DE102014107673A1

DE102014107673A1 - Force sensor for measuring a driving force acting on a drive object

Info

Publication number: DE102014107673A1
Application number: DE102014107673.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: STROTHMANN, ROLF, DR. RER. NAT., DE
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-12-03

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftsensor zur Messung einer auf ein Antriebsobjekt einwirkenden Antriebskraft, insbesondere Muskelantriebskraft, mit einem hülsenartigen Griffelement (1), das durch die zu messende Antriebskraft relativ zu einem das Griffelement (1) entlang der Hülsenachse (24) durchsetzenden, mit dem Antriebsobjekt verbundenen Kernelement (2) gegen eine elastische Rückstellkraft bewegbar ist, wobei das Griffelement (1) ein magnetisierbares oder/und elektrisch leitendes Material und das Kernelement (2) wenigstens eine Spule (13, 14) aufweist, und wobei Einrichtungen zur Erfassung eines Messsignals, das von der durch die Position des Griffelements (1) relativ zu dem Kernelement (2) beeinflussten Induktivität der Spule (13, 14) abhängig ist, vorgesehen sind. Erfindungsgemäß ist das Griffelement (1) parallel zu der Hülsenachse (24) unter Verschiebung der Spule (13, 14) relativ zu einer Änderung des Querschnitts und/oder einer Inhomogenität (9) der Magnetisierbarkeit und/oder elektrischen Leitfähigkeit des Griffelements (1) bewegbar.The invention relates to a force sensor for measuring a driving force acting on a drive object, in particular muscle driving force, with a sleeve-like grip element (1) passing through the drive force to be measured relative to a handle element (1) along the sleeve axis (24) with the drive object connected core element (2) is movable against an elastic restoring force, wherein the handle element (1) comprises a magnetizable and / or electrically conductive material and the core element (2) at least one coil (13, 14), and wherein means for detecting a measuring signal, which is dependent on the inductance of the coil (13, 14) influenced by the position of the grip element (1) relative to the core element (2). According to the invention, the grip element (1) can be moved parallel to the sleeve axis (24) while displacing the coil (13, 14) relative to a change in the cross section and / or inhomogeneity (9) of the magnetisability and / or electrical conductivity of the grip element (1) ,

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftsensor zur Messung einer auf ein Antriebsobjekt einwirkenden Antriebskraft, insbesondere Muskelantriebskraft, mit einem hülsenartigen Griffelement, das durch die zu messende Antriebskraft relativ zu einem das Griffelement entlang der Hülsenachse durchsetzenden, mit dem Antriebsobjekt verbundenen Kernelement gegen eine elastische Rückstellkraft bewegbar ist, wobei das Griffelement ein magnetisierbares oder/und elektrisch leitendes Material aufweist und das Kernelement wenigstens eine Spule umfasst und wobei Einrichtungen zur Erfassung eines Messsignals, das von der durch die Position des Griffelements relativ zu dem Kernelement beeinflussten Induktivität der Spule abhängig ist, vorgesehen sind. The invention relates to a force sensor for measuring a driving force acting on a drive object, in particular a muscle-like grip element, which is movable against an elastic restoring force by the drive force to be measured relative to a core element passing through the grip element along the sleeve axis and connected to the drive object. wherein the gripping element comprises a magnetizable and / or electrically conductive material and the core element comprises at least one coil and wherein means are provided for detecting a measuring signal which depends on the inductance of the coil influenced by the position of the gripping element relative to the core element.

Als Antriebsobjekte kommen vor allem muskelkraftbetriebene Fahrzeuge mit Motorkraftunterstützung in Betracht. Als Antriebsobjekte denkbar sind aber auch z.B. anzutreibende Teile ortsfester Vorrichtungen, insbesondere von Maschinen. As propulsion objects are mainly muscle-powered vehicles with engine power assistance into consideration. As drive objects conceivable but also e.g. driven parts of stationary devices, in particular of machines.

