Es ist bekannt, Blattfedern zur Kraft-Weg-Wandlung zu verwenden. Wenn deren Enden, wie üblich, lose auf einem Gegenlager aufliegen, verschieben sie sich bei einer Verbiegung der Blattfeder, was einerseits mit Verschleiß und andererseits mit Reibung und daraus resultierender Hysterese verbunden ist. Bei Blattfedern, die an beiden Enden starr befestigt sind, besteht das Problem, dass bei einer Auslenkung bzw. Biegung der Feder senkrecht zu einer Verbindungslinie ihrer Enden große Kräfte in Richtung der Materialebene auftreten, was die Feder sehr steif macht und zu einer bleibenden Verformung bzw. Schädigung der Feder führen kann, wodurch die Federkennlinie verändert wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Feder, insbesondere Blattfeder, deren Enden starr befestigbar sind und die dennoch bei Biegungen eine große Schwingungsdauerfestigkeit und eine minimale Hysterese aufweist, sowie eines Kraft-Weg-Wandlers mit einer solchen Feder.

Eine erste Lösung der die Feder betreffenden Aufgabe wird mit einer Feder gemäß dem Anspruch 1 erzielt.

Eine weitere Lösung der vorgenannten Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 2 erzielt.

Die Ansprüche 3 bis 9 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Feder gerichtet.

Der den Wandler betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

Der erfindungsgemäße Wandler wird mit den Merkmalen der Ansprüche 11 bis 13 in vorteilhafter Weise weitergebildet.

Die Erfindung eignet sich für ein breites Anwendungsspektrum, bei denen eine Kraft gemessen werden soll und ist insbesondere für den Einsatz bei Gewichtssensoren einer Insassengewichtserkennung von Kraftfahrzeugen geeignet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Kraft-Weg-Wandler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 den Kraft-Weg-Wandler von Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung, Fig. 3 einen Kraft-Weg-Wandler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 4 den Kraft-Weg-Wandler von Fig. 3 in einer Explosionsdarstellung, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Blattfeder, Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Blattfeder,

Fig. 7 eine Seitenansicht der Blattfeder gemäß Fig. 6 und Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer gegenüber Fig. 6 abgeänderten Ausführungsform einer Blattfeder.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 anhand eines ersten Ausführungsbeispiels erläutert.

Gemäß Fig. 1 enthält ein erfindungsgemäßer Kraft-Weg-Wandler eine Blattfeder 1 mit einem mittleren Bereich 2 und zwei Endbereichen 4. Der mittlere Bereich 2 geht über gekröpfte Übergangsbereiche 3 in die Endbereiche 4 über. Jeder Übergangsbereich 3 ist im dargestellten Beispiel als Kröpfung mit zwei gegenläufig gebogenen Abschnitten ausgebildet. Durch die beiden Übergangsbereiche 3 weist der mittlere Bereich 2 einen Abstand von einer zwischen den Endbereichen 4 verlaufenden Verbindungsgeraden auf. Für die Blattfeder kann jedes geeignete federelastische Material, wie beispielsweise Federstahl, verwendet werden.

Der erfindungsgemäße Wandler enthält ferner ein Gehäuse 5, das aus einem Deckel 6 und einer Basisplatte 7 besteht. Der Deckel 6 weist Löcher 11, die vorzugsweise als Bohrungen ausgeführt sind, auf.

Im zusammengesetzten Zustand des Kraft-Weg-Wandlers gemäß Fig.

1 umschließt das Gehäuse 5 die Feder 1. Die Feder 1 kann mit (nicht dargestellten) Befestigungsmitteln, wie z. B. Schrauben, die durch die Löcher 11 und entsprechende Aussparungen an den Endbereichen 4 der Feder 1 durchgeführt sind, zwischen der

Basisplatte 7 und dem Deckel 6 eingespannt bzw. starr befestigt werden. Der dabei eingespannte Bereich der Feder 1 entspricht im wesentlichen ihren Endbereichen 4. Der Deckel 6 weist weiterhin einen Durchlass 10 zur Aufnahme eines mit dem mittleren Bereich 2 der Feder 1 verbundenen Bolzens bzw.

Stössels 8 auf. Der Bolzen 8 ist dabei vorzugsweise durch ein Bolzenloch 21 (vgl. Fig. 2) der Feder 1 bis zu einer an dem Bolzen 8 vorgesehenen Anschlagplatte geführt und mit einer Mutter 9 an der Feder 1 befestigt. Alternativ kann der Bolzen unmittelbar mit der Feder verschweißt sein.

Die Basisplatte 7 weist vorteilhafterweise zwischen ihren Auflagebereichen, an welchen die Endbereiche 4 der Feder 1 aufliegen, eine verminderte Dicke auf, um das mögliche Auslenkmaß der Feder 1 in Z-Richtung zu erhöhen.

