Die
Erfindung betrifft eine Kraftmesseinrichtung.The
The invention relates to a force measuring device.
Gattungsgemäße, mit
Federn arbeitende Kraftmesseinrichtungen beispielsweise zur Gewichtskraftmessung
sind relativ groß und
schwer. Für die
Erfassung des Gewichts einer Person unter speziellen Bedingungen,
wie etwa bei der Insassengewichtserfassung in Kraftfahrzeugen, werden
deshalb beispielsweise Dehnungsmessstreifen (DMS) im Sitzgestell
oder in Sitzmatten verwendet. Derartige Systeme sind allerdings
kompliziert in ihrem Aufbau und in der Anpassung.Generic, with
Springs operating force measuring devices, for example, for measuring weight
are relatively big and
heavy. For the
Recording the weight of a person under special conditions,
such as in the occupant weight detection in motor vehicles
Therefore, for example, strain gauges (DMS) in the seat frame
or used in seat mats. Such systems are, however
complicated in their construction and adaptation.
Aufgabe
der Erfindung ist die Bereitstellung einer Kraftmesseinrichtung,
die einfach aufgebaut ist, einen geringen Bauraum aufweist und gut
montierbar ist.task
the invention is the provision of a force measuring device,
which is simple, has a small space and good
can be mounted.
Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Kraftmesseinrichtung gemäß Anspruch 1.The
Task is solved
by a force measuring device according to claim 1.
Dadurch,
dass ein in der erfindungsgemäßen Kraftmesseinrichtung
verwendetes Federmittel außerhalb
der Achse der Bewegbarkeit des Krafteinleitmittels angeordnet ist
und radial innerhalb des Federmittels ein Auslenksensor zur Erfassung
der Bewegung des Krafteinleitmittels vorgesehen ist, ist die erfindungsgemäße Kraftmesseinrichtung
einfach und kompakt aufgebaut und kann auf einfache Weise an einem
Kraftbeaufschlagungselement und einem Gegenlager befestigt werden.Thereby,
that in the force measuring device according to the invention
used spring means outside
the axis of mobility of the force introduction means is arranged
and radially within the spring means a deflection sensor for detection
the movement of the force introduction means is provided, the force measuring device according to the invention
simple and compact and can be easily connected to a
Kraftbeaufschlagungselement and an abutment are attached.
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.Further
advantageous embodiments of the invention are embodied in the subclaims.
Die
erfindungsgemäße Kraftmesseinrichtung kann
beispielsweise zur Erfassung der Gewichtskraft von Insassen in Kraftfahrzeugen
verwendet werden. Die Gewichtskraft ergibt sich aus Masse multipliziert mit
der Erdbeschleunigung.The
Force measuring device according to the invention can
For example, to detect the weight of occupants in motor vehicles
be used. The weight force results from mass multiplied by
the gravitational acceleration.
Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:The
Invention will now be described by way of embodiments with reference
explained on the drawings.
Show it:
1 eine Schnittansicht einer
Kraftmesseinrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, 1 a sectional view of a force measuring device according to a first embodiment of the invention,
2A eine Draufsicht einer
Mäanderfeder, die
in der Kraftmesseinrichtung von 1 dargestellt ist, 2A a plan view of a meander spring, which in the force measuring device of 1 is shown
2B eine Perspektivansicht
der Mäanderfeder
von 2A, 2 B a perspective view of the meander spring of 2A .
2C eine Draufsicht einer
Membranfeder, die in der Kraftmesseinrichtung von 1 verwendbar ist, 2C a plan view of a diaphragm spring, which in the force measuring device of 1 is usable,
2D eine Perspektivansicht
der Membranfeder von 2C, 2D a perspective view of the diaphragm spring of 2C .
2E eine Draufsicht einer
Feder mit unkonstanter Stärke,
die in der Kraftmesseinrichtung von 1 verwendbar
ist, 2E a plan view of a spring with inconsistent strength, which in the force measuring device of 1 is usable,
2F eine Perspektivansicht
der Membranfeder von 2E, 2F a perspective view of the diaphragm spring of 2E .
3A eine Perspektivansicht
eines Mäanderfederpakets,
das in der entsprechend modifizierten Kraftmesseinrichtung von 1 verwendbar ist, 3A a perspective view of a meander spring package, which in the corresponding modified force measuring device of 1 is usable,
3B eine Seitenansicht des
Mäanderfederpakets
von 3A, 3B a side view of the meander spring of 3A .
4 eine Schnittansicht einer
Kraftmesseinrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, 4 a sectional view of a force measuring device according to a second embodiment of the invention,
5 eine Schnittansicht einer
Kraftmesseinrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und 5 a sectional view of a force measuring device according to a third embodiment of the invention, and
6 eine Perspektivansicht
der Kraftmesseinrichtung gemäß 5, teilweise aufgeschnitten. 6 a perspective view of the force measuring device according to 5 partially cut open.
1 zeigt eine Schnittdarstellung
einer erfindungsgemäßen Kraftmesseinrichtung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel.
