DE102011119310B4

DE102011119310B4 - Force sensor arrangement

Info

Publication number: DE102011119310B4
Application number: DE201110119310
Authority: DE
Inventors: Stephan Roos
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: DE102011119310A1

Abstract

Kraftsensoranordnung, insbesondere für eine Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs, – mit einem wenigstens teilweise strangförmigen Verschiebungselement (7) zur Übertragung einer Kraft in seiner Längsrichtung und mit einem mit dem Verschiebungselement (7) zusammenwirkenden Abstützelement (9), wobei das Verschiebungselement (7) gegenüber dem Abstützelement (9) in seiner Längsrichtung verschiebbar ist, – mit einer Kraftsensorfeder (12), mittels derer das Abstützelement (9) mit einem festen Widerlager (13) gekoppelt ist, – mit einem Wegsensor (1, 2), der denjenigen Weg des Abstützelementes (9) erfasst, den dieses gegen die Kraft der Kraftsensorfeder (12) zurücklegt, sowie – mit einem Spannfederelement (23, 34) zum Aufbringen einer Vorspannung, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannfederelement (23, 34) zumindest im kraftfreien Zustand des Verschiebungselementes (7) die Kraftsensorfeder (12) in deren Wirkrichtung entweder ausschließlich unmittelbar gegen das Abstützelement (9) oder ausschließlich unmittelbar gegen das Widerlager (13) verspannt.Force sensor arrangement, in particular for a parking brake of a motor vehicle, - with an at least partially strand-shaped displacement element (7) for transmitting a force in its longitudinal direction and with a support element (9) interacting with the displacement element (7), the displacement element (7) opposite the support element (9) is displaceable in its longitudinal direction, - with a force sensor spring (12), by means of which the support element (9) is coupled to a fixed abutment (13), - with a displacement sensor (1, 2), which detects that path of the support element ( 9), which it travels against the force of the force sensor spring (12), and - with a tension spring element (23, 34) for applying a pretension, characterized in that the tension spring element (23, 34) at least when the displacement element (7 ) the force sensor spring (12) in its direction of action either exclusively directly against the support element nt (9) or clamped directly against the abutment (13).

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Mechanik und bezieht sich auf eine Kraftsensoranordnung, insbesondere für eine Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs, sowie auf eine solche Feststellbremse.The invention is in the field of mechanics and relates to a force sensor arrangement, in particular for a parking brake of a motor vehicle, as well as to such a parking brake.

Bei derartigen Kraftsensoranordnungen ist es bekannt, Kräfte anhand der Verformung von im Kraftfluss angeordneten elastisch verformbaren Federelementen zu bestimmen, wobei bei bekannter Federcharakteristik der Verformungsweg der Feder gemessen und mittels einer bekannten Kennlinie auf die wirkende Kraft geschlossen wird. In der praktischen Umsetzung ist somit nach einer anfänglichen Eichung lediglich eine Wegmessung zur Kraftbestimmung erforderlich. Die Anwendung entsprechender Kraftsensoranordnungen findet sich speziell in der Kraftfahrzeugmechanik, besonders im Zusammenhang mit Feststellbremsen.In such force sensor arrangements, it is known to determine forces based on the deformation of elastically deformable spring elements arranged in the flux of force, the deformation path of the spring being measured and the force acting being determined by means of a known characteristic curve. In practical implementation, therefore, after an initial calibration, only one displacement measurement is required to determine the force. The application of corresponding force sensor arrangements is found especially in motor vehicle mechanics, especially in connection with parking brakes.

Aus der DE 103 61127 A1 ist beispielsweise eine Kraftfahrzeugfeststellbremse mit einer Spindel bekannt, die mit einer antreibbaren Spindelmutter zusammenwirkt, wodurch die Spindel in Längsrichtung verschiebbar ist. Die Spindel ist ihrerseits mit einem Zug verbunden, der auf eine Fahrzeugbremse wirkt. Um die wirkende Kraft bestimmen zu können, stützt sich die Spindelmutter über eine Kraftsensorfeder an einem festen Widerlager eines Getriebegehäuses ab. Die Spindelmutter ist in Längsrichtung der Spindel gegenüber dem Getriebegehäuse beweglich, so dass die Kraft, die auf die Spindel und die Spindelmutter wirkt, über die Kraftsensorfeder auf das Getriebegehäuse geleitet wird und dabei die Kraftsensorfeder entsprechend dem Ausmaß der wirkenden Kraft verformt. Beschrieben ist auch eine Sensoranordnung, die es erlaubt, den Verformungsweg der Kraftsensorfeder und damit die wirkende Bremskraft zu bestimmen.From the DE 103 61127 A1 For example, a motor vehicle parking brake with a spindle is known, which cooperates with a drivable spindle nut, whereby the spindle is displaceable in the longitudinal direction. The spindle is in turn connected to a train which acts on a vehicle brake. In order to determine the acting force, the spindle nut is supported by a force sensor spring on a fixed abutment of a gear housing. The spindle nut is movable in the longitudinal direction of the spindle relative to the transmission housing, so that the force acting on the spindle and the spindle nut is passed to the transmission housing via the force sensor spring, thereby deforming the force sensor spring according to the magnitude of the acting force. Also described is a sensor arrangement which makes it possible to determine the deformation path of the force sensor spring and thus the braking force acting.

Eine entsprechende Gestaltung einer Feststellbremse ist außerdem aus der DE 101 02685 A1 bekannt.A corresponding design of a parking brake is also from the DE 101 02685 A1 known.

Bekannte Kraftsensoreinrichtungen haben den Nachteil, dass sich die dabei zum Einsatz kommenden Kraftsensorfedern im kraftfreien Zustand der Anordnung, wenn also keine Kraft übertragen wird, in einem undefinierten Zustand befinden. Üblicherweise stellt sich in einem derartigen kraftfreien Zustand ein mechanisches Spiel im Bereich der Feder in deren Wirkrichtung ein, so dass diese parallel und quer zu ihrer Wirkrichtung beweglich ist. Eine derartige Feder kann dabei in eine Lage geraten, die bei einer nachfolgenden erneuten Belastung zu einer veränderten Federcharakteristik und damit zu einer nicht reproduzierbaren Krafterfassung bzw. zu einem Messfehler führt. Wird beispielsweise eine Schraubenfeder als Kraftsensorfeder verwendet, kann diese sich schräg stellen, so dass in der Folge die Längsachse der Feder von der Wirkrichtung der Kraft abweicht. Zudem kann auch die Rechtwinkligkeit zwischen den Stirnseiten der Feder und der Längsachse verloren gehen.Known force sensor devices have the disadvantage that the force sensor springs used in the non-powered state of the arrangement, ie when no force is transmitted, are in an undefined state. Usually, in such a force-free state, a mechanical play in the region of the spring in the effective direction, so that it is movable parallel to and transversely to its effective direction. Such a spring can get into a position that leads to a change in the spring characteristic and thus to a non-reproducible force detection or to a measurement error in a subsequent re-load. If, for example, a helical spring is used as a force sensor spring, it can become inclined, so that, as a consequence, the longitudinal axis of the spring deviates from the effective direction of the force. In addition, the squareness between the end faces of the spring and the longitudinal axis can be lost.

Oft wird eine zuverlässige Positionierung einer Feder durch eine Federführung in Form eines Federdorns oder einer Federhülse sichergestellt. Beim Vorsehen solcher Federführungen kann sich im Zusammenhang mit den oben dargestellten Problemen jedoch die zusätzliche Schwierigkeit ergeben, dass die Feder bei Belastung an der Federführung reibt und damit zusätzliche Kräfte ins Spiel kommen, die das Messergebnis verfälschen. Beispielsweise ist in einem solchen Fall die Kraft/Weg-Charakteristik der Feder bei Kompression und Expansion verschieden, so dass eine Hysterese entsteht, die ungewollt ist.Often a reliable positioning of a spring is ensured by a spring guide in the form of a spring mandrel or a spring sleeve. However, in the context of the above-described problems, the provision of such spring guides can result in the additional difficulty that the spring rubs against the spring guide when loaded and thus additional forces come into play which falsify the measurement result. For example, in such a case, the force / displacement characteristic of the spring in compression and expansion is different, so that a hysteresis is created, which is unintentional.

Aus dem Deutschen Gebrauchsmuster DE 20 2008 011 818 U1 ist eine Feststellbremse mit einem Antrieb und einer Kraftsensorfeder mit Wegmessungseinrichtung bekannt, bei der zur Erreichung eines definierten Kalibrierzustandes die Betätigungskraft der Bremse eliminiert und durch eine zusätzliche Federvorspannung die Spielfreiheit der kinematischen Kette hergestellt wird. Zu diesem Zweck ist dort eine Vorspannfeder vorgesehen, die die Kraftsensorfeder zwischen einem Abstützelement und einem Widerlager verspannt.From the German utility model DE 20 2008 011 818 U1 is a parking brake with a drive and a force sensor spring with path measuring device known in which the operating force of the brake eliminated to achieve a defined calibration state and the backlash of the kinematic chain is made by an additional spring preload. For this purpose, there is provided a biasing spring which clamps the force sensor spring between a support element and an abutment.

Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Kraftsensoranordnung der oben genannten Art zu schaffen, die eine zuverlässige, genaue und reproduzierbare Krafterfassung gestattet. Zudem soll die Kraftsensoranordnung platzsparend gestaltet sein.The present invention is based on the background of the prior art the object to provide a force sensor arrangement of the above type, which allows a reliable, accurate and reproducible force detection. In addition, the force sensor arrangement should be designed to save space.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved with the features of claim 1 and of claim 14. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.

Bei einer Kraftsensoranordnung, insbesondere für eine Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs, mit einem wenigstens teilweise strangförmigen Verschiebungselement zur Übertragung einer Kraft in seiner Längsrichtung und mit einem Abstützelement, wobei das Verschiebungselement gegenüber dem Abstützelement, insbesondere teleskopartig, in seiner Längsrichtung verschiebbar ist, sind eine Kraftsensorfeder, mittels deren das Abstützelement mit einem festen Widerlager gekoppelt ist, sowie ein Wegsensor vorgesehen, der den Weg des Abstützelementes erfasst, den dieses gegen die Kraft der Kraftsensorfeder zurücklegt.In a force sensor arrangement, in particular for a parking brake of a motor vehicle, with an at least partially strand-shaped displacement element for transmitting a force in its longitudinal direction and with a support element, wherein the displacement element relative to the support element, in particular telescopically, is displaceable in its longitudinal direction, are a force sensor spring, means the support element is coupled to a fixed abutment, and a displacement sensor provided which detects the path of the support element that this travels against the force of the force sensor spring.

Gemäß der Erfindung ist zudem ein Spannfederelement vorgesehen, das wenigstens im kraftfreien Zustand des Verschiebungselementes die Kraftsensorfeder in ihrer Wirkrichtung entweder ausschließlich unmittelbar gegen das Abstützelement oder ausschließlich unmittelbar gegen das Widerlager verspannt. Eine unmittelbare Verspannung der Kraftsensorfeder gegen das Abstützlager oder das Widerlager bedeutet dabei, dass die Kraftsensorfeder ohne Zwischenlage oder Zwischenschaltung eines nachgiebigen oder elastischen Elementes gegen das entsprechende Element gepresst wird. According to the invention, a tension spring element is additionally provided which, at least in the force-free state of the displacement element, clamps the force sensor spring in its direction of action either exclusively directly against the support element or exclusively directly against the abutment. An immediate tension of the force sensor spring against the support bearing or the abutment means that the force sensor spring is pressed without interposition or interposition of a resilient or elastic element against the corresponding element.

