DE2826504A1 - Lastfuehler, insbesondere fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Lastfuehler, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

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DE2826504A1
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DE
Germany
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load
arms
component
load sensor
transmitter
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Withdrawn
Application number
DE19782826504
Other languages
English (en)
Inventor
John Preston Wilson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rover Co Ltd
Original Assignee
Rover Co Ltd
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Publication date
Application filed by Rover Co Ltd filed Critical Rover Co Ltd
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Publication of DE2826504A1 publication Critical patent/DE2826504A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2231Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being disc- or ring-shaped, adapted for measuring a force along a single direction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

  • " Lastfühler, insbesondere für Kraftfahrzeuge
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Lastfühler, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakten, überlastungssicheren Lastfühler zu schaffen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Lastfühler erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
  • Weitere Merkmale der Erfindung bzw. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den UnteransprUchen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform des Lastfühlers; Fig. 2 in der linken Seite eine Ansicht einer oberen Platte von unten und in der rechten Seite eine Draufsicht auf den Lastfühler bei entfernter oberer Platte; Fig. 3 einen geknickten Schnitt längs A-B in Fig. 2; Fig. 4 ein Detail einer zweiten Ausführungsform des Lastfühlers.
  • Der Lastfühler beSteht aus einem sternförmigen Zentralteil 11 aus Stahl und/oder Karbonfasermaterial. Das Zentralteil 11 besteht aus einem zentralen Kern 10 mit vier flexiblen Armen 13, 14, 15 und 16. Das Zentralteil 11 ist sandwichartig zwischen einer oberen Platte 17 und einer unteren Platte 22 eingeschlossen. Das Zentralteil 11 und die untere Platte 22 sind in einem in der Draufsicht etwa quadratischen Gehäuse C eingeschlossen. Die Arme 13 bis 16 wirken als vier kurze Kragarme bzw. Kragträger, die an dem zentralen Kern 10 befestigt sind.
  • Auf die obere Platte 17 kommende Last wird durch Stützen bzw.
  • nach unten ragende Vorsprünge 18, 19, 20 und 21 auf die Enden der Arme 13 bis 16 übertragen, wobei für jeden Arm ein Vorsprung vorgesehen ist. Die Arme 13 bis 16 übertragen die Last auf den zentralen Kern 10, der die Last mittels einer Ubertragungsnabe 12 auf die untere Platte 22 weiterleitet.
  • Die Belastung der Arme 13 bis 16 erzeugt eine Biegung jedes Arms, wodurch in den Armen 13 bis 16 sowohl Druckverformungen als auch Zugverformungen entstehen. Diese Verformungen werden mittels Dehnungsmessern 23, 24, 25 und 26, z.B. Dehnungsmeßstreifen, gemessen. Eine Aufsummierung der Druck- und Zugverformungen mittels einer Brückenschaltung ergibt die totale Last auf der oberen Platte 17. Die vier Dehnungsmesser 23 bis 26 sind, wenn man sich in Umfangsrichtung um den Lastfühler herumbewegt, abwechselnd an der Oberseite und an der Unterseite der Arme 13 bis 16 angebracht.
  • Bei Überlastung oder Stoßbelastung biegen sich die Arme 13 bis 16 nach unten,bis in der Draufsicht dreieckige Blöcke 27, 28, die an der oberen Platte 17 und an der unteren Platte 22 angebracht sind, sich treffen. Die gesamte weitere Belastung wird dann durch die Blöcke 27, 28 übertragen. Auf diese Weise kann ein Überlastfaktor von 25 erreicht werden. Die Verformungsmesser 23 bis 26 sind mit Ausgangsanschlüssen 29 zum Anschließen an eine herkömmliche Anzeigeeinrichtung verbunden. Die vier oberen Blöcke 27 und die vier unteren Blöcke 28 sind jeweils in den Winkelräumen zwischen den Armen 13 bis 16 angeordnet.
  • Die Verwendung von Karbonfasern für die Arme 13 bis 16 ergibt ein ganz besonders kompaktes "Paket" eines Lastfühlers, beispielsweise von 90 x 90 x 32 mm, das leicht ist und nur eine geringe Höhe aufweist. Dies ermöglicht ein Einsetzen des Lastfühlers zwischen einer Blattfeder und einer Achse eines Lastkraftwagens, praktisch ohne daß dessen Höhe im unbeladenen/ beladenen Zustand geändert wird. Die Lastfühlerkonstruktion ergibt einen großen Sicherheitsfaktor und ist ausfallsicher.
  • Da praktisch keine Gleitbewegung vorkommt, gibt es auch nur äußerst geringen Verschleiß. Alle Überlastungen werden in einer Betriebsweise aufgenommen, die sich von der Betriebsweise der Messung unterscheidet. Insofern kann es keine Überlastbeschädigungen für das Meßsystem geben, weder mechanisch noch für die Verformungsmesser selbst.
  • Der relativ niedrige Elastizitätsmodul von Karbonfasern ergibt hohe Verformungen bei Lastaufbringung. Da Überlastung auf andere Weise abgefangen wird, können die Verformungsmesser auf volle Biegung bei hohen Verformungsniveaus ausgelegt werden und kann die maximale Auflösung der Verformungsmesser benutzt werden. Mit gegenwärtiger Verformungsmessertechnologie sieht man sich bei einer Auflösung von 0,5 kp bei 5 t Belastung oder bei einer niedrigeren Auflösung, wenn man relativ einfache Meßinstrumente verwendet. Da der Verschleiß niedrig ist, ist die mechanische Langzeitgenauigkeit gut.