Die Kraftmesseinrichtung ist im wesentlichen rotationssymmetrisch und
enthält
einen Krafteinleitbolzen 3 sowie ein Basisteil 4,
die über
ein funktionsmäßig parallelgeschaltetes
Federpaket aus zwei übereinander
in gegenseitigem Abstand etwa pa rallel zueinander angeordnete Mäanderfedern 1 verbunden
sind. Eine solche Mäanderfeder 1 ist
detailliert in 2A und 2B dargestellt. Sie enthält einen
inneren Ringabschnitt 21 und einen äußeren Ringabschnitt 23,
die über
eine Mehrzahl von mäanderförmigen Stegen
miteinander verbunden sind. Die mäanderförmigen Stege 22 weisen
dabei zwischen je zwei Verbindungsstellen zu den Ringabschnitten 21, 23 jeweils
zumindest zwei zueinander gegenläufige
Biegungen auf. Durch die Mäanderform
der Stege 23 wird der Kraftübertragungsweg zwischen dem
inneren Ringabschnitt 21 und dem äußeren Ringabschnitt 23 verlängert. Werden
die Ringabschnitte 21, 22 in einer Linie senkrecht
zu ihren Ebenen zueinander verschoben, so werden sie Stege 22 verformt.
Die Stege 22 weisen vorteilhafterweise keine einheitliche
Breite auf. Sie sind an den Übergangstellen
zu den Ringabschnitten 21, 23 verbreitert und
in den zwischen den Übergangsstellen
liegenden Stegbereichen abschnittsweise verjüngt. Dadurch verringern sich
die Biegeverformungen an den Übergangsbereichen
zu den Ringabschnitten 21, 23 und weist die Mäanderfeder 1 eine
geringe Hysterese und eine große
Wechselfestigkeit (für
beispielsweise mehr als 107 Wechsel zwischen
Zug- und Druckbelastung) mit eindeutiger, stetiger Federkennlinie
(ohne Wendepunkt) auf. Die Mäanderfeder
kann aus jedem geeigneten Material, wie beispielsweise Federstahl
oder CfK (Karbon-Faser verstärkter
Kunststoff), ausgebildet sein. 1 shows a sectional view of a force measuring device according to the invention according to a first embodiment. The force measuring device is essentially rotationally symmetrical and contains a force introduction bolt 3 as well as a base part 4 , Which via a functionally parallel spring assembly of two superimposed mutually spaced about pa rallel arranged mutually meandering springs 1 are connected. Such a meander spring 1 is detailed in 2A and 2 B shown. It contains an inner ring section 21 and an outer ring portion 23 , which are connected to each other via a plurality of meandering webs. The meandering bridges 22 have between each two connection points to the ring sections 21 . 23 each at least two mutually opposite bends. Due to the meander shape of the webs 23 becomes the power transmission path between the inner ring portion 21 and the outer ring portion 23 extended. Be the ring sections 21 . 22 shifted in a line perpendicular to their planes to each other, they become webs 22 deformed. The bridges 22 have vorteilwei do not have a uniform width. They are at the transition points to the ring sections 21 . 23 widened and partially tapered in the web areas lying between the transition points. This reduces the bending deformations at the transition areas to the ring sections 21 . 23 and assigns the meandering spring 1 a low hysteresis and a high alternating strength (for example, more than 10 7 alternating between tensile and compressive load) with a clear, continuous spring characteristic (without inflection point) on. The meandering spring may be formed of any suitable material such as spring steel or carbon fiber reinforced plastic (CfK).
Der
Bolzen 3 ist in dem konkreten Beispiel rotationssymmetrisch
um die Achse seiner linearen Bewegung ausgebildet, hat einen abgestuften
Querschnitt und enthält
einen Befestigungsansatz 13, einen Zwischenbereich 15 und
einen Abstandhalterbereich 12. Der Befestigungsansatz 13 ist
ein in Bolzenbewegungsrichtung verlaufender Bolzenabschnitt mit einem
Anschlussabschnitt, der beispielsweise als Gewinde ausgeführt ist.
Der Zwischenbereich 15 ist ein Bereich mit gegenüber dem
Befestigungsansatz größerem Durchmesser.
Der Abstandhalterbereich 12 weist wiederum einen größeren Durchmesser
auf und endet in einem Bereich kleine ren Durchmessers, so dass er
beidseitig mit einer Stufe ausgebildet ist. Jeweils ein innerer
Ringabschnitt 21 der beiden Mäanderfedern 1 liegt
an einer unteren Stufe und an einer oberen Stufe des Abstandhalterbereichs
an. Die inneren Ringabschnitte 21 sind dabei beispielsweise durch
Schweißen,
Pressen oder Verschrauben an dem Krafteinleitbolzen 3 befestigt.The bolt 3 is formed in the specific example rotationally symmetrical about the axis of its linear movement, has a stepped cross-section and includes a mounting boss 13 , an intermediate area 15 and a spacer area 12 , The attachment approach 13 is a bolt portion extending in the bolt movement direction with a connection portion, which is designed for example as a thread. The intermediate area 15 is an area with a larger diameter than the attachment lug. The spacer area 12 in turn has a larger diameter and terminates in a region of small ren diameter, so that it is formed on both sides with a step. In each case an inner ring section 21 the two meander feathers 1 abuts a lower step and an upper step of the spacer section. The inner ring sections 21 are doing, for example, by welding, pressing or screwing on the force application bolt 3 attached.
