EP4652052A1

EP4652052A1 - Vorrichtung zum messen einer auf einen königszapfen eines sattelaufliegers wirkendenden kraft, sattelauflieger, mehrgliedriges fahrzeug

Info

Publication number: EP4652052A1
Application number: EP23833811.5A
Authority: EP
Inventors: Axel Stender; Norbert Witte
Original assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Priority date: 2023-01-19
Filing date: 2023-12-19
Publication date: 2025-11-26
Also published as: US20250346079A1; WO2024153425A1; CN120418100A; DE102023101340A1

Abstract

Vorrichtung (100) zum Messen einer auf einen Königszapfen (110) eines Sattelaufliegers (205) wirkendenden Kraft (FB, FD), wobei die Vorrichtung (100) den Königszapfen (110) und eine Sensorvorrichtung (115) umfasst, und die Sensorvorrichtung (115) dazu eingerichtet ist, eine durch die Kraft (FB, FD) hervorgerufene Durchbiegung des Königzapfens (110) zu ermitteln.

Description

Vorrichtung zum Messen einer auf einen Köniqszapfen eines Sattelauflieqers

Wirkendenden Kraft, Sattelauflieqer, mehrgliedriges Fahrzeug

Die Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer auf einen Königszapfen eines Sattelaufliegers Wirkendenden Kraft. Die Offenbarung betrifft auch einen Sattelauflieger und ein mehrgliedriges Fahrzeug, umfassend eine Zugmaschine und einen Sattelauflieger.

Dabei betrifft die Offenbarung insbesondere Sattelauflieger beziehungsweise Anhängefahrzeuge mit einer elektrisch antreibbaren Achse und automatisierte Fahrzeuge der Stufe 4 oder höher gemäß SAE J3016 „T axonomy and Definitions for Terms Related to Driving Automation Systems for On-Road Motor Vehicles“ vorn 30.04.2021.

Durch einen Königszapfen können ein Sattelauflieger beziehungsweise ein Anhängefahrzeug und ein Zugfahrzeug mit einer Sattelkupplung miteinander zu einem mehrgliedrigen Fahrzeug verbunden werden. Demnach können auf den Königszapfen im Betrieb Kräfte wirken, die Kräfte zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhängefahrzeug widerspiegeln können. Derartige Kräfte können durch eine Beladung, also eine Masse, des Sattelaufliegers aber auch durch Lastwechsel beziehungsweise eine Fahrdynamik begründet sein. Beispielsweise kann bei einer Bremsung eine Kraft mit einer Komponente entgegen der Fahrtrichtung und beim Beschleunigen eine Kraft mit einer Komponente in Fahrtrichtung auf den Königszapfen wirken.

Insbesondere für eine automatisierte Fahrfunktion kann die Kenntnis von auf den Königszapfen wirkenden Kräften zu berücksichtigen sein, um beispielsweise ein Verzögern des Sattelaufliegers und/oder ein Antreiben des Sattelaufliegers kontrollieren zu können.

EP 0 548 487 A2 offenbart eine Einrichtung zur Messung einer Verformung eines Bauteils. Zur Verminderung des Aufwands einer Verformungsmessung wird in den Bauteil eine Anordnung aus einem Übertragungsglied und einem oder zwei Sensoren vorgesehen. Der Sensor ist von einer Bauart mit einer Messoberfläche, die ein von einer Verformung der Messoberfläche abhängiges elektrisches Signal abgibt. Das Übertragungsglied stützt sich einerseits an einem Sensor und andererseits an dem Bauteil oder dem anderen Sensor ab. Bei einer Verformung des Bauteils verändert sich der Abstand der Stützstellen des Übertragungsglieds. Diese Abstandsänderung erzeugt eine Verformung der Messoberfläche des Sensors, die als Maß der Verformung des Bauteils ausgewertet wird.

Damit ist ein Verfahren bekannt, mit dem die Durchbiegung eines Tragbolzens einer Sattelkupplung mit Hilfe einer Sensierung in dem Tragbolzen erfasst werden kann.

