(57)【要約】力を検出するための装置が提案される。この装置は、ばね装置（Ｆ１，Ｆ２，Ｂｌ）を介して互いに結合された２つのエレメント（Ｅ１，Ｅ２）を有している。さらに、第２のエレメント（Ｅ２）に対する第１のエレメント（Ｅ１）の位置を検出するための位置センサ（Ｈ，Ｓ）が設けられている。第１のエレメントは回転点（Ｄ）を中心として傾倒することができる。位置センサ（Ｈ，Ｓ）は、第２のエレメント（Ｅ２）の長手方向延在長さ（Ｌ）に関して、第２のエレメント（Ｅ２）への回転点（Ｄ）の鉛直な投影によって設定された箇所に配置されている。
2004530122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力を検出するための装置において、
−第１のエレメント（Ｅ１）と第２のエレメント（Ｅ２）とが設けられており、
−両エレメント（Ｅ１，Ｅ２）が、ばね装置（Ｆ１，Ｆ２，Ｂｌ）を介して互いに結合されており、
−両エレメント（Ｅ１，Ｅ２）の間隔（Ｈｄ）が、ばね装置（Ｆ１，Ｆ２，Ｂｌ）に作用する力（Ｆ）に関連しており、
−第２のエレメント（Ｅ２）が、長手方向延在長さ（Ｌ）を有しており、
−第２のエレメント（Ｅ２）に対する第１のエレメント（Ｅ１）の位置を検出するための位置センサ（Ｈ，Ｓ）が設けられており、
−第１のエレメント（Ｅ１）が、第２のエレメント（Ｅ２）に対して相対的に回転点（Ｄ）を中心として傾倒可能であり、
−位置センサ（Ｈ，Ｓ）が、第２のエレメント（Ｅ２）の長手方向延在長さ（Ｌ）に関して、第２のエレメント（Ｅ２）への回転点（Ｄ）の鉛直な投影によって設定された箇所に配置されている
ことを特徴とする、力を検出するための装置。
【請求項２】
位置センサが、協働する２つのユニット（Ｈ，Ｓ）を有しており、両ユニット（Ｈ，Ｓ）のうち、一方のユニット（Ｈ）が、第１のエレメント（Ｅ１）に結合されており、他方のユニット（Ｓ）が、第２のエレメント（Ｅ２）に結合されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
位置センサ（Ｈ，Ｓ）が、ＬＶＤＴ型のセンサとして形成されている、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
第１のエレメント（Ｅ１）が、同じく長手方向延在長さを有しており、両エレメント（Ｅ１，Ｅ２）が、互いに平行に配置されていて、ばね装置（Ｆ１，Ｆ２，Ｂｌ）のばね力に抗して互いに近づく方向に変位可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
ばね装置が、板ばね（Ｂｌ）を有しており、該板ばね（Ｂｌ）が、第２のエレメント（Ｅ２）に対して平行に方向付けられていて、板ばね（Ｂｌ）の端部で、第２のエレメントに結合されたピン（Ｚｐ）に固く保持されており、第１のエレメント（Ｅ１）が、板ばね（Ｂｌ）に結合されており、これによって、所定の力が、第１のエレメント（Ｅ１）から、板ばね（Ｂｌ）の、その長手方向延在長さに関して中心の位置に伝達されるようになっており、位置センサ（Ｈ，Ｓ）が、ピン（Ｚｐ）の間の中心に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
位置センサの一方のユニット（Ｈ）が、板ばね（Ｂｌ）に配置されており、位置センサの他方のユニット（Ｓ）が、第２のエレメント（Ｅ２）に配置されている、請求項５記載の装置。
【請求項７】
第１のエレメント（Ｅ１）が、長手方向延在長さを有していて、互いに間隔を置いて配置された２つのばねエレメント（Ｆ１，Ｆ２）を介して第２のエレメント（Ｅ２）に結合されており、位置センサ（Ｈ，Ｓ）が、ばねエレメント（Ｆ１，Ｆ２）の間の中心に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
第１のエレメント（Ｅ１）が、車両シートレールとして形成されており、第２のエレメント（Ｅ２）が、車両フロアパネルとして形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力を検出するための装置に関する。
【０００２】
しばしば、並進的な道程、すなわち、直線形の道程を測定するか、位置を検出するかまたは検出された位置、道程または道程変化に基づく力を求めることが重要である。
【０００３】
