DE102016212931A1

DE102016212931A1 - Force measurement unit

Info

Publication number: DE102016212931A1
Application number: DE102016212931.7A
Authority: DE
Inventors: Denis Hackmann; Mark Klügel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2018-01-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftmesseinheit (1) umfassend einen ersten Gehäuseteil (2), einen zweiten Gehäuseteil (3), ein elastisches Element (4), und ein Druckelement (5), wobei das Druckelement (5) in dem zweiten Gehäuseteil (3) verschieblich gelagert ist, wobei das elastische Element (4) an dem ersten Gehäuseteil (2) gehalten ist, wobei der erste Gehäuseteil (2) mit dem zweiten Gehäuseteil (3) mechanisch verbunden ist, sodass durch Verschieben des Druckelements (5) das elastische Element (4) komprimierbar ist, und wobei eine Mantelfläche (11) des zweiten Gehäuseteils (3) und/oder des Druckelements (5) eine Aufnahme (10) für ein Sensorelement zur Detektion einer Verschiebung des Druckelements (5) relativ zu dem zweiten Gehäuseteil (3) aufweist.The present invention relates to a force measuring unit (1) comprising a first housing part (2), a second housing part (3), an elastic element (4), and a pressure element (5), wherein the pressure element (5) in the second housing part (3 ), wherein the elastic element (4) on the first housing part (2) is held, wherein the first housing part (2) with the second housing part (3) is mechanically connected, so by moving the pressure element (5), the elastic Element (4) is compressible, and wherein a lateral surface (11) of the second housing part (3) and / or the pressure element (5) has a receptacle (10) for a sensor element for detecting a displacement of the pressure element (5) relative to the second housing part (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftmesseinheit. Eine derartige Kraftmesseinheit ist insbesondere in einem Fahrzeug einsetzbar, um eine von einem Fahrer aufgebrachte Kraft auf ein Bremspedal zu ermitteln. The present invention relates to a force measuring unit. Such a force measuring unit can be used in particular in a vehicle in order to determine a force applied by a driver to a brake pedal.

Aus dem Stand der Technik sind Kraftmesseinheiten insbesondere für Bremssysteme von Fahrzeugen bekannt. Dabei können üblicherweise Dehnungsmessstreifen, die eine dehnende oder stauchende Verformung eines Werkstoffs anzeigen, verwendet werden, um die von dem Fahrer aufgebrachte Kraft auf ein Bremspedal zu ermitteln. Eine Messung erfolgt insbesondere über eine Änderung des elektrischen Widerstands des Dehnungsmessstreifens. Allerdings bedingt der Dehnungsmessstreifen eine sehr starre Anbindung, die nur eine sehr geringe Deformation des Werkstoffs misst. Zudem ist eine Variation des elastischen Werkstoffs nur mit viel Aufwand umzusetzen. Force measuring units, in particular for brake systems of vehicles, are known from the prior art. Strain gauges that indicate a stretching or compressive deformation of a material can usually be used to determine the force applied by the driver to a brake pedal. A measurement takes place in particular via a change in the electrical resistance of the strain gauge. However, the strain gauge requires a very rigid connection, which measures only a very small deformation of the material. In addition, a variation of the elastic material can be implemented only with great effort.

Alternative Lösungsmöglichkeiten umfassen Sensoren, die in die Kraftmesseinheit integriert sind. Dies verkompliziert den Aufbau der Kraftmesseinheit und erlaubt insbesondere keine Variation der elastischen Komponente der Kraftmesseinheit. Bekannte Kraftmesseinheiten sind insbesondere in der DE 103 15 073 A1 , der DE 10 2008 024 852 A1 und in der EP 1 961 637 B1 offenbart. Alternative solutions include sensors integrated into the force measuring unit. This complicates the structure of the force measuring unit and in particular does not allow any variation of the elastic component of the force measuring unit. Known force measuring units are in particular in the DE 103 15 073 A1 , of the DE 10 2008 024 852 A1 and in the EP 1 961 637 B1 disclosed.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftmesseinheit bereitzustellen, die bei einfacher und kostengünstiger Herstellung und Montage einen geringen Bauraum benötigt und zusätzlich eine Einstellbarkeit erlaubt. It is an object of the present invention to provide a force measuring unit which requires a small installation space with simple and cost-effective production and installation and additionally allows adjustability.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt. The solution of this object is achieved by the features of the independent claim. The dependent claims have preferred developments of the invention to the content.

