DE102005061884A1 - Connection element for force measurement has distance measurement device emitting measurement signal for determining geometric change of slot - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of technology
Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.The The invention relates to a connecting element according to the preamble of the independent claim.
Aus
Offenbarung der Erfindungepiphany the invention
Das erfindungsgemäße Verbindungselement mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, dass durch die Verwendung einer ein Messignal emittierende Abstandsmesseinrichtung eine Minimierung des Bauraums möglich ist, im Speziellen der Baulänge und einer Einschränkung der einwirkenden Kräfte möglich ist. Die Herstellbarkeit mit Standardbauelementen wird vereinfacht und der Einfluss von Querkräften minimiert. Hierbei ist zu beachten, dass das Verbindungselement so gestaltet wurde, dass es sich selbst in der Auslenkung einschränkt.The inventive connecting element with the characteristics of the independent Claim has opposite the advantage that by using a distance measuring device emitting a measuring signal a minimization of the installation space possible is, in particular, the length and a restriction the acting forces is possible. The manufacturability with standard components is simplified and the influence of shear forces minimized. It should be noted that the connecting element designed to restrict itself in deflection.
Grundgedanke der Erfindung ist, dass eine ein Messsignal emittierende Abstandsmesseinrichtung vorliegt, die berührungslos konfiguriert ist und vorzugsweise ein Sende- und ein Empfangsmodul umfasst. Das Sendemodul emittiert das Messsignal, das beispielsweise nach einer Reflexion von dem Empfangsmodul wieder empfangen wird. Durch die Krafteinwirkung verändert sich der Abstand, den die Abstandsmesseinrichtung misst, wobei sich vorliegend der Abstand bei Zug vergrößert und bei Druck verringert. Dieser veränderte Abstand wird durch die Abstandsmesseinrichtung gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Der geänderte Abstand ist ein Maß für die einwirkende Kraft. Die Abstandsmesseinrichtung kann dabei mehr als ein Sende- und/oder Empfangsmodul aufweisen. Dieses berührungslose Messprinzip erlaubt eine momentenfreie Messung. Insbesondere im Vergleich zu Lösungen mit einem doppelten Biegebalken ergibt sich für die erfindungsgemäße Lösung ein besseres Verhältnis von Auslenkung zur Länge. Damit ergibt sich auch ein kleinerer Bauraum.basic idea the invention is that a distance measuring device emitting a measuring signal is present, the contactless is configured and preferably comprises a transmitting and a receiving module. The transmission module emits the measurement signal, for example, after a reflection from the receiving module is received again. By changed the force the distance that the distance measuring device measures is in this case, the distance is increased in train and reduced in pressure. This changed Distance is measured by the distance measuring device and in a converted electrical signal. The changed distance is a measure of the acting Force. The distance measuring device can have more than one transmission and / or receiving module. This non-contact measuring principle allows a torque-free measurement. Especially compared to solutions with a double bending beam results for the inventive solution better ratio from deflection to length. This also results in a smaller space.