Ein Kraftsensor oben genannter Art geht aus der deutschen Patentanmeldung 11 2011 100 903.8 hervor. Innerhalb des hülsenförmigen Griffelements sind drei Spulen untergebracht, deren Induktivität sich infolge Bewegung des Griffelements beim Ausüben einer Zug- oder Schubkraft senkrecht zur Hülsenachse verändert. Durch drei zueinander im Winkelabstand von 120 ° angeordnete Spulen lassen sich Messsignale ermitteln, aus denen aufgrund vorbestimmter Zusammenhänge zwischen den Messsignalen und diesen entsprechenden Kraftkomponenten ein Vektor der Zug- oder Schubkraft ermittelbar ist. A force sensor of the above type goes out of the German patent application 11 2011 100 903.8 out. Within the sleeve-shaped handle member, three coils are housed, the inductance changes due to movement of the handle member when exerting a pulling or pushing force perpendicular to the sleeve axis. By means of three coils arranged at an angle of 120 ° with respect to each other, measurement signals can be determined from which a vector of the tensile or shear force can be determined on the basis of predetermined relationships between the measurement signals and corresponding force components.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Kraftsensor der eingangs erwähnten Art dadurch weitergebildet, dass das Griffelement parallel zu der Hülsenachse unter Verschiebung der Spule relativ zu einer Änderung des Querschnitts und/oder einer Inhomogenität der Magnetisierbarkeit und/oder elektrischen Leitfähigkeit des Griffelements bewegbar ist. By the present invention, a force sensor of the type mentioned is further developed in that the handle element is movable parallel to the sleeve axis with displacement of the coil relative to a change in cross-section and / or inhomogeneity of the magnetizability and / or electrical conductivity of the handle member.

Eine parallel zur Hülsenachse auf das Griffelement ausgeübte Kraft, wie sie beispielsweise zum Lenken eines Antriebsobjekts erforderlich sein kann, führt erfindungsgemäß infolge Verschiebung der genannten Querschnittsänderung oder/und Inhomogenität relativ zu der Spule zu einer kraftabhängigen Änderung der Spuleninduktivität, so dass sich an der Spule ein für die ausgeübte Kraft repräsentatives Messsignal abnehmen lässt. A force exerted on the grip element parallel to the sleeve axis, as may be necessary for steering a drive object, for example, results in a force-dependent change in the coil inductance as a result of displacement of the mentioned cross-sectional change and / or inhomogeneity relative to the coil, so that the coil engages for the force exerted representative representative signal decrease.

Vorzugsweise ist die Querschnittsänderung durch eine Vertiefung oder/und einen Vorsprung in bzw. an der Hülsenwand des Griffelements gebildet, insbesondere durch eine Vertiefung oder/und ein Vorsprung in Ringform. In letzterem Fall ergibt sich unabhängig von der Position der Spule bezogen auf den am Umfang des Griffelements bei axialer Verschiebung der Spule stets die gleiche Induktivitätsänderung. Preferably, the change in cross section is formed by a depression and / or a projection in or on the sleeve wall of the grip element, in particular by a depression and / or a projection in the form of a ring. In the latter case, irrespective of the position of the coil relative to the circumference of the grip element with axial displacement of the coil, the same inductance change always results.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist für den jeweiligen Abstand der Spule zu der Querschnittsänderung bzw. Inhomogenität ein magnetisierbarer Kern der Spule maßgebend. Vorzugsweise ist eine Spulenanordnung aus zwei in Reihe geschalteten Teilspulen gebildet. Bei axialer Verschiebung der Querschnittsänderung bzw. Inhomogenität relativ zu den Teilspulen nimmt jeweils die Induktivität einer Spule zu und die Induktivität der anderen Spule ab, so das effizient ein Differenzsignal zur Kraftbestimmung genutzt werden kann. In a particularly preferred embodiment of the invention is for the respective distance of the coil to the cross-sectional change or inhomogeneity a magnetizable core of the coil prevail. Preferably, a coil arrangement is formed from two series-connected partial coils. In the case of axial displacement of the cross-sectional change or inhomogeneity relative to the partial coils, the inductance of one coil increases and the inductance of the other coil decreases, so that a difference signal can be used efficiently to determine the force.

Zweckmäßig sind die Teilspulen jeweils auf einen Abschnitt eines Basisschenkels eines eine E-Form aufweisenden gemeinsamen Spulenkerns gewickelt, wobei insbesondere die Teilspulen einen unterschiedlichen Windungssinn aufweisen. Auf diese Weise kann der Magnetfluss durch den mittleren Schenkel des E-förmigen Spulenkerns gezwungen werden. So ergibt sich bezogen auf die Verschiebung eine besonders große Differenz zwischen den Induktivitäten und damit eine hohe Messempfindlichkeit. Suitably, the partial coils are each wound on a portion of a base leg of an E-shape having common coil core, in particular, the partial coils have a different sense of winding. In this way, the magnetic flux can be forced through the middle leg of the E-shaped coil core. Thus, based on the displacement, a particularly large difference between the inductances and thus a high sensitivity of measurement results.