EP 0 607 855 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Messung und Anzeige des Beladezustandes eines Sattelaufliegers. Um eine Vorrichtung zur Messung und Anzeige des Beladungszustandes eines Sattelaufliegers dahingehend zu verbessern, dass eine auch unabhängig von der Zugmaschine leicht handhabbare Messvorrichtung zur Bestimmung des Beladezustandes des Sattelaufliegers geschaffen wird, die möglichst genau Aufschluss über die auf die Zugmaschine wirkenden Kräfte gibt, wobei die Vorrichtung möglichst leicht handhabbar sein soll, wird offenbart, dass an der Auflagekupplung der Zugmaschine mit dem Sattelauflieger ein Druck- oder Kraftsensor angeordnet ist.

Es ist bisher nicht möglich, die auf das Zugfahrzeug wirkenden horizontalen beziehungsweise radialen Kräfte am Königszapfen (engl. „Kingpin“) zu messen, die insbesondere durch ein Bremsen oder Beschleunigen zwischen dem Sattelauflieger und dem Zugfahrzeug wirken können.

Stattdessen ist es bekannt, den Königszapfen beispielsweise mittels sensorischer Schrauben zu befestigen und die auf die Schrauben wirkende Kräfte zu messen.

WO 2022/074010 A1 offenbart eine Schraube mit Dehnmessstreifen und einen Königszapfen und eine Maulkupplung. Die sensorische Schraube mit einem Schraubenkopf, einem sich an den Schraubenkopf entlang einer Schraubenachse anschließenden Schraubenschaft und einem am Schraubenschaft ausgebildeten Gewinde weist eine Messeinrichtung mit einem Dehnmessstreifen auf, der entlang oder im Inneren des Schraubenschaftes angeordnet ist und Dehnungen des Schraubenschaftes in Richtung der Schraubenachse erfasst, wobei die Messeinrichtung wenigstens zwei elektrische Anschlüsse aufweist, die als Kontaktstellen auf einer Außenseite der sensorischen Schraube liegen, und insbesondere derart angeordnet sind, dass sie beim Einbringen der sensorischen Schraube in eine Fassung mit zwei korrelierenden elektrischen Kontakten der Fassung in Kontakt treten. Außerdem ist ein Königszapfen für eine Sattelkupplung offenbart, mit einer Zapfenwelle, an dessen erstem Ende ein Zapfenkopf angeordnet ist und an dessen zweitem Ende ein Befestigungsflansch angeordnet ist, wobei der Befestigungsflansch wenigstens ein Schraubloch aufweist und mit wenigstens einer Schraubverbindung, wobei die sensorische Schraube dieser Schraubverbindung durch das Schraubloch ragt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu bereichern und eine verbesserte Vorrichtung zum Messen einer auf einen Königszapfen wirkenden Kraft bereitzustellen. Insbesondere löst die Erfindung die Aufgabe, eine auf den Königszapfen einer Sattelkupplung wirkende Kraft zuverlässig zu messen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Messen einer auf einen Königszapfen eines Sattelaufliegers Wirkendenden Kraft bereitgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung den Königszapfen und eine Sensorvorrichtung, und die Sensorvorrichtung ist dazu eingerichtet, eine durch die Kraft hervorgerufene Durchbiegung des Königzapfens zu ermitteln.

Es wurde erkannt, dass durch die auf den Königszapfen wirkende Kraft eine Deformierung des Königszapfens erfolgen kann, da der Königszapfen typischerweise aus einem Material, beispielsweise Metall, besteht, das eine insbesondere elastische Deformierung durch ein Wirken der Kraft ermöglicht. Die auf den Königszapfen wirkende Kraft kann durch die Sensorvorrichtung über die durch die Kraft bewirkte Deformierung beziehungsweise insbesondere Durchbiegung ermittelt werden. Dabei wurde erkannt, dass die Durchbiegung typischerweise in einem definierten Zusammenhang zu der wirkenden Kraft steht. Somit kann aus der Durchbiegung des Königszapfens auf die wirkende Kraft geschlossen werden. Damit ist eine unmittelbare Messung der Durchbiegung des Königszapfens und damit ein unmittelbares Ermitteln der auf den Königszapfen wirkenden Kraft möglich, was eine zuverlässige und präzise Messung ermöglicht. Ein indirektes Ermitteln der auf den Königszapfen wirkenden Kraft durch wirkende Kräfte auf eine oder mehrere sensorische Schrauben oder Bolzen, die beispielsweise einen Befestigungsflansch des Königszapfens an einer Scheuerplatte des Sattelaufliegers befestigen, kann somit entbehrlich sein.

