DE19521866C1 - Kraftmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßeinrichtung, umfassend ein erstes Kraftauf­ nahmeteil mit einer parallel zur Krafteinleitungsrichtung geöffneten Ausnehmung mit einem Boden, einem von der Ausnehmung umschlossenen Gummikörper, der einen Drucksensor enthält sowie ein zweites Kraftaufnahmeteil, das mit dem Gummikörper verbunden ist, wobei der Drucksensor ringförmig ausgebildet und in eine Ringnut des Gummikörpers eingefügt ist.

Eine solche Kraftmeßeinrichtung ist aus der EP 0 496 956 A2 bekannt. Die vorbekannte Kraftmeßeinrichtung besitzt ein Kraftübertragungselement aus einem Block aus im wesentlichen inkompressiblem elastomerem Material zur Übertragung von Kräften auf mindestens einen Kraft- oder Drucksensor, der innerhalb des Blocks oder in engem Kontakt mit dessen elastomerem Material angeordnet ist, wobei der Block in axialer Kraftmeßrichtung verformbar, im dazu im wesentlichen senkrechten Querschnitt jedoch praktisch nicht dehnbar, eng eingefaßt ist.

Eine weitere Kraftmeßeinrichtung ist aus der EP-B 0 145 001 bekannt. Sie ist sehr aufwendig in der Herstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Kraftmeßeinrichtung derart weiterzuentwickeln, daß sich bei vereinfachter Herstellbarkeit eine sehr gute Meßgenauigkeit ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Kraftmeßeinrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Bei der erfindungsgemäßen Kraftmeßeinrichtung ist es vorgesehen, daß der Gummikörper die Ausnehmung lose anliegend berührt und einen in Krafteinlei­ tungsrichtung vorstehenden Zapfen aufweist, der hinter einer Durchbrechung des Bodens mit einer Verdickung seines vorstehenden Endes eingeschnappt ist und daß die Ringnut den Zapfen im Bereich seines rückwärtigen Endes umschließt.

Der Drucksensor kann durch diese Ausbildung verhältnismäßig groß dimensioniert und präzise plaziert sein, was es ermöglicht, bei Einhaltung verhältnismäßig großer Fertigungstoleranzen Ausgangssignale von guter Qualität zu erhalten. Für eine wirtschaftliche Erzeugung in der Massenproduktion ist das von großem Vorteil.

Der Gummikörper kann mit dem zweiten Kraftaufnahmeteil durch eine gegensei­ tige Verknüpfung und/oder Verklebung verbunden sein. Desweiteren ist es mög­ lich, die einzelnen Teile so zusammen zu fügen, daß sich in Krafteinleitungsrich­ tung eine elastische Zugvorspannung dem Gummikörper und/oder dem Zapfen ergibt. Hierdurch wird ein sofortiges Ansprechen bei Einleitung einer Druckbela­ stung in Krafteinleitungsrichtung erreicht, d. h. eine Signalerzeugung, die sich proportional zu der Größe der Krafteinleitung und zu der Relativverlagerung der Kraftaufnahmeteile verhält.

Der Drucksensor kann an dem dem zweiten Kraftaufnahmeteil zugewandten En­ de auf einem Stützring abgestützt sein, zweckmäßig auf einem Stützring aus Gummi einer Härte, die größer ist als diejenige des Gummikörpers. Neben einer verhältnismäßig einfachen Montierbarkeit der verschiedenen Einzelteile wird hierdurch erreicht, daß sich eine nahezu lineare Abhängkeit zwischen der Größe der eingeleiteten Kräfte und der Amplitude der von dem Drucksensor emittierten Signale ergibt. Solche Signale lassen sich besonders gut zur Steuerung von Ser­ voantrieben verwenden.

Nach einer anderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß der Drucksensor an dem dem Boden zugewandten Ende auf einem Verschlußring abgestützt ist, zweckmäßig auf einem Verschlußring aus einem zähharten Kunststoff oder Me­ tall. Unerwünschte Deformierungen während der bestimmungsgemäßen Ver­ wendung werden dadurch ausgeschlossen. Das erzielte Signal ist dementspre­ chend hinsichtlich seiner Linearität weiter verbessert.