Unter Emission wird die Abgabe des Messsignals in ein Medium verstanden, durch das das Messignal sich ausbreiten kann. Vorzugsweise ist das Medium Luft, die sich im Schlitz befindet.Under Emission is understood as the delivery of the measurement signal into a medium through which the measuring signal can spread. Preferably, the medium is Air that is in the slot.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Verbindungselements möglich.By those in the dependent Claims listed measures and further developments are advantageous improvements of the independent claim specified connection element possible.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Abstandsmesseinrichtung optisch ausgebildet ist. Dies ist eine einfach realisierbare, berührungslose Abstandsmesseinrichtung. Alternativ können auch Ultraschall- oder Radarmessmethoden verwendet werden. Bei der Ultraschallmethode emittiert die Abstandsmesseinrichtung Ultraschallwellen und bei der Radarmessmethode ein Hochfrequenzsignal als Messsignal. Dabei kann die Abstandsmesseinrichtung, sofern sie optisch ausgebildet ist, wenigstens eine lichtimitierende Diode oder einen Laser als Sendemodul aufweisen und als Photoempfänger eine Photodiode oder einen Phototransistor oder andere geeignete Photoempfänger aufweisen. Insbesondere hat sich die Messung im Ultravioletten als besonders vorteilhaft erwiesen. Ultraviolett weist eine geringere Absorption bei Wasser auf, so dass beim Eindringen von Feuchtigkeit oder Wasser in das Verbindungselement ultraviolettes Licht weniger gedämpft wird als beispielsweise sichtbares oder infrarortes Licht.Especially It is advantageous that the distance measuring device is optically formed is. This is an easily realizable, non-contact distance measuring device. Alternatively you can also ultrasonic or radar methods are used. In the Ultrasonic method emits the distance measuring device ultrasonic waves and in the Radarmessmethode a high-frequency signal as a measurement signal. In this case, the distance measuring device, if they are optically formed is at least one light-emitting diode or a laser as Transmit module and as a photoreceiver, a photodiode or a Phototransistor or other suitable photoreceiver. Especially the measurement in the ultraviolet has proven to be particularly advantageous proved. Ultraviolet has less absorption with water so that when moisture or water enters the Connecting element ultraviolet light is less attenuated as, for example, visible or infrared light.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Verbindungselement zur Kraftmessung in vertikaler Richtung konfiguriert ist. Dabei ist dann die Abstandsmesseinrichtung entweder an der oberen oder an der unteren Seite des Schlitzes angeordnet. Die vertikale Kraftmessung ermöglicht die besonders einfache Messung der Sitzkraft, denn das Verbindungselement ist vorzugsweise als Kraftmesselement in Fahrzeugen an Fahrzeugsitzen angebracht, um das Gewicht und die Gewichtsverteilung auf den jeweiligen Sitzen zu ermitteln.Farther it is advantageous that the connecting element for force measurement is configured in the vertical direction. In this case, then the distance measuring device arranged either on the upper or on the lower side of the slot. The vertical force measurement allows the particularly simple measurement of the seat force, because the connecting element is preferably used as a force measuring element in vehicles on vehicle seats attached to the weight and weight distribution on the respective seats to investigate.
Vorteilhafter Weise weist das Verbindungselement eine Kraftbegrenzung auf, die ab einer bestimmten Kraft die Kraft über ein Befestigungselement des Verbindungselements ableitet. Dieses Befestigungselement ist beispielsweise ein Gewinde, das in den Sitz eingeschraubt ist. Aber auch eine Nietverbindung oder andere Verbindungen werden so genutzt.Favorable Way, the connecting element has a force limiting, the above a certain force, the force via a fastener der der Verbindungselements derives. This fastener is For example, a thread that is screwed into the seat. But Also a rivet connection or other connections are used in this way.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die Abstandsmesseinrichtung mit einem Halter verbunden ist und der Halter von außen, also außerhalb des Verbindungselements verschiebbar ist, sodass dann ein Arbeitspunkt für die Abstandsmesseinrichtung einstellbar ist. Diese Verschiebung kann mechanisch oder magnetisch konfiguriert sein.It is also advantageous that the distance measuring device with a holder is connected and the holder from the outside, ie outside of the connecting element is displaceable, so then an operating point for the Distance measuring device is adjustable. This shift can be configured mechanically or magnetically.