Gelöst wird die Aufgabe somit durch eine Kraftmesseinheit, die einen ersten Gehäuseteil, einen zweiten Gehäuseteil, ein elastisches Element und ein Druckelement aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass das Druckelement in dem zweiten Gehäuseteil verschieblich gelagert ist, während das elastische Element an dem ersten Gehäuseteil gehalten ist. Der erste Gehäuseteil und der zweite Gehäuseteil sind mechanisch miteinander verbunden, sodass durch Verschiebung des Druckelements das elastische Element komprimierbar ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Druckelement mit dem elastischen Element direkt in Kontakt gelangt, um das elastische Element zu komprimieren. Weiterhin ist vorgesehen, dass eine Mantelfläche des zweiten Gehäuseteils und/oder des Druckelements eine Aufnahme aufweist. Die Aufnahme ist zur Lagerung eines Sensorelements zur Detektion einer relativen Verschiebung zwischen dem Druckelement und dem zweiten Gehäuseteil ausgebildet. Somit ist insbesondere ermöglicht, das Sensorelement auf eine Außenfläche der Kraftmesseinheit aufzubringen. Dadurch ist eine Montage des Sensorelements vereinfacht, da das Sensorelement insbesondere nicht, wie im Stand der Technik, in die Kraftmesseinheit integriert ist. Bei dem elastischen Element kann es sich vorteilhafterweise um eine Metallfeder, insbesondere eine Stahlfeder, handeln. Alternativ ist eine Kunststofffeder, insbesondere eine Polyurethanfeder, ermöglicht. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das elastische Element eine Steifigkeit zwischen 400 Newton pro mm und 600 Newton pro mm, insbesondere von 500 Newton pro mm auf. Es sind des Weiteren auch progressive oder degressive Federkennlinien denkbar. Je nach Anwendungsfall lassen sich in der Kraftmesseinheit unterschiedliche elastische Elemente verwenden. Ebenso lässt sich die Kraftmesseinheit mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Sensorelementen kombinieren, da das Sensorelement an der Kraftmesseinheit durch die Aufnahme auf der Mantelfläche des zweiten Gehäuseteils und/oder des Druckelements einfach und kostengünstig montierbar ist. The object is thus achieved by a force measuring unit which has a first housing part, a second housing part, an elastic element and a pressure element. It is provided that the pressure element is mounted displaceably in the second housing part, while the elastic element is held on the first housing part. The first housing part and the second housing part are mechanically connected to each other, so that by displacement of the pressure element, the elastic element is compressible. In particular, it is provided that the pressure element comes into direct contact with the elastic element in order to compress the elastic element. Furthermore, it is provided that a lateral surface of the second housing part and / or of the pressure element has a receptacle. The receptacle is designed for mounting a sensor element for detecting a relative displacement between the pressure element and the second housing part. Thus, in particular, it is possible to apply the sensor element to an outer surface of the force measuring unit. As a result, an assembly of the sensor element is simplified, since the sensor element is not integrated in particular in the force measuring unit, as in the prior art. The elastic element may advantageously be a metal spring, in particular a steel spring. Alternatively, a plastic spring, in particular a polyurethane spring, allows. In a particularly advantageous embodiment, the elastic element has a stiffness between 400 Newton per mm and 600 Newton per mm, in particular of 500 Newton per mm. Furthermore, progressive or degressive spring characteristics are also conceivable. Depending on the application, different elastic elements can be used in the force measuring unit. Likewise, the force measuring unit can be combined with a large number of different sensor elements, since the sensor element can be mounted on the force measuring unit in a simple and cost-effective manner by receiving on the lateral surface of the second housing part and / or the pressure element.

Das Druckelement weist bevorzugt ein Anschlagelement auf. Das Anschlagelement ist an den ersten Gehäuseteil und an den zweiten Gehäuseteil anlegbar, sodass eine Verschiebbarkeit des Druckelements relativ zu dem zweiten Gehäuseteil durch das Anschlagelement begrenzt ist. Das Anschlagelement liegt vorteilhafterweise außerdem an dem elastischen Element an, wenn das elastische Element von dem Druckelement komprimiert ist. Somit dient das Anschlagelement zusätzlich als Überlastschutz der Kraftmesseinheit, da eine Kompression des elastischen Elements durch das Anliegen des Anschlagelements an dem ersten Gehäuseteil begrenzt ist. Durch eine relative Anordnung von erstem Gehäuseteil und zweitem Gehäuseteil zueinander ist somit ein maximaler Verschiebungsweg des Druckelements relativ zu dem zweiten Gehäuseteil einstellbar. Insbesondere ist das Druckelement um einen Weg zwischen zwei Millimetern und vier Millimetern, besonders bevorzugt um drei Millimeter, verschiebbar. Der maximale Verschiebungsweg von dem Druckelement wird somit durch zwei Endpositionen begrenzt, wobei in einer ersten Endposition das Anschlagelement an dem zweiten Gehäuseteil anliegt, während in einer zweiten Endposition das Anschlagelement an dem ersten Gehäuseteil anliegt. The pressure element preferably has a stop element. The stop element can be applied to the first housing part and to the second housing part, so that a displaceability of the pressure element is limited relative to the second housing part by the stop element. The stop member is also advantageously abutted on the elastic member when the elastic member is compressed by the pressure member. Thus, the stop element additionally serves as overload protection of the force measuring unit, since compression of the elastic element is limited by the abutment of the stop element on the first housing part. By a relative arrangement of the first housing part and the second housing part to each other thus a maximum displacement of the pressure element is adjustable relative to the second housing part. In particular, the pressure element is displaceable by a distance between two millimeters and four millimeters, particularly preferably three millimeters. The maximum displacement of the pressure element is thus limited by two end positions, wherein in a first end position, the stop member rests against the second housing part, while in a second end position, the stop member rests against the first housing part.

Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass das Federelement innerhalb eines Hohlraums angeordnet ist. Dabei weisen der erste Gehäuseteil und/oder der zweite Gehäuseteil zumindest eine Durchgangsöffnung auf, die den Hohlraum mit einer Umgebung der Kraftmesseinheit verbinden. Vorteilhafterweise wird der Hohlraum durch die mechanische Verbindung des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils gebildet. Innerhalb des Hohlraums befindet sich somit das elastische Element, wobei weiterhin vorgesehen ist, dass das Druckelement in den Hohlraum eingreift. Durch Verschieben des Druckelements lässt sich somit der Hohlraum verkleinern, wodurch das elastische Element komprimierbar ist. Durch die Durchgangsöffnung ist ein Ausgleich des sich innerhalb des Hohlraums befindlichen Luftvolumens ermöglicht. Insbesondere kann durch die Durchgangsöffnung Luft entweichen oder in den Hohlraum einströmen. Preferably, it is further provided that the spring element is arranged within a cavity. In this case, the first housing part and / or the second housing part at least one passage opening, which connect the cavity with an environment of the force measuring unit. Advantageously, the cavity is formed by the mechanical connection of the first housing part and the second housing part. Within the cavity is thus the elastic element, wherein it is further provided that the pressure element engages in the cavity. By moving the pressure element can thus reduce the cavity, whereby the elastic element is compressible. Through the passage opening a compensation of the air volume located within the cavity is made possible. In particular, air can escape through the passage opening or flow into the cavity.

