DE19680934C1 - Magnetostriktives Sensorbauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetostriktives Sensorbauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bisher ist bei einem magnetostriktiven Sensorbauteil 1, wie in Fig. 9 dargestellt, eine dünne Platte 2 aus einem ferro­ magnetischen Material (einem magnetostriktiven Material) wie Permalloy mit vier kleinen Löchern 3 versehen, die in einan­ der schneidenden Richtungen angeordnet sind und Spulendrähte sind, in vertikaler und horizontaler Richtung, durch die Lö­ cher 3 geführt, um eine Erregerspule 4 und eine Ausgangsspu­ le 5 zu erzeugen, die rechtwinklig zueinander und 45° ver­ setzt gegen eine Kraftanlegerichtung verlaufen.

Wenn keine Kraft an die dünne Platte 2 angelegt wird, ist, wie es in Fig. 10 dargestellt ist, die Verteilungsrichtung des Magnetflusses der Erregerspule 4 parallel zur Wicklungs­ richtung der Ausgangsspule 5, es existiert keine Kopplung zwischen der Erregerspule 4 und der Ausgangsspule 5, und die Verstärkungsspannung (von der Ausgangsspule 5 ausgegebene Spannung) ändert sich nicht.

Wenn dagegen, wie es in Fig. 11 dargestellt ist, eine Kraft an die dünne Platte 2 angelegt wird, nimmt die Permeabilität in der Kraftanlegerichtung ab (da eine Zugspannung erzeugt wird) und nimmt in rechtwinkliger Richtung zu (da eine Druckspannung erzeugt wird), und die Magnetflussverteilung der Erregerspule 4 ändert sich in einer 45°-Richtung.

Demgemäß schneidet ein Teil der geänderten Magnetflussver­ teilung die Ausgangsspule 5, um eine Spannung proportional zur angelegten Spannung aus der Ausgangsspule 5 auszugeben, wodurch die Spannung dazu verwendet werden kann, z. B. ein Ausgangssignal zur Lasterkennung zu erhalten.

Das magnetostriktive Sensorbauteil 1, wie es in Fig. 12 dar­ gestellt ist, wird z. B. an beiden Seiten der dünnen Platte 2 mit zylindrischen Körpern 6 verschweißt, um einen magneto­ striktiven Sensor 7 auszubilden, und dieser magnetostriktive Sensor 7 wird mittels der zylindrischen Körper 6 mit einem gewünschten Messort in Eingriff gebracht.

In jüngerer Zeit wird in Betracht gezogen, um zu verhindern, dass große Fahrzeuge wie Lastwagen überladen werden, eine mit dem magnetostriktiven Sensor 7 versehene Lastmessvor­ richtung unmittelbar in das Fahrzeug selbst einzubauen, da­ mit der Fahrer oder das Transportunternehmen das Ladegewicht leicht erkennen kann.

So wird in den japanischen Patentanmeldungen 07-273492 und 07-273524 eine Konstruktion vorgeschlagen, wie sie in Fig. 13 dargestellt ist.

Diese Konstruktion umfasst eine Lastmessvorrichtung mit dem magnetostriktiven Sensor 7 an einem Lastwagen unter Verwen­ dung mit einer sogenannten Doppelachskonstruktion mit einer Aufhängungskonstruktion unter Verwendung einer Blattfeder und zwei Achsen, die an der Hinterachsseite vorhanden sind, um den Druck auf die Straßenoberfläche zu verringern.

Seitens der Vorderachse 11 sind eine Blattfeder 13 einer Aufhängung 12 des Fahrzeugs und ein Bock 15 seitens des Rah­ menbetts 14 durch einen Schäkelstift 17 mittels einer Muffe 16 miteinander verbunden, ein Schaftloch 18 ist entlang der Achsenrichtung der Mittellinie des Schäkelstifts vorhanden, und der magnetostriktive Sensor 7 mit dem magnetostriktiven Sensorbauteil 1 greift in dieses Schaftloch 18 ein.

Seitens der Hinterachse 21 steht ein am Rahmenbett 14 mon­ tierter Zapfenbock 22 in Eingriff mit einem Zapfenschaft 23, der auf einem Federsitz 25 einer Blattfeder 24 gehalten ist. Auf der Mittellinie des Zapfenschafts 23 ist entlang der axialen Richtung ein Schaftloch 26 vorhanden, in dem ein ma­ gnetostriktiver Sensor 7 mit dem magnetostriktiven Sensor­ bauteil 1 angebracht ist.