Das
Basisteil 4 enthält
einen Befestigungsansatz 11, eine Basisplatte 10 und
eine Ringwand 9. Der Befestigungsansatz 11 ist
koaxial zur Bewegungsachse des Krafteinleitbolzens 3 angeordnet und
mit einem beispielsweise als Gewinde ausgebildeten Anschlussabschnitt
ausgestattet. Die Ringwand 9 ist innerhalb des Außenumfangs
der Basisplatte 10 ausgebildet. An der freien Stirnfläche der Ringwand 9 liegt
der äußere Ringabschnitt 22 der
unteren Mäanderfeder 1 an.The base part 4 contains a fastening lug 11 , a base plate 10 and a ring wall 9 , The attachment approach 11 is coaxial with the axis of motion of the force input pin 3 arranged and equipped with a trained example as a threaded connection portion. The ring wall 9 is within the outer periphery of the base plate 10 educated. At the free end face of the ring wall 9 lies the outer ring section 22 the lower meander spring 1 at.
Zwischen
den äußeren Ringabschnitten 23 der
Mäanderfedern 1 ist
ein Abstandhalterring 14 angeordnet.Between the outer ring sections 23 the meander feathers 1 is a spacer ring 14 arranged.
Die
Kraftmesseinrichtung enthält
ferner einen insgesamt topfförmigen
Deckel 5 mit einer senkrecht zu der Bewegungsachse des
Krafteinleitbolzens 3 gerichteten Grundplatte, die mit
einem auf den Führungsabschnitt 15 des
Krafteinleitbolzens 3 abgestimmten Durchlass ausgebildet
ist, und einer Zylinderwand, die an ihrem Endbereich einen Gewindeabschnitt
aufweist und mit der Ringwand 9 verschraubbar ist. Der
Deckel 5 weist innen im Übergangsbereich zwischen seiner
Grundplatte und seiner Zylinderwand eine Stufe 8 auf, an
dem der äußere Ringabschnitt 23 der
oberen Mäanderfeder 1 anliegt.The force measuring device further includes an overall cup-shaped lid 5 with a perpendicular to the axis of movement of the force input pin 3 directed base plate, with one on the guide section 15 of the force introduction bolt 3 tuned passage is formed, and a cylinder wall having a threaded portion at its end portion and with the annular wall 9 is screwed. The lid 5 has inside the transition region between its base plate and its cylinder wall a step 8th on, on which the outer ring section 23 the upper meander spring 1 is applied.
Die
Mäanderfedern 1 können bspw.
durch Pressung oder Verzahnung an dem Krafteinleitbolzen 3,
dem Abstandhalter 14 und/oder dem Basisteil 4 befestigt
sein.The meander feathers 1 can, for example, by pressing or toothing on the force application bolt 3 , the spacer 14 and / or the base part 4 be attached.
Ist
der Krafteinleitbolzen 3 um seine Achse drehbar, so wirken die
Mäanderfedern 1 als
Torsionsfedern. Ein vollständiger
Verdrehschutz zwischen dem Krafteinleitbolzen 3 sowie dem
Basisteil 4 kann über
einen speziellen Führungseingriff
im Bereich des Zwischenabschnitts 15 erfolgen.Is the force transmission bolt 3 rotatable about its axis, so the meander feathers act 1 as torsion springs. A complete protection against twisting between the force transmission bolt 3 as well as the base part 4 can via a special guiding intervention in the area of the intermediate section 15 respectively.
Innerhalb
des Krafteinleitbolzens 3 ist axial ein vorzugsweise rotationssymmetrischer
Sensoraufnahmeraum 6 ausgespart. In dem Sensorraum 6 kann
jeder geeignete Wegsensor bzw. Auslenkungssensor wie beispielsweise
ein LVDT-Sensor (Linear Variable Differential Transformer) angeordnet
sein, der eine Bewegung des Krafteinleitbolzens 3 relativ zu
dem Basisteil 4 erfasst. Der (nicht dargestellte) Wegsensor
kann beispielsweise ein induktiver Sensor sein, bei welchem eine
oder mehrere Spulen im Bereich des Sensoraufnahmeraumes 6 an
der Basisplatte 10 vorgesehen sind, deren magnetische Kopplung über ein
mit dem Krafteinleitbolzen 3 starr verbundenes magnetisches
Element entsprechend dessen Bewegung veränderbar ist. Alternativ können beispielsweise
an der Basisplatte 10 befestigte Spulen mit Wechselstrom
beauftragt werden und kann das mit dem Krafteinleitbolzen 3 verbundene
Messelement ein elektrisch gut leitender Kern sein. Durch das magnetische
Wechselfeld der feststehenden Spule wird in dem leitenden Kern ein
Wechselstrom erzeugt. Die Rückwirkung
des induzierten Wechselstroms über
dessen Magnetfeld erzeugt in einer feststehenden Messspule eine
Spannung, die proportional der zu messenden Auslenkung des Krafteinleitbolzens 3 ist.
