EP3894814A1 - Anordnung zum bestimmen der durchbiegung eines bauteils und verfahren zum herstellen einer solchen anordnung - Google Patents

Anordnung zum bestimmen der durchbiegung eines bauteils und verfahren zum herstellen einer solchen anordnung

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EP3894814A1
EP3894814A1 EP19816618.3A EP19816618A EP3894814A1 EP 3894814 A1 EP3894814 A1 EP 3894814A1 EP 19816618 A EP19816618 A EP 19816618A EP 3894814 A1 EP3894814 A1 EP 3894814A1
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EP
European Patent Office
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carrier
measuring
section
arrangement
component
Prior art date
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Pending
Application number
EP19816618.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan - c/o Continental Automotive GmbH SCHRADI
Florian - c/o Continental Automotive GmbH GOLDSCHMIDT
Tobias - c/o Continental Automotive GmbH STALLER
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Continental Automotive Technologies GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring 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
    • G01L1/22—Measuring 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
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/18—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/14—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of electrical resistance
    • G01G3/1402—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G19/00—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/08—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles
    • G01G19/12—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles having electrical weight-sensitive devices

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for determining the
  • the weight of a vehicle For various reasons, it may be necessary to determine the weight of a vehicle. For example, it may be necessary to determine whether the payload or the permissible total weight of a vehicle is exceeded after the vehicle has been loaded. For safety reasons, it is generally not permitted to exceed the payload or gross vehicle weight. Some roads or bridges may only be driven on if a specified maximum weight is not exceeded. Furthermore, for example, the toll for a vehicle on certain roads can also be calculated as a function of the vehicle weight.
  • Weight can then be inferred from the determined deflection.
  • the object of the invention is to provide an arrangement for determining a deflection of a component, which can be implemented as inexpensively, simply and reliably as possible, and to provide a method for producing such an arrangement.
  • An arrangement for determining the deflection of a component has a measuring bar which has a first planar section, a second planar section and a section arranged in a first horizontal direction between the first planar section and the second planar section in FIG a vertical direction curved measurement portion, the vertical direction perpendicular to the first horizontal direction, a first carrier having a lower surface which is designed to be arranged on the component and an upper surface which is parallel to the lower surface and spaced in the vertical direction from the lower surface, and a second bracket having a lower surface configured to be placed on the member and an upper surface parallel to the lower surface and in the vertical direction spaced from the lower n surface is arranged.
  • the first flat portion is on the top surface of the first carrier and the second flat portion is on the top surface of the second carrier.
  • the arrangement can be easily and inexpensively manufactured and provides sufficiently accurate and mechanically amplified output signals.
  • the arrangement can have at least one sensor, each of the sensors being arranged on an upper surface of the curved measuring section, the upper surface of the Measuring section shows in the assembled state away from the component.
  • the accuracy of the sensor can be increased by arranging all sensors on the same side of the measuring section, in particular in a region with mechanically increased deflection.
  • the at least one sensor can have at least one strain gauge.
  • the first flat section and the second flat section may each have a first width in a second horizontal direction, the second horizontal direction being perpendicular to the first horizontal direction and to the vertical direction.
  • the measuring section can have a central region that has a second width in the second horizontal direction that is less than the first width.
  • the second width can be at least 20%, at least 30% or at least 40% less than the first width.
  • the measurement section may have a first length in the first horizontal direction, and the central region of the measurement section may have a second length in the first horizontal direction.
  • the second length can be at least 30% of the first length.
  • the deflection in the central area can be so homogeneous, and the size of the central area can be adapted to the size of a sensor arranged thereon.
  • the measuring bar can be a first material, and the first and the second carrier can each have a second material that differs from the first material.
  • the arrangement can be inexpensive Herge on the one hand, on the other hand, in particular the measuring bar can be made of sufficiently high quality material.
  • the measuring bar can have material no. 1.4542 and / or the first and second carrier can have material no. 1.4301.
  • the measuring bar can be made of higher quality material than the carrier.
  • the first thickness can depend on at least one parameter of the part and / or an expected deflection to be determined.
  • the measuring bar can have a first thickness in the vertical direction, which is, for example, between 0.5 mm and 2 mm.
  • the measuring bar can bend well with the component in many applications and is robust enough even under tough environmental requirements.
  • a method for producing an arrangement for determining a deflection of a component is also described, the method for producing a measuring bar, which comprises a first flat section, a second flat section and one in a first horizontal direction between the first planar section and the second planar section arranged in a vertical direction curved measuring section, the vertical direction being perpendicular to the first horizontal direction, producing a first carrier having a lower surface and an upper surface which are parallel to the lower surface and spaced in the vertical direction from the lower surface, producing a second carrier having a lower surface and an upper surface parallel to the lower surface and in the vertical direction spaced from the lower surface is arranged, the arrangement of the first carrier and the second carrier on a component, and the arrangement of the first flat section of the measuring bar on the upper surface of the first carrier and the second planar section of the measuring bar on the upper surface of the second carrier, either before or after arranging d it has first and second carriers on the component.
  • FIG. 1 shows an arrangement for determining a deflection in the unloaded state in a sketchy representation
  • FIG. 2 shows an arrangement for determining a deflection in a loaded state in a sketchy representation
  • FIG. 3 shows, in a sketchy representation, an arrangement for determining a deflection according to an example
  • FIG. 4 shows, in a sketchy representation, an arrangement for determining a deflection according to a further example
  • FIG. 5 shows a sketch of a top view of an arrangement for determining a deflection according to an example
  • FIG. 6 shows a sketch of an arrangement for determining a deflection according to an example
  • FIG. 9 shows in a flowchart a method for producing an arrangement for determining a deflection according to an example.
  • FIG. 1 shows an arrangement 20 for determining a deflection of a component 10.
  • the component 10 can be a vehicle axle, for example.
  • the arrangement 20 for determining the deflection is arranged on the axis 10.
  • an arrangement 20 can be arranged on each of the axles 10.
  • a component 10 In an unloaded state (e.g. vehicle not loaded), a component 10 generally extends straight in a first horizontal direction x.
  • the component In a loaded condition, the component has a bend. If, for example, a vehicle is loaded, a corresponding weight rests on the axles of the vehicle. Thereby each axis is bent to a certain extent depending on the weight on it.
  • the loaded state of a component 10 is shown by way of example in FIG. 2. However, it is also possible that the component 10 already has a slight deflection even in the unloaded state (for example solely due to the vehicle weight without further loading), which is further reinforced by additional loading.
  • the arrangement 20 for determining the deflection has a first carrier 22A and a second carrier 22B.
  • the first carrier 22A and the second carrier 22B are each connected directly to the component 10.
  • the second carrier 22B is arranged in the first horizontal direction x at a certain distance from the first carrier 22A.
  • the distance between the first carrier 22A and the second carrier 22B can be, for example, more than 0.5 cm. Distances of several centimeters are possible, for example.
  • a measuring bar 24 is arranged between the first carrier 22A and the second carrier 22B.
  • the measuring bar 24 has no direct connection to the component 10, but is carried by the carriers 22A, 22B.
  • the measuring strip 24 runs approximately parallel to the straight component 10 in the unloaded state.
  • the measuring strip 24 can have the shape of a plate, for example. That is, the dimensions of the measuring bar 24 in the first horizontal direction x and in a second horizontal direction z can each be substantially larger than the dimensions in a vertical direction y.
  • the second horizontal direction z is perpendicular to the first horizontal direction x, and the vertical direction y is perpendicular to the first and the second horizontal direction x, z.
  • a sensor 26 can be arranged on the measuring bar 24. In the loaded state (cf. FIG. 2), it also bends the beams 22A, 22B connected measuring bar 24 in the same direction as the component 10. By arranging the measuring bar 24 on the carriers 22A, 22B, that is, at a certain distance from the component 10, the component 10 can deflect when the component 10 is bent Deflection of the measuring bar 24 who reinforced. The sensor 26 is designed to determine a deflection of the measuring bar 24. The deflection of the component 10 can then be concluded from the deflection of the measuring bar 24. If the component 10 is, for example, the axle of a vehicle, the vehicle weight can again be inferred from the deflection of the axle.
  • the empty weight of a vehicle is usually known. In order to be able to determine the weight of the load, the empty weight can be subtracted from the total weight determined.
  • the senor 26 is designed to determine a deflection of the component 10 and to use this deflection to infer the force exerted on the component 10 or the weight on the component 10.
  • the sensor 26 can have, for example, at least one strain gauge.