Besonders vorteilhaft ist in oder an der Durchgangsöffnung ein Filterelement angeordnet. Das Filterelement verhindert insbesondere das Eindringen von Fremdkörpern in den Hohlraum und erlaubt andererseits ein Entweichen oder Eindringen von Luft aus oder in den Hohlraum. Somit ist das elastische Element und das Druckelement vor Fremdkörpern geschützt, wodurch eine Beschädigung der Kraftmesseinheit durch Fremdkörper vermieden ist. Particularly advantageously, a filter element is arranged in or at the passage opening. The filter element in particular prevents the penetration of foreign bodies into the cavity and, on the other hand, permits the escape or penetration of air from or into the cavity. Thus, the elastic member and the pressure member is protected from foreign matter, whereby damage to the force measuring unit is avoided by foreign matter.

Der erste Gehäuseteil und/oder das Detektionselement weisen bevorzugt einen Kugelkopf auf. Über den Kugelkopf ist die Kraftmesseinheit an weiteren Komponenten, insbesondere an einem Bremssystem eines Fahrzeugs, anbringbar. Das dadurch entstehende Kugelgelenk ermöglicht, korrespondierend mit einem in der Kugelpfanne des Bremspedals arretierten Kugelkopfes, wie aus dem Stand der Technik bekannt, eine Abbildung der Kinematik eines Bremspedals, da das Bremspedal üblicherweise eine Rotation um einen Drehpunkt ausführt. Durch ein über den Kugelkopf gebildetes Kugelgelenk ist diese Bewegung in eine Translation des Druckelements relativ zu dem zweiten Gehäuseteil wandelbar. The first housing part and / or the detection element preferably have a ball head. The force measuring unit can be attached to further components, in particular to a brake system of a vehicle, via the ball head. The resulting ball joint allows, corresponding to a locked in the ball socket of the brake pedal ball head, as known from the prior art, an illustration of the kinematics of a brake pedal, as the brake pedal usually performs a rotation about a pivot point. By means of a ball joint formed over the ball joint, this movement is convertible into a translation of the pressure element relative to the second housing part.

In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung weist die Kraftmesseinheit ein Betätigungselement auf. Dabei umfasst das Betätigungselement einen Kugelkopf, über den das Betätigungselement an dem ersten Gehäuseteil oder dem Druckelement gelagert ist. Somit ist insbesondere über die Arretierung des Kugelkopfes in der Kugelpfanne des Bremspedal des Fahrzeugs, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ermöglicht, dass die Kugelgelenkverbindung zwischen dem Betätigungselement und dem ersten Gehäuseteil oder dem Druckelement sowie zwischen Betätigungselement und Bremspedal ein Ausgleich unterschiedlicher Kinematiken, insbesondere ein Ausgleich einer Kinematik des Bremspedals, ermöglicht ist. Umfasst die Kraftmesseinheit das Betätigungselement, so ist vorgesehen, dass die Kraftmesseinheit über den ersten Gehäuseteil und über das Betätigungselement an dem Bremssystem befestigt wird. Umfasst die Kraftmesseinheit kein Betätigungselement sondern umfasst die Kraftmesseinheit vielmehr einen Kugelkopf an dem ersten Gehäuseteil und/oder an dem Druckelement, so ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kraftmesseinheit über den ersten Gehäuseteil und über das Druckelement mit dem Bremssystem also auch mit dem Bremspedal verbindbar ist. In an alternative advantageous embodiment, the force measuring unit has an actuating element. In this case, the actuating element comprises a ball head, via which the actuating element is mounted on the first housing part or the pressure element. Thus, in particular via the locking of the ball head in the ball socket of the brake pedal of the vehicle, as known from the prior art, allows the ball joint connection between the actuating element and the first housing part or the pressure element and between the actuating element and the brake pedal balancing different kinematics, in particular a compensation of kinematics of the brake pedal is possible. If the force measuring unit comprises the actuating element, it is provided that the force measuring unit is fastened to the brake system via the first housing part and via the actuating element. If the force measuring unit does not comprise an actuating element, but instead the force measuring unit comprises a ball head on the first housing part and / or on the pressure element, then it is preferably provided that the force measuring unit can also be connected to the brake pedal via the first housing part and via the pressure element with the brake system.

Der erste Gehäuseteil und der zweite Gehäuseteil weisen bevorzugt jeweils ein Gewinde auf. Somit ist insbesondere vorgesehen, dass der erste Gehäuseteil und der zweite Gehäuseteil miteinander verschraubbar sind. Durch das Verschrauben von erstem Gehäuseteil und zweitem Gehäuseteil ist insbesondere eine Vorspannung und/oder ein Messfenster des elastischen Elements einstellbar. Weiterhin ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass der erste Gehäuseteil und der zweite Gehäuseteil nach dem Einstellen gegen ein Auseinanderschrauben gesichert werden, was insbesondere durch eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung, wie insbesondere durch ein Verkleben und/oder Verstemmen, ermöglicht ist. Als Alternative zu den Gewinden des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der erste Gehäuseteil und der zweite Gehäuseteil formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder reibschlüssig verbunden sind. The first housing part and the second housing part preferably each have a thread. Thus, it is particularly provided that the first housing part and the second housing part are screwed together. By screwing the first housing part and the second housing part in particular a bias and / or a measuring window of the elastic element is adjustable. Furthermore, it is particularly advantageous provided that the first housing part and the second housing part are secured after adjustment against disassembly, which in particular by a cohesive and / or positive connection, in particular by gluing and / or caulking, is possible. As an alternative to the threads of the first housing part and the second housing part is advantageously provided that the first housing part and the second housing part are positively and / or cohesively and / or frictionally connected.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Aufnahme eine Rändelfläche. Auf diese Weise ist das Sensorelement über einen Rändel-Presssitz mit dem zweiten Gehäuseteil und/oder dem Detektionselement verbindbar. Alternativ sind insbesondere auch andere stoffschlüssige und/oder formschlüssige und/oder reibschlüssige Verbindungen möglich. Daher ist eine Montage des Sensorelements vereinfacht. Weiterhin sind keine Anforderungen an das Sensorelement hinsichtlich Montage gestellt, das Sensorelement muss lediglich eine passende Gegenfläche zu der Aufnahme aufweisen. Somit ist die Kraftmesseinheit mit einer großen Vielzahl von unterschiedlichen Sensorelementen kombinierbar, wodurch die Kraftmesseinheit sehr flexibel einsetzbar ist. In a further preferred embodiment, the receptacle comprises a knurl surface. In this way, the sensor element via a knurled interference fit with the second housing part and / or the detection element is connectable. Alternatively, in particular other cohesive and / or positive and / or frictional connections are possible. Therefore, mounting of the sensor element is simplified. Furthermore, no requirements are placed on the sensor element in terms of assembly, the sensor element only has to have a matching mating surface to the receptacle. Thus, the force measuring unit can be combined with a large number of different sensor elements, whereby the force measuring unit can be used very flexibly.

