DE102022125618A1 - Device for measuring a wheel or axle load - Google Patents

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Abstract

Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast in einem gefederten Fahrwerk eines ein- oder mehrachsigen Fahrzeugs, wobei im Kraftübertragungsweg zwischen Aufbau und Achse ein aus einem elastomeren Material ausgebildetes lasttragendes Element so vorgesehen ist, dass ein zwischen Achse und Aufbau angeordnetes Federelement jeweils über das lasttragende Element entweder mit der Achse und/oder mit dem Aufbau kraftübertragend verbunden ist. Innerhalb des lasttragenden Elements ist eine Kavität vorgesehen, die eine Sensoreinrichtung zur Messung des absoluten Drucks innerhalb der Kavität enthält. Die Sensoreinrichtung weisteinen Drucksensor zur Erzeugung eines dem Innendruck in der Kavität proportionalen elektrischen Signals und eine Verarbeitungselektronik zur Weiterleitung des druckproportionalen Signals an einen außerhalb des lasttragenden Elements befindlichen Empfänger oder an eine Steuerungseinrichtung auf. Die Kavität ist als vollständig geschlossener Druckraum/Hohlraum ausgebildet.Device for measuring a wheel or axle load in a sprung chassis of a single or multi-axle vehicle, wherein a load-bearing element made of an elastomer material is provided in the force transmission path between the body and the axle such that a spring element arranged between the axle and the body is connected in a force-transmitting manner via the load-bearing element either to the axle and/or to the body. A cavity is provided within the load-bearing element, which contains a sensor device for measuring the absolute pressure within the cavity. The sensor device has a pressure sensor for generating an electrical signal proportional to the internal pressure in the cavity and processing electronics for forwarding the pressure-proportional signal to a receiver located outside the load-bearing element or to a control device. The cavity is designed as a completely closed pressure chamber/hollow space.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast in einem gefederten Fahrwerk eines ein- oder mehrachsigen Fahrzeugs, wobei im Kraftübertragungsweg zwischen Aufbau und Achse ein aus einem elastomeren Material ausgebildetes lasttragendes Element so vorgesehen ist, dass ein zwischen Achsen und Aufbau angeordnetes Federelement jeweils über das lasttragende Element entweder mit der Achse und/oder mit dem Aufbau kraftübertragend verbunden ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Dämpfungselement zur Verwendung in einer solchen Einrichtung, einen Lastkraftwagen mit einem solchen Dämpfungselement und/oder einer solchen Einrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung.The invention relates to a device for measuring a wheel or axle load in a sprung chassis of a single or multi-axle vehicle, wherein a load-bearing element made of an elastomer material is provided in the force transmission path between the body and the axle in such a way that a spring element arranged between the axles and the body is connected in a force-transmitting manner via the load-bearing element either to the axle and/or to the body. The invention also relates to a damping element for use in such a device, a truck with such a damping element and/or such a device, and a method for producing a device according to the invention.

Bei Fahrzeugen, insbesondere bei Nutzfahrzeugen, hat ein Gewicht einer Ladung einen wesentlichen Einfluss auf das Fahrverhalten und damit auf die Fahrsicherheit. Eine Ermittlung oder Messung eines Fahrzeuggewichts bzw. einer Fahrzeugmasse sowie einer Verteilung des Fahrzeuggewichts/der Fahrzeugmasse auf einzelne Achsen oder Räder ist somit eine wichtige Grundlage für einen sicheren Transport. Daher existieren auch weltweit gesetzliche Regelungen, nach denen die Überladung von Schwerlastfahrzeugen oder auch anderer Fahrzeuge verboten ist. So gibt in der Bundesrepublik Deutschland das Kraftfahrt-Bundesamt im Rahmen der allgemeinen Betriebserlaubnis die Zuladung und das zulässige Gesamtgewicht für Fahrzeuge als feste Größen vor.In vehicles, especially commercial vehicles, the weight of a load has a significant influence on driving behavior and thus on driving safety. Determining or measuring a vehicle weight or mass and distributing the vehicle weight/mass across individual axles or wheels is therefore an important basis for safe transport. There are therefore legal regulations worldwide that prohibit overloading heavy goods vehicles or other vehicles. In the Federal Republic of Germany, for example, the Federal Motor Transport Authority specifies the payload and the permissible total weight for vehicles as fixed values within the framework of the general operating license.

Gleichermaßen ist es oft vorgeschrieben, eine Beladung bzw. eine Achslast solcher Fahrzeuge bereits vor Fahrtantritt oder während einer Beladung zu überprüfen. Die übliche Methode zur Ermittlung des Gewichts von Lastkraftwagen ist dabei ein Wiegen des Fahrzeugs auf einer stationären Waage, die vor Fahrtantritt befahren werden muss. Darüber hinaus ist des Öfteren auch eine Kontrolle während einer Fahrt bzw. nach mehrfacher Be- und Entladung während der Fahrt, insbesondere während einer Auslieferungsfahrt, erforderlich. Dies kann dann mit entsprechenden mobilen Waagen realisiert werden, die aber nicht immer zur Verfügung stehen.Likewise, it is often mandatory to check the load or axle load of such vehicles before starting a journey or during loading. The usual method for determining the weight of trucks is to weigh the vehicle on a stationary scale that must be used before starting the journey. In addition, a check is often required during a journey or after multiple loading and unloading during the journey, especially during a delivery journey. This can then be achieved using appropriate mobile scales, but these are not always available.