  • Der Lastfühler ist insbesondere für rauhe Bedingungen und schwere Belastung geeignet. Da er für seine gesamte Lebensdauer.verschlossen bzw. versiegelt sein kann, kann das Eindringen von Verunreinigungen verhindert werden. Das Überlastungsvermögen erlaubt eine dauernde Überlastung von 110 t vor Überschreiten der Streckgrenze und von 135 t vor dem Versagen bzw. dem Bruch. Die Ausgangsanschlüsse 29 können im Gehäuse C mit reichlichem Schutz gegen Beschädigung vorgesehen sein.
  • Der Lastfühler ist für Anwendungen, die hohe Lastkapazität erfordern, geeignet und kann zur direkten Achslastmessung eingesetzt werden. Die Lastkapazität kann durch Vergrößerung des Zentralteils 11 erhöht werden. Wie sie gezeichnet ist, ist die Anordnung klein genug, um zwischen einer Radachse und einer Blattfeder an neuen oder bereits gebauten Lastkraftwagen durch ungeübtes Personal eingesetzt zu werden, ohne daß eine Eichung vorgenommen werden muß.
  • Der Lastfühler ist mit herkömmlicher, elektronischer Verformungsmeßausrüstung kompatibel. Die Einbeziehung der vier Verformungsmesser 23 bis 26 in eine vollständige Brückenschaltung kompensiert temperaturbedingte Verformung der Verformungsmesser. Die Lastmessungselektronik braucht aus nicht mehr zu bestehen als einer genauen, stabilen Spannungsversorgung, einem analogen Anzeigeinstrument mit Eichwiderstand und einer Umschalteinrichtung für Lastmessung an der Vorderachse und an der Hinterachse.
  • Das Zentralteil 11 kann durchgehend aus fester Karbonfaser bzw.
  • dichtem Karbonfasermaterial bestehen. In der dargestellten Form besitzt das Zentralteil 11 ein Innenteil-30 aus Stahl in einem Karbonfaserkörper 31. Das Karbonfasermaterial 31 bedeckt mit Ausnahme der Enden die Arme 13 bis 16 oben und unten und zieht sich an den Seitenwänden des Kerns 10 bis zum oberen Ende und bis zum unteren Ende. Das Innenteil 30 reduziert die Biegung der Kragträger 13 bis 16 leicht, übernimmt jedoch alle Scherkraft und Lastkontaktkraft von den Kragarmen 13 bis 16. Der Karbonfaserkörper 31 übernimmt alle Biegespannungen. Die Oberseite und die Unterseite des Kerns 10 sind frei von Karbonfasern. Ein Zentralteil 11 vollkommen aus Stahl hätte größere Abmessungen und würde sich unter einer gegebenen Last nicht so stark wie Karbonfasermaterial durchbiegen. Je größer die Biegung des sternförmigen Zentralteils 11 unter normalen Lasten ist, desto leichter kann die Anordnung in Hinblick auf die Toleranzen gefertigt werden. Es wäre nicht möglich, ein Zentralteil 11 aus Stahl herzustellen, das dieselbe Last mit demselben Uberlastschutz aufnimmt.
  • Im dargestellten Fall sind die Arme 13 bis 16 mit einem solchen Querschnittsverlauf über ihre Länge ausgelegt, daß sich eine konstante Spannung ergibt. Da die Biegespannung konstant ist, ist der Anbringungsort der Verformungsmesser unkritisch.
  • Aus Gründen der einfachen Herstellung ist die obere Platte 17 so konstruiert, daß sich die Kontaktflächen alle in derselben Ebene befinden. Die Höhe der Blöcke 28 an der unteren Platte 22 in Relation zur Höhe der Enden der Arme 13 bis 16 entscheidet über den Beginn bzw. den Einsatz des Überlastschutzes.
  • Ein Schutz des Lastsensors gegenüber Scherbeanspruchungen zwischen der oberen Platte 17 und der unteren Platte 22 kann durch zusätzliche Scherblöcke an den Ecken der Platten 17 und 22 erreicht werden, so daß die Schwerbeanspruchungen durch die Platten zum Gehäuse C übertragen werden.
  • Eine andere Möglichkeit zur Übertragung der Scherkräfte zwischen Deckel und Basis ist in Fig. 4 dargestellt.
  • Ein sandwichartiger Stahl-Gummi-Streifen 41 ist in eine vertikale Spalte 42 zwischen dem Gehäuse C und den Seiten der oberen Platte 17 eingesetzt. Bei Zuständen mit geringen Scherkräften wird die Last quer über den Sandwichstreifen 41 durch den Gummi aufgenommen, der dadurch zusammengedrückt wird. Das Last-Biegungsverhältnis ist bei dieser Betriebsweise sehr hoch. Die Art der Messung des Karbonfaser/Stahl-Zentralteils 11 bleibt unbeeinflußt, da das Last/Biegungs-Verhältnis des Gummi-Stahl-Sandwichteils 41 gegenüber Scherung im Sandwichteil 41 relativ niedrig ist. Darüber hinaus bleibt der vom Sandwichteil 41 stammende Widerstand mit der Zeit konstant, d.h. die Biegung zur Messung zwischen dem Deckel und der Basis ist reibungsfrei bei geringen Scherkraftwerten. Für höhere Scherkraftwerte kann der Streifen 41 so konstruiert werden, daß der Gummi durchschlägt (bottoms out") und daß zusätzliche Last durch direkten Kontakt Stahl-auf-Stahl übertragen wird.
  • Wenn der zellenartige Lastsensor sowohl Zuglasten als auch Drucklasten aufnehmen soll, kann er für die Zuglast so angeordnet sein, daß er durch Bolzen oder innerhalb oder außerhalb des Zentralteils 11 angeordnete Kragarme mitgenommen wird. Mit einer derartigen Anordnung könnte man auch eine Vor last auf das Zentralteil 11 aufbringen, die die Ermüdungslebensdauer der Verformungsmesser durch Verringerung der Arbeitsspielamplitude erhöht.
  • Ansprüche

