DE2214223B1 - Messnabe - Google Patents

Description

Form von metallenen, ringförmigen Membranen 36 und 37 an den Enden der Zwischenwelle 38 mit dem Radflansch 15 verbunden. Die Zwischenwelle durchsetzt die als Hohlwelle ausgebildete Radwelle 14 axial. Die Membran 36 ist radial innen mit dem antriebsseitigen Ende der Zwischenwelle 38 und radial außen mit einem mit dem äußeren Gelenkkörper 32 fest verbundenen Zwischenring 40 einstückig oder verschweißt. Um die Montage zu ermöglichen, ist die andere Membran 37 radial innen nicht unmittelbar mit der Zwischenwelle 38, sondern mit einer darauf befestigten Muffe 39 einstückig oder verschweißt. Außen ist die Membran 37 über einen mit ihr verschweißten oder einstückigen Zwischenring 41 mit dem Radflansch 15 verschraubt.

Die Membranen erzeugen Reaktionskräfte in einer Größenordnung von 1 % der zu messenden Kräfte. Bei den Reaktionskräften handelt es sich um Federrückstellkräfte, die im Gegensatz zu Reibungskräften wohl definiert sind. Diese Reaktionskräfte können daher bei der Eichung der Meßnabe mitberücksichtigt werden.

Fig. 3 a zeigt in einem entsprechend Fig. 3 gelegten Schnitt durch eine im übrigen nicht dargestellte Ausführung eine Anordnung, bei der jeweils zwei am axial gleichen Ende der Nabenteile 10, 11 angeordnete Flansche 16,18 und 17,19 in einer gemeinsamen radialen Ebene liegen. Wie die Figur zeigt, sind die Flansche dazu als Segmente ausgebildet, die ineinander passende Dreiecke bilden. Diese Anordnung ist insofern vorteilhaft, als vollkommen symmetrische Krafteinleitung in optimaler Weise gewährleistet ist.

InFig. 4 sind die beiden äußeren Flansche 16 und 17 (s. Fig. 3) durch strichpunktierte Ellipsen angedeutet. Je zwei Bolzen einer insgesamt drei Bolzen umfassenden Bolzengruppe 21 bzw. 2Γ, die jeweils in einem Quadranten liegen und zusammen mit den beiden Bolzen der anderen Bolzengruppe in einem Querschnitt entsprechend Fig. 3 gesehen eine symmetrische Anordnung bilden, sind in der Mitte ihrer Länge mit vier über den Umfang gleichmäßig verteilten Dehnungsmeßstreifen 3, 4, 5 und 6 und an dem jeweils mit dem anderen Nabenteil verbundenen Ende mit zwei um 90° bzw. in der anderen Richtung um 270° am Umfang versetzten Dehnungsmeßstreifen 1, 2 beklebt. Jeder dieser vier mit Dehnungsmeßstreifen beklebten Bolzen ist ebenso wie die auf ihm aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen zusätzlich durch einen der Buchstaben a, b, c, d, gekennzeichnet.

Die Fig. 5 bis 9 zeigen eine zweckmäßige Zusammenschaltung der Dehnungsmeßstreifen in insgesamt

5 Brückenschaltungen. Die Brückenschaltung nach Fig. 5, welche als Widerstände die Dehnungsmeßstreifen 2a bis 2d enthält, gibt eine der Radlast P proportionale Ausgangsspannung U_A ab.

Die Brückenschaltung nach Fi g. 6, in der die Dehnungsmeßstreifen la bis Id zusammengeschaltet sind, gibt eine der Umfangskraft U proportionale Ausgangsspannung U_A ab.

Die in Fi g. 7 dargestellte Brückenschaltung enthält in jedem Brückenzweig zwei Dehnungsmeßstreifen 5,

6 je eines Bolzens. Diese Schaltung gibt eine dem Rückstellmoment M_R proportionale Ausgangsspannung U_A ab.