Fig. 2 zeigt Aussparungen 20 in dem mittleren Bereich der Feder 1. Diese Aussparungen 20 verringern das Flächenträgheitsmoment und tragen zu einer vorteilhaften Spannungsverteilung im zulässigen Spannungsbereich in der Feder bei größtmöglicher Auslenkbarkeit der Feder in Z- Richtung bei.

Die Funktionsweise des Kraft-Weg-Wandlers wird nachstehend erläutert.

Bei Einleitung einer Kraft in Z-Richtung in den Bolzen 8 bewegt sich dieser linear und lenkt die Feder 1 dabei kraftproportional entsprechend ihrer Federkonstanten in Z- Richtung aus. Die Übergangsbereiche 3 bewirken hierbei, dass die Feder 1 ihre Auslenkung in Z-Richtung überwiegend durch eine Biegung realisiert und sie die Auslenkung mit geringer

Zugbelastung in Richtung der Materialebene, d. h. in X- Richtung, ausführen kann.

Das Bolzenloch 21 ist vorzugsweise mittig in dem mittleren Bereich 2 der vorzugsweise insgesamt symmetrisch ausgebildeten Feder 1 ausgebildet, um eine translatorische Verformung des mittleren Bereichs 2 der Feder 1 bei einer Krafteinleitung in Z-Richtung zu gewährleisten und eine Drehbeanspruchung der Feder 1 zu verhindern.

Das Gehäuse 5, der Bolzen 8 sowie die Mutter 9 können aus beliebigen geeigneten Materialien, vorzugsweise Stahl, hergestellt sein.

Fig. 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei zu dem ersten Ausführungsbeispiel ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Der Kraft-Weg-Wandler des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem ersten vor allem dadurch, dass die Endbereiche 4 der Blattfeder 31 nicht in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Der mittlere Bereich 2 der Blattfeder 31 geht über einfach gebogene Übergangsbereiche 3 in die Endbereiche 4 über, sodass Ebenen, in denen die Endbereiche angeordnet sind, sich im dargestellten Beispiel unterhalb der Ebene des mittleren Bereiches schneiden. Die Ausbildung ist vorzugsweise symmetrisch, sodass die Winkel zwischen den Ebenen der Endbereiche 4 und der Ebene des mittleren Bereiches 2 gleich sind.

Im zusammengebauten Zustand gemäß der Darstellung von Fig. 3 liegen die Endbereiche 4 der Feder 31 jeweils auf einem Gegenhalter 36 auf, dessen Auflagefläche die gleiche Neigung

zu der X-Y-Ebene wie die Endbereiche 4 der Feder 31 hat.

(Nicht dargestellte) Befestigungsmittel wie bspw. Schrauben können durch die Deckellöcher 11 sowie entsprechende Aussparung der Endbereiche 4 der Feder 31 geführt werden und an den Gegenhaltern 36 befestigt werden. Die Gegenhalter 36 sind als zwei separate Teile ausgeführt, die über die Befestigungsmittel starr an dem Deckel 6 fixiert werden können, wobei vorteilhafterweise die Endbereiche 4 zwischen den Gegenhaltern 36 und dem Deckel 6 eingespannt und starr festgelegt sind. Diese Ausführungsform des Wandlers ist nach unten offen. Der Deckel bildet den Festigkeit gebenden Grundkörper des Wandlers.

Wird nun durch den Bolzen 8 auf die Feder 31 eine Kraft in Z- Richtung eingeleitet, verformt sich die Feder 31 entsprechend ihrer Federkonstanten in Z-Richtung. Durch die gebogenen Übergangsbereiche 3 unmittelbar an den Endbereichen 4 der Feder 31 wird die Feder 31 je nach Kraftrichtung der eingeleiteten Kraft auf Druck oder auf Zug unter Verformung der Übergangsbereiche beansprucht.

Die Ausführung der Federn 1, 31 als Blattfedern in den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist beispielhaft zu verstehen. Die Blattfedern 1, 31 weisen dabei vorzugsweise gleichmäßige Dicke auf, was ihre Herstellung vereinfacht. Die erfindungsgemäße Feder kann in vielfältiger Weise abgeändert werden. Sie kann mit unterschiedlicher Dicke oder anderer Biegung der Übergangsbereiche, auch um mehr als 180°, als Draht bzw. Stab usw. ausgebildet werden.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Blattfeder 38, deren mit dem Bolzenloch 21 ausgebildeter mittlerer Bereich 2 über zunächst mit dem mittleren Bereich 2 in einer Ebene

