WO2017125105A1 - Messanordnung zur kraft- bzw. drehmomentmessung für ein maschinenelement und maschinenelementanordnung mit einer derartigen messanordnung - Google Patents

Messanordnung zur kraft- bzw. drehmomentmessung für ein maschinenelement und maschinenelementanordnung mit einer derartigen messanordnung Download PDF

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WO2017125105A1
WO2017125105A1 PCT/DE2016/200528 DE2016200528W WO2017125105A1 WO 2017125105 A1 WO2017125105 A1 WO 2017125105A1 DE 2016200528 W DE2016200528 W DE 2016200528W WO 2017125105 A1 WO2017125105 A1 WO 2017125105A1
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WO
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machine element
housing
measuring arrangement
sensor
arrangement
Prior art date
Application number
PCT/DE2016/200528
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Inventor
Michael Loos
Georgi ANDREEV
Christian Harkort
Benjamin Wübbolt-Gorbatenko
Lutz Pahlke
Alena Pöhnlein
Gerd Wiessner
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60D1/01—Traction couplings or hitches characterised by their type
    • B60D1/06—Ball-and-socket hitches, e.g. constructional details, auxiliary devices, their arrangement on the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G—PHYSICS
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    • G01M5/0075—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems

Definitions

  • the present invention relates to a measuring arrangement for force or
  • Torque measurement for a cylindrical machine element .
  • the invention also relates to a machine element arrangement with such a measuring arrangement.
  • the machine element may for example be a shaft.
  • the measuring arrangement is adapted for retrofitting to a trailer coupling of a motor vehicle.
  • a hitch for a motor vehicle which includes a mounted in the region of a rear bumper of the motor vehicle ball neck with ball head. At the ball neck or ball head are
  • Strain gauges attached to measure the support load.
  • DE 10 201 1 117 519 A1 shows a trailer hitch for a towing vehicle with a coupling arm comprising a dome carrier, at the free end of a coupling element for attaching a trailer is arranged.
  • the dome carrier is fixedly or releasably connected to a holder attached to the towing vehicle or fastened.
  • the trailer hitch further comprises a force sensor for detecting a force acting on the hitch when the trailer is hitched to the hitch.
  • the force sensor is a strain-sensitive strain sensor disposed at a mounting location on the dome carrier or bracket.
  • Vehicle network consisting of a towing vehicle and one over one
  • the system includes a sensor in the towing vehicle for detecting the driving condition descriptive
  • Driving state variables which are to be supplied to a control unit.
  • the control unit signals are generated from the driving conditions, the at least one
  • the sensor unit is as one in the Trailer coupling arranged load sensor device formed which detects the load acting on the hitch in at least one direction. Strain measuring strips or force measuring pins can be used as load sensors.
  • Machine element applied a deformation-sensitive measuring layer and an overlying protective layer.
  • WO 2011/104291 A1 shows a force measuring sleeve in whose outer lateral surface recesses are introduced, in each of which a strain gauge is attached. At least two supports are mounted on the inner circumferential surface, which are formed as a concentric force transmission surface with spaced apart ring segments.
  • strain gauges are mounted directly on the machine element. Subsequent equipment of a machine element already in use with such force or torque measurement technology can be problematic under certain circumstances when the machine element is difficult to access and thus an exact positioning of the strain gauges impossible or can be realized only with great effort.
  • the object of the present invention is therefore to provide a
  • Machine element in particular to an already located at its site machine element, can be mounted.
  • Machine element assembly can be provided, which includes such a force measuring arrangement.
  • the measuring arrangement according to the invention is used for force measurement or
  • the measuring arrangement comprises a cylinder-free housing which can be fastened without play to the surface of the machine element.
  • the housing has negligible rigidity. It consists of two housing halves connected by a joint. The joint allows a relative pivoting of the housing halves about an axis.
  • At least one sensor for force or torque measurement is arranged on the housing. The sensor may be arranged as one on the inner surface of the housing
  • Strain gauges be executed. Alternatively, a bend or
  • Rotation of the housing can be determined by means of magnetoresistive sensors to determine from this the force acting on the machine element or the torque.
  • the sensor can also be designed as a piezoelectric sensor.