Die inFig. 8 gezeigte Brückenschaltung enthält in zwei gegenüberliegenden Brückenzweigen vier Dehnungsmeßstreifen 3a, 4a, 3b, Ab der beiden Bolzen je einer Bolzengruppe, während in die beiden anderen gegenüberliegenden Brückenzweige Festwiderstände eingeschaltet sind. Die Ausgangsspannung U_A ist proportional dem Sturzmoment M_s.

Die inFig. 9 gezeigte Schaltung schließlich enthält in jedem Brückenzweig die zwei Dehnungsmeßstreifen 5,6 je eines Bolzens. Bei einer Eingangsspannung U_E ist die Ausgangsspannung U_A proportional der Seitenkraft 5.

■ Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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leisten, müssen bei der vorgeschlagenen Meßnabe Speichenkreuze und Nabenringe einstückig hergestellt werden. Dies bedingt eine in der Herstellung sehr aufwendige und sowohl axial als auch radial große Abmessungen aufweisende Konstruktion. Damit die Hohlräume zwischen den beiden Nabenteilen und den Bolzen überhaupt in spanender Bearbeitung herausgearbeitet werden können, muß die Konstruktion in einer radialen Ebene geteilt ausgeführt werden; denn eine Gußkonstruktion ist wegen der erforderlichen hohen Tragfähigkeit und gleichzeitigen Elastizität und Genauigkeit der Bolzen nicht zweckmäßig. Die spanende Bearbeitung der Hohlräume ist wegen der komplizierten Gestalt und der hohen Genauigkeitsanforderungen sehr aufwendig. Eine Bearbeitung durch übliches Schleifen scheidet wegen der großen abzutragenden Materialmenge und der schlechten Zugänglichkeit der zu bearbeitenden Flächen aus.

Eine zur Festigkeitserhöhung der Bearbeitung vorgenommene Wärmebehandlung nach abgeschlossener Bearbeitung wäre ungünstig, weil die dabei unvermeidlich entstehenden Wärmespannungen einen Wärmeverzug hervorrufen könnten, der durch die elastische Verbindung mittels der Speichenkreuze noch begünstigt wäre und die Meßgenauigkeit unzulässig beeinträchtigen könnte. Zweckmäßig wird der Werkstoff für die vorgeschlagene Meßnabe auf ohne Wärmebehandlung feste Werkstoffe beschränkt, die aber teuer und schlecht zu bearbeiten und außerdem in ihren Festigkeitseigenschaften wärmebehandelten Stählen unterlegen sind. Dies bedingt große Abmessungen der älteren Meßnabe. Die für die Bearbeitung geteilten Hälften müssen beim Zusammenbau wieder genauestens verbunden und zueinander zentriert werden.

Um diesen Schwierigkeiten abzuhelfen, ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die beiden Nabenteile sich radial erstreckende, gegenseitig überlappende Ansätze aufweisen, die mittels der elastisch nachgiebigen Bolzen verbunden sind, und daß die Bolzen parallel zur Rotationsachse des rotierenden Teils ausgerichtet und gleichmäßig über den Umfang der Nabenteile verteilt angeordnet sind.

Die Bolzen sind jeweils mit ihrem einen Ende an einem Nabenteil und ihrem anderen Ende am anderen Nabenteil fest eingespannt. Bei Belastung durch Seitenkraft werden die Bolzen auf Zug oder Druck beansprucht. Bei Belastung durch Umfangskraft und/oder Radlast werden die Bolzen auf Biegung beansprucht und verhalten sich bei Belastung wie ein beidseitig eingespannter Biegeträger mit S-förmiger Biegelinie. Bei Belastung durch ein Sturzmoment und/oder Rückstellmoment wird in den Bolzen auf der einen Seite der durch die jeweilige Momentenachse und die Radachse aufgespannten Ebene eine Zugbeanspruchung und in den Bolzen auf der anderen Seite dieser Ebene eine Druckbeanspruchung hervorgerufen. Auf Grund der Anordnung nach der Erfindung lassen sich die Bolzen als gesonderte Teile herstellen. Dies ermöglicht eine einfachere und genauere Herstellung, wobei ein Schleifen ohne Schwierigkeiten möglich ist. Die Bolzen lassen sich daher vor und nach der Bearbeitung in üblicher Weise vergüten oder härten. Im Endzustand haben sie deshalb eine gegenüber den einstückigen Bolzen der älteren Meßnabe erhöhte Festigkeit, was eine Herstellung der Meßnabe mit kleineren Abmessungen ermöglicht.