Vorteilhafter ist es daher, wenn die Gewichtsermittlung mit Messeinrichtungen erfolgt, die im Fahrzeug eingebaut sind. An solchen Lösungen sind natürlich neben Fahrzeugherstellern, insbesondere Nutzfahrzeugherstellern, auch Betreiber von Fahrzeugflotten und Spediteure außerordentlich interessiert, da hier eine genaue und vorausschauende Ladungsplanung erfolgen kann. Hier werden im Stand der Technik Ansätze verfolgt, die magnetorestriktive Sensoren oder Dehnungsmessstreifen zur Kraftmessung an Achsen betrachten oder eine Auswertung von Motordaten, Getriebe- oder Bremsdaten vorsehen. Eine gebrauchsfähige Serienlösung ist bisher nicht in Sicht.It is therefore more advantageous if the weight is determined using measuring devices that are installed in the vehicle. In addition to vehicle manufacturers, especially commercial vehicle manufacturers, vehicle fleet operators and freight forwarders are also extremely interested in such solutions, as they enable precise and forward-looking load planning. The state of the art here involves approaches that consider magnetorestrictive sensors or strain gauges for measuring force on axles or provide for the evaluation of engine data, transmission or brake data. A usable series solution is not yet in sight.

Das Problem einer Gewichtsermittlung innerhalb eines Fahrzeuges besteht weniger bei luftgefederten Fahrzeugen, da hier z.B. durch eine Auswertung des Luftdrucks in den Federn eine Belastung des Fahrzeuges ermittelt werden kann. Bei anderen Federsystemen, beispielsweise bei Nutzfahrzeugen mit Blattfederung/Stahlfederung, ist dies so nicht möglich. Im Stand der Technik existieren zur Gewichtsermittlung für Fahrzeuge mit mechanischer Federung/Blattfederung bereits Lösungen, bei denen das Fahrzeuggewicht bzw. die Fahrzeugmasse und die Belastung einzelner Achsen mithilfe von Messeinrichtungen oder -vorrichtungen im Fahrzeug gemessen werden können.The problem of determining the weight within a vehicle is less of an issue with air-sprung vehicles, as the load on the vehicle can be determined by evaluating the air pressure in the springs, for example. This is not possible with other spring systems, such as commercial vehicles with leaf springs/steel springs. State-of-the-art solutions already exist for determining the weight of vehicles with mechanical springs/leaf springs, in which the vehicle weight or mass and the load on individual axles can be measured using measuring devices or equipment in the vehicle.

Eine solche Messvorrichtung offenbart die DE 10 2019 202 763 A1 , jedoch nur für eine Messung bei stehendem Fahrzeug. Dort ist die Messvorrichtung in einer Federlasche angeordnet, mit der ein Blattfederelement mit einem Aufbauelement bzw. einer Karosserie verbunden ist. Eine Deformation der Federlasche wird mittels Dehnungsmeßstreifen ermittelt. Eine solche Konstruktion erscheint relativ aufwendig und wartungsintensiv.Such a measuring device reveals the EN 10 2019 202 763 A1 , but only for a measurement when the vehicle is stationary. There, the measuring device is arranged in a spring bracket, with which a leaf spring element is connected to a structural element or a body. Deformation of the spring bracket is determined using strain gauges. Such a construction appears to be relatively complex and maintenance-intensive.

Die DE 199 18 679 A1 offenbart ein elektronisches Messsystem mit einem am Fahrzeug befestigten Messwertaufnehmer allgemeiner Art, im Wesentlichen ausgebildet als Dehnungsmesstreifen zur Aufnahme von Kräften/Druckkräften, zur Bestimmung einer Auflagermasse eines Fahrzeugs.The DE 199 18 679 A1 discloses an electronic measuring system with a measuring sensor of a general type attached to the vehicle, essentially designed as a strain gauge for recording forces/compressive forces, for determining a support mass of a vehicle.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach in der Bereitstellung einer verbesserten, im Fahrzeug integrierten Messeinrichtung, mit deren Hilfe auf einfache Weise Kräfte in einem gefederten Fahrwerk eines ein- oder mehrachsigen Fahrzeugs gemessen werden können, insbesondere Gewichtskräfte, die durch eine Beladung des Fahrzeugs hervorgerufen werden. Zudem soll die Messung auch während einer Fahrt des Fahrzeugs oder im Rahmen von Kontrollen bei Fahrtunterbrechungen ermöglicht sein. Weiterhin besteht die Aufgabe, die Messeinrichtung möglichst einfach zu gestalten und innerhalb von üblichen Achs- oder Fahrwerksbauteilen zu integrieren.The object of the present invention is therefore to provide an improved measuring device integrated in the vehicle, with the aid of which forces in a sprung chassis of a single or multi-axle vehicle can be easily measured, in particular weight forces caused by a load on the vehicle. In addition, the measurement should also be possible while the vehicle is driving or as part of checks during journey breaks. The object is also to design the measuring device as simply as possible and to integrate it within standard axle or chassis components.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart. Ebenfalls offenbart sind ein Dämpfungselement zur Verwendung in einer solchen Einrichtung, ein Lastkraftwagen mit einem solchen Dämpfungselement und/oder einer solchen Einrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung.This object is achieved by the features of the main claim. Further advantageous embodiments are disclosed in the dependent claims. Also disclosed are a damping element for use in such a device, a truck with such a damping element and/or such a device and a Method for producing a device according to the invention.