  • Measuring functionality is suitable.
  • the two housing halves can be pivoted into an open mounting position.
  • the open housing can be easily positioned in the open mounting position on the machine element and is then transferred by pivoting the housing halves in its closed state. It must be ensured that the two housing halves lie flush on one another in the closed state of the housing.
  • the two housing halves are connected by a mechanical closure.
  • the two housing halves can be connected to each other by means of screws.
  • the mechanical closure may for example also be a clip closure.
  • the use of a releasable closure has the advantage that the
  • the measuring arrangement can be disassembled with little effort or maintenance work can be carried out.
  • An advantageous embodiment uses an internal evaluation unit arranged in the housing for evaluating the data acquired by the sensor.
  • An internal evaluation unit has the advantage that the sensor data on-site a first
  • the equipment of the measuring arrangement with a radio interface has proved to be particularly advantageous.
  • radio interface By means of radio interface, the through the
  • Strain gauges collected data and / or the data of the internal
  • the external evaluation unit is preferably a mobile telephone with computer functionality, in particular a smartphone.
  • the radio interface requires no additional cabling for connecting an external evaluation unit.
  • an existing interface can be used for information exchange, such as a Bluetooth interface, which costs can be reduced.
  • the measuring arrangement is preferably equipped with two strain gauges, which are arranged offset by 90 ° to each other. Such an arrangement allows the detection of loads in all three spatial directions.
  • the housing is a
  • the machine element arrangement comprises a cylindrical machine element and a circumferential surrounding the machine element
  • the measuring arrangement includes a clearance-free attached to the surface of the machine element cylindrical housing.
  • the housing has a negligible relative to the machine element rigidity and has two interconnected by a hinge housing halves. The joint allows a relative pivoting of the housing halves about an axis.
  • At least one sensor for force or torque measurement is arranged on the housing.
  • the machine element is preferably a shaft or a similar component. It may for example also be a ball neck of a trailer hitch.
  • the mentioned machine elements are merely exemplary embodiments. Other
  • FIG. 1 shows a representation of the x-z plane of a trailer hitch
  • Fig. 2 is an illustration of the x-y plane of the trailer hitch
  • FIG. 1 to 3 show different representations of a trailer hitch 01 with an inventive measuring arrangement 02.
  • the measuring arrangement 02 according to the invention is attached to a ball neck 03 of a vehicle 06
  • the ball neck 03 is an example
  • the measuring arrangement initially comprises a cylindrical housing 04, which in the
  • the housing 04 consists of two housing halves 05, which are interconnected by a hinge 07.
  • hinge 07 By means of hinge 07, the housing halves 05 can be pivoted relative to one another about an axis in order to transfer the housing 04 from its closed state into its open state and vice versa.
  • Fig. 4 the housing 04 is shown in the open state in which it on the machine element to be checked, in the embodiment shown on
  • Ball neck 03 can be mounted.
  • the surfaces 08 of the housing halves 05 are no longer flush with each other, but have a distance from each other.
  • the opening angle ⁇ of the housing 04 is to be chosen so that it has a
  • the housing halves 05 After mounting the housing 04 on the ball neck 03, the housing halves 05 are moved towards each other, so that the surfaces 08 are finally flush again.
  • the two housing halves 05 are preferably connected to one another via a mechanical closure (not shown).
  • mechanical closure can for example be designed as a screw cap, clip closure o. ⁇ .
  • the housing halves 05 are fixed in their position relative to one another, so that it is ensured that they always lie flush on one another.
  • a sensor designed as a strain gauge 09 (FIGS. 1 and 2) is arranged, with which the forces in the z-direction (Vertical load) can be detected.
  • a sensor designed as a strain gauge 09 (FIGS. 1 and 2) is arranged, with which the forces in the z-direction (Vertical load) can be detected.
  • two offset by 90 ° to each other staggered strain gauges 09 are used to thereby measure in all three spatial directions
  • the strain gauge 09 may be designed as a DMS thin-film sensor.
  • the housing 04 has a negligible with respect to the ball neck 03 rigidity.
  • the contact surfaces 10 of the housing 04 lie flat, firm and free of play on the surface of the ball neck 03.