Das Griffelement kann zusätzlich relativ zu dem Kernelement senkrecht zur Hülsenachse gegen eine Rückstellkraft bewegbar sein und somit der Kraftsensor auch zur Zug- oder Schubkraftmessung eingesetzt werden, wobei sich die obengenannten Spulenanordnungen auch hierfür nutzen lassen. The grip element may additionally be movable relative to the core element perpendicular to the sleeve axis against a restoring force, and thus the force sensor can also be used for tensile or shear force measurement, wherein the abovementioned coil arrangements can also be used for this purpose.

Insbesondere können in einer zur Hülsenachse senkrechten Ebene mehrere Spulenanordnungen vorgesehen sein, vorzugsweise drei Spulenanordnungen, die zueinander im Winkelabstand von 120 ° angeordnet sind. In particular, a plurality of coil arrangements can be provided in a plane perpendicular to the sleeve axis, preferably three coil arrangements, which are arranged at an angle of 120 ° to one another.

Zur Messung der Zug- oder Schubkraft können die drei Spulenanordnungen eingesetzt werden, die jeweils aus der Reihenschaltung der Teilspulen bestehen. To measure the tensile or shear force, the three coil arrangements can be used, each consisting of the series connection of the partial coils.

Zweckmäßig ist zwischen den Teilspulen und ggf. an einem Sternpunkt der miteinander verschalteten Spulenanordnungen dann jeweils ein Anschluss zum Abgriff eines Messsignals vorgesehen. Expediently, a connection for tapping off a measuring signal is then provided between the partial coils and optionally at a neutral point of the coil arrangements interconnected with one another.

Es versteht sich, dass das Griffelement über elastische Verbindungsstücke mit dem Kernelement verbunden sein kann, durch die sowohl eine Bewegung des Griffelements senkrecht als auch parallel zur Hülsenachse möglich wird. Alternativ kann die Hülse geeignet geschwächt sein, z.B. durch einander überlappende Einschlitzungen, so dass sie sich in axialer Richtung stauchen und damit die Querschnittsänderung bzw. Inhomogenität relativ zur Spule verschieben lässt. It is understood that the grip element can be connected via elastic connecting pieces with the core element, by which both a movement of the grip element perpendicular and parallel to the sleeve axis is possible. Alternatively, the sleeve may be suitably weakened, for example by overlapping overlaps, so that they are compress in the axial direction and thus can move the cross-sectional change or inhomogeneity relative to the coil.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf eines dieser Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen: The invention will be explained below with reference to embodiments and the accompanying, relating to one of these embodiments drawings. Show it:

1 einen erfindungsgemäßen, einen Handgriff aufweisenden Kraftsensor in einer geschnittenen Längsansicht, 1 an inventive, having a handle force sensor in a longitudinal sectional view,

2 eine in dem Handgriff von 1 verwendete Spulenanordnung aus zwei Spulen auf einem E-Kern, 2 one in the handle of 1 used coil arrangement of two coils on an E-core,

3 einen in dem Handgriff von 1 verwendeten Trägerring für Spulenanordnungen nach 2 in axialer Richtung gesehen, und 3 one in the handle of 1 used carrier ring for coil arrangements after 2 seen in the axial direction, and

4 eine in dem Sensor von 1 bis 3 verwendete Messschaltung. 4 one in the sensor of 1 to 3 used measuring circuit.

Ein Kraftsensor umfasst in dem in 1 gezeigten Beispiel ein hülsenförmiges Griffelement 1, das an seinen Enden über Ringblöcke 3 und 4 mit einem rundstabförmigen, zu dem Griffelement 1 koaxialen Kernelement 2 verbunden ist. An über die Ringblöcke 3 und 4 hinaus vorstehenden Enden 5 und 6 des Kernelements 2 lässt sich der Kraftsensor mit einem über dessen Griffelement 1 zu bewegenden (nicht gezeigten) Antriebsobjekt verbinden, z.B. einem Golfcaddy oder Kinderwagen. A force sensor comprises in the in 1 Example shown a sleeve-shaped handle element 1 , which at its ends over ring blocks 3 and 4 with a round rod, to the handle element 1 coaxial core element 2 connected is. On over the ring blocks 3 and 4 also protruding ends 5 and 6 of the core element 2 can the force sensor with a handle on the element 1 connect to moving (not shown) drive object, such as a golf caddy or stroller.