Die Belastung des Schäkelstifts 17 aufgrund der auf die Vor­ derachse 11 wirkenden Last wird durch das magnetostriktive Sensorbauteil 1 erfasst, und die Belastung des Zapfenschafts 23, der proportional zum Federgewicht des Fahrzeugs an der Hinterachse 21 verformt wird, wird durch das magnetostrikti­ ve Sensorbauteil 1 erfasst. Dann werden diese Erfassungssi­ gnale des magnetostriktiven Sensorbauteils 1 aufsummiert, um das abgefederte Fahrzeuggewicht zu erhalten, und es erfolgt eine Berechnung wie eine Addition des nicht abgefederten Ge­ wichts und dergleichen, um das Ladegewicht zu messen.

Da eine derartige Fahrzeuglast-Messvorrichtung der Fahrzeug­ last, wie am Schäkelstift 17 und am Zapfenschaft 23, sowie Schwingungen unterliegt, und der magnetostriktive Sensor 7 in einen Schaft mit großem Durchmesser mit hoher Festigkeit eingeführt ist und mit diesem in Eingriff steht, hat die vom magnetostriktiven Sensorbauteil 1 des magnetostriktiven Sen­ sors 7 aufgenommene Verformung den kleinen Wert von einigen µm.

Daher, um nämlich eine kleine Verformung im magnetostrikti­ ven Sensor, wie er in der Fahrzeuglast-Messvorrichtung ver­ wendet wird, wirkungsvoll zu erfassen, ist das magnetostrik­ tive Sensorbauteil in der Praxis so aufgebaut, wie es in Fig. 14 dargestellt ist.

Genauer gesagt, sind in sich schneidenden Richtungen im Zen­ trum der rechteckigen, dünnen Platte 2 aus dem magnetostrik­ tiven Material vier kleine Spuleneinsetzlöcher vorhanden, und an der rechten und linken Seite außerhalb der Position des Lochs 3 befinden sich an der oberen und unteren Linie der rechteckigen dünnen Platte 2 U-förmige Ausschnitte 8.

Jedoch kann selbst mit den U-förmigen Ausschnitten 8 eine sehr kleine Verformung von einigen bis einigen 10 µm, wie im Schaftgroßen Durchmessers, wie dem Schäkelstift 17 oder dem Zapfenschaft 23, erzeugt, nicht wirkungsvoll erfasst werden, weswegen verschiedene Probleme hinsichtlich der Empfindlich­ keit, Genauigkeit und Stabilität bestehen.

Ferner müssen beim magnetostriktiven Sensorbauteil 1 Spulen­ drähte in die vier Löcher 3, die in sich überschneidenden Richtungen vorhanden sind, eingeführt und aufgewickelt wer­ den, um die Erregerspule 4 und die Ausgangsspule 5 auszubil­ den. Jedoch ist die Arbeit des Einwickelns eines Spulen­ drahts (Emaille- oder Kunststoff-beschichteter Draht) mit einem Drahtdurchmesser von ungefähr 100 µm in das kleine Loch 3 von ungefähr 1 Ø schwierig durch einen Roboter auszu­ führen und muss daher von Hand vorgenommen werden.

Wenn jedoch die Wicklungsarbeit von Hand ausgeführt wird, besteht die Tendenz, dass Abweichungen der Zugstärke oder Wicklungen mit einer falschen Anzahl von Windungen entste­ hen, wobei nicht in jedem Erzeugnis eine gleichmäßige Ma­ gnetflussverteilung erzielt werden kann und die Tendenz be­ steht, dass hinsichtlich der Messgenauigkeit Abweichungen auftreten. Ferner sind die Herstellkosten deutlich erhöht, da die Wicklungsarbeit von Hand ausgeführt wird.

Aus der US 4,193,294 ist ein magnetostriktives Sensorbauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Dieses Sensor­ bauteil dient zur Messung von Zug- oder Druckbelastungen. Aus dem Artikel von BOLL R., BOREK L.: Magnetic Sensors of New Materials, in: Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichte, Band 10 (1982), Nr. 2, S. 83-90, ist ein magnetostriktives Sensorbauteil bekannt, bei dem die Kantenbereiche der Sensorplatten abgeschnitten sind, um die Entstehung von Verspannungen während der Lastmessung zu verhindern. Aus der US 4,088,013 ist weiterhin ein magnetostriktives Sensorbauteil bekannt, bei dem die senkrecht zueinander angeordneten Spulen auf ein kreuzförmig ausgelegtes Träger­ element aufgewickelt sind, das wiederum von einer quadrati­ schen magnetostriktiven Platte getragen wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein magnetostriktives Sen­ sorbauteil zur Messung von Scherspannungen zu schaffen, das hinsichtlich der Empfindlichkeit und Genauigkeit wesentlich verbessert ist.