  • the strain gauges 09 Based on the deformation of the housing 04, which is determined by the strain gauges 09, with the aid of the rigidity of the entire system of measuring arrangement 02 and
  • the housing 04 also contains a power supply and components 11 required for processing the sensor data, such as measuring amplifiers and microcontrollers. Thus, all functionalities are available at the measuring point
  • the housing 04 is preferably equipped with a radio interface, such as Bluetooth.
  • the radio interface can be used by the
  • Strain gauge 09 recorded data or internally already prepared accordingly data to an external evaluation unit 12 are transmitted.
  • the external evaluation unit 12 is preferably a mobile telephone with computer functionality, in particular a smartphone.
  • Fig. 6 shows such an external evaluation unit 12.
  • Evaluation unit 12 the current load on the trailer hitch can be passed to the user. Furthermore, in the external evaluation unit 12 additional data is available. In the described application example hitch, for example, information about vehicle models and maximum allowable loads can be stored. With the help of this additional information, for example, the permissibility of the current load can be checked. If an excess of the maximum permissible load has been determined, an optical or acoustic warning can be output to the vehicle user by means of an external evaluation unit 12. So far, this was a connection via cable to the
  • the embodiment shown relates to the use of
  • Measuring arrangement can be used for example in waves or similar machine elements.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftmessanordnung (02) für ein zylinderförmiges Maschinenelement (03) umfassend ein spielfrei an der Oberfläche, des Maschinenelements (03) befestigbares zylinderförmiges Gehäuse (04), welches eine vernachlässigbare Steifigkeit besitzt und zwei durch ein Gelenk (07) miteinander verbundene Gehäusehälften (05) aufweist, wobei durch das Gelenk (07) ein relatives Schwenken der Gehäusehälften (05) um eine Achse ermöglicht wird und mindestens einen an der Innenoberfläche des Gehäuses (04) angeordneten Dehnungsmessstreifen (09), Die Erfindung betrifft auch Maschinenelementanordnung umfassend ein zylinderförmiges Maschinenelement (03) und eine das Maschinenelement (03) umfänglich umgebende Kraftmessanordnung (02).

Description

Messanordnunq zur Kraft- bzw. Drehmomentmessung für ein
Maschinenelement und Maschinenelementanordnung mit einer derartigen
Messanordnung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Kraft- bzw.
Drehmomentmessung für ein zylinderförmiges Maschinenelement.. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Maschinenelementanordnung mit einer derartigen Messanordnung. Das Maschinenelement kann beispielsweise eine Welle sein. In einem speziellen Einsatzfall ist die Messanordnung für eine Nachrüstung an einer Anhängekupplung eines Kraftfahrzeugs angepasst.
In der DE 36 17 426 ist eine Anhängevorrichtung für ein Kraftfahrzeug beschrieben, welche einen im Bereich eines hinteren Stoßfängers des Kraftfahrzeugs befestigten Kugelhals mit Kugelkopf umfasst. Am Kugelhals bzw. Kugelkopf sind
Dehnungsmessstreifen zum Messen der Stützlast befestigt.
Die DE 10 201 1 117 519 A1 zeigt eine Anhängerkupplung für ein Zugfahrzeug mit einem einen Kupplungsarm umfassenden Kuppelträger, an dessen freiem Ende ein Kuppelelement zum Anhängen eines Anhängers angeordnet ist. Der Kuppelträger ist mit einer am Zugfahrzeug befestigten bzw. befestigbaren Halterung fest oder lösbar verbunden. Die Anhängerkupplung umfasst weiterhin einen Kraftsensor zur Erfassung einer auf die Anhängerkupplung einwirkenden Kraft, wenn der Anhänger an die Anhängekupplung angekuppelt ist. Der Kraftsensor ist ein auf Druck bzw. Zug empfindlicher Verformungssensor, welcher an einem Anbringungsort am Kuppelträger oder der Halterung angeordnet ist.
