DE3839175A1 - Lastsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lastsensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Derartige, einerseits mit den gefederten und andererseits mit den ungefederten Teilen eines Fahrzeuges verbundene Lastsensoren die­ nen zur Erkennung der zugeladenen Last eines Fahrzeuges. Es ist bekannt, die Zuladung über den Druck beispielsweise in einer hy­ dropneumatischen Federung zu erfassen. Für Fahrzeuge ohne pneuma­ tische oder hydropneumatische Federung ist eine solche Druckaus­ wertung nicht ohne hohen apparativen Aufwand gegeben. Bekannt ist es ferner, die lastabhängige Einfederung der Fahrzeugachsen über ein an der Fahrzeugachse angeordnetes Gestänge, welches auf ein aufbaufestes Potentiometer wirkt, aufzuzeigen. Bedingt durch die Schleifkontakte und das aufwendige Übertragungsgestänge sind sol­ che Potentiometergeber mechanisch aufwendig und unterliegen me­ chanischem Verschleiß, wobei außerdem spezielle Auswerteschaltun­ gen benötigt werden, da sie ein analoges Signal abgeben. Ebenso ist die Anordnung von Lichtschranken als Möglichkeit zur Erken­ nung der Zuladung bekannt, wobei dies zwar eine berührungslose Möglichkeit bietet, jedoch die Schmutzempfindlichkeit der Licht­ schranken sehr nachteilig ist und dementsprechend diese Anordnung nur auf solche Einsatzfälle begrenzt ist, bei denen die Fahrzeuge einer äußerst geringen Verschmutzung ausgesetzt sind oder daß zum Schutze dieser Sensoren gegen Verschmutzung ein hoher Aufwand für die Abkapselung erforderlich ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen im Aufbau einfachen Lastsensor zu schaffen, welcher berührungslos arbeitet, schmutzunempfindlich ist und auf einfache Weise eine sichere Er­ kennung der zugeladenen Last ermöglicht. Der Lastsensor soll außer­ dem auf eine vorgegebene, gewünschte Anzahl von Laststufen ausgelegt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Last­ sensor aus mindestens einem Magneten und einem magnetempfindli­ chen Element besteht, die in festem Abstand miteinander verbunden sind und einen Zwischenraum bilden, in welchem ein aus magnetisch leitendem Material bestehendes Bauteil lastabhängig verschiebbar angeordnet ist. Diese gegenüberliegende Anordnung der Magnete und der magnetempfindlichen Elemente ermöglicht einen berührungslos arbeitenden Lastsensor, wobei durch Eintauchen des magnetisch leitenden Materiales der magnetische Fluß zwischen den Magneten und den magnetempfindlichen Bauteilen unterbrochen wird. Damit arbeitet dieser Lastsensor schmutzunempfindlich.

Ein sehr einfacher Aufbau des Lastsensors wird erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß die Magnete als Dauermagnete ausgebildet sind. Entsprechend weiteren Merkmalen der Erfindung sind die mag­ netempfindlichen Elemente von Reed-Kontakten gebildet oder sie bestehen erfindungsgemäß aus Hallschaltern.

Um eine einwandfreie Schaltfunktion des magnetempfindlichen Ele­ mentes zu erhalten, ist gemäß einem Merkmal der Erfindung das Bauteil aus magnetisch leitendem Material ein Stahlstab, der eine Breite aufweist, die etwa der doppelten Breite des Magneten ent­ spricht.

Entsprechend der gewünschten Anzahl von Laststufen werden die Magnete und die gegenüberliegenden magnetempfindlichen Elemente gewählt, wobei erfindungsgemäß die Magnete in einer Ebene ange­ ordnet sind, während in einer dazu parallelen und den Zwischen­ raum bildenden Ebene die magnetempfindlichen Elemente den Magne­ ten gegenüberliegend angeordnet sind und das Bauteil aus magne­ tisch leitendem Material durch eine mit Aussparungen versehene Stahlplatte gebildet ist.

Für den Anschluß an einen Mikroprozessor ist es vorteilhaft, wenn die Erzeugung und dementsprechend auch die Abfrage der Signale in codierter Form erfolgt. Hierzu sind erfindungsgemäß die Ausspa­ rungen in der Stahlplatte so angeordnet, daß mittels einer vorge­ gebenen Codierung eine stetige Zunahme der Laststufen erfolgt. Zur Schaffung von acht Laststufen werden erfindungsgemäß drei Magnete in einer Ebene und in der dazu parallelen Ebene drei mag­ netempfindliche Elemente angeordnet. Erfindungsgemäß wird dabei die Codierung für die den Laststufen zugeordneten Signale im Binärcode vorgenommen oder es erfolgt gemäß einer weiteren vor­ teilhaften Ausführung die Anordnung der Aussparungen im Scherma­ terial derart, daß eine Codierung für die den Laststufen zugeord­ neten Signale im Graycode erfolgt. Diese Codierung ist insofern besonders vorteilhaft, da bei fortschreitender Laststufe jeweils nur eine Stelle geändert wird, wodurch eine Fehlererkennung, näm­ lich Änderung von mehr als einer Stelle, leicht durchgeführt wer­ den kann.

