DEVICE FOR MEASURING THE AXIAL LOAD OF VEHICLES

Abstract: 1. Device for measuring the axle load of vehicles, particularly road vehicles having an axle housing which is intended to receive the drive axle and which is subject to fluctuating flexure forces under a fluctuating axle load, and having a sensor which senses stress variations at the axle housing and which delivers corresponding electrical signals to a receiver, characterized in that the axle housing is provided in the direction of engagement of the load and at least approximately at right angles to the wheel axis with a bore (26) as measurement bore, in which the sensor is fastened by means of a conical seat surface.

Description: Vorrichtung zum Messen der Achslast von Fahrzeugen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Messen der Achslast von Fahrzeugen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine derartige Vorrichtung ist bekannt (DE-PS 25 50 288). Bei dieser bekannten Vorrichtung wird ein magnetoelastischer Geber am Achsgehäuse festgeschweisst. Der Geber hat einen kreuzförmigen Kern mit senkrecht zueinander angeordneten Wicklungen. Wenn am Kern durch Längenänderung des Achsgehäuses eine Kraft wirkt, treten Flussänderungen des magnetischen Flusses auf, die abgegriffen und zur Bestimmung von Belastungsänderungen ausgewertet werden können. Ein solcher Geber ist umständlich und teuer. Es ist ausserdem auch schon bekannt, einen Dehnungsmessstreifen am Achsgehäuse zu befestigen. Das hat aber den Nachteil, dass ein solcher Messstreifen leicht verlorengehen oder beschädigt werden kann, so dass dieser zwar kurzzeitig funktioniert, auf die Dauer aber nicht zuverlässig ist. Solche Dehnungsmessstreifen sind deshalb in einer Serienfertigung nicht verwendbar. Ausserdem sind sie schlecht austauschbar und zum Ansteuern von lastabhängigen Bremskraftreglern nicht geeignet, wo Zuverlässigkeit und lange Standzeiten erforderlich sind. Vorteile der Erfindung Die eingangs genannte Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber die Vorteile, dass die Sensoren sehr einfach sind und gut zu befestigen sind, dass sie zuverlässig arbeiten und eine lange Lebensdauer haben. Durch ihre besondere Befestigung besitzen sie einen guten und lange Zeit stabilen Kraftschluss mit dem Achsgehäuse. Zeichnung Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Leicht nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 die Anbaustellen der Sensoren an einem Fahrzeug, Figur 2 ein Dehnungs-Diagramm, Figur 3 eine erste zylindrische Ausführung eines Sensors mit Messscheibe, Figur 4 eine Ausführung mit Messlasche, Figur 5 einen Dickschicht-Sensor in Draufsicht und im Schnitt, Figur 6 eine Schaltung in Halbbrücken-Bauweise, Figur 7 eine Vollbrücken-Bauweise, Figur 8 die der Figur 7 entsprechende Schaltung, Figur 9 eine andere Sensor-Bauart in Draufsicht und Seiten-Ansicht, Figur 10 eine konische Ausführung des Sensors und die Figuren 11 und 12 zwei weitere Ausführungen eines konischen Sensors. Beschreibung der Ausführungsbeispiele Ein Strassen-Nutzfahrzeug hat eine Antriebsachse, die aus zwei Halbachsen besteht, von denen