Das elastische Element liegt bevorzugt an dem ersten Gehäuseteil und an dem Druckelement an. Somit führt ein Verschieben des Druckelements unmittelbar zu einem Komprimieren des elastischen Elements. Auf diese Weise sind Verschiebungen des Druckelements ohne eine Gegenkraft des elastischen Elements nicht möglich, wodurch insbesondere Messverfälschungen ausgeschlossen sind. The elastic element is preferably applied to the first housing part and to the pressure element. Thus, a displacement of the pressure element immediately leads to a compression of the elastic element. In this way, displacements of the pressure element without a counterforce of the elastic element are not possible, which in particular Messverfälschungen are excluded.

Besonders vorteilhaft ist eine Vorspannung des Federelements durch eine relative Anordnung von erstem Gehäuseteil und zweitem Gehäuseteil zueinander eingestellt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das elastische Element sowohl an dem ersten Gehäuseteil als auch an dem Druckelement anliegt und sich somit an dem ersten Gehäuseteil und an dem Druckelement abstützt. Besonders vorteilhaft liegt das elastische Element an dem Anschlagelement des Druckelements an, wobei das elastische Element aufgrund der Vorspannung das Anschlagelement an den zweiten Gehäuseteil andrückt. Somit befindet sich das Druckelement in der ersten Endposition. Durch eine Variation der Vorspannung lässt sich insbesondere ein Messbereich variieren, wodurch unterschiedliche Bereiche aus der Federkennlinie des elastischen Elements verwendet werden können. Somit lässt sich die Kraftmesseinheit je nach Systemanforderungen unterschiedlich anpassen. Bevorzugt ermöglicht dies wahlweise eine lineare, progressive oder degressive Messung durchzuführen. Particularly advantageous is a bias of the spring element by a relative arrangement of the first housing part and the second housing part set to each other. In this case, provision is made in particular for the elastic element to abut both on the first housing part and on the pressure element and thus on the first housing part and supported on the pressure element. Particularly advantageously, the elastic element is applied to the stop element of the pressure element, wherein the elastic element presses the stop element to the second housing part due to the bias. Thus, the pressure element is in the first end position. In particular, a measuring range can be varied by varying the bias voltage, as a result of which different ranges from the spring characteristic of the elastic element can be used. Thus, the force measuring unit can be adjusted differently depending on the system requirements. Preferably, this allows optionally to perform a linear, progressive or degressive measurement.

Bevorzugt ist schließlich vorgesehen, dass das Druckelement über ein Gleitelement an dem zweiten Gehäuseteil gelagert ist. Dabei kann das Gleitelement mit dem Druckelement oder mit dem zweiten Gehäuseteil fest verbunden sein. Bevorzugt ist das Gleitelement in den zweiten Gehäuseteil eingepresst und stellt somit ein Gleitlager für das Druckelement dar. Finally, it is preferably provided that the pressure element is mounted on the second housing part via a sliding element. In this case, the sliding element can be firmly connected to the pressure element or to the second housing part. Preferably, the sliding element is pressed into the second housing part and thus constitutes a sliding bearing for the pressure element.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen: Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:

1 eine schematische Ansicht einer Schnittansicht einer Kraftmesseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1 a schematic view of a sectional view of a force measuring unit according to a first embodiment of the invention,

2 eine schematische Abbildung der Kraftmesseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Teilschnitt, und 2 a schematic representation of the force measuring unit according to the first embodiment of the invention in a partial section, and

3 eine schematische Abbildung einer Schnittansicht einer Kraftmesseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 a schematic illustration of a sectional view of a force measuring unit according to a second embodiment of the invention.

1 zeigt eine Kraftmesseinheit 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittansicht. 2 zeigt eine teilweise geschnittene räumliche Darstellung der Kraftmesseinheit 1 gemäß 1. 1 shows a force measuring unit 1 according to a first embodiment of the invention in a sectional view. 2 shows a partially sectioned spatial representation of the force measuring unit 1 according to 1 ,

Die Kraftmesseinheit 1 umfasst einen ersten Gehäuseteil 2 sowie einen zweiten Gehäuseteil 3. Der erste Gehäuseteil 2 dient zur Aufnahme eines elastischen Elements 4. Insbesondere dient der erste Gehäuseteil 2 zur Zentrierung des elastischen Elements 4. Das elastische Element 4 ist bevorzugt eine Druckfeder, eine Tellerfeder, eine Wellfeder, eine Elastomerfeder oder eine sonstige Feder, die insbesondere auf Druck belastbar ist. Weiterhin dient der erste Gehäuseteil 2 zur Anbindung an eine nachfolgende Peripherie. Dazu weist der erste Gehäuseteil 2 eine erste Schnittstelle 400 auf. Über die erste Schnittstelle 400 ist der erste Gehäuseteil 2 insbesondere an weiteren Komponenten des Bremssystems befestigbar. The force measuring unit 1 includes a first housing part 2 and a second housing part 3 , The first housing part 2 serves to receive an elastic element 4 , In particular, the first housing part is used 2 for centering the elastic element 4 , The elastic element 4 is preferably a compression spring, a plate spring, a corrugated spring, an elastomeric spring or other spring, which is particularly resilient to pressure. Furthermore, the first housing part is used 2 for connection to a subsequent periphery. For this purpose, the first housing part 2 a first interface 400 on. About the first interface 400 is the first housing part 2 in particular attachable to other components of the brake system.

