DE2206647A1 - Einrichtung zur Messung von Kräften, insbesondere der Achslasten von Fahrzeugen - Google Patents

Description

Patentanwälte
Dr. Ing. Walter Abitz
Dr. Dieter F. Morf
Dr. Hans-A. O~>'"s

München 36, Pienzenauerstr.28

11. Februar I972 12 202

NATIONAL RESERACH DEVELOPMENT CORPORATION

Kingsgate House, 66/74 Victoria Street, London, SW 1

England

Einrichtung zur Messung von Kräften, insbesondere der Achslasten von Fahrzeugen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung von Kräften, insbesondere zur Messung von Achslasten von Fahrzeugen.

Bei der Beurteilung der Sicherheit eines lasttragenden Fahrzeugs ist es wünschensv;ert, Achslasten messen oder berechnen zu können, so daß» das Fahrzeug insofern nicht überlastet wird, als es -über seine Sicherhextsgrenze hinaus beansprucht wird, und ferner, daS keine überinässigen Lastachsen beispielsweise auf Straßen und Brücken ausgeübt werden. Die Beschränkung der Achslasten durch die Fahrzeughalter auf bestimmte Grenzen dürfte inhalt der Gesetzgebung werden.

Die Berechnung von Achslasten von Fahrzeugen stellt ein

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ernstes Problem dar, wenn sie als Routineangelegenheit durch ungelerntes Personal durchgeführt werden soll, da selbst, wenn das Gesamtgewicht einer Last bestimmt worden ist, beispielsweise auf einer Brückenwaage, eine ungleichmässige Verteilung der Last und die Stellungen der Fahrzeugräder mit Bezug auf die Last die Berechnung von Achslasten schwierig machen.

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Durch die Erfindung wirdV» angegeben, Elektroden — voneinander durch eine Lage aus einem elastischen Dielektrikum getrennt sind, das eine vernachlässigbare Hysteresis hat sowie eine Kriechdehnung bei Spannungen bis zu 50 % seiner Elastizitätsgrenze, welcher Kondensator so beschaffen ist, daß, wenn das Material durch eine auf den Kondensator ausgeübte Kraft beansprucht wird, die Kapazität zwischen den Elektroden in Beziehung zu der Kraft steht.

Vorzugsweise weist der Kondensator eine Anzahl Elektroden sowie eine Anzahl Lagen aus einem Dielektrikum auf, wobei die Dielektrikumlagen und die Elektroden miteinander abwechseln und die Elektroden zu zwei Gruppen verbunden sind derart, daß jede zweite Elektrode zu der einen Gruppe gehört und die restlichen Elektroden zur anderen.

Vorzugsweise steht die Kapazität zwischen den beiden Elektroden oder den beiden Elektrodengrup>pen in einem linearen Verhältnis zu der Kraft, zumindest bei Kräften, die Belastungen innerhalb bestimmter Grenzen ausüben.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß, wenn ein Kondensator zur wiederholten Messung einer Kraft verwendet werden soll, das verwendete Material ein kriechfestes Material von geringer Hysteresis

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sein soll, d.h. ein Material mit einer vernachlässigbaren Kriechdehnung und Hysteresis unter verändlichen Bedingungen der Temperatur, Feuchtigkeit und des atmosphärischen Druckes und nicht lediglich ein elastisches Material. Dies trifft besonders zu, wenn, wie bei einem Fahrzeug, das Material ständig veränderlichen Belastungen ausgesetzt wird'.

Wenn eine bestimmte Belastung erstmalig auf ein Material ausgeübt wird, das sich anfänglich in einem unbelasteten Zustand befindet, wird die bestimmte Belastung überschritten und die Belastung dann herabgesetzt, um die bestimmte Belastung ein zweites Mal auszuüben, worauf festgestellt werden kann, daß sich die Gesamtspannung des Materials bei der bestimmten Belastung unter der Wirkung, die als Hysteresis bekannt ist, geändert hat. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet die Bezeichnung Hysteresis eines Materials bei einer bestimmten Belastung den Unterschied in der Gesamtspannung, wenn während des vorangehend beschriebenen Belastungszyklus das Material auf 50 % seiner Elastizitätsgrenze zwischen der ersten und der zweiten Atjsübung der bestimmten Belastung belastet wird.

Wenn das Material nun wiederholt auf 50 % seiner Elastizitätsgrenze belastet wird und dann eine endgültige Ausübung der bestimmten Belastung nach der Erhöhung der Belastung aus einem unbelasteten Zustand vorgenommen wird, läßt sich feststellen, daß sich die Gesamtspannung des Materials durch die als Kriechdehnung bekannte Wirkung geändert hat. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet die Bezeichnung Kriechdehnung bei einer bestimmten Belastung die Differenz in dor Gesamtspannung zwisehen der ersten und der¹ letzten Ausübung der bestimmten Be las tun p.,

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wenn die vorangehend beschriebene Folge von Vorgängen ausgeführt wird.

