DE3502275A1

DE3502275A1 - Force sensor

Info

Publication number: DE3502275A1
Application number: DE19853502275
Authority: DE
Inventors: Joachim Ing.(Grad.) 3057 Neustadt Feldmann; Horst Ing.(grad.) 3000 Hannover Heinrich; Manfred Dr.-Ing. 3008 Garbsen Schult
Original assignee: Wabco Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH
Current assignee: Wabco Vermogensverwaltung GmbH
Priority date: 1985-01-24
Filing date: 1985-01-24
Publication date: 1986-07-24

Abstract

A force sensor is proposed in which a pressure-measuring cell (1) which outputs an electric signal corresponding to the ambient pressure is embedded in an elastomer (4). The force (F) to be measured is directed at the elastomer (4) via a plunger (3). The force (F) propagates through the elastomer onto the pressure-measuring cell (1). <IMAGE>

Description

KraftsensorForce sensor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a force sensor according to the preamble of claim 1.

Es sind zahlreiche verschiedene Bauarten von Kraftsensoren gebräuchlich. Bei der am häufigsten verwendeten Ausführung ist ein Dehnungsmeßstreifen auf einen von der zu messenden Kraft verformbaren Metallträger aufgeklebt. Je nach Durchbiegung bzw. Verformung des Trägers läßt sich hiermit ein kraftabhängiges elektrisches Ausgangssignal gewinnen.There are many different types of force sensors in use. The most common design is a strain gauge on one glued on deformable metal carrier by the force to be measured. Depending on the deflection or deformation of the carrier can be used to generate a force-dependent electrical output signal to win.

Eine andere Möglichkeit der Kraftmessung besteht darin, die Kraft zunächst in einen hydraulischen Druck umzuwandeln, und diesen dann mit einem üblichen Druckmessgerät auszuwerten. Hierzu kann die Kraft über einen Kolben auf einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Zylinder geleitet werden. Der Zylinder ist über eine Leitung mit einem Manometer verbunden. Eine derartige Kraftmessdose ist z.B. aus dem Prospekt DL 6-2e der Firma VDO Meß- und Regeltechnik GmbH, Hannover, bekannt.Another way to measure force is to use force first convert it into hydraulic pressure, and then this to be evaluated with a standard pressure measuring device. For this purpose, the force can be via a Piston can be directed to a cylinder filled with a liquid. The cylinder is connected to a pressure gauge via a line. Such a load cell is e.g. from the brochure DL 6-2e from VDO Mess- und Regeltechnik GmbH, Hanover, known.

Nachteilig an einer solchen Anordnung ist, daß die verwendeten Flüssigkeiten (meist Hydrauliköl) altern, Wasser aufnehmen, und bei erhöhter Temperatur Blasen bilden können. Eine exakte Messung ist dann nicht mehr möglich.The disadvantage of such an arrangement is that the liquids used (mostly hydraulic oil) age, absorb water, and at elevated temperature bubbles can form. An exact measurement is then no longer possible.

Problematisch ist auch das luftblasenfreie Füllen, sowie die zuverlässige Abdichtung des Öles über einen längeren Zeitraum.Air bubble-free filling and reliable filling are also problematic Sealing of the oil over a longer period of time.

Die Meßgenauigkeit wird begrenzt durch Temperaturdehnungen der hermetisch abgedichteten Flüssigkeit, die anderen Volumenschwankungen unterworfen ist als das sie umgebende Gehäuse.The measuring accuracy is limited by the temperature expansion of the hermetically sealed liquid subject to fluctuations in volume other than that housing surrounding them.

