JP2008532026A - ロードセル - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、測定されるべき引張力及び圧縮力を吸収するための力変換器を含むロードセルであって、より費用効率的な方法で製造可能であり、かつセンサ部を配置する際にも従前のロードセルより操作の容易なものを提供することである。本発明によれば、前記力変換器は、可撓体及びこの可撓体に作用する力導入部を含む。本ロードセルは又、可撓体の歪みを検知しかつこの歪みを電気計量信号に変換するセンサ部と、力変換器及びセンサ部を収容し、剛性壁部を有し、この剛性壁部に力変換器の可撓体が取り付けられるハウジングとを備える。本発明は、センサ部が別体支持部上に配置され、かつ、この別体支持部がハウジングの剛性壁部及び／又は剛性ベース部に取り付けられることを特徴とする。

Description

本発明は、次のものを含むロードセルに関する。即ち、測定されるべき引張力及び圧縮力を記録するための力変換器であって、曲げ弾性体及び前記曲げ弾性体に作用する力導入部を有する力変換器と、上記曲げ弾性体の歪みを検知しかつ前記歪みを電気計量信号に変換するセンサ機構と、上記力変換器及び上記センサ機構を収容する、曲げ剛性壁部を備えたハウジングであって、前記曲げ剛性壁部に上記力変換器の上記曲げ弾性体が保持されるハウジングとを含むロードセルである。

上記弾性体が膜として形成されているロードセルは、例えばDE 36 27 127 A1から公知である。このロードセルは、剛性キャリア体が膜を弾性変形し得るようにして保持し、膜の変形が例えばホール素子を含んだセンサ機構によって検出されるように構成したロードセルの形に構成されている。

冒頭に述べたタイプのロードセルはまたDE 41 32 108 A1からも公知であり、この場合にも膜が上記弾性体を形成している。容量型センサ機構がセンサ機構として使用される。

上述したロードセルに共通している点は、過酷な使用環境におけるそれらの使用に制限があることである。

上記の点は、一方で堅牢であり且つまた他方で窮屈な環境にも取付け可能な、DE 103 25 390 A1に開示されたロードセルによって改善されている。

とりわけ（この場合にも膜として形成されている）弾性体の組付けに関する比較的コストのかかる構造並びにセンサ機構の素子相互間の調整が上記解決方法の短所である。
DE 36 27 127 A1 DE 41 32 108 A1 DE 103 25 390 A1 DE 199 18 200 A1 EP 0 199 067 A

本発明の目的は、冒頭に述べたタイプのロードセルを提案することであり、これによってより経済的に製造可能であると共に、特に、上記センサ機構調整時の扱いをより容易に行うことができる。

上記目的は、冒頭に述べたタイプの上記ロードセルにおいて、本発明に従い次のようにすることで達成される。即ち、センサ機構が別体キャリア上に配置され、かつ、前記別体キャリアが上記ハウジングの上記曲げ剛性壁部及び／又は曲げ剛性ベース部に保持されるようにすること、である。

上記センサ機構が配置された上記キャリアは好ましくは直接、上記ハウジングの上記曲げ剛性壁部及び／又は曲げ剛性ベース部に保持される。

特に好ましいのは、上記キャリアが上記ハウジングの専ら上記曲げ剛性壁部に保持、支持されること、つまり、上記ハウジングの上記曲げ剛性壁部を形成しないハウジング部分が上記キャリアから十分な間隔を維持し、それゆえ、これらの他のハウジング部分に一定の変形が生じ得る最大許容引張力及び圧縮力がかかる場合にも上記キャリアとその幾何学的構造に影響が及ぼされず、従って、上記別体キャリア上の上記センサ機構に影響が及ぼされないことである。それゆえ、高い引張力及び圧縮力が作用する場合にも、特に、上記測定セルの測定方向に対して垂直方向に力が作用する場合にも、測定の偽化に対する最大限の保護が達成される。

本発明によるロードセル用の好ましいセンサ機構はトランスミッタ素子と、上記素子から切り離されたセンサ素子とを含み、これら２つの素子のうち第１の素子は上記キャリア上に定置保持され、これらの素子のうち上記第２の素子は上記キャリア上に上記第１の素子に対して相対可動保持されている。

この場合、上記第２の素子は好ましくは上記キャリアのばね部品に保持され、上記ばね部品は上記キャリアと一体に形成することができるか、一方で、又は独立した部品として製造されて上記キャリアに固定、例えば溶接接合することができる。従って、先行する別個の工程において、上記ロードセルの精度にとって重要な上記トランスミッタ素子とセンサ素子との整合を実施することが可能であり、これは上記ロードセルの組立時に初めて実施するよりも遥かに容易に実施することが可能である。更に、上記トランスミッタ素子とセンサ素子とを、この場合に維持される間隔が任意に小さいものであるにせよ、最大信号が得られるように相互配置することができる。この場合にも、高度に不変な製品品質を容易に確保することができる。

上記第２の素子は好ましくは、上記力変換器の無負荷状態において、上記曲げ弾性体の中立点に配置されているため、一方で、上記センサ機構又は上記ロードセル自体の最大感度が達成されると共に、他方で、測定中に場合により生ずる横力に対する測定不感性が得られる。
好ましいセンサ機構は非接触型変位測定方式で作動するため、上記トランスミッタ素子とセンサ素子とは、互いにロスなしに相対可動する、物理的に互いに完全に独立した２つの部品である。

非接触型変位測定方式で作動する特に好適なセンサ機構は、上記トランスミッタ素子としての磁石と上記センサ素子としてのホールセンサとを有するホールセンサ機構である。

同じく、非接触型変位測定方式で機能する好ましいセンサ機構は、上記トランスミッタ素子としての光源と上記センサ素子としての光素子とを有する光学センサ機構である。

上記別体キャリア上への上記センサ機構の上記トランスミッタ素子とセンサ素子との配置に代えて複数の別法が利用可能であることは明らかであるが、上記キャリア上にこれらの素子の一方、又は双方を機械式に保持するのが好ましい。