Dabei ist innerhalb des lasttragenden Elements eine Kavität vorgesehen, die eine Sensoreinrichtung zur Messung des absoluten Drucks innerhalb der Kavität enthält. Dass die Kavität die Sensoreinrichtung enthält, bedeutet hier, dass die Kavität zumindest einen wesentlichen oder ganz überwiegenden Teil der Sensoreinrichtung vollständig umschließt. Die Sensoreinrichtung weist einen Drucksensor zur Erzeugung eines dem Innendruck in der Kavität proportionalen elektrischen Signals, eine Verarbeitungselektronik und eine Signalleitung zur Weiterleitung des druckproportionalen Signals an einen außerhalb des lasttragenden Elements befindlichen Empfänger oder an eine Steuerungseinrichtung, sowie eine Energiequelle zur Energieversorgung von Drucksensor und Verarbeitungselektronik auf. Dabei ist die Kavität als vollständig geschlossener Druckraum/Hohlraum ausgebildet und die Signalleitung im lasttragenden Element vollständig eingebettet. Damit kann der Umstand, dass die Kavität die Sensoreinrichtung enthält, bedeuten, dass die Signalleitung als Teil der Sensoreinrichtung sich, insbesondere als einziger Teil der Sensoreinrichtung, über die Kavität hinaus in das lasttragende Element hinein erstreckt.A cavity is provided within the load-bearing element, which contains a sensor device for measuring the absolute pressure within the cavity. The fact that the cavity contains the sensor device means here that the cavity completely encloses at least a significant or very predominant part of the sensor device. The sensor device has a pressure sensor for generating an electrical signal proportional to the internal pressure in the cavity, processing electronics and a signal line for forwarding the pressure-proportional signal to a receiver located outside the load-bearing element or to a control device, as well as an energy source for supplying energy to the pressure sensor and processing electronics. The cavity is designed as a completely closed pressure chamber/hollow space and the signal line is completely embedded in the load-bearing element. The fact that the cavity contains the sensor device can therefore mean that the signal line as part of the sensor device, in particular as the only part of the sensor device, extends beyond the cavity into the load-bearing element.

Ausgangspunkt ist dabei einerseits die Überlegung, dass ein solches lasttragendes Element bei allen Arten von Federungen, auch bei Blattfedern, die gesamte durch eine Ladung bzw. ein Gewicht erzeugte Belastung auf das Fahrwerk bzw. die Achse überträgt. Durch die erfindungsgemäße Einrichtung erfolgt eine Absolutdruck-Messung innerhalb des lasttragenden Elements, wodurch sich eine besonders gute Korrelation zur Bestimmung der Rad- oder Achslast in einem gefederten Fahrwerk ergibt. Die erfindungsgemäße Einrichtung liefert so gut repräsentierbare Ergebnisse mit einer gegen äußere Einflüsse geschützten Messeinrichtung.The starting point is, on the one hand, the consideration that such a load-bearing element in all types of suspension, including leaf springs, transfers the entire load generated by a load or weight to the chassis or axle. The device according to the invention measures absolute pressure within the load-bearing element, which results in a particularly good correlation for determining the wheel or axle load in a sprung chassis. The device according to the invention thus delivers well-representable results with a measuring device that is protected against external influences.

Darüber hinaus erlaubt die erfindungsgemäße Einrichtung eine Messung der Rad- oder Achslast, ohne die Dämpfercharakteristik zu verändern und insbesondere ohne Bohrungen, Schwächungen oder Ausnehmungen im lasttragenden Dämpferelement akzeptieren zu müssen.In addition, the device according to the invention allows a measurement of the wheel or axle load without changing the damper characteristics and in particular without having to accept bores, weakenings or recesses in the load-bearing damper element.

Dies gilt gleichermaßen für eine Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der innerhalb des lasttragenden Elements eine Kavität vorgesehen ist, die eine autark ausgebildete Sensoreinrichtung zur Messung des absoluten Drucks innerhalb der Kavität enthält. Die Sensoreinrichtung weist einen Drucksensor zur Erzeugung eines dem Innendruck in der Kavität proportionalen elektrischen Signals, eine Verarbeitungselektronik sowie eine Einrichtung zur drahtlosen Weiterleitung des druckproportionalen Signals an einen außerhalb des lasttragenden Elements befindlichen Empfänger oder an eine Steuerungseinrichtung, sowie eine Energiequelle zur Energieversorgung von Drucksensor, Verarbeitungselektronik und Sendeeinrichtung auf. Dabei ist die Kavität als vollständig geschlossener Druckraum/Hohlraum ausgebildet.This applies equally to an embodiment of the device according to the invention in which a cavity is provided within the load-bearing element, which contains an autonomous sensor device for measuring the absolute pressure within the cavity. The sensor device has a pressure sensor for generating an electrical signal proportional to the internal pressure in the cavity, processing electronics and a device for wirelessly forwarding the pressure-proportional signal to a receiver located outside the load-bearing element or to a control device, as well as an energy source for supplying energy to the pressure sensor, processing electronics and transmitting device. The cavity is designed as a completely closed pressure chamber/hollow space.

Eine Weiterbildung einer solchen autark ausgebildeten Sensoreinrichtung besteht darin, dass die Einrichtung zur drahtlosen Weiterleitung des dem Innendruck in der Kavität proportionalen (im Folgenden kurz: druckproportionalen) Signals einen Funksender aufweist. Der Empfänger des Funksignals kann dann im Fahrzeug ausgebildet sein oder auch in Kontrollstationen, etwa Wägeeinrichtungen außerhalb des Fahrzeugs.A further development of such an autonomously designed sensor device consists in the device having a radio transmitter for wireless transmission of the signal proportional to the internal pressure in the cavity (hereinafter referred to as pressure-proportional). The receiver of the radio signal can then be designed in the vehicle or in control stations, such as weighing devices outside the vehicle.

