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Aus
der Praxis sind unterschiedliche Dachträgersysteme bekannt, die es
ermöglichen,
Dachlasten auf dem Dach eines Fahrzeugs zu transportieren. Im Allgemeinen
wird eine Dachreling mit zwei in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden, mit
Querabstand zueinander an dem Fahrzeugdach befestigten Relingstangen
verwendet, an denen separate Querträger montiert werden. An den
Querträgern
können individuell
ausgebildete Trägervorrichtungen,
wie Fahrradhalter, Skiboxen, Dachkoffer, oder lose Gegenstände, z.B.
Leitern, Bretter oder dgl., geeignet gesichert werden. Beispiele
für derartige
Relingsysteme sind aus der
DE
102 00 753 A1 , der
DE 297 00 637 U1 oder der
EP 0 836 562 B1 ersichtlich.
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Es
kommt nicht selten vor, dass der Dachträger unsachgemäß beladen,
insbesondere überladen wird.
Da er, anders als ein Kofferraum, volumenmäßig nicht begrenzt ist und
auch für große und schwere
Lasten geeignet ist, kann der vom Hersteller vorgegebene Maximalwert
für die
zulässige
Beladung, der in etwa bei 80 kg liegt, schnell überschritten werden. Dadurch
werden Rahmen, Stoßdämpfer, Achsen
und Räder
des Fahrzeugs stark belastet, was sich negativ auf deren Betriebsdauer
auswirkt. Außerdem
kann durch Überladung
das Fahrverhalten beeinträchtigt
werden, zumal der Schwerpunkt durch die Dachlast nach oben verlagert
wird. Insbesondere beim Durchfahren einer Kurve, bei Brems- und
Ausweichmanövern
sowie bei Windangriffen kann sich das Fahrzeugverhalten derart verschlechtern,
dass die Sicherheit für
die Insassen gefährdet
ist.
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Eine
unsachgemäße Beladung
kann auch durch eine unsymmetrische Verteilung der auf dem Dach
beförderten
Last gegeben sein. Dadurch wird die Lage des Massenschwerpunktes
des Fahrzeugs zusätzlich
zu einer Seite hin verlagert, was zu ungleichmäßigen Belastungen der Fahrzeugkomponenten
und zusätzlichen
externen Momenten, insbesondere Gier- und Kippmomenten, führt. Die
Gefahr, dass das Fahrzeug kippt oder bei Seitenwind stark seitlich
versetzt oder abgedreht wird, ist erhöht. Außerdem kann es zum Verlust
der Ladung während der
Fahrt mit möglichen
Unfallfolgen kommen.
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Um
eine hohe Fahrsicherheit zu erhalten, muss deshalb auf eine ordnungsgemäße Beladung eines
Dachträgers
geachtet werden. Der Fahrzeugführer
belädt
aber den Dachträger
nur nach seinem subjektiven Empfinden.
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Davon
ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dachträgersystem
für ein Kraftfahrzeug
sowie ein mit derartigem Trägersystem ausgestattetes
Kraftfahrzeug zu schaffen, die es ermöglichen, bei einer Beladung
des Dachträgersystems
eine ausreichende Fahrsicherheit sicherzustellen. Insbesondere ist
es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Überladung
durch auf dem Dach eines Fahrzeugs beförderte Las ten zu vermeiden.
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Eine
weitere Ausgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Maßnahmen
vorzuschlagen, um eine asymmetrische Lastverteilung auf dem Dach
vermeiden zu können.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe und zur Erreichung weiterer Ziele und Vorteile der
vorliegenden Erfindung sind ein Dachträgersystem für ein Kraftfahrzeug mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen
Dachträgersystem
nach Anspruch 22 geschaffen.
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Das
insbesondere für
ein Personenkraftfahrzeug vorgesehene Dachträgersystem gemäß der Erfindung
weist einen Lastenträger,
der an dem Dach des Fahrzeugs, insbesondere einer fahrzeugfesten Tragstruktur
des Fahrzeugdachs, befestigbar und dazu vorgesehen ist, eine Dachlast
aufzunehmen und zu tragen, sowie eine dem Träger zugeordnete Sensoreinrichtung
auf. Die Sensoreinrichtung ist dazu eingerichtet, von der Dachlast
hervorgerufene, auf die Tragstruktur eingeleitete Kräfte zu erfassen und
hierfür
kennzeichnende Messsignale zu erzeugen. Mittels der in dem Lastenträger integrierten
Sensoreinrichtung kann also bspw. im stationären Zustand die Gewichtskraft
der Dachlast ermittelt und kontrolliert werden. Es lässt sich
sicherstellen, dass diese Gewichtskraft unter dem als zulässig erachteten
Maximalwert liegt, so dass Überladungen
und Überbelastungen
von Fahrzeugkomponenten vermieden werden. Somit wird stets ein zufriedenstellendes
Fahrverhalten mit ausreichender Fahrsicherheit erhalten. Durch die
erfindungsgemäße Sensoreinrichtung
ist ein Kontrollsystem geschaffen, das eine objektive Beurteilung
des Beladungszustands ermöglicht.
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Der
Lastenträger
kann von einer beliebigen Bauart sein. Bevorzugterweise ist er in
Form einer Dachreling ausgebildet, die im Allgemeinen zwei Relingstangen
enthält,
die mit Stütz füßen zur
Abstützung
an der Tragstruktur des Fahrzeugdachs versehen und an dessen Form
angepasst sind. Die Relingstangen werden geeignet, z.B. durch eine
Schraubverbindung, in Längsrichtung
des Fahrzeugs, parallel und im Abstand zueinander an dem Dach befestigt. Zu
dem Lastenträger
gehören
ferner vorzugsweise wenigstens zwei Quertraversen, die voneinander
beabstandet in Querrichtung des Fahrzeugs anzuordnen und an den
Relingstangen zu sichern sind. Geeignete Sicherungsmittel, z.B.