  • Strain gauges can generally be used to detect changes in shape (e.g. strains or compressions) on the surface of components. Strain gauges can be used in sensors that measure forces (force transducers). Static loads and loads that change over time can be recorded. Strain gauges can be arranged on the measuring bar 24 in order, for. B. to detect an expansion or compression on the top of the measuring bar 24. The detected elongation or compression depends, among other things, on the distance from the measuring point at which the corresponding strain gauge is arranged to the neutral fiber. The basic principle of expansion Measuring strips are known and are therefore not explained further here.
  • the deflection of the component 10 can, however, turn out to be very low, in particular when the weight on the component 10 is heavy.
  • the deflection of the measuring bar 24 can also be very slight in this case, so that it cannot be detected with sufficient accuracy by the sensor 26.
  • one or more strain gauges connected in a measuring bridge can be arranged on a measuring bar 24.
  • An output signal dependent on the deformation of the corresponding component 10 can be obtained from the measuring bridge.
  • This output signal can be amplified using a measuring amplifier.
  • the output signal can then optionally be digitized before the load exerted on the component 10 or the weight bearing thereon is determined therefrom.
  • the output signal can be relatively small.
  • the component 10 is a vehicle axle
  • an arrangement 20 arranged on the axle 10 is usually exposed to very difficult conditions.
  • the arrangement 20 requires resistance to corrosion, chemical substances and mechanical shock and vibration loads over a wide temperature range from -50 ° C to +120 ° C. This places high demands on the material used and the design of the arrangement. Arrangements for determining the deflection of components 10, and in particular for determining the weight of vehicles, can often only be produced at high costs as a result.
  • the arrangement 20 has a measuring bar 24, a first carrier 22A and a second carrier 22B.
  • the first carrier 22A and the second carrier 22B are each designed to be arranged on a component 10, the deflection of which is to be determined (component 10 in FIG. 3 does not show).
  • the measuring bar 24 has a first flat section 32A, a second flat section 22B and a measuring section 34 arranged in the first horizontal direction x between the first flat section 32A and the second flat section 32B (cf. see also Figure 5).
  • the curvature of the measuring section 34 is not explicitly shown in FIG. 3.
  • the first carrier 22A has an underside that is designed to be connected to the component 10.
  • the first carrier 22A also has an underside opposite an upper side.
  • the second carrier 22B also has an underside, which is designed to be connected to the component 10, and an upper side lying opposite the underside.
  • the upper sides of the first carrier 22A and the second carrier 22B are each formed parallel to the corresponding lower sides. This means that in the assembled state the top sides each run parallel to the component 10 in the unloaded state.
  • the first planar section 32A is arranged on the top of the first carrier 22A and the second planar section 32B is arranged on the top of the second carrier 22B.
  • the first flat section 22A and the second flat section also run parallel to the corresponding undersides and to the component 10.
  • the measuring section 34 also has a curvature or unloaded state. Deflection on. This means that the measuring section 34 is already pre-bent in the unloaded state.
  • the arrangement 20 can be arranged, for example, on the upper side of a component 10, as shown by way of example in FIGS. 1 and 2.
  • the measuring strip 24 usually bends towards the component 10, in the same direction as the component.
  • the measuring section 34 can already be pre-bent in this direction.
  • This Vorbie supply of the measuring section 34 a further deflection can be mechanically reinforced under load. That is, a bending of the component 10 has a much greater effect on the pre-bent measuring section 34 than on a non-pre-bent measuring section (non-pre-bent measuring section see FIG. 1).
  • the output signal of a measuring arrangement is, owing to the pre-bending of the measuring section 34, considerably larger than in the case of conventional arrangements, without having to electrically amplify the signal.
  • the further deflection of the component 10 under load is concentrated on an area 341 in the middle of the measuring section 34 and thereby reinforced.
  • the direction of the further bend of the measuring section 34 is also predetermined by the pre-bend. The further bend is always in the direction of the pre-bend.
  • the deflection is also essentially homogeneous. This area is shown in dotted lines in FIG. In the other areas of the measuring section 34, in particular the edge areas towards the flat sections 32A, 32B, on the other hand, the deflection and the resulting voltage peaks are considerably reduced. In Figure 5, these marginal areas with little deflection are shown in dashed lines. The course of the deflection is fluid and does not have, as shown in FIG. 5, hard transitions between the areas of slight deflection and the area of concentrated deflection 341. By concentrating the deflection in the middle of the measuring section 34, Overall, the fatigue strength of the arrangement 20 who improved. Areas other than the area of concentrated deflection can thus be completely or at least largely free of stress.
  • An advantage of a pre-bent measuring section 34 over a measuring section 34 which is planed in the unloaded state is, for example, that the sign of the output signal of a measuring bridge arranged on the measuring section 34 is deterministic.
  • the sensor 26 can be arranged in the middle of the measuring section 34 in the area 341 in which the deflection is concentrated.
  • the central region 341 of concentrated deflection can each have the same distance from the first flat section 32A and the second flat section 32B.
  • the measurement section 34 can have a smaller width B34 in the second horizontal direction z compared to the first flat section 32A and the second flat section 32B. This is shown by way of example in FIG. 5.
  • the measuring section 34 can be significantly tapered in comparison to the first flat section 32A and the second flat section 32B.
  • the width B34 of the measuring section 34 in the second horizontal direction z can, for example, be at least 20%, at least 30% or at least 40% smaller than the width B32 of the flat sections 32A, 32B in the same direction z.
  • the width B32 of the flat sections 32 can be equal to a width of the corresponding supports 22A, 22B in the second horizontal direction z. That is, the first planar portion 32A and the second planar portion 32B can completely cover the tops of the first carrier 22A and the second carrier 22B.
  • the measuring section 34 can have the width B34 over a certain length L341. That is, area 341 concentrated deflection can have a square or rectangular cross section.
  • the length L341 of the region 341 of concentrated deflection can be at least 30% of the total length L34 of the measuring section 34 in the first horizontal direction x.
  • the sensor 26 can be arranged, for example, in the region 341 in a more concentrated deflection, which has the width B34 over its entire length L341.
  • the measuring section 34 can widen toward the flat sections 32A, 32B, that is to say the edge regions can have a width which is greater than the width B34.
  • FIG. 6 shows the measuring bar 24 from FIG. 3 without the carriers 22A, 22B.
  • the measuring bar 24 can each have at least one hole 28 in the flat sections 32A, 32B. Through the like holes 28, for example, screws can be guided to fix the assembly 20 on a component 10. For example, the arrangement 20 can be screwed onto a component 10.
  • FIG. 4 shows an example of an arrangement 20 with additional fastening parts 25A, 25B.
  • a first fastening part 25A can, for example, be arranged on the first flat section 32A of the measuring bar 24 and a second fastening part 25B can be arranged on the second flat section 32B of the measuring bar 24 can be arranged. That is, the first flat portion 32A is disposed between the first bracket 22A and the first attachment portion 25A, and the second flat portion 32B is disposed between the second bracket 22B and the second attachment portion 25B.
  • the fasteners 25 may be configured to evenly distribute the force exerted by one or more screws passed through the holes 28 across the respective flat portions 32A, 32B. This can prevent the measuring section 34 from being unintentionally deformed by the fitting and tightening of screws.
  • the fastening parts 25A, 25B can be connected to the measuring strip 24 in various ways.
  • the fastening parts 25A, 25B can be glued or welded to the flat sections 32A, 32B of the measuring strip 34.
  • the fastening parts 25A, 25B can also have additional recesses (not shown).
  • the flat sections 32A, 32B of the measuring bar 24 can have tabs or the like, which can be inserted into these additional cutouts.
  • the measuring strip 24 and the fastening parts 25A, 25B can be connected to one another by means of an interference fit.
  • any alternative or additional connection types between the measuring bar 24 and the fastening parts 25A, 25B are also possible.
  • fastening parts 25A, 25B are connected to the measuring bar 24 and the carriers 22A, 22B only by means of the screws inserted into the holes 28.
  • the fastening parts 25A, 25B are, however, optional.
  • the arrangement 20 can in principle also be implemented without fastening parts 25A, 25B.
  • an arrangement 20 for determining the deflection of a component 10 can have a first carrier 22A, a second carrier 22B and a measuring bar 24. Each of these parts can be manufactured individually. At closing the parts are arranged on the construction part 10 as described above.
  • the measuring bar 24 can have, for example, a first material.
  • the first material can be, for example, a high quality material, such as a high quality stainless steel material.
  • the measuring strip 24 can be made of material no. 1.4542 with the DIN short designation X5CrNiCuNbl 6-4 according to DIN EN 10088-3 (ASTM:
  • A564 Type 630 A564 Type 630.