Die Ringnut kann an ihrem vorstehenden Ende durch einen radial nach innen vorstehenden Wulst verengt sein, hinter den der Verschlußring eingeschnappt ist. Das Zusammenfügen der einzelnen Teile zu einer gebrauchsfertigen Einheit ist dadurch stark vereinfacht.

Nach einer anderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß das erste und/oder das zweite Kraftaufnahmeteil zumindest teilweise durch kaltverformte Metallteile gebildet sind, beispielsweise durch gerollte, gestauchte und/oder tiefgezogene Metallteile. Sie lassen sich dadurch bei großer Verformungssteifigkeit besonders leichtgewichtig erzeugen, was für eine Verwendung auf dem Gebiet des Kfz- Sektors von großem Vorteil ist. Eine bevorzugte Anwendung der erfindungsge­ mäßen Kraftmeßeinrichtung bezieht sich auf die Sensierung der Gaspedalkraft eines Kraftfahrzeugs zur Verstellung der Drosselklappe oder Fördermenge der Einspritzpumpe einer Verbrennungskraftmaschine.

Die mit der erfindungsgemäßen Kraftmeßeinrichtung erzielbaren Vorteile beste­ hen in einer verhältnismäßig einfachen Herstellbarkeit bei Bereitstellung eines ausgezeichnet verwendbaren Meßergebnisses. Dabei ist es von besonderer Be­ deutung, daß fehlerhafte Drucksensoren bei Bedarf ersetzt werden können, oh­ ne daß es einer Zerstörung der übrigen Teile bedarf.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Anlage beigefügten Zeichnung weiter verdeutlicht. Die Zeichnung bezieht sich auf eine Kraftmeßeinrichtung der erfindungsgemäßen Art, die bei der Drehzahlverstellung der Verbrennungskraft­ maschine eines Kraftfahrzeuges zur Anwendung gelangen kann, somit in den Bereich unterhalb des Gaspedals. Die Kraftmeßeinrichtung umfaßt ein erstes Kraftaufnahmeteil 1, das aus einer Tragplatte 1.1 und einem Zylinderkörper 1.2 zusammengesetzt ist. Beide Teile sind durch eine gegenseitige Verschweißung verbunden und jeweils durch einen Tiefziehprozeß aus Stahl erzeugt. Die beiden Teile können auch einstückig ineinanderübergehend ausgebildet sein. Das zweite Kraftaufnahmeteil 5 ist von glockenförmiger Gestalt und oberhalb des ersten Kraftaufnahmeteils angeordnet. Es ist mit einem unmittelbar anvulkanisiertem Gummikörper 3 verbunden, der einen in Krafteinleitungsrichtung 6 vorstehenden Zapfen 7 aufweist. Dieser ist an seinem vorstehenden Ende mit einer Ver­ dickung 8 versehen, welche hinter einer Durchbrechung des Bodens 2 des er­ sten Kraftaufnahmeteils eingeschnappt ist.

Der Gummikörper 3 ist im Bereich des rückwärtigen Endes des Zapfen 7 von ei­ ner Ringnut umschlossen, in die aufeinanderfolgend ein Stützring 9 aus Gummi eingefügt ist, ein Sensorring 4 sowie ein Verschlußring 10 aus metallischem Werkstoff. Die Ringnut ist im Bereich ihres vorstehenden Endes verengt durch einen radial nach innen vorstehenden Wulst 11, der den Verschlußring 10 im Bereich einer Schulterfläche hintergreift. Radial innenseitig ist der Wulst von ei­ nem Ansatz des Verschlußringes 10 durchgriffen, welcher den Boden des ersten Kraftaufnahmeteils in dem entsprechenden Bereich unmittelbar anliegend be­ rührt.