Die DE 10 2006 030 001 A1 beschreibt ein Regel- und Steuersystem in einem
Fahrzeugverbund, bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem über eine
Anhängerkupplung verbundenen Anhänger. Das System umfasst eine Sensorik im Zugfahrzeug zum Erfassen von den Fahrzustand beschreibenden
Fahrzustandsgrößen, welche einem Steuergerät zuzuführen sind. Im Steuergerät werden aus den Fahrzuständen Signale erzeugt, die mindestens einer
Signalverarbeitungseinheit zuführbar sind. Die Sensoreinheit ist als eine in der Anhängerkupplung angeordnete Belastungssensoreinrichtung ausgebildet, die die auf die Anhängekupplung wirkende Belastung in mindestens einer Richtung erfasst. Als Belastungssensoren können Dehnungsmesstreifen oder Kraftmessbolzen Einsatz finden.
Aus der DE 10 2012 208 492 A1 ist ein Maschinenelement bekannt, welches an seiner Oberfläche eine Dehnungsmessstreifenanordnung aufweist. Zur Realisierung der Dehnungsmessstreifenanordnung werden an der Oberfläche des
Maschinenelements eine verformungssensitive Messschicht und eine darüber liegende Schutzschicht aufgebracht.
Die WO 2011/104291 A1 zeigt eine Kraftmess-Hülse in deren äußere Mantelfläche Ausnehmungen eingebracht sind, in welchen jeweils ein Dehnungsmessstreifen befestigt ist. An der inneren Mantelfläche sind mindestens zwei Auflager angebracht, die als eine konzentrische Kraftübertragungsfläche mit zueinander beabstandeten Ringsegmenten ausgebildet sind.
Die vorbekannten Lösungen basieren zum einen darauf, dass Dehnungsmessstreifen direkt am Maschinenelement angebracht werden. Eine nachträgliche Ausrüstung eines bereits im Einsatz befindlichen Maschinenelements mit derartiger Kraft- bzw. Drehmomentmesstechnik kann unter Umständen problematisch sein, wenn das Maschinenelement schwer zugänglich ist und somit eine exakte Positionierung der Dehnungsmessstreifen unmöglich bzw. nur mit großem Aufwand realisierbar ist.
Andere Lösungen verwenden Kraftmess-Hülsen, die auf das Maschinenelement aufgeschoben werden müssen, was bei eingebauten Maschinenelementen ebenfalls Schwierigkeiten bereiten könnte.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine
Kraftmessanordnung zur Verfügung zu stellen, welche aufwandsarm an einem
Maschinenelement, insbesondere an ein bereits an seinem Einsatzort befindliches Maschinenelement, montiert werden kann. Darüber hinaus soll eine
Maschinenelementanordnung zur Verfügung gestellt werden, welche eine derartige Kraftmessanordnung beinhaltet. Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient eine Messanordnung gemäß Anspruch 1 sowie eine Maschinenelementanordnung gemäß Anspruch 8. Die erfindungsgemäße Messanordnung dient zur Kraftmessung bzw.
Drehmomentmessung bei zylinderförmigen Maschinenelementen, wie beispielsweise Wellen u. ä. Bauteilen. Die Messanordnung umfasst ein spielfrei an der Oberfläche des Maschinenelements befestigbares zylinderförmiges Gehäuse. Das Gehäuse weist eine vernachlässigbare Steifigkeit auf. Es besteht aus zwei durch ein Gelenk miteinander verbundenen Gehäusehälften. Durch das Gelenk wird ein relatives Schwenken der Gehäusehälften um eine Achse ermöglicht. Am Gehäuse ist mindestens ein Sensor zur Kraft.- bzw. Drehmomentmessung angeordnet. Der Sensor kann als ein an der Innenoberfläche des Gehäuses angeordneter
Dehnungsmessstreifen ausgeführt sein. Alternativ kann eine Biegung bzw.