Die Bezeichnung Gesaratspannung bedeutet Änderung im Volumen je Volumeneinheit.

Um vernachlässigbar zu sein, sollen sowohl Hysteresisals auch Kriechdehnung bei einer bestimmten Belastung und bei einer gegebenen Temperatur geringer als 2 % der Gesamtspannung betragen, wenn die bestimmte Belastung erstmalig aufgebracht wird, und diese Grenze soll für alle Gesamtspannungen im Arbeitsbereich, d.h. bis zu 50 % der Elastizitätsgrenze gelten.

Im Betrieb wird das Dielektrikum vorzugsweise zusammengedrückt und die bestimmte Belastung ist daher eine Druckbelastung.

Vorzugsweise wird der Kondensator durch eineVielzahl von Lagen ι gewöhnlich 2C oder 30 Lagen, gebildet, wenn er zur Messung von Achslasten verwendet werden soll.

Die Elektroden können Metallbleche oder -Folien sein, oder vorteilhaft metallische Oberzüge auf dem Dielektrikum, die beispielsweise durch Elektrolyse oder Aufdampfen im Vakuum aufgebracht worden sind. Ein metallischer Überzug kann während der Herstellung auf beide Seiten einer

Lage eines Dielektrikums aufgebracht werden und der Kondensator kann dann mit abwechselnden Lagen beschichteten und unbeschichteten Materials zusammengebaut werden, wodurch sich die Herstellungskosten verringern lassen.

Die Elektroden können dann auf Lagen eines weiteren Isoliermaterials angeordnet v/erden, die dann zwischen die

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Lagen aus Dielektrikum gebracht werden. Das Isolierma- -terial kann einer bestimmten Kriechdehnung unterzogen werden, die höher als die Kriechdehnung des Dielektrikums ist, vorausgesetzt, daß die Gesaintdicke der Lagen aus Dielektrikum viel grosser als die Gesamtdicke der Lagen aus Isoliermaterial ist.

Die Elektroden können ebenfalls aus einem kriechfesten Material von geringer Hysteresis hergestellt werden.

Der Kondensator kann aus. zwei Lagen eines Dielektrikums mit zwei Elektroden, -je eine auf jeder Seite einer der Lagen gebildet werden. Die beiden Lagen werden dann gerollt, um einen Kondensator zu erhalten, bei welchem die Elektroden im Querschnitt eine Spirale im rechten Winkel zur Achse der Rolle bilden.

Beim Rollkondensator kann ebenfalls die Technik des Aufbringens eines metallischen Überzugs auf beide Seiten einer Lage des Dielektrikums, während die andere Lage nicht beschichtet wird, angewendet werden. Es können jedoch stattdessen für die Elektroden auch Metallfolien verwendet werden.

Ferner wird durch die Erfindung eine Einrichtung zur Messung der Achslasten eines Fahrzeugs mit mehreren Kondensatoren angegeben, von denen jeder dem ersten Merkmal der Erfindung entspricht und die zum Einsetzen in die Aufhängung eines Fahrzeugs in solchen Stellungen bestimmt sind, daß die Kapazitäten der Kondensatoren die Achslasten des Fahrzeugs darstellen, sowie ein Anzeigeorgan, das auf eine Änderung in der Kapazität der Kondensatoren anspricht, wobei die erfindungsgemässe Einrichtung derart ist, daß, wenn sie in ein Fahrzeug eingebaut ist, das Anzeigeorgan im Betrieb eine Anzeige der Achslasten

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des Fahrzeugs gibt.

Das Anzeigeorgan kann durch mehrere Frequenzregler ge-.bildet werden, von denen je einer benachbart jedem Kondensator angeordnet ist, wobei jeder Frequenzregler mit dem Kondensator bzw. mit den Kondensatoren für jede einzelne der Achsen gekoppelt werden kann, um ein Wechselstromsignal von einer Frequenz zu erhalten, welches durch die Kapazität des angekoppelten Kondensators bzw. der angekoppelten Kondensatoren bestimmt wird, und ferner durch Frequenzmeßorgane, die mit den Frequenzreglern gekoppelt sind, um die Frequenz zu bestimmen und anzuzeigen, die von jedem Frequenzregler erzeugt wird.

Ein Vorteil der Einrichtung gemäß dem zweiten Merkmal der Erfindung besteht darin, daß diese in bereits in Betrieb befindliche Fahrzeuge eingebaut werden kann. Eine Achse kann durch ein oder mehrere Räder gelagert werden, und kann "lebendig" sein, wenn sie sich mit dem Rad bzw. mit den Rädern dreht, oder "tot", wenn sie stationär ist. Wenn nur ein Rad gelagert ist, kann die Achse ein Achsschenkel sein.- Der Rahmen bzw. Wagenkasten ist an den Achsen durch Aufhängeeinheiten aufgehängt, die eine Feder aufweisen und einen Schwenkarm besitzen können. Jede solche Aufhängungseinheit weist einen zugehörigen Kondensator in einer Stellung auf, in welcher dem Kondensator eine Kraft mitgeteilt wird, die zu der auf die Achse Über die Aufhängungseinheit übertragenen Last proportional ist.