Die Dimensionierung des Zapfens 7 ist in Krafteinleitungsrichtung 6 so bemes­ sen, daß sich im zusammengefügten Zustand aller Teile eine axiale Zusammen­ pressung des Stützringes 9, des Drucksensors 4 und des Verschlußringes 10 in der Ringnut ergibt. Diese ist so gering bemessen, daß von dem Drucksensor noch kein Signal erzeugt wird.

Während der bestimmungsgemäßen Verwendung wird das zweite Kraftaufnah­ meteil 5 in Krafteinleitungsrichtung 6 mit dem ersten Kraftaufnahmeteil 1 ver­ preßt. Dabei ergibt sich innerhalb des von dem Zylinderkörper 1.2 umschlosse­ nen Bereichs eine Drucksteigerung in dem Gummikörper 3, die einer hydrauli­ schen Drucksteigerung ähnlich ist. Sie überträgt sich auf den in diesem Bereich angeordneten, kreisringförmig ausgebildeten Sensor 4 und wird durch diesen in ein elektrisches Signal umgeformt, welches proportional der Größe derjenigen Kräfte ist, die in Krafteinleitungsrichtung 6 in die Kraftmeßeinrichtung eingeleitet werden. Das Signal ist hierdurch in ausgezeichneter Weise als Stellsignal für ein motorisch einstellbares Stellglied verwendbar. Das vorliegende Beispiel nimmt auf einen solchen Fall Bezug, nämlich auf einen unter dem Gaspedal eines Kraftfahrzeuges angeordneten Sensor, der eine von der Pedalkraft abhängige Verstellung des Öffnungswinkels der Drosselklappe und damit der Drehzahl er­ möglicht. Hiervon abweichende Verwendungen der vorliegenden Erfindung wer­ den dadurch nicht ausgeschlossen.

Claims (9)

1. Kraftmeßeinrichtung, umfassend ein erstes Kraftaufnahmeteil (1) mit einer parallel zur Krafteinleitungsrichtung (6) geöffneten Ausnehmung mit einem Boden (2), einen von der Ausnehmung umschlossenen Gummikörper (3), der einen Drucksensor (4) enthält sowie ein zweites Kraftaufnahmeteil (5), das mit dem Gummikörper (3) verbunden ist, wobei der Drucksensor (4) ringförmig ausgebildet und in eine Ringnut des Gummikörpers (3) eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gummikörper (3) die Ausnehmung lose anliegend berührt und einen in Krafteinleitungsrichtung (6) vorstehenden Zapfen (7) aufweist, der hinter einer Durchbrechung des Bodens (2) mit einer Verdickung (8) seines vorstehenden Endes einge­ schnappt ist und daß die Ringnut den Zapfen (7) im Bereich seines rückwärtigen Endes umschließt.

2. Kraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (4) an dem dem 2. Kraftaufnahmeteil (5) zugewandten Ende auf einem Stützring (9) abgestützt ist.

3. Kraftmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (9) aus Gummi mit einer Härte besteht, die größer ist als dieje­ nige des Gummikörpers (3).

4. Kraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (4) an dem dem Boden (2) zugewandten Ende auf einem Verschlußring (10) abgestützt ist.

5. Kraftmeßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußring (10) aus einem zähharten Kunststoff oder Metall besteht.

6. Kraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut an ihrem vorstehenden Ende durch einen radial nach innen vorstehenden Wulst (11) verengt und der Verschlußring (10) hinter dem Wulst (11) eingeschnappt ist.

7. Kraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das 1. und/oder das 2. Kraftaufnahmeteil (1, 5) zumindest teilweise durch kaltverformte Metallteile gebildet sind.

8. Kraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gummikörper (3) und/oder der Zapfen (7) in Krafteinleitungsrichtung elastisch vorgespannt sind.

9. Verwendung der Kraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bei der Sensierung der Gaspedalkraft eines Kraftfahrzeugs zur Verstellung der Drosselklappe oder Fördermenge der Einspritzpumpe einer Ver­ brennungskraftmaschine.