Verdrehung des Gehäuses mittels magnetoresistiver Sensoren ermittelt werden, um hieraus die auf das Maschinenelement wirkende Kraft bzw. das Drehmoment zu bestimmen. Der Sensor kann auch als piezoelektrischer Sensor ausgeführt sein.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Messanordnung ist darin zu sehen, dass sie sich besonders gut zur Nachrüstung an Maschinenelementen mit
Messfunktionalität eignet. Mittels Gelenk können die beiden Gehäusehälften in eine geöffnete Montagestellung geschwenkt werden. Das geöffnete Gehäuse lässt sich in der geöffneten Montagestellung problemlos am Maschinenelement positionieren und wird anschließend durch Schwenken der Gehäusehälften in seinen geschlossenen Zustand überführt. Hierbei ist sicherzustellen, dass die beiden Gehäusehälften im geschlossen Zustand des Gehäuses bündig aufeinanderliegen. In diesem
Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die beiden Gehäusehälften durch einen mechanischen Verschluss miteinander verbunden sind. Hierdurch erfolgt eine sichere Fixierung der beiden Gehäusehälften. Die beiden Gehäusehälften können mittels Schrauben miteinander verbunden sein. Alternativ kann der mechanische Verschluss beispielsweise auch ein Klippverschluss sein. Es soll jedoch keine Einschränkung auf die genannten Verschlussarten erfolgen, andere geeignete Verschlussmöglichkeiten sind natürlich möglich. Die Verwendung eines wieder lösbaren Verschlusses hat den Vorteil, dass die
Messanordnung bedarfsweise aufwandsarm demontiert werden kann bzw. dass Wartungsarbeiten durchgeführt werden können.
Dadurch, dass das Gehäuse eine vernachlässigbare Steifigkeit aufweist, können die am zu überwachenden Maschinenelement auftretenden Kräfte anhand der
Verformung des Gehäuses ermittelt werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform verwendet eine im Gehäuse angeordnete interne Auswerteeinheit zur Auswertung der durch den Sensor erfassten Daten. Eine interne Auswerteeinheit hat den Vorteil, dass die Sensordaten vor Ort einer ersten
Auswertung zugeführt werden können. Durch die innerhalb des Gehäuses
vorgenommen Anordnung von Sensor und Auswerteeinheit werden nur kurze
Verbindungsleitungen zwischen Sensor und Auswerteeinheit benötigt.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Ausstattung der Messanordnung mit einer Funkschnittstelle erwiesen. Mittels Funkschnittstelle können die durch den
Dehnungsmessstreifen erfassten Daten und/oder die Daten der internen
Auswerteeinheit an eine externe Auswerteeinheit übermittelt werden. Die externe Auswerteeinheit ist vorzugsweise ein Mobiltelefon mit Computerfunktionalität, insbesondere ein Smartphone. Durch die Funkschnittstelle wird kein zusätzlicher Verkabelungsaufwand zum Anschließen einer externen Auswerteeinheit benötigt. Außerdem kann ein bereits vorhandenes Interface zum Informationsaustausch genutzt werden, beispielsweise eine Bluetooth-Schnittstelle, wodurch Kosten reduziert werden können.
Die Messanordnung ist vorzugsweise mit zwei Dehnungsmessstreifen ausgestattet, welche um 90° zueinander versetzt angeordnet sind. Eine derartige Anordnung ermöglicht das Erfassen von Belastungen in allen drei Raumrichtungen. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist im Gehäuse eine
Spannungsversorgungseinheit angeordnet, welche zur Versorgung des Sensors und der internen Auswerteeinheit dient. Die erfindungsgemäße Maschinenelementanordnung umfasst ein zylinderförmiges Maschinenelement und eine das Maschinenelement umfänglich umgebende
Messanordnung. Die Messanordnung beinhaltet ein spielfrei an der Oberfläche des Maschinenelements befestigtes zylinderförmiges Gehäuse. Um die auftretenden Kräfte bzw. Drehmomente mit Hilfe der Verformung des Gehäuses ermitteln zu können, ist es wesentlich, dass die Kontaktflächen des Gehäuses flächig, fest und spielfrei an der Oberfläche des Maschinenelements anliegen. Das Gehäuse besitzt eine im Bezug zum Maschinenelement vernachlässigbare Steifigkeit und weist zwei durch ein Gelenk miteinander verbundene Gehäusehälften auf. Durch das Gelenk wird ein relatives Schwenken der Gehäusehälften um eine Achse ermöglicht. Am Gehäuse ist mindestens ein Sensor zur Kraft- bzw. Drehmomentmessung angeordnet.