Jeder Frequenzregler kann einen Oszillator, dessen Ausgangsfrequenz von der Kapazität des mit diesem gekoppelten Kondensators abhängt, sowie einen Verstärker aufweisen.

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Die Frequenzmeßorgane können durch einen Frequenzdiskriminator bzw. Phasendetektor wie einen Brückendemodulator .bzw. Ratiodetektor gebildet, werden. Der Frequenzdiskriminator kann mit dem Ausgang eines Mischkreises gekoppelt werden, der Signale vom Frequenzregler und von einem Eichgenerator empfängt. Der Eichgenerator ist vorzugsweise mit einem TemperaturkompensationseIement, beispielsweise mit einem Thermistor oder mit einem Kondensator, versehen, auf welch letzteren eine mechanische Last ausgeübt wird, welcher jedoch ein Dielektrikum besitzt, das aus einem Wärmedehnungsmaterial besteht, so daß eine Änderung in der Kapazität bei einer Temperaturänderung stattfindet. Das Ergebnis ist, daß die Frequenz des Eichgenerators sich mit der Temperatur ändert. Diese Frequenzänderung ist so gewählt, daß die Dehnung und Zusammenziehung der Kondensatorelemente, insbesondere des Dielektrikums, in Abhängigkeit von der Temperatur kompensiert wird. Die Kompensation ist derart, daß die Ausgangsfrequenz des Mischkreises konstant bleibt; wenn eine konstante Kraft auf einen Kondensator ausgeübt wird, selbst wenn Temperaturveränderungen eine Änderung der» Abmessungen des Kondensators bewirken.

Statt eine Temperaturkompensation für die Frequenzregler vorzusehen, können die Oszillatoren der Frequenzregler in ähnlicher Weise temperaturkompensiert sein.

Die Frequenzregler können ferner einen Schalter aufweisen, um jeweils einen der Ausgänge der Frequenzregler für die Zufuhr zum Mischkreis auszuwählen. Vorzugsweise ist der Ausgangskreis des Frequenzd.i skriminators mit einem Meßgerät gekoppelt, das in Gewichten geeicht ist, damit das durch jede Aufhängungseinheit übertragene Gewicht direkt abgelesen werden kann. Wenn eine Achse mit dem Rahmen

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bzw. mit dem Wagenkasten durch zwei oder mehrere solcher Einheiten gekoppelt ist, wird die Achslast dadurch erhalten, daß die für die mit dieser Achse gekuppelten Einheiten angegebenen Gewichte addiert werden.

welches eine Einrichtung

der Erfindung_-_ai^j-we±STT7"""^um die Achslasten des Fahrzeugs

Nachfolgend werden bestimmte Ausführungsfornen der Erfindung beispielsweise in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 2 eines Kondensators gemäß dem ersten Merkmal der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht der in Fig. 1 und 3 dargestellten Kondensatoren;

Fig. 3 eine Ansicht-im Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 2 eines anderen Kondensäors gemäß dem ersten Merkmal der Erfindung;

Fig. H ein Spannungs-Dehnungsdiagrarrjn, welche die Hysteresis und die Kriechdehnung zeigt;

Fig. 5 eine Ansicht einer Ausführungsforir. einer Aufhängungseinheit für ein Fahrzeug gemäß einem dritten Merkmal der Erfindung;

Fig. 6 eine Ansicht einer anderen Ausführ^ungsform einer

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Aufhängungseinheit für ein Fahrzeug gemäß dem dritten Merkmal der Erfindung;

Fig. 7 ein Blockschaltbild der Achslast-Meßeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform des zweiten Merkmals der Erfindung und

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Achslast-Meßeinrichtung gemäß einer aweiten Ausführungsform des zweiten Merkmals der Erfindung. ,

In Fig. 1 und 2 ist ein Mehrlagen-Kondansator mit 9 Lagen 10 - 18 aus einem kriechfesten elastischen Dielektrikum dargestellt. Die ungeradzahligen Lagen sind auf jeder Seite mit einem leitenden Material, wie Silber, Kupfer oder Zink, beschichtet. Diese Überzüge, von denen nur die beiden Überzüge für die Dielektrikumlage 11 mit 19 und 20 bezeichnet sind, bilden die Elektroden zwischen •den Dielektrikumlagen. Die Elektroden an der Unterseite jeder ungeradzahligen Dielektrikumschicht sind mit einem Leiter 22 verbunden und bis in die Nähe dieses Leiters verlängert. In ähnlicher Weise sind die Elektroden an. der Oberseite jeder ungeradzahligen Lage bis in die Nähe eines Leiters 2 3 verlängert und mit diesem Leiter verbunden. Vier Bohrungen 2'l· bis 27 erstrecken sich durch den Kondensator, damit Bolzen, welche eine Blattfeder mit einer Achse kuppeln, durch den Kondensator hindurchgeführt werden können. Die Elektroden erstrecken sich nicht bis zu den Kanten der Bohrung, wie bei 28 für die Bohrung 24 angegeben. Mit Ausnahme an der Kante, an welcher die Verbindungen 22 und 23 hergestellt werden, erstrecken sichÜie Elektroden nicht bis zu den Kanten der Dielektrikumlagen. Auf diese Weise wird Schutz gegen Schlamm und

