DE2520673B2 - Meßeinrichtung zum Messen von an einem Achszapfen angreifenden Kraft- und Drehmomentkomponenten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zum Messen mehrerer an einem Achszapfen — insbesondere an einem Achsschenkel in einer Fahrzeug-Radaufhängung — angreifenden Kraft- und Drehmoment-Komponenten, die einen den Achszapfen in ihrem Zentrum tragenden und über Verformungsbereichc mit einem Träger fest verbundenen Flanschkörper aufweist und bei der an den Verformungsbereichen Dehnungsmeßstreifen angebracht sind.

Bei der konstruktiven Weiterverbesserung in der Radaufhängung und Lenkung von Kraftfahrzeugen ist eine genaue Kenntnis aller am Achszapfen des Achsschenkels auftretenden Kräfte und Kippmomente in Größe und Verlauf unter allen Betriebsbedingungen von wesentlicher Bedeutung. Zum Messen dieser Größen sind bereits die verschiedensten Meßeinrichtungen entwickelt worden, von denen die meisten verhältnismäßig groß und schwer sind und deshalb durch eine erhebliche Vergrößerung der ungefederten Messen die Meßergebnisse beeinflussen. V.s ist deshalb auch bereits versucht worden, die interessierenden Größen mil Hilfe von Dehnungsmeßstreifen /ti erfassen, wo/u eine Meßeinrichtung der eingangs genannte Art beispielsweise aus der DL-C)S 21 13 820 bekannt geworden ist. Die bekannte Hinrichtung leidet jedoch unler dem Mangel einer unerwünschten gegenseitigen Beeinflussung der MeBergebnisse in form von Überlagerungen.

40 Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorbekannte Meßeinrichtung dahingehend weiter zu verbessern, daß derartige gegenseitige Überlagerungen bei gleichzeitig vereinfachter Ausbildung und Herstellbarkeit des Flanschkörpers vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Flanschkörper als im wesentlichen quadratische Flanschplatte ausgebildet ausgebildet ist, daß die Flanschplatte nahe den vier Ecken mittels auf einem Kreis um das Zentrum liegender Befestigungsstellen am Träger befestigt ist, daß das Zentrum im Schnittpunkt zweier durch die Befestigungsstellen am Träger verlaufender gedachter Diagonalen liegt, daß die Flanschplatte zwischen jeder Befestigungsstelle an dem

« Zentrum in gleichem Radialabstand vom Zentrum je eine zur entsprechenden Diagonalen symmetrisch ausgebildete Durchbrechung enthält, welche aus zwei Bohrungen zu beiden Seiten der Diagonalen und einem die Bohrungen verbindenden Schlitz besieht, daß auf

μ beiden Seilen der Flanschplatte von jeder Bohrung /ur benachbarten Plattenkante je eine Auskehlung ausgeht, die an der Plattenkante in eine entsprechende, diese beiden Auskehlungen verbindende dritte Auskehlung unter Bildung einer Vielzahl von je einer Bohrung und

ο, drei Auskehlungen umschlossenen Schwächcsiellen mündet, und daß die Dehnungsmeßstreifen an den die Schwächestcllcn der Flanschplatte begrenzenden Bohrungen und Auskehlungen angebracht sind.

Aus der US-PS 37 71 359 ist es zwar bereits bekannt, Schwächestellen mit Hilfe von Auskehlungen zu bilden und an diesen die Dehnungsmeßstreifen anzubringen. Die Anzahl der meßbaren Kraft- bzw. Drehmoment-Komponenten ist dort jedoch begrenzt, so daß der Einsatz bei Untersuchungen zur Radaufhängung und Lenkung von Kraftfahrzeugen nicht möglich ist

Merkmale Ζ!τ vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbetspiel der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 in verkleinertem Maßstab die Ansicht eines mit einer solchen Meßeinrichtung versehenen Achsschenkels für die Vorderradaufhängung eines Kraftfahrzeugs,

F i g. 2 in natürlicher Größe eine Draufsicht auf die Flanschplatte der Meßeinrichtung,