Das Maschinenelement ist vorzugsweise eine Welle oder ein ähnliches Bauteil. Es kann beispielsweise auch ein Kugelhals einer Anhängerkupplung sein. Die genannten Maschinenelemente dienen lediglich als Ausführungsbeispiele. Andere
Maschinenelemente sind durchaus möglich.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sowie deren Vorteile und Einzelheiten werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Darstellung der x-z-Ebene einer Anhängerkupplung mit
erfindungsgemäßer Messanordnung;
Fig. 2 eine Darstellung der x-y-Ebene der Anhängerkupplung;
Fig. 3 eine Darstellung der y-z-Ebene der Anhängerkupplung; ein Gehäuse der erfindungsgemäßen Messanordnung in einem geöffneten Montagezustand; Fig. 5 eine schematische Darstellung der zur Auswertung der Messung
dienenden Komponenten;
Fig. 6 eine externe Auswerteeinheit.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen verschiedene Darstellungen einer Anhängerkupplung 01 mit einer erfindungsgemäßer Messanordnung 02. Die erfindungsgemäße Messanordnung 02 ist an einem Kugelhals 03 der an einem Fahrzeug 06 befestigten
Anhängerkupplung 01 angeordnet. Der Kugelhals 03 stellt beispielhaft ein
Maschinenelement dar, an welchem auftretende Kräfte erfasst werden sollen. Die Messanordnung umfasst zunächst ein zylinderförmiges Gehäuse 04, welches im
Detail in Fig. 4 dargestellt ist. Das Gehäuse 04 besteht aus zwei Gehäusehälften 05, welche durch ein Gelenk 07 miteinander verbunden sind. Mittels Gelenk 07 können die Gehäusehälften 05 relativ zueinander um eine Achse geschwenkt werden, um das Gehäuse 04 von seinem geschlossenen Zustand in seinen geöffneten Zustand und umgekehrt zu überführen.
In Fig. 4 ist das Gehäuse 04 im geöffneten Zustand dargestellt, in welchem es an dem zu überprüfenden Maschinenelement, im gezeigten Ausführungsbeispiel am
Kugelhals 03, montiert werden kann. Die Flächen 08 der Gehäusehälften 05 liegen nunmehr nicht mehr bündig aufeinander, sondern weisen einen Abstand zueinander auf. Der Öffnungswinkel α des Gehäuses 04 ist so zu wählen, dass er eine
problemlose Montage des Gehäuses 04 am Maschinenelement ermöglicht wird. Nach Montage des Gehäuses 04 am Kugelhals 03 werden die Gehäusehälften 05 aufeinander zu bewegt, so dass die Flächen 08 abschließend wieder bündig aufeinanderliegen. Die beiden Gehäusehälften 05 sind vorzugsweise über einen mechanischen Verschluss (nicht dargestellt) miteinander verbunden. Der
mechanische Verschluss kann beispielsweise als Schraubverschluss, Klippverschluss o. ä. ausgeführt sein. Mittels Verschluss werden die Gehäusehälften 05 in ihrer Lage zueinander fixiert, so dass sichergestellt ist, dass sie stets bündig aufeinanderliegen.
An der Innenoberfläche des Gehäuses 04 ist ein als Dehnungsmessstreifen 09 (Fig. 1 und 2) ausgeführter Sensor angeordnet, mit welchem die Kräfte in z-Richtung (Stützlast) erfasst werden können. Bei alternativen Ausführungsformen können auch zwei um 90° zueinander versetzt angeordnete Dehnungsmessstreifen 09 zum Einsatz kommen, um hierdurch eine Vermessung in allen drei Raumrichtungen zu
ermöglichen. Der Dehnungsmessstreifen 09 kann als DMS-Dünnschicht-Sensor ausgeführt sein.