  • other suitable materials are also possible in principle.
  • a high-quality material can be particularly advantageous for the measuring bar 24 with the sensor 26 arranged thereon.
  • the carriers 22A, 22B can have a second, less high-quality and therefore less expensive material.
  • the carriers 22A, 22B basically only have the function of attaching the measuring bar 24 to the component 10 (e.g. vehicle axis, frame, leaf spring, etc.), which is mechanically deformed under load.
  • the second material can be rust-free and heat-conductive, for example.
  • the carriers 22A, 22B can be an ordinary stainless steel material, such as material no.
  • fastening parts 25A, 25B are used, these can be produced, for example, from the same less high-quality material as the carriers 22A, 22B.
  • FIG. 7 shows an example of a cross section of an arrangement 20 for determining a deflection, in particular a measuring bar 24 with a sensor 26 arranged thereon.
  • FIG. 7 shows the flat sections 32A, 32B and the measuring section 34.
  • the measuring bar 24 can have a first thickness D24, for example.
  • the first thickness D24 can be, for example, between 0.5 mm and 2 mm. However, other first thicknesses D24 are also possible, for example up to several milimeters.
  • the first thickness D24 may depend on various factors, for example.
  • the first thickness D24 may depend on the nature and thus on at least one parameter of the component 10 (e.g. size, material, etc.) and / or the expected magnitude of the strain or compression to be measured.
  • the structure of the arrangement 20 can thus essentially remain unchanged for a wide variety of applications or components 10.
  • the arrangement 20 can, however, be optimized for the respective application, so that the deflection of the corresponding component 10 can be determined as precisely as possible.
  • FIG. 8 shows the arrangement from FIG. 7 with the carriers 22A, 22B and the optional fastening parts 25A, 25B.
  • FIGS. 7 and 8 show in particular the flat sections 32A, 32B and the pre-bent measuring section 34.
  • the senor 26 can additionally be designed to determine a temperature.
  • the sensor 26 can have one or more temperature sensors (not shown). These temperature sensors can be designed to determine a temperature of the sensor 26 itself and also a temperature of the component 10.
  • deflections and expansions which occur in the component 10 due to temperature and not due to load can be taken into account when determining a load or a weight.
  • temperature-related deflections and strains can be determined when determining the load-dependent deflection of the entire Deflection subtracted or appropriately calculated out who.
  • the housing can be a plastic housing for example.
  • the housing can, for example, be filled with a suitable filler in order to be able to protect the components arranged therein even better against environmental influences.
  • the associated electronics can, for example, have a computing unit (not shown). This computing unit can have, for example, a microcontroller and one or more memory components which are designed to process the measurement signal provided by the sensor 26, to free it from the effects of errors and to convert it into a suitable format for the secure digital exchange with other data units walk.
  • the senor 26 can have, for example, four strain gauges, which are indicated in the figures by four small squares.
  • four strain gauges can be placed in the four corners of a square or rectangle.
  • the strain gauges can ideally determine the deformation of the measuring section 34.
  • using four strain gauges is just one example. Any number n of strain gauges or other suitable sensors with n> 1 is also possible. However, the sensors or strain gauges can all be arranged on the same side of the measuring section.
  • strain gauges are only one example.
  • the sensor 26 can also have more or fewer strain gauges.
  • the strain gauges can also be arranged in other shapes than in the square arrangement shown. For example, you can Strain gauges can also be arranged in a cross shape or in any other suitable shape.
  • the invention is applicable, for example, for many types of vehicle which have axes, such as in cars, tractors, airplanes, fork-lift trucks, trailers or buses. Deformations (deflections) of other objects, such as bridges or buildings, can also be determined.
  • a road surface condition or a road condition e.g. potholes
  • the axis can bend accordingly when driving through potholes or in the event of unevenness in the road surface.
  • GPS Global Positioning System
  • FIG. 9 shows in a flowchart an example of a method for producing an arrangement 20 for determining the deflection of a component 10.
  • the method has the manufacture of a measuring bar 24, which has a first flat section 32A, a second flat section 32B and one in a first horizontal direction x between the first planar section 32A and the second planar section 32B arranged in a vertical direction y curved measuring section 34 (step 901).
  • the measuring bar 24 can be manufactured by means of punching.
  • the measuring bar 24 can be punched out of a metal plate. After punching, the measuring bar can be pre-bent with a defined bend.
  • the method further includes fabricating a first carrier 22A (step 902) having a bottom surface and an top surface parallel to the bottom surface and spaced in the vertical direction y from the bottom Surface is arranged.
  • the first carrier 22A can be produced by punching, for example.
  • the method further includes making (step 903) a second carrier having a bottom surface and an top surface that is parallel to the bottom surface and spaced in the vertical direction y from the bottom surface.
  • the first carrier 22A and the second carrier 22B are arranged on a component 10 (step 904).
  • the first flat section 32A of the measuring bar 24 is arranged on the upper surface of the first carrier 22A and the second flat section 32B of the measuring bar 20 is arranged on the upper surface of the second carrier 22B (step 905).
  • the planar sections 32A, 32B can be arranged either before the first and second carriers 22A, 22B are arranged on the component 10 or after the first and second carriers 22A, 22B are arranged on the component 10.
  • the arrangement 20 can be assembled next to one example and then attached to the component 10 (indicated by dashed arrows in FIG. 9), or the arrangement 20 can be assembled when arranged on the component 10, e.g. first the carriers 22A, 22B are fastened to the component and then the further components are arranged on the carriers 22A, 22B (indicated by bold arrows in FIG. 9).
  • the first flat section 32A and the second flat section 32B can be on the first carrier 22A or on the second carrier 22B, for example by means of gluing, welding,
  • Press fit or screw can be attached.

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Abstract

Eine Anordnung (20) zum Bestimmen der Durchbiegung eines Bau- teils (10) weist eine Messleiste (24), die einen ersten ebenen Abschnitt (32A), einen zweiten ebenen Abschnitt (32B) und einen in einer ersten horizontalen Richtung (x) zwischen dem erstenebenen Abschnitt (32A) und dem zweiten ebenen Abschnitt (32B) angeordneten in einer vertikalen Richtung (y) gekrümmten Messabschnitt (34) aufweist, wobei die vertikale Richtung (y) senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung (x) verläuft, einen ersten Träger (22A), der eine untere Oberfläche, die dazu ausgebildet ist,auf dem Bauteil (10) angeordnet zu werden, und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung (y) beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist, und einen zweiten Träger (22B) auf, der eine untere Oberfläche, die dazu ausgebildet ist,auf dem Bauteil (10) angeordnet zu werden, und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung (y) beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist. Der erste ebene Abschnitt (32A) ist auf der oberen Oberfläche des ersten Trägers (22A) und der zweite ebene Abschnitt (32B) ist auf der oberen Oberfläche des zweiten Trägers (22B) angeordnet.

Description

Beschreibung
Anordnung zum Bestimmen der Durchbiegung eines Bauteils und Verfahren zum Herstellen einer solchen Anordnung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bestimmen der
Durchbiegung eines Bauteils und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anordnung, insbesondere eine Anordnung zum Be stimmen der Durchbiegung einer Fahrzeugachse.
Aus verschiedenen Gründen kann es erforderlich sein, das Ge wicht eines Fahrzeugs zu bestimmen. Beispielsweise kann es erforderlich sein zu bestimmen, ob die Nutzlast oder das zu lässige Gesamtgewicht eines Fahrzeugs nach dem Beladen des Fahrzeugs überschritten wird. Ein Überschreiten von Nutzlast bzw. zulässigem Gesamtgewicht ist generell aus Sicherheits gründen nicht erlaubt. Auch manche Straßen oder Brücken dür fen nur befahren werden, wenn ein vorgegebenes Maximalgewicht nicht überschritten wird. Weiterhin kann beispielsweise auch die auf bestimmten Straßen anfallende Maut für ein Fahrzeug in Abhängigkeit des Fahrzeuggewichtes berechnet werden.
Zur Bestimmung des Fahrzeuggewichts sind Anordnungen bekannt, die auf der Fahrzeugachse montiert werden, um die vom Fahr zeuggewicht abhängige Durchbiegung der Achse zu bestimmen.
Aus der bestimmten Durchbiegung kann dann auf das Fahrzeugge wicht geschlossen werden.