これはそれぞれの素子が例えば圧力嵌めによって上記キャリア部に配置されるか、又は最終位置に係止されて同所で機械式に固定されることを意味する。接着結合に比較して、上記別体キャリアへの上記センサ素子とトランスミッタ素子との上記機械式保持は、この場合、上記トランスミッタ素子とセンサ素子との相対位置の変化を招来し得る老化プロセスを懸念する必要がないという利点を有する。

これは、特に自動車への本ロードセルの適用、特に乗員による荷重が加わる際に自動車シートに及ぼされる力の判定にとって有意である。というのも、これらのロードセルは、一定の環境下で、上記自動車内に何年にもわたって留置され、高い信頼度で機能し、エアバッグの作動を制御する信頼度の高いデータを生成しなければならないからである。

上記曲げ弾性体は特に好ましくは曲げ弾性膜として形成されるのがよく、曲げ弾性膜はその壁領域で上記ハウジングの上記曲げ剛性壁部に保持される。上記曲げ弾性膜の製造には特に金属材料が好適である。

上記曲げ弾性膜はストリップ、又は円状多角形の形状に形成されてよく、これらは特に、引張り力であれ圧縮力であれ、上記ロードセルに力が導入される際に生じ得る傾倒モーメントに対して高度の不感性が達成される点で好ましい。

好ましい曲げ弾性膜は、例えば貫通穴の形の中央穴を有しており、この場合、円形の上記膜は環状ディスクとして形成される。

上記曲げ弾性膜の実施形態は複数の利点を有しており、これらについては以下に詳しく説明する。

上記力導入部と上記曲げ弾性体とは好ましくは互いに一体に形成されるか、又は当初は２つの独立した部品として製造され、その後に互いに結合固定される。これは例えば溶接接合、又はその他の材料接合によって行われる。

好ましい実施形態において、上記力導入部は上記ハウジングの貫通穴に変位可能に同軸配置されている。特に、この実施形態において、上記力導入部の一部は上記ハウジングの上記貫通穴を貫いて突き出ており、外からの力導入に直接使用することができるという構造全体にとっての利点を有している。

組立後の上記ロードセルの調整の容易さの点で、好ましい実施形態の上記力導入部は、上記曲げ弾性体に作用する基部と、上記基部に対して相対調節可能であって、上記キャリア上に可動保持された上記センサ機構の１要素と機械式に接触配置される接触子とを有している。

ここで、中央穴特に貫通穴を有した曲げ弾性体としての曲げ弾性膜の使用が再度推奨されるが、この場合、上記力導入部の上記接触子は上記曲げ弾性膜の上記穴の中央に配置可能であり、上記キャリア上に可動配置された上記センサ機構の上記要素と特に上記曲げ弾性膜の上記面における接触をつくり出すことができる。

上記力導入部の上記基部に対して相対調節可能な上記接触子により、上記ロードセルが組立てられた状態でなお上記ロードセルの零点調節を実施することができるため、完成した上記ロードセルの品質低下を見返りとして甘受することなく、上記ロードセルの組立の過程で上記ロードセルの個々の要素の配置の正確さに対する要件をレベルダウンすることが可能である。

上記力導入部の上記基部は好ましくは上記ハウジングの上記貫通穴よりも大きな寸法を有する。

これにより過度の引張り力によって生じ得る上記弾性体の過負荷を防止することができ、その際、上記力導入部の上記基部は上記ハウジングに当接して支保される。

すでに上述したように、上記力導入部の１領域は好ましくは上記貫通穴を貫いて上記ハウジングから突き出ているため、同所で直接に力を導入することが可能である。

上記力導入部の上記接触子と上記センサ機構の上記可動保持された要素との上記機械式接触は好ましくはほぼ点状の接触であることとする。

この点で、上記接触子は上記センサ機構の上記可動保持された要素との上記機械式接触を生み出す丸みチップを有しているのが特に好ましい。力の作用に応じて上記力導入部に作用し得る横方向成分が生じても、上記丸みチップは上記の膜に対する垂直方向位置がほぼ不変のままであり、上記ロードセル内の上記センサ機構の上記可動要素も同様であることから、これらの横方向成分によって信号の偽化が招来されることは回避される。

更にこの点を補強するため、好ましくは、上記力導入部の上記接触子の上記丸みチップは上記センサ機構の上記可動保持された要素と滑り機械式接触するように形成されている。

本発明による上記ロードセルの更に別の好ましい１実施形態において、上記ロードセルは上記力の作用に応じた上記力導入部の運動を制限するストッパ手段を含んでいる。
このタイプのストッパ手段は好ましくは、引張り力及び圧縮力の作用中の上記力導入部の運動を制限するように形成されている。

更に別の好ましい１実施形態において、上記ストッパ手段は上記ハウジングの外面に支持された第１の要素を含んでいる。上記ロードセルに作用する圧縮力は上記要素により上記曲げ弾性体への作用が許容可能な力の範囲に制限される。

上記ストッパ手段の上記第１の要素は好ましくは、上記ハウジングの外面に面する対向面にエラストマー部材の収容部を有している。上記エラストマー部材は２つのタイプの機能つまり、一方で、上記ハウジングの外面における上記ストッパ手段の上記第１の要素の弾性支持と、他方で、特に上記エラストマー部材が上記ハウジングの上記貫通穴の全周を包囲する際の封止機能とを実現する。

上記ストッパ手段は好ましくは、上記ハウジングの内部に支持される第２の要素を有している。例えば、上記力導入部が貫いて延びる上記ハウジングの上記貫通穴よりも大きな半径方向寸法を有する上記力導入部の上記基部として上述した部分が要素として適している。自動車への上記ロードセルの所期の適用に関連して、好ましい１実施形態において、上記ハウジングは上記別体キャリアを含め上記力変換器と上記センサ機構とをほぼ全面的に包囲している。