Aus diesen Gründen ist die Benutzung von Hydrauliköl, insbesondere unter erschwerten Betriebsbedingungen, wie sie z.B. in Kraftfahrzeugen auftreten, unvorteilhaft und würde zu aufwendigen Konstruktionen des Kraftsensors führen.For these reasons, the use of hydraulic oil, in particular under difficult operating conditions, such as occur in motor vehicles, disadvantageous and would lead to complex constructions of the force sensor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftsensor der eingangs genannten Art anzugeben, welcher die genannten Nachteile nicht aufweist und preisgünstig herstellbar ist.The invention is based on the object of providing a force sensor of the initially mentioned specified type, which does not have the disadvantages mentioned and is inexpensive can be produced.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 enthaltene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by the invention contained in claim 1 solved. The subclaims contain appropriate training the invention.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch in Fig. 1 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Kraftsensors nach dem Grundprinzip, in Fig. 2 eine Variante des Kraftsensors mit konischem Stempel und ausgeformtem Elastomer und in Fig. 3 eine weitere Variante mit zwei vorgeformten gummielastischem Körpern.The invention is explained in more detail below with reference to a drawing. The drawing shows schematically in Fig. 1 an embodiment of the invention Force sensor based on the basic principle, with a variant of the force sensor in FIG. 2 conical punch and molded elastomer and in Fig. 3 a further variant with two preformed rubber elastic bodies.

Gemäß der Fig. 1 ist in einem zylindrischen Gehäuse 2 eine Druckmeßzelle 1 enthalten. Diese ist in ein Elastomer 4 eingebettet. Die zu messende Kraft F wird über einen Stempel 3 auf das Elastomer 4 übertragen. Das elektrische Ausgangssignal der Druckmeßzelle 1 wird über eine Leitung 5 nach außen geleitet. Der Stempel 3 braucht gegenüber dem Gehäuse 2 nicht abgedichtet zu sein.According to FIG. 1, a pressure measuring cell is located in a cylindrical housing 2 1 included. This is embedded in an elastomer 4. The force F to be measured becomes Transferred to the elastomer 4 via a stamp 3. The electrical output signal the pressure measuring cell 1 is passed to the outside via a line 5. The stamp 3 does not need to be sealed off from the housing 2.

Als Druckmeßzelle 1 kann eine Ausführung mit Membran und eingebauter Auswerte-Elektronik, wie sie z.B. von der Firma VALVO hergestellt wird, verwendet werden. Es ist aber auch der Einsatz von andersartigen Druckmeßzellen, die z.B. nach dem piezo-elektrischen Prinzip arbeiten, möglich.As a pressure measuring cell 1, a version with a membrane and built-in Evaluation electronics, such as those manufactured by VALVO, for example, are used will. But it is also possible to use different types of pressure measuring cells, e.g. work on the piezo-electric principle is possible.

Es ist auch möglich, in demselben Gehäuse mehrere Druckmeßzellen einzugießen. Da sich der eingeleitete Druck in dem Elastomer wie in einer Flüssigkeit nach allen Richtungen fortpflanzt, ist die Lage der einzelnen Druckmeßzellen unwesentlich.It is also possible to cast several pressure measuring cells in the same housing. Since the pressure introduced in the elastomer is like in a liquid after all Propagates directions, the position of the individual pressure measuring cells is insignificant.

Weiter ist auch möglich, die Kraft F nicht über einen Stempel, sondern über ein Druckmedium auf die Oberfläche des Elastomers 4 zu leiten (nicht dargestellt).It is also possible to apply the force F not via a punch, but rather to conduct via a pressure medium onto the surface of the elastomer 4 (not shown).

Das Eingießen der Druckmeßzellen kann direkt im Gehäuse 2 erfolgen. Es kann -jedoch auch in einer eigenen Form außerhalb des Gerätegehäuses erfolgen. In diesem Fall wird erst bei der Montage der Elastomer-Block mit dem eingegossenen Sensor in das Gehäuse eingelegt.The pressure measuring cells can be poured into the housing 2 directly. It can, however, also take place in its own form outside of the device housing. In this case, the elastomer block with the cast-in block is only used during assembly Sensor inserted into the housing.