Auch für andere Anwendungen kann es erforderlich sein, die Durchbiegung eines Bauteils zu bestimmen. Derartige Anordnun gen sind häufig groß und teuer in der Herstellung. Zudem kön nen die Messungen teilweise zu ungenau sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung eines Bauteils, welche möglichst kosten günstig, einfach und zuverlässig implementiert werden kann, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anordnung zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Es wird eine Anordnung zum Bestimmen der Durchbiegung eines Bauteils beschrieben, die Anordnung weist eine Messleiste, die einen ersten ebenen Abschnitt, einen zweiten ebenen Ab schnitt und einen in einer ersten horizontalen Richtung zwi schen dem ersten ebenen Abschnitt und dem zweiten ebenen Ab schnitt angeordneten in einer vertikalen Richtung gekrümmten Messabschnitt aufweist, wobei die vertikale Richtung senk recht zu der ersten horizontalen Richtung verläuft, einen ersten Träger, der eine untere Oberfläche, die dazu ausgebil det ist, auf dem Bauteil angeordnet zu werden, und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist, und einen zweiten Träger auf, der eine untere Oberfläche, die dazu ausgebildet ist, auf dem Bauteil angeordnet zu werden, und eine obere Oberfläche auf weist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der ver tikalen Richtung beabstandet von der unteren Oberfläche ange ordnet ist. Der erste ebene Abschnitt ist auf der oberen Oberfläche des ersten Trägers und der zweite ebene Abschnitt ist auf der oberen Oberfläche des zweiten Trägers angeordnet.
Die Anordnung kann einfach und kostengünstig hergestellt wer den und liefert ausreichend genaue und mechanisch verstärkte Ausgangssignale .
Die Anordnung kann wenigstens einen Sensor aufweisen, wobei jeder der Sensoren auf einer oberen Oberfläche des gekrümmten Messabschnitts angeordnet ist, wobei die obere Oberfläche des Messabschnitts im montierten Zustand von dem Bauteil weg zeigt .
Durch das Anordnen aller Sensoren auf der selben Seite des Messabschnitts, insbesondere in einem Bereich mechanisch ver stärkter Durchbiegung, kann die Genauigkeit des Sensors er höht werden.
Der wenigstens eine Sensor kann wenigstens einen Dehnungsmes- streifen aufweisen.
Dies ist eine einfache Möglichkeit, einen Sensor zum Detek- tieren von Durchbiegungen zu implementieren.
Der erste ebene Abschnitt und der zweite ebene Abschnitt kön nen in einer zweiten horizontalen Richtung jeweils eine erste Breite aufweisen, wobei die zweite horizontale Richtung senk recht zu der ersten horizontalen Richtung und zu der vertika len Richtung verläuft. Der Messabschnitt kann einen zentralen Bereich aufweisen, der in der zweiten horizontalen Richtung eine zweite Breite aufweist, die geringer ist als die erste Breite .
Dadurch wird die Empfindlichkeit der Anordnung erhöht.
Die zweite Breite kann dabei wenigstens 20 %, wenigstens 30 % oder wenigstens 40 % geringer sein als die erste Breite.
Der Messabschnitt kann in der ersten horizontalen Richtung eine erste Länge aufweisen, und der zentrale Bereich des Messabschnitts kann in der ersten horizontalen Richtung eine zweite Länge aufweisen. Dabei kann die zweite Länge wenigs tens 30 % der ersten Länge betragen.
Die Durchbiegung kann in dem zentralen Bereich so homogen sein, und die Größe des zentralen Bereichs kann auf die Größe eines darauf angeordneten Sensors angepasst werden. Die Messleiste kann ein erstes Material, und der erste und der zweite Träger können jeweils ein zweites Material aufwei sen, welches sich von dem ersten Material unterscheidet.
Die Anordnung kann dadurch zum einen kostengünstig herge stellt werden, andererseits kann insbesondere die Messleiste aus ausreichend hochwertigem Material gefertigt werden.
Die Messleiste kann den Werkstoff Nr. 1.4542 und/oder der erste und der zweite Träger können den Werkstoff Nr. 1.4301 aufweisen .
Dadurch kann die Messleiste aus hochwertigerem Material ge fertigt sein als die Träger.
Die erste Dicke kann von wenigstens einem Parameter des Bau teils und/oder einer erwarteten zu bestimmenden Durchbiegung abhängen .
Dadurch kann die Dicke optimal auf die jeweilige Anwendung angepasst werden, ohne den grundsätzlichen Aufbau der Anord nung zu verändern.
Die Messleiste kann in der vertikalen Richtung eine erste Di cke aufweisen, welche beispielsweise zwischen 0,5 mm und 2 mm beträgt .
Die Messleiste kann sich dadurch in vielen Anwendungen gut mit dem Bauteil verbiegen und ist dabei robust genug auch bei harten Umgebungsanforderungen.
Es wird weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Anord nung zum Bestimmen einer Durchbiegung eines Bauteils be schrieben, wobei das Verfahren das Herstellen einer Messleis te, die einen ersten ebenen Abschnitt, einen zweiten ebenen Abschnitt und einen in einer ersten horizontalen Richtung zwischen dem ersten ebenen Abschnitt und dem zweiten ebenen Abschnitt angeordneten in einer vertikalen Richtung gekrümm ten Messabschnitt aufweist, wobei die vertikale Richtung senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung verläuft, das Herstellen eines ersten Trägers, der eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unte ren Oberfläche und in der vertikalen Richtung beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist, das Herstellen eines zweiten Trägers, der eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist, das Anordnen des ersten Trägers und des zweiten Trägers auf einem Bauteil, und das Anordnen des ersten ebenen Abschnitts der Messleiste auf der oberen Oberfläche des ersten Trägers und des zweiten ebenen Ab schnitts der Messleiste auf der oberen Oberfläche des zweiten Trägers, entweder vor oder nach dem Anordnen des ersten und des zweiten Trägers auf dem Bauteil, aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren der Zeich nung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt:
Figur 1 in einer skizzenhaften Darstellung eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung in unbelastetem Zustand,
Figur 2 in einer skizzenhaften Darstellung eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung in belastetem Zu stand,
Figur 3 in einer skizzenhaften Darstellung eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung gemäß einem Bei spiel, Figur 4 in einer skizzenhaften Darstellung eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung gemäß einem weite ren Beispiel,
Figur 5 in einer skizzenhaften Darstellung eine Draufsicht auf eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung gemäß einem Beispiel,
Figur 6 in einer skizzenhaften Darstellung eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung gemäß einem Bei spiel,
Figur 7 in einer skizzenhaften Darstellung einen Quer
schnitt durch eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung gemäß einem Beispiel,
Figur 8 in einer skizzenhaften Darstellung einen Quer
schnitt durch eine Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung gemäß einem Beispiel, und
Figur 9 in einem Ablaufdiagram ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung gemäß einem Beispiel.
Figur 1 zeigt eine Anordnung 20 zum Bestimmen einer Durchbie gung eines Bauteils 10. Das Bauteil 10 kann beispielsweise eine Fahrzeugachse sein. Die Anordnung 20 zum Bestimmen der Durchbiegung ist auf der Achse 10 angeordnet. In einem Fahr zeug mit mehr als einer Achse kann beispielsweise auf jeder der Achsen 10 eine Anordnung 20 angeordnet werden. In einem unbelasteten Zustand (z. B. Fahrzeug nicht beladen) erstreckt sich ein Bauteil 10 in der Regel gerade in einer ersten hori zontalen Richtung x.
In einem belasteten Zustand weist das Bauteil eine Biegung auf. Wird beispielsweise ein Fahrzeug beladen, lastet ein entsprechendes Gewicht auf den Achsen des Fahrzeugs. Dadurch wird jede der Achsen in Abhängigkeit von dem darauf lastenden Gewicht zu einem gewissen Maß verbogen. Der belastete Zustand eines Bauteils 10 ist beispielhaft in Figur 2 dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, dass das Bauteil 10 auch bereits im unbelasteten Zustand (z. B. allein durch das Fahrzeuggewicht ohne weitere Ladung) bereits eine leichte Durchbiegung auf weist, welche durch zusätzliche Belastung noch weiter ver stärkt wird.
Die Anordnung 20 zum Bestimmen der Durchbiegung weist einen ersten Träger 22A und einen zweiten Träger 22B auf. Der erste Träger 22A und der zweite Träger 22B sind jeweils direkt mit dem Bauteil 10 verbunden. Der zweite Träger 22B ist dabei in der ersten horizontalen Richtung x in einem gewissen Abstand zu dem ersten Träger 22A angeordnet. Der Abstand zwischen dem ersten Träger 22A und dem zweiten Träger 22B kann beispiels weise mehr als 0,5 cm betragen. Abstände von mehreren Zenti metern sind beispielsweise möglich.