上記ロードセルハウジングは使用目的及び使用分野に応じて異なって形成されてよい。特段の対象たる上記自動車分野での使用のため、上記ハウジングはカバー要素、ベース要素及び上記カバー要素と上記ベース要素とを結ぶ曲げ剛性側壁を含んでなる。好ましいものとして上述した上記環状膜のため、上記ハウジングはディスク形状又は中空円筒形状を有するのが好ましいことは明らかである。

上記ハウジングは多体式、特に２体式であるのが好ましく、この場合、上記ハウジングはカバー部とベース部とから形成される。その際、上記側壁は上記カバー部及び／又は上記ベース部の一部であってよい。

上記ロードセルハウジングは上記カバー部と上記ベース部とを互いに溶接接合して形成するのが最も容易である。この場合、上記カバー部と上記ベース部とは互いに上下に重ねて配置され、互いに固定されれば十分であり、その際、溶接シームが形成されてよい。上記ハウジングのこうした組付けに一定の許容差が付随するとしても、上述したようにすでに完成した上記ロードセルハウジング内で上記センサ機構を調節することができるため、こうした単純な上記ロードセル組立方式でも、レベルダウンなしに上記ロードセルの品質要件を実現することが十分に可能である。

上記ハウジング部材のうち、上記カバー要素は好ましくは、上記力導入部がそれを貫いて上記ロードセルの上記曲げ弾性体に作用する上記ハウジングの上記貫通穴を含んでいる。

更に加えて、上記ハウジングは、上記センサ機構への給電又は、上記ロードセルハウジング内にオプショナルに収容されてよく、上記センサ機構の下流に接続される評価電子機器への給電に使用される給電線及び／又は信号回線用の貫通穴を含んでいてよい。この信号回線は、上記センサ機構によって生成されて、力測定セル内に収容された上記電子機器によってオプショナルに処理済みの信号を外界に供給し、制御機能のために使用できるようにする。

上記ハウジングの上記ベース要素は好ましくは、上記ハウジングを例えば自動車内に固定する１又は複数の固定手段を有している。例えば、自動車の他の部品にねじ込むことのできる上記ベース要素にラグが設けられていてよい。

別法として又は更に加えて、外部部材とのねじ継ぎをつくり出すことのできるねじ込み部が上記ベース要素に形成されていてよい。上記ねじ込み部は好ましくは上記ベース要素と一体に形成されて、上記ロードセル組立中のステップを省くと共に、上記ロードセルに対する上記ねじ込み部の正確な配置を確保するのに有利である。

上記曲げ弾性体を上記ハウジングの上記曲げ剛性壁部に保持するための１つの方法は上記弾性体を２つのハウジング部の間に圧力嵌めによって保持することである。

上記に対する別法として、上記弾性体は溶接点によって上記ハウジングに接合されてよく、これにより、上記弾性体と上記ハウジング部とを再びユニットとして扱うことができる。特に、専ら溶接操作によって上記壁部の剛性を達成もしくは改善することが可能である。これにより上記ハウジングの重量の節減を達成することができる。

類似のことは上記別体キャリアにも当てはまり、上記キャリアはハウジング部の間に圧力嵌めによって保持されることができる。

上記キャリアを上記ハウジング部に材料接合、特に接着又は溶接接合によって結合することも等しく可能である。

本発明は更に、上記機械式接触点が上記センサ機構の上記可動部と上記力導入部との間で好ましくは調節し得るようにして保持可能であるために、上記曲げ弾性体と上記ハウジングあるいは上記キャリアと上記ハウジングとの組付けに際する、そしてまた、上記キャリアと上記曲げ弾性体間の配置に際する許容差の程度に過度に高い要件を設定することなく、容易な製造も可能にすることができる。

上記ハウジングの上記貫通穴は好ましくは上記力導入部のための一種のガイドとして形成されているが、これは上記力導入部がほぼ滑り摩擦を生じて上記ハウジングの上記貫通穴に摺動案内されるようにすることを意図しているわけではない。むしろ、上記力導入部と上記ハウジングの上記貫通穴との間に好ましくは隙間が所与であって、これにより、上記曲げ弾性体に対する法線からの上記力導入部の過度の逸れを招来する横力からの保護を達成しようとするものである。

特に、上記ハウジングの上記貫通穴は上記力導入部を傾倒モーメントから保護して案内するように寸法設計されている。

上記力導入部と上記貫通穴との間に設けられた上記隙間は好ましくは特に０．１ｍｍから約０．５ｍｍまでの幅を有している。

１実施形態において、上記トランスミッタ素子と上記センサ素子とは上記キャリア上に偏心配置されている。これにより、上記キャリアの、従って上記ロードセルのフラットな構造が実現されるため、軸方向高さを低くしてロードセルを構成することが可能である。

低い軸方向高さを達成するには、上記第１の要素が上記第２の要素の下側に配置され、上記第２の要素が上記第１の要素の上方の空間で可動するのが有利である。

上記キャリアが貫通穴又は盲穴として形成されていてよい窪みを有し、同所に上記第２の要素が少なくとも部分的に配置されるのが好適である。上記第２の要素はこうして上記キャリアに容易に取り付けることが可能である。

上記窪みは上記キャリアのばね部品に形成されているのが好適である。これにより、上記第１の要素と上記第２の要素間の可動配置を容易に実現することができる。

上記トランスミッタ素子と上記センサ素子とが接触子の軸に対して横方向に変位して配置されれば、上記センサ機構の配備された上記キャリアは軸方向高さを低くして形成することができる。

上記キャリアは凹面状の接触領域を有しているのが好適である。これにより、接触子と上記キャリアとの間の点状接触を実現することができる。この場合、上記接触領域は好ましくは上記キャリアのばね部品上に形成される。上記キャリアは射出成形品として容易に、例えば一体に製造することが可能である。

上記接触領域は互いに離間したばねウェブの間に配置されているのが好適である。これにより、上記接触領域は中央に配置されることができ、こうして接触子との間の均整のとれた容易な整合を実現することができる。この場合、上記接触子は同時にばね部品上に形成されて、上記ばね部品と定置部材間の、力の導入に応じた運動を実施することができる。