Optional weist der Königszapfen eine Öffnung auf und die Sensorvorrichtung ist in der Öffnung und/oder an einem Ende der Öffnung angeordnet. Mit der Öffnung ist ein geschütztes Anbringen von Komponenten der Sensorvorrichtung möglich. Bei einer Durchbiegung des Königszapfens deformiert sich auch die Öffnung, was ermöglicht, dass die Durchbiegung des Königszapfens in der Öffnung und/oder durch eine Deformierung der Öffnung ermittelt werden kann.

Optional weist der Königszapfen einen Zapfenschaft auf und die Öffnung ist innerhalb des Zapfenschafts angeordnet. Der Zapfenschaft kann typischerweise einen relevanten Teil der Durchbiegung realisieren, womit die Öffnung innerhalb des Zapfenschafts ebenfalls durchgebogen werden kann, was ein effektives und zuverlässiges Ermitteln der Durchbiegung des Königszapfens ermöglicht.

Optional weist der Königszapfen einen Zapfenkopf auf und die Öffnung erstreckt sich durch den Zapfenschaft bis in den Zapfenkopf. Der Zapfenkopf kann ein Ende des Königszapfen bilden und daher bei einer Durchbiegung des Königszapfens eine vergleichsweise große Auslenkung erfahren, die zu einem effektiven und zuverlässigen Ermitteln der Durchbiegung des Königszapfens beitragen kann.

Optional weist der Königszapfen eine neutrale Faser auf, und die Öffnung ist außerhalb der neutralen Faser angeordnet. Dabei kann die neutrale Faser wie in der Festigkeitslehre als Nulllinie bezeichnet werden. Die neutrale Faser ist diejenige Faser oder Schicht eines Querschnitts des Königszapfens, deren Länge sich bei der Durchbiegung, oder allgemeiner einer Verdrehung und/oder Verbiegung, nicht ändert. In der neutralen Faser verursacht die Durchbiegung keine Zug- oder Druckspannung. Außerhalb der neutralen Faser verursacht die Durchbiegung eine Längenänderung und somit eine Zug- und/oder Druckspannung. Die neutrale Faser kann einer Längsachse des Königszapfen entsprechen. Die Anordnung der Öffnung außerhalb der neutralen Faser ermöglicht ein zuverlässiges Messen der Durchbiegung. Der Abstand der Öffnung zu der neutralen Faser kann die Empfindlichkeit einer Messung und/oder der Sensorvorrichtung beeinflussen.

Optional weist der Königszapfen eine Längsachse auf und die Öffnung ist sich parallel zu der Längsachse erstreckend angeordnet. Mit anderen Worten kann die Öffnung derart angeordnet sein, dass sich die Öffnung parallel zu der Längsachse erstreckt. Die Längsachse kann eine Rotationsachse des Königszapfens und insbesondere des Zapfenschafts und des Zapfenkopfes sein. Somit gibt es einen Abstand zwischen der Öffnung und der Längsachse, der die Empfindlichkeit der Messung der Durchbiegung beeinflussen kann.

Optional weist die Öffnung einen Durchmesser von 3 mm bis 6 mm auf. Damit kann die Öffnung ausreichend dimensioniert sein, um eine Komponente der Vorrichtung in der Öffnung anordnen zu können, und gleichzeitig kann die Öffnung klein genug sein, um mechanische Eigenschaften des Königszapfens nur unwesentlich zu beeinflussen. Beispielsweise weist die Öffnung einen Durchmesser von 4 mm auf.