jede ein Fahrzeugrad 1 und 2 trägt. Ein die Halbachsen aufnehmendes Achsgehäuse 3 hat einen Tunnel 4 für den Antrieb und zwei hohle, kegelige Arme 5 und 6, die zur Abstützung eines Wagenkastens 7 und zur Aufnahme der Fahrzeug-Halbachsen bestimmt sind. Am Achsgehäuse 3 sind zwei alternative Messstellen X und Y vorgesehen, von denen die eine (X) im Bereich des Tunnels 4 und die andere (Y) an einem Arm 6 angeordnet ist. Im Diagramm nach der Figur 2 ist zu erkennen, dass bei senkrechter Belastung des Achsgehäuses 3 die grössere Dehnung an der Messstelle Y auftritt. Diese Erkenntnis muss bei der Wahl der Anordnung der Messstellen berücksichtigt werden. Die Figur 3 zeigt im Schnitt und in Draufsicht eine erste Ausführung eines Sensors. In das Achsgehäuse 3 wird eine Messbohrung 8 von 7 bis 20 mm Durchmesser eingebracht, in die ein pilzförmiger, hohler zylindrischer Tragkörper 9 eingepresst wird. Eine nach aussen auf einen grösseren Durchmesser abgesetzte axiale Durchbohrung 10 des Tragkörpers 9 nimmt innen eine Messscheibe 11 und aussen einen Anschluss 12 auf, der durch einen radialen Seitendurchbruch 13 des Pilzkopfes nach aussen geführt ist. Die Messscheibe 11 trägt Dehnwiderstände 14 als Dehnungsmessstreifen in der Art, wie sie unter der Schnitt-Darstellung abgebildet ist. Anstatt eines zylindrischen Tragkörpers 9 kann, wie die Figur 4 im Schnitt und in Draufsicht zeigt, auch eine längliche Messlasche 15 verwendet werden. Diese ist als rechteckiger Streifen ausgebildet und hat zwei Füsse 16 und 17. Die Füsse 16 und 17 sind in Messbohrungen 18 und 19 des Achsgehäuses 3 verankert. Eine Messscheibe 20, die ebenso wie die Messscheibe 11 Dehnwiderstände 14 als Dehnungsmessstreifen trägt, ist auf der Messlasche 15 befestigt (vgl. Draufsicht). Die Messscheibe 20 hat einen Anschluss 21, der durch einen Durchbruch 22 einer Streifen-Flanke 23 nach aussen geführt ist. Die Figuren 6 und 8 zeigen die Schaltung der Dehnwiderstände 14. Dabei ist in der Figur 6 eine Halbbrücken-Ausführung und in der Figur 8 eine Vollbrücken-Ausführung in Form einer Wheatstoneschen Brücke dargestellt. In der Halbbrücken-Bauweise nach der Figur 6 sind ein Widerstand R1 passiv und ein Widerstand R2 aktiv und in der Vollbrücken-Bauweise nach der Figur 8 sind die Widerstände R1 und R4 passiv und die Widerstände R2 und R3 aktiv. Die aktiven Widerstände liegen in der Dehnzone, die in den Figuren 3 und 4 durch Pfeile dargestellt sind. Die passiven Widerstände sind lediglich Ergänzungswiderstände. In den Figuren 3 und 4 liegen R1, R4 zwar auch in der Dehnzone, sind aber so gerichtet, dass sie in Dehnrichtung keine Messempfindlichkeit besitzen. Die Widerstände R1, R2, R3 und R4 sind entweder in konventioneller Klebetechnik oder in Dick- oder Dünnschichttechnik ausgeführt. Es können zur Herstellung der Messscheiben 11 und 20 aber auch emaillierte Stahlplättchen verwendet werden, die sich besonders zur Aufbringung von Dickschicht Dehnungsmessstreifen eignen. Die Figur 5 zeigt einen zylindrischen, pilzförmigen Tragkörper 24, dessen Schaft 25 in eine Achsgehäuse-Bohrung 26 als Messbohrung eingepresst ist und dessen