Die Aufgabe wird durch ein magnetostriktives Sensorbauteil gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei einem erfindungsgemäßen magnetostriktiven Sensor sind ei­ ne Draht-gewickelte Erregerspule und eine Ausgangsspule, die rechtwinklig zueinander im Zentrum einer dünnen Platte aus einem magnetostriktiven Material angeordnet sind, vorgesehen, wobei mindestens eine Kante, vorzugsweise beide Kanten, hin­ sichtlich eines oberen und eines unteren Kantenbereichs der dünnen Platte zwischen zwei virtuellen Linien so ausgeschnit­ ten sind, daß Kerben gebildet sind, wobei die zwei virtuellen Linien vom Überkreuzungszentrum der zwei Spulen in 45°-Rich­ tungen nach rechts und links relativ zur Wicklungsrichtung der Erregerspule gezogen sind, so daß sich beide virtuellen Linien mit einer oberen und einer unteren Kante der dünnen Platte schneiden, um den oberen und den unteren Kantenbereich zu bilden.

Die Kerben liegen dabei vorzugsweise innerhalb der zwei vir­ tuellen Linien (auf der Seite der Erregerspule), ohne die virtuellen Linien an irgendeiner Position zu berühren.

Ferner wird die Erregerspule vorzugsweise dadurch herge­ stellt, daß der Wicklungsdraht unter Verwendung der Kerben aufgewickelt wird, die diesseits und jenseits des Schnittmit­ telpunkts der zwei Spulen ausgebildet sind.

Durch diesen Aufbau können die Empfindlichkeit und Genauig­ keit des Sensors merklich verbessert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind alle vier Kantenbe­ reiche der dünnen Platte zwischen zwei virtuellen Linien so ausgeschnitten, daß Kerben gebildet sind, wobei keine Seite dieser Kerben mit den virtuellen Linien in Berührung steht und wobei diese virtuellen Linien ausgehend vom Überkreu­ zungszentrum der zwei Spulen in 45°-Richtungen nach rechts und links relativ zur Wicklungsrichtung der Erregerspule ge­ zogen sind, und wobei ein Spulendraht unter Verwendung dieser Paare von Kerben gewickelt ist, die sich diesseits und jen­ seits des Überkreuzungszentrums der zwei Spulen gegenüberste­ hen, um die Erregerspule und die Ausgangsspule zu bilden, die einander rechtwinklig überkreuzen.

Dabei sind die Kerben vorzugsweise mit nahezu Trapez- oder sich verjüngender Form ausgebildet, deren Breite zum Schnitt­ zentrum der zwei Spulen abnimmt, und die Breite der Spulen­ wicklungsteile der Kerben ist so eingestellt, daß eine Wick­ lung mit einer Vielzahl von Windungen möglich ist.

Durch diesen Aufbau können die Empfindlichkeit und Genauig­ keit des Sensors beträchtlich verbessert werden, und das Wic­ keln der Spulen kann leicht von einem Roboter ausgeführt wer­ den, anstatt daß von Hand gewickelt wird, wodurch die Her­ stellkosten beträchtlich verringert werden und die Produkt­ qualität und die Meßgenauigkeit verbessert werden.

Die erfindungsgemäßen magnetostriktiven Sensorbauteile können im Schäkelstift, im Zapfenschaft und anderen Schaftelementen angeordnet werden, die der Last des Fahrzeugs unterliegen, wobei die dünne Platte des magnetostriktiven Sensorbauteils an einer geeigneten Position einer Innenumfangsfläche eines zylindrischen Halters und einer Festhalteposition desselben gehalten wird und die dünne Platte in der Nähe des Schnitt­ punkts der zwei virtuellen Linien und der Kanten der dünnen Platte angeordnet ist.