Optional weist die Vorrichtung ein in der Öffnung angeordnetes Fluid auf und die Sensorvorrichtung weist einen Fluiddrucksensor zum Messen eines das Fluid betreffenden Drucks auf. Dabei wurde erkannt, dass die Durchbiegung eine Volumenänderung der Öffnung zufolge haben kann. Damit kann ein in der Öffnung angeordnetes Fluid eine messbare Druckänderung erfahren, die das Ermitteln der Durchbiegung ermöglicht.

Optional weist die Vorrichtung ein in der Öffnung angeordnetes Übertragungsglied auf und die Sensorvorrichtung weist einen Drucksensor auf. Das Übertragungsglied kann dabei durch eine Durchbiegung der Öffnung ebenfalls durchbogen werden. Die Durchbiegung des Übertragungsglieds kann eine Längenänderung des Übertragungsglieds zur Folge haben, die eine auf den Drucksensor wirkende und als Druck messbare Kraft bewirkt. Optional weist der Drucksensor eine deformierbare Membran auf und das Übertragungsglied ist ein an dem Drucksensor abgestützter und abschnittsweise gewindefreier Druckstab mit einem gekrümmten Kopf zum Wechselwirken mit der Membran. Das Übertragungsglied ist somit mit dem Kopf an dem Drucksensor abgestützt. Der Kopf kann konvex gekrümmt sein, um eine Bewegung auf einer Oberfläche der Membran mit einem stetigen auf die Membran wirkenden Druck zu ermöglichen. Der gekrümmte Kopf bildet ein balliges Ende des Druckstabs. Durch die Krümmung des Kopfes kann einer Änderung der Orientierung des Kopfes bei einer Durchbiegung des Übertragungsglieds Rechnung getragen werden, um eine genaue Messung zu ermöglichen. Der gewindefreie Druckstab stellt eine effektive in der Öffnung anordbare Komponente der Vorrichtung dar.

Optional weist das Übertragungsglied in einem unverformten Zustand des Königszapfens eine Vorspannung auf. Damit kann eine Durchbiegung in verschiedene Richtungen messbar sein, die zu einem Entspannen und/oder Komprimieren des Übertragungsglieds führt. Durch das Durchbiegen kann je nach Richtung der Durchbiegung eine als Druck messbare Zug- oder Druckspannung vergrößert oder verkleinert werden.

Optional weist die Sensorvorrichtung einen in der Öffnung angeordneten Dehnungsmessstreifen auf. Damit ist eine kosteneffektive Messung der Durchbiegung des Königszapfens möglich, da mit der Durchbiegung des Königszapfens auch die Öffnung durchbogen und mithin die Länge des Dehnungsmesstreifen geändert werden kann. Die Längenänderung des Dehnungsmesstreifen kann zu einem entsprechend messbaren elektrischen Signal führen.

Optional ist die Sensorvorrichtung dazu eingerichtet, eine durch eine radiale Kraft hervorgerufene Durchbiegung des Königzapfens zu ermitteln. Dabei wurde erkannt, dass es durch die Vorrichtung nicht nur möglich ist, eine auf den Königszapfen axial wirkende Kraft, die beispielsweise Aufschluss über die Beladung des Sattelaufliegers geben kann, zu messen, sondern dass sämtliche Kräfte, einschließlich radial wirkender Kräfte, messbar sind. Die radial wirkende Kraft kann eine Quantifizierung der Fahrdynamik, beispielsweise einer Differenz in der Beschleunigung oder Verzögerung zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelauflieger, ermöglichen.

Optional weist die Sensorvorrichtung eine elektronische Schnittstelle zum kommunikationstechnischen Verbinden der Sensorvorrichtung mit einem Bremssystem und/oder einem elektrischen Antrieb auf. Damit kann entsprechend der auf den Königszapfen wirkenden Kraft eine Regelung des Bremssystems und/oder des elektrischen Antriebs ermöglicht werden, um beispielsweise eine automatisierte Fahrfunktion durchführen zu können und/oder die Fahrdynamik des Sattelaufliegers auf die Fahrdynamik der Zugmaschine abstimmen zu können.

Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird ein Sattelauflieger bereitgestellt. Der Sattelauflieger umfasst die oben beschriebene Vorrichtung. Dabei kann die Vorrichtung ein oder mehrere der oben beschriebenen optionalen Merkmale aufweisen, um einen damit verbundenen technischen Effekt zu erzielen.

Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird ein mehrgliedriges Fahrzeug bereitgestellt. Das mehrgliedrige Fahrzeug umfasst eine Zugmaschine und den oben beschriebenen Sattelauflieger. Dabei umfasst der Sattelauflieger eine Vorrichtung zum Messen der auf den Königszapfen wirkenden Kraft. Die Vorrichtung kann eines oder mehrere der oben beschriebenen optionalen Merkmale aufweisen, um einen damit verbundenen technischen Effekt zu erzielen.

Weitere Merkmale der Erfindung sowie deren technische Effekte ergeben sich aus den Figuren und der Beschreibung der in den Figuren gezeigten bevorzugten Ausführungsformen. Dabei zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mehrgliedrigen Fahrzeugs gemäß einem Aspekt der Erfindung;

Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung eines mehrgliedrigen Fahrzeugs gemäß einem Aspekt der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung nach einer Ausführungsform gemäß einem Aspekt der Erfindung; Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung nach einer Ausführungsform gemäß einem Aspekt der Erfindung; und

Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung nach einer Ausführungsform gemäß einem Aspekt der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines mehrgliedrigen Fahrzeugs 200 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Das mehrgliedrige Fahrzeug 200 ist ein Nutzfahrzeug und ein Landfahrzeug.

Das mehrgliedrige Fahrzeug 200 umfasst eine Zugmaschine 201 und einen Sattelauflieger 205 beziehungsweise ein Anhängefahrzeug. Die Zugmaschine 201 ist dazu eingerichtet, an den Sattelauflieger 205 gekuppelt zu werden, um die Sattelauflieger 205 ziehen zu können. Dafür weist die Zugmaschine eine Sattelkupplung 210 auf.

Das mehrgliedrige Fahrzeug 200 und die Funktion der Sattelkupplung 210 sind weiter mit Bezug zu Fig. 2 beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines mehrgliedrigen Fahrzeugs 200 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Fig. 2 wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Dabei sind das Zugfahrzeug 201 und der Sattelauflieger 205 voneinander getrennt dargestellt, um den Aufbau und die Funktion der Sattelkupplung 210 zu verdeutlichen.

Der Sattelauflieger 205 umfasst einen Königszapfen 110 (siehe auch Figs. 3 bis 5). Der Königszapfen 110 (auch engl. „Kingpin“ genannt) und die Sattelkupplung 210 sind dazu eingerichtet, miteinander in Wirkverbindung gebracht zu werden, damit die Zugmaschine 201 den Sattelauflieger 205 ziehen oder allgemeiner bewegen kann.

Beim Bewegen des Sattelaufliegers 205 und/oder der Zugmaschine 201 können zwischen der Zugmaschine 201 und dem Sattelauflieger 205 Kräfte FB, FD wirken, beispielsweise durch eine Differenz der Beschleunigungen der Zugmaschine 201 und des Sattelaufliegers 205. Die Kräfte FB, FD zwischen der Zugmaschine 201 und dem Sattelauflieger 205 bewirken und/oder sind Kräfte FB, FD auf den Königszapfen 110. Beispielsweise wirkt bei einer relativen Beschleunigung der Zugmaschine 201 eine in Richtung der Zugmaschine 205 wirkende Kraft FD auf den Königszapfen 110; bei einer relativen Bremsung der Zugmaschine 201 wirkt eine in Richtung des Sattelaufliegers 205 wirkende Kraft FB.

Der Sattelauflieger 105 umfasst eine Vorrichtung 100 zum Messen einer auf einen Königszapfen 110 eines Sattelaufliegers 205 Wirkendenden Kraft FB, FD (nicht in Fig. 2 gezeigt, siehe Figs. 3 bis 5). Damit ist es möglich, die Verformung im Königszapfen zu messen und somit insbesondere die Radialkräfte beziehungsweise Horizontalkräfte zwischen der Zugmaschine 201 und dem Sattelauflieger 205 zu erfassen. Damit kann dann eine Regelung der Bremskräfte realisiert werden und/oder auch eine elektrische Achse geregelt werden. Dafür weist der Sattelauflieger 205 ein Bremssystem 106 und einen elektrischen Antrieb 107 auf, die mit der Vorrichtung 100 kommunikationstechnisch verbindbar und/oder durch Signale der Vorrichtung 100 steuerbar sind.

Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung 100 nach einer Ausführungsform gemäß einem Aspekt der Erfindung. Die Vorrichtung 100 ist eine Vorrichtung 100 zum Messen einer auf einen Königszapfen 110 eines Sattelaufliegers 205 Wirkendenden Kraft FB, FD. Ein derartiger Sattelauflieger 205 ist mit Bezug zu Figs. 1 und 2 beschrieben. Fig. 3 wird unter Bezugnahme auf Figs. 1 und 2 beschrieben.

Die Vorrichtung 100 gemäß Fig. 3 umfasst den Königszapfen 110 und eine Sensorvorrichtung 115.

Der Sattelauflieger 205 umfasst eine Scheuerplatte 215 und der Königszapfen 110 umfasst einen Befestigungsflansch 121. Der Sattelauflieger 205 weist mehrere Schraubverbindungen 220 auf, mit denen der Königszapfen 110 mit dem Befestigungsflansch 121 an der Scheuerplatte 215 des Sattelaufliegers 205 montiert ist.

Die Scheuerplatte 215 liegt auf der Sattelkupplung 210 der Zugmaschine 201 auf und der Königszapfen 110 greift in die Sattelkupplung 210. Die Sensorvorrichtung 115 ist dazu eingerichtet, eine durch die Kraft FB, FD hervorgerufene Durchbiegung des Königzapfens 110 zu ermitteln. Die Durchbiegung des Königszapfens 110 ist dabei eine insbesondere elastische Deformation des Königszapfens 110. Durch das Wirken der Kraft FB, FD (siehe Fig. 2) kann der Königszapfen 110 derart deformiert werden, dass der Königszapfen 110 abschnittweise senkrecht zu seiner Längsachse A ausgelenkt wird.

Der Königszapfen 110 weist eine Öffnung 112 auf und die Sensorvorrichtung 115 ist teilweise beziehungsweise deren Komponenten sind teilweise in der Öffnung 112 und an einem Ende 112a der Öffnung 112 angeordnet. Die Öffnung 112 ist ein Sackloch beziehungsweise eine Sackbohrung in dem Königszapfen 110. Die Öffnung 112 weist einen Durchmesser d von 3 mm bis 6 mm auf.

Der Königszapfen 110 weist einen Zapfenschaft 111 auf und die Öffnung 112 ist innerhalb des Zapfenschafts 111 angeordnet. Der Königszapfen 110 weist einen Zapfenkopf 113 auf und die Öffnung 112 erstreckt sich durch den Zapfenschaft 111 bis in den Zapfenkopf 113. Dabei ist die Öffnung 112 zylindrisch und definiert somit eine Hauptausdehnungsrichtung entlang einer Zylinderachse der Öffnung 112. Die Öffnung 112 ist sich in der Hauptausdehnungsrichtung parallel zu der Längsachse A erstreckend angeordnet.

Der Königszapfen 110 weist eine neutrale Faser 114 auf und die Öffnung 112 ist außerhalb der neutralen Faser 114 angeordnet. Dabei ist die neutrale Faser 114 nur schematisch außerhalb der Längsachse A eingezeichnet. Die neutrale Faser 114 kann mit der Längsachse A zusammenfallen.