Durch die axiale Ausrichtung der Bolzen ist in radialer Richtung Bauraum gespart, so daß die Meßnabe kleineren Durchmesser als die bereits vorgeschlagene Meßnabe haben kann.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das innere Nabenteil einen sich radial erstreckenden Ansatz und das äußere Nabenteil zwei axial im Abstand zueinander angeordnete, sich radial erstreckende Ansätze aufweist, und daß die in gerader Anzahl vorgesehenen Bolzen das

ίο innere Nabenteü über seinen Ansatz in Umf angsrichtung abwechselnd mit dem einen und dem anderen Ansatz des äußeren Nabenteils verbinden. .

Bei konstruktiv besonders einfachen Ausführungen der Erfindung sind dabei die Ansätze radiale Ringflansche oder Kreisringsektoren in entsprechend räumlicher Zuordnung.

Um den gewünschten Meßeffekt erzielen zu können, müssen die elastischen Bolzen eine Mindestbiegelänge aufweisen, welche die Abmessungen der Meßnabe in axialer Richtung bestimmt. Um die Abmessungen der Meßnabe in dieser Richtung so klein wie möglich zu halten, ist nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung vorgesehen, daß beide Nabenteile zwei radiale Ansätze aufweisen und daß die Ansätze des inneren Nabenteils zwischen den radialen Ansätzen des äußeren Nabenteils im Abstand zueinander aufgenommen sind, und daß jeweils über zwei voneinander entfernte Ansätze die beiden Nabenteile mittels der Bolzen durch Aussparungen in den jeweils zwisehen den zwei zu verbindenden Ansätzen liegenden Ansätzen verbunden sind.

Auf Grund dieser Anordnung erstrecken sich die Bolzen stets auch über die ganze axiale Länge des anderen Nabenteiles, das zwischen den radialen Flansehen des einen Nabenteiles aufgenommen ist. Die Aussparungen in den Flanschen des anderen Nabenteiles, durch die sich die Bolzen hindurch erstrecken, sind dabei zweckmäßig Bohrungen, die den Bolzen genügend Spiel zur Biegeverformung lassen.

Vier Bolzen sind mindestens erforderlich, um symmetrische Belastungs- und Verformungsverhältnisse zu gewährleisten und alle Kräfte und Momente erfassen zu können. Wenn die Empfindlichkeit der Meßnabe in axialer Richtung besonders groß sein soll, ist eine hohle Ausbildung der Bolzen zweckmäßig. Die Bolzen können fest mit den Flanschen der Nabenteile verbunden sein. Hierbei sollte jedoch nur eine Verbindungsart gewählt werden, bei der keine schädliche Erwärmung erfolgt ist, z. B. Kleben, Pressen, Elektronenstrahlschweißen od. dgl., um jede Wärmeverformung der fertig montierten Meßnabe zu vermeiden. Bevorzugt ist jedoch eine lösbare Verbindung der Bolzen mit den Flanschen der Nabenteile, so daß die Bolzen austauschbar sind, sei es nach Ermüdung im Betrieb oder sei es gegen anders dimensionierte oder mit Meßelementen bestückte Bolzen für die Messung bei einem anderen oder anders belasteten Kraftfahrzeugrad oder eine abgewandelte Messung bei dem gleichen Kraftfahrzeugrad. Dies führt zu dem wichtigen Vorteil, daß ein und dieselbe Nabengrundkonstruktion für einen großen Bereich der vorkommenden Größen der Kraftfahrzeugräder verwendet werden kann. Lediglich die Bolzen sind gegen solche anderer Stärke auszutauschen.

Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausführung der Meßnabe ist dabei vorgesehen, daß die Bolzen lösbar mit den Flanschen der Nabenteile verbunden sind.

Claims (9)

1 2 den Umfang eines Bolzenendes der zwei Bolzen Patentansprüche: verteilt derart angebracht und zusammengeschal tet sind, daß die sich in den Zusammenschaltungen

1. Meßnabe zum Ermitteln der auf ein rotieren- ergebenden Widerstandsänderungen den Ändedes Teil, insbesondere ein Rad eines Straßenfahr- 5 rungen der zu erfassenden Kräfte (P, U, S) und zeuges, in bis zu drei Hauptrichtungen wirkenden Momente (M_B, M₅) proportional sind und sich die Kräfte und der um bis zu drei Hauptachsen dre- insgesamt vier mit Dehnungsmeßstreifen beklebhenden Momente, mit zwei koaxialen Nabentei- ten Bolzen der beiden Bolzengruppen zu einer im len, die mittels elastisch nachgiebiger, mit Kraft- Querschnitt gesehen symmetrischen Anordnung oder Verformungsmeßelementen versehener BoI- 10 ergänzen.

zen verbunden sind und von denen das eine an
der Welle des rotierenden Teils und das andere

an dessen nicht umlaufender Unterstützung, ins-

besondere dem Radträger abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Na- 15

benteile (10,11) sich radial erstreckende, gegen- Die Erfindung betrifft eine Meßnabe zum Ermitteln seitig überlappende Ansätze (16 bis 19) auf wei- der auf ein rotierendes Teil, insbesondere ein Rad eisen, die mittels der elastisch nachgiebigen Bolzen nes Straßenfahrzeuges, in bis zu drei Hauptrichtungen (21,21') verbunden sind, und daß die Bolzen par- wirkenden Kräfte und der um bis zu drei Hauptachsen allel zur Rotationsachse des rotierenden Teils aus- 20 drehenden Momente, mit zwei koaxialen Nabenteilen, gerichtet und gleichmäßig über den Umfang der die mittels elastisch nachgiebiger, mit Kraft- oder Nabenteile verteilt angeordnet sind. Verformungsmeßelementen versehener Bolzen ver-

2. Meßnabe nach Anspruch 1, dadurch gekenn- bunden sind und von denen das eine an der Welle zeichnet, daß das innere Nabenteil (11) einen sich des rotierenden Teils und das andere an dessen nicht radial erstreckenden Ansatz und das äußere Na- 25 umlaufender Unterstützung, insbesondere dem Radbenteil (10) zwei axial im Abstand zueinander an- träger, abgestützt ist.

geordnete, sich radial erstreckende Ansätze (16, Auf einen frei rollenden Kraftfahrzeugreifen wer-

17) aufweist, und daß die in gerader Anzahl vor- den von seiner Unterlage im Fährbetrieb folgende gesehenen Bolzen (21, 21') das innere Nabenteil Kräfte und Momente ausgeübt: von der Radlast ver-(11) über seinen Ansatz in Umfangsrichtung ab- 30 ursachte Anpreßkraft P, Umfangskraft JJ, Seitenwechselnd mit dem einen (16) und dem anderen kraft S, um die Querachse wirkendes Sturzmoment Ansatz (17) des äußeren Nabenteils (10) verbin- M₅ und um die Hochachse wirkendes Rückstellmoden, ment M_R. Diese auf den KraftfahrzeugreSen wirken-