Eine weitere Ausbildung einer solchen autark ausgebildeten Sensoreinrichtung besteht darin, dass die Einrichtung zur drahtlosen Weiterleitung des druckproportionalen Signals als passiver oder aktiver RFID-Transponder ausgebildet ist. Der Transponder im lasttragenden Element kann dann entweder mit einer Batterie versehen sein oder als passiver Transponder durch Energiezufuhr von außen betrieben werden, welche beispielsweise über ein elektrisches Feld drahtlos zur Verfügung gestellt wird. Eine zum Transponder gehörige Antenne ist dabei einem von einem Lese-Schreibgerät erzeugten Feld ausgesetzt, so dass in der Antenne eine elektrische Spannung induziert wird, was grundsätzlich in Antennen für elektromagnetische Wellen erfolgt. Bei einem passiven RFID-Transponder ist der induzierte Strom jedoch ausreichend, um nicht nur Information, sondern auch die Energie für dessen Betrieb zu übertragen. Auch hier ist es möglich, das Lese-Schreibgerät nicht nur im Fahrzeug, sondern auch an Kontrollstationen außerhalb des Fahrzeugs zur positionieren, solange die Entfernung zum Transponder gering bleibt.A further embodiment of such a self-contained sensor device is that the device for wirelessly transmitting the pressure-proportional signal is designed as a passive or active RFID transponder. The transponder in the load-bearing element can then either be provided with a battery or be operated as a passive transponder by supplying energy from the outside, which is provided wirelessly via an electric field, for example. An antenna belonging to the transponder is exposed to a field generated by a read/write device, so that an electrical voltage is induced in the antenna, which basically happens in antennas for electromagnetic waves. In the case of a passive RFID transponder, however, the induced current is sufficient to transmit not only information, but also the energy for its operation. Here, too, it is possible to position the read/write device not only in the vehicle, but also at control stations outside the vehicle, as long as the distance to the transponder remains small.

Eine Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast innerhalb eines lasttragenden Elements besteht darin, dass die Energiequelle als Energieerzeuger oder Akkumulator innerhalb der Kavität ausgebildet sind. Ein Akkumulator müsste dann so ausgelegt werden, dass er für die Einsatz- oder Betriebszeit des lasttragenden Elements bzw. bis zum nächsten Austausch oder bis zu einer Wartung zur Energieversorgung ausreicht.A further development of a device according to the invention for measuring a wheel or axle load within a load-bearing element consists in that the energy source is designed as an energy generator or accumulator within the cavity. An accumulator would then have to be designed in such a way that it is sufficient to supply energy for the use or operating time of the load-bearing element or until the next replacement or until maintenance.

Eine Alternative dazu bildet eine weitere Ausbildung einer solchen Einrichtung, die darin besteht, dass die Energiequelle als kontaktlos von außerhalb des lasttragenden Elements aufladbarer Akkumulator ausgebildet ist, insbesondere als kapazitiv oder induktiv aufladbarer Akkumulator.An alternative to this is a further embodiment of such a device, which consists in that the energy source is designed as an accumulator that can be charged contactlessly from outside the load-bearing element, in particular as a capacitively or inductively chargeable accumulator.

Eine weitere Ausbildung einer erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, dass die Energiequelle als ein durch Druckänderung oder Kraftwirkung innerhalb der Kavität oder des lasttragenden Elements betreibbarer Energieerzeuger ausgebildet ist, insbesondere als piezoelektrischer Energieerzeuger ausgebildet ist.A further embodiment of a device according to the invention consists in that the energy source is designed as an energy generator operable by pressure change or force action within the cavity or the load-bearing element, in particular as a piezoelectric energy generator.

Eine weitere Ausbildung einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit nach außen geführter Signalleitung besteht darin, dass die Signalleitung im lasttragenden Element einvulkanisiert ist.A further embodiment of a device according to the invention with an externally routed signal line consists in that the signal line is vulcanized into the load-bearing element.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zeigt sich als besonders geeignet für Blattfederungen, bei der also das zwischen Achsen und Aufbau angeordnete Federelement eine Blattfeder ist. Für Blattfederungen sind im Stand der Technik bisher wenig Lösungen vorhanden.The device according to the invention is particularly suitable for leaf springs, in which the spring element arranged between the axles and the body is a leaf spring. There are currently few solutions for leaf springs in the state of the art.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Dämpfungselement zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast, welches in einem gefederten Fahrwerk eines ein- oder mehrachsigen Fahrzeugs vorgesehen ist. Das Dämpfungselement ist dabei als lasttragendes Element im Kraftübertragungsweg zwischen Aufbau und Achse angeordnet, insbesondere in Form eines zwischen Blattfeder und Achse eingespannten Dämpferblocks. Im Stand der Technik werden solche Dämpferblöcke bereits genutzt, jedoch nicht in einer Ausbildung als Messeinrichtung, sondern lediglich als einfacher monolithischer Gummiblock.A further aspect of the invention relates to a damping element for use in a device according to the invention for measuring a wheel or axle load, which is provided in a sprung chassis of a single- or multi-axle vehicle. The damping element is arranged as a load-bearing element in the force transmission path between the body and the axle, in particular in the form of a damper block clamped between the leaf spring and the axle. Such damper blocks are already used in the prior art, but not in a design as a measuring device, but merely as a simple monolithic rubber block.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Fahrzeug, insbesondere in Nutzfahrzeug, mit mechanischer Blattfederung, mit einem solchen erfindungsgemäßen Dämpfungselement und/oder einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Nutzfahrzeuge unterliegen in besonderer Weise den oben beschriebenen Forderungen in Bezug auf Zuladung und zulässiges Gesamtgewicht und sind durch ein solches Dämpfungselement auf einfache Weise richtliniengemäß einstellbar und prüfbar.A further aspect of the invention relates to a vehicle, in particular a commercial vehicle, with mechanical leaf springs, with such a damping element according to the invention and/or a device according to the invention. Commercial vehicles are particularly subject to the requirements described above with regard to payload and permissible total weight and can be easily adjusted and checked in accordance with the guidelines using such a damping element.