Zur vorteilhaften Ausgestaltung kann dazu jeweils das Spannfederelement als Druckfeder ganz oder zumindest teilweise zwischen der Kraftsensorfeder und dem Widerlager (bei Verspannung der Kraftsensorfeder unmittelbar mit dem Abstützelement) oder ganz oder zumindest teilweise zwischen der Kraftsensorfeder und dem Abstützelement (bei Verspannung der Kraftsensorfeder unmittelbar mit dem Widerlager) angeordnet sein. Das Spannfederelement kann auch an der dem Abstützelement zugewandten Stirnfläche der Kraftsensorfeder anliegen und durch Öffnungen des Abstützelements hindurch oder an diesem vorbei gegen das Gehäuse abgestützt sein.For advantageous embodiment, the tension spring element as a compression spring completely or at least partially between the force sensor spring and the abutment (in tension of the force sensor spring directly to the support element) or completely or at least partially between the force sensor spring and the support element (in tension of the force sensor spring directly to the abutment ) can be arranged. The tension spring element can also abut against the end face of the force sensor spring facing the support element and be supported through openings of the support element or past it against the housing.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verschiebungselement beispielsweise als Spindel ausgestaltet sein, die mit einer Spindelmutter derart zusammenwirkt, dass eine Drehung der Spindelmutter eine Längsverschiebung der Spindel gegenüber der Spindelmutter bewirkt. Damit ist das Verschiebungselement (die Spindel) in seiner (ihrer) Längsrichtung gegenüber dem Abstützelement, nämlich der Spindelmutter, verschiebbar. An der Spindel kann beispielsweise ein Zug, insbesondere ein Bowdenzug, befestigt sein, mittels dessen eine Kraft auf einen Bremsmechanismus übertragen werden kann.In an advantageous embodiment, the displacement element may for example be designed as a spindle which cooperates with a spindle nut such that a rotation of the spindle nut causes a longitudinal displacement of the spindle relative to the spindle nut. Thus, the displacement element (the spindle) in its (their) longitudinal direction relative to the support element, namely the spindle nut, displaceable. For example, a train, in particular a Bowden cable, can be fastened to the spindle, by means of which a force can be transmitted to a brake mechanism.

Vorteilhaft kann mit einer derartigen Spindel eine Zugkraft übertragen werden, wenn das Abstützelement bzw. die Spindelmutter sich an einem festen Widerlager abstützt. Zwischen dem Abstützelement und dem Widerlager ist die Kraftsensorfeder vorgesehen, die je nach dem Maß der übertragenen Kraft mehr oder weniger komprimiert oder auch expandiert wird. Aus dem Maß der Federkompression oder -expansion, das mittels des durch das Abstützelement bzw. die Spindelmutter zurückgelegten Wegs gemessen wird, lässt sich die durch die Gesamtanordnung übertragene Kraft bestimmen.Advantageously, a tensile force can be transmitted with such a spindle when the support element or the spindle nut is supported on a fixed abutment. Between the support member and the abutment, the force sensor spring is provided, which is more or less compressed or expanded depending on the degree of transmitted force. From the amount of spring compression or expansion measured by the distance traveled by the support member or spindle nut, the force transmitted through the assembly can be determined.

Das Widerlager für die Kraftsensorfeder ist üblicherweise ein Teil eines Getriebegehäuses, in dem sowohl die Spindel als auch die Spindelmutter und die Kraftsensorfeder angeordnet sind. Das Widerlager kann aber auch nur ortsfest in Bezug auf das Getriebegehäuse befestigt sein.The abutment for the force sensor spring is usually a part of a transmission housing, in which both the spindle and the spindle nut and the force sensor spring are arranged. But the abutment can also be fixed only fixed in relation to the transmission housing.

Grundsätzlich ist es denkbar, das Abstützelement bzw. die Spindelmutter mittels einer Zugfeder, beispielsweise einer Schraubenfeder an einem Widerlager des Getriebegehäuses zu halten. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch herausgestellt, eine Druckfeder zu verwenden die im Zuge einer Kraftentwicklung bzw. -einleitung in die Kraftsensoranordnung zwischen dem Abstützelement bzw. der Spindelmutter und dem Widerlager komprimiert wird.In principle, it is conceivable to hold the support element or the spindle nut by means of a tension spring, for example a helical spring, on an abutment of the transmission housing. To be particularly advantageous, it has been found, however, to use a compression spring which is compressed in the course of a force development or -einleitung in the force sensor arrangement between the support element or the spindle nut and the abutment.

Da in beiden Fällen, also sowohl im Fall einer Zugfeder als auch im Fall einer Druckfeder als Kraftsensorfeder, im kraftfreien Zustand die Kraftsensorfeder frei beweglich ist und möglicherweise auch mechanisches Spiel zwischen dem Abstützelement und der Kraftsensorfeder oder zwischen der Kraftsensorfeder und dem Widerlager entstehen kann, sieht die Erfindung vor, mittels eines Spannfederelementes die Kraftsensorfeder derart in ihrer Wirkrichtung zu verspannen, dass sie wirksam fixiert ist, und dass ihre optimale Ausrichtung erhalten bleibt. Die optimale Ausrichtung der Kraftsensorfeder ist derart, dass die Längsachse im Falle der Verwendung einer Schraubenfeder mit der Wirkrichtung der auf sie wirkenden Kraft übereinstimmt, und dass die beiden Stirnseiten der Feder gegeneinander nicht quer zur Längsachse verschoben sind. Die Verspannung der Kraftsensorfeder durch das Spannfederelement kann gemäß den obigen Ausführungen eine Zug- oder Druckspannung vorsehen.Since in both cases, so both in the case of a tension spring and in the case of a compression spring as Kraftsensorforfeder, the force sensor spring is freely movable in the force-free state and may also be mechanical play between the support member and the force sensor spring or between the force sensor spring and the abutment can see the invention proposes, by means of a tension spring element, to clamp the force sensor spring in its effective direction such that it is effectively fixed, and that its optimum alignment is maintained. The optimum orientation of the force sensor spring is such that the longitudinal axis coincides in the case of using a coil spring with the effective direction of the force acting on them, and that the two end faces of the spring are not offset from one another transversely to the longitudinal axis. The tension of the force sensor spring by the tension spring element can provide a tensile or compressive stress according to the above embodiments.

Es bestehen dabei mehrere Möglichkeiten, ein Spannfederelement zur Verspannung der Kraftsensorfeder anzuordnen. Grundsätzlich ist es möglich, das Spannfederelement derart anzuordnen, dass es im kraftfreien Zustand der Anordnung, das heißt, wenn das Verschiebungselement keine Kraft überträgt, die Kraftsensorfeder in ihrer Wirkrichtung ausschließlich gegen das Abstützelement verspannt.There are several ways to arrange a tension spring element for clamping the force sensor spring. In principle, it is possible to arrange the tension spring element in such a way that, in the force-free state of the arrangement, that is to say when the displacement element does not transmit any force, the force sensor spring braces exclusively against the support element in its effective direction.

Im Falle einer Ausführung der Kraftsensorfeder als Druckfeder ist das Spannfederelement derart angeordnet, dass es entweder von der dem Abstützelement gegenüberliegenden Seite der Kraftsensorfeder aus die Kraftsensorfeder gegen das Abstützelement drückt, oder dass es als Zugfeder das Kraftsensorelement in dieselbe Richtung gegen das Abstützelement zieht. In beiden Fällen kann das Spannfederelement gegen eine Stützscheibe wirken, die an der dem Abstützelement abgewandten Stirnseite der Kraftsensorfeder anliegt.In the case of an embodiment of the force sensor spring as a compression spring, the tension spring element is arranged such that it presses either from the opposite side of the force sensor spring from the force sensor spring against the support element, or that it pulls the force sensor element in the same direction against the support element as a tension spring. In both cases, the tension spring element can act against a support disk which bears against the end face of the force sensor spring remote from the support element.

Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Kraftsensorfeder dauerhaft in ihrer Sollposition eingeklemmt ist sowie im Betrieb einwandfrei und reproduzierbar funktioniert.In this way it is ensured that the force sensor spring is permanently clamped in its desired position and works flawlessly and reproducibly during operation.

Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das Spannfederelement wenigstens im kraftfreien Zustand der Anordnung, das heißt, wenn das Verschiebungselement keine Kraft überträgt, die Kraftsensorfeder in ihrer Wirkrichtung ausschließlich unmittelbar gegen das Widerlager verspannt. Zu diesem Zweck kann durch Zugkraft oder Druckkraft des Spannfederelements im kraftfreien Zustand das dem Widerlager abgewandte Ende der Kraftsensorfeder zur Verspannung mit einer elastischen Kraft beaufschlagt werden, die in dieselbe Richtung wirkt, in der das Abstützelement im Betriebsfall kraftbeaufschlagt wird. Hierzu kann am dem Widerlager abgewandten Ende der Kraftsensorfeder speziell eine Stützscheibe vorgesehen sein. Bei einer koaxialen Anordnung von Spannfeder und Kraftsensorfeder, sofern diese als Schrauben- oder Spiralfedern ausgebildet sind, kann vorteilhaft in dieser wie auch in den anderen hier beschriebenen Konstellationen zwischen dem Spannfederelement und der Kraftsensorfeder koaxial zu diesen eine Stützscheibe vorgesehen sei, an der sich beide Federn abstützen.Particularly advantageous may be provided that the tension spring element at least in the power-free state of the arrangement, that is, when the Displacement element transmits no force, the force sensor spring clamped in their direction of action exclusively directly against the abutment. For this purpose, by tensile force or compressive force of the tension spring element in the force-free state, the end of the force sensor spring facing away from the abutment can be subjected to tensioning with an elastic force which acts in the same direction in which the support element is subjected to force during operation. For this purpose, a support disk may be provided on the end of the force sensor spring facing away from the abutment. In a coaxial arrangement of tension spring and force sensor spring, if these are designed as helical or spiral springs, can advantageously be provided in this as well as in the other constellations described here between the tension spring element and the force sensor spring coaxially with these a support disk on which both springs support.

Vorteilhaft ist die Bewegung der Stützscheibe bei Beaufschlagung der Kraftsensorfeder mit einer Kraft durch einen festen Anschlag begrenzt, so dass auch die Belastung der Spannfeder begrenzt ist. Bei einer über die Maximalbelastung hinausgehenden Belastung ist die Stützscheibe an dem Anschlag abgestützt, so dass die Spannfeder ihre Funktion verliert. Zudem werden dabei reproduzierbare Randbedingungen für die Belastung der Kraftsensorfeder geschaffen.Advantageously, the movement of the support disk upon application of the force sensor spring is limited by a force by a fixed stop, so that the load on the tension spring is limited. At a load beyond the maximum load, the support disk is supported on the stop, so that the tension spring loses its function. In addition, reproducible boundary conditions for the load of the force sensor spring are created.

Die Erfindung hat zusätzlich zu der Festlegung der Kraftsensorfeder durch Festklemmen in ihrer Wirkrichtung den Vorteil, dass in der mechanischen Kette, die das Abstützelement und die Kraftsensorfeder sowie das Widerlager enthält, das mechanische Spiel durch die Vorspannung verringert wird. Damit ist die durch Eichung bestimmte Kraft-Wegkurve der Anordnung besonders gut reproduzierbar. Zudem wird der Verschiebungsweg des Abstützelementes zur Überwindung eines mechanischen Spiels verringert, so dass der größte Teil des Verschiebungsweges für die Kraftmessung zur Verfügung steht. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, weil die verwendeten Sensoren zur Kostenersparnis möglichst klein sein sollen und damit nur über einen begrenzten Weg eine Wegmessung erlauben.The invention has in addition to the determination of the force sensor spring by clamping in its effective direction the advantage that in the mechanical chain, which contains the support member and the force sensor spring and the abutment, the mechanical clearance is reduced by the bias. Thus, the determined by calibration force-displacement curve of the arrangement is particularly well reproduced. In addition, the displacement of the support element to overcome a mechanical backlash is reduced, so that the largest part of the displacement path for the force measurement is available. This is particularly important because the sensors used for cost savings should be as small as possible and thus allow a distance measurement only over a limited way.

Die beschriebene Anordnung hat zudem den Vorteil, dass die Kraft-Wegkurve bei einem Weg nahe Null beginnt und einem ideal linearen Verlauf vom Beginn an sehr nahe kommt.The arrangement described also has the advantage that the force-displacement curve begins at a path near zero and comes very close to an ideally linear course from the beginning.

Die Kraftsensorfeder kann vorteilhaft als Druckfeder ausgebildet und zwischen dem Abstützelement und dem Widerlager angeordnet sein.The force sensor spring can advantageously be designed as a compression spring and arranged between the support element and the abutment.

