DE10216723A1 - Kraftmesser, insbesondere zur Sitzgewichtsbestimmung in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Kraftmesser, insbesondere zur Sitzgewichtsbestimmung in einem Kraftfahrzeug

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Abstract

Ein Kraftmesser (10; 10a) weist einen Lagerkörper (11; 11a) auf, in dem ein Permanentmagnet (32) und ein Sensor (35) angeordnet sind. Zumindest der Permanentmagnet (32) ist von ferromagnetischem Material umgeben, wobei sich der Abstand des Permanentmagneten (32) zum ferromagnetischen Material bei einer Beaufschlagung des Lagerkörpers (11; 11a) durch eine Kraft (F) ändert. Diese Änderung des Abstandes bewirkt eine Änderung der Feldstärke des Permanentmagneten (32), welche mittels des Sensors (35) erfaßt und in ein entsprechendes Signal umgewandelt wird. Durch die starre Anordnung von Permanentmagnet (32) und Sensor (35) zueinander läßt sich eine besonders einfache Montage und Justierung des Kraftmessers (10; 10A) verwirklichen.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Kraftmesser, insbesondere zur Sitzgewichtsbestimmung in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus der DE 35 15 126 A1 bekannt ist. Bei dem bekannten Kraftmesser (Fig. 2) ist der Magnet an dem freien Ende des stabförmigen Elements angeordnet, dessen Lage sich bei einer äußeren Belastung des Aufnahmeelements relativ zu einem magnetfeldempfindlichen Sensorelement ändert, wobei das Sensorelement ortsfest im Bereich einer Lagerstelle des Aufnahmeelements angeordnet ist. Durch die getrennte Anordnung von Magnet und magnetfeldempfindlichem Sensorelement ist die korrekte Abstimmung des Meßsystems sowie dessen Montage in dem Aufnahmeelement relativ aufwendig.
    • Vorteile der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße Kraftmesser, insbesondere zur Sitzgewichtsbestimmung in einem Kraftfahrzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass seine Abstimmung sowie Montage in dem Aufnahmeelement sehr einfach möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß im wesentlichen durch die zueinander ortsfeste Anordnung von Magnet und magnetfeldempfindlichen Sensor erreicht, wobei der Magnet von ferromagnetischem Material umgeben ist, dessen Abstand zum Magneten sich bei einer äußeren Belastung des Aufnahmeelements ändert. Dadurch ist es möglich, die Meßanordnung, welche aus dem Magneten und dem magnetfeldempfindlichen Sensor besteht, außerhalb des Aufnahmeelements komplett zu montieren und abzustimmen, und erst anschließend als Einheit in dem Aufnahmeelement zu montieren.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftmessers, insbesondere zur Sitzgewichtsbestimmung in einem Kraftfahrzeug, sind in den Unteransprüchen angegeben. Eine Anordnung, bei der der magnetfeldempfindliche Sensor bei nicht kraftbeaufschlagtem Aufnahmeelement fluchtend zur Polachse des Magneten angeordnet ist hat den Vorteil, dass der Nullpunkt über die Lebensdauer des Kraftmessers betrachtet eine relativ hohe Genauigkeit aufweist, da die Alterung sowie Temperaturabhängigkeit sowohl des Permanentmagneten wie auch des Magnetjoches sich nicht nachteilig auf eine Drift des Nullpunktes auswirken. Darüberhinaus ermöglicht diese Anordnung eine vorzeichenrichtige Detektion des Magnetfeldes und somit auch eine Kraftrichtungserkennung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das stabförmige Element am Aufnahmeelement angeordnet und im Bereich der ortsfesten Lagerstelle befestigt. Dadurch ist es möglich, die Meßanordnung als relativ kurzbauende Einheit von der anderen Lagerstelle in das Aufnahmeelement einzuführen, so dass sich ein sehr einfacher und relativ genauer Montagevorgang einstellt.
  • In einer weiteren bevorzugen Ausführungsform der Erfindung ist das Aufnahmeelement als rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet, wobei die erste Ausnehmung als senkrecht zur Symmetrieachse angeordneter Durchbruch ausgebildet ist, so dass zur ersten Ausnehmung zwei parallel zueinander angeordnete Verbindungsstege verbleiben, die die beiden Lagerstellen miteinander verbinden. Durch diese Ausbildung wird eine besonders hohe Verformung und somit Empfindlichkeit des Kraftmessers bei einer senkrecht zur Längsachse des Aufnahmeelements einwirkenden Kraft ermöglicht.