Schraub- oder Klemmvorrichtungen, sind aus dem Stand der Technik
allgemein bekannt. An den Quertraversen können speziell an die Lasten
angepasste Transportvorrichtungen, wie Boxen für Ski oder Surfbretter, Fahrradträger, aber
auch Koffer oder sonstige Gegenstände zum Transport angebracht
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Relingstangen durch ihre Stützfüße im vertikalen Abstand zu
dem Fahrzeugdach gehalten. Es reichen zwei an den Enden der Relingstangen
vorgesehene, vorzugsweise einstückig
mit diesen ausgebildete Stützfüße aus.
Bedarfsweise, insbesondere bei langen Fahrzeugen, ist auch im mittleren
Abschnitt der Relingstangen jeweils ein zusätzlicher Stützfuß vorzusehen. Außerdem kann
auch eine aufliegende Reling verwendet werden, die nicht nur an den
Enden sondern über
nahezu ihren gesamten Längsverlauf
auf der Tragstruktur des Fahrzeugdachs aufliegt.
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Vorzugsweise
sind die Relingstangen und ggf. auch die Quertraversen durch hohle
Profilelemente gebildet, die vorteilhafterweise im Strangpressverfahren,
vorzugsweise aus Aluminium gefertigt sind. Die Strangpressprofile
werden zur Anpassung an die Dachform der jeweiligen Fahrzeugart
geeignet gebogen und bearbeitet. Die Lastenträger weisen dann trotz eines
sehr niedrigen Gewichts die für deren
Funktion erforderliche Festigkeit und Steifigkeit auf. Der Lastenträgers kann
aber auch aus anderen Werkstoffen, bspw. Kunststoff oder Stahl, und/oder
durch andere Verfahren, wie Spritzguss oder Umformung, gefertigt
sein. Außerdem
sind neben Relingsystemen andere allgemein bekannte Lastenträger zur
erfindungsgemäßen Verwendung geeignet.
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Um
im Betrieb die durch das Gewicht der Last bewirkte Druck- oder Auflagekraft
zu erfassen, ist die Sensoreinrichtung in Form wenigstens eines Druck-
oder Kraftsensors ausgebildet. Hierzu können analoge oder digitale
Sensoren oder Messumformer verwendet werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist die Sensoreinrichtung einen Dehnungsmessstreißen-(DMS-)Wandler
auf. Dieser enthält
im Allgemeinen einen balkenförmigen,
biegeelastischen Träger,
der an einem Ende fest eingespannt ist und an dem anderen Ende belastet
wird. Dazwischen befinden sich mehrere in Längsrichtung des Trägers hintereinander
angeordnete Biegezonen, die durch Querschnittsverengungen gebildet sind.
In jeder Biegezone sind DMS-Wandlerelemente angeordnet, die in Form
elektromechanisch aktiver Widerstände zu einer Widerstands-Messbrücke geschaltet
sind. Die Ausgangsspannung der Widerstands-Messbrücke stellt
ein Maß für die auf
den Sensor ausgeübte
Kraft dar. Beispiele für
vorteilhafte DMS-Wandler sind der
DE 88 15 056 U1 ,
DE 30 42 506 C2 und
EP 0 129 166 A2 entnehmbar.
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Auf
dem Markt sind weitere geeignete Druck- und Kraftsensoren erhältlich,
die zum Teil auf dem Dehnungsmessstreifen- oder anderen Messprinzipien beruhen.
Hierzu gehören
Dickschicht-Drucksensoren mit verformbarer Messmembran und Dehnwiderständen, Halbleiter-Drucksensoren,
die eine Silizium-Membran mit druckabhängigen Widerständen enthalten,
aber auch piezoelektrische oder magnetoelastische Lastmesssensoren.
Ferner können
auch faseroptische Druckspannungssensoren oder auch hydraulisch
oder pneumatisch arbeitende Sensoren verwendet werden. Wichtig ist
lediglich, dass ein Messbereich bis etwa 2000 N und eine ausreichende Genauigkeit
bereitgestellt wird, wobei höchste
Präzision
hier nicht erforderlich ist. Bereits bestehende Dachträgersysteme
und Fahrzeuge können
auch erfindungsgemäß mit kostengünstigen
Sensoren nachgerüstet
werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthält die Sensoreinrichtung
mehrere Sensorelemente, die die von der Dachlast herrührenden Kräfte an unterschiedlichen
Stellen des Fahrzeugdachs erfassen und hierfür kennzeichnende Messsignale
liefern. Deren Auswertung ergibt ein genaues Bild über die
auftretenden Kräfte,
die auf relevante Stellen der Tragstruktur einwirken, und über den Kraftfluss
bis zu den Fahrzeugachsen und Rädern. Dies
kann dazu verwendet werden, um die Last auf dem Dach möglichst
gleichmäßig oder
symmetrisch zu verteilen. Vorzugsweise sind die Sensorelemente in
Längs- und/oder Querrichtung
des Fahrzeugs weitgehend symmetrisch verteilt angeordnet, um insbesondere
die in den links und rechts liegenden vorderen und hinteren Bereichen
des Fahrzeugdachs auftretenden Kräfte zu erfassen.
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Bei
einer abstehenden Reling hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die
Sensoreinrichtung funktionsmäßig zwischen
der Relingstange und der Tragstruktur einzufügen, um die Druckkraft mit
der die Dachlast einschließlich
des Lastenträgers
auf die Tragstruktur drückt,
zu erfassen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn jedem Auflagepunkt
der Dachrelingstangen ein Sensorelement zugeordnet ist. Bspw. kann
in jedem Stützfuß und ggf.
auch in jedem Mittelfuß ein
Sensorelement eingebaut sein.
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Die
Sensoreinrichtung kann aber auch funktionsmäßig zwischen der Quertraverse
und der Relingstange eingebaut sein, wobei vorzugsweise ebenfalls
jedem Auflagepunkt der Quertraversen auf den Relingstangen ein Sensorelement
zugeordnet ist. Auf diese Weise können auch die vier relevanten Bereiche
links und rechts vorne und hinten auf dem Dach überwacht werden. Au ßerdem ist
dies auch bei einer aufliegenden Reling möglich.
