DE102018221808A1

DE102018221808A1 - Anordnung zum Bestimmen der Durchbiegung eines Bauteils und Verfahren zum Herstellen einer solchen Anordnung

Info

Publication number: DE102018221808A1
Application number: DE102018221808.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schradi; Florian Goldschmidt; Tobias Staller
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-06-18
Also published as: EP3894814A1; WO2020120229A1

Abstract

Eine Anordnung (20) zum Bestimmen der Durchbiegung eines Bauteils (10) weist eine Messleiste (24), die einen ersten ebenen Abschnitt (32A), einen zweiten ebenen Abschnitt (32B) und einen in einer ersten horizontalen Richtung (x) zwischen dem ersten ebenen Abschnitt (32A) und dem zweiten ebenen Abschnitt (32B) angeordneten in einer vertikalen Richtung (y) gekrümmten Messabschnitt (34) aufweist, wobei die vertikale Richtung (y) senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung (x) verläuft, einen ersten Träger (22A), der eine untere Oberfläche, die dazu ausgebildet ist, auf dem Bauteil (10) angeordnet zu werden, und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung (y) beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist, und einen zweiten Träger (22B) auf, der eine untere Oberfläche, die dazu ausgebildet ist, auf dem Bauteil (10) angeordnet zu werden, und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung (y) beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist. Der erste ebene Abschnitt (32A) ist auf der oberen Oberfläche des ersten Trägers (22A) und der zweite ebene Abschnitt (32B) ist auf der oberen Oberfläche des zweiten Trägers (22B) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bestimmen der Durchbiegung eines Bauteils und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anordnung, insbesondere eine Anordnung zum Bestimmen der Durchbiegung einer Fahrzeugachse.
Aus verschiedenen Gründen kann es erforderlich sein, das Gewicht eines Fahrzeugs zu bestimmen. Beispielsweise kann es erforderlich sein zu bestimmen, ob die Nutzlast oder das zulässige Gesamtgewicht eines Fahrzeugs nach dem Beladen des Fahrzeugs überschritten wird. Ein Überschreiten von Nutzlast bzw. zulässigem Gesamtgewicht ist generell aus Sicherheitsgründen nicht erlaubt. Auch manche Straßen oder Brücken dürfen nur befahren werden, wenn ein vorgegebenes Maximalgewicht nicht überschritten wird. Weiterhin kann beispielsweise auch die auf bestimmten Straßen anfallende Maut für ein Fahrzeug in Abhängigkeit des Fahrzeuggewichtes berechnet werden.
Zur Bestimmung des Fahrzeuggewichts sind Anordnungen bekannt, die auf der Fahrzeugachse montiert werden, um die vom Fahrzeuggewicht abhängige Durchbiegung der Achse zu bestimmen. Aus der bestimmten Durchbiegung kann dann auf das Fahrzeuggewicht geschlossen werden.
Auch für andere Anwendungen kann es erforderlich sein, die Durchbiegung eines Bauteils zu bestimmen. Derartige Anordnungen sind häufig groß und teuer in der Herstellung. Zudem können die Messungen teilweise zu ungenau sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung eines Bauteils, welche möglichst kostengünstig, einfach und zuverlässig implementiert werden kann, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anordnung zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Es wird eine Anordnung zum Bestimmen der Durchbiegung eines Bauteils beschrieben, die Anordnung weist eine Messleiste, die einen ersten ebenen Abschnitt, einen zweiten ebenen Abschnitt und einen in einer ersten horizontalen Richtung zwischen dem ersten ebenen Abschnitt und dem zweiten ebenen Abschnitt angeordneten in einer vertikalen Richtung gekrümmten Messabschnitt aufweist, wobei die vertikale Richtung senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung verläuft, einen ersten Träger, der eine untere Oberfläche, die dazu ausgebildet ist, auf dem Bauteil angeordnet zu werden, und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist, und einen zweiten Träger auf, der eine untere Oberfläche, die dazu ausgebildet ist, auf dem Bauteil angeordnet zu werden, und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist. Der erste ebene Abschnitt ist auf der oberen Oberfläche des ersten Trägers und der zweite ebene Abschnitt ist auf der oberen Oberfläche des zweiten Trägers angeordnet.
Die Anordnung kann einfach und kostengünstig hergestellt werden und liefert ausreichend genaue und mechanisch verstärkte Ausgangssignale.
Die Anordnung kann wenigstens einen Sensor aufweisen, wobei jeder der Sensoren auf einer oberen Oberfläche des gekrümmten Messabschnitts angeordnet ist, wobei die obere Oberfläche des Messabschnitts im montierten Zustand von dem Bauteil weg zeigt.
Durch das Anordnen aller Sensoren auf der selben Seite des Messabschnitts, insbesondere in einem Bereich mechanisch verstärkter Durchbiegung, kann die Genauigkeit des Sensors erhöht werden.
Der wenigstens eine Sensor kann wenigstens einen Dehnungsmesstreifen aufweisen.
Dies ist eine einfache Möglichkeit, einen Sensor zum Detektieren von Durchbiegungen zu implementieren.
Der erste ebene Abschnitt und der zweite ebene Abschnitt können in einer zweiten horizontalen Richtung jeweils eine erste Breite aufweisen, wobei die zweite horizontale Richtung senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung und zu der vertikalen Richtung verläuft. Der Messabschnitt kann einen zentralen Bereich aufweisen, der in der zweiten horizontalen Richtung eine zweite Breite aufweist, die geringer ist als die erste Breite.
Dadurch wird die Empfindlichkeit der Anordnung erhöht.