Eine Messleiste 24 ist zwischen dem ersten Träger 22A und dem zweiten Träger 22B angeordnet. Die Messleiste 24 weist dabei keine direkte Verbindung zu dem Bauteil 10 auf, sondern wird von den Trägern 22A, 22B getragen. In der in Figur 1 darge stellten Anordnung verläuft die Messleiste 24 im unbelasteten Zustand in etwa parallel zu dem geraden Bauteil 10. Die Mess leiste 24 kann beispielsweise die Form eine Platte aufweisen. Das heißt, die Abmessungen der Messleiste 24 in der ersten horizontalen Richtung x und in einer zweiten horizontalen Richtung z können jeweils wesentlich größer sein als die Ab messungen in einer vertikalen Richtung y. Die zweite horizon tale Richtung z steht dabei senkrecht zu der ersten horizon talen Richtung x, und die vertikale Richtung y steht senk recht zu der ersten und der zweiten horizontalen Richtung x, z .
Auf der Messleiste 24 kann ein Sensor 26 angeordnet sein. In dem belasteten Zustand (vgl. Figur 2) verbiegt sich die mit den Trägern 22A, 22B verbundene Messleiste 24 in der selben Richtung wie das Bauteil 10. Durch die Anordnung der Mess leiste 24 auf den Trägern 22A, 22B, das heißt in einem be stimmen Abstand von dem Bauteil 10, kann bei Durchbiegung des Bauteils 10 die Durchbiegung der Messleiste 24 verstärkt wer den. Der Sensor 26 ist dazu ausgebildet, eine Durchbiegung der Messleiste 24 zu bestimmen. Aus der Durchbiegung der Messleiste 24 kann dann auf die Durchbiegung des Bauteils 10 geschlossen werden. Ist das Bauteil 10 beispielsweise die Achse eines Fahrzeugs, kann aus der Durchbiegung der Achse wiederum auf das Fahrzeuggewicht geschlossen werden. Dabei kann es erforderlich sein, das auf jeder der Achsen eines Fahrzeugs lastende Gewicht zu bestimmen, um daraus das Ge samtgewicht des Fahrzeugs bestimmen zu können. Das Leerge wicht eines Fahrzeugs ist in der Regel bekannt. Um das Ge wicht der Ladung bestimmen zu können, kann somit das Leerge wicht von dem ermittelten Gesamtgewicht subtrahiert werden.
Gemäß einem Beispiel ist der Sensor 26 dazu ausgebildet, eine Durchbiegung des Bauteils 10 zu bestimmen, und aus dieser Durchbiegung auf die auf das Bauteil 10 ausgeübte Kraft, bzw. auf das auf dem Bauteil 10 lastende Gewicht zu schließen.
Der Sensor 26 kann beispielsweise wenigstens einen Dehnungs messstreifen aufweisen. Dehnungsmessstreifen können grund sätzlich eingesetzt werden, um Formänderungen (z. B. Dehnun gen oder Stauchungen) an der Oberfläche von Bauteilen zu er fassen. Dehnungsmessstreifen können in Sensoren eingesetzt werden, mit denen Kräfte (Kraftaufnehmer) gemessen werden. Dabei können statische Belastungen und sich zeitlich ändernde Belastungen erfasst werden. Dehnungsmessstreifen können auf der Messleiste 24 angeordnet werden, um z. B. eine Dehnung oder Stauchung auf der Oberseite der Messleiste 24 zu detek- tieren. Die detektierte Dehnung oder Stauchung hängt dabei, unter anderem, von der Entfernung der Messstelle, an welcher der entsprechende Dehnungsmesstreifen angeordnet ist, zur neutralen Faser ab. Das grundsätzliche Prinzip von Dehnungs- messtreifen ist bekannt und wird an dieser Stelle daher nicht weiter erläutert.
Die Durchbiegung des Bauteils 10 kann, insbesondere bei ge ringem auf dem Bauteil 10 lastendem Gewicht, jedoch möglich erweise sehr gering ausfallen. Die Durchbiegung der Messleis te 24 kann in diesem Fall ebenfalls sehr gering sein, so dass diese durch den Sensor 26 nicht hinreichend genau erfasst werden kann. Beispielsweise können ein oder mehrere Dehnungs messstreifen in einer Messbrücke verschaltet auf einer Mess leiste 24 angeordnet werden. Aus der Messbrücke kann ein von der Deformation des entsprechenden Bauteils 10 abhängiges Ausgangssignal gewonnen werden. Dieses Ausgangssignal kann mittels einem Messverstärker verstärkt werden. Optional kann das Ausgangssignal anschließend digitalisiert werden bevor daraus die auf das Bauteil 10 ausgeübte Last bzw. das darauf lastende Gewicht bestimmt wird.
Das Ausgangssignal kann dabei jedoch relativ klein sein. Zu dem lastet häufig über lange Zeiträume hinweg ein enormes Ge wicht auf einem Bauteil 10, so dass die Anordnung 20 oft un ter Dauerbelastung steht. Ist das Bauteil 10 eine Fahrzeug achse, dann ist eine auf der Achse 10 angeordnete Anordnung 20 meist sehr schwierigen Bedingungen ausgesetzt. So ist für die Anordnung 20 in vielen Anwendungen eine Beständigkeit ge gen Korrosion, chemische Substanzen und mechanische Stoß- und Vibrationsbelastung über einen breiten Temperaturbereich von -50 °C bis +120 °C erforderlich. Dies stellt hohe Anforderun gen an das verwendete Material und das Design der Anordnung. Anordnungen zum Bestimmen der Durchbiegung von Bauteilen 10, und insbesondere zum Bestimmen des Gewichts von Fahrzeugen, sind dadurch häufig nur zu hohen Kosten herstellbar.
Dadurch dass Anordnungen zum Bestimmen des Gewichts eines Fahrzeugs häufig auf die Fahrzeugachsen aufgeklebt werden müssen, ergeben sich auch oft lange Standzeiten für die Fahr- zeuge. Dies ist wirtschaftlich, z. B. für Speditionen, ein großer Faktor, da Fahrzeuge lange ausfallen können.
Nun Bezug nehmend auf Figur 3 ist eine Anordnung 20 zum Be stimmen der Durchbiegung eines Bauteils 10 dargestellt. Die Anordnung 20 weist eine Messleiste 24, einen ersten Träger 22A und einen zweiten Träger 22B auf. Der erste Träger 22A und der zweite Träger 22B sind jeweils dazu ausgebildet, auf einem Bauteil 10 angeordnet zu werden, dessen Durchbiegung bestimmt werden soll (Bauteil 10 in Figur 3 nicht darge stellt) . Die Messleiste 24 weist einen ersten ebenen Ab schnitt 32A, einen zweiten ebenen Abschnitt 22B und einen in der ersten horizontalen Richtung x zwischen dem ersten ebenen Abschnitt 32A und dem zweiten ebenen Abschnitt 32B angeordne ten in der vertikalen Richtung y gekrümmten Messabschnitt 34 auf (vgl. hierzu auch Figur 5) . Die Krümmung des Messab schnitts 34 ist in Figur 3 nicht explizit dargestellt.
Der erste Träger 22A weist eine Unterseite auf, die dazu aus gebildet ist, mit dem Bauteil 10 verbunden zu werden. Der erste Träger 22A weist weiterhin eine der Unterseite gegen über liegende Oberseite auf. Der zweite Träger 22B weist ebenfalls eine Unterseite, die dazu ausgebildet ist, mit dem Bauteil 10 verbunden zu werden, und eine der Unterseite ge genüber liegende Oberseite auf. Die Oberseiten des ersten Trägers 22A und des zweiten Trägers 22B sind jeweils parallel zu den entsprechenden Unterseiten ausgebildet. Das heißt, im montierten Zustand verlaufen die Oberseiten jeweils parallel zu dem Bauteil 10 im unbelasteten Zustand.
Der erste ebene Abschnitt 32A ist auf der Oberseite des ers ten Trägers 22A und der zweite ebene Abschnitt 32B ist auf der Oberseite des zweiten Trägers 22B angeordnet. Im unbelas teten Zustand verlaufen somit auch der erste ebene Abschnitt 22A und der zweite ebene Abschnitt parallel zu den entspre chenden Unterseiten und zu dem Bauteil 10. Der Messabschnitt 34 weist auch im unbelasteten Zustand eine Krümmung bzw. Durchbiegung auf. Das heißt, der Messabschnitt 34 ist bereits im unbelasteten Zustand vorgebogen.