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Vorzugsweise
ermittelt die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung
die auftretenden Kräfte
nicht nur im stationären
Ruhezustand sondern auch während
des Fahrbetriebs kontinuierlich. Mit größer werdender Geschwindigkeit
nehmen diese Kräfte
durch Luftwiderstand, Windangriff, Beschleunigungs- und Fliehkräfte zu,
was mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung
erfasst, ausgewertet und bspw. zur Anpassung des Fahrverhaltens
verwendet werden kann.
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Wenn
Hohlprofilelemente für
die Reling verwendet werden, können
in deren hohlem Innenraum wenigstens abschnittsweise die erforderlichen
elektrischen Kabel mit Versorgungs- und Datenleitungen für die Sensoreinrichtung
untergebracht sein. Es müssen
im Allgemeinen keine losen Kabel an der Außenseite des Dachs oder der
Reling verlegt werden. Vorteilhafterweise kann die Dachreling auch
Steckverbindungselemente oder sonstige Kontaktelemente oder -flächen enthalten,
die einen aufwandsarmen, vorzugsweise automatischen Anschluss der
Sensorelemente bei der Montage ermöglichen. Zur Speisung der Sensoren
wird vorzugsweise die Fahrzeugbatterie verwendet, wobei auch eine
eigene Batterie- oder Akkumulatorversorgung möglich ist.
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Das
erfindungsgemäße Dachträgersystem weist
ferner eine mit der Sensoreinrichtung vorzugsweise elektrisch oder über Funk
verbundene Auswerteeinrichtung auf. Diese enthält Logikelemente, die dazu
dienen, die von der Sensoreinrichtung generierten analogen oder
digitalten Sensorsignale entgegenzunehmen, zu verarbeiten und auszuwerten,
um Messwerte zu generieren, die die Dachlast bzw. die auftretenden
Kräfte
kennzeichnen. Die Logikelemente enthalten vorzugsweise Vergleichermittel,
die die Messwerte mit vorgegebenen Schwellenwerten vergleichen,
um unzulässige
Kräfte
festzustellen. Als Schwellen werte können bspw. die vom Hersteller
des Fahrzeugs bzw. des Lastenträgers
angegebenen Werte der statischen Maximallast dienen. Die fahrzeug-
bzw. lastenträgerspezifischen
Schwellenwerte können
jeweils individuell in einem Speichermittel der Auswerteeinrichtung
abgespeichert werden. Es können
auch mehrere Schwellen vorgegeben werden, um qualitative Bereiche
zu kennzeichnen, in denen die Dachbelastung z.B. als gering, relativ
unkritisch, kritisch bzw. als unzulässig eingestuft wird. Außerdem können für den Ruhezustand
sowie den stationären
und dynamischen Betrieb unterschiedliche Schwellen vorgegeben oder
im Betrieb berechnet werden. Ferner enthält die Auswerteeinrichtung
vorzugsweise Filtermittel, die es ermöglichen, die Messsignale oder
die gewonnenen Messwerte zeitlich zu mitteln oder kurzfristige Belastungs-
und Störspitzen herauszufiltern,
die nicht in die Auswertung eingehen sollten.
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Die
Auswerteeinrichtung steht vorzugsweise mit weiteren Einrichtungen
in Kommunikationsverbindung, die dazu dienen, dem Fahrzeugführer Informationen
zur Verfügung
zu stellen, um ihm eine objektive Beurteilung und Kontrolle der
Dachlast zu ermöglichen.
Bspw. kann eine Signalisierungseinrichtung vorgesehen sein, um im
Falle einer Überschreitung
eines Schwellenwerts ein nach außen wahrnehmbares Warnsignal
abzugeben. Es kann eine optische, im einfachsten Fall eine Kontrolllampe, und/oder
akustische, bspw. eine Hupe oder dgl., und/oder eine taktile Signalisierungseinrichtung
eingesetzt werden, die bspw. durch leichte Vibration des Lenkrads
den Fahrer über
eine kritische Dachbelastung während
der Fahrt informiert. Alternativ oder zusätzlich kann eine Anzeigeeinrichtung
vorgesehen sein, um die erhaltenen Messwerte visuell anzuzeigen.
Diese können
in nummerischer Form oder graphisch aufbereitet bspw. auf der Armaturenbrettanzeige
oder dem Display eines Bordcomputers angezeigt werden. Auf diese
Weise kann der Fahrer ggf. die Lastverteilung anpassen, Überladungen
feststellen und korrigieren und während der Fahrt die Geschwindigkeit
und das Lenkverhalten geeignet anpassen.
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Die
erfindungsgemäße Sensor-
und Auswerteeinrichtung können
in Form einer analogen oder vorzugsweise einer digitalen Schaltung
realisiert sein, die insbesondere auf einem Mikroprozessor basieren
kann. Der Mikroprozessor enthält
dann in Form eines ablauffähigen
Programms verwirklichte logische Regeln zum Empfang, zur Aufbereitung, Normierung,
Filterung, Verknüpfung
und Beurteilung der Messsignale wie auch zur Kommunikation mit der Signalisierungs-
und/oder Anzeigeeinrichtung. Dadurch ist große Flexibilität gegeben.
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Die
Sensoreinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung können auch
mit einem fahrzeuginternen Controller in Verbindung stehen, der
zur Steuerung des Fahrzeugbetriebs dient. Der Controller kann bspw.
die empfangenen Messwerte dazu verwenden, um die Dämpfungs-
und Federungscharakteristik des Fahrwerks, insbesondere der Stoßdämpfer, das Lenkverhalten,
bspw. die Empfindlichkeit der Lenkung, und/oder die Regelungs- und
Stabilisierungsalgorithmen durch Einwirkung auf das elektronische Stabilitätsprogramm
(ESP) anzupassen. Der Controller kann auch erforderlichenfalls die
Fahrgeschwindigkeit begrenzen bzw. vermindern. Außerdem kann im
Ruhezustand bspw. die Wegfahrsperre betätigt werden, um ein Losfahren
zu verhindern.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug,
insbesondere ein Personenkraftfahrzeug, geschaffen, das ein auf
dem Dach des Fahrzeugs montiertes Dachträgersystem aufweist, wie es
erfindungsgemäß ausgebildet
und vorstehend beschrieben ist. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Dachträgersystem
offenbarten Vorteile und Ausgestaltungsmöglichkeiten gelten hier entsprechend.