Kopf 27 mit einem diametral verlaufenden Schlitz 28 (oder einer Nut) versehen ist, in den ein Messplättchen 29 eingepresst ist. Das Messplättchen 29 trägt Dehn-Widerstände 14 in der Art, wie es in den Figuren 6 und 8 dargestellt ist, wobei die Anordnung der Dehnwiderstände 14 sowie von Spannungsabgriffen und Erdung der gewählten Darstellung entspricht. Bei den Ausführungen nach den Figuren 4 und 5 liegen die Messscheiben 11 und 20 bzw. die Messplättchen 29 ausserhalb der Achsgehäuse-Bohrungen 18, 19, 26. Sie können deshalb trotz guter Befestigungsmöglichkeit sehr leicht ausgewechselt werden. Ausserdem können sie sehr flach sein und sie können mit ihrer Rechteckform (Figuren 4 und 5) sehr nutzungsfreundlich aus einem Blechstreifen hergestellt werden. Die Ausführungen nach den Figuren 3 und 10 haben den Vorteil, dass sich die Widerstandsänderungen durch die Einpressung in der Brückenschaltung kompensieren im Gegensatz zu den Ausführungen nach den Figuren 4, 5, 6 und 9. Die Figur 9 zeigt eine weitere Vereinfachung der Erfindung. Hier ist ein rechteckiges Messplättchen 30 mit seinen beiden Längsseiten unmittelbar in eine Sackbohrung 31 des Achsgehauses 3 als Messbohrung mit Presssitz eingesetzt. Mit einem Teil 32 seiner Länge ragt das Messplättchen 30 aus der Messbohrung 31 heraus. Wie die Draufsicht zeigt, ist das Messplättchen 30 der Krümmung der Wand der Bohrung 31 entsprechend angepasst, vorzugsweise durch Schleifen. Die Einpressflächen des Messplättchens 30 haben eine hochwertig bearbeitete Oberfläche. Dadurch besitzt das Messplättchen 30 nur geringe Hysteresefehler. Dies gilt sinngemäss selbstverständlich auch für die Sensoren nach den Figuren 3, 4, 5, 6, 10. Die zwischen der Bohrungswand und den Seitenflächen des Messplättchens 30 entstehenden Freiräume 32 und 33 können für die Zuführungsleitungen der Widerstände R1 und R2 benutzt werden, die auf dem Messplättchen 30 angebracht sind. Die Anordnung der Widerstände R1 und R2 ist der dargestellten Seitenansicht zu entnehmen. Es ist zu erkennen, dass der aktive Widerstand R2 innerhalb und der passive Widerstand R1 ausserhalb der Messbohrung 31 liegen. Ein Loch 34 dient zum Herausziehen des Messplättchens 30 aus der Messbohrung 31 beim Auswechseln oder bei einer Reparatur. Die ser obere Teil des Messplättchens 30 kann auch mit Mitteln zum Befestigen der Zuführungsleitungen sowie einer Abdeckkappe ausgerüstet werden. Das Messplättchen 30 bietet ferner genügend Platz für eine hybrid aufgebrachte Elektronik zur Signalaufaufbereitung und -vorverstärkung, ohne dass irgendwelche Drahtkontaktierungen zu einer Zusatzschaltung erforderlich wären. Alle dargestellten Bauweisen bedürfen der Einbringung der Dehnwiderstände in die Achsgehäuse-Bohrungen (Messbohrungen) in einer Ausrichtung parallel zur Achsrichtung des Achsgehäuses, da nur so die von der Achslast herrührende Verformung aufgenommen werden kann. Ein der abgefühlten Verformung entspredhendes Signal wird einer elektronischen Schalteinrichtung 35 zugeführt (Figur 3), die dann ein Signal an einen lastabhängigen Bremskraftregler 36 abgibt. Der Bremskraftregler liegt in einer