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Schmutz beispielsweise durch das Dielektrikum selbst erzielt, welches an den Kanten des Kondensators zusammenkommt, um eine schmutzundurchlässige Fläche zu bilden. Wie ersichtlich, ist die Dicke der Elektroden sehr viel kleiner als diejenige der Dielektrikumlagen und natürlich viel kleiner als in Fig. 1 und 3 gezeigt, in welchen die Dicke der Elektroden der überbichtlicheren Darstellung halber übertrieben ist. An der Kante des Kondensators, welche die Verbindungen 22 und 23 trägt, bildet eine Lage 2 9 aus Isoliermaterial Schutz gegen Schmutz. Dieses Material kann beispielsweise synthetischer Gummi sein..

Die kriechfesten Dielektrika von geringer Hysteresis entsprechen der vorerwähnten Kriechgrenze und es können die folgenden Materialien verwendet werden:

DF51, ein Material, das von der Firma T.A.C. Construction Materials, Wigan, England, erhältlich ist (dieses Material wird nachfolgend näher beschrieben) oder

Nylon; oder J.CJ. Polymerkunststoff, der periodischen WärmeSpannungen ausgesetzt worden ist.

Die Elektroden können ebenfalls aus kriechfesten Materialien von geringer Hysteresis hergestellt werden. Die folgenden Materialien sind geeignet:

Nimonic 80 Stahl oder Rolls Royce Carbon Fibre oder Steel 896, vorgewärmt zur Kriechfestigkeit oder Hochtemperatur-Superlegierungen.

Das Material DF51 wird durch 55 Gew.% zerkleinertes Crysalotil-Asbestflocken-Verstärkungsmaterial mit 45 Gew.%

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Phenolharz durch Verdichten unter Wärmeanwendung und unter einem Druck von <
Quadratzoll) gebildet.

unter einem Druck von 0,787 kp/mm (1/2 engl. Tonne je

Die Elektroden können auf das für die ungeradzahligen Lagen verwendete Dielektrikum durch ein beliebiges geeignetes Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Elektrolyse oder durch Aufdampfen unter Vakuum. Die Dicke jeder Elektrode liegt zwischen 0,127 und 0,762 mm (0,005 und 0,030 ") und jede Elektrode muß ausreichend kräftig

sein, um Lasten bis zu 35 kp/cm (500 psi) Als Druckbelastung aufzunehmen. Bei einem Kondensator zur Verwendung in einem lasttragenden Fahrzeug beträgt die Zahl der Dielektrikumlagen gewöhnlich 20 und hat jede die Fläche von 77>*t2

cm (12 Quadratzoll), während der ganze Kondensator eine Dicke von etwa 25,4 mm (1 ") hat.

Bei einer anderen Ausfuhrungsform des Kondensators, die in Fig. 3 gezeigt ist, sind sieben Lagen aus einem kriechfesten Dielektrikum vorgesehen, die mit 30 - 36 beeeichnet sind. Sechs Lagen 37 - ^2 aus Isolierstoff trennen die Dielektrikumlagen und jede Isolierstofflage trägt einen metallischen überzug, wie der überzug ^k für die Lage 37 auf der einen Seite. Wie bei- dem Kondensator nach Fig. 1 ist die Hälfte der Elektroden mit dem Anschluß 22 verbunden, während die andere Hälfte mit dem Anschluß 23 verbunden ist, so daß, wie sich aus Fig. 3 ergibt, die von den geradzahligen Isolierstoffschichten getragenen Elektroden mit dem Anschluß 22 verbunden sind, während die von den ungeradzahligcn Isolierstoffschichten getragenen Elektroden mit dem Anschluß 23 verbunden sind. Der in Fig. 3 dargestellte Kondensator weist ebenfalls vier Bohrungen für Befestigungsbolzen auf, welche Bohrungen in der gleichen Weise wie in Fig. 1 bezeichnet sind, so daß Fig. 2 auch einen Querschnitt des Kondensators nach Fig. 2 darstellt.