Durch diesen Aufbau kann eine Verformung optimal erkannt wer­ den, wenn eine solche in einer Lastmeßvorrichtung für ein Fahrzeug auftritt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern der Form eines ersten Ausführungsbeispiels einer ersten Erscheinungs­ form eines erfindungsgemäßen magnetostriktiven Sensorbau­ teils;

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines ma­ gnetostriktiven Sensors unter Verwendung des magnetostrikti­ ven Sensorbauteils;

Fig. 3 ist ein Diagramm zur Verteilung der Hauptspannungen der dünnen Platte bei der ersten, in Fig. 1 dargestellten Erscheinungsform, wenn eine Scherkraft in einer durch den Pfeil gekennzeichneten Richtung wirkt, gemessen durch ein Analyseverfahren mit finiten Elementen unter Verwendung eines Computers;

Fig. 4 ist ein Diagramm zur Verteilung der Hauptspannungen in einer bekannten, in Fig. 14 dargestellten dünnen Platte, wenn eine Scherkraft in einer durch den Pfeil gekennzeichne­ ten Richtung wirkt, gemessen durch ein Analyseverfahren mit finiten Elementen unter Verwendung eines Computers;

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die die Form eines zweiten Ausführungsbeispiels einer zweiten Erscheinungsform des magnetostriktiven Sensorbauteils zeigt;

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die die Form eines an­ deren Ausführungsbeispiels der zweiten Erscheinungsform des magnetostriktiven Sensorbauteils zeigt;

Fig. 7 ist ein Diagramm zu Scherspannungen in der Mittelach­ se eines Zapfenschafts;

Fig. 8 ist ein Diagramm zu Scherspannungen in der Mittelach­ se eines Schäkelstifts;

Fig. 9 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die das Grundkonzept des magnetostriktiven Sensorbauteils zeigt;

Fig. 10 ist ein Diagramm zur Verteilung des Magnetflusses, wenn keine Scherkraft einwirkt;

Fig. 11 ist ein Diagramm zur Verteilung des Magnetflusses, wenn eine Scherkraft einwirkt;

Fig. 12 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die einen magnetostriktiven Sensor zeigt, der in ein in einen Schaft, auf den die Last des Fahrzeugs wirkt, eingebohrtes Loch eingesetzt ist;

Fig. 13 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Layoutbeispiels für den magnetostriktiven Sensor, wie er in einen Lastwagen mit Doppelachsstruktur eingebaut ist;

Fig. 14 ist eine schematische Ansicht, die die Form eines bekannten magnetostriktiven Sensorbauteils zeigt.

BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Nun werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungs­ beispiele der Erfindung beschrieben.

Jedoch ist zu beachten, dass die detaillierte Beschreibung und spezielle Beispiele, während sie bevorzugte Ausführungs­ beispiele der Erfindung angeben, nur zur Veranschaulichung erfolgt, da Abmessungen, Materialien, Formen und relative Layouts verschiedener Elemente, wie sie in den Ausführungs­ beispielen enthalten sind, für die Erfindung nicht beschrän­ kend sind, soweit nichts anderes speziell angegeben ist.

Fig. 1 zeigt ein magnetostriktives Sensorbauteil 31 gemäß einem Ausführungsbeispiel der ersten Erfindung. Wie es in der Figur dargestellt ist, sind vier kleine Löcher 33 in sich schneidenden Richtungen in der Mittel einer rechtecki­ gen dünnen Platte aus einem ferromagnetischen Material wie Permalloy vorhanden, und es sind zwei virtuelle Linien M vom Überkreuzungszentrum in 45°-Richtungen nach rechts und links bezogen auf die Windungsrichtung einer Erregerspule 34 ein­ gezeichnet, wobei die obere und die untere Kante der dünnen Platte mit einer flachen U-Form ausgeschnitten sind, die zu­ einander symmetrisch sind, wodurch ein Paar Kerben 35 ausge­ bildet ist.

Wenn die Länge der Kante der dünnen Platte 10 zwischen den zwei in den 45°-Richtungen durch den Überkreuzungspunkt ge­ zogenen virtuellen Linien M den Wert L hat, können die Ker­ ben 35 so vorhanden sein, dass die Breite L₀ der Kerbe 15 der folgenden Formel (1) genügt und der Abstand S zwischen einer Tangentiallinie parallel zur virtuellen Linie M, die durch die untere Ecke der Kerbe 15 geht, und der virtuellen Linie M der folgenden Formel (2) genügt, wobei für die Form keine spezielle Beschränkung besteht:

L₀ ≦ L ... (1)

S < 2, vorzugsweise S ≧ 1 mm ... (2)

Eine Spule wird in überkreuzenden Richtungen, vertikal und horizontal, durch die vier Löcher 33 gewickelt, um die Erre­ gerspule 34 und eine Ausgangsspule 36 so zu bilden, dass sie in 45°-Richtungen relativ zur Krafteinwirkungsrichtung posi­ tioniert sind.