Die zweite Breite kann dabei wenigstens 20 %, wenigstens 30 % oder wenigstens 40 % geringer sein als die erste Breite.
Der Messabschnitt kann in der ersten horizontalen Richtung eine erste Länge aufweisen, und der zentrale Bereich des Messabschnitts kann in der ersten horizontalen Richtung eine zweite Länge aufweisen. Dabei kann die zweite Länge wenigstens 30 % der ersten Länge betragen.
Die Durchbiegung kann in dem zentralen Bereich so homogen sein, und die Größe des zentralen Bereichs kann auf die Größe eines darauf angeordneten Sensors angepasst werden.
Die Messleiste kann ein erstes Material, und der erste und der zweite Träger können jeweils ein zweites Material aufweisen, welches sich von dem ersten Material unterscheidet.
Die Anordnung kann dadurch zum einen kostengünstig hergestellt werden, andererseits kann insbesondere die Messleiste aus ausreichend hochwertigem Material gefertigt werden.
Die Messleiste kann den Werkstoff Nr. 1.4542 und/oder der erste und der zweite Träger können den Werkstoff Nr. 1.4301 aufweisen.
Dadurch kann die Messleiste aus hochwertigerem Material gefertigt sein als die Träger.
Die erste Dicke kann von wenigstens einem Parameter des Bauteils und/oder einer erwarteten zu bestimmenden Durchbiegung abhängen.
Dadurch kann die Dicke optimal auf die jeweilige Anwendung angepasst werden, ohne den grundsätzlichen Aufbau der Anordnung zu verändern.
Die Messleiste kann in der vertikalen Richtung eine erste Dicke aufweisen, welche beispielsweise zwischen 0,5 mm und 2 mm beträgt.
Die Messleiste kann sich dadurch in vielen Anwendungen gut mit dem Bauteil verbiegen und ist dabei robust genug auch bei harten Umgebungsanforderungen.
Es wird weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung eines Bauteils beschrieben, wobei das Verfahren das Herstellen einer Messleiste, die einen ersten ebenen Abschnitt, einen zweiten ebenen Abschnitt und einen in einer ersten horizontalen Richtung zwischen dem ersten ebenen Abschnitt und dem zweiten ebenen Abschnitt angeordneten in einer vertikalen Richtung gekrümmten Messabschnitt aufweist, wobei die vertikale Richtung senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung verläuft, das Herstellen eines ersten Trägers, der eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist, das Herstellen eines zweiten Trägers, der eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist, das Anordnen des ersten Trägers und des zweiten Trägers auf einem Bauteil, und das Anordnen des ersten ebenen Abschnitts der Messleiste auf der oberen Oberfläche des ersten Trägers und des zweiten ebenen Abschnitts der Messleiste auf der oberen Oberfläche des zweiten Trägers, entweder vor oder nach dem Anordnen des ersten und des zweiten Trägers auf dem Bauteil, aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt:

1 in einer skizzenhaften Darstellung eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung in unbelastetem Zustand,
2 in einer skizzenhaften Darstellung eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung in belastetem Zustand,
3 in einer skizzenhaften Darstellung eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung gemäß einem Beispiel,
4 in einer skizzenhaften Darstellung eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung gemäß einem weiteren Beispiel,
5 in einer skizzenhaften Darstellung eine Draufsicht auf eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung gemäß einem Beispiel,
6 in einer skizzenhaften Darstellung eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung gemäß einem Beispiel,
7 in einer skizzenhaften Darstellung einen Querschnitt durch eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung gemäß einem Beispiel,
8 in einer skizzenhaften Darstellung einen Querschnitt durch eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung gemäß einem Beispiel, und
9 in einem Ablaufdiagram ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung gemäß einem Beispiel.

1 zeigt eine Anordnung 20 zum Bestimmen einer Durchbiegung eines Bauteils 10. Das Bauteil 10 kann beispielsweise eine Fahrzeugachse sein. Die Anordnung 20 zum Bestimmen der Durchbiegung ist auf der Achse 10 angeordnet. In einem Fahrzeug mit mehr als einer Achse kann beispielsweise auf jeder der Achsen 10 eine Anordnung 20 angeordnet werden. In einem unbelasteten Zustand (z. B. Fahrzeug nicht beladen) erstreckt sich ein Bauteil 10 in der Regel gerade in einer ersten horizontalen Richtung x.
In einem belasteten Zustand weist das Bauteil eine Biegung auf. Wird beispielsweise ein Fahrzeug beladen, lastet ein entsprechendes Gewicht auf den Achsen des Fahrzeugs. Dadurch wird jede der Achsen in Abhängigkeit von dem darauf lastenden Gewicht zu einem gewissen Maß verbogen. Der belastete Zustand eines Bauteils 10 ist beispielhaft in 2 dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, dass das Bauteil 10 auch bereits im unbelasteten Zustand (z. B. allein durch das Fahrzeuggewicht ohne weitere Ladung) bereits eine leichte Durchbiegung aufweist, welche durch zusätzliche Belastung noch weiter verstärkt wird.
Die Anordnung 20 zum Bestimmen der Durchbiegung weist einen ersten Träger 22A und einen zweiten Träger 22B auf. Der erste Träger 22A und der zweite Träger 22B sind jeweils direkt mit dem Bauteil 10 verbunden. Der zweite Träger 22B ist dabei in der ersten horizontalen Richtung x in einem gewissen Abstand zu dem ersten Träger 22A angeordnet. Der Abstand zwischen dem ersten Träger 22A und dem zweiten Träger 22B kann beispielsweise mehr als 0,5 cm betragen. Abstände von mehreren Zentimetern sind beispielsweise möglich.