F i g. 3 einen Axialschnitt durch die Flanschplatte mit dem Achszapfen nach Linie HI-II! in F i g. 2,

Fig.4 einen ähnlichen Axialschnitt nach Lbie IV-IV in Fig.2,

F i g. 5 in stark vergrößertem Maßstab zwei paarweise unter einem Winkel von 90° zueinander angeordneter Dehnungsmeßstreifen,

F i g. 6 eine erste Brückenschaltung mit einem Teil der an der Flanschplatte der Meßeinrichtung angebrachten Dehnungsmeßstreifen zur Messung der Kräfte in Richtung der X-Achse nach F i g. 2,

Fig.7 und 8 entsprechende Brückenschaltungen zur Messung der Kräfte in der V-Achse bzw. der Z-Achse und

Fig.9 und 10 zwei weitere Brückenschaltungen zur Messung der Kippmomente um die X-Achse bzw. die Z-Achse.

In Fi g. 1 ist mit 20 eine Achsschenkeleinheit in ihrer Gesamtheit bezeichnet, die zur Verwendung als Teil der Aufhängung des rechten lenkbaren Vorderrads bei einem in gewöhnlicher Weise über die Hinterachse angetriebenen Kraftfahrzeug dient Die Achsschenkeleinheit 20 unterscheidet sich von einem herkömmlichen Achsschenkel darin, daß sie anstelle der sonst üblichen einstückigen Ausbildung aus zwei Teilen besteht, nämlich einem Achsschenkelträger 22 und einem Meßzapfen 24. Dieser ist mit Hilfe von Kopfbolzen 26, die sich durch Löcher 28 (F i g. 2) an einer quadratischen Flanschplatte 36 erstrecken, am Achsschenkelkörper 22 festgeschraubt. Der Achsschenkelträger 22 hat einen oberen Arm 30, an welchem das Kugelgelenk für den oberen Lenker der Radaufhängung befestigt ist, und einen untervn Arm 32, an welchem das Kugelgelenk für den unteren Lenker der Radaufhängung befestigt ist, sowie schließlich einen einstückig mit dem Achsschenkel verbundenen Lenkspurhebel 34, an welchem das Lenkgestänge angreift.

In den Fig. 1 und 2 sind drei imaginäre Achsen X, Y und Z eingezeichnet, die sich im Zentrum der Flanschplatte 36 schneiden. Die Z-Achse steht senkrecht, und ihre positive Richtung weist nach unten. Die V'-Achse verläuft waagerecht und fällt mit der Achse des Zapfentcils 38 des Meßzapfens 24 zusammen, wobei die positive Richtung vom Fahrzeug wegweist. Die Α-Achse schließlich verläuft waagerecht in Längsrichtung des Fahrzeugs, und ihre positive Richtung weist in Fahrtrichtung. Die drei Achsen X. Kund xf bilden somit ein übliches rechtwinklige. Koordinatensystem.

Der von der FlansehplaUe 36 und dem Zapfenteil 38 gebildete Meßzapfen besteht vorzugsweise aus einem Stück und ist aus wärmebehandeltem H-Siahl (hochfestem Werkzeugstahl) hergestellt Der Zapfenteil 38 trägt das Fahrzeugrad mit Hilfe herkömmlicher Lager. Eine Keilnut 40 im Zapfenteil 38 kennzeichnet die positive Richtung der X-Achse des Meßzapfens.

Die Flanschplatte 36 ist, wie bereits erwähnt, quadratisch mit der Ausnahme, daß ihre Ecken bei 42 unter 45° weggeschnitten sind. Das Zentrum 44 der Flanschplatte befindet sich außer im Schnittpunkt der

ίο drei vorerwähnten Achsen auch im Schnittpunkt zweier gedachter Diagonalen 46 und 48, die sich jeweils zwischen den entgegengesetzten Ecken des Plattenquadrats erstrecken.

Die Flanschplatte 36 hat notwendigerweise zwei

Η quadratische Oberflächen, d. h„ die in der Draufsicht nach F i g. 2 sichtbare Vorderseite, von welcher sich der Zapfenteil 38 erstreckt, und eine Rückseite, die in den F i g. 1 und 3 mit 50 bezeichnet ist.

