DE4117462A1 - Lastsensor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen einer Eingangslast, die auf ein Aufhängungselement eines Kraftfahrzeuges wirkt.

Es wird Bezug genommen auf die anhängige deutsche Patentanmeldung mit der Nr. P 41 06 442.9.

Die japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 61-91 415 offenbart eine Vorrichtung zum Erfassen einer Eingangslast, welche ein piezoelektrisches Element verwendet. Diese bekannte Erfassungsvorrichtung tendiert dazu, ein inkorrektes Ausgangssignal zu erzeugen, wenn eine radial wirkende Last aufgebracht wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche sowohl die radiale Komponente einer Eingangslast als auch eine axiale Komponente dieser Last erfassen kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erfassen einer Eingangslast geschaffen, welche beinhaltet:
ein Element, welches eine sich radial erstreckende Wand aufweist, die dazu vorgesehen ist, sich elastisch zu deformieren, nachdem eine Eingangslast auf sie aufgebracht wurde, wobei die sich radial erstreckende Wand einen ersten Bereich aufweist und einen zweiten Bereich, der von diesem ersten Bereich beabstandet ist;
einen elastisch verformbaren Sensorkörper, welcher einen inneren Umfangsbereich aufweist, der mit diesem ersten Bereich zusammenwirkt, um sich gemeinsam mit diesem zu bewegen und einen äußeren Umfangsbereich, der mit diesem zweiten Bereich zusammenwirkt, um sich mit diesem zu bewegen;
ein erstes Paar von einander diametral entgegengesetzten Sensorelementen an diesem Sensorkörper;
ein zweites Paar von einander diametral entgegengesetzten Sensorelementen dieses Sensorkörpers;
eine erste Brückenschaltung, welche diese zwei diametral einander entgegengesetzten Sensorelemente dieses ersten Paares in Serie aufweist; und
eine zweite Brückenschaltung, welche diese beiden diametral entgegengesetzten Sensorelemente dieses zweiten Paares in Parallelschaltung aufweist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung in bezug auf die Zeichnung. Darin zeigen

Fig. 1 eine vergrößerte fragmentarische Ansicht eines hydraulischen Stoßdämpfers;

Fig. 2 eine Untersicht eines Sensorkörpers;

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt durch die Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 ein Schaltdiagramm zum Erfassen einer radialen Komponente einer Eingangslast; und

Fig. 5 ein Schaltdiagramm zum Erfassen einer Axialkomponente der Eingangslast.

Fig. 1 zeigt einen Bereich eines hydraulischen Stoßdämpfers, der einen fluidgefüllten Zylinder 1 aufweist. Innerhalb des Zylinders 1 ist ein Betätigungselement 12 angeordnet, um einen variablen Strömungswiderstand, der nicht dargestellt ist, zu betätigen. Der variable Strömungswiderstand schafft einen verengten Strömungskanal, durch welchen ein Dämpfungsfluid durchströmt, zwischen einem ersten Bereich des Zylinders 1 und einem zweiten Bereich des Zylinders 1, und zwar über einen nicht dargestellten Kolben, der gleitend in dem Zylinder 1 angeordnet ist.

Der Zylinder 1 hat ein oberes Ende, welches in Fig. 1 zu sehen ist, das durch einen Deckel 2 mit einer integralen Aufhängungsstange 3 geschlossen ist. Die Aufhängungsstange 3 hat einen oberen Endbereich, gemäß der Ansicht in Fig. 1, der mit einer Kraftfahrzeugkarosserie verbunden ist, die nicht dargestellt ist, und zwar über einen Aufhängungsisolator.

Die Aufhängungsstange 3 ist mit einer axialen Bohrung 3a versehen. Der Deckel 2 hat eine sich radial erstreckende Wand 2a, die das obere Ende des Zylinders 1 definiert, und die axiale Bohrung 3a hat ein Ende, welches an einer kreisförmigen Öffnung innerhalb dieser sich radial erstreckenden Wand 2a endet. Die axiale Bohrung 3a ist in einem Bereich benachbart dieser kreisförmigen Öffnung erweitert, um einen Bolzen oder Zapfen 14 aufzunehmen, der einen sich radial erstreckenden Kopf 4a beinhaltet, und der mit einer axialen Bohrung 14b ausgebildet ist, die axial in bezug zur Bohrung 3a ausgerichtet ist. Der Kopf 14a hat eine sich radial erstreckende ringförmige Wand 14c, die der sich radial erstreckenden Wand 2a gegenüberliegt und von dieser beabstandet ist.