Insbesondere wenn die Kraftsensorfeder als Schraubenfeder ausgebildet ist, kann sie an einem ihrer Enden durch eine Federführung in radialer Richtung geführt sein. Die Federführung kann beispielsweise als Dorn innerhalb einer Schraubenfeder oder als Hülse radial außen, die Feder umgebend, ausgebildet sein. Die Federführung kann dabei entweder an dem Abstützelement angeordnet und fixiert sein oder am Widerlager. Gemäß der Erfindung kann es ausreichen, an nur einem Ende der Kraftsensorfeder eine Federführung vorzusehen, da durch das Spannfederelement die Kraftsensorfeder dauerhaft geklemmt und damit gegenüber radialer Verschiebung oder Verkippen gesichert werden kann.In particular, when the force sensor spring is designed as a helical spring, it may be guided at one of its ends by a spring guide in the radial direction. The spring guide, for example, as a mandrel within a coil spring or as a sleeve radially outside, the spring surrounding, be formed. The spring guide can either be arranged and fixed on the support element or on the abutment. According to the invention, it may be sufficient to provide a spring guide at only one end of the force sensor spring, since the force sensor spring can be permanently clamped by the tension spring element and thus secured against radial displacement or tilting.

Das Spannfederelement kann als Schraubenfeder ausgebildet sein und das Verschiebungselement im Bereich des Widerlagers koaxial umgeben. In diesem Fall ist es besonders einfach, mittels des Spannfederelementes die Kraftsensorfeder gegen das Abstützelement zu drücken. Davon unabhängig kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass das Spannfederelement eine Schraubenfeder aufweist, die insbesondere durch das Verschiebungselement in seiner Längsrichtung komprimiert wird.The tension spring element can be designed as a helical spring and surround the displacement element in the region of the abutment coaxially. In this case, it is particularly easy to press the force sensor spring against the support element by means of the tension spring element. Irrespective of this, it can be provided in principle that the tension spring element has a helical spring which is compressed in particular by the displacement element in its longitudinal direction.

Andererseits kann, wenn die Kraftsensorfeder ausschließlich gegen das Widerlager verspannt werden soll, das Spannfederelement auch koaxial zur Kraftsensorfeder von deren dem Widerlager abgewandten Stirnseite aus durch das Abstützelement hindurch oder an diesem vorbei bis zum Getriebegehäuse verlaufen, sich dort abstützen und unmittelbar oder unter Zwischenlage einer Stützscheibe gegen die Kraftsensorfeder drücken. Es können zu diesem Zweck auch mehrere Spannfederelemente, beispielsweise in Form von Schraubenfedern vorgesehen sein, die über die Fläche oder am Umfang des Abstützelementes verteilt sein können. Die Spannfederelemente stützen sich vorteilhaft an einem mit dem Widerlager direkt zusammenhängenden Bauteil, beispielsweise an einem Teil eines Getriebegehäuses ab.On the other hand, if the force sensor spring is to be clamped exclusively against the abutment, the tension spring element also coaxial with the force sensor spring of the abutment facing away from the end face through the support element or past this to the gear housing, support there and directly or with the interposition of a support disk Press against the force sensor spring. It can also be provided for this purpose, a plurality of tension spring elements, for example in the form of coil springs, which can be distributed over the surface or on the circumference of the support element. The tension spring elements are advantageously supported on a component directly connected to the abutment, for example on a part of a transmission housing.

Üblicherweise bringen die Spannfederelemente eine Vorspannkraft auf, die vorteilhaft zwischen 50 N und 200 N, beispielsweise 100 N, beträgt.Usually, the tension spring elements apply a prestressing force which is advantageously between 50 N and 200 N, for example 100 N.

In dem Fall, dass das Verschiebungselement als Spindel und das Abstützelement als Spindelmutter ausgebildet ist, kann es vorteilhaft sein, die Spindelmutter als Zahnrad auszugestalten und damit von außen beispielsweise durch einen Elektromotor antreibbar zu machen. Mittels des Elektromotors kann dann die Verschiebung der Spindel in ihrer Längsrichtung gegenüber der Spindelmutter und damit die gewünschte Kraft erzeugt werden. Grundsätzlich können das Verschiebungselement und das Abstützelement auch in anderer Form realisiert werden, beispielsweise als Zahnstange und antreibbares Zahnrad.In the event that the displacement element is designed as a spindle and the support element as a spindle nut, it may be advantageous to design the spindle nut as a gear wheel and thus to make it externally drivable, for example, by an electric motor. By means of the electric motor then the displacement of the spindle in its longitudinal direction relative to the spindle nut and thus the desired force can be generated. In principle, the displacement element and the support element can also be realized in a different form, for example as a rack and drivable gear.

Um im Falle der Ausgestaltung des Verschiebungselementes als Spindel diese gegen Verdrehung zu sichern, kann gemäß der Erfindung vorteilhaft eine Drehmomentstütze vorgesehen sein, die mit der Spindel verbunden ist und sich in einem das Widerlager bildenden oder mit diesem verbundenen Gehäuse abstützt. In order to secure in the case of the embodiment of the displacement element as a spindle against rotation, a torque arm can advantageously be provided according to the invention, which is connected to the spindle and is supported in an abutment forming or connected to this housing.

Zu einer besonders vorteilhaften Gestaltung des Wegsensors kann vorgesehen sein, dass dieser einen Dauermagneten und einen Magnetfeldsensor, insbesondere einen Hallsensor, aufweist. Dabei sind der Dauermagnet oder der Magnetfeldsensor fest mit dem Abstützelement und das jeweils andere Element fest mit dem Widerlager verbunden oder ortsfest in Bezug auf das Widerlager angeordnet. Die relative Position der beiden Elemente zueinander wird durch Erfassung und Auswertung der erfassten Magnetfeldstärke ermittelt, wobei der Magnetfeldsensor auf einer Basisplatte, insbesondere einer Schaltplatine, angeordnet ist, während der Dauermagnet in seiner Relativbewegung gegenüber dem Magnetfeldsensor gleitend auf der Basisplatte geführt ist.For a particularly advantageous design of the displacement sensor can be provided that it has a permanent magnet and a magnetic field sensor, in particular a Hall sensor. In this case, the permanent magnet or the magnetic field sensor are firmly connected to the support element and the respective other element fixed to the abutment or stationary with respect to the abutment. The relative position of the two elements to each other is determined by detection and evaluation of the detected magnetic field strength, wherein the magnetic field sensor on a base plate, in particular a circuit board is arranged, while the permanent magnet is guided in its relative movement relative to the magnetic field sensor slidably on the base plate.

Üblicherweise ist in an sich bekannter Weise der Magnetfeldsensor jeweils in einem Gehäuse untergebracht, an dem der Dauermagnet entlang gleiten kann. Wichtig ist für die Genauigkeit der Wegmessung, dass der Abstand zwischen dem Dauermagneten und dem Magnetfeldsensor senkrecht zur Verschiebungsrichtung genau definiert ist.Usually, in a conventional manner, the magnetic field sensor is housed in each case in a housing, on which the permanent magnet can slide along. It is important for the accuracy of the distance measurement that the distance between the permanent magnet and the magnetic field sensor is defined exactly perpendicular to the direction of displacement.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es in der beschriebenen Weise auf ein Gehäuse für den Magnetfeldsensor dadurch zu verzichten, dass der Dauermagnet an einer Referenzfläche gleitet, nämlich an der Oberfläche der Basisplatte, auf der der Magnetfeldsensor angeordnet ist. Dazu kann beispielsweise der Magnetfeldsensor auf der dem Dauermagneten gegenüberliegenden Seite der Basisplatte angeordnet sein, so dass die dem Dauermagneten zugewandte Seite der Platte frei ist und eine Gleitfläche zur Verfügung stellt.The present invention allows in the manner described to dispense with a housing for the magnetic field sensor in that the permanent magnet slides on a reference surface, namely on the surface of the base plate on which the magnetic field sensor is arranged. For this purpose, for example, the magnetic field sensor can be arranged on the side opposite the permanent magnet side of the base plate, so that the permanent magnet facing side of the plate is free and provides a sliding surface available.

Es ist jedoch auch vorteilhaft denkbar, dass der Magnetfeldsensor auf der dem Dauermagneten zugewandten Seite der Basisplatte angeordnet ist und der Dauermagnet mit wenigstens einer in Richtung der Basisplatte über ihn hinausragenden Gleitkufe, insbesondere mit zwei Gleitkufen, verbunden ist, die bei einer Relativbewegung des Dauermagneten gegenüber dem Magnetfeldsensor an diesem vorbeigleiten und die insbesondere im Falle von zwei Gleitkufen beiderseits des Magnetfeldsensors angeordnet sind.However, it is also advantageously conceivable that the magnetic field sensor is arranged on the side facing the permanent magnet side of the base plate and the permanent magnet with at least one in the direction of the base plate protruding beyond him skid, in particular with two skids, connected in a relative movement of the permanent magnet opposite the magnetic field sensor slide past this and which are arranged in particular in the case of two skids on either side of the magnetic field sensor.

Eine Gleitkufe stellt, wenn sie über die Oberfläche der Basisplatte gleitet, einen definierten Abstand zu dieser und damit auch zu dem Magnetfeldsensor her. Beim Vorsehen mehrerer Kufen (Schienen) die beispielsweise auf beiden Seiten des Magnetfeldsensors entlang gleiten, wird die Führung weiter verbessert.A skid, as it slides over the surface of the base plate, establishes a defined distance therefrom and hence also to the magnetic field sensor. When providing multiple skids (rails), for example, slide along on both sides of the magnetic field sensor, the leadership is further improved.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 schematisch eine Seitenansicht einer Schraubenfeder, 1 schematically a side view of a coil spring,

2 nebeneinander zwei verschiedene Seitenansichten einer Schraubenfeder, 2 side by side two different side views of a coil spring,

3 eine schematische Darstellung einer Schraubenfeder in einer Federhülse, 3 a schematic representation of a coil spring in a spring sleeve,

4 zwei verschiedene Darstellungen einer Schraubenfeder in einem Längsschnitt, 4 two different representations of a helical spring in a longitudinal section,

5 schematisch die Funktion eines Wegsensors mit einem Dauermagneten und einem Magnetfeldsensor, 5 schematically the function of a displacement sensor with a permanent magnet and a magnetic field sensor,

6 schematisch eine Kraftsensoranordnung mit einer Druckfeder, 6 schematically a force sensor arrangement with a compression spring,

7 schematisch eine Kraftsensoranordnung mit einer Zugfeder, 7 schematically a force sensor arrangement with a tension spring,

8 schematisch eine Kraftsensoranordnung mit einem Verschiebungselement und einem antreibbaren Abstützelement, 8th 1 schematically shows a force sensor arrangement with a displacement element and a drivable support element,

9 eine herkömmliche Kraftsensoranordnung im kraftlosen Zustand in einem Längsschnitt, 9 a conventional force sensor assembly in the powerless state in a longitudinal section,

10 die Kraftsensoranordnung gemäß 9 bei Übertragung einer geringen Kraft, 10 the force sensor arrangement according to 9 when transmitting a small force,

11 die Anordnung gemäß den 9 und 10 bei Übertragung einer größeren Kraft, 11 the arrangement according to the 9 and 10 when transmitting a larger force,

12a eine erfindungsgemäße Anordnung einer Kraftsensoranordnung mit 12a an inventive arrangement of a force sensor arrangement with

einer ausschließlich gegen das Abstützelement verspannten Kraftsensorfeder,a force sensor spring clamped exclusively against the support element,

12b eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer ausschließlich gegen das Widerlager verspannten Kraftsensorfeder, 12b an inventive arrangement with a tensioned exclusively against the abutment force sensor spring,

12c eine weitere erfindungsgemäße Anordnung mit einer ausschließlich gegen das Widerlager verspannten Kraftsensorfeder, 12c a further arrangement according to the invention with a force sensor spring clamped exclusively against the abutment,

13 eine typische Kraft/Wegkurve einer Anordnung wie sie aus den 9 bis 12 ersichtlich ist, 13 a typical force / displacement curve of an arrangement as shown in the 9 to 12 it can be seen

14 eine Kraft/Wegkurve einer Anordnung wie sie aus den folgenden 15, 16 ersichtlich ist, 14 a force / displacement curve of an arrangement as shown in the following 15 . 16 it can be seen

15 eine weitere Kraftsensoranordnung in kraftfreiem Zustand, 15 another force sensor arrangement in power-free state,

16 die Ausführungsform einer Kraftsensoranordnung aus 15 in einem Zustand, in dem eine Kraft übertragen wird, 16 the embodiment of a force sensor arrangement 15 in a state in which a force is transmitted

17 ein Längsschnitt durch eine Gesamteinrichtung mit einer Kraftsensoranordnung gemäß 12, 17 a longitudinal section through an overall device with a force sensor arrangement according to 12 .