ばね部品が互いに離間したばねウェブを有し、上記ばねウェブはそれぞれに互いに離間した脆弱ゾーンが設けられているのが特に有利である。これにより、上記ばね部品は荷重力に対して所定通りに反応するように構成することができる。

異なったばねウェブの対応する脆弱ゾーンは同一の高さに位置しているのが特に好適である。これにより、平行四辺形構造が達成されて、力の導入の最適化を実現することができる。

以下に、図面を参照して、本発明の上記並びに更にその他の利点をもっと詳細に説明する。

図１は、本発明によるロードセル１０の１実施形態の断面を示す図である。ロードセルは、ハウジング１２と、ハウジング１２内に配置されて、力導入部１６と共にロードセル１０の力変換器１７を形成する曲げ弾性体１４、並びにロードセル１０のセンサ機構２０が配置された別体キャリア１８から構成されている。

ハウジング１２はベース部２２とカバー部２４とから構成され、これらは共にハウジング１２の曲げ剛性壁部をなすハウジング１２の側壁２６を形成している。

ベース部２２とカバー部２４との互いに接触する領域の外周には面取り領域が設けられており、これらの領域は共同して、ベース部２２とカバー部２４とが溶接によって接合される際の溶接シームを収容するＶ形の溝２８を形成する。

キャリア１８はハウジング１２の曲げ剛性部つまり側壁２６にのみ接触するようにしてハウジング１２の内部に配置され、側壁２６に好ましくはエッジ領域３０で接着、又は溶接接合されている。別体キャリア１８はハウジング１２のその他の全ての領域から十分な間隔を保っているため、例えば、ハウジング１２に万一ねじりが生じても、別体キャリア１８とハウジング１２との間に機械的接触が生ずることはない。

キャリア１８は好ましくは金属薄板部品、又はプラスチック材料部品から形成され、これは例えば射出法による成形工程を経て製造されていて、一方で、エッジ領域３０を備えると共に、他方で、下方沈み領域３２を備え、領域３２は中央が開口されて上方に折り曲げられ、センサ機構２０の素子用ホルダを形成している。別体キャリア１８のこの部分は垂直上方に折り曲げられたラグ３４を含み、同所に、概略的に図示したように、センサ機構２０のホールセンサ素子３６が機械式に保持されている。ホールセンサ素子３６に対応したトランスミッタ素子である磁石３８は、ホールセンサ素子３６に対して、ホールセンサ素子３６の最大感度が達成される位置に整合されている。

ホールセンサ素子３６は（曲げ剛性側壁２６に対して）ラグ３４によってハウジング内に定置保持されているが、他方、トランスミッタ部品つまり磁石３８は可動配置されており、実際に、ばね部品４０によって保持されている。ばね部品４０は、沈み領域３２内で別体キャリア１８に支持されている。ばね部品４０は好ましくは環状のプラスチック材料部品、又はばね薄鋼板として形成され、キャリア部１８上に基部４２によって環状に支持されている。ばね部品４０とキャリア部１８とがプラスチック材料から製造される場合には、ばね部品４０とキャリア部１８とは好ましくは一体に製造される。中心方向に向かって、ばね部品４０は先ず上方に折り曲げられて肩４４を形成し、続いてベローズ４６をなして中心方向に向かい、更に、主膜面と平行な平行保持面４８に連続している。保持面４８はその下側に磁石３８を保持しており、磁石の位置は力導入部１６の荷重作用に応じて、定置保持されたホールセンサ３６に対して相対変化することができる。保持面部４８に保持された磁石３８が実施する運動はベローズ体４６によって別体キャリアの沈み部３２から機械式に切り離されるため、磁石３８の位置の変化はキャリア１８の歪みにはつながらない。

ばね部品４０の更に別の部分の形状は、ホールセンサ３６がラグ３４上の位置に機械式に固定されるように形成されていてよい。

キャリア１８に対する、特に、ラグ３４上のホールセンサ３６の位置に対する、ロードセル１０の荷重作用に応じた磁石３８の位置の相対変化の機械的切り離しは、キャリア１８の材料厚さ及び強度を相応して大きく選択することによっても実現される。

本発明の重要な１態様はキャリア１８と同所に配置されるセンサ機構２０との組付けによって実現される。ロードセルの組立前に、別個に実施される組付け工程において、キャリア１８を実際にすでに準備して、同所にセンサ機構２０を前以て組み付けることができるため、センサ機構２０の組み付けられたキャリア１８はすでに―キャリア１８がセンサ機構２０と共にロードセル１０のハウジング１２内に取り付けられる前に―所定の配置のセンサ素子とトランスミッタ素子とを具備している。キャリア１８のばね部品４０もセンサ機構２０の１要素の可動保持を実現するために重要である。

上記の利点はホールセンサ機構を使用する際に生み出されるだけでなく、その他の非接触型変位測定システム、例えば光学センサの場合にも等しく生み出される。この場合、トランスミッタ素子とセンサ素子との最適調整はまた、それぞれ、ロードセルの組立工程とは別個にかつ独立して行うことができ、これは一方で、個々の部品の組付けの監視の向上を可能にし、他方で、必要に応じた調整の向上も可能にする。

本実施形態において、膜１４は環状膜として形成されているが、これはまた、ストリップ形状ないし多角形形状が力の作用に対して十分安定的であって、特に、測定されるべき力の主方向に対して横向きに作用する傾倒モーメントが力の導入中に予測されないことが保証されている限り、ストリップ形状、又は多角形形状をなしていてもよい。

膜１４は、本実施形態において、環状に形成されて、膜１４を曲げ剛性側壁２６に保持する肥厚エッジ５０が設けられている。膜１４のエッジ５０は―カバー部２４が載置されて、ハウジング１２が溝８の領域で全体として溶接接合される前に―キャリア１８と共に、例えばベース部２２に溶接、又は接着接合されることができる。剛性の向上はエッジ部５０を側壁２６に溶接接合することによって達成される。