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Der Vorteil des in Fig. 3 dargestellten Kondensators best sht darin, daß die Dielektrikumlagen aus einem kriechfesten Material sein können, das für einen metallischen überzug insofern ungeeignet ist, als der überzug an dem Material nicht gut haftet. Die Isolierstofflagen sind aus einem Material hergestellt, dessen Kriecheigenschaften nicht innerhalb der vorerwähnten Grenze liegen, jedoch zum Beschichten mit einem Metall besonders geeignet sind. Bei einem Kondensator von der in Fig. 3 dargestellten Art muß die Dicke des Dielektrikums viel grosser als die Dicke der Isolierstofflagen sein. Beispielsweise beträgt bei einem typischen Kondensator'die Dicke des Dielektrikums 2,5'i nun (0,1 "), während die Dicke jeder Isolierstofflage 0,25 ram (0,01 ") beträgt. Für einen ähnlichen Anwendungsfall sind die Abmessungen der Kondensatoren nach Fig. 1 und 3 ähnlich, wie dies auch die Zahl der verwendeten Dielektrikumlagen ist. Wie in Fig. 1 ist der Kondensator nach Fig. 3 gegen Schmutz durch eine Lage 29 aus Isolierstoffmaterial an derjenigen Kante geschützt, an welcher die Anschlüsse 22 und 23 gebildet werden,.während als Schutz für die anderen Kanten etwa 3 mm (etwa 1/8 ") zwischen der Kante des Kondensators und den metallischen überzügen gelassen v/erden.

Bei der anfänglichen Belastung eines Materials wird zuerst eine Spannungs-Dehnungs-Kurve ^5 erhalten und wenn die Belastung nun herabgesetzt wird, wird eine neue Spannungs-Dehnungs-Kurve HG erhalten. V/ie erwähnt, ist der Schleifeneffekt durch Hysteresis bedingt und die Hysteresis bei der Belastung ρ ist die Änderung in der Gesamtspannung 90. Wenn der Belastungszyklus nun wiederholt ausgeführt wird, findet eine weitere Änderung in den Spannungs-Dehnungs-Kurven infolge Kriechdehnung statt, wie durch die Kurven 90 und 92 (gestrichelt) gezeigt, die nach wiederholter Belastung erhalten werden. Die Kriechdehnung bei der Belastung p^_ ist die· Änderung

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in der Gesamtspannung 93·

Wenn die Spannung niedrig ist, ergibt sich ein nichtlinearer Spännungs-Dehnungs-Bereich, so daß zur Verwendung in lasttragenden Fahrzeugen der Kondensator so ausgebildet sein muß, daß das Dielektrikum oberhalb des unteren nichtlinearen Bereiches durch das Gewicht des Fahrzeuges selbst belastet wird. Der Kondensator ist ferner gewöhnlich derart, daß die aufzunehmende Höchstlast das Material bis etwa zur Hälfte der Elastizitätsgrenze belastet wird. Bei einem in der beschriebenen Weise ausgebildeten Kondensator ist die Kapazität bei konstanter Temperatur bei zunehmender auf das Fahrzeug ausgeübter Last linear.

Ein typischer Kondensator zur Vervrendung in einem Lastkraftwagen hat eine Nennkapazität von etwa 300 pF und seine Kapazität verändert sich um etwa 20 % bei voller Achslast.

Nachfolgend wird die Anordnung der Kondensatoren in einem lasttragenden Fahrzeug beschrieben. Bei einem solchen Fahrzeug ist der Rahmen an den Achsen,durch Aufhängeeinheiten aufgehängt und in jeder Aufhängeeinheit muß ein Kondensator verwendet werden. Wenn beispielsweise ein Fahrzeug an allen seinen Rädern durch Blattfedern, beispielsweise von der in Fig. 5 gezeigten Art, aufgehängt ist, können die Kondensatoren in der Nähe der Blattfedern angeordnet werden. In Fig. 5 ist eine Blattfeder H¹J mit dem Rahmen *i8 eines Fahrzeugs mittels Zapfen ^l\9 und 50 gekuppelt und eine Achse für ein Rad, das auf der Feder 47 gelagert ist, ist durch eine öffnung 52 in einem Federbügel 53 geführt, der Bolzen 5¹I und 55 und eine Platte 56 aufweist. Bei dieser Aufhängeeinheit wird ein Kondensator 57 von der in Fig. 1 oder 3 gezeigten Art zwischen der Unterseite der Feder ^7 und dem die öffnung 52 enthaltenden Teil angeordnet. Bei vielen lasttragenden Fahrzeugen ist jede Achse an zwei Blatt-

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feder-Aufhängeeinheiten befestigt und ist die Achslast proportional der Gesamtkapazität des Kondensators in den an dieser Achse befestigten Aufhängeeinheiten. Um sicherzustellen, daß die auf den Kondensator ausgeübte Belastung gleichmässig verteilt wird, ist eine Platte 58 mit der gleichen Fläche wie der Kondensator zwischen dem letzteren und der Feder angeordnet. In manchen Fällen ist es möglich, eine gleichmässige Lastverteilung ohne die Verwendung einer solchen Platte zu erreichen.

Die Bohrungen 2*} bis 26 in Fig. 2 müssen so angeordnet .sein, daß sie gleichen Abstand von der Kondensatormittellinie 90 haben. Wenn dann die Bolzen 5^ und 55 nach Fig. 5 durch die Bohrungen 24 und 25 geführt werden und ähnliche Bolzen durch die Bohrungen. 26 und 27» ist, wenn sich das Fahrzeug neigt, d.i.« Fläche des Kondensators, die infolge der Neigung zusιτπ^η^:-drückt wird, gleich der Fläche, über welcher die Dn. ;kbelaslung herabgesetzt wird. Auf diese Weise werden Fehler infolge einer Neigung vermieden.