Die Flanschplatte 36 enthält vier Durchbrechungen 52, von denen eine jtde aus zwei symmetrisch zu jeweils einer der Diagonalen 46, 48 angeordneten Bohrungen besteht, die durch einen senkrecht zu der entsprechenden Diagonalen verlaufenden Schlitz 54 miteinander verbunden sind. Auf jeder quadratischen Oberseite der Flanschplatte 36 befinden sich acht vorzugsweise im Profil kreisbogenförmige Auskehlungen 56, die sich jeweils zwischen einer der Seitenkanten der Flanschplatte 36 und einer der Bohrungen an den Enden der Durchbrechungen erstreckt. Weilerhin hat jede Seitenkante der Flanschplatte 36 zwei vorzugsweise ebenfalls im Profil kreisbogenförmige Auskehlungen 58. von denen eine jede zwischen zwei an gleicher Stelle auf verschiedenen Oberseiten der Flanschplatte befindlichen Auskehlungen 56 verläuft, wie dies im linken Teil der F i g. 4 deutlich sichtbar ist. In entsprechender Weise wie die Auskehlungen 58 verbinden die Bohrungen der Durchbrechungen 52 die auf den beiden Plat'.enor.erseiten paarweise angeordneten Auskehlungen 56 an deren anderen Enden, so daß also jeweils zwei auf vers· hiedenen Plattenseiten liegenden Auskehlungen

56. der zugehörigen Auskehlung 58 und der zugehörigen Bohrung einer Durchbrechung 52 eine Schvrächestelle am Außenumfang der Flanschplatte 24 gebildet ist.

In Fig. 5 ist eine aus zwei Dehnungsmeßstreifen 62 und 64 gebildete Rosette gezeigt. Die Dehnungsmeßstreifen 62 und 64 überdecken einander unter einem Winkel von 90°. wobei der Dehnungsmeßstreifen 64 über dem Dehnungsmeßstreifen 62 liegt. Der Dehnungsmeßstreifen 62 hat Streifenanschlüsse 66, 68 an seinen Enden, und entsprechend hat der Dehnungsmeßstreifen 64 Streifenanschlüsse 70 und 72. Eine Achse 74 gibt die Meßrichtung für den Dehnungsmeßstreifen 62 an, und eine Achse 76 entsprechend die Meßrichtung für den Dehnungsmeßseeifen 64. Meßstreifenpaare gemäß der Darstellung in Fig. 5 sind an 48 Stellen der Flanschplatte 36 angebracht. Insgesamt sind also 96 Meßstreifen vorhanden. Die Achsen 74 und 76 verlaulen dabei jeweils unte. Winkeln von 45' zu einer der Achsen X. Voder Z.

wi Meßstreifenrosetten gemäß der Darstellung in ! ι g. 4 sind im Handel erhaltlich und Meßstrufcnrosetten können an der Flanschplattc 36 mit dem dafür gelieferten Klebstoff aufgeklebt werden. Daneben können zusätzliche 3cfcst!gungsmittel wie in die

(v'i Bohrungen der Durchbrechungen 52 eingesetzte und in die Auskehlungen 56 und 58 eingreifende Stifte zur Halterung der Meßstreifenrosetten im Zentrum leder Mcßstcllc verwendet werden. An die Stmfenanschlüssc

der Meßstreifen können (nicht dargestellte) Kupferdrahte angelötet werden, mit denen die Meßstreifen zu spüler noch erläuterten Briiekenschaltungen miteinander verbunden werden.