Diese Spannung kann beispielsweise über einen Differenz- bzw. Summationsverstärker mit entsprechender
Kennlinie und einer Analog-/Digitalwandlung beispielsweise in einer
Auswerteschaltung 7 als der zu ermittelnden Kraft bzw.
dem Gewicht entsprechende Daten zur Verfügung gestellt werden. Eine
derartige Auswerteschaltung 7 ist beispielsweise an einem
Ring 2 angebracht, der parallel zu den Mäanderfedern 1 liegt
und an seiner Innenseite an dem Abstandhalterbereich 12 befestigt
ist.Inside the force transmission bolt 3 is axially a preferably rotationally symmetric sensor receiving space 6 spared. In the sensor room 6 For example, any suitable displacement sensor, such as an LVDT (Linear Variable Differential Transformer) sensor, may be arranged to provide movement of the force input pin 3 relative to the base part 4 detected. The displacement sensor (not shown) may be, for example, an inductive sensor, in which one or more coils in the region of the sensor receiving space 6 on the base plate 10 are provided, whose magnetic coupling via a with the force application bolt 3 rigidly connected magnetic element according to the movement is variable. Alternatively, for example, on the base plate 10 fixed coils can be charged with alternating current and can do that with the force introduction bolt 3 connected measuring element be a good electrical conductivity core. The alternating magnetic field of the fixed coil generates an alternating current in the conductive core. The reaction of the induced alternating current via its magnetic field generates in a fixed measuring coil a voltage which is proportional to the deflection of the force introduction pin to be measured 3 is. This voltage can, for example, a differential or summation amplifier with a corresponding characteristic and an analog / digital conversion, for example in an evaluation circuit 7 as the force to be determined or the weight corresponding data are provided. Such an evaluation circuit 7 is for example on a ring 2 attached, which is parallel to the meandering feathers 1 lies and on its inside at the spacer area 12 is attached.
Bei
der nachstehenden Erläuterung
der Funktionsweise der Kraft messeinrichtung wird davon ausgegangen,
dass der Befestigungsansatz 11 an einem Gegenlager befestigt
ist und auf den Krafteinleitbolzen 3 in Bewegungsrichtung
von extern eine Kraft eingeleitet wird. Die eingeleitete Kraft wird
von dem Krafteinleitbolzen 3 auf die inneren Ringabschnitte der
Mäanderfedern 1 übertragen
und bewirkt entsprechend ihrer Federkennlinien eine kraftproportionale
Auslenkung.In the following explanation of the operation of the force measuring device is assumed that the attachment approach 11 is attached to an abutment and the force application bolt 3 in the direction of movement of a force externally is initiated. The introduced force is from the force application bolt 3 on the inner ring sections the meander feathers 1 transmitted and causes according to their spring characteristics a force-proportional deflection.
Diese
Auslenkung ist in Richtung des Basisteils 4 durch einen
an der Basisplatte 10 vorgesehenen Anschlag sowie in der
von dem Basisteil 4 abgewandten Richtung durch den Deckel 5 begrenzt. Durch
die Begrenzung der maximalen Auslenkung in Bewegungsrichtung werden
die Federn 1 immer in ihrem zulässigen Belastungsbereich beansprucht.This deflection is in the direction of the base part 4 through one on the base plate 10 provided stop as well as in the of the base part 4 opposite direction through the lid 5 limited. By limiting the maximum deflection in the direction of movement, the springs 1 always claimed in their allowable load range.
Die
Fixierung des Krafteinleitbolzens 3 gegenüber dem
Basisteil 4 sowie dem Deckel 5 über die zwei
beabstandeten Mäanderfedern 1 bewirkt
eine lineare Führung
des Bolzens 3, ohne dass der Zwischenbereich 15 zur
Führung
wirksam wird. Dadurch werden Bewegungen des Krafteinleitbolzens 3 in
der Kraftmesseinrichtung nahezu reibungsfrei ausgeführt und
spricht die Kraftmesseinrichtung nur wenig auf Kräfte an,
die radial auf den Krafteinleitbolzen 3 wirken. Die Verwendung
einer Mehrzahl von Federn ermöglicht
die Verringerung der Stärke
bzw. Dicke der einzelnen Federn, wodurch feinere Strukturen und eine
einfachere Herstellung der Federn ermöglicht wird.The fixation of the force transmission pin 3 opposite the base part 4 as well as the lid 5 over the two spaced meander feathers 1 causes a linear guidance of the bolt 3 without the intermediate area 15 becomes effective for leadership. As a result, movements of the force transmission pin 3 performed virtually frictionless in the force measuring device and speaks the force measuring device only slightly on forces that radially on the force application bolt 3 Act. The use of a plurality of springs makes it possible to reduce the thickness of the individual springs, thereby enabling finer structures and easier manufacture of the springs.
Auslenkungen
des Krafteinleitbolzens 3 in Bezug auf das Basisteil 4 werden
durch den (nicht dargestellten) Wegsensor in dem Sensoraufnahmeraum 6 erfasst,
dessen Ausgangssignal zu der Auswerteschaltung 7 oder direkt
nach außerhalb
der Kraftmesseinrichtung geführt
wird.Deflections of the force transmission pin 3 in relation to the base part 4 are detected by the displacement sensor (not shown) in the sensor housing space 6 detected, whose output signal to the evaluation circuit 7 or is led directly outside the force measuring device.
Eine
derartige Kraftmesseinrichtung liefert eine eindeutige Beziehung
zwischen einer Auslenkung und einer Kraft. Die Kraft messeinrichtung
ist somit hysteresearm und weist eine gute Wechselfestigkeit bei
gleichbleibender Federkennlinie auf. Aufgrund der geringen Massen,
die bei Krafteinleitungen bewegt werden, ist die Kraftmesseinrichtung
auch zur Erfassung dynamischer Kräfte geeignet.A
Such force measuring device provides a clear relationship
between a deflection and a force. The force measuring device
is thus low in hysteresis and has good resistance to change
constant spring characteristic. Due to the low masses,
which are moved at force introduction, is the force measuring device
also suitable for detecting dynamic forces.