Es ist auch von Vorteil, dass der Abstand zwischen Hülse und Biegebalen sich zum Gewinde hin verjüngt.It is also advantageous that the distance between sleeve and Bending Bend tapers towards the thread.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description explained. Show it:
Beschreibungdescription
Bei bekannten Sitzkraftsensoren werden S- oder stabförmige Elemente eingesetzt, die sich bei Kraft- oder Momenteneinwirkung verformen. Nachteilig daran sind der große Bauraum, den diese Bauformen benötigen und die schwierige Integrierbarkeit in bisherige Befestigungselemente wie Schrauben oder Bolzen. Die Bolzenform ist zur Beibehaltung des so genannten H-Punkts, der angibt, in welcher Höhe sich der Hüftpunkt des Fahrzeuginsassen zum Fahrzeugboden befindet, notwendig. Das heißt eine Substitution bestehender Elemente, wie z. B. die Bolzen in einem üblichen Fahrzeugsitz, verändert den H-Punkt nicht. Der Einbau eines Systems, z. B. unter eine Sitzschiene, die sich zwischen Sitz und Fahrzeugboden befindet, würde jedoch diesen Punkt verändern.at known seat force sensors are used S or rod-shaped elements, which deform during the application of force or torque. adversely that's the big one Space required by these designs and the difficult integration into existing fasteners like screws or bolts. The bolt shape is to maintain the so H-point, which indicates the height of the hip point of the vehicle occupant to the vehicle floor is necessary. The is called a substitution of existing elements, such. B. the bolt in a usual one Vehicle seat, changed not the H-point. The installation of a system, eg. B. under a seat rail, which is located between the seat and the vehicle floor, however change this point.
Die Erfindung ermöglicht eine Kraftmessung mit einem speziell gestalteten Verbindungselement als Schraube oder Bolzen. Das Verbindungselement weist eine einfache Geometrie auf, die die Messung als solche zulässt und optional einem zusätzlichen Bauelement, welches die Möglichkeit bietet, die mechanischen Belastungen zu limitieren. Es handelt sich also um eine Kraftbegrenzung. Zur Erfüllung der Kraftbegrenzung wirkt ein so genannter Limit-Stopp eingesetzt. Dies ermöglicht eine auf das Verbindungselement einwirkende Kraft, bevorzugt in Vertikalrichtung, also Fahrzeug-Z-Richtung zu messen. Diese Messmethode stellt sicher, dass sich der benötigte Bauraum gegenüber heutigen Systemen auf zwei Drittel des Bauraums verkürzt.The Invention allows a force measurement with a specially designed connecting element as Screw or bolt. The connecting element has a simple Geometry, which allows the measurement as such and optionally an additional component, which the possibility offers to limit the mechanical loads. It is about So a force limit. To fulfill the force limitation acts used a so-called limit stop. this makes possible a force acting on the connecting element, preferably in Vertical direction, so to measure the vehicle Z direction. This measurement method Make sure the needed Space opposite Today's systems shortened to two-thirds of the space.
Kerngedanke der Erfindung ist es, eine ein Messsignal emittierende Abstandsmesseinrichtung in einem Schlitz des Verbindungselements vorzusehen. Diese Abstandsmesseinrichtung ist berührungslos ausgebildet und kann vorzugsweise wenigstens eine Diode und wenigstens einen Phototransistor als Empfänger verwenden. Die Diode kann dabei zur Emission von Licht im ultravioletten Bereich als dem Messsignal ausgebildet sein, wobei dieses Licht dann vom Biegebalken reflektiert wird. Dabei werden dann die Diode und der Phototransistor, der das Licht wieder aufnimmt, gegenüber dem Biegebalken angebracht. Der Phototransistor kann vorzugsweise neben der Diode bevorzugt im selben Bauteil, also an einem Modul eingebaut sein, nimmt die vom Biegebalken reflektierten Lichtwellen auf und wandelt diese in einen Strom entsprechend der Intensität der einfallenden Lichtwelle um. Die Intensität wird durch den Abstand des Reflektors, in diesem Fall des Biegebalkens, bestimmt. Da sowohl eine Entfernung als auch eine Annäherung des einfachen Biegebalkens einen Phototransistor gemessen werden kann, wird die Messung von Kräften in unterschiedlichen Richtungen ermöglicht, was die Genauigkeit der Abstandsmesseinrichtung erhöht. Bei dieser Messmethode kann sowohl eine Diode in Form einer fokussierten Lichtquelle als auch eine Diode in Form einer diffusen Lichtquelle verwendet werden.core idea The invention is to a measuring device emitting a distance measuring device in to provide a slot of the connecting element. This distance measuring device is contactless formed and may preferably at least one diode and at least a phototransistor as a receiver use. The diode can thereby emit light in the ultraviolet Range be formed as the measurement signal, this light then is reflected by the bending beam. In this case, then the diode and the phototransistor, which resumes the light, opposite the Bending beam attached. The phototransistor may preferably be adjacent the diode preferably in the same component, that is installed on a module be, absorbs the light waves reflected by the bending beam and converts them into a stream according to the intensity of the incident Light wave around. The intensity is determined by the distance of the reflector, in this case the bending beam, certainly. Because both a distance and an approximation of the simple bending beam a phototransistor can be measured, will be the measurement of forces in different directions, allowing for accuracy the distance measuring device increases. In this measurement method, both a diode in the form of a focused Light source as well as a diode in the form of a diffuse light source be used.