In I i g. 2 sind zwölf v<iii strichpunktierten Linien umgrenzte Meßbereiche f his 12 angegeben, leder dieser zwö'f Meßbereiche enthält vier Mcßstrcifenpaare oder Rosetten, von denen jeweils drei in F i g. 2 sichtbar sind, während sich das vierte Paar auf der Rückseite 50 der llanschplatte 56 befindet. Somit sind also beispielsweise im Bereich 12 drei Meßstrcifenrosetlen 82, 84 und 86 zu sehen. Die Meßstreifcnrosctte 84 erscheint in Draufsicht, während die Rosetten 82 und 84 von der Seite her zu sehen sind. Fine vierte Meßstreil'enrosctte befindet sich auf der Rückseile 50 der Flanschplatte 36 unmiticlbar hinler der Rosette 84. Somit befinden sich innerhalb des Bereichs 12 vier fvieüsircifenrosetten. von denen eine jede aus zwei Meßstreifen in der Anordnung nach F i g. 5 besteht, was einer Gesamtheit von acht Meßstreifen im Bereich 12 entspricht. Da insgesamt 12 Bereiche vorhanden sind, folgt somit, daß die Gesamtzahl der Meßstreifen 8x12 = % beträgt.

Die in F i g. 5 gezeigte Meßstreifenrosette ist gleichbedeutend mit dem Meßstreifenpaar 84 im Bereich 12 der Fig. 2. Zum Verständnis der Sehaltverhindutigen in den elektrischen Brückenschaltungen nach I i g. 6 bis 10 ,si es notwendig, weitere Bezeichnungen zur Kennzeichnung vorzusehen, wo in den verschiedenen Brückenschaltiingen di>? cirzelncn Dehnungsmeßstreifen angeschlossen sind ι. nd wie sie im Verhältnis zur X-. Y- und /Achse des Meßzapfens 24 orientiert sind. Aus I i g. 5 läßt sich ersehen, daß die Meßstreifen 62 und 64 der dor· gezeigten Rosette derart orientiert sind, daß die Achse 74 des Meßstreifens 62 unter 45 zur Z-Achse und die Achse 76 des Meßstreifens 64 ebenso unter 45" zur /-Achse orientiert sind. Die Meßstreifenroseite wird bei Betrachtung der F i g. 2 und 5 in negativer V-Richtung gesehen. Wenn die /-Achse u:n ihren Schnittpunkt mit der Achse 74 des Meßsireifens 62 nach rechts oder im Uhrzeigersinn verschwenkt würde, würde sie mit dieser Achse zusammenfallen. In ähnlicher Weise würde die /Achse, wenn sie um ihren .Schnittpunkt mit der Achse 76 des Meßstreifens 64 nach links oder entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt würde, mit dieser Achse zusammenfallen. Der Meßsircifcn 62 kann somit durch die Buchslaben RZ bezeichnet werden, um die Beziehung zwischen seiner Achse 74 mit der /Achse zum Ausdruck zu bringen. In ähnlicher Weise kann der Meßstreifen 64 durch die Buchstaben /./bezeichnet werden, um die Beziehung seiner Achse zu der /Achse zum Ausdruck zu bringen. Die Dehnungsmeßstreifen 62 und 64 werden, wie bereits erwähnt, in ncga'iver Richtung der K-Achsc gesehen und befinden sich im Bereich 12. Somit läßt sich der Meßstreifen 62 vollständig mit 12 (— Y) RZ benennen, um anzuzeigen, daß er sich im Bereich 12 befindet, in Minusrichtung der X-Achse gesehen wird und seine Achse 74 nach rechts zur /-Achse des Meßzapfens orientiert ist. in ähnlicher weise kann der rvießstrciien 64 mit 12 (-Y) LZ bezeichnet werden. Die beiden Meßstreifen in der Rosette 82 im Bereich 12 würden entsprechend mit 12 ( + Z) RX und \2( + Z) LX bezeichnet.

