verbindung 34B sind
somit in dem Raum zwischen dem ersten Sensorabschnitt 12B und
dem Trägerbauteil 82 angeordnet.
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Die
Membran 42B ist zwischen dem Trägerbauteil 82 und
dem zweiten Sensorabschnitt 14B angeordnet und lagert an
der Unterseite ihres zentralen Abschnittes ein Anregungsbauteil 40B (vgl. 5).
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Der
Mitnehmer 50B ist mit der Hauptachse 20B ausgerichtet
und wird bei Aufbringen einer Gewichtskraft entlang einer Seitenwand
der Ausstülpung 80 des
Trägerbauteils 82 versetzt.
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6 zeigt
eine vormontierte Anordnung aus dem Trägerbauteil 82 und
der Membran 42B, wobei an dem Trägerbauteil 82 bereits
der Bewegungssensor 30B montiert und über eine elektrische Verbindung 34B (bspw.
eine Flexfolie) mit einem Anschlussbauteil 38B verbunden
ist.
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An
der Unterseite der Membran 42B ist bereits das Anregungsbauteil 40B festgelegt,
bspw. angeklebt (nicht dargestellt).
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Sowohl
die Membran 42B als auch das Trägerbauteil 82 können aus
Metall hergestellt sein, bspw. in einem Tiefziehverfahren. Generell
ist das Trägerbauteil 82 deutlich
stabiler ausgebildet als die Membran 42B. Beispielsweise
kann die Dicke der Membran 42B im Bereich von 0,05 bis
0,5 mm liegen, wohingegen die Dicke des Trägerbauteils 82 im
Bereich von 0,75 bis 10 mm liegen kann.
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Die
in 6 gezeigte vormontierte Anordnung kann bei der
Endmontage auf einfache Weise zwischen den vorgefertigten Sensorabschnitten 12B, 14B und
der Tellerfeder 76 eingesetzt werden.
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7 zeigt
eine weitere alternative Ausführungsform
einer Sensoranordnung 10C.
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Die
Sensoranordnung 10C entspricht hinsichtlich Aufbau und
Funktionsweise generell der Sensoranordnung 10B. Im Folgenden
wird lediglich auf Unterschiede eingegangen.
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Bei
der Sensoranordnung 10C ist die Membran 42C so
ausgebildet, dass ein Ausgleichsabschnitt 48C nicht prägnant durch
zickzackförmig
verlaufende Abschnitte, sondern durch einen sanft geschwungenen
Wellenabschnitt gebildet ist.
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Ferner
ist an der Rückseite
des Bewegungssensors 30C eine weitere Baugruppe 90 innerhalb der
Ausstülpung 80C des
Trägerbauteils 82C angeordnet.
Genauer gesagt ist zwischen dem Bewegungssensor 30C und
der weiteren Baugruppe 90 die elektrische Verbindung (bspw.
in Form einer Flexfolie) angeordnet.
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Die
weitere Baugruppe 90 kann bspw. als elektronische Baugruppe
ausgebildet sein, um die elektrische Beschaltung des Bewegungssensors 30C sensornah
zu implementieren. Zusätzlich
oder alternativ hierzu kann die weitere Baugruppe 90 jedoch
auch elastische Mittel aufweisen, um den Bewegungssensor 30C in
einer Richtung quer zur Hauptachse gegen die Innenwand der Ausstülpung 80C zu
drücken
und somit für
eine stabile Lage des Bewegungssensors 30C in Bezug auf
das Anregungsbauteil 40C zu sorgen.