18 im Längsschnitt eine Gesamtanordnung mit einer Kraftsensoranordnung gemäß den 15 und 16, 18 in longitudinal section an overall arrangement with a force sensor arrangement according to the 15 and 16 .

19 eine Außenansicht eines Aggregats für eine Feststellbremse mit einer Kraftsensoranordnung und einem Antrieb in perspektivischer Darstellung, 19 an external view of a unit for a parking brake with a force sensor assembly and a drive in perspective view,

20 eine Darstellung des Wegsensors in detaillierter Form in einem Längsschnitt, 20 a representation of the displacement sensor in a detailed form in a longitudinal section,

21 eine Darstellung des Zusammenwirkens des Dauermagneten mit einem Magnetfeldsensor in einer perspektivischen Ansicht, und 21 a representation of the interaction of the permanent magnet with a magnetic field sensor in a perspective view, and

22 im Querschnitt eine andere Variante des Wegsensors mit einem Dauermagneten und einem Magnetfeldsensor. 22 in cross section, another variant of the displacement sensor with a permanent magnet and a magnetic field sensor.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Anhand der 1 bis 4 sollen zunächst Probleme bei der Kraftmessung mithilfe einer Schraubenfeder erläutert werden. Grundsätzlich wird bei einer Schraubenfeder, die komprimiert oder auseinandergezogen wird, von einer linearen Kennlinie bezüglich der Kraft/Wegkurve ausgegangen. Es ist wünschenswert, dass zudem die Zuordnung zwischen Weg und Kraft von der Geschichte der Feder und der Richtung der Verformungsänderung unabhängig ist. Dies bedeutet, dass Hystereseeffekte zu vermeiden sind d. h. sowohl im Kompressions- als auch im Expansionsvorgang soll jeweils eine feste Federlänge einer reproduzierbaren Kraft entsprechen. Dies kann, soweit überhaupt möglich nur bei einer optimal ausgerichteten und belasteten sowie nicht mit Reibungseffekten behafteten Federanordnung der Fall sein. Abweichungen vom idealen Verhalten ergeben sich beispielsweise dann, wenn wie anhand der 1 dargestellt, die Federlängsachse nicht rechtwinklig zu den Stirnseiten der Feder verläuft. Dies ist anhand der Abweichung e1 dargestellt. Eine weitere Störung ergibt sich, wenn die beiden Stirnseiten der Feder nicht parallel zueinander verlaufen. Dies ist durch die Abweichung e2 dargestellt. Derartige Verformungen einer Schraubenfeder können auftreten, wenn diese beispielsweise als Druckfeder zwischen zwei Druckflächen arbeitet und an wenigstens einem Ende seitlich aus der idealen Achse verschoben wird.Based on 1 to 4 should first be explained problems in force measurement using a coil spring. Basically, in the case of a helical spring which is compressed or pulled apart, a linear characteristic with respect to the force / displacement curve is assumed. It is also desirable that the relationship between travel and force be independent of the history of the spring and the direction of deformation change. This means that hysteresis effects are to be avoided ie both in the compression and in the expansion process should each correspond to a fixed spring length of a reproducible force. This may, if at all possible, only be the case with an optimally oriented and loaded spring arrangement which is not subject to frictional effects. Deviations from the ideal behavior arise, for example, when, as based on the 1 shown, the spring longitudinal axis is not perpendicular to the end faces of the spring. This is illustrated by the deviation e1. Another problem arises when the two end faces of the spring are not parallel to each other. This is represented by the deviation e2. Such deformations of a helical spring can occur if, for example, it works as a pressure spring between two pressure surfaces and is displaced laterally out of the ideal axis at at least one end.

2 zeigt in extremer Darstellung zwei Seitenansichten einer Schraubenfeder, wobei im linken Teil die Federlängsachse gegenüber den Stirnseiten schräggestellt ist und im rechten Teil zusätzlich die Stirnseiten gegeneinander verkippt sind. 2 shows in extreme view two side views of a coil spring, wherein in the left part of the spring longitudinal axis is inclined relative to the end faces and in the right part in addition, the end faces are tilted against each other.

3 zeigt schematisch in einer Seitenansicht ein unregelmäßiges Viereck, das die Silhouette einer schräg gestellten Feder wie im rechten Teil von 2 gezeigt darstellt, wobei eine solche Feder in eine Federhülse als Gehäuse eingebaut und dort zwischen zwei Endflächen komprimiert ist. Es zeigt sich, dass das unregelmäßige Viereck, das heißt die Außenkontur der Feder, bei jeder Bewegung am Gehäuse reibt, wodurch sich eine nicht reproduzierbare Kraft/Weglinie einstellt. 3 schematically shows a side view of an irregular square, the silhouette of an inclined spring as in the right part of 2 shown, wherein such a spring is installed in a spring sleeve as a housing and compressed there between two end faces. It turns out that the irregular square, that is the outer contour of the spring, rubs against the housing with every movement, which results in an irreproducible force / distance line.

4 zeigt auf der linken Seite in einem Längsschnitt eine Feder in einem Federgehäuse und mit einem Führungsdorn, wobei die Feder sowohl am Gehäuse bzw. der Federhülse als auch am inneren Führungsdorn teilweise anliegt und zu reiben droht. Im rechten Teil der 4 ist eine Feder dargestellt, die zwar nicht in der optimalen Einbaulage arbeitet, bei der jedoch durch einen ausreichend großen Gehäuseraum ein zumindest reibungsfreies Funktionieren gewährleistet ist. 4 shows on the left side in a longitudinal section a spring in a spring housing and with a guide pin, wherein the spring rests both on the housing or the spring sleeve and the inner guide pin partially and threatens to rub. In the right part of the 4 a spring is shown, which does not work in the optimal installation position, but in which an at least frictionless functioning is ensured by a sufficiently large housing space.

Grundsätzlich soll bei einer Kraftsensoranordnung eine möglichst ideale Position der Feder angestrebt werden, ohne dass diese Gefahr läuft, an einer Federführung zu reiben.In principle, in the case of a force sensor arrangement, the best possible position of the spring should be sought, without this being at risk of rubbing against a spring guide.

Die vorliegende Erfindung löst unter anderem dieses Problem dadurch, dass anfänglich die Kraftsensorfeder in eine gewünschte Position gebracht wird, und dass eine Abweichung von dieser Position durch ein dauerhaftes Klemmen der Feder in Wirkrichtung verhindert wird.The present invention solves this problem, inter alia, by initially bringing the force sensor spring into a desired position and preventing it from deviating from this position by permanently clamping the spring in the direction of action.

5 zeigt schematisch das Funktionieren eines Wegsensors, der in Verbindung mit einer Kraftsensorfeder die Ermittlung einer Kraft erlaubt. Schematisch gezeigt sind ein Magnetfeldsensor 1 und ein Dauermagnet 2 sowie eine die gemessene Magnetfeldstärke repräsentierende Kennlinie 3. Es zeigt sich, dass eine Verschiebung des Dauermagneten 2 in den durch den Doppelpfeil 4 angedeuteten Richtungen eine Änderung der erfassten Magnetfeldstärke nach sich zieht, so dass aus der gemessenen Magnetfeldstärke die Relativposition des Magnetfeldsensors 1 und des Dauermagneten 2 in Richtung des Doppelpfeiles 4 ermittelt werden kann. 5 shows schematically the functioning of a displacement sensor, which allows in conjunction with a force sensor spring to determine a force. Schematically shown are a magnetic field sensor 1 and a permanent magnet 2 and a characteristic curve representing the measured magnetic field strength 3 , It turns out that a shift of the permanent magnet 2 in the by the double arrow 4 indicated directions a change in the detected magnetic field strength entails, so that from the measured magnetic field strength, the relative position of the magnetic field sensor 1 and the permanent magnet 2 in the direction of the double arrow 4 can be determined.

Die Kennlinie 3 ist zwischen den Punkten 5 und 6 linear verlaufend dargestellt, wobei gleichzeitig sichtbar wird, dass bei einer Bewegung des Dauermagneten über die Punkte 5, 6 hinaus keine Eindeutigkeit der Zuordnung einer Magnetfeldstärke zum Weg mehr gegeben ist. Grund hierfür ist, dass bei Überschreiten des maximal zulässigen Weges jeweils der Betrag der Magnetfeldstärke wieder absinkt. Dies beschränkt den mittels eines derartigen Wegsensors erfassbaren Weg deutlich. Da in der Praxis versucht wird, mit möglichst kleinen Dauermagneten auszukommen, ist der mittels eines kostengünstigen Sensors erfassbare Weg auf wenige Millimeter begrenzt. Dies bringt die Notwendigkeit mit sich, besonders mechanische Toleranzen in Bewegungsrichtung des Dauermagneten derart zu begrenzen, dass möglichst kein Spiel vorhanden ist und der gesamte lineare Bereich der Kennlinie für die Wegmessung ausgenutzt werden kann.The characteristic 3 is between the points 5 and 6 linearly shown, while at the same time becomes visible that with a movement of the permanent magnet over the points 5 . 6 addition, there is no longer any uniqueness of the assignment of a magnetic field strength to the path. The reason for this is that when the maximum permissible travel is exceeded, the magnitude of the magnetic field strength decreases again. This significantly limits the path that can be detected by means of such a displacement sensor. Since it is tried in practice to make do with the smallest possible permanent magnet, the detectable by means of a low-cost sensor way is limited to a few millimeters. This brings with it the necessity to limit especially mechanical tolerances in the direction of movement of the permanent magnet in such a way that as far as possible no play exists and the entire linear range of the characteristic curve can be utilized for the distance measurement.

Auf die Kraftsensoranordnung der vorliegenden Erfindung bezogen bedeutet dies, dass der mittels des Wegsensors erfasste zurückgelegte Weg des Dauermagneten auch möglichst spielfrei einer tatsächlichen Kompression und Expansion der Kraftsensorfeder entsprechen soll, ohne dass der Dauermagnet zunächst eine kraftfreie Bewegung bis zum Beginn der tatsächlichen Kompression/Expansion der Feder zurücklegen müsste.With respect to the force sensor arrangement of the present invention, this means that the covered path of the permanent magnet detected by the displacement sensor should also correspond to actual compression and expansion of the force sensor spring as far as possible without the permanent magnet firstly moving without force until the actual compression / expansion of the permanent magnet Would have to cover the spring.

6 zeigt schematisch die Funktion einer erfindungsgemäßen Kraftsensoranordnung an einem Beispiel in einer Gesamtansicht. Es ist ein strangförmiges Verschiebungselement 7 dargestellt, das in Richtung des Pfeils 8 gegenüber einem Abstützelement 9 bewegt wird. Damit soll am Ende 10 des strangförmigen Elementes 7 eine Zugkraft aufgebracht werden, die dem durch den Pfeil 11 dargestellten Gegenzug, beispielsweise einer Bremseinrichtung, entgegen wirkt. Zum Aufbringen dieser Zugkraft wird das Verschiebungselement 7 in Richtung des Pfeils 8 gegenüber dem Abstützelement 9 durch einen Antrieb bewegt. Der Antrieb kann beispielsweise darin bestehen, dass das Verschiebungselement 7 eine Spindel und das Abstützelement 9 eine Spindelmutter ist, wobei die beiden Elemente gegeneinander verdreht werden. Die auftretende Kraft auf die Gesamtanordnung wirkt sich durch Kompression der Kraftsensorfeder 12 aus, die schematisch dargestellt ist und sich gegen ein festes Widerlager 13 abstützt. 6 schematically shows the function of a force sensor arrangement according to the invention by way of an example in an overall view. It is a rope-shaped displacement element 7 shown in the direction of the arrow 8th opposite a support element 9 is moved. This should in the end 10 of the strand-shaped element 7 a pulling force can be applied, which is indicated by the arrow 11 illustrated counter-pull, for example, a braking device counteracts. To apply this tensile force is the displacement element 7 in the direction of the arrow 8th opposite the support element 9 moved by a drive. The drive can for example consist in that the displacement element 7 a spindle and the support element 9 a spindle nut, wherein the two elements are rotated against each other. The force occurring on the overall arrangement is affected by compression of the force sensor spring 12 out, which is shown schematically and against a fixed abutment 13 supported.