  • Zeichnung
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 einen ersten erfindungsgemäßen Kraftmesser in einem vereinfachten Längsschnitt und die
  • Fig. 2 bis 4 einen zweiten erfindungsgemäßen Kraftmesser ebenfalls im Längsschnitt während unterschiedlicher Belastungszustände.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Der in der Fig. 1 dargestellte erste Kraftmesser 10 dient der Sitzgewichtsbestimmung in einem Kraftfahrzeug. Eine derartige Sitzgewichtsbestimmung ist bei modernen Kraftfahrzeugen erforderlich, um beispielsweise den zeitlichen Gurtkraftverlauf sowie die Airbagauslösung bei einem Unfall bedarfsgerecht steuern zu können.
  • Der Kraftmesser 10 hat einen Lagerkörper 11, der als rotationssymmetrisches Bauteil mit einer Längsachse 12 ausgebildet ist. Der aus ferromagnetischem Material bestehende Lagerkörper 11 weist auf seinen einander gegenüberliegenden Seiten jeweils einen Endabschnitt 13, 14, mit gegenüber einem mittleren Abschnitt 15 verringertem Durchmesser auf. Zwischen dem jeweiligen Endabschnitt 13, 14 und dem mittleren Abschnitt 15 ist jeweils ein Bund 16, 17 ausgebildet, welcher als Anschlag dient.
  • Der Lagerkörper 11 ist mit seinem einen Endabschnitt 13 in ein Loch 18 einer Sitzschiene 19 einführbar, welche als ortsfestes Lager dient. Der Lagerkörper 11 läßt sich mittels einer Mutter 21, welche mit einem Gewinde 22 am Endabschnitt 13 zusammenwirkt, starr an der Sitzschiene 19 fixieren. Auf den anderen Endabschnitt 14 des Lagerkörpers 11 ist eine Schwinge 23 überschieb- und fixierbar, welche Bestandteil eines nicht dargestellten Sitzes des Kraftfahrzeuges ist. Dabei besteht zwischen der Schwinge 23 und dem Lagerkörper 11 nur eine Verbindung im Bereich des Endabschnitts 14, während zwischen der Schwinge 23 und dem mittleren Abschnitt 15 des Lagerkörpers 11 stets ein Spalt 24 besteht. Eine zu messende Sitzkraft F wird somit über die Schwinge 23 in den Endabschnitt 14 des Lagerkörpers 11 übertragen, wobei sich dieser aufgrund der einseitigen Lagerung in der Schiene 19 verformt.
  • Die Größe der Verformung infolge der Kraft F ist in bekannter Weise abhängig vom Abstand der beiden Lagerstellen, d. h. vom Abstand zwischen der Schiene 19 und dem Lagerbund 25 der Schwinge 23.
  • Im Lagerkörper 11 ist eine erste Ausnehmung in Form eines Durchbruches 27 ausgebildet, der sich in etwa im mittleren Abschnitt 15 befindet. Der Durchbruch 27 ist insbesondere durch Fräsen erzeugt und weist zur Verminderung von Kerbwirkdungen bei einer Belastung durch die Kraft F im Bereich der den Endabschnitten 13, 14 zugewandten Seiten gerundete Innenwände 28, 29 auf. Vom Grund der der Sitzschiene 19 zugewandten Innenwand 28 geht eine zweite Ausnehmung in Form einer Sacklochbohrung 30 aus, deren Mittelpunkt sich in der Längsachse 12 erstreckt. Der Grund der Sacklochbohrung 30 reicht in etwa bis in mittlerer Höhe der Sitzschiene 19.
  • In die Sacklochbohrung 30 ragt zumindest der Permanentmagnet 32 einer Sensoranordnung 33 mit geringem Spiel, insbesondere mit geringem Radialspalt 34 hinein. Die Sensoranordnung 33 umfaßt neben dem Permanentmagneten 32 noch einen magnetfeldempfindlichen Sensor 35, der vorzugsweise als Hall-IC ausgebildet ist. Wesentlich ist, dass der Permanentmagnet 32 und der Sensor 35 ortsfest zueinander auf einem Träger 36 angeordnet sind und dass die Polachse des Permanentmagneten 32 in der Längsachse 12 des Lagerkörpers 11 verläuft. Der Träger 36 ist an einer Steckhülse 37 befestigt, welche ihrerseits durch ein Durchgangsloch 28 an der Stirnseite 39 des Lagerkörpers 11 ragt, und dort mit dem Lagerkörper 11 starr gekoppelt ist. Durch die Ausbildung als Steckhülse 37 ist die elektrische Kontaktierung der Sensoranordnung 33 mittels eines Kabels 40 durch die Innenwandung der Steckhülse 37 möglich.