Der erste Gehäuseteil 2 ist mit einem zweiten Gehäuseteil 3 mechanisch verbunden. Dabei ist in dem zweiten Gehäuseteil 3 über ein Gleitlager 6 ein Druckelement 5 verschieblich gelagert. Insbesondere ist das elastische Element 4 hohlzylinderförmig aufgebaut, während das Druckelement 5 bevorzugt eine Zylinderform aufweist. Eine Mittelachse des elastischen Elements 4 und eine Mittelachse des Druckelements 5 sind bevorzugt konzentrisch zueinander ausgebildet. Durch eine Verschiebung des Druckelements 5 relativ zu dem zweiten Gehäuseteil 3 ist somit bevorzugt das elastische Element 4 komprimierbar. The first housing part 2 is with a second housing part 3 mechanically connected. In this case, in the second housing part 3 via a plain bearing 6 a pressure element 5 slidably mounted. In particular, the elastic element 4 hollow cylindrical, while the pressure element 5 preferably has a cylindrical shape. A central axis of the elastic element 4 and a center axis of the pressure element 5 are preferably formed concentric with each other. By a shift of the pressure element 5 relative to the second housing part 3 is thus preferably the elastic element 4 compressible.

Das Druckelement 5 weist ein Anschlagelement 13 auf. Das Anschlagelement 13 ist an das elastische Element 4 angelegt. Somit ist durch eine Verschiebung des Druckelements 5 das elastische Element 4 über das Anschlagelement 13 komprimierbar. Weiterhin ist vorgesehen, dass das Anschlagelement 13 als Anschlag dient, indem das Anschlagelement 13 an den ersten Gehäuseteil 2 und an den zweiten Gehäuseteil 3 anlegbar ist. Im Rahmen dieser Erfindung wird das Gleitlager 6, das das Druckelement 5 an dem zweiten Gehäuseteil 3 lagert, als Teil des zweiten Gehäuseteils 3 angesehen. Es ist unerheblich, ob das Anschlagelement 13 an dem Gleitlager 6 oder direkt an dem zweiten Gehäuseteil 3 anliegt. In jedem Fall wird eine Bewegung des Druckelements relativ zu dem zweiten Gehäuseteil 3 verhindert, sodass durch das Anliegen des Anschlagelements 13 an dem zweiten Gehäuseteil 3, entweder direkt oder über das Gleitlager 6, eine erste Endposition des Druckelements 5 definiert wird. The pressure element 5 has a stop element 13 on. The stop element 13 is to the elastic element 4 created. Thus, by a displacement of the pressure element 5 the elastic element 4 over the stop element 13 compressible. Furthermore, it is provided that the stop element 13 serves as a stop by the stop element 13 to the first housing part 2 and to the second housing part 3 can be applied. In the context of this invention, the sliding bearing 6 that the pressure element 5 on the second housing part 3 stores, as part of the second housing part 3 considered. It does not matter if the stop element 13 on the slide bearing 6 or directly to the second housing part 3 is applied. In any case, a movement of the pressure element relative to the second housing part 3 prevents, so by the concern of the stop element 13 on the second housing part 3 , either directly or via the plain bearing 6 , a first end position of the printing element 5 is defined.

Wird das Druckelement 5 aus der ersten Endposition verschoben, um das elastische Element 4 zu komprimieren, so ist diese Verschiebung solange möglich, bis das Anschlagelement 13 an dem ersten Gehäuseteil 2 anliegt. In dieser Stellung befindet sich das Druckelement in einer zweiten Endposition. Die Verschiebung von der ersten Endposition in die zweite Endposition stellt somit einen maximalen Verschiebungsweg 600 dar. Durch eine Anordnung von erstem Gehäuseteil 2 und zweitem Gehäuseteil 3 relativ zueinander ist der maximale Verschiebungsweg 600 einstellbar. Das Anliegen des Anschlagelements 13 an dem ersten Gehäuseteil 2 erlaubt eine Überlastung des elastischen Federelements 4 zu verhindern. Durch das Anliegen des Anschlagelements 13 an dem ersten Gehäuseteil 2 ist eine Kompression des elastischen Elements 4 begrenzt, sodass eine Überlastung des elastischen Elements 4 nicht auftreten kann. Will the pressure element 5 moved from the first end position to the elastic element 4 to compress, so this shift is possible until the stop element 13 on the first housing part 2 is applied. In this position, the pressure element is in a second end position. The shift from the first end position to the second end position thus provides a maximum displacement path 600 By an arrangement of the first housing part 2 and second housing part 3 relative to each other is the maximum displacement path 600 adjustable. The concern of the stop element 13 on the first housing part 2 allows overloading of the elastic spring element 4 to prevent. By the concern of the stop element 13 on the first housing part 2 is a compression of the elastic element 4 limited, thus overloading the elastic element 4 can not occur.