Auf dem die Ringblöcke 3, 4 durchsetzenden Kernelement 2 sind in dessen Längsmitte zwei Trägerringe 7, 7‘ in zueinander axialem Abstand befestigt. Die in dem gezeigten Beispiel aus Leiterplattenmaterial hergestellten Trägerringe 7, 7‘ halten drei daran im Winkelabstand von 120 ° angebrachte Spulenanordnungen 8, 8‘ und 8‘‘. Eine dieser baugleichen Spulenanordnungen ist in 3 gesondert dargestellt. On the the ring blocks 3 . 4 enforcing core element 2 are in the longitudinal center of two carrier rings 7 . 7 ' attached in mutually axial distance. The support rings made of printed circuit board material in the example shown 7 . 7 ' hold three at a angular distance of 120 ° mounted coil assemblies 8th . 8th' and 8th'' , One of these identical coil arrangements is in 3 shown separately.

Den Spulenanordnungen 8, 8‘, 8‘‘ bzw. den beiden Trägerringen 7, 7‘ radial gegenüberliegend ist in der Innenwand des hülsenförmigen Griffelements 1 eine die Hohlzylindergeometrie der Hülsenwand axial unterbrechende Inhomogenität in Form einer Ringnut 9 gebildet. Das hülsenförmige Griffelement 1 weist ferner im Bereich der Ringblöcke 3, 4 jeweils einander in radialer Richtung überlappende Einschlitzungen 10 bzw. 11 auf. The coil arrangements 8th . 8th' . 8th'' or the two carrier rings 7 . 7 ' is radially opposite in the inner wall of the sleeve-shaped handle member 1 a hollow cylinder geometry of the sleeve wall axially interrupting inhomogeneity in the form of an annular groove 9 educated. The sleeve-shaped handle element 1 also points in the area of the ring blocks 3 . 4 each overlapping in the radial direction Einschlitzungen 10 respectively. 11 on.

Wie insbesondere 2 zu entnehmen ist, umfassen die Spulenanordnungen 8, 8‘, 8‘‘ jeweils einen E-förmigen Eisenkern 12 sowie zueinander in Reihe geschaltete Teilspulen 13 und 14, die in dem gezeigten Beispiel in unterschiedlichem Windungssinn gewickelt sind. In particular 2 can be seen, include the coil assemblies 8th . 8th' . 8th'' each an E-shaped iron core 12 and to each other in series connected partial coils 13 and 14 , which are wound in the example shown in different Windungssinn.

Zum Halten der in 2 gezeigten Spulenanordnung weisen die Trägerringe 7, 7‘ wie insbesondere 3 erkennen lässt, entsprechende Aufnahmesitze in Form von Durchbrüchen 15 auf. Bei der Montage des Sensors lassen sich die E-Kerne 12 axial in die Durchbrüche 15 einschieben und dann unter Verschiebung radial nach außen in die gewünschte Position bringen, in welcher ein Randabschnitt des jeweiligen Durchbruchs 15 zwischen Schenkeln des E-Kerns 12 eingreift und die Enden der E-Kernschenkel einen gewünschten Abstand zur Hülseninnenwand einnehmen. To hold the in 2 The coil arrangement shown have the carrier rings 7 . 7 ' in particular 3 can recognize, corresponding receiving seats in the form of breakthroughs 15 on. When mounting the sensor, the E-cores can be 12 axially into the breakthroughs 15 insert and then bring with displacement radially outward in the desired position, in which an edge portion of the respective breakthrough 15 between thighs of the E-core 12 engages and occupy the ends of the E-core leg a desired distance to the sleeve inner wall.