Das optische Messelement ist an einem Halter befestigt, der zu grundlegenden Positionierung von außen verschoben werden kann, sodass der optimale Arbeitspunkt beim Aufbau des Sensors eingestellt werden kann.The Optical measuring element is attached to a holder that is too basic Positioning from the outside can be moved, so the optimal working point in the construction of the sensor can be adjusted.
Der
Sensor ist am Gewinde
Für die Auswertung
des Signals der Abstandsmesseinrichtung ist eine Auswerteschaltung vorgesehen.
Diese Auswerteschaltung kann sich am Verbindungselement selbst befinden
oder in einem Steuergerät.
Ist die Auswerteschaltung am Verbindungselement kann sie sich beispielsweise
am Kopf des Verbindungselements befinden. Ist die Auswerteschaltung
im Steuergerät,
dann sind am Verbindungselement Schaltkreise zur Signalaufbereitung vorgesehen:
Beispielsweise ein Messverstärker,
ein Analog-Digital-Wandler und ein Sendebaustein, wobei bei einer
Busverbindung der Sendebaustein als Buscontroller ausgebildet sein
kann. Die signalführenden
Kabel können
von der Abstandsmesseinrichtung
Durch eine geschickte Wahl des Aufhängungspunkts des optischen Messelements kann eine Messung eines Moments, welches um die X-Achse rotiert, vermieden werden. Dabei ist sowohl vertikal, also in Z-Richtung als auch horizontal ein Punkt zu wählen, der keine Verschiebung im Falle eines Moments vorweist. Eine Sensierung im Fall einer Belastung in X-Richtung ist nicht möglich. Damit werden die Einflüsse von unerwünschten Kräften, die nicht in Messrichtung gerichtet sind, minimiert.By a clever choice of suspension point of the optical measuring element may be a measurement of a moment which to be rotated around the X-axis, be avoided. It is both vertical, so in Z-direction as well as horizontally choose a point that does not shift in case of a moment. Sensation in case of stress in the X direction is not possible. This will be the influences of unwanted forces which are not directed in the measuring direction, minimized.
Um
eine Überbeanspruchung
des Biegebalkens
Claims (8)
Priority Applications (1)
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| DE102005061884A DE102005061884A1 (en) | 2005-12-23 | 2005-12-23 | Connection element for force measurement has distance measurement device emitting measurement signal for determining geometric change of slot |
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| DE102005061884A1 true DE102005061884A1 (en) | 2007-07-05 |
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Cited By (1)
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| TWI409390B (en) * | 2011-01-19 | 2013-09-21 | Kabo Tool Co | Screw having stress sensing device |
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2005
- 2005-12-23 DE DE102005061884A patent/DE102005061884A1/en not_active Withdrawn
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