Durch die relative Anordnung von erstem Gehäuseteil 2 und zweitem Gehäuseteil 3 relativ zueinander lässt sich somit das elastische Element 4 vorspannen. Durch die Vorspannung drängt das elastische Element 4 das Druckelement 5 in die erste Endposition. Das Vorspannen ermöglicht außerdem eine Variation des Messbereichs, da die für die Verschiebung des Druckelements 5 relevante Federkennlinie angepasst werden kann. Somit lassen sich je nach Systemanforderungen insbesondere die Steifigkeit und damit die Empfindlichkeit der Kraftmesseinheit 1 einstellen. Insbesondere lässt sich sowohl der Messbereich ändern als auch durch die Variation der Federkennlinie ein lineares, progressives oder degressives Verhalten bei gleichbleibender Mechanik umsetzen. Due to the relative arrangement of the first housing part 2 and second housing part 3 relative each other thus allows the elastic element 4 Pretension. Due to the bias urging the elastic element 4 the pressure element 5 in the first end position. The biasing also allows a variation of the measuring range, since that for the displacement of the printing element 5 relevant spring characteristic can be adjusted. Thus, depending on the system requirements, in particular the rigidity and thus the sensitivity of the force measuring unit 1 to adjust. In particular, both the measuring range can be changed as well as implement by the variation of the spring characteristic linear, progressive or degressive behavior with the same mechanics.

Der erste Gehäuseteil 2 und der zweite Gehäuseteil 3 sind bevorzugt miteinander verschraubt. Dazu weisen sowohl der erste Gehäuseteil 2 als auch der zweite Gehäuseteil 3 jeweils ein Gewinde auf, wobei die Gewinde ineinander eingreifen. Somit lässt sich durch unterschiedliche Grade des Einschraubens der beiden Gehäuseteile eine unterschiedliche Vorspannung des elastischen Elements 4 erreichen. Außerdem lässt sich der maximale Verschiebungsweg 600 variieren. Ebenso ist ersichtlich, dass das elastische Element 4 einfach und kostengünstig variierbar ist, da das elastische Element 4 einfach und kostengünstig innerhalb der Kraftmesseinheit 1 montierbar und damit austauschbar ist. The first housing part 2 and the second housing part 3 are preferably bolted together. For this purpose, both the first housing part 2 as well as the second housing part 3 each have a thread, wherein the threads engage with each other. Thus, by different degrees of screwing the two housing parts a different bias of the elastic element 4 to reach. In addition, the maximum displacement can be 600 vary. It can also be seen that the elastic element 4 is easy and inexpensive to vary, since the elastic element 4 simple and inexpensive within the force measuring unit 1 mountable and thus interchangeable.

Der erste Gehäuseteil 2 und der zweite Gehäuseteil 3 umschließen somit einen Hohlraum 12, innerhalb dessen sich das elastische Element 4 befindet. Um einen Druckausgleich des Hohlraums 12 mit einer Umgebung der Kraftmesseinheit 1 zu ermöglichen, weist der zweite Gehäuseteil 3 mehrere Durchgangsöffnungen 8 auf. Die Durchgangsöffnungen 8 sind in Form von Einstichen gefertigt und erlauben somit das Entweichen von Luft aus dem Hohlraum 12 oder das Eindringen von Luft in den Hohlraum 12. Somit führt ein Verschieben des Druckelements 5 nicht zu einer Kompression oder Expansion des Luftvolumens innerhalb des Hohlraums 12. Daher wirkt eine Gegenkraft auf das Druckelement 5 nur aufgrund der Kompression des elastischen Elements 4. Da eine Federkennlinie des elastischen Elements 4 bevorzugt bekannt ist, ist eine auf die Kraftmesseinheit 1 wirkende Kraft aus einem gemessenen Verschiebungsweg des Druckelements 5 einfach bestimmbar. The first housing part 2 and the second housing part 3 thus enclose a cavity 12 inside which is the elastic element 4 located. To equalize the pressure of the cavity 12 with an environment of the force measuring unit 1 to allow, the second housing part has 3 several through holes 8th on. The passage openings 8th are made in the form of punctures and thus allow the escape of air from the cavity 12 or the ingress of air into the cavity 12 , Thus, a displacement of the pressure element leads 5 not to a compression or expansion of the volume of air within the cavity 12 , Therefore, a counterforce acts on the pressure element 5 only due to the compression of the elastic element 4 , As a spring characteristic of the elastic element 4 Preferably, one is on the force measuring unit 1 acting force from a measured displacement path of the pressure element 5 easily determinable.

Der erste Gehäuseteil 2 und der zweite Gehäuseteil 3 sind bevorzugt derart miteinander mechanisch verbunden, dass ein Lösen der Verbindung verhindert oder erschwert ist. So ist insbesondere vorgesehen, dass der erste Gehäuseteil 2 und der zweite Gehäuseteil 3 nach dem Verschrauben zusätzlich stoffschlüssig und/oder formschlüssig, insbesondere durch Verkleben und/oder Verstemmen, miteinander verbunden werden. In einer Alternative ist vorgesehen, dass der erste Gehäuseteil 2 und der zweite Gehäuseteil 3 keinerlei Gewinde aufweisen und direkt stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder reibschlüssig verbunden sind. Durch diese Maßnahmen ist ein unbeabsichtigtes Lösen der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten Gehäuseteil 2 und dem zweiten Gehäuseteil 3 verhindert oder zumindest erschwert, sodass eine unbeabsichtigte Reduktion einer Vorspannung des elastischen Elements 4 entgegengewirkt ist. Daher erlaubt die Kraftmesseinheit 1 sicher und zuverlässig, Kräfte zu messen. The first housing part 2 and the second housing part 3 are preferably mechanically interconnected such that a release of the compound is prevented or impeded. It is thus provided in particular that the first housing part 2 and the second housing part 3 after screwing in addition cohesively and / or positively, in particular by gluing and / or caulking, are connected to each other. In an alternative it is provided that the first housing part 2 and the second housing part 3 have no thread and are connected directly cohesively and / or positively and / or frictionally engaged. By these measures, an unintentional release of the mechanical connection between the first housing part 2 and the second housing part 3 prevents or at least impedes, so that an inadvertent reduction of a bias of the elastic element 4 counteracted. Therefore, the force measuring unit allows 1 safe and reliable, to measure forces.