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Weitere
vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung
ergeben sich aus Unteransprüchen,
der Zeichnung sowie der zugehörigen
Beschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes
der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 einen
Ausschnitt eines Kraftfahrzeugs mit einem auf dem Dach montierten,
in Form einer Dachreling ausgebildeten Dachträgersystem gemäß der Erfindung,
in einer stark schematisierten perspektivischen Darstellung,
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2 einen
Längsschnitt
durch das Fahrzeugdach und die erfindungsgemäße Dachreling unter Veranschaulichung
einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung,
in einer ausschnittsweisen, stark vereinfachten Darstellung,
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3 einen
Querschnitt durch die Dachreling und das Fahrzeugdach nach 1 unter
Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung, in einer
ausschnittsweisen vereinfachten Darstellung,
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4 ein
erfindungsgemäßes System
zur Kontrolle der Dachlast in Form eines vereinfachten Blockschaltbilds,
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5 eine
weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Dachträgersystems
in einer der 1 ähnlichen schematisierten Perspektivansicht und
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6 ein
Detail aus 5 unter Veranschaulichung einer
eingebauten erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung,
in einer stark schematisierten Querschnittsdarstellung.
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In 1 ist
ein Ausschnitt eines hier nur stilisiert dargestellten Fahrzeugs 1,
bspw. eines Kombi-, Schrägheck
oder sonstigen Personenkraftfahrzeugs, mit einem Dach 2 veranschaulicht,
das sich ausgehend von der vorderen Windschutzscheibe 3 bis
zu der Heckscheibe 4 erstreckt. Das Kraftfahrzeug 1 ist mit
einem erfindungsgemäßen Dachträgersystem 6 ausgestattet,
das an dem Dach 2 in einer an sich bekannten Anordnung
angebracht ist. Zu dem Dachträgersystem 6 gehört hier
ein Lastenträger
in Form einer Dachreling 7, die an dem Fahrzeugdach 2 abgestützt ist
und Quertraversen 8 trägt,
auf denen in geeigneter Weise eine Dachlast 9, im vorliegenden Fall
eine Skibox oder dgl., gesichert ist.
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Die
erfindungsgemäße Dachreling 7 enthält zwei
parallel zueinander und in Bezug auf die Fahrzeuglängsmittelachse
symmetrisch zueinander angeordnete Relingstangen, und zwar eine
rechte Relingstange 11a und eine linke Relingstange 11b,
die in etwa in Längsrichtung
des Fahrzeugs ausgerichtet, vom Dach 2 beabstandet und
jeweils über
mehrere Stützfüße 12 am
Fahrzeugdach 2 verankert sind. Im vorliegenden Fall befinden
sich die vorderen Stützfüße 12a, 12b im
Bereich der A-Säule
oder etwas zurückversetzt,
während
die hinteren Stützfüße 12c, 12d im
hinteren Bereich des Fahrzeugdaches 2 angeordnet sind.
Zur Erhöhung
der Stabilität
können auch
im Bereich der C-Säule
mittlere Stützfüße 12e, 12f angebracht
sein, vgl. 5.
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Die
Relingstangen 11a, 11b sind hier durch Hohlprofilelemente
gebildet, die eine kreisrunde, ovale, rechteckige oder sonstige
geeignete Querschnittsform haben können und die vorzugsweise durch
Strangpressen gefertigt sind. Als Werkstoff hierfür wird wegen
seines geringen spezifischen Gewichts Aluminium bevorzugt. Die Strangpressprofile 11a, 11b werden
gebogen und frästechnisch
bearbeitet, um ihre Gestalt an den Verlauf der Dachform anzupassen
und vorzugsweise auch die Stützfüße 12 einstückig mit
den Relingstangen 11a, 11b auszubilden. Es können aber
auch gesonderte Stützfüße 12 vorgesehen
sein. Ebenfalls können
die Relingstangen 11 samt der Stützfüße 12 aus Kunststoff
oder einem anderen Material gefertigt sein.
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Die
als Querträger
dienenden Traversen 8 können
aus dem gleichen Material wie die Relingstangen 11 hergestellt
sein. Sie werden mittels herkömmlich
bekannten Befestigungsmitteln, bspw. durch Schraubverbindung, Klemmverbindung
oder auf sonstige Weise, an den Relingstangen 11a, 11b befestigt.
Eine vordere Traverse 8a ist in der Nähe der vorderen Stützfüße 12a, 12b angeordnet,
während
eine hintere Quertraverse 8b relativ nahe an den hinteren
Stützfüßen 12c, 12d angeordnet
ist. Auf den Quertraversen 8a, 8b können beliebige
an Lasten angepasste Lastenträger
oder sonstige Gegenstände
befestigt werden.
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Das
veranschaulichte Kraftfahrzeug 1 weist ferner ein dem Dachträgersystem 6 zugeordnetes Kontrollsystem 13 zur
Kontrolle der Dachlast 9 auf. Das Kontrollsystem 13 enthält im Wesentlichen
eine Sensoreinrichtung 14 zur Erfassung der durch die Dachlast 9 hervorgerufen
und auf das Dach 2 eingeleiteten Kräfte und zur Bereitstellung
hierfür
kennzeichnender Messsignale sowie eine Auswerteeinrichtung 16 zur
Auswertung der Messsignale.