Claims (4)

  1. Ansprüche Lastfühler mit einem freitragenden Bauteil, das einen Spannungserfasser aufweist, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Bauteil (11) mit einem Zentralkörper (10), von dem mehrere freitragende, biegbare Arme (13, 14, 15, 16) fortragen; einen ersten Lastübertrager (17) und einen zweiten Lastübertrager (22), zwischen denen das Bauteil (11) sandwichartig angeordnet ist, wobei die äußeren Enden der Arme (13 bis 16) mit dem ersten Lastübertrager (17) in Verbindung stehen und der Zentralkörper (10) mit dem zweiten Lastübertrager (22) in Verbindung steht; einen Verformungssensor (23, 24, 25, 26) an mindestens einem der Arme (13 bis 16); und Abstandsmittel (28) am ersten Lastübertrager (17) und/oder am zweiten Lastübertrager (22), durch die ein Freiraum zwischen den beiden Lastübertragern (17, 22) aufrechterhalten wird, wenn die den ersten Lastübertrager (17) in Richtung auf den zweiten Lastübertrager (22) drückende Last einen bestimmten Betrag überschreitet.
  2. 2. Lastfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arm (13 bis 16) einen Verformungserfasser (23 bis 26)* aufweist.
  3. 3. Lastfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arm (.13 bis 16) mindestens teilweise aus Karbonfasermaterial besteht.
  4. 4. Lastfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (11) einen die Arme (13 bis 16) einstückig enthaltenden Innenteil (30) aus starrem Material und eine Schicht (31) aus Karbonfasermaterial für den Zentralkörper (10) und die Arme (13 bis 16) aufweist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114923605A (zh) * 2022-04-26 2022-08-19 苏州大学 一种微悬臂梁传感器及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114923605A (zh) * 2022-04-26 2022-08-19 苏州大学 一种微悬臂梁传感器及其制备方法
CN114923605B (zh) * 2022-04-26 2023-08-25 苏州大学 一种微悬臂梁传感器及其制备方法

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