この場合、膜１４のエッジ５０はキャリア１８と膜１４との一緒の組付けを考慮しており、膜に沈みエッジ領域が設けられてキャリア１８のエッジ部３０が同所に嵌合し、こうして、エッジ部はその適正な位置で更に半径方向に支保されて、一定程度補強される。これによってキャリア１８は所定の形状を得、特に、キャリア１８の沈み部３２の位置は―エッジ領域３０が膜１４のエッジ部５０の対応する沈み部に係合することによってキャリア１８に生ずるプレストレスによって―更に改善される。組立工程において、先ず最初に、膜１４と、すでに完全にセンサ機構２０の組み付けられたキャリア１８とが互いに結合されて、特に、膜１４、キャリア１８及びセンサ機構２０からなるこのユニットがハウジング１２のベース部２２内に挿入され、次いで同所に溶接接合される前に、すでに互いに溶接接合されているようにすることができる。

別法として、組立工程において、先ず最初に、すでに完全にセンサ機構２０の組み付けられたキャリア１８がエッジ部３０でハウジング１２のベース部２２に接合されるようにすることができる。次いで、膜１４が、組み付け済みのキャリア部１８上に載置されて、圧力嵌めによって２つのハウジング部つまりベース部２２とカバー部２４との間に保持される。

膜１４の中央部には、組付け中にセンサ機構が突き入る貫通穴５２が設けられているため、ホールセンサ３０の最敏感点と同所に向いた磁石３８とは基本的に膜１４の中央面内に位置している。

膜１４の貫通穴５２の直近周囲領域は補強され環状沈み部５４を有していて、環状沈み部５４は力導入部１６の基部５６を収容する。膜１４と力導入部１６とは一体に製造されるか、又は沈み部５４の領域で互いに溶接接合されてよい。

力変換器１７の基部５６には半径方向外側に突き出したエッジ領域５８が設けられており、これについては以下更にロードセル１０に所与の過負荷防止システムの説明に関連して述べることとする。

力導入部１６の基部５６は更に中央に窪み６０を有しており、窪み６０は膜１４の貫通穴５２内に位置するセンサ機構２０の収容空間を形成している。

力導入部１６は基本的に中空円筒状であり、内部に接触子６２を保持し、接触子は窪み６０内に延び入り、その位置は窪み６０に対して、従って膜１４の中央面の方向に相対変位することができ、つまり調節可能である。調節の後、接触子６２の位置は力導入部１６に対して相対固定される。接触子６２はねじピンとして形成されていてよい。

接触子６２は窪み６０内に突き入る自由端に接触チップ６４を有し、チップ６４はばね部品４０の保持面４８と機械式に接触しており、これによって、センサ機構２０の磁石３８の形のトランスミッタ素子の、ホールセンサ素子３６の形のセンサ素子に対する相対位置を決定する。

接触チップ６４は丸み付けられたゾーンを有し、ゾーンは、力導入部１６の傾倒運動中にも、保持面４８に不断に接しているため、ホールセンサ素子に対する磁石３８の相対位置に変化をもたらすことはない。従って、ロードセルと、それゆえ測定信号とは、横力及びそれと結びついた傾倒モーメントに対して不感である。

ロードセルの組立完了後、つまり、センサ機構２０を備えたキャリア部１８と膜１４とが挿入され、続いて２つのハウジング部材２２，２４の溶接による封止が行われた後、更になお、膜１４の中央面に対する接触子６２又は接触チップ６４の位置決めによる調節を行なうことが可能であり、これにより、力変換器（力導入部１６と膜１４）の全体並びにセンサ機構２０の関連する全体は最適の配置を実現する。こうして、接触子６２は力導入部１６内の適正な位置に固定される。

基部４２とは反対側に位置する力導入部１６の端部はハウジング１２のカバー部２４に設けられた貫通穴６６を貫いてロードセル１０の内部から突き出ており、それゆえ、力の導入に直接使用することが可能である。

力導入部１６はその外周面に好ましくは、本概略図には詳細は図示されてないねじ山部を有している。

力導入部１６のこの外周ねじ山部にはナット６８が螺嵌可能であり、ナットはハウジング面に対向する下側面に溝７０を有していて、この溝７０の中にエラストマーリング７２を収容する。溝７０とエラストマーリング７２との寸法はエラストマーリング７２がナット６８の表面をわずかに越えて突き出るように寸法設計されているため、ナットはカバー部２４のハウジング表面に直接にではなく、エラストマーリング７２を介して着座する。

ナット６８は、ハウジング部材２４の表面からなお一定の間隔―この間隔はハウジング１２内への力導入部１６の最大許容運動量に該当している―が保持されるようにして、力導入部１６の外周ねじ山部に螺嵌される。従って、圧縮力が負荷されている間の力導入部１６による力の導入には最大限度が設定されており、かくて、ナット６８によって形成されるストッパによって膜１４は過負荷防止される。

引張り力の作用中、基部５６の半径方向突き出しエッジ５８もストッパとして作用する結果、基部は最大にて半径方向突き出しエッジ５８がカバー部２４、特に同所に形成された沈み面に当接するまでしか外側に向かって運動することができない。

従って、ロードセル１０は引張り力並びに圧縮力の作用の間、一貫して過負荷防止されている。

更に、ロードセルは過度の傾倒運動つまり力導入部１６の中心軸に対して垂直に作用する力の成分に対しても保護されており、これは、半径方向に突き出した基部が上側カバー部２４に設けられた対応する環状沈み部に係合すると共に、他方また同所で、ハウジング外側面に支持されて、力導入部１６の一定の傾倒運動に対抗し、力導入部１６のそれ以上の傾倒を抑止する、ハウジング表面に配置されたナット６８によって保持されることによって実現される。