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Die
Sensoreinrichtung 14 weist mehrere, vorliegendenfalls vier
Sensorelemente 17a, 17b, 17c und 17d auf,
die hier auf dem Dach 2 verteilt angeordnet sind, um die
auftretenden Kräfte
an unterschiedlichen Stellen zu erfassen. Bei der veranschaulichten
vorteilhaften Ausführungsform
ist jedem Stützfuß 12a bis 12d ein
Sensorelement 17a bis 17d zugeordnet, um die Kräfte in allen
Auflagepunkten der Dachreling 7 ermitteln zu können. Es
werden Druck- oder Kraftsensoren eingesetzt, die geeignet sind,
die Druck- oder Auflagekraft des Dachträgersystems 6 samt
der Dachlast 9 in dem hier relevanten Bereich zu erfassen.
Bevorzugte Sensoren beruhen auf dem Dehnmessstreifenprinzip und
weisen einen ohmsche Messfühler
auf, bei dem sich unter Einwirkung mechanischer Kräfte der
elektrische Widerstand ändert.
Eine Widerstands-Messbrücke
erfasst die unter Krafteinwirkung entstehenden Widerstandsänderungen,
die als Spannungsänderungen im
Brückenmesszweig
auftreten. Es sind sowohl Metall- als auch Halbleiterdehnmessstreifen
allgemein bekannt. Es können
aber auch sonstige, auch hydraulisch oder pneumatisch arbeitende
Sensoren verwendet werden.
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Eine
vorteilhafte Anordnung eines Sensorelementes 17 ist in 2 veranschaulicht,
die einen Längsschnitt
durch einen Stützfuß 12 in
einer ausschnittshaften, stark schematisierten Darstellung zeigt.
Das Sensorelement 17 ist hier zwischen dem Stützfuß 12 und
dem Dachrahmen, der eine fahrzeugfeste Tragstruktur 18 bildet,
eingefügt
und in der Dachrille 19 des Fahrzeugdachs 2 untergebracht. Das
Sensorelement 17 weist einen Grundkörper 21, der sich
auf dem Boden 22 der Dachrille 19 abstützt, sowie
ein Sensorteil 23 auf, das aus dem Grundkörper 21 in
Richtung auf den Stützfuß 12 vorsteht
und durch diesen belastet wird. Zur Sicherung der Anordnung ist
eine Gewindespindel 24 vorgesehen.
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Das
belastete Sensorteil 23 ist in vertikaler Richtung bzgl.
des Grundkörpers 21 geringfügig verschiebbar
und mit dem hier nicht näher
veranschaulichten Dehnmessstreifen verbunden. Wenn das Sensorteil 23 belastet
wird, erzeugt eine elektronische Schaltung des Dehnmessstreifens
ein von der Belastung abhängiges
Messsignal, bspw. ein analoges Spannungssignal. Das Messsignal wird über ein Kabel 27 an
die Auswerteeinrichtung 16 übermittelt.
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Das
Kabel 27 enthält
sowohl Datenleitungen zum Transfer der Messsignale als auch Versorgungsleitungen,
die unmittelbar oder über
die Auswerteeinrichtung 16 an eine Batterie des Fahrzeugs 1 angeschlossen
sind, um die Sensorelemente 17a bis 17d mit Strom
zu speisen. Wie 1 veranschaulicht ist das Kabel 27 hier
längs der
A-Säulen
bis zu den vorderen Sensorelementen 17a, 17b geführt und
verläuft
ferner ausgehend von diesen in den nach oben abgedeckten Dachrillen 19 bis
zu den hinteren Sensorelementen 17c, 17d.
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Eine
leicht modifizierte Art der Anbringung des erfindungsgemäßen Trägersystems 6 an
einem Dach 2, das keine Dachrille aufweist, ist in 3 veranschaulicht.
Soweit Teile übereinstimmen,
wird unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen auf die vorstehende
Beschreibung verwiesen. Die Relingstange 11 ist hier an
einem in der Randzone des Dachblechs 2 vorgesehenen Dachrahmen 28 befestigt.
Der Dachrahmen 28 weist eine schalenförmige Außenhaut 29, eine in
Bezug auf das Fahrzeug innere Haut 31 sowie eine in dem
Zwischenraum zwischen der Außenhaut 29 und
der Innenhaut 31 angeordnete Zwischenwand 32 auf.
Die im Wesentlichen L-förmige
Zwischenwand 32 enthält
einen im Wesentlichen schräg
aufwärts
gerichteten Schenkel 33 sowie einen im Wesentlichen waagrechten,
geringfügig
geneigt verlaufenden Schenkel 34, der im Abstand zu einem
im Wesentlichen waagrechten, geringfügig nach außen abfallenden Abschnitt 36 der Außenhaut 29 angeordnet
ist. Die beiden Schenkel 34, 36 sind an ihren
freien Enden jeweils bspw. durch Punktschweißen mit der Außenhaut 29 und
der Innenhaut 31 fest verbunden.
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An
den für
die Befestigung der Dachreling 7 vorgesehen Stellen ist
eine Verstärkung 37 in
Form eines Winkelstücks
aus etwas stärkerem
Blech angebracht. Ein Ende des Winkelstücks 37 ist an dem Schenkel 33 der
Zwischenwand 32 befestigt, während sein im Wesentlichen
horizontal ausgerichteter Flansch 38 den Schenkel 34 stützt. Durch
ein Loch 39 in dem Schenkel 34 und dem Flansch 38 führt ein Bolzen 41 zur
Sicherung des Dachträgersystems 6 an
dem Dachrahmen 28 hindurch. Der Sicherungsbolzen 41 weist
einen dem Fahrzeuginneren zugewandten, hier als Innensechskant ausgebildeten
Bolzenkopf 42 sowie einen Schaft 43 auf, der durch
das Loch 39 und ein diesem koaxial gegenüberliegendes, in
dem Abschnitt 36 der Außenhaut 29 vorgesehenes Loch 44 hindurch
und in den Hohlraum 46 des Hohlprofilelementes 11 hinein
ragt. Eine Durchgangsöffnung 47 in
der Innenhaut 31 schafft Zugang zu dem Bolzenkopf 42.