Es wurden ein bekanntes magnetostriktives Sensorbauteil 1 mit U-förmigen Kerben an der Ober- und Unterkante außerhalb der in Fig. 14 dargestellten virtuellen Linien M sowie das erfindungsgemäße magnetostriktive Sensorbauteil 31 mit abge­ flachten U-förmigen Kerben, symmetrisch an der Ober- und Un­ terkante innerhalb der virtuellen Linien M, wie in Fig. 1 dargestellt, hinsichtlich der Verteilung der Scherverformung der dünnen Platte 2 und der dünnen Platte 32 geprüft, wenn eine Scherkraft in der durch den Pfeil gekennzeichneten Richtung angelegt wurde, was mittels eines Analyseverfahrens mit finiten Elementen erfolgte, und es wurden die in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Diagramme zur Verteilung der Haupt­ spannungen erhalten.

Wie es aus den Figuren erkennbar ist, werden beim in Fig. 4 dargestellten bekannten magnetostriktiven Sensorbauteil, da die Kerben außerhalb der virtuellen Linien M liegen, diese Kerben 8 verformt, während die Scherverformung in jeder der U-förmigen Kerben 8 verteilt wird, und im Ergebnis ist die Spannungsverformung zum Bereich der Spulen mit dem Spulen­ überkreuzungszentrum Q verringert.

Andererseits konzentriert sich beim erfindungsgemäßen, in Fig. 3 dargestellten magnetostriktiven Sensorbauteil 31, da die Kerben innerhalb der virtuellen Linien M und vorzugswei­ se symmetrisch diesseits und jenseits des Spulenüberkreu­ zungszentrums C positioniert sind, die Übertragung der Scherverformung auf das magnetische Material der Erregerspu­ le 34 im Gebiet des Spulenüberkreuzungszentrums Q, und die Scherverformung wird direkt auf das magnetische Material der Erregerspule 34 übertragen, wodurch die Empfindlichkeit deutlich verbessert ist.

Aufgrund der Konzentration der Übertragung der Scherverfor­ mung, im Gebiet mit dem Spulenüberkreuzungszentrum Q, ist die Fähigkeit des magnetostriktiven Sensorbauteils 31, eine Verformung zu erkennen, verbessert, zusätzlich zur Empfind­ lichkeit und Stabilisierung, wodurch das S/R-Verhältnis hin­ sichtlich Störungen sowie die Genauigkeit verbessert sind.

Das so aufgebaute magnetostriktive Sensorbauteil 31 wird, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, in einen Sensorhalteraum 39 in einem zylindrischen Halter 38 eingebaut, und der zy­ lindrische Halter 38 und die dünne Platte 32 werden durch Punktschweißen festgehalten, um einen magnetostriktiven Sen­ sor 40 aufzubauen. In diesem Fall ist die Halteposition R des zylindrischen Halters 38 hinsichtlich der dünnen Platte 32 am Schnittpunkt der zwei virtuellen Linien M mit der Tan­ gentiallinie der dünnen Platte 32, oder in dessen Nähe, po­ sitioniert.

Der zylindrische Halter 38 besteht aus einem gleichmäßigen, runden Stabmaterial, das mit einem Loch vorbestimmter Tiefe durch Endfräsbearbeitung von einer Endfläche her ausgebildet ist, um den kreisförmigen, hohlen Sensorhalteraum 39 so aus­ zubilden, dass ein Ende geschlossen ist, jedoch besteht kei­ ne Beschränkung hierauf, sondern es kann ein normales, hoh­ les Rohr verwendet werden.

Fig. 5 zeigt das magnetostriktive Sensorbauteil 31 gemäß einem Ausführungsbeispiel der zweiten Erfindung. Wie es in der Figur dargestellt ist, sind, ähnlich wie beim obenbe­ schriebenen Ausführungsbeispiel, zwei virtuelle Linien M durch das Zentrum einer rechteckigen, dünnen Platte 52 aus einem ferromagnetischen Material wie Permalloy gezogen, und aus der oberen und unteren sowie rechten und linken Kante der dünnen Platte 52 sind zwischen den zwei virtuellen Li­ nien M Ausschnitte vorhanden, um Kerben 53 und 54 so zu bil­ den, dass keine Kantenlinie der Kerben mit irgendeiner der virtuellen Linien in Berührung steht. Aus den Kerben 53 und 54 heraus ist ein Spulendraht unter Verwendung des Bodens der Paare von Kerben 53 und 54, die einander diesseits und jenseits des Überkreuzungszentrums gegenüberstehen, gewi­ ckelt, um eine Erregerspule 55 und eine Ausgangsspule 56 zu bilden.