上述した対策により、本発明によるロードセルは製造が容易であるのみならず、過酷な使用環境における極度の荷重に耐えることもできる。膜１４と力導入部１６の基部とからなる力変換器を、力導入部１６用の貫通穴６６とハウジング１２内部のホールセンサ３６の電気接続をつくり出すための（図中に示さず）貫通穴とを有するだけのハウジング１２内に封じ込めることにより、ほぼ密封に近い封じ込めが達成されて、長年の使用に対するロードセルの信頼度の向上が実現される。一方でナット６８に対向して保持され、他方でカバー部２４の外側表面に対向して保持されたエラストマーリング７２によって、力導入部１６が変位可能に保持された穴６６の領域でもロードセル１０、又はハウジング１２の内部の封止が達成される。これにより、貫通穴５６と力導入部１６との間に隙間を許容することができ、その結果、引張りであれ圧縮であれ荷重が負荷され、また、過度でない傾倒モーメントが生ずる場合にも、貫通穴６６内での力導入部１６の非接触運動が可能とされる。このようにして形成されたロードセル１０は、それにもかかわらず、厳しいつまり自動車のような厳しい気候的環境条件下における使用に対して高い信頼度を有する。

ホールセンサ３６の給電・信号回線を通すための図示されてない貫通穴は、この場合、ハウジングないしハウジング壁に対する回線の相対運動を許容する必要がないことから、従来のようにしてシール材料で封止することが可能である。

ハウジング１２の外側に突き出た、外周ねじ山部を備えた力導入部１６は一方で、使用現場でのロードセルの組立を容易にする。ベース部２２の中央に設けられたスクリューボルト７４は、例えば半径方向に突き出たラグ等のその他の締結要素によって置換もしくは補完されることもできる。

更に別の１実施形態において、別体キャリア１０２（図２）は一体に形成され、特にプラスチック材料から製造されている。該当するロードセルのセンサ機構２０はキャリア１０２上に配置されている。キャリアの配置は特に、上述したのと同じであり、換言すれば、キャリア１０２はハウジングの曲げ剛性部つまり側壁２６及び／又はベース部２２の対応する領域（特に外側エッジ領域）とのみ接触するようにしてハウジング内部に配置されている。

キャリア１０２は、内部貫通穴１０６を有する、おおよそ環状に形成された定置部材１０４を含んでいる。ばね部品１０８は定置部材１０４に配置され、接触子１１０による力の導入に応じて、接触子１１０の軸１１２と平行もしくはほぼ平行な方向に可動する。接触子１１０は図２において、分かり易くするため、キャリア１０２から離間して表されている。

定置部材１４はハウジング１２上に着座し、ばね部品１０８はハウジングによる影響を受けない。

ばね部品１０８は第１のばねウェブ１１４と第２のばねウェブ１１６とを含んでいる。これら２つのばねウェブ１１４，１１６は連結領域１１８によって連結されている。第１のばねウェブ１１４並びに第２のばねウェブ１１８はいずれも定置部材１０４との結合部に、例えばくびれの形の脆弱ゾーン１２０ａ，１２０ｂを有している。これらのばねウェブは更に、連結領域１１８との結合部にも脆弱ゾーン１２２ａ，１２２ｂを有している。脆弱ゾーン１２０ａ，１２０ｂは定置部材１０４に対して同一の相対高さに位置している。更に、脆弱ゾーン１２２ａ，１２２ｂも定置部材１０４に対して同一の相対高さに位置している。脆弱ゾーン１２２ａと１２２ｂ間の結合線は脆弱ゾーン１２０ａと１２０ｂ間の結合線と平行である。こうして、ばね部品１０８には平行四辺形構造が形成されている。

第１のばねウェブ１１４と第２のばねウェブ１１６との間の中央には、接触子１１２が作用する接触領域１２４が形成されている。接触領域１２４は凹面状であり、例えばそれは半球状である。接触領域１２４は曲げ弾性体１４の貫通穴５２を貫いて突き出ている。（ばねウェブ１１４，１１６を含んだ）キャリア１０２のその他の領域は曲げ弾性体１４の下側に位置している。

接触領域１２４は接触子１１０の軸１１２に整合されている。特に、接触領域１２４の球体軸と軸１１２とは互いに少なくともほぼ同軸である。

接触領域１２４も連結領域１１８に結合されている。

図示された実施形態において、定置部材１０４は第１の面１２６並びに第２の面１２８にフラットであり、これら両面の間に定置部材１０４が広がっている。特に、第１の面１２６と第２の面１２８とは互いに平行である。

接触領域１２４に力による荷重が加えられていない状態で、ばね部品１０８は定置部材１０４から突き出ているため、（フラット）面１３０は定置部材１０４の第２の面１２８から離間している。面１３０の領域において、ばね部品１０８は、特に、定置部材１０４と同一の厚さを有している。

力による荷重が加えられた状態で、ばね部品１０８は貫通穴１０６内に突き入ることができる。この場合、接触領域１２４は面１３０を越えて突き出ている。

連結領域１１８には、センサ機構２０の１素子、例えば磁石３８が位置する窪み１３２が設けられている。従って、磁石３８はばね部品１０８によって定置部材１０４に対して相対可動する。

センサ機構２０の対応する素子、本実施例においてはセンサ、例えばホールセンサは窪み１３２の下側に配置されている（図２では示されてない）。従って、この場合、磁石３２はばね部品１０８の運動によりセンサ３６上方の空間で可動する。ここで、特に、磁石３８とセンサ３６とは、軸１１２と少なくともほぼ平行な整列方向に少なくとも基本的に整合されている。力の導入によって、磁石３８とセンサ３６との間の間隔は、実質的に横方向への逸れなしに、整列方向において減少する。こうして、磁石３８とセンサ３６との間の整列方向と平行な離間間隔は正確に検知される。

窪み１３２の位置は接触領域１２４に対して横方向に変位している。従って、トランスミッタ素子とそのセンサ素子とを含んだセンサ機構は接触領域１２４に対して、事実、軸１１２に対して、横方向に変位配置されている。