verlaufende Abschnitte 31 der Übergangsbereiche 3 und dann um 90° Grad nach oben gebogene Abschnitte 32 der Übergangsbereiche 3 in kurze Endbereiche 4 übergehen, die in Stirnflächen 40 enden. Die Dicke und die Breite der Blattfeder 38 ist über deren gesamte Länge gleich. Die Flächenträgheitsmomente der Abschnitte 31 sind mittels Aussparungen 20 geschwächt. Die Blattfeder 38 kann vorteilhafterweise durch Verlöten oder Verschweißen ihrer Stirnflächen 40 mit einer ähnlich der Basisplatte 7 der Fig. 1 ausgebildeten Basisplatte befestigt werden. Bei einer Auslenkung des mittleren Bereiches 2 verbiegen sich die Abschnitte 3 und dehnen sich die Abschnitte 31, wodurch auch bei dieser Ausführungsform der Blattfeder eine hysteresearme Verformung mit über lange Betriebsdauern gleich bleibender Kennlinie erreicht wird.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Blattfeder 42, deren mittlerer Bereich 2 über in ihrer Dicke zunächst abnehmende, dann gleichbleibende und anschließend zunehmende Übergangsbereiche 3 in Endbereiche 4 übergeht, die wiederum mit einer entsprechend geformten Basisplatte des Wandlers durch Löten oder Schweißen oder auch Einspannen starr verbunden werden können. Im Gegensatz zu den vorgenannten Blattfedern, bei denen der mittlere Bereich 2 von einer Verbindungsebene bzw. Verbindungslinie der Endbereiche durch die Kröpfung bzw. Krümmung entfernt ist, ist die Blattfeder 42 gemäß Fig. 6 zumindest an ihrer Unterseite insgesamt eben.

Dadurch, dass das Flächenträgheitsmoment infolge der verminderten Dicke zwischen den Endbereichen und dem mittleren Bereich ein Minimum durchläuft, biegt und dehnt sich die Blattfeder 42 bei einer Auslenkung ihres mittleren Bereiches, ohne dass es zu Materialüberbeanspruchungen kommt, wodurch

wiederum eine hysteresearme und über lange Betriebsdauern gleichbleibende Kennlinie erreicht wird.

Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht der Blattfeder gemäß Fig. 6 und verdeutlicht die Dickenänderungen.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von der der Fig. 6 dadurch, dass das Flächenträgheitsmoment der Übergangsbereiche 3 nicht nur durch deren Dickenabnahme reduziert ist, sondern zusätzlich dadurch, dass in den Übergangsbereichen 3 an deren Abschnitten mit geringster Dicke Aussparungen 20 ausgebildet sind, die vorteilhafterweise elliptische Gestalt haben, wobei die Längsachsen der Ellipsen in Breitenrichtung der Blattfeder 44 zeigen und die kurzen Achsen der Ellipsen in Längsrichtung der Blattfeder 44 gerichtet sind.

Die beschriebenen Blattfedern sind nur beispielhaft. Die Gestalt der Blattfedern in Aufsicht oder Seitenansicht kann in unterschiedlichster Weise abgeändert werden. Des weiteren müssen die Federn nicht zwangsläufig als Blattfedern ausgebildet sein, sondern können stabartig geformt sein, wobei der Stab runden oder rechteckigen, längs seiner Länge unterschiedlichen Querschnitt aufweisen kann und in unterschiedlicher Weise gebogen sein kann, solange die geschilderten charakteristischen Eigenschaften, wie Biegungen der Übergangsbereiche und/oder sich verändernde Flächenträgheitsmomente vorhanden sind und die Federn an ihren Enden an einem entsprechend steifen Bauteil starr befestigt sind. Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen können in unterschiedlichster Weise miteinander kombiniert werden.

Die erfindungsgemäßen Federn garantieren bei einer Schwingung senkrecht zu ihrer Längserstreckung und senkrecht zu ihrer Materialebene eine große Dauerfestigkeit und eine minimale Hysterese. Durch die Art der Biegung der Übergangsbereiche und/oder der Verminderung des Flächenträgheitsmoments können die elastischen Eigenschaften der Feder bzw. deren Kraft-Weg- Kennlinie an die jeweilige Verwendung angepasst werden.

Der erfindungsgemäße Kraft-Weg-Wandler kann in Verbindung mit einem beliebigen geeigneten Auslenkungsdetektiermittel bzw.

Wegsensor, wie z. B. einem induktiven Wegsensor zur Erfassung der Auslenkung des Bolzens bzw. der Feder, als Gewichtssensor verwendet werden. Der Wegsensor, ggf. ergänzt mit einer Signalverarbeitungsschaltung zur Signalauswertung, kann innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 5 vorgesehen sein. Bei einer Verwendung eines derartigen Gewichtssensors zur Insassengewichtserkennung bei Kraftfahrzeugen gewährleistet die beidseitig fest eingespannte Feder, dass alle durch eine Normalbelastung eines Kraftfahrzeugsitzes auftretenden Kräfte sicher aufgenommen und detektiert werden. Die Aussparungen 20 in den Übergangsbereichen 3 müssen nicht zwangsläufig durchgehende Löcher sein, sondern können auch als Ausnehmungen mit verminderter Dicke ausgebildet sein.