Die Kerben 53 und 54 können so geformt sein, dass sie eine gleichmäßige R-förmige Bodenfläche (Krümmungsfläche) 57 oder eine flache V- oder U-Form aufweisen. Andernfalls können die Kerben 53 und 54, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, trape­ zoidförmig sein, wobei die Ecken der Bodenflächen 57 durch ein kleines R gebildet sind.

Die Bodenfläche 57 ist so eingestellt, dass sie eine Spulen­ draht-Wicklungsbreite an der Bodenfläche 57 der Kerben 53 und 54 von 0,5 bis 2 mm hat, so dass der Spulendraht regel­ mäßig mit einer Vielzahl von Windungen und vorzugsweise mit Abschrägung gewickelt werden kann, um zu verhindern, dass die Beschichtung des Spulendrahts abgeschält wird.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Spulendraht mit einem Durchmesser von 100 µm (12-20 Reihen) in zwei Windungen, mit insgesamt 20-40 Windungen, aufgewickelt. Durch diesen Aufbau kann der Spulendraht einfach unter Ver­ wendung der Kerben 53 und 54 aufgewickelt werden, die in überkreuzenden Richtungen an der oberen und unteren sowie rechten und linken Richtung angeordnet sind. Daher ist es nicht erforderlich, vier Löcher in den überkreuzenden Rich­ tungen anzubringen, der Spulenwicklungsvorgang kann leicht durch einen unbeaufsichtigten Roboter ausgeführt werden, Probleme bei der Herstellung, wie Schwankungen des Zugs in der Spulenwicklung und inkorrekte Windungszahlen, können be­ seitigt werden, und es kann für konstante Produktqualität und verringerte Abweichung der Messgenauigkeit gesorgt wer­ den.

Durch das Anbringen der Kerben in überkreuzenden Richtungen können die Funktionen und Wirkungen der ersten Erfindung so­ gar noch verbessert werden, wodurch eine Konstruktion ge­ schaffen ist, die eine Scherverformung wirkungsvoll erfasst, wobei die Empfindlichkeit deutlich verbessert ist.

Das so aufgebaute magnetostriktive Sensorbauteil 51 wird, ähnlich wie das in Fig. 2 dargestellte magnetostriktive Sen­ sorbauteil, in den Sensorhalteraum 39 im zylindrischen Hal­ ter 38 eingebaut, und der zylindrische Halter 38 und die dünne Platte 52 werden durch Punktschweißen festgehalten, um einen magnetostriktiven Sensor aufzubauen. In diesem Fall ist die Festhalteposition R zwischen dem zylindrischen Hal­ ter 38 und der dünnen Platte 52 in der Nähe des Überkreu­ zungspunkts der zwei virtuellen Linien M und der Tangential­ linie der dünnen Platte 52 positioniert.

Der magnetostriktive Sensor 40 mit dem obenbeschriebenen ma­ gnetostriktiven Sensorbauteil 31 (51) wird häufig in Lastwa­ gen von sogenannter Doppelachsstruktur verwendet, wie häufig als Hinterachse schwerer Lastwagen und von Lastwagen für schlechte Straßen verwendet, wobei zwei Achsen dazu verwen­ det werden, den Druck auf die Straßenoberfläche zu verrin­ gern, z. B. wie in Fig. 13 dargestellt. D. h., dass bei einem Lastwagen mit Doppelachskonstruktion seitens der Hin­ terachse 21 ein Schaftloch 26 entlang der axialen Richtung eines Zapfenschafts 23 vorhanden ist, der in einen an einem Rahmenbett 14 angebrachten Zapfenbock 222 eingreift, wobei der zylindrische Halter 38 des magnetostriktiven Sensors 40 in das Schaftloch 26 eingeführt ist und das magnetostriktive Sensorbauteil 31 (51) somit in Eingriff mit dem Zapfenschaft 23 steht.

In diesem Fall ist der magnetostriktive Sensor 40 mit dem magnetostriktiven Sensorbauteil 31 (51) so angeordnet, dass er um einen vorbestimmten Weg in axialer Richtung X-X ausge­ hend von der Schaftschnittebene C-C des Zapfenschafts 23, der durch die Endfläche des Zapfenbocks 22 geht, verschoben ist; z. B. ist der magnetostriktive Sensor 40 mit dem magne­ tostriktiven Sensorbauteil 31 (51) vorzugsweise an einer Po­ sition angeordnet, die nahezu dem Gebiet maximaler Spannung (P₁, P₂) im Scherbelastungsdiagramm auf der axialen Linie des Schaftlochs 26, wie in Fig. 7 dargestellt, entspricht. Ein Bezugspunkt O auf der Abszisse in Fig. 7 ist auf eine vorbestimmte Position auf der Seite des Federsitzes 26, wie in Fig. 13 dargestellt, eingestellt.