Die in 2 schematisch gezeigten Teilspulen 13, 14 sind jeweils durch spiralförmige, die Durchbrüche 15 umrundende Leiterbahnen im Leiterplattenmaterial der Trägerringe 7, 7‘ gebildet, so dass diese Leiterbahnen die jeweiligen Zwischenabschnitte zwischen den Schenkeln des E-Kerns 12 umgeben. In dem gezeigten Beispiel sind Leiterbahnen auf mehreren Lagen des Leiterplattenmaterials vorgegeben und diese Leiterbahnen mittels Durchkontaktierungen miteinander zu der Teilspule 13 bzw. 14 verbunden. In the 2 schematically shown partial coils 13 . 14 are each through spiral, the breakthroughs 15 Circumferential conductor tracks in the printed circuit board material of the carrier rings 7 . 7 ' formed, so that these interconnects the respective intermediate sections between the legs of the E-core 12 surround. In the example shown, strip conductors are predetermined on several layers of the printed circuit board material and these strip conductors are interconnected to the partial coil by means of plated-through holes 13 respectively. 14 connected.

Wie die in 4 dargestellte, wenigstens teilweise auf den Trägerringen 7, 7‘ untergebrachte Auswertschaltung erkennen lässt, sind die in Reihe angeordneten Teilspulen 13, 14 der drei Spulenanordnungen 8, 8‘, 8‘‘ in einem Sternpunkt 16 miteinander verbunden, wobei der Sternpunkt 16 seinerseits mit einem ein Messsignal liefernden, an eine Beschaltungs- und Auswerteleketronik 24 angeschlossenen Messausgang 17 in Verbindung steht. Weitere Messausgänge 18, 19 und 20 greifen ein Messsignal jeweils zwischen den Teilspulen 13, 14 der Spulenanordnungen 8, 8‘, 8‘‘ ab. Like the in 4 represented, at least partially on the carrier rings 7 . 7 ' accommodated evaluation circuit, are the arranged in series sub-coils 13 . 14 of the three coil arrangements 8th . 8th' . 8th'' in a star point 16 interconnected with the star point 16 in turn, with a measuring signal supplying, to a Beschaltungs- and Auswerteleketronik 24 connected measuring output 17 communicates. Further measuring outputs 18 . 19 and 20 In each case, a measuring signal is applied between the sub-coils 13 . 14 the coil arrangements 8th . 8th' . 8th'' from.

Die dem Sternpunkt 16 abgewandten Enden der Spulenanordnungen 8 bilden Eingänge 21, 22 und 23 zum Anlegen einer an den Messausgängen 17 bis 20 ein Messspannungssignal erzeugenden Messspannung durch die Beschaltungs- und Auswertelektronik 24. The star point 16 remote ends of the coil assemblies 8th form inputs 21 . 22 and 23 to create one at the measuring outputs 17 to 20 a measuring voltage signal generating measuring voltage through the Beschaltungs- and evaluation electronics 24 ,

Bei Benutzung des Kraftsensors als mit einem Antriebsobjekt verbundenem Handgriff kommt es je nach ausgeübter Zug- oder Schubkraft zu einer mehr oder weniger starken radialen Verschiebung der Hülsenwand des Griffelements 1 z.B. in der durch Pfeil 26 angezeigten Richtung. Damit ändern sich die Abstände zwischen den Spulenanordnungen 8, 8‘, 8‘‘ und der Wand des hülsenförmigen Griffelements 1. Indem das hülsenförmige Griffelement 1 ein magnetisierbares oder/und elektrisch leitendes Material aufweist, kommt es zu einer Änderung der Gesamtinduktivität der jeweils durch Reihenschaltung aus den Teilspulen 13, 14 gebildeten Spulen. When using the force sensor connected as a drive object handle it comes depending on the applied tensile or shear force to a more or less strong radial displacement of the sleeve wall of the handle member 1 eg in the by arrow 26 displayed direction. This changes the distances between the coil arrangements 8th . 8th' . 8th'' and the wall of the sleeve-shaped handle member 1 , By the sleeve-shaped handle element 1 a magnetizable and / or electrically conductive material, there is a change in the Total inductance in each case by series connection of the sub-coils 13 . 14 formed coils.