しかし、この場合、基本的に並進的に前進するエレメントが、このエレメントを回動させるかまたは傾倒させる、回転により作用する力にさらされているという問題がしばしばある。しかし、このようなトルクの作用時には、エレメントの回転に基づく測定検出器によって同じく並進的な変位も検出される。直線形に作用する力の事例だけでなく、作用するトルクの事例でも、常に直線形の変位が検出される。この変位が、回転により働く力または直線形に働く力によって生ぜしめられたかどうかを区別することはできない。しかし、多くの使用事例では、直線形にしか働かない力を測定することができるようにすることが著しく重要となる。
【０００４】
可能な解決手段では、可動のエレメントのための案内手段が設けられている。この案内手段は、直線形に働く力がエレメントに作用する場合にしかエレメントの並進的な変位を許容しない。なぜならば、トルクは案内手段に基づき変位を生ぜしめ得ないからである。しかし、案内手段は、この案内手段と、運動させられるエレメントとの間に摩擦力を常にもたらす。この摩擦力は測定結果を著しく悪化させ得る。
【０００５】
したがって、本発明の課題は、並進的な力を正確に測定するための装置を提供することである。
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴によって解決される。
【０００７】
本発明はこの課題を、位置、道程または道程変化を検出するために形成された位置センサの特別な配置形式によって解決する。このセンサは、第１のエレメントが力作用に基づき一般的に近づく方向にまたは離れる方向に並進運動させられる第２のエレメントの長手方向延在長さに関して、第２のエレメントへの可能な回転点の鉛直な投影によって設定された箇所に配置されている。回転点は、トルクが、自由に可動のエレメントに影響を与える場合に装置全体のジオメトリによって規定されている。
【０００８】
設定された測定方向でのストロークを検出することができる装置が発見された。したがって、傾倒によって生ぜしめられる測定結果は十分回避される。なぜならば、センサが、測定方向に対して、傾倒時にまたは回転時に自由に可動のエレメントの最も少ない変位にさらされている位置に配置されるからである。可動のエレメントのための案内手段の、手間のかかる構造上の構成はもはや不要となる。センサ原理は非接触式あり、測定方向での可動のエレメントの変位しか検出しない。手間節約のほかに費用節約も生ぜしめられる。
【０００９】
本発明の有利な構成は従属請求項に記載してある。
【００１０】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１１】
図１には、本発明による装置が示してある。この装置は位置センサＳ，Ｈを備えている。この位置センサＳ，Ｈは第１のエレメントＥ１と第２のエレメントＥ２との間に配置されている。位置センサの構造を固有の図面につき詳しく説明する。エレメントＥ１とエレメントＥ２との間の間隔Ｈｄを測定したい。エレメントＥ１とエレメントＥ２とは、シンボリックに図示した互いに間隔を置いて配置されたばねＦ１，Ｆ２を備えたばね装置を介して互いに結合されている。エレメントＥ１には力Ｆが矢印方向で作用する。この力Ｆは重量、押圧力または引張力であってよい。エレメントＥ２は力方向で移動不能に支承されているので、力作用Ｆに基づき、エレメントＥ１がエレメントＥ２に近づく方向に直線形に運動させられる。エレメントＥ２に対するエレメントＥ１の位置または両エレメントＥ１，Ｅ２の間の間隔が検出される。ばね装置Ｆ１，Ｆ２のばね特性線の特性によって、ならびに測定方向ＭＲでの測定されたストロークの特性において、作用した力Ｆを推測することができる。
【００１２】
図１に示した切断線Ｒ−Ｒ′に沿った断面図としての横断面図で図２に示した位置センサＳ，Ｈは、有利にはＬＶＤＴ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：線形可変差動変圧器）型のセンサとして形成されている。このＬＶＤＴ型のセンサは３つのコイルＳ１，Ｓ２、つまり、１つの一次コイルＳ１と、２つの二次コイルＳ２とを有している。これらのコイルＳ１，Ｓ２はフェライトコアＦｅを介して互いに磁気的に結合されている。コイルＳ１，Ｓ２はスリーブ状のコイル枠体Ｈ内に挿入されている。これに対して、フェライトコアＦｅはバーＳに固定されていて、軸線Ｒ−Ｒ′に沿ってコイル枠体Ｈに対して変位可能である。（一次）コイルＳ１が交流電圧で負荷され、これによって、磁束をフェライトコアＦｅにわたって発生させる。こうして、（二次）コイルＳ２に電圧が誘導される。この誘導された電圧は、通常、互いに減法される。差電圧は、一次コイルと二次コイルとの間の磁気的な結合に対する量を成している。差電圧はコイルＳ１，Ｓ２に対するフェライトコアＦｅの位置によって規定されている。このような位置センサの分解能はμｍ範囲にある。