Bei Aufhängungen, bei denen Blattfedern verwendet werden, kann jeder Kondensator die gleichen Längs- und Querabmessungen wie die Federblätter haben und zwischen diesen angeordnet sein.

Der erfindungsgemässe Kondensator kann auch für andere Arten von Aufhängungen verwendet v/erden. Beispielsweise besteht eine Aufhängeeinheit oft aus einer Schraubenfeder 60 (siehe Fig. 6) und einem Querlenker 6l, der an beiden Enden angelenkt ist. Ein Rad 62 ist dann auf einem Achsschenkel 63 gelagert, der am unteren Ende eines teleskopischen Federungsteils Sk befestigt ist, während das andere Ende der Feder in einer Abstützung 65 gehalten wird, die am Rahmen 66 eines Fahrzeugs angelenkt ist. Bei einer solchen Aufhängung

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wird ein Kondensator 67 gemäß dem ersten Merkmal der Erfindung zwischen der Abstützung 65 und einer Platte 68 angeordnet, wobei gewährleistet ist, daß die durch die Feder ausgeübte Last gleichmässig verteilt ist. -

Nachfolgend wird eine erste Schaltung zum Erzielen einer Anzeige der auf jeden Kondensator aufgebrachten Lasten, welche Schaltung die Bestimmung der Achslasten ermöglicht, beschrieben. In Fig. 7 sind zwei Kondensatoren 70 und 71 in den Aufhängeeinheiten einer gemeinsamen Hinterachse angeordnet, während Kondensatoren 72 und 73 in-de'n Einzelaufhängeeinheiten der Vorderachsen eines Fahrzeugs angeordnet sind. Die Kondensatoren 70 - 73 sind mit frequenfcbestimmenden Netzvierken vcn Oszillatoren JU - 77 verbunden. Die Ausgangs fr equtnzen der Oszillatoren sind so gewählt, daß Störungen aus elektrischen Ursachen, die gewöhnlich in einem Fahrzeug oder in der Nähe eines Fahrzeugs auftreten, vermieden werden, und so, daß eine starke Frequenzänderung auftritt, wenn eine Last auf das Fahrzeug aufgebracht wird. Frequenzen im Bereich von 100 kHz bis 1 MHz sind geeignet und vorzugsweise wird die normale Zwisehenfrequenz für Rundfunkempfänger gewählt, so daß für solche Empfänger erhältliche Bauelemente verwendet werden können. Ausgangssignale aus den Oszillatoren 7*1 - 77 werden über Verstärker 79 - 82 einem Schalter 78 von ausreichender Bandbreite zugeführt, die sich über die maximale Frequenzabweichung von der Ausgangsfrequenz der Oszillatoren, wenn :!&s Fahrzeug nicht belastet ist, erstreckt.

Der Oszillator und der Verstärker, die mit jedem Kondensator gekoppelt sind, sind benachbart dem Kondensator angeordnet, so daß die die Verstärker, Oszillatoren und Kondensatoren verbindenden Zuleitungen kurz sind. Die Verbindungen zwischen den Verstärkern und dem Schalter 78 werden durch

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koaxiale Leitungen gebildet, wobei die Signalpegel in diesen Leitungen ausreichend hoch vorgesehen sind, damit sie oberhalb jeder Störung liegen. Jeder Oszillator und Verstärker kann in ein kleines Gehäuse eingebaut werden, wie beispielsweise durch die Länge 84 für den Oszillator 7^Ji und den Verstärker 79 angegeben. Jedes Gehäuse wird dann so nahe wie möglich dem Kondensator, mit dem sein Inhalt .verbunden ist, angeordnet.

Die Signale aus den Verstärkern werden unter Verwendung des Schalters 78 ausgewählt und einzeln zu einem Mischkreis 85 weitergeleitet, der ausserdem ein Signal aus einem Oszillator 86 aufnimmt, dessen Ausgangsfrequenz von den Oszillatoren 7^ ~ 77 ist, wenn das Fahrzeug unbelastet ist. Daher ist die Ausgangsfrequenz des Mischkreises 85 für ein unbelastetes Fahrzeug Mull, sie steigt jedoch linear an, wenn das Fahrzeug belastet wird. Der Mischkreisausgang wird einem Demodulator 87 zugeführt, der ein der Frequenz proportionales Gleichstromsignal liefert. Dieses Gleichstromsignal wird einem Meßgerät 88 zugeführt, von dem das Gewicht unmittelbar abgelesen werden kann. Der Demodulator 87 kann ein Brückendemodulator sein, wobei dein Elektronikfachmann freigestellt ist, die Oszillatoren, Verstärker und anderen Schaltungen der Fig. 7 in beliebiger an sich bekannter Weise zu gestalten.