3. Meßnabe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch den Kräfte und Momente sind in Fig. 1 dargestellt, gekennzeichnet, daß die Ansätze (16,17; 18,19) 35 Es ist .bereits bekannt, auf ein Rad eines Straßen-Ringflansche sind. fahrzeuges wirkende Kräfte und Momente mittels

4. Meßnabe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Dehnungsmeßstreifen zu erfassen, die beidseitig auf gekennzeichnet, daß die Ansätze (16,17; 18,19) dem Radkörper befestigt sind (deutsche Auslege-Kreisringsektoren in entsprechend räumlicher schrift 1226 333, deutsche Auslegeschrift 1230245). Zuordnung sind. 40 Bei einer bekannten Meßnabe der oben beschrie-

5. Meßnabe nach Anspruch 2, dadurch gekenn- benen Art (Zeitschrift ATZ 69 (1967) Heft 8, S. 251 zeichnet, daß beide Nabenteile (10, 11) zwei ra- bis 255) sind die Bolzen dabei teilweise radial in zwei diale Ansätze (18,19) aufweisen und daß die An- radialen Speichenkreuzen und teilweise parallel zusätze des inneren Nabenteils (11) zwischen den einander axial ausgerichtet und verbinden ein äußeres radialen Ansätzen (16,17) des äußeren Nabenteils 45 mit einem inneren Nabenteil. Diese Anordnung ist (10) im Abstand zueinander aufgenommen sind, aufwendig. Auch ist die Krafteinleitung über die BoI- und daß jeweils über zwei voneinander entfernte zen dabei nicht so einwandfrei, daß sich genügend geAnsätze (16,19 und 17,18) die beiden Nabenteile naue Meßergebnisse erzielen ließen.

(10,11) mittels der Bolzen (21, 21') durch Aus- Es ist auch schon eine Meßnabe der eingangs be-

sparungen (22, 22') in den jeweils zwischen den 50 schriebenen Art vorgeschlagen worden, die sowohl im

zwei zu verbindenden Ansätzen liegenden Ansät- Fahrbetrieb auf der Straße als auch im Prüfungsver-

zen (1 bzw. 19) verbunden sind. such ermöglicht, die genannten Kräfte und Momente

6. Meßnabe nach einem der Ansprüche 1 bis gleichzeitig zu erfassen, und zwar sowohl beim frei

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (21, rollenden Rad als auch beim angetriebenen oder ge-" 21') zylindrisch ausgebildet sind. 55 bremsten Rad. Bei dieser Meßnabe sind die elasti-

7. Meßnabe nach einem der Ansprüche 1 bis sehen Bolzen zur Verbindung der beiden hohlzylin-

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (21, drischen Nabenteile radial ausgerichtet und bilden 21') hohlförmig ausgebildet sind. zwei axial im Abstand angeordnete Speichenkreuze.

8. Meßnabe nach einem der Ansprüche 1 bis Das äußere Nabenteil weist außerdem zwei axial ge-

7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Bolzen 60 trennte Abschnitte auf, die untereinander durch vier (21, 21') aufzubringenden Meßelemente Deh- parallel zur Radachse ausgerichtete Stauchbolzen nungsmeßstreifen (1 bis 6) sind. verbunden sind und von denen einer starr mit dem

9. Meßnabe nach Anspruch 8, dadurch gekenn- Radträger verbunden ist. Durch geeignete Anbrinzeichnet, daß je vier Dehnungsmeßstreifen (3 bis gung der Meßelemente an den Bolzen und durch 6) um 90° gegeneinander versetzt um den Umfang 65 zweckmäßige Zusammenschaltung der Meßelemente der Bolzenmitte von zwei Bolzen einer Bolzen- lassen sich die geschilderten Kräfte und Momente gegruppe (21 bzw. 21') und je zwei Dehnungsmeß- trennt voneinander gleichzeitig ermitteln,
streifen (1, 2) um 90° gegeneinander versetzt um Um eine einwalndfreie Krafteinleitung zu gewähr-