Die Anordnung 20 kann beispielsweise auf der Oberseite eines Bauteils 10 angeordnet werden, wie in den Figuren 1 und 2 beispielhaft dargestellt. Unter Belastung verbiegt sich die Messleiste 24 in der Regel zu dem Bauteil 10 hin, in der sel ben Richtung wie das Bauteil. Der Messabschnitt 34 kann be reits in dieser Richtung vorgebogen sein. Durch diese Vorbie gung des Messabschnitts 34 kann eine weitere Durchbiegung bei Belastung mechanisch verstärkt werden. Das heißt, eine Durch biegung des Bauteils 10 wirkt sich auf den vorgebogenen Mess abschnitt 34 wesentlich stärker aus als auf einen nicht vor gebogenen Messabschnitt (nicht vorgebogener Messabschnitt vgl. Figur 1) . Das Ausgangssignal einer Messanordnung ist aufgrund der Vorbiegung des Messabschnitts 34 wesentlich grö ßer als bei herkömmlichen Anordnungen, ohne das Signal elektrisch verstärken zu müssen. Vielmehr wird durch die Vor biegung die weitere Durchbiegung des Bauteils 10 bei Belas tung auf einen Bereich 341 in der Mitte des Messabschnitts 34 konzentriert und dadurch verstärkt. Durch die Vorbiegung ist zudem die Richtung der weiteren Biegung des Messabschnitts 34 bereits vorgegeben. Die weitere Biegung erfolgt immer in der Richtung der Vorbiegung.
Innerhalb des Bereiches 341 ist die Durchbiegung zudem im We sentlichen homogen. In Figur 5 ist dieser Bereich gepunktet dargestellt. In den anderen Bereichen des Messabschnitts 34, insbesondere den Randbereichen zu den ebenen Abschnitten 32A, 32B hin, hingegen werden die Durchbiegung und die damit ein hergehenden Spannungsspitzen erheblich reduziert. In Figur 5 sind diese Randbereiche geringer Durchbiegung gestrichelt dargestellt. Der Verlauf der Durchbiegung ist dabei fließend und weist nicht, wie in Figur 5 dargestellt, harte Übergänge zwischen den Bereichen geringer Durchbiegung und dem Bereich konzentrierter Durchbiegung 341 auf. Durch die Konzentration der Durchbiegung in der Mitte des Messabschnitts 34 kann ins- gesamt die Dauerfestigkeit der Anordnung 20 verbessert wer den. Andere Bereiche als der Bereich konzentrierter Durchbie gung können somit ganz oder zumindest weitgehend spannungs frei sein.
Ein Vorteil eines vorgebogenen Messabschnitts 34 gegenüber einem im unbelasteten Zustand planen Messabschnitts 34 liegt beispielsweise auch daran, dass das Vorzeichen des Ausgangs signals einer auf dem Messabschnitt 34 angeordneten Messbrü cke deterministisch ist.
Der Sensor 26 kann in der Mitte des Messabschnitts 34 ange ordnet sein in dem Bereich 341, in welchem die Durchbiegung konzentriert wird. Der mittlere Bereich 341 konzentrierter Durchbiegung kann zu dem ersten ebenen Abschnitt 32A und dem zweiten ebenen Abschnitt 32B jeweils den gleichen Abstand aufweisen .
Optional kann der Messabschnitt 34 im Vergleich zu dem ersten ebenen Abschnitt 32A und dem zweiten ebenen Abschnitt 32B ei ne geringere Breite B34 in der zweiten horizontalen Richtung z aufweisen. Dies ist beispielhaft in Figur 5 dargestellt.
Der Messabschnitt 34 kann im Vergleich zu dem ersten ebenen Abschnitt 32A und dem zweiten ebenen Abschnitt 32B deutlich verjüngt sein. Die Breite B34 des Messabschnitts 34 in der zweiten horizontalen Richtung z kann beispielsweise wenigs tens 20 %, wenigstens 30 % oder wenigstens 40 % geringer sein als die Breite B32 der ebenen Abschnitte 32A, 32B in der sel ben Richtung z. Die Breite B32 der ebenen Abschnitte 32 kann dabei gleich sein zu einer Breite der entsprechenden Träger 22A, 22B in der zweiten horizontalen Richtung z. Das heißt, der erste ebene Abschnitt 32A und der zweite ebene Abschnitt 32B können die Oberseiten des ersten Trägers 22A und des zweiten Trägers 22B jeweils vollständig bedecken.
Der Messabschnitt 34 kann dabei über eine bestimmte Länge L341 die Breite B34 aufweisen. Das heißt, der Bereich 341 konzentrierter Durchbiegung kann einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise kann die Länge L341 des Bereiches 341 konzentrierter Durchbiegung we nigstens 30 % der Gesamtlänge L34 des Messabschnitts 34 in der ersten horizontalen Richtung x betragen. Der Sensor 26 kann beispielsweise in dem Bereich 341 konzentrierter Durch biegung angeordnet sein, welcher über seine gesamte Länge L341 die Breite B34 aufweist. Zu den ebenen Abschnitten 32A, 32B hin kann sich der Messabschnitt 34 verbreitern, das heißt, die Randbereiche können eine Breite aufweisen, die größer ist als die Breite B34.
Durch die Verjüngung des Messabschnitts 34 kann eine Kraft reduziert werden, welche dazu erforderlich ist, den gekrümm ten (vorgebogenen) Messabschnitt 34 weiter zu verbiegen (deh- nen/stauchen) . Grundsätzlich besteht die Gefahr, dass die ebenen Abschnitte 32A, 32B durch die zum Verbiegen des Mess abschnitts 34 benötigte Kraft auf den Trägern 21A, 21B ver rutschen. Diese Gefahr besteht insbesondere dann, wenn die ebenen Abschnitte 32A, 32B nicht ausreichend auf den Trägern befestigt sind. Je kleiner die Kraft ist, die benötigt wird, um den Messabschnitt 34 zu verbiegen, umso geringer ist auch die Gefahr des Verrufschens .
Figur 6 zeigt die Messleiste 24 aus Figur 3 ohne die Träger 22A, 22B. Die Messleiste 24 kann in den ebenen Abschnitten 32A, 32B jeweils wenigstens ein Loch 28 aufweisen. Durch der artige Löcher 28 können beispielsweise Schrauben hindurchge führt werden, um die Anordnung 20 auf einem Bauteil 10 zu be festigen. So kann die Anordnung 20 beispielsweise auf einem Bauteil 10 festgeschraubt werden.
Figur 4 zeigt beispielhaft eine Anordnung 20 mit zusätzlichen Befestigungsteilen 25A, 25B. Ein erstes Befestigungsteil 25A kann beispielsweise auf dem ersten ebenen Abschnitt 32A der Messleiste 24 angeordnet werden und ein zweites Befestigungs teil 25B kann auf dem zweiten ebenen Abschnitt 32B der Mess- leiste 24 angeordnet werden. Das heißt, der erste ebene Ab schnitt 32A ist zwischen dem ersten Träger 22A und dem ersten Befestigungsteil 25A, und der zweite ebene Abschnitt 32B ist zwischen dem zweiten Träger 22B und dem zweiten Befestigungs teil 25B angeordnet. Die Befestigungsteile 25 können dazu ausgebildet sein, die Kraft, die von einer oder mehreren durch die Löcher 28 geführte Schrauben ausgeübt wird, gleich mäßig über die jeweiligen ebenen Abschnitte 32A, 32B zu ver teilen. Dadurch kann verhindert werden, dass durch das An bringen und Festziehen von Schrauben der Messabschnitt 34 un gewollt deformiert wird.
Die Befestigungsteile 25A, 25B können mit der Messleiste 24 auf verschiedene Art und Weise verbunden werden. Beispiels weise können die Befestigungsteile 25A, 25B auf die ebenen Abschnitte 32A, 32B der Messleiste 34 aufgeklebt oder ge schweißt werden. Gemäß einem weiteren Beispiel können die Be festigungsteile 25A, 25B jedoch auch zusätzliche Aussparungen aufweisen (nicht dargestellt) . Weiterhin können die ebenen Abschnitte 32A, 32B der Messleiste 24 Laschen oder Ähnliches aufweisen, welche in diese zusätzlichen Aussparungen einge führt werden können. Dadurch können die Messleiste 24 und die Befestigungsteile 25A, 25B mittels Presspassung miteinander verbunden werden. Jegliche alternative oder zusätzliche Ver bindungsarten zwischen der Messleiste 24 und den Befesti gungsteilen 25A, 25B sind jedoch ebenfalls möglich. Weiterhin ist es jedoch auch möglich, dass keine zusätzlichen Verbin dungen vorgesehen werden und die Befestigungsteile 25A, 25B nur mittels der in die Löcher 28 eingeführten Schrauben mit der Messleiste 24 und den Trägern 22A, 22B verbunden werden. Die Befestigungsteile 25A, 25B sind dabei jedoch optional.