Genauer gesagt, befindet sich, wie es in Fig. 13 dargestellt ist, der Bereich maximaler Spannung im Scherspannungsdia­ gramm auf der Mittellinie des Zapfenschafts 23, die in einer Linie mit der axialen Linie des Schaftlochs 26 liegt, am Punkt P₁ und am Punkt P₂ außerhalb der Endfläche des Zapfen­ bocks 22. Der Punkt P₁ oder P₂ liegt am Schnittpunkt der Mittellinie mit einer Auslenkungslinie, die um 30 bis 60°, vorzugsweise 40 bis 50°, bevorzugter ungefähr 45°, in axia­ ler Richtung zur rechtwinkligen Schnittebene des Schaftlochs 26 des Zapfenschafts 23 vom Lastabstützpunkt C_p ausgelenkt ist, der auf dem Schnittpunkt des Außenrands des Schaftlochs 26 des Zapfenschafts 23 mit der Endfläche des Zapfenbocks 22 liegt.

Ferner ist seitens der Vorderachse 11 des Fahrzeugs ein Schaftloch 18 entlang der axialen Richtung im Schäkelstift 17 vorhanden, der die Seite der Aufhängung 12 des Fahrzeugs mit der Blattfeder 13 mit dem Bock 15 verbindet, der am Rah­ menbett 14 befestigt ist, wobei der zylindrische Halter 38 des magnetostriktiven Sensors 40 in das Schaftloch 18 einge­ setzt ist und das magnetostriktive Sensorbauteil 31 (51) in Eingriff mit dem Schäkelstift 17 steht.

Der magnetostriktive Sensor 40 mit dem magnetostriktiven Sensorbauteil 31 (51) ist vorzugsweise an einer Position an­ geordnet, die um einen vorbestimmten Weg in der axialen Richtung X-X ausgehend von der Schaftschnittebene C-C des Schäkelstifts 17 verschoben ist und durch die Endfläche im Bock 15 geht, so dass der Sensor 1 an einer Position ange­ ordnet ist, die nahezu dem Bereich maximaler Spannung im Diagramm der Scherspannung entspricht und auf der axialen Linie des Schaftlochs 18 liegt, wie in Fig. 8 dargestellt.

D. h., dass, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, der Bereich maximaler Spannung auf der Mittelachse des Schäkelstifts 17, die in einer Linie mit der axialen Linie des Schaftlochs liegt, im Scherspannungsdiagramm am Punkt P₁ und am Punkt P₂ außerhalb der Endfläche des Bocks 15 liegt. Daher ist der Sensor vorzugsweise am Punkt P₁ oder P₂ angeordnet, der am Schnittpunkt der Mittellinie mit einer ausgelenkten Linie liegt, die um einen Winkel Θ (15 bis 35°) in axialer Rich­ tung zur rechtwinkligen Schnittebene der Endfläche des Bocks 15 des Schäkelstifts 17 ausgelenkt ist. Der Bezugspunkt O auf der Abszisse in Fig. 8 ist auf eine vorbestimmte Posi­ tion auf der Seite des Bocks 15, wie in Fig. 13 dargestellt, eingestellt.

Bei dem obenbeschriebenen ersten Ausführungsbeispiel konzentriert sich, da die Kerben inner­ halb der virtuellen Linien und symmetrisch zum Bereich mit dem Spulenüberkreuzungszentrum Q angeordnet sind, die Über­ tragung der Scherverformung auf das magnetische Material der Erregerspule im Bereich des Spulenüberkreuzungszentrums Q, und die Scherverformung wird unmittelbar auf das magnetische Material der Erregerspule übertragen, wodurch die Empfind­ lichkeit merklich verbessert ist.

Die Konzentration der Scherverformungsübertragung im Bereich des Spulenüberkreuzungszentrums Q verbessert und stabili­ siert die Empfindlichkeit und das Verformungserkennungsver­ mögen des Sensors und verbessert das S/R-Verhältnis hin­ sichtlich Störungen sowie die Genauigkeit.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es nicht erforderlich, da der Spulendraht einfach un­ ter Verwendung der Kerben gewickelt werden kann, die in überkreuzenden Richtungen in den Richtungen nach oben und unten sowie nach rechts und links angeordnet sind, vier Lö­ cher in überkreuzenden Richtungen anzubringen, der Spulen­ wicklungsvorgang kann leicht durch einen Rotober automati­ siert werden, Probleme bei der Herstellung wie Schwankungen des Zugs in der Spulenwicklung und inkorrekte Windungsanzahl können beseitigt werden, und es kann für konstante Produkt­ qualität und verringerte Abweichung der Messgenauigkeit ge­ sorgt werden.