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Der
in den Hohlraum 46 ragende Abschnitt des Schafts 43 durchsetzt
koaxial den Grundkörper 21 und
den Sensorteil 23 des Sensorelements 17 und trägt an seinem
freien Ende eine Überwurfmutter 48,
die auf dem belasteten Sensorteil 23 aufliegt. Somit ist
das Sensorelement 17 in vertikaler Richtung zwischen der Überwurfmutter 48 und
der Außenseite der
Außenhaut 29 und
in horizontaler Richtung zwischen den seitlichen Schenkeln 49a, 49b der
Reling 7 vollständig
in dem Hohlraum 46 geschützt angeordnet. Zwischen den
Schenkeln 49a, 49b und der Außenhaut 29 ist ein
Dichtungselement 50 aus einem elastischen Material, bspw.
eine Gummidichtung, eingelegt, um den Hohlraum 46 nach
außen
abzudichten und die Sensoreinrichtung 14 und die Befestigungsmittel
vor Feuchtigkeit und Staub zu schützen.
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Zur
Kraftübertragung
zwischen der Reling 7 und der Sensoreinrichtung 14 dient
ein scheibenförmiges
Verbindungselement 51, das die Überwurfmutter 48 konzentrisch
umgreift, indem es mit seiner Innenumfangsfläche 52 formschlüssig in
eine Radialnut 53 der Überwurfmutter 48 eingreift.
Die radiale Außenfläche 54 des
Verbindungselementes 51 sitzt verschiebbar in Längsschlitzen 56,
die in der Innenfläche
der Schenkel 49a und 49b eingearbeitet sind. Die
Relingstange 11 kann somit relativ zu dem Verbindungselement 51 in
Längsrichtung
des Fahrzeugs verschoben und geeignet auf dem Dachrahmen 28 positioniert
zu werden, um anschließend
durch Anziehen des Befestigungsbolzens 41 fest an dem Dachrahmen 28 gesichert
zu werden.
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Wie
ferner aus 3 ersichtlich ist zwischen der
Außenhaut 29 und
der Zwischenwand 32 eine Ausgleichsvorrichtung 57 eingefügt, die
dazu dient, fertigungsbedingte Bauteiltoleranzen und montagebedingte
Abweichungen auszugleichen. Die Ausgleichvorrichtung 57 weist
im Wesentlichen eine den Befestigungsbolzen 41 umschließende innere
Hülse 58,
die mit einem Außengewinde
versehen ist, sowie eine konzentrisch zu der inneren Hülse 58 angeordnete äußere Hülse 59,
die ein zu dem Außengewinde korrespondierendes
Innengewinde trägt.
Die Hülsen 58 und 59 können unterschiedlich
weit miteinander verschraubt werden, um einen definierten Abstand zwischen
der Außenhaut 29 und
der Zwischenwand 32 festzulegen.
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Die
Funktionsweise des erfindungsgemäßen Dachträgersystems 6 wird
nun unter weiterer Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Wie zu ersehen, sind die Sensorelemente 17a bis 17d sowie
ggf. weitere Sensorelemente über
Datenleitungen des Kabels 27 mit der Auswerteeinrichtung 16 verbunden,
die die von den Sensorelementen 17a bis 17d sowie
ggf. weiteren Sensorelementen erzeugten, hier insbesondere analogen
Messsignale entgegennimmt und mit Hilfe geeigneter Mittel verarbeitet.
Zu diesen Mitteln gehört
ein Filtermittel 61, das hochfrequente Störsignale
aus den Messsignalen herausfiltert und bspw. durch ein Tiefpassfilter
gebildet sein kann. Das Filtermittel 61 steht mit einem
Analog/Digital-Wandler 62 in Verbindung, der das gefilterte
Messsignal digitalisiert, um es in einer geeigneten Form Logikelementen
der Auswerteeinrichtung 16 zuzuführen, die in 4 allgemein
durch einen Block 63 dargestellt sind. Die Logikelemente 63 dienen
dazu, die digitalisierten Messwerte anhand einer Verknüpfungslogik geeignet
zu verknüpfen
und anhand einer Beurteilungslogik festzustellen, ob die auf dem
Dach beförderte
Last 9 zulässig
ist. Bspw. kann die Verknüpfungslogik
Summierelemente zur Bildung der Gesamtkraft sowie Differenzier-
und/oder Vergleicherelemente enthalten, um die Gesamtkraft mit vorgegebenen
Schwellenwerten zu vergleichen. Die Schwellenwerte können in
Abhängigkeit
von dem jeweiligen Fahrzeug und dem Dachträgersystem 6 beliebig
vorgegeben und bspw. in einer Speichervorrichtung 64 der
Auswerteeinrichtung 16 abgespeichert werden. Geeignete
Eingabemittel und Schnittstellen, um dies zu bewerkstelligen, sind
aus Übersichtlichkeitsgründen in 4 weggelassen.
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Wie 4 veranschaulicht,
weist die Auswerteeinrichtung 16 ferner eine Ansteuerungseinheit 66 auf,
die bspw. eine Signalisierungseinrichtung 67, bspw. eine
Hupe oder fahrzeuginterne Lautsprecher, ansteuert, um ggf. ein nach
außen
wahrnehmbares akustisches Warnsignal auszugeben. Alternativ oder zusätzlich kann
die Ansteuerungseinheit 66 eine Anzeigeeinrichtung 68 veranlassen,
die erfassten Messwerte, gebildeten Zwischenwerte und Endergebnisse
in einer für
den Fahrzeugführer
geeigneten nummerischen und/oder graphischen Form anzuzeigen. Die
Anzeigeeinrichtung 68 kann durch eine Anzeige auf dem Armaturenbrett
des Fahrzeugs 1, ein Display des Bordcomputers oder dgl.
gebildet sein. Ferner kann die Ansteuerungseinrichtung auch mit einem
Controller 69 des Fahrzeugs 1 in Kommunikationsverbindung
stehen, der dazu dient, die Betriebsweise des Fahrzeugs zu steuern.