Eine Messleiste 24 ist zwischen dem ersten Träger 22A und dem zweiten Träger 22B angeordnet. Die Messleiste 24 weist dabei keine direkte Verbindung zu dem Bauteil 10 auf, sondern wird von den Trägern 22A, 22B getragen. In der in 1 dargestellten Anordnung verläuft die Messleiste 24 im unbelasteten Zustand in etwa parallel zu dem geraden Bauteil 10. Die Messleiste 24 kann beispielsweise die Form eine Platte aufweisen. Das heißt, die Abmessungen der Messleiste 24 in der ersten horizontalen Richtung x und in einer zweiten horizontalen Richtung z können jeweils wesentlich größer sein als die Abmessungen in einer vertikalen Richtung y. Die zweite horizontale Richtung z steht dabei senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung x, und die vertikale Richtung y steht senkrecht zu der ersten und der zweiten horizontalen Richtung x, z .
Auf der Messleiste 24 kann ein Sensor 26 angeordnet sein. In dem belasteten Zustand (vgl. 2) verbiegt sich die mit den Trägern 22A, 22B verbundene Messleiste 24 in der selben Richtung wie das Bauteil 10. Durch die Anordnung der Messleiste 24 auf den Trägern 22A, 22B, das heißt in einem bestimmen Abstand von dem Bauteil 10, kann bei Durchbiegung des Bauteils 10 die Durchbiegung der Messleiste 24 verstärkt werden. Der Sensor 26 ist dazu ausgebildet, eine Durchbiegung der Messleiste 24 zu bestimmen. Aus der Durchbiegung der Messleiste 24 kann dann auf die Durchbiegung des Bauteils 10 geschlossen werden. Ist das Bauteil 10 beispielsweise die Achse eines Fahrzeugs, kann aus der Durchbiegung der Achse wiederum auf das Fahrzeuggewicht geschlossen werden. Dabei kann es erforderlich sein, das auf jeder der Achsen eines Fahrzeugs lastende Gewicht zu bestimmen, um daraus das Gesamtgewicht des Fahrzeugs bestimmen zu können. Das Leergewicht eines Fahrzeugs ist in der Regel bekannt. Um das Gewicht der Ladung bestimmen zu können, kann somit das Leergewicht von dem ermittelten Gesamtgewicht subtrahiert werden.
Gemäß einem Beispiel ist der Sensor 26 dazu ausgebildet, eine Durchbiegung des Bauteils 10 zu bestimmen, und aus dieser Durchbiegung auf die auf das Bauteil 10 ausgeübte Kraft, bzw. auf das auf dem Bauteil 10 lastende Gewicht zu schließen.
Der Sensor 26 kann beispielsweise wenigstens einen Dehnungsmessstreifen aufweisen. Dehnungsmessstreifen können grundsätzlich eingesetzt werden, um Formänderungen (z. B. Dehnungen oder Stauchungen) an der Oberfläche von Bauteilen zu erfassen. Dehnungsmessstreifen können in Sensoren eingesetzt werden, mit denen Kräfte (Kraftaufnehmer) gemessen werden. Dabei können statische Belastungen und sich zeitlich ändernde Belastungen erfasst werden. Dehnungsmessstreifen können auf der Messleiste 24 angeordnet werden, um z. B. eine Dehnung oder Stauchung auf der Oberseite der Messleiste 24 zu detektieren. Die detektierte Dehnung oder Stauchung hängt dabei, unter anderem, von der Entfernung der Messstelle, an welcher der entsprechende Dehnungsmesstreifen angeordnet ist, zur neutralen Faser ab. Das grundsätzliche Prinzip von Dehnungsmesstreifen ist bekannt und wird an dieser Stelle daher nicht weiter erläutert.
Die Durchbiegung des Bauteils 10 kann, insbesondere bei geringem auf dem Bauteil 10 lastendem Gewicht, jedoch möglicherweise sehr gering ausfallen. Die Durchbiegung der Messleiste 24 kann in diesem Fall ebenfalls sehr gering sein, so dass diese durch den Sensor 26 nicht hinreichend genau erfasst werden kann. Beispielsweise können ein oder mehrere Dehnungsmessstreifen in einer Messbrücke verschaltet auf einer Messleiste 24 angeordnet werden. Aus der Messbrücke kann ein von der Deformation des entsprechenden Bauteils 10 abhängiges Ausgangssignal gewonnen werden. Dieses Ausgangssignal kann mittels einem Messverstärker verstärkt werden. Optional kann das Ausgangssignal anschließend digitalisiert werden bevor daraus die auf das Bauteil 10 ausgeübte Last bzw. das darauf lastende Gewicht bestimmt wird.
Das Ausgangssignal kann dabei jedoch relativ klein sein. Zudem lastet häufig über lange Zeiträume hinweg ein enormes Gewicht auf einem Bauteil 10, so dass die Anordnung 20 oft unter Dauerbelastung steht. Ist das Bauteil 10 eine Fahrzeugachse, dann ist eine auf der Achse 10 angeordnete Anordnung 20 meist sehr schwierigen Bedingungen ausgesetzt. So ist für die Anordnung 20 in vielen Anwendungen eine Beständigkeit gegen Korrosion, chemische Substanzen und mechanische Stoß- und Vibrationsbelastung über einen breiten Temperaturbereich von -50 °C bis +120 °C erforderlich. Dies stellt hohe Anforderungen an das verwendete Material und das Design der Anordnung. Anordnungen zum Bestimmen der Durchbiegung von Bauteilen 10, und insbesondere zum Bestimmen des Gewichts von Fahrzeugen, sind dadurch häufig nur zu hohen Kosten herstellbar.