Ein anderer Aspekt betrifft ein besonders einfaches Verfahren zu Herstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast, wobei die innerhalb des lasttragenden Elements ausgebildete Kavität während der Vulkanisation des lasttragenden Elements durch einen gegenüber der Vulkanisationstemperatur beständigen Platzhalter oder Dummy ausgebildet wird. Nach der Vulkanisation wird der Platzhalter entnommen, die Sensoreinrichtung mit allen Bauteilen in die entstandene Kavität eingesetzt und letztere mit einem elastomeren Material durch Vulkanisierung verschlossen, insbesondere durch Kaltvulkanisation oder Niedertemperaturvulkanisation.Another aspect relates to a particularly simple method for producing a device according to the invention for measuring a wheel or axle load, wherein the cavity formed within the load-bearing element is formed during the vulcanization of the load-bearing element by a placeholder or dummy that is resistant to the vulcanization temperature. After vulcanization, the placeholder is removed, the sensor device with all components is inserted into the resulting cavity and the latter is closed with an elastomer material by vulcanization, in particular by cold vulcanization or low-temperature vulcanization.

Ebenso ist es möglich, die erfindungsgemäße Einrichtung durch Fügeverfahren wie etwa „glueing“ oder „adhesive bonding“ herzustellen, wo etwa mit Hilfe eines Klebers eine molekulare Verbindung zwischen Oberflächenbereichen einzelner Fügeteile erzeugt wird, die nach dem Fügen einen vollständig geschlossenen Druckraum/Hohlraum bilden. Ebenso können Verfahren genutzt werden, die als „overmolding“ oder „injection molding“ im Stand der Technik bekannt sind und bei denen hier etwa durch nachfolgendes Umspritzen eines Formkörpers mit demselben oder einem anderen Material ein vollständig geschlossener Druckraum/Hohlraum ausgebildet wird.It is also possible to produce the device according to the invention by joining methods such as "glueing" or "adhesive bonding", where a molecular connection is created between surface areas of individual joining parts with the aid of an adhesive, which form a completely closed pressure chamber/cavity after joining. It is also possible to use methods known in the art as "overmolding" or "injection molding", in which a completely closed pressure chamber/cavity is formed by subsequently overmolding a molded body with the same or a different material.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

  • 1 eine Skizze zur Übersicht und zur Einordnung der folgenden Figuren,
  • 2 eine Skizze zur Fahrwerkskonstruktion der Hinterachse eines Nutzfahrzeugs in einer perspektivischen Ansicht und die dortige Anordnung einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung, 3 eine Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast als Prinzipskizze, bei der eine Signalleitung zur Weiterleitung eines druckproportionalen Signals vorgesehen ist,
  • 4 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast als Prinzipskizze, bei der eine drahtlose Weiterleitung des druckproportionalen Signals vorgesehen ist.
The invention will be explained in more detail using an embodiment.
  • 1 a sketch for an overview and classification of the following figures,
  • 2 a sketch of the chassis construction of the rear axle of a commercial vehicle in a perspective view and the arrangement of a measuring device according to the invention therein, 3 an embodiment of the device according to the invention for measuring a wheel or axle load as a schematic diagram, in which a signal line is provided for transmitting a pressure-proportional signal,
  • 4 a further embodiment of the device according to the invention for measuring a wheel or axle load as a schematic diagram, in which a wireless transmission of the pressure-proportional signal is provided.

In den Figuren können gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen referenziert sein. Zur Verdeutlichung der Erfindung ist es vorteilhaft, die Figuren in der Zusammenschau zu betrachten.In the figures, identical or similar elements may be referenced with the same reference numerals. To clarify the invention, it is advantageous to consider the figures together.

Die 1 zeigt in Form einer Skizze zur Übersicht und zur Einordnung der folgenden Figuren ein Fahrzeug 1, hier ein Nutzfahrzeug, insbesondere einen zweiachsigen Lastkraftwagen, mit einem Führerhaus 2, einer Ladefläche bzw. einem Ladekasten 3, mit einer Vorderachse 4 und einer Hinterachse 5.The 1 shows in the form of a sketch for the overview and classification of the following figures a vehicle 1, here a commercial vehicle, in particular a two-axle truck, with a driver's cab 2, a loading area or a loading box 3, with a front axle 4 and a rear axle 5.

2 zeigt, ebenfalls in Form einer Skizze, eine prinzipielle Fahrwerkskonstruktion der Hinterachse 5 des Fahrzeugs 1 in einer perspektivischen Ansicht von links hinten gesehen. 2 shows, also in the form of a sketch, a basic chassis construction of the rear axle 5 of the vehicle 1 in a perspective view from the left rear.

Erkennbar sind hier die Reifen bzw. Räder 6 an der Hinterachse 5, welche über ein Antriebs- und Differenzialgetriebe 7 angetrieben werden. Die Hinterachse 5 ist über eine geschichtete Blattfeder 8 an einem den Ladekasten 3 tragenden und mit letzterem verbunden Rahmenträger 16 befestigt, wie in den 3, 4 angedeutet.Visible here are the tires or wheels 6 on the rear axle 5, which are driven by a drive and differential gear 7. The rear axle 5 is attached via a layered leaf spring 8 to a frame support 16 that carries the loading box 3 and is connected to the latter, as shown in the 3 , 4 indicated.