Das Anbringen der Kerben in überkreuzenden Richtungen ver­ einfacht sogar noch die Funktionen und Wirkungen und ermöglicht eine Konstruktion, die in wirkungs­ voller Weise eine Scherverformung empfängt, wodurch die Emp­ findlichkeit beträchtlich verbessert wird.

Selbst wenn eine dünne Platte mit derartigen Kerben als Sen­ sorelement verwendet wird, ermöglicht die Konstruktion eine Messung mit verbesser­ ter Genauigkeit.

Claims (6)

1. Magnetostriktives Sensorbauteil (31; 51) für einen ma­ gnetostriktiven Sensor mit einer Draht-gewickelten Erreger­ spule (34, 55) und einer Ausgangsspule (36; 56), die recht­ winklig zueinander und um 45° versetzt gegen eine Kraftanle­ gerichtung im Zentrum einer dünnen Platte (32; 52) aus einem magnetostriktiven Material angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorbauteil so ausgelegt ist, daß die angelegte Kraft eine Scherverformung der dünnen Platte (32; 52) erzeugt, und daß mindestens eine Kante, vorzugsweise beide Kanten, hinsichtlich eines oberen und eines unteren Kantenbereichs der dünnen Platte (32; 52) zwischen zwei virtuellen Linien (M) so ausgeschnitten sind, daß Kerben (35; 53) gebildet werden, wobei die zwei virtuellen Linien vom Überkreuzungszentrum der zwei Spulen in 45°-Richtungen nach rechts und links relativ zur Wicklungsrichtung der Erregerspule gezogen sind, so daß sich beide virtuelle Linien mit einer oberen Kante und einer unteren Kante der dünnen Platte schneiden, um den oberen Kantenbereich und den unteren Kantenbereich zu bilden.

2. Magnetostriktives Sensorbauteil nach Anspruch 1, bei dem die Kerben (35; 53) innerhalb der zwei virtuellen Linien (M) (auf der Seite der Erregerspule) liegen, ohne die virtuellen Linien an irgendeiner Position zu berühren.

3. Magnetostriktives Sensorbauteil nach Anspruch 1, bei dem die Erregerspule (55) dadurch hergestellt ist, daß der Spu­ lendraht unter Verwendung der Kerben aufgewickelt ist, die diesseits und jenseits des Überkreuzungszentrums der zwei Spulen ausgebildet sind.

4. Magnetostriktives Sensorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei alle vier Kantenbereiche der dünnen Platte (52) zwischen den zwei virtuellen Linien (M) so ausgeschnit­ ten sind, daß zwei Paare (53, 54) von Kerben gebildet sind, wobei keine Seite dieser Kerben mit den virtuellen Linien in Berührung steht, und ein Spulendraht unter Verwendung der Paare (53, 54) von Kerben gewickelt ist, die sich diesseits und jenseits des Überkreuzungszentrums der zwei Spulen gegenüberstehen, um die Erregerspule (55) und die Ausgangsspule (56) zu bilden, die einander rechtwinklig überkreuzen.

5. Magnetostriktives Sensorbauteil nach Anspruch 4, bei dem die Kerben (53, 54) nahezu trapezförmig oder sich verjüngend so ausgebildet sind, daß ihre Breite zum Überkreuzungszentrum der zwei Spulen (55, 56) abnimmt und die Breite der Spulen­ wicklungsteile der Kerben so eingestellt ist, daß das Aufwic­ keln einer Vielzahl von Windungen möglich ist.

6. Magnetostriktives Sensorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zum Einbau in einen Schäkelstift, einen Zapfenschaft oder ein anderes Schaftelement, auf das die Last eines Fahrzeugs einwirkt, wobei die dünne Platte (32) des magnetostriktiven Sensorbauteils (31) an einer geeigneten Position der Innenumfangsfläche eines zylindrischen Halters gehalten wird und die Festhalteposition zwischen dem zylin­ drischen Halter und der dünnen Platte in der Nähe des Über­ kreuzungspunkts der zwei virtuellen Linien und der Kanten der dünnen Platte positioniert ist.