Das Gehäuse 04 weist eine im Bezug zum Kugelhals 03 vernachlässigbare Steifigkeit auf. Um die auftretenden Kräfte mit Hilfe der Verformung des Gehäuses 04 ermitteln zu können, ist es elementar, dass die Kontaktflächen 10 des Gehäuses 04 flächig, fest und spielfrei an der Oberfläche des Kugelhalses 03 anliegen. Anhand der Verformung des Gehäuses 04, welche durch die Dehnungsmessstreifen 09 ermittelt wird, können mit Hilfe der Steifigkeit des Gesamtsystems aus Messanordnung 02 und
Anhängerkupplung 01 die auftretenden Kräfte ermittelt werden. Im Gehäuse 04 befinden sich weiterhin auch eine Spannungsversorgung und zur Verarbeitung der Sensordaten benötigte Komponenten 11 , wie Messverstärker und Mikrocontroller. Somit stehen sämtliche Funktionalitäten an der Messstelle zur
Verfügung. Durch die Integration aller für die Messung, Versorgung und Auswertung erforderlichen Baugruppen innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 04 steht eine äußerst kompakte Baueinheit zur Verfügung, welche aufwandsarm in bereits bestehende Anordnungen integriert werden kann. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der zur Auswertung der Messungen dienenden Komponenten.
Das Gehäuse 04 ist vorzugsweise mit einer Funkschnittstelle, wie beispielsweise Bluetooth, ausgestattet. Über die Funkschnittstelle können die von den
Dehnungsmessstreifen 09 erfassten Daten bzw. die intern bereits entsprechend aufbereiteten Daten an eine externe Auswerteeinheit 12 übermittelt werden. Die externe Auswerteeinheit 12 ist bevorzugt ein Mobiltelefon mit Computerfunktionalität, insbesondere ein Smartphone.
Fig. 6 zeigt eine derartige externe Auswerteeinheit 12. Mittels externer
Auswerteeinheit 12 kann die aktuelle Last an der Anhängerkupplung an den Nutzer weitergegeben werden. Des Weiteren können in der externen Auswerteeinheit 12 zusätzliche Daten zur Verfügung stehen. Im beschriebenen Anwendungsbeispiel Anhängerkupplung können beispielsweise Informationen zu Fahrzeugmodellen und maximal zulässigen Lasten abgespeichert sein. Mit Hilfe dieser Zusatzinformationen kann beispielsweise die Zulässigkeit der aktuellen Last überprüft werden. Falls eine Überschreitung der maximal zulässigen Last ermittelt wurde, kann mittels externer Auswerteeinheit 12 eine optische oder akustische Warnung an den Fahrzeugnutzer ausgegeben werden. Bislang war hierzu eine Anbindung mittels Kabel an die
Fahrzeugelektronik erforderlich. Das gezeigte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf den Einsatz der
erfindungsgemäßen Messanordnung bei einer Anhängerkupplung. Hierbei handelt es sich jedoch lediglich um eine beispielhafte Einsatzmöglichke'rt. Andere Anwendungen an Kraft belasteten Maschinenelementen sind natürlich möglich. So kann die
Messanordnung beispielsweise bei Wellen oder ähnlichen Maschinenelementen zum Einsatz kommen.
Bezuaszeichenliste
01 Anhängerkupplung
02 Messanordnung
03 Kugelhals
04 Gehäuse
05 Gehäusehälften
06 Fahrzeug
07 Gelenk
08 Flächen der Gehäusehälften
09 Dehnungsmessstreifen
10 Kontaktflächen des Gehäuses
1 1 Komponenten zur Verarbeitung der Sensordaten
12 externe Auswerteeinheit

Claims

Patentansprüche 1 . Messanordnung (02) für ein vorzugsweise zylinderförmiges Maschinenelement (03) umfassend
• ein spielfrei an der Oberfläche des Maschinenelements (03) befestigbares Gehäuse (04), welches eine gegenüber dem Maschinenelement vernachlässigbare Steifigkeit besitzt und zwei durch ein Gelenk (07) miteinander verbundene Gehäusehälften (05) aufweist, wobei durch das Gelenk (07) ein relatives Schwenken der Gehäusehälften (05) um eine Achse ermöglicht wird und
• mindestens einen am Gehäuse (04) angeordneten Sensor (09) zur Kraftbzw. Drehmomentmessung.
2. Messanordnung (02) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Sensor (09) ein an der Innenoberfläche des Gehäuses (04) angeordneter Dehnungsmessstreifen ist.