Dadurch dass Anordnungen zum Bestimmen des Gewichts eines Fahrzeugs häufig auf die Fahrzeugachsen aufgeklebt werden müssen, ergeben sich auch oft lange Standzeiten für die Fahrzeuge. Dies ist wirtschaftlich, z. B. für Speditionen, ein großer Faktor, da Fahrzeuge lange ausfallen können.
Nun Bezug nehmend auf 3 ist eine Anordnung 20 zum Bestimmen der Durchbiegung eines Bauteils 10 dargestellt. Die Anordnung 20 weist eine Messleiste 24, einen ersten Träger 22A und einen zweiten Träger 22B auf. Der erste Träger 22A und der zweite Träger 22B sind jeweils dazu ausgebildet, auf einem Bauteil 10 angeordnet zu werden, dessen Durchbiegung bestimmt werden soll (Bauteil 10 in 3 nicht dargestellt). Die Messleiste 24 weist einen ersten ebenen Abschnitt 32A, einen zweiten ebenen Abschnitt 22B und einen in der ersten horizontalen Richtung x zwischen dem ersten ebenen Abschnitt 32A und dem zweiten ebenen Abschnitt 32B angeordneten in der vertikalen Richtung y gekrümmten Messabschnitt 34 auf (vgl. hierzu auch 5). Die Krümmung des Messabschnitts 34 ist in 3 nicht explizit dargestellt.
Der erste Träger 22A weist eine Unterseite auf, die dazu ausgebildet ist, mit dem Bauteil 10 verbunden zu werden. Der erste Träger 22A weist weiterhin eine der Unterseite gegenüber liegende Oberseite auf. Der zweite Träger 22B weist ebenfalls eine Unterseite, die dazu ausgebildet ist, mit dem Bauteil 10 verbunden zu werden, und eine der Unterseite gegenüber liegende Oberseite auf. Die Oberseiten des ersten Trägers 22A und des zweiten Trägers 22B sind jeweils parallel zu den entsprechenden Unterseiten ausgebildet. Das heißt, im montierten Zustand verlaufen die Oberseiten jeweils parallel zu dem Bauteil 10 im unbelasteten Zustand.
Der erste ebene Abschnitt 32A ist auf der Oberseite des ersten Trägers 22A und der zweite ebene Abschnitt 32B ist auf der Oberseite des zweiten Trägers 22B angeordnet. Im unbelasteten Zustand verlaufen somit auch der erste ebene Abschnitt 22A und der zweite ebene Abschnitt parallel zu den entsprechenden Unterseiten und zu dem Bauteil 10. Der Messabschnitt 34 weist auch im unbelasteten Zustand eine Krümmung bzw. Durchbiegung auf. Das heißt, der Messabschnitt 34 ist bereits im unbelasteten Zustand vorgebogen.
Die Anordnung 20 kann beispielsweise auf der Oberseite eines Bauteils 10 angeordnet werden, wie in den 1 und 2 beispielhaft dargestellt. Unter Belastung verbiegt sich die Messleiste 24 in der Regel zu dem Bauteil 10 hin, in der selben Richtung wie das Bauteil. Der Messabschnitt 34 kann bereits in dieser Richtung vorgebogen sein. Durch diese Vorbiegung des Messabschnitts 34 kann eine weitere Durchbiegung bei Belastung mechanisch verstärkt werden. Das heißt, eine Durchbiegung des Bauteils 10 wirkt sich auf den vorgebogenen Messabschnitt 34 wesentlich stärker aus als auf einen nicht vorgebogenen Messabschnitt (nicht vorgebogener Messabschnitt vgl. 1). Das Ausgangssignal einer Messanordnung ist aufgrund der Vorbiegung des Messabschnitts 34 wesentlich größer als bei herkömmlichen Anordnungen, ohne das Signal elektrisch verstärken zu müssen. Vielmehr wird durch die Vorbiegung die weitere Durchbiegung des Bauteils 10 bei Belastung auf einen Bereich 341 in der Mitte des Messabschnitts 34 konzentriert und dadurch verstärkt. Durch die Vorbiegung ist zudem die Richtung der weiteren Biegung des Messabschnitts 34 bereits vorgegeben. Die weitere Biegung erfolgt immer in der Richtung der Vorbiegung.
Innerhalb des Bereiches 341 ist die Durchbiegung zudem im Wesentlichen homogen. In 5 ist dieser Bereich gepunktet dargestellt. In den anderen Bereichen des Messabschnitts 34, insbesondere den Randbereichen zu den ebenen Abschnitten 32A, 32B hin, hingegen werden die Durchbiegung und die damit einhergehenden Spannungsspitzen erheblich reduziert. In 5 sind diese Randbereiche geringer Durchbiegung gestrichelt dargestellt. Der Verlauf der Durchbiegung ist dabei fließend und weist nicht, wie in 5 dargestellt, harte Übergänge zwischen den Bereichen geringer Durchbiegung und dem Bereich konzentrierter Durchbiegung 341 auf. Durch die Konzentration der Durchbiegung in der Mitte des Messabschnitts 34 kann insgesamt die Dauerfestigkeit der Anordnung 20 verbessert werden. Andere Bereiche als der Bereich konzentrierter Durchbiegung können somit ganz oder zumindest weitgehend spannungsfrei sein.
Ein Vorteil eines vorgebogenen Messabschnitts 34 gegenüber einem im unbelasteten Zustand planen Messabschnitts 34 liegt beispielsweise auch daran, dass das Vorzeichen des Ausgangssignals einer auf dem Messabschnitt 34 angeordneten Messbrücke deterministisch ist.