Die Verbindung der Blattfeder 8 mit dem Rahmenträger 16 erfolgt an beiden Enden der Blattfeder 8 über als bewegliche gelagerte Federlaschen 9 ausgebildete Anlenkpunkte, die gelenkig im Rahmenträger 16 gelagert sind. Die Verbindung der Blattfeder 8 mit der Hinterachse 5 erfolgt über ein lasttragendes Element 10, nämlich hier über ein elastomeres Dämpfungselement in Form eines Dämpferblocks. Im Stand der Technik werden solche Dämpferblöcke bereits genutzt, jedoch nicht in einer Ausbildung als Messeinrichtung, sondern lediglich als einfacher monolithischer Gummiblock.The leaf spring 8 is connected to the frame support 16 at both ends of the leaf spring 8 via articulation points designed as movable spring tabs 9, which are articulated in the frame support 16. The leaf spring 8 is connected to the rear axle 5 via a load-bearing element 10, namely here via an elastomeric damping element in the form of a damper block. Such damper blocks are already used in the prior art, but not in a form of a measuring device, but rather simply as a simple monolithic rubber block.

Eine Einspannung des hier zwischen der Unterseite der geschichteten Blattfeder 8 und der Oberseite der Hinterachse 5 angeordneten lasttragenden Elements 10 erfolgt über Stahlklammern 11, die mithilfe von entsprechenden Formstücken Blattfeder 8 und Hinterachse 5 umgreifen und unter Spannung fest verschraubt sind. Erkennbar ist ebenfalls ein Stoßdämpfer 12, der einerseits an einem Flansch 13 der Achse und andererseits am hier nicht sichtbaren Rahmenträger 16 angeschlossen ist.The load-bearing element 10, which is arranged here between the underside of the layered leaf spring 8 and the top of the rear axle 5, is clamped in place using steel clamps 11, which enclose the leaf spring 8 and the rear axle 5 using appropriate shaped pieces and are firmly screwed together under tension. A shock absorber 12 can also be seen, which is connected on the one hand to a flange 13 of the axle and on the other hand to the frame support 16, which is not visible here.

Erfindungsgemäß ist hier innerhalb des lasttragenden Elements 10 eine als vollständig geschlossener Druckraum/Hohlraum ausgebildete Kavität 14 vorgesehen, wie prinzipiell in 3 und 4 gezeigt, die eine hier nicht im Einzelnen dargestellte Sensoreinrichtung 15 zur Messung des absoluten Drucks innerhalb der Kavität 14 enthält. Die Sensoreinrichtung 15 weist einen hier nicht im Detail dargestellten Drucksensor 15 zur Erzeugung eines dem Innendruck in der Kavität proportionalen elektrischen Signals auf, sowie eine ebenfalls hier nicht näher dargestellte Verarbeitungselektronik, welche das dem Innendruck in der Kavität proportionale elektrische Signal an einen außerhalb des lasttragenden Elements 10 befindlichen Empfänger oder an eine Steuerungseinrichtung 17 weiterleitet.According to the invention, a cavity 14 designed as a completely closed pressure chamber/cavity is provided within the load-bearing element 10, as shown in principle in 3 and 4 which contains a sensor device 15 (not shown in detail here) for measuring the absolute pressure within the cavity 14. The sensor device 15 has a pressure sensor 15 (not shown in detail here) for generating an electrical signal proportional to the internal pressure in the cavity, as well as processing electronics (also not shown in detail here) which transmits the electrical signal proportional to the internal pressure in the cavity to a receiver located outside the load-bearing element 10 or to a control device 17.

3 zeigt dabei eine Ausführung, bei der eine Signalleitung 18 zur Weiterleitung des druckproportionalen Signals an den außerhalb des lasttragenden Elements 10 befindlichen Empfänger 17 oder an die Steuerungseinrichtung 17 vorgesehen ist. Die Signalleitung 18 ist im lasttragenden Element 10 einvulkanisiert, d.h. vollständig eingebettet. 3 shows an embodiment in which a signal line 18 is provided for forwarding the pressure-proportional signal to the receiver 17 located outside the load-bearing element 10 or to the control device 17. The signal line 18 is vulcanized into the load-bearing element 10, ie completely embedded.

4 zeigt dagegen eine Ausführung, bei der die Sensoreinrichtung 15 eine hier nicht im Detail gezeigte Einrichtung zur drahtlosen Weiterleitung des druckproportionalen Signals an einen außerhalb des lasttragenden Elements 10 befindliche Steuerungseinrichtung 17 aufweist. Die drahtlose Weiterleitung ist in 4 lediglich durch ein Funksymbol 19 dargestellt. 4 shows, however, an embodiment in which the sensor device 15 has a device (not shown in detail here) for wirelessly transmitting the pressure-proportional signal to a control device 17 located outside the load-bearing element 10. The wireless transmission is in 4 only represented by a radio symbol 19.

Da die Ladungskräfte/Gewichtskräfte im Wesentlichen über das als Dämpferblock ausgebildete lasttragende Element 10 auf die Achse 5 übertragen werden, erhält man durch die erfindungsgemäße Messeinrichtung besonders genaue Werte für die Rad- oder Achslast.Since the load forces/weight forces are essentially transmitted to the axle 5 via the load-bearing element 10 designed as a damper block, particularly accurate values for the wheel or axle load are obtained by the measuring device according to the invention.

Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung):List of reference symbols (part of the description):

11
Fahrzeugvehicle
22
FührerhausDriver's cab
33
Ladefläche/LadekastenLoading area/loading box
44
VorderachseFront axle
55
HinterachseRear axle
66
RäderWheels
77
Antriebs- und DifferentialgetriebeDrive and differential gears
88th
BlattfederLeaf spring
99
FederlascheSpring tab
1010
lasttragendes Element, Dämpferblockload-bearing element, damper block
1111
StahlklammerSteel clamp
1212
StoßdämpferShock absorbers
1313
Flansch für StoßdämpferFlange for shock absorber
1414
Kavität, vollständig geschlossener Druckraum/HohlraumCavity, completely enclosed pressure chamber/cavity
1515
Sensoreinrichtung, DrucksensorSensor device, pressure sensor
1616
RahmenträgerFrame carrier
1717
Steuerungseinrichtung, EmpfängerControl device, receiver
1818
SignalleitungSignal line
1919
drahtlose Weiterleitung, Funksymbolwireless forwarding, radio symbol

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102019202763 A1 [0006]DE 102019202763 A1 [0006]
  • DE 19918679 A1 [0007]DE 19918679 A1 [0007]

Claims (12)

Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast in einem gefederten Fahrwerk eines ein- oder mehrachsigen Fahrzeugs (1), wobei im Kraftübertragungsweg zwischen einem Aufbau (3) und einer Achse (4, 5) des Fahrzeugs (1) ein aus einem elastomeren Material ausgebildetes lasttragendes Element (10) so vorgesehen ist, dass ein zwischen der Achse (4, 5) und dem Aufbau (3) angeordnetes Federelement (8) jeweils über das lasttragende Element (10) entweder mit der Achse (4, 5) und/oder mit dem Aufbau (3) kraftübertragend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des lasttragenden Elements (10) eine Kavität (14) vorgesehen ist, die eine Sensoreinrichtung (15) zur Messung des absoluten Drucks innerhalb der Kavität (14) enthält, - wobei die Sensoreinrichtung (15) - einen Drucksensor (15) zur Erzeugung eines dem Innendruck in der Kavität (15) proportionalen elektrischen Signals, - eine Verarbeitungselektronik und - eine Signalleitung (18) zur Weiterleitung des dem Innendruck in der Kavität (15) proportionalen elektrischen Signals an einen außerhalb des lasttragenden Elements (10) befindlichen Empfänger (17) oder an eine Steuerungseinrichtung (17), sowie - eine Energiequelle zur Energieversorgung von Drucksensor (15) und Verarbeitungselektronik, aufweist, - wobei die Kavität als vollständig geschlossener Druckraum/Hohlraum (14) ausgebildet und die Signalleitung (18) im lasttragenden Element (10) vollständig eingebettet ist.Device for measuring a wheel or axle load in a sprung chassis of a single- or multi-axle vehicle (1), wherein a load-bearing element (10) made of an elastomeric material is provided in the force transmission path between a body (3) and an axle (4, 5) of the vehicle (1) such that a spring element (8) arranged between the axle (4, 5) and the body (3) is connected in a force-transmitting manner via the load-bearing element (10) either to the axle (4, 5) and/or to the body (3), characterized in that a cavity (14) is provided within the load-bearing element (10), which contains a sensor device (15) for measuring the absolute pressure within the cavity (14), - wherein the sensor device (15) - a pressure sensor (15) for generating an electrical signal proportional to the internal pressure in the cavity (15), - processing electronics and - a signal line (18) for Forwarding the electrical signal proportional to the internal pressure in the cavity (15) to a receiver (17) located outside the load-bearing element (10) or to a control device (17), and - an energy source for supplying energy to the pressure sensor (15) and processing electronics, - wherein the cavity is designed as a completely closed pressure chamber/hollow space (14) and the signal line (18) is completely embedded in the load-bearing element (10). Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast in einem gefederten Fahrwerk eines ein- oder mehrachsigen Fahrzeugs (1), wobei im Kraftübertragungsweg zwischen einem Aufbau (3) und einer Achse (4, 5) ein aus einem elastomeren Material ausgebildetes lasttragendes Element (10) so vorgesehen ist, dass ein zwischen der Achse (4, 5) und dem Aufbau (3) angeordnetes Federelement (8) jeweils über das lasttragende Element (10) entweder mit der Achse (4, 5) und/oder mit dem Aufbau (3) kraftübertragend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des lasttragenden Elements (10) eine Kavität (14) vorgesehen ist, die eine autark ausgebildete Sensoreinrichtung (15) zur Messung des absoluten Drucks innerhalb der Kavität (14) enthält, - wobei die Sensoreinrichtung (15) - einen Drucksensor (15) zur Erzeugung eines dem Innendruck in der Kavität (14) proportionalen elektrischen Signals, - eine Verarbeitungselektronik sowie - eine Sendeeinrichtung zur drahtlosen Weiterleitung des dem Innendruck in der Kavität (14) proportionalen elektrischen Signals an einen außerhalb des lasttragenden Elements (10) befindlichen Empfänger (17) oder an eine Steuerungseinrichtung (17), sowie - eine Energiequelle zur Energieversorgung von Drucksensor (15), Verarbeitungselektronik und Sendeeinrichtung, aufweist, - wobei die Kavität (14) als vollständig geschlossener Druckraum/Hohlraum (14) ausgebildet ist.Device for measuring a wheel or axle load in a sprung chassis of a single- or multi-axle vehicle (1), wherein a load-bearing element (10) made of an elastomeric material is provided in the force transmission path between a body (3) and an axle (4, 5) such that a spring element (8) arranged between the axle (4, 5) and the body (3) is connected in a force-transmitting manner via the load-bearing element (10) either to the axle (4, 5) and/or to the body (3), characterized in that a cavity (14) is provided within the load-bearing element (10), which contains an independently designed sensor device (15) for measuring the absolute pressure within the cavity (14), - wherein