従って、接触領域１２４は中央に配置され、センサ機構は偏心配置されている。それゆえ、センサ機構を含んだキャリア１０２は非常にフラットにすることができ、かくて、ロードセルの高さを低いものにすることができる。

この場合、接触領域１２４と接触する接触子１１０の先端部１３４は好ましくはフラットである。

キャリア１０２を含んだロードセルのその他の機能は上述したものと同じである。

第１の実施形態の別体キャリアを有するロードセルの１実施形態の側方断面図。 第２の実施形態の別体キャリアの斜視図。

Claims (54)

1. 測定されるべき引張力及び圧縮力を記録するための力変換器（１７）であって、曲げ弾性体（１４）及び前記曲げ弾性体（１４）に作用する力導入部（１６）を含む力変換器（１７）と、
   上記曲げ弾性体（１４）の歪みを検知しかつ前記歪みを電気計量信号に変換するセンサ機構（２０）と、
   上記力変換器（１７）及び上記センサ機構（２０）を収容する、曲げ剛性壁部（２６）を備えたハウジング（１２）であって、前記曲げ剛性壁部（２６）に上記力変換器（１７）の上記曲げ弾性体（１４）が保持されるハウジング（１２）と、
   を含むロードセルであって、
   上記センサ機構（２０）が別体キャリア（１８；１０２）上に配置され、かつ、前記別体キャリア（１８；１０２）が上記ハウジング（１２）の上記曲げ剛性壁部（２６）及び／又は曲げ剛性ベース部に保持されること、
   を特徴とするロードセル。
2. 請求項１に記載のロードセルにおいて、上記キャリア（１８；１０２）が上記ハウジング（１２）の専ら上記曲げ剛性壁部（２６）に保持、支持されていることを特徴とするロードセル。
3. 請求項１又は２に記載のロードセルにおいて、上記センサ機構（２０）がトランスミッタ素子（３８）とセンサ素子（３６）とを含み、これら２つの素子のうち第１の素子（３６；３８）が上記キャリア（１８；１０２）上に定置保持され、これらの素子のうち上記第２の素子（３８；３６）が上記キャリア（１８；１０２）上に上記第１の素子（３６；３８）に対して相対可動保持されていることを特徴とするロードセル。
4. 請求項３に記載のロードセルにおいて、上記第２の素子（３８；３６）が上記キャリア（１８；１０２）のばね部品（４０；１０８）に保持されていることを特徴とするロードセル。
5. 請求項３又は４に記載のロードセルにおいて、上記第２の素子（３８；３６）が上記力変換器（１７）の無荷重状態において上記曲げ弾性体（１４）の中立点に配置されていることを特徴とするロードセル。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記センサ機構（２０）が非接触型変位測定用のセンサ機構であることを特徴とするロードセル。
7. 請求項６に記載のロードセルにおいて、上記センサ機構（２０）がホールセンサ機構であることを特徴とするロードセル。
8. 請求項６に記載のロードセルにおいて、上記センサ機構（２０）が光学センサ機構であることを特徴とするロードセル。
9. 請求項３から８までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記トランスミッタ素子及び／又は上記センサ素子（３６；３８）が上記キャリア（１８；１０２）上に機械式に保持されていることを特徴とするロードセル。
10. 請求項１から９までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記曲げ弾性体（１４）が上記弾性体のエッジ領域によって上記ハウジング（１２）の上記曲げ剛性壁部（２６）に保持された曲げ弾性膜を含むことを特徴とするロードセル。
11. 請求項１０に記載のロードセルにおいて、上記曲げ弾性膜（１４）が金属膜であることを特徴とするロードセル。
12. 請求項１０又は１１に記載のロードセルにおいて、上記曲げ弾性膜（１４）が中央穴（５２）を含んでいることを特徴とするロードセル。
13. 請求項１２に記載のロードセルにおいて、上記膜（１４）が環状ディスクとして形成されていることを特徴とするロードセル。
14. 請求項１から１３までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記力導入部（１６）と上記曲げ弾性体（１４）とが一体に形成されていることを特徴とするロードセル。
15. 請求項１から１４までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記力導入部（１６）が上記ハウジング（１２）の貫通穴（６６）内に変位可能に同軸配置されていることを特徴とするロードセル。
16. 請求項１から１５までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記力導入部（１６）が、上記曲げ弾性体（１４）に作用する基部（５６）と、上記基部（５６）に対して相対調節可能であって、上記キャリア（１８）上に可動保持された上記センサ機構（２０）の１要素と機械式に接触配置される接触子（６２）とを有することを特徴とするロードセル。
17. 請求項１６に記載のロードセルにおいて、上記接触子（６２）と上記可動要素との上記機械式接触がほぼ点状の接触であることを特徴とするロードセル。
18. 請求項１６又は１７に記載のロードセルにおいて、上記接触子（６２）が上記センサ機構（２６）の上記可動要素との上記機械式接触を生み出す丸みチップ（６４）を有することを特徴とするロードセル。
19. 請求項１８に記載のロードセルにおいて、上記接触子（６２）の上記丸みチップ（６４）が上記センサ機構（２０）の上記可動保持された要素と滑り機械式接触していることを特徴とするロードセル。
20. 請求項１６から１９までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記力導入部（１６）の上記基部（５８）が上記ハウジング（１２）の上記貫通穴（６６）よりも大きな寸法の半径を有することを特徴とするロードセル。
21. 請求項１５から２０までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記力導入部（１６）が上記貫通穴（６６）を貫いて上記ハウジング（１２）の外へ突き出ていることを特徴とするロードセル。
22. 請求項１から２１までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記ロードセルが力の作用に応じた上記力導入部（１６）の上記運動を制限するストッパ手段（６８；５８）を有することを特徴とするロードセル。
23. 請求項２２に記載のロードセルにおいて、上記ストッパ手段（６８，５８）が引張り力及び圧縮力の作用に応じた上記力導入部（１６）の上記運動を制限することを特徴とするロードセル。
24. 請求項２３に記載のロードセルにおいて、上記ストッパ手段が上記ハウジング（１２）の外面に支持された第１の要素（６８）を含むことを特徴とするロードセル。
25. 請求項２４に記載のロードセルにおいて、上記ストッパ手段の上記第１の要素（６８）が上記ハウジング（１２）の外面に面する対向面にエラストマー部材（７２）の収容部（７０）を有することを特徴とするロードセル。