Der Sensor 26 kann in der Mitte des Messabschnitts 34 angeordnet sein in dem Bereich 341, in welchem die Durchbiegung konzentriert wird. Der mittlere Bereich 341 konzentrierter Durchbiegung kann zu dem ersten ebenen Abschnitt 32A und dem zweiten ebenen Abschnitt 32B jeweils den gleichen Abstand aufweisen.
Optional kann der Messabschnitt 34 im Vergleich zu dem ersten ebenen Abschnitt 32A und dem zweiten ebenen Abschnitt 32B eine geringere Breite B34 in der zweiten horizontalen Richtung z aufweisen. Dies ist beispielhaft in 5 dargestellt. Der Messabschnitt 34 kann im Vergleich zu dem ersten ebenen Abschnitt 32A und dem zweiten ebenen Abschnitt 32B deutlich verjüngt sein. Die Breite B34 des Messabschnitts 34 in der zweiten horizontalen Richtung z kann beispielsweise wenigstens 20 %, wenigstens 30 % oder wenigstens 40 % geringer sein als die Breite B32 der ebenen Abschnitte 32A, 32B in der selben Richtung z. Die Breite B32 der ebenen Abschnitte 32 kann dabei gleich sein zu einer Breite der entsprechenden Träger 22A, 22B in der zweiten horizontalen Richtung z. Das heißt, der erste ebene Abschnitt 32A und der zweite ebene Abschnitt 32B können die Oberseiten des ersten Trägers 22A und des zweiten Trägers 22B jeweils vollständig bedecken.
Der Messabschnitt 34 kann dabei über eine bestimmte Länge L341 die Breite B34 aufweisen. Das heißt, der Bereich 341 konzentrierter Durchbiegung kann einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise kann die Länge L341 des Bereiches 341 konzentrierter Durchbiegung wenigstens 30 % der Gesamtlänge L34 des Messabschnitts 34 in der ersten horizontalen Richtung x betragen. Der Sensor 26 kann beispielsweise in dem Bereich 341 konzentrierter Durchbiegung angeordnet sein, welcher über seine gesamte Länge L341 die Breite B34 aufweist. Zu den ebenen Abschnitten 32A, 32B hin kann sich der Messabschnitt 34 verbreitern, das heißt, die Randbereiche können eine Breite aufweisen, die größer ist als die Breite B34.
Durch die Verjüngung des Messabschnitts 34 kann eine Kraft reduziert werden, welche dazu erforderlich ist, den gekrümmten (vorgebogenen) Messabschnitt 34 weiter zu verbiegen (dehnen/stauchen). Grundsätzlich besteht die Gefahr, dass die ebenen Abschnitte 32A, 32B durch die zum Verbiegen des Messabschnitts 34 benötigte Kraft auf den Trägern 21A, 21B verrutschen. Diese Gefahr besteht insbesondere dann, wenn die ebenen Abschnitte 32A, 32B nicht ausreichend auf den Trägern befestigt sind. Je kleiner die Kraft ist, die benötigt wird, um den Messabschnitt 34 zu verbiegen, umso geringer ist auch die Gefahr des Verrutschens.
6 zeigt die Messleiste 24 aus 3 ohne die Träger 22A, 22B. Die Messleiste 24 kann in den ebenen Abschnitten 32A, 32B jeweils wenigstens ein Loch 28 aufweisen. Durch derartige Löcher 28 können beispielsweise Schrauben hindurchgeführt werden, um die Anordnung 20 auf einem Bauteil 10 zu befestigen. So kann die Anordnung 20 beispielsweise auf einem Bauteil 10 festgeschraubt werden.
4 zeigt beispielhaft eine Anordnung 20 mit zusätzlichen Befestigungsteilen 25A, 25B. Ein erstes Befestigungsteil 25A kann beispielsweise auf dem ersten ebenen Abschnitt 32A der Messleiste 24 angeordnet werden und ein zweites Befestigungsteil 25B kann auf dem zweiten ebenen Abschnitt 32B der Messleiste 24 angeordnet werden. Das heißt, der erste ebene Abschnitt 32A ist zwischen dem ersten Träger 22A und dem ersten Befestigungsteil 25A, und der zweite ebene Abschnitt 32B ist zwischen dem zweiten Träger 22B und dem zweiten Befestigungsteil 25B angeordnet. Die Befestigungsteile 25 können dazu ausgebildet sein, die Kraft, die von einer oder mehreren durch die Löcher 28 geführte Schrauben ausgeübt wird, gleichmäßig über die jeweiligen ebenen Abschnitte 32A, 32B zu verteilen. Dadurch kann verhindert werden, dass durch das Anbringen und Festziehen von Schrauben der Messabschnitt 34 ungewollt deformiert wird.
Die Befestigungsteile 25A, 25B können mit der Messleiste 24 auf verschiedene Art und Weise verbunden werden. Beispielsweise können die Befestigungsteile 25A, 25B auf die ebenen Abschnitte 32A, 32B der Messleiste 34 aufgeklebt oder geschweißt werden. Gemäß einem weiteren Beispiel können die Befestigungsteile 25A, 25B jedoch auch zusätzliche Aussparungen aufweisen (nicht dargestellt). Weiterhin können die ebenen Abschnitte 32A, 32B der Messleiste 24 Laschen oder Ähnliches aufweisen, welche in diese zusätzlichen Aussparungen eingeführt werden können. Dadurch können die Messleiste 24 und die Befestigungsteile 25A, 25B mittels Presspassung miteinander verbunden werden. Jegliche alternative oder zusätzliche Verbindungsarten zwischen der Messleiste 24 und den Befestigungsteilen 25A, 25B sind jedoch ebenfalls möglich. Weiterhin ist es jedoch auch möglich, dass keine zusätzlichen Verbindungen vorgesehen werden und die Befestigungsteile 25A, 25B nur mittels der in die Löcher 28 eingeführten Schrauben mit der Messleiste 24 und den Trägern 22A, 22B verbunden werden. Die Befestigungsteile 25A, 25B sind dabei jedoch optional. Die Anordnung 20 kann grundsätzlich auch ohne Befestigungsteile 25A, 25B implementiert werden.