Die
Kraftmesseinrichtung kann über
den Befestigungsansatz 11 in einfacher Weise an einem Gegenlager,
wie bspw. einer Kfz-Karosserie,
sowie über den
Befestigungsansatz 13 an einem Gewichtselement, wie bspw.
einem Autositz, befestigt werden. Die Anschraubpunkte sind in Bewegungsrichtung des
Bolzens 3 verstellbar, sodass unterschiedliche Höhen zwischen
mehreren Kraftmesseinrichtungen ausgeglichen werden können.The force measuring device can via the attachment approach 11 in a simple manner to an abutment, such as. A motor vehicle bodywork, as well as the attachment approach 13 attached to a weight member such as a car seat. The attachment points are in the direction of movement of the bolt 3 adjustable, so that different heights between several force measuring devices can be compensated.
Die
Insassengewichtskrafterfassung einer derartig an einem Autositz
angeordneten Kraftmesseinrichtung ist prinzipiell unabhängig von
der Sitzgeometrie und der Polsterung bzw. von dem Durchsitzzustand
des Sitzes.The
Occupant weight loss detection of such a car seat
arranged force measuring device is in principle independent of
the seat geometry and the padding or from the seated state
of the seat.
Die
vorstehenden Mäanderfedern 1 sind
nur beispielhaft angeführt.
Es kann grundsätzlich
jedes elastische Federelement mit vorzugsweise hysteresearmer Kennlinie
verwendet werden. Beispielsweise können in der Kraftmesseinrichtung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
die Mäanderfedern 1 durch
Membranfedern 1a, die in 2C und 2D dargestellt sind, oder
durch Federn 1b mit unkonstanter Stärke bzw. Materialdicke, die
in 2E und 2F dargestellt sind, ersetzt
werden. Die Membranfeder 1a ist ein Federring konstanter
Stärke,
der radial aufeinanderfolgende Ringabschnitte hat, die gegenüber der
Ebene seines inneren und äußeren Ringabschnitts 21, 23 periodisch
gegenläufig
angewinkelt sind. Die Feder 1b mit unkonstanter Stärke ist
zwischen ihrem inneren und äußeren Ringabschnitt 21, 23 verjüngt und
weist ein sich in Abhängigkeit
des Radius änderndes
Flächenträgheitsmoment
auf. Die Feder 1b kann einen unkonstanten Verlauf sowohl auf
einer Federseite als auch auf mehreren Feder seiten bzw. -flächen aufweisen.
Es können
auch verschiedene Federn 1, 1a, 1b kombiniert
in der Kraftmesseinrichtung 1 verwendet werden.The above meandering feathers 1 are given by way of example only. It can be used in principle any elastic spring element with preferably low hysteresis characteristic. For example, in the force measuring device according to the first embodiment, the meandering springs 1 through diaphragm springs 1a , in the 2C and 2D are shown, or by springs 1b with inconsistent thickness or material thickness, which in 2E and 2F are replaced. The diaphragm spring 1a is a spring washer of constant thickness, which has radially consecutive ring portions, opposite to the plane of its inner and outer ring portion 21 . 23 periodically angled in opposite directions. The feather 1b with inconsistent strength is between its inner and outer ring section 21 . 23 tapers and has a surface moment of inertia which changes as a function of the radius. The feather 1b may have an inconsistent course on both a spring side and on several spring pages or surfaces. There may also be different springs 1 . 1a . 1b combined in the force measuring device 1 be used.
Das
erste Ausführungsbeispiel
kann derart modifiziert werden, dass anstelle funktionsmäßig parallelgeschalteter
Federelemente in Reihe geschaltete Federelemente verwendet werden.
In dem ersten Ausführungsbeispiel
ist jeder innere Ringabschnitt 21 am Krafteinleitbolzen 3 und
jeder äußere Ringabschnitt 23 über den
Abstandhalterring 14 an dem Deckel 8 oder dem
Basisteil 4 fixiert. Für
eine funktionsmäßige Reihenschaltung
der Federelemente ist die Kraftmesseinrichtung derart zu modifizieren,
dass von einer Mehrzahl von Federelementen ein innerer Ringabschnitt 21 eines
dem Krafteinleitbolzen 3 nächstliegenden Federelements
an diesem befestigt ist und ein innerer oder äußerer Ringabschnitt 21, 23 des
dem Basisteil 4 nächstliegenden
Federelements an diesem befestigt ist. Zwischen diesen beiden Federelementen
sind jeweils gegenüberliegende
innere oder äußere Ringabschnittspaare über äußere oder innere
Abstandhalterringe 14a, 14b miteinander verbunden,
ohne dass eine Befestigung an dem Krafteinleitbolzen 3 oder
dem Basisteil 4 bzw. dem Deckel 5 besteht.The first embodiment may be modified such that instead of functionally parallel-connected spring elements connected in series spring elements are used. In the first embodiment, each inner ring portion 21 on the force transmission bolt 3 and each outer ring section 23 over the spacer ring 14 on the lid 8th or the base part 4 fixed. For a functional series connection of the spring elements, the force measuring device is to be modified in such a way that of a plurality of spring elements an inner ring section 21 a the Kraftteinleitbolzen 3 nearest spring element is attached thereto and an inner or outer ring portion 21 . 23 of the base part 4 nearest spring element is attached to this. Between these two spring elements are in each case opposite inner or outer ring section pairs via outer or inner spacer rings 14a . 14b connected to each other without any attachment to the force transmission bolt 3 or the base part 4 or the lid 5 consists.