Da sich die Abmessungen der Kondensatoren 70-73 mit der Temperatur ändern, ist eine Kompensation in der Weise vorgesehen, daß die Ausgangsfrequenz des Oszillators 86 mit der Temperatur verändert wird. Dies kann wiederum in beliebiger an sich bekannter Weise geschehen, beispielsv/eise durch die Verwendung eines Thermistors in dem frequenzbestimmenden Netzwerk des Oszillators, welcher Thermistor an einer geeigneten geschützten Stelle angeordnet 'wird,

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an welcher die Temperatur annähernd gleich derjenigen der Kondensatoren ist. Bei einem typischen Fahrzeugeinbau ändert sich die Ausgangsfrequenz aus dem Mischkreis 85 linear über ein endliches Frequenzband von etwa 30 - IJQ kHz innerhalb des Bereiches von 0-1 MHz, so daß genaue Achslastanzeigen an dem Meßgerät 88 erhalten werden können.

Nachfolgend wird eine zweite Schaltungsanordnung beschrieben, durch die eine Anzeige der auf jeden Kondensator ausgeübten Last angezeigt werden kann, so daß die Achslasten bestimmt werden können. In Fig. 8 sind zwei Kondensatoren 95 und 96 in den Aufhängeeinheiten einer gemeinsamen Hinterachse angeordnet, während Kondensatoren und 98 in den Einzelaufhängeeinheiten der Vorderachsschenkel eines Fahrzeugs angeordnet sind. Die Kondensatoren - 98 sind mit Wechselstrombrücken 99 ~ 1Q2 verbunden.'Bei unöelastetem Fahrzeug sind die Brücken annähernd abgeglichen.

Diejenigen Anschlüsse jeder Brückenschaltung, an welchen das Wechselstromsignal auftritt, wenn die Brücke nicht abgeglichen ist, sind mit einem Schalter 103 verbunden, der im Fahrerhaus des Fahrzeugs angeordnet ist. Der Schalter 103 ist über eine Gleichrichterschaltung 104 mit einem Meßgerät 105 verbunden.

Daher kann, wenn das Fahrzeug belastet ist, jede Achslast dadurch gemessen vier den, daß der entsprechende Kondensator bzw. die entsprechenden Kondensatoren ausgewählt v?erden, und die Anzeigen am Meßgerät abgelesen v/erden.

Zur Kompensation eines Signals, das von einer leicht unsymmetrischen Brücke erhalten wird, wenn das Fahrzeug

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unbelastet ist, sind Schaltungen (nicht gezeigt) vorgesehen, und zwar je eine für jede Brücke, um ein Signal in Gegenphase zur Meßdiagonalspannung zu addieren. Diese Schaltungen können im Fahrerhaus zur Mullablesung am Meßgerät, wenn das Fahrzeug nicht belastet ist, eingestellt werden. Zur Temperaturkompensation können vier Temperaturkompensationsschaltungen (nicht gezeigt), je eine für jeden der Kondensatoren 95 - 98 vorgesehen v/erden. Jede Temperaturkompensationsschaltung besteht aus einem dünnen Plättchen eines temperaturempfindliehen Widerstandsmaterials, beispielsweise aus einem Ureka-Draht, das benachbart dem zugeordneten Kondensator angeordnet ist. Ein Gleichstrom aus einer im Fahrerhaus bzw. unter der Motorhaube angeordneten Batterie wird durch das Widerstandsmaterial geleitet. Dieser Strom ändert sich m.H der Temperatur entgegengesetzt zur Änderung im Strom im Meßgerät 105 infolge einer Änderung im Abgleich einer Brücke, wenn der mit dieser verbundene Kondensator seine Temperatur ändert. Mit dem Meßgerät ist daher ein Schalter (nicht gezeigt) verbunden, damit der entsprechende Temperaturkompensationsstrom geleitet werden kann, wenn die mit einem Kondensator verbundene Brücke über die Gleichrichterschaltung mit dem Meßgerät gekoppelt ist.

Dieses Temperaturkompensationsverfahren kann in Verbindung mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 7 verwendet werden.

Das temperaturempfindliche Widerstandsmaterial kann die Form einer Auflage von den gleichen Längs- und Querabmessungen wie die Blätter einer Blattfeder haben und kann zwischen die Blätter in der gleichen Weise wie der zugeordnete Kondensator angeordnet v/erden.

Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt sich, daß die

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erfindungsgemässe Einrichtung zur Messung von Achslasten in bereits in Betrieb befindliche Fahrzeuge eingebaut v/erden kann, da, wenn das Fahrzeug Blattfedern hat, es lediglich erforderlich ist, Kondensatoren zwischen die Federn und die Achsen einzusetzen und die elektrischen Schaltungen einzubauen.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit besonderen Kondensatoren, wie in Fig. 1-3 dargestellt, beschrieben wurde, ergeben sich aus den ersten Teilen der Beschreibung, daß viele andere Kondensatoren geeignet sind. Ferner können, obwohl bestimmte Schaltungsarten in Fig. 7 dargestellt sind, abweichende Schaltungsanordnungen und/oder abweichende Einzelschaltungen zur Durchführung der Erfindung verwendet werden.