Eine Anordnung 20 zum Bestimmen der Durchbiegung eines Bauteils 10 kann gemäß einem Beispiel einen ersten Träger 22A, einen zweiten Träger 22B und eine Messleiste 24 aufweisen.
Jedes dieser Teile kann individuell gefertigt werden. Anschließend werden die Teile wie oben beschrieben auf dem Bauteil 10 angeordnet. Dabei kann die Messleiste 24 beispielsweise ein erstes Material aufweisen. Das erste Material kann beispielsweise ein hochwertiges Material sein, wie z.B. ein hochwertiges Edelstahlmaterial. Beispielsweise kann die Messleiste 24 den Werkstoff Nr. 1.4542 mit der DIN-Kurzbezeichnung X5CrNiCuNbl6-4 nach DIN EN 10088-3 (ASTM: A564 Type 630) aufweisen. Andere geeignete Werkstoffe sind jedoch grundsätzlich ebenfalls möglich. Gerade für die Messleiste 24 mit dem darauf angeordneten Sensor 26 kann ein hochwertiges Material vorteilhaft sein.
Die Träger 22A, 22B hingegen können ein zweites, weniger hochwertiges und dadurch kostengünstigeres Material aufweisen. Die Träger 22A, 22B haben grundsätzlich lediglich die Funktion, die Messleiste 24 auf dem Bauteil 10 (z. B. Fahrzeugsachse, Rahmen, Blattfeder, etc.), welches sich unter Belastung mechanisch deformiert zu befestigen. Das zweite Material kann beispielsweise rostfrei und wärmeleitfähig sein. Beispielsweise können die Träger 22A, 22B ein gewöhnliches Edelstahlmaterial, wie beispielsweise den Werkstoff Nr. 1.4301 mit der DIN-Kurzbezeichnung X5CrNi18-10 nach DIN EN 10088-3 (ASTM Type 304) aufweisen. Andere geeignete Materialien sind ebenfalls möglich. Durch die Verwendung verschiedener Materialien kann die Anordnung 20 jedoch relativ kostengünstig hergestellt werden, da nicht alle Teile aus hochwertigen, teuren Materialien gefertigt werden müssen.
Werden Befestigungsteile 25A, 25B verwendet, können diese beispielsweise aus dem selben weniger hochwertigen Material wie die Träger 22A, 22B gefertigt werden.
7 zeigt beispielhaft einen Querschnitt einer Anordnung 20 zum Bestimmen einer Durchbiegung, insbesondere einer Messleiste 24 mit einem darauf angeordneten Sensor 26. 7 zeigt die ebenen Abschnitte 32A, 32B und den Messabschnitt 34. Die Messleiste 24 kann beispielsweise eine erste Dicke D24 aufweisen. Die erste Dicke D24 kann beispielsweise zwischen 0.5 mm und 2 mm betragen. Andere erste Dicken D24 sind jedoch ebenfalls möglich, beispielsweise bis zu mehreren Millimetern. Die erste Dicke D24 kann beispielsweise von verschiedenen Faktoren abhängen. Beispielsweise kann die erste Dicke D24 von der Beschaffenheit und somit von wenigstens einem Parameter des Bauteils 10 (z. B. Größe, Material, etc.) und/oder der erwarteten Größenordnung der zu messenden Dehnung bzw. Stauchung abhängen. Der Aufbau der Anordnung 20 kann so im Wesentlichen für verschiedenste Anwendungen bzw. Bauteile 10 unverändert bleiben. Durch geeignete Dimensionierung der ersten Dicke D24 und ggf. anderer Abmessungen der Anordnung 20 kann die Anordnung 20 für die jeweilige Anwendung jedoch optimiert werden, so dass die Durchbiegung des entsprechenden Bauteils 10 möglichst genau bestimmt werden kann.
8 zeigt die Anordnung aus 7 mit den Trägern 22A, 22B und den optionalen Befestigungsteilen 25A, 25B.
In den 7 und 8 sind insbesondere die ebenen Abschnitte 32A, 32B und der vorgebogene Messabschnitt 34 erkennbar.
Gemäß einem weiteren Beispiel kann der Sensor 26 zusätzlich dazu ausgebildet sein, eine Temperatur zu bestimmen. Hierfür kann der Sensor 26 einen oder mehrere Temperatursensoren aufweisen (nicht dargestellt). Diese Temperatursensoren können dazu ausgebildet sein, eine Temperatur des Sensors 26 selbst sowie auch eine Temperatur des Bauteils 10 zu bestimmen.
Dadurch können beispielsweise Durchbiegungen und Dehnungen, welche temperaturbedingt und nicht lastbedingt in dem Bauteil 10 auftreten, bei der Bestimmung einer Last bzw. eines Gewichtes berücksichtigt werden. Insbesondere können temperaturbedingte Durchbiegungen und Dehnungen bei der Bestimmung der lastabhängigen Durchbiegung von der gesamten bestimmten Durchbiegung subtrahiert bzw. geeignet heraus gerechnet werden.