Ein
Beispiel einer derartigen Modifikation ist mit einer Reihenschaltung
von vier Mäanderfedern 1 in 3A und 3B dargestellt. Grundsätzlich kann eine
derartige Reihenschaltung allerdings aus zwei oder mehr Federn erfolgen.
Der innere Ringabschnitt 21 der in der Darstellung von 3A und 3B obersten Mäanderfeder 1 ist an
dem Zwischenabschnitt 15 des Krafteinleitbolzens 3 in
geeigneter Weise befestigt. Der Krafteinleitbolzen 3 weist
dabei keinen Abstandhalterbereich 12 auf. Die parallel übereinanderliegenden
Mäanderfedern 1 sind über äußere und
innere Abstandhalterringe 14a, 14b miteinander
verbunden. Der innere Ringabschnitt 21 der in der Darstellung
von 3A und 3B untersten Mäanderfeder 1 ist
an einem Anschlussring 16 der (nicht dargestellten) Basisplatte 10 in
geeigneter Weise befestigt.An example of such a modification is with a series connection of four meandering springs 1 in 3A and 3B shown. In principle, however, such a series circuit can be made of two or more springs. The inner ring section 21 in the presentation of 3A and 3B top meander spring 1 is at the intermediate section 15 of the force introduction bolt 3 fastened in a suitable manner. The force transmission bolt 3 does not have a spacer area 12 on. The parallel superimposed meander feathers 1 are about outer and inner spacer rings 14a . 14b connected with each other. The inner ring section 21 in the presentation of 3A and 3B lowest meander spring 1 is on a connection ring 16 the (not shown) base plate 10 fastened in a suitable manner.
Die
Reihenschaltung und die Parallelschaltung kann für zwei und mehr Federelemente,
die gleichen oder unterschiedlichen Typs sind, ausgeführt sein.
Die Reihenschaltung und die Parallelschaltung können auch kombiniert in der
Kraftmesseinrichtung verwendet werden.The
Series connection and the parallel connection can be used for two or more spring elements,
are of the same or different type.
The series connection and the parallel connection can also be combined in the
Force measuring device can be used.
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Kraftmesseinrichtung.
Bei dieser Kraftmesseinrichtung werden anstelle von Mäanderfedern
gummiartige Ringe bzw. Elastomerringe 31 als Federelemente
verwendet. Unter dem Begriff Elastomer werden Materialien einschließlich Silikon verstanden,
die elastisch kompressibel und/oder dehnbar und/oder verformbar
sind, wobei eine entstehende Kraft/Weg-Wandlung möglichst
hysteresearm sein soll. Im einzelnen beinhaltet die Kraftmesseinrichtung
einen Krafteinleitbolzen 32 sowie ein Basisteil 33,
die über
die Elastomerringe 31 elastisch miteinander verbunden sind.
Der Krafteinleitbolzen 32 hat einen Befestigungsansatz 34 sowie
einen im Durchmesser vergrößerten Bereich 35,
der innen analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel einen Sensoraufnahmeraum
bietet. An der Außenseite
des Bereichs 35 ist eine radial verlaufende, flache Ringwand 36 ausgebildet,
die außen
axial gerichtete Überlastanschläge 37 aufweist
und an deren Oberseite und Unterseite jeweils einer der Elastomerringe 31 anliegt. 4 shows a second embodiment of the force measuring device according to the invention. In this force measuring device instead of meandering springs rubbery rings or elastomer rings 31 used as spring elements. The term elastomer is understood as meaning materials including silicone which are elastically compressible and / or elastic and / or deformable, with a resultant force / displacement conversion being intended to be as low in hysteresis as possible. In detail, the force measuring device includes a force introduction bolt 32 as well as a base part 33 that about the elastomer rings 31 are elastically connected with each other. The force transmission bolt 32 has a fastening lug 34 and an enlarged diameter area 35 , which offers a sensor receiving space analogous to the first embodiment. At the outside of the area 35 is a radially extending, flat annular wall 36 formed, the outside axially directed overload stops 37 and at the top and bottom of each of the elastomeric rings 31 is applied.
Das
Basisteil 33 enthält
einen Befestigungsansatz 38 zur Befestigung an einem Gegenlager, eine
Basisplatte 39, eine äußere Ringwand 40 und eine
innere, zumindest sektorartig ausgebildete Ringwand 46.
Der Befestigungsansatz 38 weist beispielsweise einen Gewindeabschnitt
auf. Die Basisplatte 39 ist in ihrer Mitte mit einer Aussparung
zur Aufnahme zumindest eines Teils des Wegsensors 42 infolge
seiner linearen Bewegung ausgebildet. Die Aussparung enthält eine
optionale Lüftungsöffnung 47.The base part 33 contains a fastening lug 38 for attachment to an abutment, a base plate 39 , an outer ring wall 40 and an inner, at least sectorally formed annular wall 46 , The attachment approach 38 has, for example, a threaded portion. The base plate 39 is in its center with a recess for receiving at least a portion of the displacement sensor 42 formed due to its linear movement. The recess contains an optional ventilation opening 47 ,
Weiter
ist ein Deckel 41 mit einer radial gerichteten Bodenwand 44 und
einer Zylinderwand 45 vorgesehen. Die Bodenwand 44 endet
innen in einem Durchlass zur reibungsfreien oder reibungsarmen Abdichtung
der Kraftmesseinrichtung.Next is a lid 41 with a radially directed bottom wall 44 and a cylinder wall 45 intended. The bottom wall 44 Ends inside a passage for frictionless or low-friction sealing of the force measuring device.