Gemäß Fig. 2 kann es vorteilhaft sein, den Stempel 3 mit einer zB. kegelförmigen Anformung 9 zu versehen, die sich aus der gewünschten Übertragungscharakteristik ergibt. In diesem Fall wird bei einer Krafteideitung zuerst nur der mittlere Teil des Elastomers 4 beaufschlagt. Erst bei stärkeren Kräften wird die gesamte Oberfläche des Elastomers 4 zusammengedrückt.According to FIG. 2, it may be advantageous to use the stamp 3 with a, for example. to provide conical projection 9, resulting from the desired transmission characteristics results. In this case, only the middle part is used first in the case of a power line of the elastomer 4 is applied. Only with stronger forces does the entire surface become of the elastomer 4 compressed.

Durch diese beschriebene Maßnahme ist es möglich, bestimmte erforderliche Druck-Spannungs-Kennlinien des Kraftsensors zu erreichen.By means of this measure described, it is possible to meet certain required To achieve pressure-voltage characteristics of the force sensor.

Aus demselben Grunde ist es auch möglich, das Elastomer mit einer entsprechenden Ausformung 10 zu versehen.For the same reason it is also possible to use the elastomer with a corresponding formation 10 to be provided.

Die in der Fig. 2 eingebetteten zwei Druckmeßzellen 7,8 sind hier an den Seitenwänden des Gehäuses 2 angebracht.The two pressure measuring cells 7, 8 embedded in FIG. 2 are here attached to the side walls of the housing 2.

Die elektrischenAusgangsleitungen 5,6 sind durch das Gehause 2 hindurchgeführt. Die DruckmeRz;e'len sind nachtäglich montierbar.The electrical output lines 5, 6 are passed through the housing 2. The pressure exchangers can be fitted at a later date.

In besonderen Fällen kann es vorteilhaft sein, das rückseitige Volumen der in den Druckmeßzellen enthaltenen Membranen mit der Außenluft zu verbinden. Hierzu dient eine Bohrung 13 durch das Gehäuse 2. Durch diese Bohrung wird auch gleichzeitig die Anschlußleitung 5 der Druck- meßzelle 7 geführt.In special cases it can be advantageous to increase the volume on the back to connect the membranes contained in the pressure measuring cells with the outside air. A hole 13 through the housing 2 is used for this purpose at the same time the connection line 5 of the pressure measuring cell 7 out.

Gemäß Fig. 3 ist auch eine getrennte Herstellung eines oder zweier gummielastischer Formteile 11,12 möglich, in welche vormontierte Druckmeßzellen 7,8 eingelegt werden können. Hierdurch ist eine kostengünstige Montage des Kraftsensors möglich.According to FIG. 3, there is also a separate production of one or two rubber-elastic molded parts 11, 12 possible, in which preassembled pressure measuring cells 7.8 can be inserted. This enables the force sensor to be installed in a cost-effective manner possible.

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Claims

Claims: 1. Force sensor with at least one pressure measuring cell, which emits an electrical signal corresponding to the ambient pressure, characterized in that that the force to be measured (F) via at least one rubber-elastic intermediate part (4,11,12) is passed to the pressure measuring cell (1).

2. Force sensor according to claim 1, characterized by the following features: a) one or more pressure measuring cells (1,7,8) are embedded in an elastomer (4); b) the force to be measured (F) is applied via a stamp (3) or a pressure medium the elastomer (4) passed.

3. Force sensor according to claim 2, characterized in that the pressure measuring cell (1) is cast into the elastomer (4).

4. Force sensor according to claim 2, characterized in that the pressure measuring cells (7,8) are inserted into one or two preformed rubber-elastic bodies (11,12).

5. Force sensor according to claim 2 to 4, characterized in that the punch (3) has a molding (9).

6. Force sensor according to claim 2 to 5, characterized in that the elastomer (4) has a molding (10).

7. Force sensor according to claim 2 to 6, characterized in that the air volume of the pressure measuring cells (1,7,8) via at least one bore (13) connected to the atmosphere.