Um das Ausmaß der wirkenden Kraft zu bestimmen, wird der Weg des Abstützelementes 9 gegenüber dem festen Widerlager 13 mittels eines Wegsensors erfasst, wie dieser beispielsweise in der 5 gezeigt ist. Hierzu ist mit dem Abstützelement 9 ein in der 6 nicht dargestellter Dauermagnet verbunden, der sich an einem ortsfesten Magnetfeldsensor bzw. einem Hallsensor vorbei bewegt.To determine the amount of force acting, the path of the support element 9 opposite the fixed abutment 13 detected by means of a displacement sensor, as this example in the 5 is shown. This is with the support element 9 an Indian 6 Not shown permanent magnet connected, which moves past a stationary magnetic field sensor or a Hall sensor over.

7 zeigt eine andere Variante der Anordnung, bei der ebenfalls ein Verschiebungselement 7 als Spindel ausgebildet dargestellt ist, das gegenüber einem ebenfalls als Spindelmutter ausgebildeten Abstützelement 9 in Richtung des Pfeils 8 zur Erzeugung einer Zugkraft bewegt wird. Das Maß, in dem das Abstützelement 9 in Richtung des Pfeils 11 aus seiner neutralen, kraftfreien Lage gegen die Kraftsensorfeder 12 bewegt wird, ist ein Maß für die wirkende Kraft in Längsrichtung der Anordnung. Die Kraftsensorfeder 12 ist bei dieser Ausführung als Zugfeder ausgebildet, die zwischen dem Abstützelement 9 und dem Widerlager 13 befestigt ist. 7 shows another variant of the arrangement, in which also a displacement element 7 is shown formed as a spindle, which is opposite to a likewise designed as a spindle nut support member 9 in the direction of the arrow 8th is moved to generate a tensile force. The measure in which the support element 9 in the direction of the arrow 11 from its neutral, force-free position against the force sensor spring 12 is moved, is a measure of the acting force in the longitudinal direction of the arrangement. The force sensor spring 12 is designed in this embodiment as a tension spring between the support element 9 and the abutment 13 is attached.

8 zeigt in einer weiteren Übersicht ein Beispiel für einen Antrieb eines Abstützelementes 9, das gegenüber einem als Zahnstange ausgebildeten Verschiebungselement 7 bewegbar ist. Die Kraftsensorfeder 12 ist hier als Druckfeder zwischen dem Abstützelement 9 und dem Widerlager 13 eingesetzt. Das Abstützelement 9 weist zwei schematisch dargestellte Zahnräder 14 auf, die die Zahnstange 7 zwischen sich aufnehmen und sich gegensinnig drehen, um die Zahnstange 7 in Richtung des Pfeils 8 zu bewegen. An dem Abstützelement 9 ist ein Dauermagnet 2 befestigt, der sich an einem ortsfest angeordnetem Magnetfeldsensor 1 vorbeibewegt, wobei die Relativposition dieser beiden Elemente erfasst wird. Die Art des Antriebes bei der Relativbewegung zwischen dem Abstützelement 9 und dem Verschiebungselement 7 soll nur beispielhaft verdeutlichen, dass verschiedene Möglichkeiten bestehen, eine solche Relativbewegung zur Erzeugung eines Zuges in Längsrichtung zu verwirklichen. 8th shows in a further overview an example of a drive of a support element 9 , opposite to a rack formed as a displacement element 7 is movable. The force sensor spring 12 is here as a compression spring between the support element 9 and the abutment 13 used. The support element 9 has two gears shown schematically 14 on top of the rack 7 between them and turn in opposite directions to the rack 7 in the direction of the arrow 8th to move. On the support element 9 is a permanent magnet 2 attached, which is attached to a stationary magnetic field sensor 1 passed, wherein the relative position of these two elements is detected. The type of drive during the relative movement between the support element 9 and the displacement element 7 is intended to illustrate only by way of example that various possibilities exist to realize such a relative movement for generating a train in the longitudinal direction.

Die bevorzugte Realisierung dieser Relativbewegung in Form einer Spindel einerseits und einer Spindelmutter andererseits wird im Folgenden in den Vordergrund gestellt, jedoch sollte deutlich werden, dass die Erfindung auf diese Variante der Realisierung nicht beschränkt ist. Auch sollte deutlich werden, dass in der nachfolgend dargestellten Variante als Kraftsensorfeder eine Druckfeder einzusetzen zwar besondere Vorteile mit sich bringt, jedoch nicht die einzige Verwirklichung der Erfindung darstellt. Vielmehr sind in bestimmten anderen Realisierungen auch Zugfederanordnungen möglich.The preferred realization of this relative movement in the form of a spindle on the one hand and a spindle nut on the other hand is emphasized below, but it should be clear that the invention is not limited to this variant of the realization. Also, it should be clear that in the variant shown below as a force sensor spring to use a compression spring brings with it particular advantages, but not the only realization of the invention. Rather, in certain other implementations also Zugfederanordnungen are possible.

Die 9, 10 und 11 zeigen beispielhaft den Aufbau und die Funktion einer Kraftsensoranordnung der herkömmlichen Art. 9 zeigt ausschnittsweise in einem Längsschnitt einen Teil eines Getriebegehäuses 15, in dem ein Abstützelement 9 angeordnet ist, das teilweise als Spindelmutter ausgebildet und drehbar auf dem als Spindel ausgebildeten Verschiebungselement 7 gelagert ist. Durch Drehung des Abstützelementes 9 wird die Spindel 7 in den durch den Doppelpfeil 16 dargestellten Richtungen bewegt. Zur Aufbringung einer Zugkraft auf die Spindel 7 wird die Spindelmutter 9 in einem solchen Sinn gedreht, dass die Spindel 7 in den Hohlraum der Spindelmutter 9 hineingezogen wird. Wirkt eine dieser Bewegung entgegengesetzte Zugkraft auf diese Spindel, so erzeugt diese eine auf die Spindelmutter 9 wirkende Kraft in Richtung des Richtungspfeils 17. Die Spindelmutter 9 ist mittels einer in eine Nut eingreifenden Ringscheibe 18 durch eine Nut-Feder-Verbindung formschlüssig mit einem Federgehäuse 19 verbunden und stützt sich hierüber an der Kraftsensorfeder 12 ab. Die Kraftsensorfeder 12 wird bei einer in Richtung des Pfeils 17 wirkenden Kraft auf die Spindelmutter 9 komprimiert und stützt sich ihrerseits gegen das mit dem Getriebegehäuse 15 verbundene Widerlager 13 ab.The 9 . 10 and 11 show by way of example the construction and the function of a force sensor arrangement of the conventional type. 9 shows a detail of a longitudinal section of a part of a transmission housing 15 in which a support element 9 is arranged, which is partially formed as a spindle nut and rotatably mounted on the spindle formed as a displacement element 7 is stored. By rotation of the support element 9 will the spindle 7 in the by the double arrow 16 moved directions. For applying a tensile force to the spindle 7 becomes the spindle nut 9 turned in such a way that the spindle 7 into the cavity of the spindle nut 9 is involved. If a tensile force opposing this movement acts on this spindle, this creates one on the spindle nut 9 acting force in the direction of the directional arrow 17 , The spindle nut 9 is by means of an engaging in a groove annular disc 18 by a tongue and groove connection form-fitting with a spring housing 19 connected and based on this at the force sensor spring 12 from. The force sensor spring 12 will be at one in the direction of the arrow 17 acting force on the spindle nut 9 compressed and in turn is supported against the with the gearbox 15 connected abutments 13 from.

Bei einer Drehung der Spindelmutter 9 ist durch eine nicht dargestellte Drehmomentstütze, die mit der Spindel 7 verbunden ist und die sich am Getriebegehäuse 15 abstützt, ein Mitdrehen der Spindel 7 verhindert.Upon rotation of the spindle nut 9 is by a torque arm, not shown, with the spindle 7 is connected and located on the gearbox 15 supports, a co-rotation of the spindle 7 prevented.

Im Bereich der Ringscheibe 18 oder an ihrer Stelle kann ein nicht dargestelltes Axiallager in Form eines spielfreien Wälzlagers angeordnet sein, das beim Antrieb der Spindelmutter 9 ein Mitdrehen des Federgehäuses 19 und der Kraftsensorfeder 12 oder ein Reiben an diesen Elementen verhindert.In the area of the ring disk 18 or in their place, an unillustrated thrust bearing can be arranged in the form of a play-free roller bearing, which when driving the spindle nut 9 a co-rotation of the spring housing 19 and the force sensor spring 12 or rubbing against these elements is prevented.

Auf dem Federgehäuse 19 ist mit einer Befestigungsanordnung 20 ein Dauermagnet 2 angeordnet, der typischerweise aus einem ferromagnetischen Material besteht, das eine Magnetisierung über lange Zeit stabil erhält. Die Befestigungsanordnung 20 weist eine Blattfeder auf, die den Dauermagneten 2 gegen das Gehäuse 21 eines Hallsensors 1 drückt, welcher den Magnetfeldsensor bildet. Damit ist bei einem Vorbeigleiten des Dauermagneten 2 an dem Hallsensor 1 ein relativer Abstand quer zur Bewegungsrichtung zuverlässig fest eingestellt. Durch die Erfassung der Magnetfeldstärke kann mittels einer mit dem Hallsensor verbundenen, nicht näher dargestellten elektronischen Schaltung anhand einer hinterlegten Kennlinie eine relative Wegposition des Dauermagneten 2 und damit das Maß der Kompression der Kraftsensorfeder 12 ermittelt werden.On the spring housing 19 is with a mounting arrangement 20 a permanent magnet 2 arranged, which is typically made of a ferromagnetic material, which maintains a magnetization stable over a long time. The mounting arrangement 20 has a leaf spring, which is the permanent magnet 2 against the case 21 a Hall sensor 1 pushes, which forms the magnetic field sensor. This is when a passing of the permanent magnet 2 at the Hall sensor 1 Reliably set a relative distance across the direction of movement reliably. By detecting the magnetic field strength, by means of a connected to the Hall sensor, not shown electronic circuit based on a stored characteristic, a relative position of the permanent magnet 2 and thus the degree of compression of the force sensor spring 12 be determined.

Die 9 zeigt die Anordnung in einem kraftfreien Zustand, in dem auf die Spindel 7 und damit auch auf das Abstützelement 9 kein Zug in Richtung des Pfeils 17 wirkt. In diesem Zustand liegt die Kraftsensorfeder 12 locker zwischen ihrem Anschlag 22 im Federgehäuse 19 und dem Widerlager 13 ein.The 9 shows the arrangement in a power-free state, in which the spindle 7 and thus also on the support element 9 no train in the direction of the arrow 17 acts. In this state lies the force sensor spring 12 loose between her stroke 22 in the spring housing 19 and the abutment 13 one.

Mittels eines Spannfederelementes 23, das hier als Rückstellfeder ausgebildet ist, wird in diesem Zustand das Federgehäuse 19 vom Widerlager 13 weggedrückt, so dass das Federgehäuse 19 und damit auch der Dauermagnet 2 zuverlässig in eine definierte und reproduzierbare Position gegenüber dem Magnetfeldsensor 1 gebracht wird. Bei dieser Konstellation besteht jedoch, da das Spannfederelement 23 nicht auf die Kraftsensorfeder 12 wirkt, das Problem, dass die Kraftsensorfeder 12 in allen Richtungen beweglich ist und sich daher insbesondere in radialer Richtung aus der Wunschposition heraus bewegen und schrägstellen kann. Damit können die im Zusammenhang mit den 1 bis 4 erläuterten Probleme auftreten.By means of a tension spring element 23 , which is designed here as a return spring, in this state, the spring housing 19 from the abutment 13 pushed away, leaving the spring housing 19 and hence the permanent magnet 2 Reliable in a defined and reproducible position relative to the magnetic field sensor 1 is brought. In this constellation, however, there is the tension spring element 23 not on the force sensor spring 12 affects, the problem that the force sensor spring 12 is movable in all directions and therefore in particular in the radial direction from the desired position to move out and tilt. This can be related to the 1 to 4 explained problems occur.