Die
Fixierung des Krafteinleitbolzens 32 gegenüber dem
Basisteil 33 sowie dem Deckel 41 über die
zwei beabstandeten, vorzugsweise vorgespannten Elastomerfedern 31 bewirkt
eine lineare Führung des
Krafteinleitbolzens 32 in gleichartiger Weise wie in dem
ersten Ausführungsbeispiel.The fixation of the force transmission pin 32 opposite the base part 33 as well as the lid 41 over the two spaced, preferably preloaded elastomeric springs 31 causes a linear guidance of the Krafteinleitbolzens 32 in a similar manner as in the first embodiment.
Eine
Druckbelastung des Krafteinleitbolzens 32 wird über den
unteren Elastomerring 31 direkt auf das Basisteil 33 übertragen.
Eine Zugbelastung des Krafteinleitbolzens 32 wird über den
oberen Elastomerring 31 und den Deckel 41 auf
das Basisteil 33 übertragen.
Optional kann eine Mehrzahl von Elastomerringen in radialer Richtung
nebeneinander angeordnet sein und somit funktionsmäßig parallelgeschaltet
sein. Ferner kann eine Mehrzahl von Elastomerringen aufeinander
angeordnet sein und somit funktionsmäßig in Reihe geschaltet sein.
Optional kann auch nur ein einziger Elastomerring vorgesehen sein,
sofern die Kraftmesseinrichtung nur für eine Zug- oder Druckbelastung
ausgelegt ist, oder sofern bei einer Auslegung für eine Wechselbelastung der Elastomerring
eine feste Verbindung zu dem Krafteinleitbolzen 32 und
dem Basisteil 33 aufweist.A compressive load of the force transmission pin 32 is over the lower elastomer ring 31 directly on the base part 33 transfer. A tensile load of the force transmission pin 32 is over the upper elastomer ring 31 and the lid 41 on the base part 33 transfer. Optionally, a plurality of elastomeric rings may be arranged in the radial direction next to each other and thus functionally connected in parallel. Further, a plurality of elastomeric rings may be arranged one on top of the other and thus functionally connected in series. Optionally, only a single elastomeric ring may be provided, provided that the force measuring device is designed only for a tensile or compressive load, or provided in a design for an alternating load, the elastomeric ring a fixed connection to the force application bolt 32 and the base part 33 having.
Der
Wegsensor 42 ist als LVDT-Sensor ausgeführt, von dem ein Teil fest
mit dem Basisteil 33 und ein Teil fest mit dem Krafteinleitbolzen 32 verbunden
ist. Die Signale des Wegsensors werden über ein Kabel 43 nach
außen
geführt.The displacement sensor 42 is designed as an LVDT sensor, part of which is fixed to the base part 33 and a part fixed to the force transmission bolt 32 connected is. The signals of the distance sensor are via a cable 43 led to the outside.
Für die einzelnen
Komponenten der Kraftmesseinrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels können beliebige
geeignete Materialien verwendet werden. Für den Krafteinleitbolzen 32,
das Basisteil 33 sowie den Deckel 41 ist Material
ausreichender Fes tigkeit wie beispielsweise Stahl oder ein Kunststoff
zu verwenden. Für
die Elastomerringe 31 wird vorteilhaft ein Material mit
guter Elastizität
und mit geringer Hysterese verwendet.For the individual components of the force measuring device of the second embodiment, any suitable materials may be used. For the force transmission bolt 32 , the base part 33 as well as the lid 41 Material of sufficient strength, such as steel or plastic, must be used. For the elastomer rings 31 Advantageously, a material with good elasticity and low hysteresis is used.
Wird
die Kraftmesseinrichtung an einem Sitz wie bspw. einem Autositz
befestigt, kann dessen Gestell an der durch den Bereich 35 ausgebildeten,
außen
zugänglichen
Stufe aufgelegt werden.If the force-measuring device is fastened to a seat, such as a car seat, its frame can be attached to it by the area 35 trained, externally accessible stage are placed.
5 zeigt eine Kraftmesseinrichtung
gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 5 shows a force measuring device according to the third embodiment of the invention.
Diese
Kraftmesseinrichtung unterscheidet sich von dem des zweiten Ausführungsbeispiels
im wesentlichen darin, dass sie zusätzlich eine Auswerteschaltung 51 enthält. Die
Auswerteschaltung 51 ist über Signalleitungen 52 mit
dem Wegsensor 42 verbunden ist und gibt ihr Ausgangssignal
bzw. ihre Ausgangsdaten wie bspw. Kraftdaten über ein Kabel 43 nach
außen
aus. In dem konkreten Ausführungsbeispiel
ist die Auswerteschaltung 51 an einer flexiblen Leiterplatte
vorgesehen und radial um die Achse der Bewegung des Krafteinleitbolzens 32 herum
in einem zusätzlichen,
im Basisteil ausgebildeten Ringraum angebracht.This force measuring device differs from that of the second embodiment substantially in that it additionally has an evaluation circuit 51 contains. The evaluation circuit 51 is via signal lines 52 with the displacement sensor 42 is connected and gives its output signal or its output data such as force data via a cable 43 outwards. In the specific embodiment, the evaluation circuit 51 provided on a flexible printed circuit board and radially about the axis of movement of the Krafteinleitbolzens 32 around in an additional, formed in the base part annulus mounted.