the sensor device (15) - a pressure sensor (15) for generating an electrical signal proportional to the internal pressure in the cavity (14), - processing electronics and - a transmitting device for wireless transmission the electrical signal proportional to the internal pressure in the cavity (14) to a receiver (17) located outside the load-bearing element (10) or to a control device (17), and - an energy source for supplying energy to the pressure sensor (15), processing electronics and transmitting device, - wherein the cavity (14) is designed as a completely closed pressure chamber/hollow space (14). Einrichtung nach Anspruch 2, bei der die Einrichtung zur drahtlosen Weiterleitung (19) des dem Innendruck in der Kavität (14) proportionalen elektrischen Signals einen Funksender aufweist.Facility according to Claim 2 , in which the device for wireless transmission (19) of the electrical signal proportional to the internal pressure in the cavity (14) has a radio transmitter. Einrichtung nach Anspruch 2, bei der die Einrichtung zur drahtlosen Weiterleitung (19) des dem Innendruck in der Kavität (14) proportionalen elektrischen Signals als passiver oder aktiver RFID-Transponder ausgebildet ist.Facility according to Claim 2 , in which the device for wireless transmission (19) of the electrical signal proportional to the internal pressure in the cavity (14) is designed as a passive or active RFID transponder. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Energiequelle als Energieerzeuger oder Akkumulator innerhalb der Kavität (14) ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, in which the energy source is designed as an energy generator or accumulator within the cavity (14). Einrichtung nach Anspruch 5, bei der die Energiequelle als kontaktlos von außerhalb des lasttragenden Elements (10) aufladbarer Akkumulator ausgebildet ist, insbesondere als kapazitiv oder induktiv aufladbaren Akkumulator.Facility according to Claim 5 , in which the energy source is designed as an accumulator that can be charged contactlessly from outside the load-bearing element (10), in particular as a capacitively or inductively chargeable accumulator. Einrichtung nach Anspruch 5, bei der die Energiequelle als durch Druckänderung oder Kraftwirkung innerhalb der Kavität (14) oder des lasttragenden Elements (10) betreibbarer Energieerzeuger ausgebildet ist, insbesondere als piezoelektrischer Energieerzeuger ausgebildet ist.Facility according to Claim 5 , in which the energy source is designed as an energy generator operable by pressure change or force action within the cavity (14) or the load-bearing element (10), in particular as a piezoelectric energy generator. Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast nach einem der Ansprüche 1 und 5 bis 7, bei der die Signalleitung (18) im lasttragenden Element (10) einvulkanisiert ist.Device for measuring a wheel or axle load according to one of the Claims 1 and 5 until 7 in which the signal line (18) is vulcanized into the load-bearing element (10). Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, bei der das zwischen der Achse (4, 5) und dem Aufbau (3) angeordnete Federelement (8) ein metallisches Federelement, insbesondere eine Blattfeder oder Schraubenfeder, ist.Facility according to one of the preceding Claims 1 until 8th , in which the spring element (8) arranged between the axis (4, 5) and the structure (3) is a metallic spring element, in particular a leaf spring or helical spring. Dämpfungselement (10) zur Verwendung in einer Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem gefederten Fahrwerk eines ein- oder mehrachsigen Fahrzeugs (1), wobei das Dämpfungselement (10) eine Kavität (14) aufweist und als lasttragendes Element (10) im Kraftübertragungsweg zwischen Aufbau (3) und Achse (4, 5) angeordnet ist.Damping element (10) for use in a device for measuring a wheel or axle load according to one of the Claims 1 until 9 in a sprung chassis of a single- or multi-axle vehicle (1), wherein the damping element (10) has a cavity (14) and is arranged as a load-bearing element (10) in the force transmission path between the body (3) and the axle (4, 5). Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit mechanischer Blattfederung, mit einer Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder einem Dämpfungselement nach Anspruch 10.Vehicle, in particular commercial vehicle, with mechanical leaf spring suspension, with a device for measuring a wheel or axle load according to one of the Claims 1 until 9 and/or a damping element according to Claim 10 . Verfahren zu Herstellung einer Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die innerhalb des lasttragenden Elements (10) ausgebildete Kavität (14) während der Vulkanisation des lasttragenden Elements (10) durch einen gegenüber der Vulkanisationstemperatur beständigen Platzhalter oder Dummy ausgebildet wird, wobei nach der Vulkanisation der Platzhalter entnommen, die Sensoreinrichtung (15) mit allen Bauteilen in die entstandene Kavität (14) eingesetzt und die Kavität (14) unter Einbettung der Signalleitung (18) mit einem elastomeren Material durch Vulkanisierung verschlossen wird, insbesondere durch Kaltvulkanisation oder Niedertemperaturvulkanisation.Method for producing a device for measuring a wheel or axle load according to one of the Claims 1 until 9 , wherein the cavity (14) formed within the load-bearing element (10) is formed during the vulcanization of the load-bearing element (10) by a placeholder or dummy which is resistant to the vulcanization temperature, wherein after vulcanization the placeholder is removed, the sensor device (15) with all components is inserted into the resulting cavity (14) and the cavity (14) is closed by vulcanization with an elastomeric material while embedding the signal line (18), in particular by cold vulcanization or low-temperature vulcanization.
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