10 zeigt die Gesamtanordnung aus 9 bei Anwendung einer Zugkraft in Richtung des Pfeils 17' auf die Spindel 7, wobei die Kraft derart groß ist, dass die Spindelmutter 9 gegen die Kraft des Spannfederelementes 23 gerade soweit bewegt wird, bis dass das die Kraftsensorfeder 12 am Widerlager 13 anschlägt. Das Spannfederelement 23 ist sehr viel schwächer ausgebildet als die Kraftsensorfeder 12, so dass die bis zum Anschlagen der Kraftsensorfeder 12 am Widerlager 13 benötigte Zugkraft sehr klein gegenüber den im Betrieb bei Kompression der Kraftsensorfeder 12 wirkenden Kräften ist. Der von dem Abstützelement 9 bis hierher zurückgelegte Weg ist nicht für eine Kraftmessung an der Kraftsensorfeder 12 nutzbar, jedoch reduziert er den Restweg, der an dem Wegsensor für eine Messung zur Verfügung steht. 10 shows the overall arrangement 9 when applying a tensile force in the direction of the arrow 17 ' on the spindle 7 , wherein the force is so great that the spindle nut 9 against the force of the tension spring element 23 just moved so far that this is the force sensor spring 12 on the abutment 13 strikes. The tension spring element 23 is much weaker than the force sensor spring 12 so that the up to hitting the force sensor spring 12 on the abutment 13 required traction very small compared to the operation during compression of the force sensor spring 12 acting forces. The of the support element 9 The distance traveled to this point is not for a force measurement on the force sensor spring 12 usable, but it reduces the residual path that is available at the displacement sensor for a measurement.

Die 11 zeigt die Anordnung aus den 9 und 10 in einem Zustand bei Anwendung einer höheren Zugkraft in Richtung des Pfeils 17' als gemäß 10, so dass die Kraftsensorfeder 12 zwischen dem Abstützelement 9 bzw. dem mit diesem verbundenen Federgehäuse 19 einerseits und dem Widerlager 13 deutlich komprimiert ist. Dadurch ist der Dauermagnet 2 gegenüber dem Magnetfeldsensor 1 im Vergleich zur Darstellung in den 9 und 10 um einen Weg in Richtung des Pfeils 17' verschoben. Diese Bewegung wird von dem Magnetfeldsensor 1 erfasst und mittels einer hinterlegten Kennlinie in einen Wert der wirkenden Kraft umgerechnet.The 11 shows the arrangement of the 9 and 10 in a state of applying a higher tensile force in the direction of the arrow 17 ' as according to 10 so that the force sensor spring 12 between the support element 9 or the associated with this spring housing 19 on the one hand and the abutment 13 is clearly compressed. This is the permanent magnet 2 opposite the magnetic field sensor 1 in comparison to the representation in the 9 and 10 a way in the direction of the arrow 17 ' postponed. This movement is by the magnetic field sensor 1 recorded and converted by means of a stored characteristic into a value of the acting force.

In 12a ist eine Kraftsensoranordnung gemäß der Erfindung dargestellt, bei der mittels besonderer Anwendung eines Spannfederelementes 23 auch bei einem kraftlosen Zustand des Verschiebungselementes 7 und des Abstützelementes 9 die Kraftsensorfeder 12 in axialer Richtung dauernd geklemmt und damit an einer Schrägstellung durch Verrutschen gehindert ist. Dies wird dadurch bewirkt, dass das Spannfederelement 23 mittels einer Stützscheibe 48 die Kraftsensorfeder 12 gegen eine Stirnplatte 25 des Federgehäuses 19 drückt, das seinerseits an dem Abstützelement 9 abgestützt ist. Zwischen der Stirnplatte 25 und dem Abstützelement 9 ist zur Verringerung von Reibungseffekten ein Axialkugellager 37 angeordnet. Die Kraftsensorfeder 12 ist damit dauerhaft gegenüber dem Abstützelement 9 bezüglich der axialen Position, jedoch auch bezüglich der Winkellage zuverlässig durch Klemmen fixiert.In 12a a force sensor arrangement according to the invention is shown in which by means of a special application of a tension spring element 23 even with a powerless state of the displacement element 7 and the support element 9 the force sensor spring 12 permanently clamped in the axial direction and thus prevented from slipping by slipping. This is effected by the tension spring element 23 by means of a support disk 48 the force sensor spring 12 against a face plate 25 of the spring housing 19 press, in turn, on the support element 9 is supported. Between the face plate 25 and the support element 9 is to reduce friction effects an axial ball bearing 37 arranged. The force sensor spring 12 is thus permanently opposite the support element 9 Reliably fixed by clamping with respect to the axial position, but also with respect to the angular position.

Im kraftfreien Zustand der Anordnung gemäß 12a wird, wenn sich ein axiales Spiel einstellt, dieses zwischen der Stützscheibe 48 und dem durch das Getriebegehäuse 15 gebildeten Widerlager 13 auftreten. Somit wird durch die Verspannung der Kraftsensorfeder 12 in ihrer Wirkrichtung mittels des Spannfederelementes 23 die Kraftsensorfeder 12 in ihrer gewünschten Position gehalten. Eine Schrägstellung der Kraftsensorfeder 12 gegebenenfalls mit einer Berührung des Federgehäuses 19 wird somit vermieden.In the power-free state of the arrangement according to 12a If, when an axial clearance sets, this between the support disk 48 and through the gearbox 15 formed abutment 13 occur. Thus, by the tension of the force sensor spring 12 in their direction of action by means of the tension spring element 23 the force sensor spring 12 held in their desired position. An inclination of the force sensor spring 12 optionally with a touch of the spring housing 19 is thus avoided.

12b zeigt eine Variante der Erfindung, bei der die Kraftsensorfeder 12 durch das Spannfederelement 23 gegen das Widerlager 13 verspannt ist. Das Spannfederelement 23 ist ebenso wie die Kraftsensorfeder als Schraubenfeder ausgebildet, und Koaxial zur Kraftsensorfeder 12 stirnseitig in deren Verlängerung angeordnet. Das Spannfederelement 23 verspannt die Kraftsensorfeder 12 mittels einer Stützscheibe 48, die zwischen den beiden Elementen angeordnet ist. Die Kraftsensorfeder ist in einem Federgehäuse 19 gelagert, das gegenüber dem Getriebegehäuse 15 verschiebbar ist, dessen Weg jedoch durch einen Gehäuseanschlag 49 begrenzt ist. 12b shows a variant of the invention, in which the force sensor spring 12 through the tension spring element 23 against the abutment 13 is tense. The tension spring element 23 is as well as the force sensor spring designed as a helical spring, and coaxial with the force sensor spring 12 arranged frontally in the extension. The tension spring element 23 clamps the force sensor spring 12 by means of a support disk 48 which is arranged between the two elements. The force sensor spring is in a spring housing 19 stored, the opposite to the gearbox 15 is slidable, but its way through a housing stop 49 is limited.

Wird die kinematische Kette stärker belastet und die Kraftsensorfeder 12 komprimiert, so verschiebt sich zunächst das Federgehäuse 19 soweit, bis dass die Stützscheibe 48 gegen den Federgehäuseanschlag 50 läuft. Dies geschieht frühzeitig, da das Spannfederelement 23 wesentlich schwächer ist als die Kraftsensorfeder 12. Danach bleibt das Spannfederelement unverändert und hat keinen weiteren Einfluss. Bei der beschriebenen Konstruktion können Spannfederelement 23 und Kraftsensorfeder 12 optimal aufeinander abgestimmt und platzsparend untergebracht werden.Is the kinematic chain more heavily loaded and the force sensor spring 12 compressed, so first shifts the spring housing 19 until that is the support disk 48 against the spring housing stop 50 running. This happens early, since the tension spring element 23 much weaker than the force sensor spring 12 , Thereafter, the tension spring element remains unchanged and has no further influence. In the described construction can tension spring element 23 and force sensor spring 12 optimally coordinated and accommodated in a space-saving manner.

Die 12c zeigt eine Variante, bei der die Kraftsensorfeder 12 ebenfalls durch Spannfederelemente 23 ausschließlich unmittelbar gegen das Widerlager 13 verspannt wird. Im Gegensatz zu der Konstruktion aus 12b stützen sich die Spannfederelemente 23 jedoch nicht am Federgehäuse 19, sondern unmittelbar am Getriebegehäuse 15 ab. Zu diesem Zweck sind die Spannfederelemente 23 als mittels Schraubenfedern gefederte Teleskopstangenanordnungen ausgebildet. Diese weisen jeweils zwei teleskopartig ineinander verschiebbare Rohre oder ein Rohr und eine Stange auf, die gegeneinander mittels einer Schraubenfeder abgestützt sind und jeweils die Stirnseite des Federgehäuses 19 verschiebbar durchdringen. Zu diesem Zweck weist die Stirnseite des Federgehäuses 19 eine oder mehrere Ausnehmungen auf.The 12c shows a variant in which the force sensor spring 12 also by tension spring elements 23 exclusively directly against the abutment 13 is strained. In contrast to the construction 12b support the tension spring elements 23 but not on the spring housing 19 but directly on the gear housing 15 from. For this purpose, the tension spring elements 23 designed as a coil spring sprung telescopic rod assemblies. These each have two telescopically slidable tubes or a tube and a rod, which are supported against each other by means of a coil spring and respectively the end face of the spring housing 19 slidably penetrate. For this purpose, the end face of the spring housing 19 one or more recesses.

Die als Teleskopstangenanordnungen ausgebildeten Spannfederelemente 23 stützen sich innerhalb des Federgehäuses 19 an einer Seite der Stützscheibe 48 ab, an deren gegenüberliegender Seite die Kraftsensorfeder 12 anliegt. Es ist ein Federgehäuseanschlag 50 auf der Innenseite des Federgehäuses 19 angeordnet, der bei Belastung der Kraftsensorfeder die Bewegung der Stützscheibe 48 im Federgehäuse 19 begrenzt. Zudem ist außen an dem Federgehäuse 19 ein Vorsprung 51 vorgesehen, der mit dem Gehäuseanschlag 50 zusammenwirkt und die Verschiebung des Federgehäuses 19 gegenüber dem Getriebegehäuse 15 begrenzt.The trained as a telescopic rod assemblies tension spring elements 23 support themselves within the spring housing 19 on one side of the support disk 48 on the opposite side of the force sensor spring 12 is applied. It is a spring housing stop 50 on the inside of the spring housing 19 arranged, the load of the force sensor spring, the movement of the support disk 48 in the spring housing 19 limited. In addition, on the outside of the spring housing 19 a lead 51 provided with the housing stop 50 interacts and the displacement of the spring housing 19 opposite the gearbox 15 limited.

Bei den in den 12b und 12c gezeigten Konstruktionen können jeweils die Spannfederelemente 23 besonders platzsparend angeordnet werden.In the in the 12b and 12c shown constructions can each be the tension spring elements 23 be arranged in a particularly space-saving manner.

13 zeigt eine erste Kraft/Wegkennlinie 26 der Anordnung aus 12a, die einen ersten senkrechten Teil (Anfangsbereich) 27 bis zum Knickpunkt 28 enthält. Dieser entspricht der wachsenden Zugkraft bis zur Überwindung der Verspannkraft des Spannfederelements 23. Im vorliegenden Fall muss zunächst eine Kraft von 100 N auf das Abstützelement 9 bzw. das Verschiebungselement 7 aufgebracht werden, bevor diese sich gegenüber dem Getriebegehäuse 19 bewegen und zunächst das Axialspiel überwinden. Der Punkt 28 der Kennlinie 26 markiert die Kraft, von der an die Kraftsensorfeder 12 komprimiert wird. 13 shows a first force / path characteristic 26 the arrangement 12a having a first vertical part (initial area) 27 until the break point 28 contains. This corresponds to the growing tensile force to overcome the clamping force of the tension spring element 23 , In the present case, first a force of 100 N on the support element 9 or the displacement element 7 be applied before this is opposite the gearbox 19 move and first overcome the axial play. The point 28 the characteristic 26 marks the force from which the force sensor spring 12 is compressed.