  • Durch die beschriebene Ausbildung des Lagerkörpers 11 mit seinem Durchbruch 27 sind parallel zur Längsachse 12 zwei Verbindungsstege 41, 42 ausgebildet, so dass sich der Lagerkörper 11 bei einer Einleitung der Kraft F in Form eines Doppelbiegebalkens verformt. Dabei nimmt jedoch die Steckhülse 37 an der Verformung des Lagerkörpers 11 nicht teil. Vielmehr wird die Steckhülse 37 aus ihrer Ruhelage in der Längsachse 12 herausbewegt, wobei sich die Größe des Radialspaltes 34, über dessen Umfang betrachtet, ungleichförmig ändert. Aufgrund der Änderung des Radialspaltes 34 nimmt die Feldstärke der Magnetfeldlinien des Permanentmagneten 32 im Bereich des geringeren Radialspaltes 34 zu. Diese Änderung der Feldstärke wird von dem Sensor 35 erfaßt und mittels einer Auswerteschaltung in ein Signal für eine entsprechende Sitzkraft umgewandelt. Bezüglich der Darstellung der Verformung des Lagerkörpers 11 sowie der Änderung der Magnetfeldlinien wird auf die Darstellung der Fig. 2 bis 4 im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel verwiesen.
  • Bei dem in den Fig. 2 bis 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Kraftmesser 10a einen Lagerkörper 11a auf. Dieser Lagerkörper 11a unterscheidet sich gegenüber dem Lagerkörper 11 im wesentlichen durch einen stiftförmigen Fortsatz 45, der im Durchbruch 27a angeordnet ist. Dabei geht der Fortsatz 45, welcher beispielsweise einstückig am Lagerkörper 11a angeformt ist, von der Innenwand 28a auf der der Sitzschiene 19 zugewandten Seite aus. Der bei einer Beaufschlagung durch eine Kraft F an der Verformung des Lagerkörpers 11a nicht teilnehmende Fortsatz 45 weist an seinem freien Ende die zweite Ausnehmung in Form der Sacklochbohrung 30a auf. Dabei ragt der Fortsatz 45 bzw. die Sacklochbohrung 30a bis nahe an den einen Endabschnitt 14a heran, um bei einer Verformung des Lagerkörpers 11a eine möglichst hohe Auslenkung zu erzielen. In die Sacklochbohrung 30a ragt der Permanentmagnet 32 der Sensoranordnung 33 hinein, welche in der Durchgangsbohrung 46 eines ringförmigen Trägers 47 angeordnet ist, wobei der Träger 47 seinerseits in eine Durchgangsbohrung 48 am Endabschnitt 14a eingesetzt ist.
  • In der Fig. 2 ist der unbelastete Zustand des Lagerkörpers 11a dargestellt, bei dem die Magnetfeldlinien 50, 51 auf beiden Seiten des Permanentmagneten 32 symmetrisch zur Längsachse 12 verlaufen, da der Abstand des Permanentmagneten 32 zu dem aus ferromagnetischem Material bestehenden Fortsatz 45 zu allen Seiten hin gleich ist.
  • In der Fig. 3 ist nunmehr der Zustand dargestellt, bei der der Lagerkörper 11a mit einer Kraft F von unten her belastet wird. Dies hat zu Folge, dass der Endabschnitt 14a samt dem Träger 47 mit der Sensoranordnung 33 aus der Längsachse 12 nach oben hin verschoben wird, wobei sich der Abstand des Permanentmagneten 32 zum Fortsatz 45 verändert.
  • Infolgedessen nimmt die Feldstärke auf der Seite, auf der im Permanentmagnet 32 einen geringeren Abstand zum Fortsatz 45 aufweist zu, was durch die vergrößerte Anzahl der Magnetfeldlinien 50 im Gegensatz zur verringerten Anzahl an Magnetfeldlinien 51 dargestellt sein soll. Die entsprechend veränderte Feldstärke wird vom Sensor 35 erfaßt und in ein entsprechendes Gewichtssignal umgewandelt.