Bezeichnungen ähnlich den im vorstehenden Absatz erläuterten v/erden nun für die in den Fig. 6 bis H) gezeigten Brückenschaltungen verwendet. F i g. 6 zeigt eine Brückenschaltung mit einem positiven und einem negativen Gleichspannungsanschliiß und einem positiven und einem negativen Abgang. Diese Brückcnschal-Hing dient zur Erzeugung eines elektrischen Signals, das die entlang der X-Achse am Meßzapfen angreifenden Kräfte anzeigt. Die Brückenschaltung nach F i g. 7 wird zur Schaffung eines elektrischen Signals verwendet, das die entlang der V-Achsc am Meßzapfen angreifenden Kräfte anzeigt. Die Brückenschaltung nach Fig. 8 schließlich dient zur Erzeugung eines elektrischen Signals füi die Anzeige der entlang der /-Achse angreifenden Kräfte. Die Brückenschaltung nach F i g. 9 wird zur Schaffung eines elektrischen Signals verwendet, das die um die X-Achse am Meßzapfen angreifenden Kippmomente anzeigt, und Fig. 10 zeigt schließlich eine Brückenschaltung zur Anzeige der um die Z-Achse am Meßzapfen angreifenden Kippmomente.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Meßeinrichtung zum Messen mehrerer an einem Achszapfen — insbesondere an einem Achsschenkel in einer Fahrzeug-Radaufhängung — angreifender Kraft- und Drehmoment-Komponenten, die einen den Achszapfen in ihrem Zentrum tragenden und über Verformungsbereiche mit einem Träger fest verbundenen Flanschkörper aufweist, und bei der an den Verformungsbereichen Dehnungsmeßstreifen angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Flanschkörper als im wesentlichen quadratische Flanschplatte (36) ausgebildet ist, daß die Flanschplatte (36) nahe den vier Ecken mittels auf einem Kreis um das Zentrum i44) liegender Befestigungsstellen (28) am Träger .(22) befestigt ist.

daß das Zemnjm (44) im Schnittpunk! zweier durch die Befestigungsstellen (28) am Träger (22) verlaufender gedachter Diagonalen (46,48) liegt,
daß die Flanschplatte (36) zwischen jeder Befestigungsstelle (28) und dem Zentrum (44) in gleichem Radialabstand vom Zentrum (44) je eine zur entsprechenden Diagonalen (46 bzw. 48) symmetrisch ausgebildete Durchbrechung (52) enthält, welche aus zwei Bohrungen zu beiden Seiten der Diagonalen und einem die Bohrungen verbindenden Schlitz (54) begeht, x>

daß auf beiden Seiten der Flanschplatte (36) von jeder Bohrung zur be.iachba. (en Plattenkante je eine Auskehlung (56) ausgeht, die an der Plattenkante in eine entsprechende, diese be. Jen Auskehlungen (56) verbindende dritte Auskehlung (58) unter J5 Bildung einer Vielzahl von je einer Bohrung und drei Auskehlungen (56,58) umschlossenen Schwächestellen mündet, und

daß die Dehnungsmeßstreifen (80, 82,84,86) an den die Schwächestellen der Flanschplatte (36) begrenzenden Bohrungen und Auskehlungen (J6, 58) angebracht sind.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Auskehlung (56, 58) zwei Dehnungsmeßstreifen (80), in jeder Bohrung vier Dehnungsmeßstreifen (82, 86) und auf jeder Plattenseite zwischen zwei benachbarten Durchbrechungen (52) je zwei weitere Dehnungsmeßstreifen (84), jeweils paarweise, angeordnet sind, wobei die Dehnungsmeßstreifen (80, 82, 84, 86) jeweils in Ebenen lotrecht zur entsprechenden Plattenkante bzw. Plattenseite orientiert sind und sich die beiden Dehnungsmeßstreifen eines jeden Meßstreifenpaars kreuzend unter Einschluß von Winkeln von 45° zu den Hauptachsen dieser Ebenen überdecken.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Auskehlungen (56,58) Kreisbogenprofil aufweisen.

4. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen (80, 82, 84, 86) in fünf Brückenschaltungen elektrisch zusammengefaßt und derart darin miteinander verbunden sind, daß mit drei Brückenschaltungen (F i g. 6, 7. 8) die am Achszapfen in den drei Hauptrichtungen angreifenden Kraftkomponenten und mit den beiden restlichen Brückenschaltungen (Fig. 9 und 10) die Kippmomente am Achszapfen um die beiden Hauptachsen der Flanschplatte (36) meßbar sind