Die
Kraftmesseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
ermöglicht
eine direkte Auswertung des Signals des Wegsensors 42 in
der Kraftmesseinrichtung.The force measuring device according to the third embodiment allows a direct evaluation of the signal of the displacement sensor 42 in the force measuring device.
6 zeigt eine perspektivische,
teilweise aufgeschnittene Darstellung der Kraftmesseinrichtung gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel.
Der Krafteinleitbolzen 32 enthält einen Innensechskant zum
einfachen Anschrauben der Kraftmesseinrichtung. 6 shows a perspective, partial cut view of the force measuring device according to the third embodiment. The force transmission bolt 32 Includes a hexagon socket for easy screwing the force measuring device.
Die
erfindungsgemäße Kraftmesseinrichtung kann
auf vielfache Weise modifiziert werden. Beispielsweise sind die
verschiedenen Ausführungsbeispiele
grundsätzlich
miteinander kombinierbar. Die Kraftmesseinrichtung kann ein oder
mehrere Federelemente enthalten. Ferner kann beispielsweise die flexible
Leiterplatte gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
auch als Auswerteschaltung für
die Kraftmesseinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden.
Hierzu ist die Kraftmesseinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels
lediglich geringfügig
in ihrem Aufbau anzupassen. Die Kraftmesseinrichtung kann zur Erfassung
von Kräften
verwendet werden, die den Krafteinleitbolzen linear verschieben
und/oder, bei entsprechender Modifikation der Befestigungen und
des Sensors, verdrehen.The
Force measuring device according to the invention can
be modified in many ways. For example, the
various embodiments
in principle
combinable with each other. The force measuring device can be on or
contain several spring elements. Furthermore, for example, the flexible
Printed circuit board according to the third
embodiment
also as evaluation circuit for
the force measuring device of the first embodiment can be used.
For this purpose, the force measuring device of the first embodiment
only slightly
to adapt in their construction. The force measuring device can for detection
of forces
be used, which shift the force application bolt linear
and / or, with appropriate modification of the fasteners and
of the sensor, twist.
Generell
kann die Auswerteschaltung innerhalb oder außerhalb der Kraftmesseinrichtung
vorgesehen sein. Eine Kontaktierung zu dem Wegsensor bzw. der Auswerteschaltung
kann über
Pigtail oder dichte bzw. nicht-dichte Stecker ausgeführt sein.As a general rule
can the evaluation circuit inside or outside the force measuring device
be provided. A contact to the displacement sensor or the evaluation circuit
can over
Pigtail or dense or non-tight plug be executed.
Anstelle
der Mäanderfeder 1 des
ersten Ausführungsbeispiels
kann auch ein Federmittel mit einem äußeren und einem inneren Ring
verwendet werden, die bspw. über
einen oder mehrere in einer Richtung gebogene und um die Achse der
Bewegung des Krafteinleitbolzens 3 umlaufende Stege miteinander
verbunden sind.Instead of the meander spring 1 of the first embodiment may also be used a spring means having an outer and an inner ring which, for example, via one or more curved in one direction and about the axis of movement of the Krafteinleitbolzens 3 circumferential webs are interconnected.
Die
erfindungsgemäße Kraftmesseinrichtung kann
vollständig
dicht ausgebildet sein, indem beispielsweise zwischen dem Krafteinleitbolzen
und dem Deckel geeignetes Dichtelement wie beispielsweise ein Faltenbalg
angebracht wird.The
Force measuring device according to the invention can
Completely
be formed dense, for example, between the force application bolt
and the lid suitable sealing element such as a bellows
is attached.
Ist
eine Mehrzahl von Kraftmesseinrichtungen an einem Sitzrahmen befestigt,
kann durch eine entsprechende Verknüpfung der Messergebnisse der einzelnen
Kraftmesseinrichtungen neben der auf die Kraftmesseinrichtungen
wirkenden Kraft auch ein Belegungsschwerpunkt des Sitzes ermittelt
werden.is
a plurality of force measuring devices attached to a seat frame,
can by an appropriate combination of the measurement results of the individual
Force measuring devices in addition to the force measuring devices
Acting force also determines a major occupancy of the seat
become.
Mit
der Erfindung wird eine Kraftmesseinrichtung bereitgestellt, die
als statischer und dynamischer Kraft/Weg-Wandler wirkt, eingeleitete
Druck- und Zugkräfte
in lineare, hystere searme Auslenkungen wandelt, diese Auslenkungen
erfasst und in Signale bzw. Daten wandelt, die die Auslenkungen und/oder
die Kräfte
mit guter Auflösung
angeben.With
The invention provides a force measuring device which
acts as a static and dynamic force / displacement converter, initiated
Compressive and tensile forces
into linear, hysterical, weak deflections, these deflections
captured and converted into signals or data that the deflections and / or
the forces
with good resolution
specify.