An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Anordnung des erfindungsgemäßen Lastsensors zwischen Fahrzeugaufbau und Fahrzeugachse in schematischer Darstel­ lung;

Fig. 2 die schematische Darstellung des Lastsensors;

Fig. 3 den Lastsensor gem. Fig. 2, wobei durch Eintauchen des magnetisch leitenden Bauteiles der magnetische Fluß zum magnetempfindlichen Element unterbrochen ist;

Fig. 4 die Anordnung zweier magnetempfindlicher Elemente und die entsprechende Ausgestaltung des aus magnetisch leitendem Material bestehenden Bauteiles zur Anzeige dreier Laststu­ fen;

Fig. 5 die Anordnung zweier Magnete und die Ausbildung des magne­ tisch leitenden Bauteiles zur Realisierung von vier Last­ stufen;

Fig. 6 die Anordnung dreier Magnete und die Ausbildung des aus magnetisch leitendem Material bestehenden Bauteiles zur Realisierung von acht Laststufen in schematischer Darstel­ lung;

Fig. 7 eine Ausbildung des aus magnetisch leitendem Material be­ stehenden Bauteiles, wobei eine Codierung im Graycode er­ möglicht wird.

In Fig. 1 ist die Anordnung eines Lastsensors 4 zwischen einem Fahrzeugaufbau 1 und einer ein Fahrzeugrad 2 tragenden Achse 3 gezeigt. Der Fahrzeugaufbau 1 stellt die gefederten Teile dar, während das Rad 2 und die Achse 3 die ungefederten Teile bilden. Die Achse 3 ist gegenüber dem Fahrzeugaufbau 1 beispielsweise über eine nicht eingezeichnete Schraubenfeder abgestützt, wobei in Abhängigkeit der Belastung des Fahrzeugaufbaues 1 eine Einfe­ derung erfolgt und dadurch eine Relativbewegung zwischen den in Abhängigkeit der Einfederung zueinander relativ beweglichen Teile des Lastsensors 4 bewirkt wird.

Die schematische Darstellung des Lastsensors 4 in den Fig. 2 und 3 zeigt, daß dieser aus einem Magneten 5 besteht, der mit ei­ nem magnetempfindlichen Element 6 einen Zwischenraum 10 bildet. Die aus Magnet 5 und magnetempfindlichem Element 6 bestehende Baueinheit ist beispielsweise am Fahrzeugaufbau 1 befestigt, während ein aus magnetisch leitendem Material bestehendes Bauteil 7 fest mit der Achse 3 verbunden ist. Bei der Stellung des Bau­ teiles 7 gem. Fig. 2 wird ein vom Magneten 5 gebildetes Magnet­ feld 8 nicht verändert und wirkt auf das magnetempfindliche Ele­ ment 6. Durch Eintauchen des Bauteiles 7 in den Zwischenraum 10 wird - wie dies Fig. 3 zeigt - das Magnetfeld 8 verändert, wobei der magnetische Fluß zwischen dem Magneten 5 und dem magnetemp­ findlichen Element 6 unterbrochen wird.

Entsprechend Fig. 4 sind zwei magnetempfindliche Elemente 6 und 61 vorgesehen, die mit entsprechenden Magneten zusammenwirken, wäh­ rend das Bauteil 7 aus magnetisch leitendem Material einen mit dem magnetempfindlichen Element 6 zusammenwirkenden Stahlstreifen 7 und einen mit dem magnetempfindlichen Element 61 zusammenwir­ kenden Stahlstreifen 71 aufweist. Diese beiden Streifen 7 und 71 bilden eine Stufe, so daß eine Laststufe A dann gebildet ist, wenn keines der Teile 7 und 71 in den Zwischenraum zwischen den magnetempfindlichen Elementen 6, 61 und den Magneten eintaucht. Beim Einfedern der Achse infolge Zuladung taucht zuerst das Bau­ teil 7 zwischen das magnetempfindliche Element 6 und den zugeord­ neten Magneten ein, wodurch der magnetische Fluß zum magnetemp­ findlichen Element 6 unterbrochen wird. Bei dieser Lage des Ele­ mentes 7 ist eine Laststufe B erreicht. Bei weiterer Zuladung taucht der dem magnetempfindlichen Element 61 zugeordnete Strei­ fen 71 ein und unterbricht dadurch auch den Magnetfluß zum mag­ netempfindlichen Element 61, wobei dann diese Stellung der Last­ stufe C entspricht.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform des mit einem Streifen 71 ver­ sehenen Bauteiles 7 aus magnetisch leitendem Material gezeigt, wobei im Bereich des Streifens 7 eine Aussparung 9 vorgesehen ist. Bedingt durch die Anordnung dieser Aussparung 9 lassen sich vier Laststufen verwirklichen, wobei in den einzelnen Laststufen die Signale in codierter Form in der nachfolgenden Reihenfolge erscheinen:

Dem magnetempfindlichen Element 6 bzw. 61 ist ein Magnet zugeord­ net, wobei das aus magnetisch leitendem Material bestehende Bau­ teil 7 durch einen streifenförmigen Stahlstab gebildet ist und mit einem dem zweiten magnetempfindlichen Element 61 zugeordneten Streifen 71 ein Bauteil bildet. Die Streifen 7 und 71 sind dabei in einer Breite ausgeführt, die etwa der doppelten Breite des Magneten entspricht. Der Abstand der Magnete zueinander bzw. der magnetempfindlichen Elemente 6, 61 entspricht somit auch minde­ stens der Breite eines Magneten. Oder anders ausgedrückt: Die Streifenbreite der Bauteile 7 und 71 entspricht der doppelten Magnetbreite.

Die Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbei­ spiel für einen Lastsensor mit acht Laststufen. Hierbei sind die den magnetempfindlichen Elementen 6, 61 und 62 zugeordneten, aus magnetisch leitendem Material bestehenden Bauteilstreifen 7, 71 und 72 einteilig ausgeführt und weisen die Aussparungen 9 und 91 auf. Die Codierung im Binärcode ist nachfolgend dargestellt:

Eine weitere vorteilhafte Ausführung ist in Fig. 7 gezeigt. Die den magnetempfindlichen Elementen 6, 61 und 62 zugeordneten Strei­ fen aus magnetisch leitendem Material 7, 71 und 72 sind so mit Aussparungen 9 und 91 versehen, daß eine Codierung im Graycode ermöglicht ist. Bei einer solchen Codierung wird bei fortschrei­ tender Laststufe jeweils nur eine Stelle geändert, wodurch eine Fehlererkennung beispielsweise bei Änderung von mehr als einer Stelle leicht durchgeführt werden kann. Die beispielsweise einem Mikroprozessor zugeführten Signale sind für die einzelnen Last­ stufen folgende:

Vorteilhafterweise wird der Lastsensor im Bereich der Hinterachse zwischen dieser und der Karosserie angeordnet. Hierbei ist es oh­ ne weiteres möglich, das aus magnetisch leitendem Material beste­ hende Bauteil 7 auch aus Teilen der Karosserie zu bilden, wobei dann der aus Magneten und magnetempfindlichen Elementen bestehen­ de Sensorkopf an der gegenüberliegenden geeigneten Stelle - bei­ spielsweise der Achse - eingebaut ist.

Claims (10)

1. Lastsensor, welcher einerseits mit den gefederten und anderer­ seits mit den ungefederten Teilen eines Fahrzeuges verbunden ist und aus relativ zueinander beweglichen Teilen besteht, welche in Abhängigkeit der Belastung des Fahrzeuges ein Anzeige- bzw. Stellsignal erzeugen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Lastsensor (4) aus minde­ stens einem Magneten (5) und einem magnetempfindlichen Element (6) besteht, die in festem Abstand miteinander verbunden sind und einen Zwischenraum (10) bilden, in welchem ein aus magne­ tisch leitendem Material bestehendes Bauteil (7) lastabhängig verschiebbar angeordnet ist.

2. Lastsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (5) als Dauermagnete ausgebildet sind.

3. Lastsensor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die magnetempfindlichen Elemente (6) von Reed-Kontak­ ten gebildet sind.

4. Lastsensor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die magnetempfindlichen Elemente aus Hallschaltern bestehen.

5. Lastsensor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Bauteil (7) aus magnetisch leitendem Material ein Stahlstab ist, der eine Breite aufweist, die etwa der doppel­ ten Breite des Magneten (5) entspricht.

6. Lastsensor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Magnete (5) in einer Ebene angeordnet sind, wäh­ rend in einer dazu parallelen und den Zwischenraum (10) bil­ denden Ebene die magnetempfindlichen Elemente (6) den Magneten (5) gegenüberliegend angeordnet sind und das Bauteil (7) aus magnetisch leitendem Material durch eine mit Aussparungen (9) versehene Stahlplatte gebildet ist.

7. Lastsensor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß bei der Einfederung die Aussparungen (9, 91) in der Stahlplatte (Bauteil 7, Streifen 71, 72) mittels einer vorge­ gebenen Codierung eine stetige Zunahme der Laststufen bewir­ ken.

8. Lastsensor nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß drei Magnete (5) in einer Ebene und in der dazu pa­ rallelen Ebene drei magnetempfindliche Elemente (6, 61, 62) angeordnet sind, wodurch mittels der mit Aussparungen (9, 91) versehenen Stahlplatte (Bauteil 7, Streifen 71, 72) acht Last­ stufen ermöglicht werden.

9. Lastsensor nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Codierung für die den Laststufen zugeordneten Signale im Binärcode erfolgt.

10. Lastsensor nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Codierung für die den Laststufen zugeordneten Signale im Graycode erfolgt.