Bremsleitung 37, die von einem Bremsventil 38 zu einem Radbremszylinder 39, vorzugweise der Hinterachse führt. Der Bremsdruck in der Bremsleitung 37 wird dann lastabhängig überwacht bzw. zwischen Vorder- und Hinterachse verteilt. Eine weitere vorteilhafte Sensorausführung ist in Figur 10 dargestellt. Ein Sensor besteht hier aus zwei ineinander geschobenenen und verpressten Konen 40 und 41, die in einer Gehäusebohrung 50 angeordnet sind. Die Ausrichtung der Konen 40 und 41 ist vorzugsweise gegensinnig. Die Konusform hat gegenüber der Zylinderform den Vorteil, dass sie geringere Durchmessertoleranz erfordert und dennoch reproduzierbar eingepresst werden kann sowie leichteren Ein- und Ausbau ermöglicht, also insgesamt wesentlich fertigungs- und montagefreundlicher ist. Einen dauerhaft guten Kraftschluss gewährleisten jedoch nur Konusformen mit sehr spitzem Kegelwinkel (typisch 1 : 50). Der innere Konus 40, auf dessem verjüngten Ende 42 auf einem Messplättchen 49 ein Dehnwiderstand 43 aufgebracht ist, wird von unten her in den äusseren Konus 41 gepresst. Hierbei können die Einpresskräfte vorteilhafterweise auf der Gegenseite der Messfläche aufgebracht werden, ohne den empfindlichen Dehnwiderstand 43 zu beschädigen. Der äussere Konus 41 trägt an seinem aus der Oberfläche ragenden Teil ein Gewinde 44, welches ein leichtes Ausheben des Sensors, z.B. mittels einer Abziehmutter ermöglicht. Der äussere Konus 41 besitzt gleichzeitig die Funktion eines hermetisch dichten, robusten Sensorgehäuses, das an seiner Oberseite zum Anschluss des Sensors eine elektrische Glasdurchführung 45 besitzt. Ein verbleibender Freiraum 46 im äusseren Konus nimmt die Verstärkerschaltung auf. Die Ausführung nach der Figur 10 ist bei den Beispielen nach den Figuren 11 und 12 dadurch verändert, dass ein Sensor 51 nur einen einzigen Konus 52 hat, mit dem er in eine Gehäusebohrung 50 eingepresst ist. Ein Schaft 53 des Konus 52 trägt Dehnwiderstände 55 (DMS-Widerstände), die am inneren Ende des Schaftes 53 aufgebracht sind. Der Konusschaft 53 ist mit mindestens einem Längskanal versehen, der bzw. die für eine Leitungsdurchführung bestimmt ist bzw. sind, durch den bzw. die hindurch zwei Leitungen 58 herausgeführt und zur Achs geh use-Oberfläche 59 geleitet sind. Die Figur 11 zeigt einen Sensor 51 mit einem einzigen, koaxialen Längskanal 60. Die sacklochseitige Mündung des Längskanals trägt die Bezugszahl 56. Die Figur 12 behandelt einen Sensor 61 mit zwei parallelen Längskanälen 62 und 63. Beiden Ausführungen gemeinsam sind die zwei Leitungen 58, die durch eine nach aussen hermetisch abdichtende Glasdurchführung 64, die im oberen Teil des Sensors 51 bzw. 61 angeordnet ist, geführt sind. Auf der anderen Seite des Sensors sorgt die vorzugsweise geschliffene Konusfläche für eine sichere Abdichtung der DMS-Widerstände. Bei der Bauweise nach der Figur 11 sind die DMS-Widerstände 55 peripher um die sacklochseitige Mündung 56 des Koaxialkanals 60 angeordnet, während die Konstruktion nach der Figur 12 die DMS-Widerstände 55 zentrisch an sacklochseitigen Mündungen 65 und 66 der achsparallelen Kanäle 62 und 63 aufweist.