Die lineare Teil der Kennlinie 26 ist bei Anwendung der Erfindung durch die zuverlässige Festlegung der Kraftsensorfeder 12 reproduzierbar und weist auch keine Hysterese bei einer der Kompression nachfolgenden Expansion der Kraftsensorfeder 12 auf. Sollte nach längerem Einsatz der Kraftsensoranordnung ein Setzen der Kraftsensorfeder 12 bzw. anderer Teile der Kraftsensoranordnung stattgefunden haben, so äußert sich dies in einer Parallelverschiebung der Kennlinie 26, die durch die Kennlinie 26' repräsentiert ist, um die Kraftabweichung x. Die Gestalt der Kennlinie 26, 26' ändert sich dabei nicht, so dass eine Korrektur bei der Auswertung der Wegmessung und der Zuordnung von Kraftwerten in linearer Weise sehr einfach möglich ist. Entweder wird bei der Auswertung zu dem erfassten Weg ein konstanter Wert hinzuaddiert, oder es wird nach dem Errechnen der jeweils zugeordneten Kraft zu dem errechneten Kraftwert ein konstanter Wert hinzuaddiert.The linear part of the characteristic 26 is in the application of the invention by the reliable determination of the force sensor spring 12 reproducible and also has no hysteresis in a compression subsequent expansion of the force sensor spring 12 on. Should after prolonged use of the force sensor arrangement, a setting of the force sensor spring 12 or other parts of the force sensor arrangement have taken place, this is expressed in a parallel displacement of the characteristic curve 26 that through the characteristic 26 ' is represented to the force deviation x. The shape of the characteristic 26 . 26 ' does not change, so that a correction in the evaluation of the distance measurement and the assignment of force values in a linear manner is very easily possible. Either a constant value is added to the detected path during the evaluation, or a constant value is added to the calculated force value after the respective assigned force has been calculated.

Anhand der 15, 16 wird nun eine weitere Konstruktion erläutert, deren Merkmale teilweise auch bei den oben beschriebenen Konstruktionen angewandt oder mit diesen kombiniert werden können. Hierbei wird mittels eines Spannfederelementes 34 nicht nur die Kraftsensorfeder 12 dauerhaft zwischen einem Abstützelement 9 und einem Widerlager 13 geklemmt und damit festgelegt. Vielmehr werden auch mechanisches Spiel und Toleranzen im kraftfreien Zustand der Gesamtanordnung minimiert. Die Darstellungen der 15 und 16 sind in einem Längsschnitt lediglich schematisch gehalten, um die Funktionsweise der Anordnung zu erläutern.Based on 15 . 16 Now, another construction will be explained, the features of which can also be partially applied to or combined with the constructions described above. This is done by means of a tension spring element 34 not just the force sensor spring 12 permanently between a support element 9 and an abutment 13 clamped and fixed. Rather, mechanical play and tolerances are minimized in the power-free state of the overall arrangement. The representations of the 15 and 16 are only schematically shown in a longitudinal section to explain the operation of the arrangement.

Es ist jeweils ein Verschiebungselement 7 in Form einer Spindel und ein Abstützelement 9 gezeigt, wobei das Abstützelement 9 nur symbolisch als Spindelmutter dargestellt ist, die mittels einer äußeren Zahnung als Zahnrad antreibbar ist. Zwischen einem Bodenbereich 29 des Abstützelementes 9 und einer Stirnplatte 30 des Federgehäuses 19 ist ein Axialkugellager 31 dargestellt, das problemlos eine Drehung des Abstützelementes 9 gegenüber dem Federgehäuse 19 bei gleichzeitiger Wirkung einer Axialkraft ermöglicht. Die Kraftsensorfeder 12 ist zwischen der Stirnplatte 30 des Federgehäuses 19 und der Anschlagscheibe 24 axial eingeklemmt, wobei die Anschlagscheibe 52 auch als Teil des Widerlagers 13 am Getriebegehäuse 15 angesehen oder mit diesem verbunden werden kann.It is each a displacement element 7 in the form of a spindle and a support element 9 shown, wherein the support element 9 only symbolically represented as a spindle nut which is drivable by means of an external toothing as a gear. Between a floor area 29 of the support element 9 and a face plate 30 of the spring housing 19 is an axial ball bearing 31 shown that easily a rotation of the support element 9 opposite the spring housing 19 allows simultaneous action of an axial force. The force sensor spring 12 is between the face plate 30 of the spring housing 19 and the stopper disc 24 clamped axially, the stop disc 52 also as part of the abutment 13 on the gearbox 15 can be viewed or connected to this.

Die Funktionsweise der Gesamtanordnung ist insoweit vergleichbar mit der zu 12a beschriebenen Anordnung, als bei einem Zug in Richtung des Pfeils 32 auf die Spindel 7 die Kraftsensorfeder 12 komprimiert wird. Mit dem Federgehäuse 19 ist mittels einer Blattfeder 33 der Dauermagnet 2 verbunden, der sich im Zuge einer Bewegung der Anordnung in Richtung des Pfeils 32 an dem ortsfesten Magnetfeldsensor 1 in Form eines Hallsensors vorbei bewegt und damit die Ermittlung der relativen Position dieser beiden Elemente zueinander und folglich die auf die Kraftsensorfeder 12 wirkende Kraft erlaubt.The functioning of the overall arrangement is comparable to that to that extent 12a described arrangement, as in a train in the direction of the arrow 32 on the spindle 7 the force sensor spring 12 is compressed. With the spring housing 19 is by means of a leaf spring 33 the permanent magnet 2 connected, in the course of a movement of the arrangement in the direction of the arrow 32 on the stationary magnetic field sensor 1 in the form of a Hall sensor moves past and thus the determination of the relative position of these two elements to each other and thus the force on the Nerkensensorfeder 12 acting force allowed.

Im Gegensatz zu dem in 12a gezeigten Beispiel ist gemäß der Ausführung der 15 und 16 das Vorspannelement 34 in Form einer Feder realisiert, die auf der der Kraftsensorfeder 12 gegenüberliegenden Seite des Abstützelementes 9 an dem Getriebegehäuse 15 abgestützt ist und die das Abstützelement 9 dauerhaft gegen die Kraftsensorfeder 12 und das Widerlager 13 drückt, auch und insbesondere dann wenn keine Kraft auf das Verschiebungselement bzw. die Spindel 7 wirkt.Unlike the in 12a shown example is according to the embodiment of 15 and 16 the biasing element 34 realized in the form of a spring, which is on the force sensor spring 12 opposite side of the support element 9 on the gearbox 15 is supported and the the support element 9 permanently against the force sensor spring 12 and the abutment 13 pushes, also and in particular when no force on the displacement element or the spindle 7 acts.

Es können mehrere Spannfederelemente 34 vorgesehen sein, die sich jeweils an Federführungen in Form von zapfenartigen Elementen des Getriebegehäuses 15 einerseits und des Abstützelementes 9 andererseits abstützen und fixieren, wobei die Spannfederelemente 34 beispielsweise am Umfang oder auf der Querschnittsfläche des im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Abstützelementes 9 verteilt sein können. Auf diese Weise wird eine symmetrische Belastung der Anordnung insbesondere im kraftfreien Zustand der Kraftsensorfeder 12 erreicht. Es sind jedoch auch andere Formen von Spannfederelementen 34 denkbar wie beispielsweise eine oder mehrere Blattfedern oder ein anderes elastisches Element.There may be several tension spring elements 34 be provided, which in each case on spring guides in the form of pin-like elements of the transmission housing 15 on the one hand and the support element 9 supported and fixed on the other hand, wherein the tension spring elements 34 for example, at the periphery or on the cross-sectional area of the substantially cylindrically shaped support element 9 can be distributed. In this way, a symmetrical load on the arrangement, in particular in the power-free state of the force sensor spring 12 reached. However, there are other forms of tension spring elements 34 conceivable, such as one or more leaf springs or another elastic element.

16 zeigt die Kraftsensoranordnung aus 15 unter der Wirkung einer wesentlich größeren Zugkraft beispielsweise in der Größenordnung von 1.500 N. Die Kraftsensorfeder 12 ist vergleichsweise stark komprimiert, so dass der Dauermagnet 2 in Richtung des Pfeils 32 um eine bestimmte Strecke gegenüber dem Magnetfeldsensor 1 bewegt ist. 16 shows the force sensor assembly 15 under the effect of a much larger tensile force, for example, in the order of 1,500 N. The force sensor spring 12 is comparatively strongly compressed, so that the permanent magnet 2 in the direction of the arrow 32 by a certain distance from the magnetic field sensor 1 is moved.

Das Spannfederelement 34 unterstützt durch die auf das Abstützelement 9 wirkende Kraft den Kompressionsvorgang der Kraftsensorfeder 12. Das Spannfederelement 34 ist dabei beiderseits auf Federführungen in Form von Federdornen 35, 36 geführt. Die durch das Spannfederelement 34 oder mehrere solcher Elemente wirkende Zusatzkraft wird beim Eichen des Wegsensors 2, 1 berücksichtigt und ist sehr klein gegenüber den für die Kompression der Kraftsensorfeder notwendigen Kräften.The tension spring element 34 supported by the on the support element 9 acting force the compression process of the force sensor spring 12 , The tension spring element 34 is on both sides on spring guides in the form of spring pins 35 . 36 guided. The through the tension spring element 34 or more of such elements acting additional force is in oak of the displacement sensor 2 . 1 considered and is very small compared to the forces necessary for the compression of the force sensor spring.

In 14 ist eine erste Kraft/Wegkennlinie 46 in linearer Form dargestellt, die sich bei einer Kraftsensoranordnung gemäß 15 oder 16 einstellt. Es zeigt sich, dass im Vergleich zur in 13 dargestellten Kennlinien kein Weg des Dauermagneten 2 zurückzulegen ist, bevor die Kraftsensorfeder 12 komprimiert wird. Die Kennlinie 46 steigt daher ohne einen Knick bei einer Startkraft, die der Vorspannung durch das Spannfederelement 34 entspricht, bis zur maximalen auf die Kraftsensorfeder 12 wirkenden Kraft von beispielsweise 1.500 N an.In 14 is a first force / path characteristic 46 shown in a linear form, resulting in a force sensor arrangement according to 15 or 16 established. It turns out that compared to in 13 characteristics shown no path of the permanent magnet 2 is to be covered before the force sensor spring 12 is compressed. The characteristic 46 therefore increases without a kink at a starting force, the bias of the tension spring element 34 corresponds to the maximum on the force sensor spring 12 acting force of, for example, 1500 N on.

Setzt sich die Kraftsensorfeder 12 bzw. eines oder mehrere der übrigen den Kraftfluss übertragenden Elemente im Laufe der Zeit, so verschiebt sich die Kennlinie 46 parallel in eine Position 47, wobei jedoch die Gestalt der Kennlinie unverändert linear und ohne Offset bleibt.The force sensor spring settles 12 or one or more of the remaining elements transferring the force flow over time, the characteristic shifts 46 parallel to a position 47 However, the shape of the curve remains unchanged linear and without offset.

In 17 ist ein Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Gesamtanordnung gemäß 12a dargestellt. Es ist dort ein Spannfederelement 23 in Form einer Druckfeder vorgesehen, die auf die Anschlagscheibe 24 wirkt und damit die Kraftsensorfeder 12 insbesondere im unbelasteten Zustand der Gesamtanordnung in ihrer Wirkrichtung gegen das Federgehäuse 19 und das Abstützelement 9 drückt. Das Abstützelement 9 ist gegenüber dem Federgehäuse 19 mittels eines Axialkugellagers 37 abgestützt.In 17 is a longitudinal section through an inventive arrangement according to 12a shown. It is there a tension spring element 23 provided in the form of a compression spring on the stop disc 24 acts and thus the force sensor spring 12 especially in the unloaded state of the overall arrangement in its direction of action against the spring housing 19 and the support element 9 suppressed. The support element 9 is opposite the spring housing 19 by means of an axial ball bearing 37 supported.