Durch Anlegen von Messspannungsimpulsen aufeinanderfolgend an die Messspannungseingänge 21, 22 und 23 ergeben sich am Sternpunkt von der jeweiligen Induktivität der Spulenanordnungen abhängige Spannungsmesssignale. Anhand eines vorbestimmten Zusammenhangs zwischen diesen Spannungsmesssignalen und der auf den Handgriff gegen eine elastische Rückstellkraft ausgeübten Zug- oder Schubkraft, lässt sich der Vektor dieser Kraft bestimmen, wie dies in der hier einbezogenen DE 11 2011 100 903.8 beschrieben ist. By applying measurement voltage pulses consecutively to the measurement voltage inputs 21 . 22 and 23 arise at the neutral point of the respective inductance of the coil arrangements dependent voltage measuring signals. Based on a predetermined relationship between these voltage measurement signals and the applied to the handle against an elastic restoring force tensile or shear force, the vector of this force can be determined, as in the here included DE 11 2011 100 903.8 is described.

Neben den obengenannten, senkrecht zur Hülsenachse 25 wirkenden Zug- oder Schubkräften kann der beschriebene Sensor ferner parallel zur Hülsenachse 25 wirkende Kräfte messen, z.B. Kräfte, die zur Lenkung eines Antriebsobjekts erforderlich sind. In addition to the above, perpendicular to the sleeve axis 25 acting tensile or shear forces, the sensor described can also be parallel to the sleeve axis 25 Measure acting forces, such as forces that are required for steering a drive object.

Im Falle parallel zur Hülsenachse 25 wirkender Kräfte, kommt es zu geringfügiger elastischer Verschiebung des Griffelements 1 in Richtung der Hülsenachse 25 durch Stauchung. Die bei dieser Verschiebung durch Stauchung wirksame Federkonstante lässt sich durch das Anzahl und Anordnung der Einschlitzungen 10, 11 in geeigneter Weise einstellen. In the case parallel to the sleeve axis 25 acting forces, there is a slight elastic displacement of the handle element 1 in the direction of the sleeve axis 25 by compression. The effect of this displacement by compression effective spring constant can be determined by the number and arrangement of the Einschlitzungen 10 . 11 set appropriately.

Bei Einwirkung zur Hülsenachse paralleler Kräfte verschiebt sich geringfügig die in der Wand der Griffelements 1 in Bezug auf Magnetsierbarkeit und Leitfähigkeit eine Inhomogenität bildende Ringnut 9 axial relativ zu den Spulenanordnungen 8, 8‘ und 8‘‘. Durch sich ändernden Magnetschluss mit der Hülsenwand ändert sich damit das Verhältnis der Induktivitäten der Teilspulen 13, 14 zueinander. Bei jedem der obengenannten Messimpulse ergibt sich ein Messspannungssignal an den Messausgängen 18 bis 20, das entsprechend einem vorbestimmten Zusammenhang zwischen der wirkenden Kraft und dem Messsignal die Bestimmung der wirkenden Kraft erlaubt. When acting on the sleeve axis of parallel forces slightly shifts in the wall of the handle element 1 in terms of magnetizability and conductivity, an inhomogeneity-forming annular groove 9 axially relative to the coil assemblies 8th . 8th' and 8th'' , As a result of changing magnetic closure with the sleeve wall, the ratio of the inductances of the partial coils changes 13 . 14 to each other. Each of the above-mentioned measuring pulses results in a measuring voltage signal at the measuring outputs 18 to 20 which allows determination of the acting force according to a predetermined relationship between the acting force and the measurement signal.

Zur Erhöhung der Messgenauigkeit unter Ausgleich durch den Vektor der Zug- oder Schubkraft bedingter Veränderungen der Abstände der Spulenanordnungen 8, 8‘, 8‘‘ zur Hülsenwand kann durch Mittelung über die Spannungssignale an den Messausgängen 18 bis 20 eine erhöhte Genauigkeit erreicht werden. To increase the accuracy under compensation by the vector of the tensile or shear force induced changes in the distances of the coil assemblies 8th . 8th' . 8th'' to the sleeve wall can by averaging over the voltage signals at the measuring outputs 18 to 20 an increased accuracy can be achieved.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden elastische Rückstellkräfte in Richtung senkrecht zur Hülsenachse durch die Biegeverformung der Hülse selbst erzeugt. Bei Krafteinwirkung parallel zur Hülsenachse entstehen Rückstellkräfte in geeigneter Größe durch die insbesondere im axialen Bereich der Einschlitzungen 10, 11 möglichen Stauchungen der Hülse in Richtung der Hülsenachse. In the illustrated embodiment, elastic restoring forces are generated in the direction perpendicular to the sleeve axis by the bending deformation of the sleeve itself. Upon application of force parallel to the sleeve axis, restoring forces of suitable size are formed by the axial forces, in particular in the axial area of the slots 10 . 11 possible compression of the sleeve in the direction of the sleeve axis.