Claims: Ansprüche 1. Vorrichtung zum Messen der Achslast von Fahrzeugen, insbesondere Strassenfahrzeugen, mit einem zur Aufnahme der Antriebsachse bestimmten Achsgehäuse, das bei wechselnder Achslast wechselnden Biegekräften unterworfen ist und mit einem Spannungsveränderungen am Achsgehäuse abtastenden Sensor, der entsprechende elektrische Signale an einen Empfänger abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Achsgehäuse (3) in Angriffsrichtung der Last zumindest weitgehend senkrecht zur Radachse mit mindestens einer Bohrung (10, 18, 19; 26; 31, 50) als Messbohrung versehen ist, in welcher der Sensor (Messscheibe 11, 20; Messplättchen 29, 30, 43) befestigt ist. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor einen im wesentlichen zylindrischen Tragkörper (24) hat, der zum Teil in der Messbohrung (26) verankert ist und der an seinem aus der Messbohrung herausragenden Ende mit einem Spalt (28) oder einer Nut versehen ist, in den bzw. die ein Messplättchen (29), vorzugsweise mit Presssitz, fest eingesetzt ist (Figur 5). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbohrung (26, 31, 50) als Sackbohrung ausgeführt ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messscheibe (11, 20) bzw. das Messplättchen (29, 30) Dehnwiderstände (R1, R2, R3, R4) trägt. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Messplättchen (29, 30) rechteckig ist. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messscheibe (11, 20) bzw. das Messplättchen (29, 30) in Klebetechnik ausgeführt ist. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messscheibe (11, 20) bzw. das Messplättchen (29, 30) in Dick- bzw. Dünnschichttechnik ausgeführt ist. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messscheibe (11, 20) bzw. das Messplättchen (29, 30) als Halb- oder Vollbrücke verschaltet ist, wobei ein aktiver Teil (R R4) der Widerstände in 2' 14 der Dehnzone und der andere Teil (R1, R3) der Widerstände als passive Ergänzungswiderstände in ungedehnter Zone angeordnet sind. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als ein unmittelbar in die Messbohrung (31) eingesetztes Messplättchen (30) ausgeführt ist, das zum Teil aus der Oberfläche des Achsgehäuses (3) heraussteht (Figur 9). 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein äusseres Ende des Messplättchens (30) gelocht ist. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenkontur des im Querschnitt diametral in die Bohrung (31) eingesetzten Messplättchens (30) der Krümmung der Bohrungswand, vorzugsweise durch Schleifen angepasst ist. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Widerstände (R2) auf den beiden Seitenflächen des Messplättchens (30) angeordnet sind. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Widerstände (R2) unterhalb der Achsoberfläche des Achsgehäuses (3) und die passiven Widerstände (R1) oberhalb der Achsoberfläche angeordnet sind. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Messplättchen (30) mit einer hybrid aufgebrachten Elektronik zur Signal- Aufbereitung bzw. -vorverstärkung versehen ist. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 8 und 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebohrung (50) kegelig ausgebildet ist und zwei ineinandergesteckte Konen (40, 41) aufnimmt, von denen der innere (40) das Messplättchen (49) trägt und der äussere (41) eine Glasdurchführung (45) und eine Verstärkerschaltung aufnimmt und mit einem Aussengewinde (44) versehen ist. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 8 und 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebohrung (50) zur Aufnahme des Sensors (51, 61) kegelig ausgebildet ist, dass ferner die Dehnwiderstände (55) an dem verjüngten Ende des ebenfalls kegeligen Sensor-Schaftes (53) angeordnet sind und der Schaft (53) mit Längskanälen (60; 62, 63) für eine Leitungsdurchführung von den Dehnwiderständen (55) zur Achsgehäuse-Oberfläche (59) versehen sind. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsdurchführung ein koaxialer Längskanal (60) ist und dass die Dehnwiderstände (55) peripher um die sacklochseitige Mündung (56) des koaxialen Längskanals (60) angeordnet sind (Figur 11). 18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsdurchführung durch achsparallele Längskanäle (62, 63) gebildet ist und dass die Dehnwiderstände (55) zentrisch an den sacklochseitigen Mündungen (65, 66) der achsparallelen Längskanäle (62, 63) angeordnet sind (Figur 12).

Inventors: FAASS, MANFRED, HECHT, HANS, DIPL.-PHYS., JANSCHE, WALTER, KIEFER, GUNTER, LEIBFRIED, WOLFGANG, DR. DIPL.-PHYS., STECHER, GUNTHER, DIPL.-PHYS., ZABLER, ERICH, DR. DIPL.-ING., Kiefer, Günter, Stecher, Günther, Dipl.-Phys.
Applicants: ROBERT BOSCH GMBH
Application year: 1986
Main classification: G01G19
IPC codes: G01G3, G01G19