26. 請求項２４又は２５に記載のロードセルにおいて、上記第１の要素（６６）が上記力導入部（１６）の上記ハウジング（１２）の外部に配された領域に配置されていることを特徴とするロードセル。
27. 請求項２３から２６までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記ストッパ手段が上記ハウジング（１２）の内部に支持される第２の要素（５８）を含むことを特徴とするロードセル。
28. 請求項２７に記載のロードセルにおいて、上記第２の要素（５８）が上記力導入部（１６）の基部として形成されていることを特徴とするロードセル。
29. 請求項１から２８までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記ハウジングが上記力変換器（１７）と上記センサ機構（２０）とをほぼ全面的に包囲していることを特徴とするロードセル。
30. 請求項１から２９までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記ハウジング（１２）がカバー要素（２４）、ベース要素（２２）及び、上記カバー要素と上記ベース要素とを結ぶ曲げ剛性側壁（２６）を含むことを特徴とするロードセル。
31. 請求項３０に記載のロードセルにおいて、上記ハウジング（１２）が多体式であることを特徴とするロードセル。
32. 請求項３１に記載のロードセルにおいて、上記ハウジング（１２）がカバー部（２４）及びベース部（２２）から形成されていることを特徴とするロードセル。
33. 請求項３１又は３２に記載のロードセルにおいて、上記ハウジング（１２）の上記部材（２２，２４）が互いに溶接接合されることを特徴とするロードセル。
34. 請求項３０から３３までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記カバー要素（２４）が上記ハウジング（１２）の上記貫通穴（６６）を包囲し、上記貫通穴を通して上記力導入部（１６）を受容・案内することを特徴とするロードセル。
35. 請求項１から３４までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記ハウジングが給電線及び／又は信号回線用の貫通穴を含んでいることを特徴とするロードセル。
36. 請求項３０から３５までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記ベース要素（２２）が１、又は複数の固定手段（７４）を有することを特徴とするロードセル。
37. 請求項３６に記載のロードセルにおいて、上記ベース要素にねじ込み部（７４）が形成されていることを特徴とするロードセル。
38. 請求項３７に記載のロードセルにおいて、上記ねじ込み部（７４）が上記ベース要素（２２）と一体に形成されていることを特徴とするロードセル。
39. 請求項３２から３８までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記曲げ弾性体（１４）が圧力嵌めで２つのハウジング部材（２２，２４）の間に保持されることを特徴とするロードセル。
40. 請求項１から３８までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記曲げ弾性体（１４）が溶接点によって上記ハウジング（１２）に接合されることを特徴とするロードセル。
41. 請求項１から４０までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記キャリア（１８；１０２）が材料接合によって上記ハウジング（１２）に接合されていることを特徴とするロードセル。
42. 請求項１１から４１までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記ハウジング（１２）の上記貫通穴（６６）が上記力導入部（１６）用のガイドとして形成されていることを特徴とするロードセル。
43. 請求項４２に記載のロードセルにおいて、上記ハウジング（１２）の上記貫通穴（６６）が上記力導入部（１６）を案内して、傾倒モーメントから保護することを特徴とするロードセル。
44. 請求項１１から４３までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、幅約０．１ｍｍから約０．５ｍｍまでの隙間が上記力導入部（１６）と上記貫通穴（６６）との間に所与であることを特徴とするロードセル。
45. 請求項３から４４までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記トランスミッタ素子（３８）と上記センサ素子（３６）とが上記キャリア（１０２）に偏心配置されていることを特徴とするロードセル。
46. 請求項４５に記載のロードセルにおいて、上記第１の要素（３６；３８）が上記第２の要素（３８；３６）の下側に配置され、上記第２の要素（３８；３６）が上記第１の要素（３６；３８）の上方の空間で可動することを特徴とするロードセル。
47. 請求項４５又は４６に記載のロードセルにおいて、上記キャリア（１０２）が上記第２の要素（３８；３６）が配置される窪み（１３２）を有することを特徴とするロードセル。
48. 請求項４７に記載のロードセルにおいて、上記窪み（１３２）が上記キャリア（１０２）のばね部品（１０８）に形成されていることを特徴とするロードセル。
49. 請求項４５から４８までのいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記トランスミッタ素子（３８）と上記センサ素子（３６）とが接触子（１１０）の軸（１１２）に対して横方向に変位して配置されていることを特徴とするロードセル。
50. 先行する請求項のいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記キャリア（１０２）が凹面状の接触領域（１２４）を有することを特徴とするロードセル。
51. 請求項５０に記載のロードセルにおいて、上記接触領域（１２４）が互いに離間したばねウェブ（１１４，１１６）の間に配置されていることを特徴とするロードセル。
52. 先行する請求項のいずれか１項に記載のロードセルにおいて、ばね部品（１０８）が互いに離間したばねウェブ（１１４，１１６）を有し、上記ばねウェブのそれぞれに互いに離間した脆弱ゾーン（１２０ａ，１２２ａ；１２０ｂ，１２２ｂ）が設けられていることを特徴とするロードセル。
53. 請求項５２に記載のロードセルにおいて、異なったばねウェブ（１１４，１１６）の対応する脆弱ゾーン（１２０ａ，１２０ｂ；１２２ａ，１２２ｂ）が同一の高さに位置していることを特徴とするロードセル。
54. 先行する請求項のいずれか１項に記載のロードセルにおいて、上記キャリア（１８；１０２）が圧力嵌めで２つのハウジング部材（２２，２４）の間に保持されることを特徴とするロードセル。

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