Zwischen diesen beiden sich radial erstreckenden Enden 2a und 14c ist ein Sensorkörper 90 angeordnet. Der Sensorkörper 90 wird durch eine Platte gebildet, die eine zentrale Öffnung 90a aufweist, definiert durch den inneren Umfang eines kontinuierlichen Ringes 90b. Der innere Umfangsbereich des Ringes 90b ist zwischen den sich radial erstreckenden Wänden 2a und 14c eingeschoben. Eine Kraft, mit welcher der Ring 90b auf den Sensorkörper 90 gepreßt wird, wird auf die sich radial erstreckende Wand 2a gepreßt und ist steuerbar, indem der Bolzen 14 gedreht wird.

Fig. 2 ist eine Unteransicht des Sensors 9. Wie am besten in Fig. 2 zu sehen ist, beinhaltet der Sensorkörper 90 zwei Paare von sich radial erstreckenden verjüngenden Bereichen 90c, die sich radial nach außen von dem Ring 90b aus erstrecken. Die beiden sich radial erstreckenden verjüngenden Bereiche 90c von jedem Paar sind einander diametral entgegengesetzt angeordnet und alle sich radial erstreckenden verjüngenden Bereiche 90c sind winkelmäßig gleich voneinander beabstandet. Jeder der sich verjüngenden Enden 90d ist abgerundet, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, um eine Schwenkachse P1 zu bilden. Vier Dehnmeßstreifen 91a, 91b, 91c und 91d sind auf den sich radial erstreckenden verjüngenden Bereichen 90c angeordnet, und zwar auf der Seite, die von der sich radial erstreckenden Wand 2a (s. Fig. 1) abgewandt ist. Jeder der Dehnmeßstreifen 91a, 91b, 91c und 91d ist im Zentrum des entsprechenden, sich radial erstreckenden verjüngten Bereich 90c angeordnet. In Fig. 2 zeigt ein gestrichelt dargestellter innerer Kreis b einen Bereich, an welchem der Sensorkörper 90 zwischen den sich radial erstreckenden Wänden 2a und 14c abgestützt wird, während eine gestrichelte Linie, die einen äußeren Kreis darstellt, die vier Schwenkachsen P1 verbindet. Die Kreise a und b sind koaxial.

Bezug nehmend wieder auf Fig. 1 ist eine Scheibe 4 zwischen der sich radial erstreckenden Wand 2a und den Schwenkachsen P1 angeordnet, welche die sich radial erstreckenden verjüngten Bereiche 90c von der sich radial erstreckenden Wand 2a weg verformt. In diesem anfänglichen Stadium des Lastsensors 9 ist jeder der Dehnmeßstreifen 91a, 91b, 91c und 91d einer anfänglichen Druckspannung unterworfen. Der Betrag dieser Druckspannung wird reduziert, wenn eine Eingangslast auf den Deckel 2 von der Achsanordnung zunimmt.

Eine detaillierte Beschreibung der Dehnmeßstreifen wird nicht vorgenommen, da derartige Dehnmeßstreifen im Stand der Technik b kannt sind. Elektrische Leitungen, von denen nur eine durch das Bezugszeichen 92 b zeichnet ist, sind mit den Dehnmeßstreifen 91a, 91b, 91c und 91d verbunden und erstrecken sich nach oben hin durch die Bohrungen 14b und 3a. Die Leitungen, welche zu dem Betätigungselement 12 geführt sind, erstrecken sich ebenfalls nach oben durch die Bohrungen 14b und 3a.

Wie in bezug auf die Fig. 2 zu verstehen ist, bilden die Dehnmeßstreifen 91a und 91b das erste Paar und die beiden anderen Dehnmeßstreifen 91c und 91d das zweite Paar.