Um das Druckelement 5 zu bewegen, ist bevorzugt ein Betätigungselement 7 vorhanden. Das Betätigungselement 7 weist eine zweite Schnittstelle 500 auf, über die die Kraftmesseinheit 1 mit weiteren Komponenten, insbesondere mit einem Bremspedal eines Fahrzeugs, verbindbar ist. Das Betätigungselement 7 umfasst einen Kugelkopf 9, wobei das Betätigungselement 7 über den Kugelkopf 9 an dem Druckelement 5 gelagert ist. Somit ist ein Kugelgelenk zwischen dem Druckelement 5 und dem Betätigungselement 7 vorhanden. Dieses Kugelgelenk kann somit Achsabweichungen ausgleichen, sodass eine Bewegung eines Bremspedals, die einer Rotation um einen Drehpunkt entspricht, in eine Translation des Druckelements 5 umwandelbar ist. Dabei ist das Betätigungselement 7, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ebenfalls über einen Kugelkopf über die zweite Schnittstelle 500 im Bremspedal arretiert. To the pressure element 5 to move, is preferably an actuator 7 available. The actuator 7 has a second interface 500 on, over which the force measuring unit 1 with other components, in particular with a brake pedal of a vehicle, is connectable. The actuator 7 includes a ball head 9 , wherein the actuating element 7 over the ball head 9 on the pressure element 5 is stored. Thus, a ball joint between the pressure element 5 and the actuator 7 available. This ball joint can thus compensate for axial deviations, so that a movement of a brake pedal, which corresponds to a rotation about a pivot point, in a translation of the pressure element 5 is convertible. In this case, the actuating element 7 as known from the prior art, also via a ball head via the second interface 500 locked in the brake pedal.

Über das Betätigungselement 7 ist die Kraftmesseinheit 1 mit einer ersten Kraft 100 beaufschlagbar. Dieser ersten Kraft 100 wirkt eine zweite Kraft 200 entgegen, die durch das Abstützen des ersten Gehäuseteils 2 über die erste Schnittstelle 400 an weiteren Komponenten auf die Kraftmesseinheit 1 aufgebracht wird. Außerdem wirkt der ersten Kraft 100 eine dritte Kraft 300 entgegen, die durch das Komprimieren des elastischen Elements 4 vorhanden ist. Es ist vorgesehen, dass in einer Ausgangsstellung die erste Kraft 100 kleiner oder gleich der zweiten Kraft 200 ist, während die erste Kraft 100 kleiner oder gleich als die dritte Kraft 300 ist. Wird das Betätigungselement 7 betätigt, so ist zunächst die erste Kraft 100 größer als die dritte Kraft 300, welche der Vorspannung entspricht, aber kleiner als die zweite Kraft 200, wodurch der Bremswunsch des Fahrers sensiert und an das Steuergerät übermittelt werden kann. Wird die Kraft 100 weiter erhöht ist diese größer oder gleich der Kraft 200 und führt zu einer translatorischen Bewegung der Kraftmesseinheit 1. Wird hingegen der erste Gehäuseteil 2 betätigt, wie dies insbesondere bei dem nachfolgend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel der Fall ist, so ist die erste Kraft 100 größer als die zweite Kraft 200, wobei die zweite Kraft 200 größer als die dritte Kraft 300 ist. About the actuator 7 is the force measuring unit 1 with a first force 100 acted upon. This first force 100 a second force acts 200 contrary, by supporting the first housing part 2 over the first interface 400 on other components on the force measuring unit 1 is applied. In addition, the first force acts 100 a third force 300 counteracted by compressing the elastic element 4 is available. It is envisaged that in a starting position, the first force 100 less than or equal to the second force 200 is while the first force 100 less than or equal to the third force 300 is. Will the actuator 7 pressed, so first is the first force 100 greater than the third force 300 , which corresponds to the bias, but less than the second force 200 , whereby the driver's braking request can be sensed and transmitted to the control unit. Will the power 100 further increased, this is greater than or equal to the force 200 and leads to a translational movement of the force measuring unit 1 , If, however, the first housing part 2 operated, as is the case in particular in the second embodiment described below, the first force 100 greater than the second force 200 , where the second force 200 greater than the third force 300 is.

3 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer Kraftmesseinheit 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei zeigen gleiche oder gleichartige Bezugszeichen wie in 1 und 2 gleiche oder gleichartige Bauteile wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. 3 schematically shows a sectional view of a force measuring unit 1 according to a second embodiment of the invention. The same or similar reference numerals as in 1 and 2 the same or similar components as in the first embodiment.

Das zweite Ausführungsbeispiel der Kraftmesseinheit 1 unterscheidet sich lediglich durch die Ausgestaltung des ersten Gehäuseteils 2 und des Druckelements 5 von der Ausgestaltung der Kraftmesseinheit 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. So umfasst das Druckelement 5 die zweite Schnittstelle 500, da ein Betätigungselement 7 wie im ersten Ausführungsbeispiel nicht vorhanden ist. Das Druckelement 5 ist dabei über einen Kugelkopf, wie aus dem Stand der Technik bekannt, in der Schnittstelle 500 mit dem Bremspedal verbunden. Die erste Schnittstelle des ersten Gehäuseteils 2 umfasst hingegen einen Kugelkopf 9. Somit ist ein Kugelgelenk dadurch realisiert, dass der Kugelkopf 9 des ersten Gehäuseteils 2 an einer weiteren Komponente gelagert ist. Das Aufbringen einer Kraft durch Betätigen eines Bremspedals erfolgt dann insbesondere über den ersten Gehäuseteil 2, da der erste Gehäuseteil 2 über die erste Schnittstelle 400 bevorzugt mit dem Bremspedal verbindbar ist, während das Druckelement 5 über die zweite Schnittstelle 5 bevorzugt über einen Flansch mit weiteren Komponenten des Bremssystems verbindbar ist. The second embodiment of the force measuring unit 1 differs only by the design of the first housing part 2 and the printing element 5 from the design of the force measuring unit 1 according to the first embodiment. So includes the pressure element 5 the second interface 500 as an actuator 7 as in the first embodiment is not present. The pressure element 5 is via a ball head, as known from the prior art, in the interface 500 connected to the brake pedal. The first interface of the first housing part 2 On the other hand, it includes a ball head 9 , Thus, a ball joint is realized that the ball head 9 of the first housing part 2 is stored on another component. The application of a force by actuating a brake pedal then takes place in particular via the first housing part 2 because the first housing part 2 over the first interface 400 is preferably connectable to the brake pedal, while the pressure element 5 over the second interface 5 is preferably connected via a flange with other components of the brake system.