Die Vorrichtung 100 weist ein in der Öffnung 112 angeordnetes Übertragungsglied 117 auf und die Sensorvorrichtung 115 weist einen Drucksensor 115b auf. Der Drucksensor 115b weist eine deformierbare Membran 119 auf und das Übertragungsglied 117 ist ein an dem Drucksensor 115 abgestützter und abschnittsweise gewindefreier Druckstab 117‘ mit einem gekrümmten Kopf 119a als balliges Ende des Druckstabs 117‘ zum Wechselwirken mit der Membran 119 ist. Der Druckstab 117‘ ist beispielsweise aus Metall oder einem anderen geeigneten elastisch deformierbaren Material. Durch eine Durchbiegung des Königszapfens 110 erfolgt eine Durchbiegung des Druckstabs 117‘, die sich in einer Druck- oder Zugspannung äußern kann. Durch den Druck oder Zug wechselwirkt der Kopf 119a des Druckstabs 117‘ mechanisch mit der Membran 119. Das Wechselwirken des Kopfes 119a des Druckstabs 117‘ mit der Membran 119 führt zu einer Deformierung der Membran 119 und somit zu einem durch den Drucksensor 115b als ein elektrisches Signal messbaren Druck. Das Übertragungsglied 117 weist in einem unverformten Zustand des Königszapfens 110 eine Vorspannung auf.

Durch die Möglichkeit, eine Durchbiegung des Königszapfens 110 zu vermessen, ist die Sensorvorrichtung 115 dazu eingerichtet, eine durch eine radiale Kraft FB, FD hervorgerufene Durchbiegung des Königzapfens 110 zu ermitteln.

Die Sensorvorrichtung 115 weist eine elektronische Schnittstelle 116 zum kommunikationstechnischen Verbinden der Sensorvorrichtung 115 mit einem Bremssystem 106 und/oder einem elektrischen Antrieb 107 auf. Die Sensorvorrichtung 115 gibt beispielsweise ein analoges Signal aus, das dem Druck und somit direkt der Durchbiegung des Königszapfens 110 entspricht.

Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung 100 nach einer Ausführungsform gemäß einem Aspekt der Erfindung. Fig. 4 wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Dabei werden die Unterschiede der Ausführungsformen der Figs. 3 und 4 beschrieben.

Gemäß Fig. 4 weist die Vorrichtung 100 ein in der Öffnung 112 angeordnetes Fluid 120 und einen Fluiddrucksensor 115a als einen Drucksensor 115b auf. Das Fluid 120 ist beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein unter Druck p stehendes Gas. Die Sensorvorrichtung 115 weist den Fluiddrucksensor 115a zum Messen des das Fluid 120 betreffenden Drucks p auf. Das Fluid 120 ist in der Öffnung 120 durch den Fluiddrucksensor 115a fluiddicht eingekapselt und kann somit bei einer Durchbiegung des Königszapfens 110 eine Änderung eines Drucks p hervorrufen.

Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung 100 nach einer Ausführungsform gemäß einem Aspekt der Erfindung. Fig. 5 wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Dabei werden die Unterschiede der Ausführungsformen der Figs. 3 und 5 beschrieben.

Gemäß Fig. 5 weist die Sensorvorrichtung 115 einen schematisch durch ein Rechteck mit einer gepunkteten Linie dargestellten und in der Öffnung 112 angeordneten Dehnungsmessstreifen 115c auf. Der Dehnungsmessstreifen 115c ist beispielsweise an einer Mantelfläche der Öffnung 112 angebracht, beispielsweise geklebt. Eine Durchbiegung des Königszapfens 110 bewirkt eine Durchbiegung der Öffnung 112 und somit eine Längenänderung des Dehnungsmessstreifens 115c, die eine durch die Sensorvorrichtung 115 messbare Änderung des elektrischen Widerstands des Dehnungsmessstreifens 115c bewirkt.

Der Fachmann erkennt, dass sich die Ausführungsformen der Figs. 3 bis 5 kombinieren lassen. Die Sensorvorrichtung 115 kann dazu mehrere der in Figs. 3 bis 5 gezeigten Merkmale aufweisen, beispielsweise ein Übertragungsglied 117 und ein Fluid 120, ein Übertragungsglied 117 und einen Dehnungsmessstreifen 120, ein Fluid 120 und einen Dehnungsmessstreifen 120 oder ein Übertragungsglied 117, ein Fluid 120 und einen Dehnungsmessstreifen 120, jeweils mit entsprechender Sensorik. Durch die Kombinationen kann die Vorrichtung 100 über mehrere Sensoren die Durchbiegung ermitteln, was zu einer Plausibilisierung der Kräfte FB, FD verwendet werden kann.