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Das
insoweit beschriebene erfindungsgemäße Dachträgersystem 6 funktioniert
wie folgt:
Es wird angenommen, dass das Dachträgersystem 6 bereits
auf dem Dach 2 montiert ist und das erfindungsgemäße Kontrollsystem 13 aktiviert
ist. Das Kontrollsystem 13 kann bspw. durch Einschalten
der Zündung
automatisch aktiviert werden oder es kann zu diesem Zweck ein gesonderter
Ein-/Aus-Schalter vorgesehen sein. Wird eine Dachlast auf dem Dachträgersystem
positioniert und befestigt, erfassen die in den Stützfüßen 12a, 12b, 12c, 12d integrierten Sensorelemente 17a, 17b, 17c, 17d die
Gewichtskraft der Dachlast, in dem sie die auf die fahrzeugfeste
Dachstruktur 18 bzw. 28 in den jeweiligen Abstützpunkten
eingeleiteten Teilkräfte
kontinuierlich aufnehmen und die Messsignale an die Auswerteeinrichtung 16 übertragen.
In dieser werden die Messsignale tiefpassgefiltert, digitalisiert
und den Logikelementen 63 zugeführt. Jedem Sensorelement 17a bis 17d kann
ein eigenes Filtermittel und ein Analog/Digital-Wandler zugeordnet
sein, oder die Messsignale werden im Zeitmultiplex bearbeitet. Jedenfalls
erhalten die Logikelemen te 63 zu jedem beliebigen Zeitpunkt
die im vorliegenden Fall vier Messwerte, die den auftretenden Teilkräften entsprechen.
Diese Teilkräfte
können über die
Ansteuerungseinheit 66 und die Anzeigeeinrichtung 68 angezeigt
werden, um dem Fahrzeugführer
ein Bild zu geben, wie die Dachlast 9 auf dem Dach 2 verteilt
ist. Auf diese Weise kann eine das Fahrverhalten des Fahrzeugs 1 beeinträchtigende
asymmetrische Lastverteilung weitgehend vermieden werden.
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Außerdem kann
durch Verknüpfung
der Teilmesswerte ein Messwert erhalten werden, der die gesamte
Auflagekraft repräsentiert
und der ebenfalls visualisiert werden kann. Dies ermöglicht dem
Fahrzeugführer
die Kontrolle über
das Dachlastgewicht. Vorzugsweise überprüfen die Logikelemente selbst, ob
die zulässige
Maximallast, wie sie durch die dachträger- und fahrzeugspezifischen
Schwellenwerte definiert ist, überschritten
ist. In diesem Fall wird eine Warnanzeige und/oder ein Warnsignal
an den Fahrzeugführer
ausgegeben. Die Ansteuerungseinheit 66 kann dann aber auch
unmittelbar oder über
den Controller 69 weitere Maßnahmen ergreifen, wie bspw. die
Wegfahrsperre aktivieren, bis die Dachlast auf einen zulässigen Wert
vermindert worden ist.
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Vorzugsweise
kontrolliert das erfindungsgemäße System 13 die
Dachlast nicht nur im ruhenden Zustand des Fahrzeugs sondern auch
während
des Fahrbetriebs. Zu diesem Zweck können in der Speichervorrichtung 64 gesonderte
Schwellenwerte abgespeichert werden, die berücksichtigen, dass durch den
Luftwiderstand, durch Windeinwirkung, bei Kurvenfahrten und insbesondere
in dynamischen Fahrsituationen, wie bspw. beim Bremsen oder Beschleunigen,
die auftretenden Auflage- und Druckkräfte vorübergehend erhöht werden.
Statt vorgegebener Schwellenwerte können auch variable Schwellen
unter Berücksichtigung
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, des Lenkeinschlags der Räder und
dergleichen stets neu berechnet werden. Entsprechende Informa tionen
kann die Auswerteeinrichtung 16 von dem Controller 69 erhalten
oder dem fahrzeuginternen Datenlink entnehmen. Ferner kann die Ansteuerungseinheit 66 auch
den Controller 69 anweisen, bspw. die Fahrgeschwindigkeit
des Motors zu reduzieren, die Stoßdämpfer zu versteifen oder sonstige die
Fahreigenschaften beeinflussende Maßnahmen zu ergreifen, wenn
durch die Betriebs- und Umgebungsverhältnisse die zulässigen Grenzwerte überschritten
werden und eine Kipp- oder Schleudergefahr für das Fahrzeug besteht. Das
erfindungsgemäße Kontrollsystem 13 trägt somit
zur wesentlichen Erhöhung
der Fahrsicherheit bei.
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Im
Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Ausgestaltungen und Modifikationen
möglich.
Bspw. können
die Sensorelemente 17 von beliebiger Art sein. Insbesondere
können
auch digitale Messwandler als Sensoren verwendet werden, die bereits
digitalisierte Messwerte liefern. Die Auswerteeinrichtung 16 kann
vorteilhafterweise einen Mikroprozessor enthalten und die Logikelemente 63 in
Form eines ablauffähigen
Programms ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine weitgehende Flexibilität zur Anpassung an
unterschiedliche Fahrzeuge und Dachträgersysteme. Die Auswerteeinrichtung 16 kann
aber auch eine analoge Schaltung enthalten. Einzelne Sensorelemente 17 können prinzipiell
weggelassen sein. Bspw. könnten
die Sensoren 17 nur in ggf. vorgesehenen Mittelfüßen untergebracht
sein. Die in 1 veranschaulichte Anordnung
mit auf dem Dach 2 weitgehend symmetrisch verteilten und
funktionsmäßig zwischen
der Dachreling 7 und der Tragstruktur 18 eingefügten Sensoren,
die jedem Auflagepunkt des Trägersystems 6 auf
der Tragestruktur 18, 28 zugeordnet sind, wird
aber wegen ihrer genauen und zuverlässigen Funktionsweise bevorzugt.