In 18 ist im Längsschnitt in einer Gesamtansicht eine Kraftsensoranordnung gemäß den 15 und 16 dargestellt. Es sind die Kraftsensorfeder 12 sowie das Federgehäuse 19 zu erkennen, gegen welches das Abstützelement 9 axial mittels eines Kugellagers drückt. Im unteren Bereich der Abbildung ist das Spannfederelement 34 zwischen zwei Federdornen erkennbar, auf denen es geführt ist.In 18 is a longitudinal section in an overall view of a force sensor arrangement according to the 15 and 16 shown. They are the Force sensor spring 12 as well as the spring housing 19 to recognize, against which the support element 9 pressed axially by means of a ball bearing. In the lower part of the illustration is the tension spring element 34 recognizable between two spring pins on which it is guided.

Beide Abbildungen haben ein Verschiebungselement 7 in Form einer Spindel gemeinsam, die mittels eines Koppelstückes 38 jeweils an einen Bowdenzug 38' gekoppelt ist, der eine Zugbewegung zu einer nicht näher dargestellten Bremse übermittelt.Both figures have a displacement element 7 in the form of a spindle in common, by means of a coupling piece 38 each to a Bowden cable 38 ' is coupled, which transmits a pulling movement to a brake, not shown.

Im oberen Bereich der 18 ist ein Antriebsmotor 39 dargestellt, der mittels eines Zahnrades die Spindelmutter 9 antreibt, die ihrerseits einen Zahnkranz an ihrem äußeren Umfang aufweist.In the upper area of the 18 is a drive motor 39 represented, by means of a gear, the spindle nut 9 drives, which in turn has a sprocket on its outer periphery.

19 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht eine Kraftsensoranordnung mit dem Motor 39, dem Verschiebungselement 7 sowie dem Abstützelement 9 in Form einer Spindelmutter, die mit dem als Spindel ausgebildeten Verschiebungselement 7 zusammenwirkt und an ihrem Umfang einen Zahnkranz trägt. 19 shows in a three-dimensional view of a force sensor assembly with the engine 39 , the displacement element 7 and the support element 9 in the form of a spindle nut, with the formed as a spindle displacement element 7 cooperates and carries at its periphery a sprocket.

20 zeigt in einem Detail eine Teildarstellung eines Wegsensors, wobei ein Dauermagnet 2 an einem Gehäuse 40 eines Magnetfeldsensors 1 in Form einer Hallsonde gleitet. Der Dauermagnet 2 ist auf einer Blattfeder 41 befestigt, die ihrerseits mit dem Federgehäuse 19 der Kraftsensorfeder 12 verbunden ist und den Dauermagneten 2 gegen das Gehäuse 40 presst. 20 shows in a detail a partial view of a displacement sensor, wherein a permanent magnet 2 on a housing 40 a magnetic field sensor 1 slides in the form of a Hall probe. The permanent magnet 2 is on a leaf spring 41 attached, in turn, with the spring housing 19 the force sensor spring 12 is connected and the permanent magnet 2 against the case 40 pressed.

Da das Vorsehen des Gehäuses 40, an dem der Dauermagnet 2 zur Einhaltung des Abstandes zu dem Magnetfeldsensor 1 gleitet, mit einem nicht zu vernachlässigenden Kostenaufwand einhergeht, wird eine gleichwertige Möglichkeit zur Einstellung eines festen Abstandes zwischen Dauermagnet 2 und Magnetfeldsensor 1 in Richtung senkrecht zur Relativbewegungsrichtung dadurch geschaffen, dass ein Gehäuse oder Halterahmen 42 des Dauermagneten 2, wie in der 21 dargestellt, zwei Kufen oder Schienen 43, 44 aufweist, die beiderseits des an einer Platine 45 angeordneten Magnetfeldsensors 1 gleiten. Der Abstand des Dauermagneten zu der Platinenoberfläche und damit auch zu dem Magnetfeldsensor 1 ist somit fest eingestellt, ohne dass es dazu eines Gehäuses für den Magnetfeldsensor 1 bedürfte.Because the provision of the housing 40 at which the permanent magnet 2 to maintain the distance to the magnetic field sensor 1 slides, with a not inconsiderable cost associated, is an equivalent way to set a fixed distance between the permanent magnet 2 and magnetic field sensor 1 in the direction perpendicular to the direction of relative movement created by a housing or holding frame 42 of the permanent magnet 2 , like in the 21 represented, two runners or rails 43 . 44 has, on both sides of the on a circuit board 45 arranged magnetic field sensor 1 slide. The distance of the permanent magnet to the board surface and thus also to the magnetic field sensor 1 is thus fixed, without the need for a housing for the magnetic field sensor 1 would require.

22 zeigt eine Darstellung einer alternativen Lösungsmöglichkeit, bei der der Magnetfeldsensor 1 oberhalb der Platine 45 angeordnet ist, während der Dauermagnet 2 unterhalb der Platine 45 verschoben wird. Der Dauermagnet 2 bzw. sein Gehäuse 42 kann an der Unterseite der Platine 45 gleiten beispielsweise mittels Kufen 43, 44 oder auch ohne solche Kufen, wodurch ebenfalls ein eindeutiger Abstand zu dem Magnetfeldsensor 1 eingestellt wird. 22 shows a representation of an alternative solution possibility, in which the magnetic field sensor 1 above the board 45 is arranged while the permanent magnet 2 below the board 45 is moved. The permanent magnet 2 or his housing 42 can be at the bottom of the board 45 glide, for example, by skids 43 . 44 or even without such runners, which also has a clear distance from the magnetic field sensor 1 is set.

Es ist zudem festzustellen, dass diese Ausgestaltung des Wegsensors, bestehend aus dem Dauermagneten 2, gegebenenfalls seinem Gehäuse 42, der Platine 45 und dem Magnetfeldsensor 1 auch unabhängig von der Ausgestaltung der Kraftsensorfeder und dem erfindungsgemäßen Zusammenwirken mit einem Vorspannfederelement 34 eingesetzt werden kann.It should also be noted that this embodiment of the displacement sensor, consisting of the permanent magnet 2 , if necessary, its housing 42 , the board 45 and the magnetic field sensor 1 also independent of the configuration of the force sensor spring and the interaction according to the invention with a biasing spring element 34 can be used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Magnetfeldsensormagnetic field sensor
22: Dauermagnetpermanent magnet
33: Kennliniecurve
44: Bewegungsrichtungendirections of movement
5, 65, 6: KennlinienpunktCharacteristic point
77: Verschiebungselement, SpindelDisplacement element, spindle
88th: Richtungspfeilarrow
99: Abstützelement, SpindelmutterSupport element, spindle nut
1010: EndeThe End
1111: Richtungspfeilarrow
1212: KraftsensorfederForce sensor spring
1313: Widerlagerabutment
1414: Zahnrädergears
1515: Getriebegehäusegearbox
1616: Zahnradgear
17, 17'17, 17 ': Richtungspfeilarrow
1818: Ringscheibewasher
1919: Federgehäusespring housing
2020: Befestigungsanordnungmounting assembly
2121: Hallsensor-GehäuseHall sensor housing
2222: Anschlagattack
2323: SpannfederelementBiasing spring element
2424: Richtungspfeilarrow
2525: Stirnplattefaceplate
26, 26'26, 26 ': Kennliniecurve
2727: Anfangsbereichinitial region
2828: Knickpunktinflection point
2929: Bodenbereichfloor area
3030: Stirnplattefaceplate
3131: AxialkugellagerAxialkugellager
3232: Richtungspfeilarrow
3333: Blattfederleaf spring
3434: SpannfederelementBiasing spring element
35, 3635, 36: Federführungleadership
3737: AxialkugellagerAxialkugellager
3838: Koppelstückcoupling piece
38'38 ': BowdenzugBowden
3939: Motorengine
4040: Sensorgehäusesensor housing
4141: Blattfederleaf spring
4242: Magnetgehäusemagnet housing
43, 4443, 44: Kufeskid
4545: Basisplatte, PlatineBase plate, circuit board
4646: Kennliniecurve
4747: verschobene Kennlinieshifted characteristic
4848: Stützscheibesupport disc
4949: Gehäuseanschlaghousing stop
5050: FedergehäuseanschlagSpring housing stop
5151: Vorsprunghead Start
5252: Anschlagscheibestop disc

Claims

Force sensor arrangement, in particular for a parking brake of a motor vehicle, - with an at least partially strand-shaped displacement element ( 7 ) for transmitting a force in its longitudinal direction and with a with the displacement element ( 7 ) cooperating support element ( 9 ), wherein the displacement element ( 7 ) relative to the support element ( 9 ) is displaceable in its longitudinal direction, - with a force sensor spring ( 12 ), by means of which the support element ( 9 ) with a fixed abutment ( 13 ), - with a displacement sensor ( 1 . 2 ), that the path of the support element ( 9 ) against the force of the force sensor spring ( 12 ), and - with a tension spring element ( 23 . 34 ) for applying a bias, characterized in that the tension spring element ( 23 . 34 ) at least in the power-free state of the displacement element ( 7 ) the force sensor spring ( 12 ) in the effective direction either exclusively directly against the support element ( 9 ) or exclusively directly against the abutment ( 13 ) braced.

Force sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the tension spring element ( 23 . 34 ) at least in the power-free state of the displacement element ( 7 ) the force sensor spring ( 12 ) in their direction of action exclusively directly against the support element ( 9 ) braced.

Force sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the tension spring element ( 23 . 34 ) at least in the power-free state of the displacement element ( 7 ) the force sensor spring ( 12 ) exclusively directly against the abutment ( 13 ) braced.

Force sensor arrangement according to claim 3, characterized in that the tension spring element ( 23 . 34 ) for clamping the force sensor spring ( 12 ) an elastic force on a between the tension spring element ( 23 . 34 ) and the force sensor spring ( 12 ) arranged support disk ( 48 ) exercises.

Force sensor arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the force sensor spring ( 12 ) is a coil spring.

Force sensor arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the force sensor spring ( 12 ) as a compression spring between the support element ( 9 ) and the abutment ( 13 ) is arranged.

Force sensor arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the force sensor spring ( 12 ) at one of its ends by a spring guide ( 19 ) is fixed.

Force sensor arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the tension spring element ( 23 . 34 ) has a helical spring, in particular by the displacement element ( 7 ) is compressed in its longitudinal direction.

Force sensor arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the displacement element ( 7 ) a spindle and the support element ( 9 ) is a spindle nut.

Force sensor arrangement according to claim 9, characterized in that the spindle nut ( 9 ) is designed as a gear.

Force sensor arrangement according to claim 9 or 10, characterized in that the spindle ( 7 ) against rotation with respect to the abutment ( 13 ) or with the abutment ( 13 ) firmly connected housing ( 19 ) is blocked by a torque arm.

Force sensor arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the displacement sensor is a permanent magnet ( 2 ) and a magnetic field sensor ( 1 ), in particular a Hall sensor, -, wherein the permanent magnet ( 2 ) or the magnetic field sensor ( 1 ) fixed to the support element ( 9 ) and the other element fixed to the abutment ( 13 ) or fixed in relation to the abutment ( 13 ) are arranged, - wherein the relative position of the two elements to each other by detecting and evaluating the detected magnetic field strength is determined.

Force sensor arrangement according to claim 12, characterized in that - the magnetic field sensor ( 1 ) on a base plate ( 45 ), in particular a circuit board, is arranged, and - that the permanent magnet ( 2 ) in its relative movement relative to the magnetic field sensor ( 1 ) sliding on the base plate ( 45 ) is guided.

Force sensor arrangement according to claim 13, characterized in that the permanent magnet ( 2 ) with at least one in the direction of the base plate ( 45 ) over it protruding skid ( 43 . 44 ), in particular with two on both sides of the magnetic field sensor ( 1 ) arranged skids, which is connected in a relative movement of the permanent magnet ( 2 ) relative to the magnetic field sensor ( 1 ) glides past or past it.

Parking brake for a motor vehicle with a force sensor arrangement according to one of claims 1 to 13, wherein the displacement element ( 7 ) is connected to a brake cable.