Bezuqszeichen (Teil der Beschreibung)

100 Vorrichtung

106 Bremssystem

107 Antrieb

110 Königszapfen

111 Zapfenschaft

112 Öffnung

112a Ende

113 Zapfenkopf

114 neutrale Faser

115 Sensorvorrichtung

115a Fluiddrucksensor

115b Drucksensor

115c Dehnungsmessstreifen

116 elektronische Schnittstelle

117 Übertragungsglied

117‘ Druckstab

118 Metallgehäuse

119 Membran

119a Kopf

120 Fluid

121 Befestigungsflansch

200 mehrgliedriges Fahrzeug

201 Zugmaschine

205 Sattelauflieger

210 Sattelkupplung

215 Scheuerplatte

220 Schraubverbindung

A Längsachse d Durchmesser

FB Kraft, Bremskraft

FD Kraft, Antriebskraft p Druck

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung (100) zum Messen einer auf einen Königszapfen (110) eines Sattelaufliegers (205) Wirkendenden Kraft (FB, FD), wobei die Vorrichtung (100) den Königszapfen (110) und eine Sensorvorrichtung (115) umfasst, und die Sensorvorrichtung (115) dazu eingerichtet ist, eine durch die Kraft (FB, FD) hervorgerufene Durchbiegung des Königzapfens (110) zu ermitteln.

2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , wobei der Königszapfen (110) eine Öffnung (112) aufweist und die Sensorvorrichtung (115) in der Öffnung (112) und/oder an einem Ende (112a) der Öffnung (112) angeordnet ist.

3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Königszapfen (110) einen Zapfenschaft (111) aufweist und die Öffnung (112) innerhalb des Zapfenschafts (111 ) angeordnet ist.

4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei der Königszapfen (110) einen Zapfenkopf (113) aufweist und die Öffnung (112) sich durch den Zapfenschaft (111) bis in den Zapfenkopf (113) erstreckt.

5. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Königszapfen (110) eine neutrale Faser (114) aufweist, und die Öffnung (112) außerhalb der neutralen Faser (114) angeordnet ist.

6. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Königszapfen (110) eine Längsachse (A) aufweist und die Öffnung (112) parallel zu der Längsachse (A) erstreckend angeordnet ist.

7. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Öffnung (112) einen Durchmesser (d) von 3 mm bis 6 mm aufweist.

8. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Vorrichtung (100) ein in der Öffnung (112) angeordnetes Fluid (120) aufweist und die Sensorvorrichtung (115) einen Fluiddrucksensor (115a) zum Messen eines das Fluid (120) betreffenden Drucks (p) aufweist.

9. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Vorrichtung (100) ein in der Öffnung (112) angeordnetes Übertragungsglied (117) aufweist und die Sensorvorrichtung (115) einen Drucksensor (115b) aufweist.

10. Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, wobei der Drucksensor (115b) eine deformierbare Membran (119) aufweist und das Übertragungsglied (117) ein an dem Drucksensor (115) abgestützter und abschnittsweise gewindefreier Druckstab (117‘) mit einem gekrümmten Kopf (119a) zum Wechselwirken mit der Membran (119) ist.

11 . Vorrichtung (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Übertragungsglied (117) in einem unverformten Zustand des Königszapfens (110) eine Vorspannung aufweist.

12. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , wobei die Sensorvorrichtung (115) einen in der Öffnung (112) angeordneten Dehnungsmessstreifen (115c) aufweist.

13. Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung (115) dazu eingerichtet ist, eine durch eine radiale Kraft (FB, FD) hervorgerufene Durchbiegung des Königzapfens (110) zu ermitteln.

14. Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung (115) eine elektronische Schnittstelle (116) zum kommunikationstechnischen Verbinden der Sensorvorrichtung (115) mit einem Bremssystem (106) und/oder einem elektrischen Antrieb (107) aufweist.

15. Sattelauflieger (105), umfassend eine Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche.

16. Mehrgliedriges Fahrzeug (200), umfassend eine Zugmaschine (201) und den Sattelauflieger (205) nach Anspruch 15.