【００１３】
前述した構成では、コイル枠体Ｈが線形の力作用Ｆに基づき、バーＳを備えたフェライトコアＦｅに対して相対的に純粋に並進的に移動させられることから常に出発している。しかし、図３には、ストローク測定タップの、本発明に基づく問題性が基本的に示してある。たとえば回転による力が、基本的に測定方向ＭＲで移動可能な物体Ｒｅに回転点Ｄを中心として作用すると、測定タップＡＢがその測定点端部ＭＰで同じく回転により一緒に回転角φだけ運動させられる。すなわち、回転点Ｄに対する測定点端部ＭＰの間隔ｒと、回転角φとに関連して、測定方向ＭＲでのｒ・ｃｏｓ（φ）の変位が確認される。しかし、この変位は、測定方向ＭＲでの直線形の力の作用によるものではなく、単にトルクの存在によるものである。この回転力は並進的な力の存在を装っている。
【００１４】
いま、図４は、前述した問題性を、図１に示した装置に転用している。この場合、所定のトルクがエレメントＥ１に作用している。それゆえ、このエレメントＥ１が回転点Ｄを中心として傾倒している。明らかに、位置センサもそのユニットＨでユニットＳに対して傾倒している。しかし、本発明によれば、位置センサＨ，Ｓは、回転点Ｄを中心とした回転時に並進的な成分を検出しないように配置されている。バーＳに対するコイル枠体Ｈの単なる傾倒は、ＬＶＤＴ型のセンサの、形成された差信号に影響を与えない。傾倒、すなわち、回転点Ｄを中心とした回転は、磁束をコイルＳ１，Ｓ２に対して等分に変化させる。トルクに対する測定のこの不感度は，位置センサが、第２のエレメントＥ２の長手方向延在長さＬに関する箇所ｘ０に配置されていることにある。図４に破線で示したように、センサＨ１，Ｓ１が、第２のエレメントＥ２の長手方向延在長さＬに関する箇所ｘ３に配置されるような場合には、回転点Ｄを中心としたエレメントＥ１の回転に基づき、測定方向ＭＲでの明確な直線形の位置変化がセンサＨ１，Ｓ１で確認可能となる。同じことが、第２のエレメントＥ２の長手方向延在長さＬの箇所ｘ４へのセンサＨ２，Ｓ２の配置に対して認められる。この箇所でも、エレメントＥ１の回転に基づき、測定方向ＭＲでの明確なストローク変化がセンサＨ２，Ｓ２で確認可能となるものの、ここでは、逆方向で確認可能となる。
【００１５】
図４から明らかであるように、第２のエレメントＥ２の長手方向延在長さＬに沿った、見込まれた回転点を第２のエレメントＥ２の長手方向延在長さＬに投影することによって設定された箇所（図１および図４では一様に箇所ｘ０）へのセンサＨ，Ｓの配置形式だけが測定結果を、作用した回転力と十分無関係のままにする。回転点Ｄ自体はやはり装置の構造上の構成および装置のジオメトリによって規定されている。前述した実施例では、ばねＦ１，Ｆ２が箇所ｘ１，ｘ２に配置されている。投影された回転点箇所ｘ０は、箇所ｘ１からの間隔において距離（ｘ２〜ｘ１）／２に相当している。
【００１６】
図１からも知ることができるように、このような箇所にセンサＨ，Ｓが配置される。そこでは、コイル枠体Ｈがねじ締結を介してナットＭによってエレメントＥ１に固く結合されている。図１でコイル枠体Ｈによってカバーされた、磁気的な結合のためのフェライトコアを支持するセンサユニットＳはエレメントＥ２に固く結合されていて、たとえば溶接されている。
【００１７】
通常、センサは休止位置を有する。この休止位置は、たとえば力がエレメントＥ１に作用しておらず、その変位がエレメントＥ１自体の重量によってしか規定されていないことによって規定されている。以下に記載した、車両における重量認知のための装置の使用事例では、エレメントＥ１にシート（座席）の自重しか働いていない。エレメントＥ１，Ｅ２相互のこの位置に関して、センサ構成部分Ｈ，Ｓも、規定された休止位置をとっている。この場合、たとえばフェライトコアＦｅは、図２に基づき、コイルＳ１，Ｓ２に対して対称的に配置されているので、両コイルＳ１，Ｓ２に数値に関して同じ電圧が誘導される。図２に示したセンサＨ，Ｓはこのような休止位置で示してある。この場合、フェライトコアの中心点がセンサ重心ＳＷと呼ばれる。いま、理想的には、装置の回転点もしくは第１のエレメントＥ１の回転点がセンサの重心にその休止位置で合致している。この場合、回転点を中心としたコイル枠体Ｈの回転はセンサ出力における信号寄与をほぼ提供しない。
【００１８】