Die Anordnung 20 kann grundsätzlich auch ohne Befestigungs teile 25A, 25B implementiert werden.
Eine Anordnung 20 zum Bestimmen der Durchbiegung eines Bau teils 10 kann gemäß einem Beispiel einen ersten Träger 22A, einen zweiten Träger 22B und eine Messleiste 24 aufweisen. Jedes dieser Teile kann individuell gefertigt werden. An schließend werden die Teile wie oben beschrieben auf dem Bau teil 10 angeordnet. Dabei kann die Messleiste 24 beispiels weise ein erstes Material aufweisen. Das erste Material kann beispielsweise ein hochwertiges Material sein, wie z.B. ein hochwertiges Edelstahlmaterial. Beispielsweise kann die Mess leiste 24 den Werkstoff Nr. 1.4542 mit der DIN- Kurzbezeichnung X5CrNiCuNbl 6-4 nach DIN EN 10088-3 (ASTM:
A564 Type 630) aufweisen. Andere geeignete Werkstoffe sind jedoch grundsätzlich ebenfalls möglich. Gerade für die Mess leiste 24 mit dem darauf angeordneten Sensor 26 kann ein hochwertiges Material vorteilhaft sein.
Die Träger 22A, 22B hingegen können ein zweites, weniger hochwertiges und dadurch kostengünstigeres Material aufwei sen. Die Träger 22A, 22B haben grundsätzlich lediglich die Funktion, die Messleiste 24 auf dem Bauteil 10 (z. B. Fahr zeugsachse, Rahmen, Blattfeder, etc.), welches sich unter Be lastung mechanisch deformiert zu befestigen. Das zweite Mate rial kann beispielsweise rostfrei und wärmeleitfähig sein. Beispielsweise können die Träger 22A, 22B ein gewöhnliches Edelstahlmaterial, wie beispielsweise den Werkstoff Nr.
1.4301 mit der DIN-Kurzbezeichnung X5CrNil8-10 nach DIN EN 10088-3 (ASTM Type 304) aufweisen. Andere geeignete Materia lien sind ebenfalls möglich. Durch die Verwendung verschiede ner Materialien kann die Anordnung 20 jedoch relativ kosten günstig hergestellt werden, da nicht alle Teile aus hochwer tigen, teuren Materialien gefertigt werden müssen.
Werden Befestigungsteile 25A, 25B verwendet, können diese beispielsweise aus dem selben weniger hochwertigen Material wie die Träger 22A, 22B gefertigt werden.
Figur 7 zeigt beispielhaft einen Querschnitt einer Anordnung 20 zum Bestimmen einer Durchbiegung, insbesondere einer Mess leiste 24 mit einem darauf angeordneten Sensor 26. Figur 7 zeigt die ebenen Abschnitte 32A, 32B und den Messabschnitt 34. Die Messleiste 24 kann beispielsweise eine erste Dicke D24 aufweisen. Die erste Dicke D24 kann beispielsweise zwi schen 0.5 mm und 2 mm betragen. Andere erste Dicken D24 sind jedoch ebenfalls möglich, beispielsweise bis zu mehreren Mil limetern. Die erste Dicke D24 kann beispielsweise von ver schiedenen Faktoren abhängen. Beispielsweise kann die erste Dicke D24 von der Beschaffenheit und somit von wenigstens ei nem Parameter des Bauteils 10 (z. B. Größe, Material, etc.) und/oder der erwarteten Größenordnung der zu messenden Deh nung bzw. Stauchung abhängen. Der Aufbau der Anordnung 20 kann so im Wesentlichen für verschiedenste Anwendungen bzw. Bauteile 10 unverändert bleiben. Durch geeignete Dimensionie rung der ersten Dicke D24 und ggf. anderer Abmessungen der Anordnung 20 kann die Anordnung 20 für die jeweilige Anwen dung jedoch optimiert werden, so dass die Durchbiegung des entsprechenden Bauteils 10 möglichst genau bestimmt werden kann .
Figur 8 zeigt die Anordnung aus Figur 7 mit den Trägern 22A, 22B und den optionalen Befestigungsteilen 25A, 25B.
In den Figuren 7 und 8 sind insbesondere die ebenen Abschnit te 32A, 32B und der vorgebogene Messabschnitt 34 erkennbar.
Gemäß einem weiteren Beispiel kann der Sensor 26 zusätzlich dazu ausgebildet sein, eine Temperatur zu bestimmen. Hierfür kann der Sensor 26 einen oder mehrere Temperatursensoren auf weisen (nicht dargestellt) . Diese Temperatursensoren können dazu ausgebildet sein, eine Temperatur des Sensors 26 selbst sowie auch eine Temperatur des Bauteils 10 zu bestimmen.
Dadurch können beispielsweise Durchbiegungen und Dehnungen, welche temperaturbedingt und nicht lastbedingt in dem Bauteil 10 auftreten, bei der Bestimmung einer Last bzw. eines Ge wichtes berücksichtigt werden. Insbesondere können tempera turbedingte Durchbiegungen und Dehnungen bei der Bestimmung der lastabhängigen Durchbiegung von der gesamten bestimmten Durchbiegung subtrahiert bzw. geeignet heraus gerechnet wer den .
Einzelne Teile, wie beispielsweise der Sensor 26 und eine zu gehörige Elektronik (nicht dargestellt) , können beispielswei se durch ein in den Figuren nicht dargestelltes Gehäuse vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Das Gehäuse kann bei spielsweise ein Kunststoffgehäuse sein. Das Gehäuse kann bei spielsweise mit einem geeigneten Füllmittel gefüllt sein, um die darin angeordneten Komponenten noch besser vor Umweltein flüssen schützen zu können. Die zugehörige Elektronik kann beispielsweise eine Recheneinheit aufweisen (nicht darge stellt) . Diese Recheneinheit kann beispielsweise einen Mikro controller und eine oder mehrere Speicherkomponenten aufwei sen, die dazu ausgebildet sind, das durch den Sensor 26 be- reitgestellte Messsignal aufzubereiten, von Fehlereinflüssen zu befreien und in ein geeignetes Format für den sicheren di gitalen Austausch mit anderen Dateneinheiten zu wandeln.
Wie in den Figuren 3, 4 und 6 dargestellt, kann der Sensor 26 beispielsweise vier Dehnungsmesstreifen aufweisen, welche in den Figuren durch vier kleine Quadrate angedeutet sind. Vier Dehnungsmessstreifen können beispielsweise in den vier Ecken eines Quadrats oder eines Rechtecks angeordnet werden.
Dadurch können die Dehnungsmesstreifen die Deformation des Messabschnitts 34 ideal bestimmen. Das Verwenden von vier Dehnungsmesstreifen ist dabei jedoch lediglich ein Beispiel. Jegliche Anzahl n von Dehnungsmesstreifen oder anderer geeig neter Sensoren mit n > 1 ist ebenfalls möglich. Die Sensoren bzw. Dehnungsmesstreifen können dabei jedoch alle auf der selben Seite des Messabschnitts angeordnet sein.
Die Verwendung von vier Dehnungsmessstreifen ist dabei ledig lich ein Beispiel. Der Sensor 26 kann auch mehr oder weniger Dehnungsmesstreifen aufweisen. Die Dehnungsmessstreifen kön nen dabei auch in anderen Formen angeordnet sein als in der dargestellten quadratischen Anordnung. Beispielsweise können Dehnungsmessstreifen auch kreuzförmig oder in jeglicher ande rer geeigneter Form angeordnet sein.
Grundsätzlich ist die Erfindung beispielsweise für viele Ar ten von Fahrzeug anwendbar, welche Achsen aufweisen, wie bei spielsweise Personenkraftwagen, Traktoren, Flugzeuge, Gabel stapler, Anhänger oder Busse. Auch Deformationen (Durchbie gungen) anderer Gegenstände, wie beispielsweise von Brücken oder Gebäuden, können bestimmt werden. Zudem ist es auch mög lich, eine Fahrbahnbeschaffenheit oder einen Straßenzustand (z. B. Schlaglöcher) während der Fahrt zu ermitteln, wenn die Anordnung entsprechend an der Achse eines Fahrzeugs angeord net wird. Die Achse kann sich beispielsweise beim Durchfahren von Schlaglöchern oder bei Unebenheiten im Fahrbahnbelag ent sprechend verbiegen. Eine derartige Bestimmung der Fahrbahn beschaffenheit bzw. des Straßenzustands kann beispielsweise auch mit einer GPS-Einheit (GPS = Global Positioning System) gekoppelt werden, mittels welcher eine aktuelle Position des Fahrzeugs bestimmt werden kann.