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In
den 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht, in der die Sensorelemente 17a, 17b, 17c, 17d im
Unterschied zu der Ausführungsform
nach 1 funktionsmäßig zwischen
den Quertraversen 8a, 8b und den Re lingstangen 11a, 11b angeordnet
sind. Es sind unterschiedliche Arten zur Befestigung der Quertraversen 8 auf
den Relingstangen 11 möglich
und aus dem Stand der Technik bekannt. Bspw. können die Quertraversen in formschlüssige Ausnehmungen
der Relingstangen 11 eingreifen und dort mit geeigneten Klemm- oder Schraubmitteln
gesichert werden. In diesem Fall sind die Sensorelemente 17a bis 17d vorteilhafterweise
in diesen Ausnehmungen der Relingstangen 11 anzuordnen.
Obwohl in 5 eine abstehende Reling 7 mit
Stütz-
und Mittelfüßen 12a–12f veranschaulicht
ist, kann hier auch eine auf dem Dachrahmen 18, 28 unmittelbar
aufliegende Dachreling verwendet werden.
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Bei
der in 6 veranschaulicht Ausführungsform ist die Quertraverse 8 nicht
unmittelbar, sondern über
einen sockelartigen Adapter 71 mit der Relingstange 11 verbunden,
die über
der Dachrille 19 angeordnet ist. Der Adapter 71 weist
an seinem zur Befestigung an der Relingstange 11 vorgesehenen, in 6 unterem
Ende eine Aussparung 72 auf, die dazu eingerichtet ist,
die obere und innere Seite der Relingstange 11 formpassend
zu umgreifen. Fahrzeugaußenseitig
ist an dem Sockel 71 bspw. eine schwenkbare Platte 73 vorgesehen,
deren unteres, freies Ende abgewinkelt ist und in eine Einschnürung 74 der
Relingstange 11 einfindet, um den Adapter 71 an
der Relingstange 11 zu verklemmen. Statt einer Schwenkplatte 73 kann
auch eine gesonderte, bspw, an dem Sockel 71 anschraubbare
Platte vorgesehen sein.
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Die
Quertraverse 8 ist an dem oberen Ende des Adapters 71 durch
geeignete Mittel, insbesondere Schraub- oder Klemmmittel, befestigt,
die der Einfachheit wegen in der 6 nicht
dargestellt sind. Wie aber ersichtlich, ist in einem Aufnahmeraum 76, der
in der oberen Seite des Sockels 71 ausgebildet ist, ein
Sensorelement 17 derart angeordnet, dass die Quertraverse 8 auf
dem belasteten Sensorteil 23 aufliegt. Zum Anschluss des
Sensorelementes 17 an die Energieversorgung und die Auswerteeinrichtung 16 ist
in dem Adapter 71 ein Kabel 77 enthalten, der ausgehend
von dem Sensorelement 17 bis zu einem Stecker 78 führt, der
im Bereich der Aussparung 72 angeordnet ist und aus dieser
hinausragt. In der Relingstange 11 ist eine zu dem Stecker 78 passende Buchse 79 vorgesehen,
die es ermöglicht,
bei der Befestigung des Adapters 71 automatisch die erforderlichen
Kontakte herzustellen. Statt der Steckverbindung 78, 79 könnten an
den entsprechenden Stellen der Relingstange 11 und des
Adapters 71 auch geeignet gestaltete Kontaktflächen vorgesehen
sein. Das zur Versorgung und Datenübertragung dienende Kabel 27 führt durch
den Dachrahmen 28 hindurch in den Fahrzeuginnenraum und
kann, wie in 5 angedeutet, innerhalb und
längs der
Relingstange 11 zu den einzelnen Sensorelementen 17 verlaufen.
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Die
Ausführungsformen
nach 5 und 6 funktionieren in der gleichen
Weise wie diejenigen nach 1 bis 4,
so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung
verwiesen wird. Allerdings erfassen die Sensorelemente 17a bis 17d nun
die Auflagekraft oder Druckkraft, die durch die Quertraversen 8 und
die daran befestigte Dachlast 9 hervorgerufen wird, während die
Schwerkraft der Relingstangen 11a, 11b und der
Traversen 8a, 8b nicht in die Erfassung mit eingeht.
Diese Kraft ist aber vernachlässigbar
bzw. bekannt.
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Selbstverständlich kann
anstelle der hier veranschaulichten Dachreling 7 ein beliebig
anders gestaltetes Dachträgersystem
verwendet und mit dem erfindungsgemäßen System 13 zur
Erfassung und Kontrolle der Dachlast ausgestattet werden.
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Zu
einem Dachträgersystem 6 für ein Personenkraftfahrzeug 1 gehört ein Lastenträger 7, 8,
der an einer fahrzeugfesten Tragstruktur 18, 28 des Fahrzeugdachs 2 montiert
werden kann, um daran eine Dachlast zu befestigen, sowie eine dem
Lastenträger 7, 8 zugeordnete
Sensoreinrichtung 14 zur Erfassung der durch die Dachlast 9 hervorgerufenen und
auf die Tragstruktur 18, 28 eingeleiteten Kräfte.
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Bevorzugterweise
ist der Lastenträger
in Form einer Dachreling 7 mit daran befestigbaren Quertraversen 8 ausgebildet,
während
die Sensoreinrichtung mehrere Sensorelemente 17a–17e aufweist,
die zwischen der Dachreling 7 und der Dachstruktur 18, 28 und/oder
zwischen den Quertraversen 8 und der Dachreling 7 eingefügt und wirksam
sind, um die in den Auflagepunkten auftretenden Kräfte zu erfassen.
Eine Auswerteeinrichtung 16 wertet die von den Sensorelementen 17a, 17b, 17c, 17d gelieferten Messsignale
aus, um eine Überladung
und/oder eine ungünstige
Lastverteilung festzustellen und den Fahrzeugführer darüber zu informieren.