装置は、有利には、センサが第２のエレメントＥ２における回転点の鉛直な投影線に配置されているだけでなく、回転点がセンサの重心にその休止位置で合致していて、少なくともほんの少しだけ重心から逸脱しているように設計することができる。回転点が装置の内部に位置している場合には、センサ装置は切欠き（たとえば孔）を通ってこの箇所に組み付けられる。このことは、鉄から成る装置の事例におけるセンサの電気的なかつ磁気的な遮蔽の利点を付加的に提供している（ＥＭＶ不感度）。
【００１９】
図５には、本発明の別の実施例が示してある。そこでは、一方のエレメントＥ２からピンＺｐが突出している。このピンＺｐは板ばねＢｌを支承している。この場合、この板ばねＢｌは適切な形式でピンＺｐに緊締されている。ピンＺｐはねじ等として形成されていてもよい。この場合、板ばねＢｌはエレメントＥ２の長手方向延在長さに対して平行に方向付けられていて、力作用下でエレメントＥ２に向かって変位可能である。いま、一方のエレメントＥ１も同じく長手方向延在長さを有していて、板ばねＢｌに固く結合されている。この場合、結合部は板ばね中心に作用している。いま、この結合部を介して、エレメントＥ１に直線形に作用した力Ｆが、エレメントＥ２の方向での板ばねＢｌの変位を生ぜしめる。まさにこの変位が、作用した力Ｆに対する関係を成していて、検出されるようになっている。
【００２０】
いま、図６には、図５に示した装置が、エレメントＥ１への回転による力の作用下で示してある。この力は板ばねＢｌに伝達される。この板ばねＢｌは力導入の点で曲げられ、したがって、板ばねＢｌのＳ字形の曲げを生ぜしめる。導入点は同時にシステムの回転点も成している。
【００２１】
図５および図６に示した実施例でも、位置センサＨ，Ｓが、エレメントＥ２の長手方向延在長さへの回転点Ｄの投影図、まさに箇所ｘ０に配置されている。板ばねのための緊締箇所ｘ１，ｘ２を備えた装置のジオメトリに基づき、同じく点ｘ１からの間隔（ｘ２〜ｘ１）／２を有する箇所ｘ０に回転力作用時に回転点Ｄが得られる。
【００２２】
本発明は、自動車への使用に対して卓越して、車両シート上の車両乗員または物体の重量の測定のために適している。この量は、エアバッグの膨張特性に影響を与えることができるようにするために必要となり、場合によっては、たとえばチャイルドシートの存在が確認される場合の膨張すら阻止するために必要となる。
【００２３】
この場合、通常、エレメントＥ１は車両シートレールであり、エレメントＥ２はフロアパネルである。すなわち、シートレールは、それぞれ２つの本発明による装置を介してばね弾性的に車両フロアに支承されている。この場合、装置は、有利には、それぞれシートレールの端部に配置されている。
【００２４】
特に本発明のこの使用時にその利点が有効となる。特に直線形に下方に働く乗員体重を、たとえば車両の制動時にシートに作用するような回転による力がシートに影響を与えることなしに検出することが見込まれている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】位置センサによって力を検出するための本発明による装置を示す図である。
【００２６】
【図２】切断線Ｒ−Ｒ′に沿った、図１に示した位置センサの横断面図である。
【００２７】
【図３】ストローク測定タップの、本発明に基づく問題性の概略図である。
【００２８】
【図４】トルクの影響下の図１に示した装置を示す図である。
【００２９】
【図５】本発明による別の装置の横断面図である。
【００３０】
【図６】トルクの影響下の図５に示した装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
ＡＢ  測定タップ、  Ｂｌ  板ばね、  Ｄ  回転点、  Ｅ１，Ｅ２  エレメント、  Ｆ  力、  Ｆｅ  フェライトコア、  Ｆ１，Ｆ２  ばね、  Ｈ，Ｓ，Ｈ１，Ｓ１，Ｈ２，Ｓ２  センサ、  Ｈｄ  間隔、  Ｌ  長手方向延在長さ、  Ｍ  ナット、  ＭＰ  測定点端部、  ＭＲ  測定方向、  Ｒｅ  物体、  ｒ  間隔、  ＳＷ  センサ重心、  Ｓ１，Ｓ２  コイル、  ｘ０，ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４  箇所、  Ｚｐ  ピン、  φ  回転角
【国際公開パンフレット】
2004530122.tif 000003
2004530122.tif 000004
2004530122.tif 000005
2004530122.tif 000006
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【国際調査報告】
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