Sowohl in dem ersten Ausführungsbeispiel als auch in dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Aufnahme 10 auf einer Mantelfläche 11 von sowohl dem zweiten Gehäuseteil 3 als auch dem Druckelement 5 vorhanden. Über diese Aufnahme 10 ist ein Sensorelement aufnehmbar, wobei das Sensorelement insbesondere zum Bestimmen einer relativen Verschiebung zwischen Druckelement 5 und zweitem Gehäuseteil 3 ausgebildet ist. Da die Verschiebung des Druckelements 5 relativ zu dem zweiten Gehäuseteil 3 über die Federsteifigkeit mit einer aufgebrachten Kraft korrespondiert, lässt sich bei bekannter Federsteifigkeit aus der Verschiebung die aufgebrachte Kraft bestimmen. Both in the first embodiment and in the second embodiment is a receptacle 10 on a lateral surface 11 from both the second housing part 3 as well as the pressure element 5 available. About this recording 10 is a sensor element receivable, wherein the sensor element in particular for determining a relative displacement between the pressure element 5 and second housing part 3 is trained. Because the displacement of the pressure element 5 relative to the second housing part 3 Corresponds to the spring stiffness with an applied force, can be determined with known spring stiffness from the shift, the applied force.

Durch das Vorsehen der Aufnahme 10 ist ermöglicht, eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensorelementen aufzunehmen. Somit ist die Kraftmesseinheit 1 sehr flexibel verwendbar. By providing the recording 10 is possible to accommodate a variety of different sensor elements. Thus, the force measuring unit 1 very flexible usable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Kraftmesseinheit Force measurement unit
2 2: Erster Gehäuseteil First housing part
3 3: Zweiter Gehäuseteil Second housing part
4 4: Elastisches Element Elastic element
5 5: Druckelement pressure element
6 6: Gleitlager bearings
7 7: Betätigungselement jig
8 8th: Durchgangsöffnung Through opening
9 9: Kugelkopf ball head
10 10: Aufnahme admission
11 11: Mantelfläche lateral surface
12 12: Hohlraum cavity
13 13: Anschlagelement stop element
100 100: Erste Kraft First strength
200 200: Zweite Kraft Second force
300 300: Dritte Kraft Third force
400 400: Erste Schnittstelle First interface
500 500: Zweite Schnittstelle Second interface
600 600: Maximaler Verschiebungsweg Maximum displacement path

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10315073 A1 [0003]
DE 102008024852 A1 [0003]
EP 1961637 B1 [0003]

Claims

Force measuring unit ( 1 ) comprising: - a first housing part ( 2 ), - a second housing part ( 3 ), - an elastic element ( 4 ), and - a printing element ( 5 ), - whereby the pressure element ( 5 ) in the second housing part ( 3 ) is displaceably mounted, - wherein the elastic element ( 4 ) on the first housing part ( 2 ), - wherein the first housing part ( 2 ) with the second housing part ( 3 ) is mechanically connected, so by moving the pressure element ( 5 ) the elastic element ( 4 ) is compressible, and - wherein a lateral surface ( 11 ) of the second housing part ( 3 ) and / or the printing element ( 5 ) a recording ( 10 ) for a sensor element for detecting a displacement of the pressure element ( 5 ) relative to the second housing part ( 3 ) having.

Force measuring unit ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the pressure element ( 5 ) a stop element ( 13 ), which is connected to the first housing part ( 2 ) and to the second housing part ( 3 ) can be applied, so that a displaceability of the pressure element ( 5 ) relative to the second housing part ( 3 ) by the stop element ( 13 ) is limited.

Force measuring unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the elastic element ( 4 ) within a cavity ( 12 ), wherein the first housing part ( 2 ) and / or the second housing part ( 3 ) at least one passage opening ( 4 ) having the cavity ( 12 ) with an environment of the force measuring unit ( 1 ) connects.

Force measuring unit ( 1 ) according to claim 3, characterized in that in or at the passage opening ( 8th ) A filter element is arranged.

Force measuring unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first housing part ( 2 ) and / or the printing element ( 5 ) a ball head ( 9 ) having.

Force measuring unit ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized by an actuating element ( 7 ), wherein the actuating element ( 7 ) a ball head ( 9 ) and via the ball head ( 9 ) on the first housing part ( 2 ) or the printing element ( 5 ) is stored.

Force measuring unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first housing part ( 2 ) and the second housing part ( 3 ) each have a thread, so that the first housing part ( 2 ) and the second housing part ( 3 ) are screwed together and / or that the first housing part ( 2 ) and the second housing part ( 3 ) are positively and / or cohesively and / or frictionally connected.

Force measuring unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the receptacle ( 10 ) comprises a knurl surface, so that the sensor element is connected to the second housing part by way of a knurled press fit and / or positive and / or material fit and / or frictional engagement ( 3 ) and / or the printing element ( 5 ) is connectable.

Force measuring unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the elastic element ( 4 ) on the first housing part ( 2 ) and on the pressure element ( 5 ) is present.

Force measuring unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a bias of the elastic element ( 4 ) by a relative arrangement of the first housing part ( 2 ) and second housing part ( 3 ) is set to each other.