Figur 9 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein Beispiel eines Ver fahrens zum Herstellen einer Anordnung 20 zum Bestimmen der Durchbiegung eines Bauteils 10. Das Verfahren weist das Her stellen einer Messleiste 24 auf, die einen ersten ebenen Ab schnitt 32A, einen zweiten ebenen Abschnitt 32B und einen in einer ersten horizontalen Richtung x zwischen dem ersten ebe nen Abschnitt 32A und dem zweiten ebenen Abschnitt 32B ange ordneten in einer vertikalen Richtung y gekrümmten Messab schnitt 34 aufweist (Schritt 901) . Gemäß einem Beispiel kann die Messleiste 24 mittels Stanzens hergestellt werden. Bei spielsweise kann die Messleiste 24 aus einer Metallplatte ausgestanzt werden. Nach dem Stanzen kann die Messleiste mit einer definierten Biegung vorgebogen werden. Das Verfahren weist weiterhin das Herstellen eines ersten Trägers 22A auf (Schritt 902), der eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung y beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist. Der erste Träger 22A kann bei spielsweise mittels Stanzens hergestellt werden. Das Verfah ren weist weiterhin das Herstellen eines zweiten Trägers auf (Schritt 903) , der eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung y beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist. In einem weiteren Schritt werden der erste Träger 22A und der zweite Träger 22B auf einem Bau teil 10 angeordnet (Schritt 904) . Der erste ebene Abschnitt 32A der Messleiste 24 wird auf der oberen Oberfläche des ers ten Trägers 22A und der zweite ebene Abschnitt 32B der Mess leiste 20 auf der oberen Oberfläche des zweiten Trägers 22B angeordnet (Schritt 905) . Das Anordnen der ebenen Abschnitte 32A, 32B kann entweder vor dem Anordnen des ersten und des zweiten Trägers 22A, 22B auf dem Bauteil 10 oder nach dem An ordnen des ersten und des zweiten Trägers 22A, 22B auf dem Bauteil 10 erfolgen.
Das heißt, die Anordnung 20 kann gemäß einem Beispiel zu nächst zusammengebaut werden und anschließend auf dem Bauteil 10 befestigt werden (in Figur 9 mit gestrichelten Pfeilen an gedeutet) , oder die Anordnung 20 kann beim Anordnen auf dem Bauteil 10 zusammengebaut werden, indem z.B. zunächst die Träger 22A, 22B auf dem Bauteil befestigt werden und an schließend die weiteren Komponenten auf den Trägern 22A, 22B angeordnet werden (in Figur 9 mit fetten Pfeilen angedeutet) .
Der erste ebene Abschnitt 32A und der zweite ebene Abschnitt 32B können auf dem ersten Träger 22A bzw. auf dem zweiten Träger 22B beispielsweise mittels Klebens, Schweißens,
Presspassung oder Schraubens befestigt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (20) zum Bestimmen der Durchbiegung eines Bau teils (10), wobei die Anordnung aufweist:
eine Messleiste (24), die einen ersten ebenen Abschnitt (32A) , einen zweiten ebenen Abschnitt (32B) und einen in ei ner ersten horizontalen Richtung (x) zwischen dem ersten ebe nen Abschnitt (32A) und dem zweiten ebenen Abschnitt (32B) angeordneten in einer vertikalen Richtung (y) gekrümmten Messabschnitt (34) aufweist, wobei die vertikale Richtung (y) senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung (x) verläuft; einen ersten Träger (22A) , der eine untere Oberfläche, die dazu ausgebildet ist, auf dem Bauteil (10) angeordnet zu werden, und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung (y) be- abstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist; und
einen zweiten Träger (22B) , der eine untere Oberfläche, die dazu ausgebildet ist, auf dem Bauteil (10) angeordnet zu werden, und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung (y) be- abstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist, wobei der erste ebene Abschnitt (32A) der Messleiste (24) auf der oberen Oberfläche des ersten Trägers (22A) und der zweite ebene Abschnitt (32B) der Messleiste (20) auf der oberen Oberfläche des zweiten Trägers (22B) angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, die weiterhin wenigstens einen Sensor (26) aufweist, wobei jeder der Sensoren (26) auf einer oberen Oberfläche des gekrümmten Messabschnitts (34) angeord net ist, wobei die obere Oberfläche des Messabschnitts (34) im montierten Zustand von dem Bauteil (10) weg zeigt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Sen sor (26) wenigstens einen Dehnungsmesstreifen aufweist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste ebene Abschnitt (32A) und der zweite ebene Ab schnitt (32B) in einer zweiten horizontalen Richtung (z) je weils eine erste Breite (B32) aufweisen, wobei die zweite ho rizontale Richtung (z) senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung (x) und zu der vertikalen Richtung (y) verläuft; und der Messabschnitt (34) einen zentralen Bereich (341) aufweist, der in der zweiten horizontalen Richtung (z) eine zweite Breite (B34) aufweist, die geringer ist als die erste Breite (B32 ) .
5. Anordnung nach Anspruch 4, wobei die zweite Breite (B34) wenigstens 20 %, wenigstens 30 % oder wenigstens 40 % gerin ger ist als die erste Breite (B32) .
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei
der Messabschnitt (34) in der ersten horizontalen Rich tung (x) eine erste Länge (L34) aufweist;
der zentrale Bereich (341) des Messabschnitts (34) in der ersten horizontalen Richtung (x) eine zweite Länge (L341) aufweist; und
die zweite Länge (L341) wenigstens 30 % der ersten Länge (L34) beträgt.
7. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Messleiste (24) ein erstes Material, und der erste und der zweite Träger (22A, 22B) jeweils ein zweites Material aufweisen, welches sich von dem ersten Material unterschei det .
8. Anordnung nach Anspruch 7, wobei die Messleiste (24) den Werkstoff Nr. 1.4542 und/oder der erste und der zweite Träger (22A, 22B) den Werkstoff Nr. 1.4301 aufweisen.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messleiste (24) in der vertikalen Richtung eine erste Di cke (D24) aufweist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, wobei die erste Dicke (D24) von wenigstens einem Parameter des Bauteils (10) und/oder ei ner erwarteten zu bestimmenden Durchbiegung abhängt.
11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die erste Dicke (D24) zwischen 0,5 mm und 2 mm beträgt.
12. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung zum Bestimmen einer Durchbiegung eines Bauteils (10), wobei das Verfahren aufweist :
Herstellen einer Messleiste (24), die einen ersten ebe nen Abschnitt (32A) , einen zweiten ebenen Abschnitt (32B) und einen in einer ersten horizontalen Richtung (x) zwischen dem ersten ebenen Abschnitt (32A) und dem zweiten ebenen Ab schnitt (32B) angeordneten in einer vertikalen Richtung (y) gekrümmten Messabschnitt (34) aufweist, wobei die vertikale Richtung (y) senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung (x) verläuft;
Herstellen eines ersten Trägers (22A) , der eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung (y) beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist;
Herstellen eines zweiten Trägers (22B) , der eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, die parallel zu der unteren Oberfläche und in der vertikalen Richtung (y) beabstandet von der unteren Oberfläche angeordnet ist;
Anordnen des ersten Trägers (22A) und des zweiten Trä gers (22B) auf einem Bauteil (10); und
Anordnen des ersten ebenen Abschnitts (32A) der Mess leiste (24) auf der oberen Oberfläche des ersten Trägers (22A) und des zweiten ebenen Abschnitts (32B) der Messleiste (20) auf der oberen Oberfläche des zweiten Trägers (22B) , entweder vor oder nach dem Anordnen des ersten und des zwei ten Trägers (22A, 22B) auf dem Bauteil (10) .
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei wenigstens eines von die Messleiste (24) mittels Stanzens hergestellt wird; und
der erste und der zweite Träger (22A, 22B) mittels Stan zens hergestellt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Herstellen der Messleiste (24) das Vorbiegen der Messleiste (24) auf weist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das weiter hin das Befestigen des ersten ebenen Abschnitts (32A) auf dem ersten Träger (22A) und das Befestigen des zweiten ebenen Ab schnitts (32B) auf dem zweiten Träger (22B) mittels Klebens, Schweißens, Presspassung oder Schraubens aufweist.
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