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Claims (1)

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   Neue PatentansprU ehe

   1. Messvorrichtung zur Messung der Achslasten eines Fahrzeugs, 'gekennzeichnet durch eine Anzahl Kondensatoren, deren Dielektrikum eine vernachlässigbare Hysteresis und eine Kriechdehnung bis zu 50 % seiner Elastizitätsgrenze hat, zum Einsetzen in die Aufhängung eines Fahrzeugs, insbesondere zwischen die Blätter einer Blattfeder, in solchen Stellungen, dass die Kapazitäten der Kondensatoren die Achslasten des Fahrzeugs darstellen, und Anzeigeorgane, welche eine Änderung der Kapazität der Kondensatoren anzeigen.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzahl Frequenzregler und mindestens einen Kondensator für jede Achse des Fahrzeugs, wobei jeder Frequenzregler mit dem Kondensator gekoppelt werden kann, oder einen oder mehrere der Kondensatoren für jede Einzelachse zur Abgabe eines Wechselstromsignals von einer Frequenz, die durch die Kapazität des angekoppelten Kondensators bzw. der angekoppelten Kondensatoren bestimmt wird, und Frequenzmessorgane, die mit den Frequenzreglern gekoppelt werden können, um die Frequenz zu bestimmen und eine Anzeige hiervon zu geben, welche von jedem Frequenzregler erhalten wird.

   J>. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzmessorgane einen Mischkreis mit einem Frequenzdiskriminator oder einem Phasendetektor, der mit dem

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   Ausgang desselben gekoppelt ist, und einen Eichgenerator aufweisen, der mit dem einen Eingang des Detektors gekoppelt ist.

   4. Vorrichtung nach Anspruch ~5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eichgenerator ein Temperaturkompensationselement aufweist, das dazu dient, die Frequenz des Eichgenerators mit der Kapazität der Kondensatoren mit der Temperatur in dem Masse zu ändern, dass Änderungen in der Kapazität der Kondensatoren mit der Temperatur im wesentlichen ausgeglichen werden.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturkompensationselement durch einen Kondensator gebildet wird, der im Betrieb keine mechanische Last durch die Fahrzeugbelastung aufnimmt, seine Kapazität jedoch mit der Temperatur ändert.

   6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzmessorgane einen Schalter aufweisen, welcher die Ausgänge der verschiedenen Oszillatoren einzeln für die Zufuhr zum Mischkreis auswählt.

   7· Vorrichtung nach Anspruch 6 in Verbindung mit Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Messgerät, das mit Gewichtsangaben geeicht und mit dem Ausgang des Detektors gekoppelt ist.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzahl WechselstrombrUcken und mindestens einen Kondensator für jede Achse des Fahrzeugs, wobei jede Brücke

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   mifc dem Kondensator gekoppelt werden kann, oder einen oder mehrere der Kondensatoren für jede Einzelachse, zur Abgabe eines Abweichungssignals entsprechend der Abweichung von einem bestimmten Wert der Kapazität des angekoppelten Kondensators bzw. der angekoppelten Kondensatoren, und ein Anzeigeorgan zur Anzeige des Wertes des Abweichungssignals.

   9· Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Anzahl temperafcurempfindlicher Organe, von denen je eines jedem Kondensator zugeordnet und benachbart demselben angeordnet ist, und Mittel zum selektiven Koppeln der temperaturempfindlichen Organe mit den Anzeigeorganen zum Ausgleich von Veränderungen in der Kapazität des zugeordneten Kondensators mit der Temperatur.

   10» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator mehrere Elektroden und mehrere Dielektrikumlagen aufweist, wobei die Dielektrikumlagen und die Elektroden miteinander abwechseln, welche Elektroden zu zwei Gruppen verbunden sind in der Weise, dass jede zweite Elektrode zur einen Gruppe gehört und die übrigen Elektroden zur anderen Gruppe.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

   dass mindestens eine der Elektroden ein auf das Dielektrikum aufgebrachter Überzug ist.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass abwechselnde Dielektrikumlagen Überzüge auf beiden Seiten tragen, die Elektroden bilden.

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   15· Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrode ein Überzug auf einer Isolierstofflage ist, und der Kondensator mit abwechselnden Lagen aus Dielektrikum und Isolierstoff zusammengebaut ist.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kriechdehnung im Isolierstoff nicht vernachlässigbar ist, jedoch die Gesamtdicke der Lagen aus Dielektrikum viel grosser als die Gesamtdicke der Lagen aus Isolierstoff ist.

   15· Vorrichtung nach Anspruch 10, mit zwei Lagen aus Dielektrikum und zwei Elektroden, je eine auf jeder Seite einer der Dielektrikumlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen und die Elektroden eine Rolle bilden, in welcher die Lagen und die Elektroden im Schnitt Spiralen im rechten Winkel zur Achse der Rolle bilden.

   l6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum aus Asbestfasern in einem Phenolharz gebildet wird.

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