Einzelne Teile, wie beispielsweise der Sensor 26 und eine zugehörige Elektronik (nicht dargestellt), können beispielsweise durch ein in den Figuren nicht dargestelltes Gehäuse vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Das Gehäuse kann beispielsweise ein Kunststoffgehäuse sein. Das Gehäuse kann beispielsweise mit einem geeigneten Füllmittel gefüllt sein, um die darin angeordneten Komponenten noch besser vor Umwelteinflüssen schützen zu können. Die zugehörige Elektronik kann beispielsweise eine Recheneinheit aufweisen (nicht dargestellt). Diese Recheneinheit kann beispielsweise einen Mikrocontroller und eine oder mehrere Speicherkomponenten aufweisen, die dazu ausgebildet sind, das durch den Sensor 26 bereitgestellte Messsignal aufzubereiten, von Fehlereinflüssen zu befreien und in ein geeignetes Format für den sicheren digitalen Austausch mit anderen Dateneinheiten zu wandeln.
Wie in den 3, 4 und 6 dargestellt, kann der Sensor 26 beispielsweise vier Dehnungsmesstreifen aufweisen, welche in den Figuren durch vier kleine Quadrate angedeutet sind. Vier Dehnungsmessstreifen können beispielsweise in den vier Ecken eines Quadrats oder eines Rechtecks angeordnet werden. Dadurch können die Dehnungsmesstreifen die Deformation des Messabschnitts 34 ideal bestimmen. Das Verwenden von vier Dehnungsmesstreifen ist dabei jedoch lediglich ein Beispiel. Jegliche Anzahl n von Dehnungsmesstreifen oder anderer geeigneter Sensoren mit n ≥ 1 ist ebenfalls möglich. Die Sensoren bzw. Dehnungsmesstreifen können dabei jedoch alle auf der selben Seite des Messabschnitts angeordnet sein.
Die Verwendung von vier Dehnungsmessstreifen ist dabei lediglich ein Beispiel. Der Sensor 26 kann auch mehr oder weniger Dehnungsmesstreifen aufweisen. Die Dehnungsmessstreifen können dabei auch in anderen Formen angeordnet sein als in der dargestellten quadratischen Anordnung. Beispielsweise können Dehnungsmessstreifen auch kreuzförmig oder in jeglicher anderer geeigneter Form angeordnet sein.
Grundsätzlich ist die Erfindung beispielsweise für viele Arten von Fahrzeug anwendbar, welche Achsen aufweisen, wie beispielsweise Personenkraftwagen, Traktoren, Flugzeuge, Gabelstapler, Anhänger oder Busse. Auch Deformationen (Durchbiegungen) anderer Gegenstände, wie beispielsweise von Brücken oder Gebäuden, können bestimmt werden. Zudem ist es auch möglich, eine Fahrbahnbeschaffenheit oder einen Straßenzustand (z. B. Schlaglöcher) während der Fahrt zu ermitteln, wenn die Anordnung entsprechend an der Achse eines Fahrzeugs angeordnet wird. Die Achse kann sich beispielsweise beim Durchfahren von Schlaglöchern oder bei Unebenheiten im Fahrbahnbelag entsprechend verbiegen. Eine derartige Bestimmung der Fahrbahnbeschaffenheit bzw. des Straßenzustands kann beispielsweise auch mit einer GPS-Einheit (GPS = Global Positioning System) gekoppelt werden, mittels welcher eine aktuelle Position des Fahrzeugs bestimmt werden kann.
9 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Anordnung 20 zum Bestimmen der Durchbiegung eines Bauteils 10. Das Verfahren weist das Herstellen einer Messleiste 24 auf, die einen ersten ebenen Abschnitt 32A, einen zweiten ebenen Abschnitt 32B und einen in einer ersten horizontalen Richtung x zwischen dem ersten ebenen Abschnitt 32A und dem zweiten ebenen Abschnitt 32B angeordneten in einer vertikalen Richtung y gekrümmten Messabschnitt 34 aufweist (Schritt 901). Gemäß einem Beispiel kann die Messleiste 24 mittels Stanzens hergestellt werden. Beispielsweise kann die Messleiste 24 aus einer Metallplatte ausgestanzt werden. Nach dem Stanzen kann die Messleiste mit einer definierten Biegung vorgebogen werden. Das Verfahren weist weiterhin das Herstellen eines ersten Trägers 22A auf (Schritt 902), der eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung y beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist. Der erste Träger 22A kann beispielsweise mittels Stanzens hergestellt werden. Das Verfahren weist weiterhin das Herstellen eines zweiten Trägers auf (Schritt 903), der eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung y beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist. In einem weiteren Schritt werden der erste Träger 22A und der zweite Träger 22B auf einem Bauteil 10 angeordnet (Schritt 904). Der erste ebene Abschnitt 32A der Messleiste 24 wird auf der oberen Oberfläche des ersten Trägers 22A und der zweite ebene Abschnitt 32B der Messleiste 20 auf der oberen Oberfläche des zweiten Trägers 22B angeordnet (Schritt 905). Das Anordnen der ebenen Abschnitte 32A, 32B kann entweder vor dem Anordnen des ersten und des zweiten Trägers 22A, 22B auf dem Bauteil 10 oder nach dem Anordnen des ersten und des zweiten Trägers 22A, 22B auf dem Bauteil 10 erfolgen.
Das heißt, die Anordnung 20 kann gemäß einem Beispiel zunächst zusammengebaut werden und anschließend auf dem Bauteil 10 befestigt werden (in 9 mit gestrichelten Pfeilen angedeutet), oder die Anordnung 20 kann beim Anordnen auf dem Bauteil 10 zusammengebaut werden, indem z.B. zunächst die Träger 22A, 22B auf dem Bauteil befestigt werden und anschließend die weiteren Komponenten auf den Trägern 22A, 22B angeordnet werden (in 9 mit fetten Pfeilen angedeutet).