Abweichend hiervon können geeignete Rückstellkräfte bzw. Federkonstanten in beiden genannten Richtungen auch durch Verwendung elastischer Materialien für die Ringblöcke 3, 4 erzeugt werden. Deviating from this, suitable restoring forces or spring constants in both directions can also be achieved by using elastic materials for the ring blocks 3 . 4 be generated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 112011100903 [0003, 0028]

Claims

Force sensor for measuring a driving force acting on a drive object, in particular a muscle drive force, with a sleeve-like grip element ( 1 ), by the driving force to be measured relative to a handle element ( 1 ) along the sleeve axis ( 24 ) passing through, with the drive object connected core element ( 2 ) is movable against an elastic restoring force, wherein the grip element ( 1 ) a magnetizable and / or electrically conductive material and the core element ( 2 ) at least one coil ( 13 . 14 ) and wherein means for detecting a measuring signal, which differs from the by the position of the handle element ( 1 ) relative to the core element ( 2 ) influenced inductance of the coil ( 13 . 14 ), are provided, characterized in that the grip element ( 1 ) parallel to the sleeve axis ( 24 ) with displacement of the coil ( 13 . 14 ) relative to a change in cross-section and / or inhomogeneity ( 9 ) the magnetizability and / or conductivity of the grip element ( 1 ) is movable.

Force sensor according to claim 1, characterized in that the change of the cross section through a depression ( 9 ) and / or a projection in or on the sleeve wall ( 25 ), preferably in ring form, is formed.

Force sensor according to claim 1 or 2, characterized in that for the respective distance between the coil ( 13 . 14 ) and the cross-sectional change or / and inhomogeneity of a magnetizable core ( 12 ) of the coil ( 13 . 14 ) is authoritative.

Force sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one coil arrangement ( 8th ) of two series-connected partial coils ( 13 . 14 ) is provided.

Force sensor according to claim 4, characterized in that the partial coils ( 13 . 14 ) each on a portion of a base leg of an E-shape having common coil core ( 12 ) are wound.

Force sensor according to claim 4 or 5, characterized in that the partial coils ( 13 . 14 ) are wound in different Windungssinn.

Force sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the grip element ( 1 ) relative to the core element ( 2 ) is further movable perpendicular to the sleeve axis against a restoring force.

Force sensor according to one of claims 4 to 7, characterized in that in one of the sleeve axis ( 24 ) vertical plane a plurality of coil arrangements are provided, preferably three mutually arranged at an angular distance of 120 ° coil arrangements ( 8th . 8th' . 8th'' ).

Force sensor according to claim 8, characterized in that the plane perpendicular to the sleeve axis plane of the grip element ( 1 ) cuts in its longitudinal center.

Force sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the grip element ( 1 ) via elastic connecting pieces ( 3 . 4 ) with the core element ( 2 ) is connected and / or the grip element ( 1 ) a compression parallel to the sleeve axis ( 24 ) allowing weakening, in particular slits ( 10 . 11 ), having.

Force sensor according to one of claims 4 to 10, characterized in that between the sub-coils ( 13 . 14 ) and possibly at a star point ( 16 ) of the interconnected coil arrangements ( 8th . 8th' . 8th'' ) one connection each ( 17 . 18 - 20 ) is formed for tapping a measurement signal.

Force sensor according to one of claims 4 to 11, characterized in that the partial coils ( 13 . 14 ) in each case by interconnects on or / and in a magnetizable core ( 12 ) receiving carrier ( 7 . 7 ' ) are formed from printed circuit board material.

Force sensor according to claim 12, characterized in that the conductor tracks form a magnetizable core ( 12 ) receiving breakthrough ( 15 ) in the carrier ( 7 . 7 ' ) surround.

Force sensor according to claim 12 or 13, characterized in that on the support ( 7 . 7 ' ) at least a part of a Beschaltungs- and / or evaluation electronics ( 24 ) is housed.