Die Fig. 4 zeigt einen Biegemomenterfassungsschaltkreis F, in dem die beiden Dehnmeßstreifen 91a und 91b des ersten Paares und die Referenzwiderstände R₁ und R₂ eine Wheatston′sche Brücke bilden. Die Dehnmeßstreifen 91a und 91b sind parallel geschaltet in bezug auf die beiden Ausgangsklemmen A und B. Mit dieser Anordnung der beiden Dehnmeßstreifen 91a und 91b bewirkt das Aufbringen der axialen Last auf den Sensorkörper 90 keine Änderung in einem Ausgangspotential e₀₁, da der Grad und die Richtung der Verformung der Dehnmeßstreifen 91a und 91b die gleichen sind und keine Unterschiede in ihren Widerständen auftreten. In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen E ein Eingangspotential, das über zwei Eingangsklemmen C und D aufgebracht wird. Nach Aufbringen einer radialen Eingangslast, d. h. einer Biegebeanspruchung, nimmt der Grad der Druckspannung von einem der Dehnmeßstreifen 91a und 91b zu, während der Grad der Druckspannung des anderen Dehnmeßstreifens abnimmt, und darum tritt ein Unterschied zwischen den Widerständen der Dehnmeßstreifen 91a und 91b auf. Im Ergebnis ändert sich das Ausgangspotential e₀₁. Deshalb kann der Schaltkreis F nur eine radiale Last erfassen.

Die beiden anderen Dehnmeßstreifen 91c und 91d des zweiten Paares und drei Bezugswiderstände R₃, R₄ und R₅ bilden eine Wheatston′sche Brücke eines Axiallast-Erfassungsschaltkreises G, wie in Fig. 5 gezeigt. In Fig. 5 sind die Dehnmeßstreifen 91c und 91d in Reihe geschaltet in bezug auf die beiden Ausgangsklemmen A und B, so daß nur eine axiale Last erfaßt wird, da die Wirkungen der Dehnmeßstreifen 91c und 91d beim Aufbringen einer radialen Last gegeneinander aufgehoben werden und kein Unterschied im Ausgangspotential e₀₂ auftritt.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß mit einem einzelnen Sensorkörper mit einer Vielzahl darauf angeordneter Dehnmeßstreifen die radiale Komponente einer Eingangslast sowie deren axialen Komponente erfaßt werden kann.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Erfassen einer Eingangslast, enthaltend:
ein Element, welches eine sich radial erstreckende Wand aufweist, die dafür vorgesehen ist, sich elastisch zu deformieren, wenn eine Eingangslast auf sie aufgebracht wird, wobei diese sich radial erstreckende Wand einen ersten Bereich aufweist und einen zweiten Bereich, der von diesem ersten Bereich getrennt ist;
einen sich elastisch verformenden Sensorkörper, der einen inneren Umfangsbereich aufweist, der im Eingriff mit diesem ersten Bereich steht, um sich mit diesem zu bewegen und einen äußeren Umfangsbereich, der im Eingriff mit diesem zweiten Bereich steht, um sich mit diesem zu bewegen;
ein erstes Paar von einander diametral gegenüber angeordneter Sensorelemente auf diesem Sensorkörper;
ein zweites Paar von einander diametral gegenüberliegenden Sensorelementen auf diesem zweiten Sensorkörper;
einen ersten Brückenschaltkreis, der zwei einander diametral gegenüberliegende Sensorelemente dieses ersten Paares in einer Serienschaltung aufweist;
einen zweiten Brückenschaltkreis, der zwei dieser einander diametral gegenüberliegenden Sensorelemente dieses zweiten Paares in Parallelschaltung aufweist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei dieses Element ein Deckel ist, der ein axiales Ende eines Zylinders eines Stoßdämpfers abschließt.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei dieser Sensorkörper aus einer Platte besteht, die einen Ring aufweist, der eine zentrale Öffnung definiert und zwei Paare von sich radial erstreckenden verjüngenden Bereichen.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei diese Sensorelemente Dehnmeßstreifen sind, die entsprechend auf den sich radial verjüngenden Bereichen angeordnet sind.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei diese erste und diese zweite Brückenschaltungen jeweils Wheatston′sche Brückenschaltungen sind.