Der erste ebene Abschnitt 32A und der zweite ebene Abschnitt 32B können auf dem ersten Träger 22A bzw. auf dem zweiten Träger 22B beispielsweise mittels Klebens, Schweißens, Presspassung oder Schraubens befestigt werden.
Bezugszeichenliste

10: Bauteil
20: Anordnung
22A, 22B: Träger
24: Messleiste
25A, 25B: Befestigungsteil
26: Sensor
28: Loch
32A, 32B: ebener Abschnitt
34: Messabschnitt
341: mittlerer Abschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 10088-3 [0052]

Claims

Anordnung (20) zum Bestimmen der Durchbiegung eines Bauteils (10), wobei die Anordnung aufweist: eine Messleiste (24), die einen ersten ebenen Abschnitt (32A), einen zweiten ebenen Abschnitt (32B) und einen in einer ersten horizontalen Richtung (x) zwischen dem ersten ebenen Abschnitt (32A) und dem zweiten ebenen Abschnitt (32B) angeordneten in einer vertikalen Richtung (y) gekrümmten Messabschnitt (34) aufweist, wobei die vertikale Richtung (y) senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung (x) verläuft; einen ersten Träger (22A), der eine untere Oberfläche, die dazu ausgebildet ist, auf dem Bauteil (10) angeordnet zu werden, und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung (y) beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist; und einen zweiten Träger (22B), der eine untere Oberfläche, die dazu ausgebildet ist, auf dem Bauteil (10) angeordnet zu werden, und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung (y) beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist, wobei der erste ebene Abschnitt (32A) der Messleiste (24) auf der oberen Oberfläche des ersten Trägers (22A) und der zweite ebene Abschnitt (32B) der Messleiste (20) auf der oberen Oberfläche des zweiten Trägers (22B) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, die weiterhin wenigstens einen Sensor (26) aufweist, wobei jeder der Sensoren (26) auf einer oberen Oberfläche des gekrümmten Messabschnitts (34) angeordnet ist, wobei die obere Oberfläche des Messabschnitts (34) im montierten Zustand von dem Bauteil (10) weg zeigt.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Sensor (26) wenigstens einen Dehnungsmesstreifen aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste ebene Abschnitt (32A) und der zweite ebene Abschnitt (32B) in einer zweiten horizontalen Richtung (z) jeweils eine erste Breite (B32) aufweisen, wobei die zweite horizontale Richtung (z) senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung (x) und zu der vertikalen Richtung (y) verläuft; und der Messabschnitt (34) einen zentralen Bereich (341) aufweist, der in der zweiten horizontalen Richtung (z) eine zweite Breite (B34) aufweist, die geringer ist als die erste Breite (B32).
Anordnung nach Anspruch 4, wobei die zweite Breite (B34) wenigstens 20 %, wenigstens 30 % oder wenigstens 40 % geringer ist als die erste Breite (B32).
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der Messabschnitt (34) in der ersten horizontalen Richtung (x) eine erste Länge (L34) aufweist; der zentrale Bereich (341) des Messabschnitts (34) in der ersten horizontalen Richtung (x) eine zweite Länge (L341) aufweist; und die zweite Länge (L341) wenigstens 30 % der ersten Länge (L34) beträgt.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Messleiste (24) ein erstes Material, und der erste und der zweite Träger (22A, 22B) jeweils ein zweites Material aufweisen, welches sich von dem ersten Material unterscheidet.
Anordnung nach Anspruch 7, wobei die Messleiste (24) den Werkstoff Nr. 1.4542 und/oder der erste und der zweite Träger (22A, 22B) den Werkstoff Nr. 1.4301 aufweisen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messleiste (24) in der vertikalen Richtung eine erste Dicke (D24) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 9, wobei die erste Dicke (D24) von wenigstens einem Parameter des Bauteils (10) und/oder einer erwarteten zu bestimmenden Durchbiegung abhängt.
Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die erste Dicke (D24) zwischen 0,5 mm und 2 mm beträgt.
Verfahren zum Herstellen einer Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung eines Bauteils (10), wobei das Verfahren aufweist: Herstellen einer Messleiste (24), die einen ersten ebenen Abschnitt (32A), einen zweiten ebenen Abschnitt (32B) und einen in einer ersten horizontalen Richtung (x) zwischen dem ersten ebenen Abschnitt (32A) und dem zweiten ebenen Abschnitt (32B) angeordneten in einer vertikalen Richtung (y) gekrümmten Messabschnitt (34) aufweist, wobei die vertikale Richtung (y) senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung (x) verläuft; Herstellen eines ersten Trägers (22A), der eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung (y) beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist; Herstellen eines zweiten Trägers (22B), der eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung (y) beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist; Anordnen des ersten Trägers (22A) und des zweiten Trägers (22B) auf einem Bauteil (10); und Anordnen des ersten ebenen Abschnitts (32A) der Messleiste (24) auf der oberen Oberfläche des ersten Trägers (22A) und des zweiten ebenen Abschnitts (32B) der Messleiste (20) auf der oberen Oberfläche des zweiten Trägers (22B), entweder vor oder nach dem Anordnen des ersten und des zweiten Trägers (22A, 22B) auf dem Bauteil (10).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei wenigstens eines von die Messleiste (24) mittels Stanzens hergestellt wird; und der erste und der zweite Träger (22A, 22B) mittels Stanzens hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Herstellen der Messleiste (24) das Vorbiegen der Messleiste (24) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das weiterhin das Befestigen des ersten ebenen Abschnitts (32A) auf dem ersten Träger (22A) und das Befestigen des zweiten ebenen Abschnitts (32B) auf dem zweiten Träger (22B) mittels Klebens, Schweißens, Presspassung oder Schraubens aufweist.