  • In ähnlicher Weise, nur umgekehrt, nimmt die Feldstärke bzw. die Anzahl der Magnetfeldlinien 51 bei dem in der Fig. 4 dargestellten Lagerkörper 11a zu, wenn dieser von oben her mit einer Kraft F belastet wird. Da der Sensor 35 nicht nur die absolute Stärke des Magnetfeldes, sondern auch dessen Richtung erfaßt, ist durch die gewählte Anordnung nicht nur die absolute Größe der Sitzkraft, sondern auch deren Richtung detektierbar.

Claims (10)

1. Kraftmesser (10; 10a), insbesondere zur Sitzgewichtsbestimmung in einem Kraftfahrzeug, mit einem Aufnahmeelement (11; 11a), welches wenigstens zwei voneinander beabstandete Lagerstellen (16, 17) aufweist, wovon die eine Lagerstelle (17) mit der zu messenden Kraft (F) senkrecht bezüglich der Längsachse (12) des Aufnahmeelements (11; 11a) beaufschlagt ist, mit einer ersten Ausnehmung (27; 27a) im Aufnahmeelement (11; 11a) im Bereich zwischen den wenigstens zwei Lagerstellen (16, 17), mit einem in der Längsachse (12) des Aufnahmeelements (11; 11a) sich erstreckenden, nicht von Biegekräften beauschlagten stabförmigen Element (37; 45), dessen freies Ende bei einer Beaufschlagung des Aufnahmeelements (11; 11a) mit der zu messenden Kraft (F) aus der Längsachse (12) des Aufnahmeelements (11; 11a) ausgelenkt wird, und mit einer Meßanordnung (33) zur Erkennung der Auslenkung des freien Endes des stabförmigen Elements (37; 45), wobei die Meßanordnung (33) einen Magneten (32) und einen magentfeldempfindlichen Sensor (35) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (32) und der magnetfeldempfindliche Sensor (35) ortsfest zueinander angeordnet sind und dass der Magnet (32) nah beabstandet zu ferromagnetischem Material angeordnet ist, wobei sich der Abstand des Magneten (32) zu dem ferromagnetischen Material bei einer Beaufschlagung mit der zu messenden Kraft (F) ändert.
2. Kraftmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magentfeldempfindliche Sensor (35) bei nicht kraftbeaufschlagtem Aufnahmeelement (11; 11a) fluchtend zur Polachse des Magneten (32) angeordnet ist.
3. Kraftmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (11; 11a) aus ferromagnetischem Material besteht und dass in dem Aufnahmeelement (11; 11a) eine zweite Ausnehmung in Form eines Loches (30; 30a) ausgebildet ist, in die der Magnet (32) mit geringem Spiel eintaucht.
4. Kraftmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (32) und der magnetfeldempfindliche Sensor (35) am freien Ende des stabförmigen Elements (37) angeordnet sind und dass das Loch (30) im Bereich der ortsfesten Lagerstelle (16) im Aufnahmeelment (11) angeordnet ist.
5. Kraftmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das stabförmige Element als separates Bauteil (37) ausgebildet ist.
6. Kraftmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das stabförmige Element (45) am Aufnahmeelement (11a) angeordnet und auf der der ortsfesten Lagerstelle zugewandten Seite angeformt ist.
7. Kraftmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem freien Ende des stabförmigen Elements (45) das Loch (30a) ausgebildet ist, in das der Magnet (32) mit geringem Spiel eintaucht.
8. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (11; 11a) als rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet ist und dass die erste Ausnehmung als senkrecht zur Längsachse (12) des Aufnahmeelements (11; 11a) angeordnete, durchgehende Ausnehmung (27; 27a) ausgebildet ist, so dass zwei parallel zur Längsachse (12) des Aufnahmeelements (11; 11a) angeordnete Verbindungsstege (41, 42) ausgebildet sind, die die beiden Lagerstellen (16, 17) miteinander verbinden.
9. Kraftmesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausnehmung (27; 27a) im Übergangsbereich zu den Lagerstellen (16, 17) gerundet ausgebildet ist.
10. Kraftmesser nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (11; 11a) im Bereich seiner Lagerstellen jeweils einen Bund (1, 17) aufweist, welcher als Anschlag einerseits für ein ortsfestes Lagerelement (19) und andererseits als Anschlag für ein im Bereich des Aufnahmeelements (11; 11a) topfförmiges Lagerelement (23) dient, in welches die zu messende Kraft (F) eingeleitet wird.
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