3. Messanordnung (02) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Sensor (09) ein magnetoresistiver Sensor ist.
4. Messanordnung (02) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Sensor (09) ein piezoelektrischer Sensor ist.
5. Messanordnung (02) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die beiden Gehäusehälften (05) durch einen
mechanischen Verschluss miteinander verbunden sind.
6. Messanordnung (02) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass sie eine im Gehäuse (04) angeordnete interne
Auswerteeinheit (11 ) zur Auswertung der durch den Sensor (09) erfassten Daten aufweist.
7. Messanordnung (02) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass sie eine Funkschnittstelle zur Übertragung der durch den Sensor (09) erfassten Daten und/oder der Daten der internen Auswerteeinheit (11) an eine externe Auswerteeinheit (12) aufweist.
8. Messanordnung (02) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
externe Auswerteeinheit (12) ein Mobiltelefon mit Computerfunktionalität ist.
9. Maschinenelementanordnung umfassend ein zylinderförmiges
Maschinenelement (03) und eine das Maschinenelement (03) umfänglich umgebende Messanordnung (02) mit
• einem spielfrei an der Oberfläche des Maschinenelements (03) befestigten zylinderförmigen Gehäuse (04), welches eine im Vergleich zum
Maschinenelement (03) vernachlässigbare Steifigkeit besitzt und zwei durch ein Gelenk (07) miteinander verbundene Gehäusehälften (05) aufweist, wobei durch das Gelenk (07) ein relatives Schwenken der Gehäusehälften (05) um eine Achse ermöglicht wird; und
• mindestens einem am Gehäuse (04) angeordneten Sensor (09) zur Kraftbzw. Drehmomentmessung.
10. Maschinenelementanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenelement ein Kugelhals (03) einer Anhängerkupplung (01) ist und der Sensor als Dehnungsmessstreifen ausgebildet ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112924121A (zh) * 2021-02-01 2021-06-08 上海交通大学 一种弹性结构内腔刚度测量装置及其方法
US11548334B2 (en) 2018-06-19 2023-01-10 Ford Global Technologies, Llc Methods and apparatus for a single pin load sensor coupled to a hitch receiver

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020103013A1 (de) 2020-02-06 2021-08-12 HELLA GmbH & Co. KGaA Sensorvorrichtung zur Anordnung an einer Welle und Baugruppe für ein Fahrzeug

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3617426C1 (en) 1986-05-23 1987-09-10 Audi Ag Hitching (coupling) device
DE102006030001A1 (de) 2006-06-29 2008-01-03 Robert Bosch Gmbh Regel- und Steuersystem in einem Fahrzeugverbund
GB2454220A (en) * 2007-11-01 2009-05-06 Schlumberger Holdings Detecting strain in structures
EP2280263A2 (de) * 2009-07-30 2011-02-02 Hein, Herr Thomas Stützlastmessungsvorrichtung und Nachrüstverfahren für eine Fahrzeug-Anhängevorrichtung
WO2011104291A1 (de) 2010-02-25 2011-09-01 Bernd Futterer Unternehmensberatung Gmbh Kraftmess-hülse sowie mess- und berechnungsverfahren
DE102011117519A1 (de) 2011-11-03 2013-05-08 Westfalia-Automotive Gmbh Anhängekupplung mit einem Kraftsensor
DE102012208492A1 (de) 2012-05-22 2013-11-28 Continental Teves Ag & Co. Ohg Dehnmessstreifenanordnung
US8726740B1 (en) * 2012-12-13 2014-05-20 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Multi-axis dynamometer

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4510814A (en) * 1982-04-01 1985-04-16 Deere & Company Snap-in force sensor with bellows

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3617426C1 (en) 1986-05-23 1987-09-10 Audi Ag Hitching (coupling) device
DE102006030001A1 (de) 2006-06-29 2008-01-03 Robert Bosch Gmbh Regel- und Steuersystem in einem Fahrzeugverbund
GB2454220A (en) * 2007-11-01 2009-05-06 Schlumberger Holdings Detecting strain in structures
EP2280263A2 (de) * 2009-07-30 2011-02-02 Hein, Herr Thomas Stützlastmessungsvorrichtung und Nachrüstverfahren für eine Fahrzeug-Anhängevorrichtung
WO2011104291A1 (de) 2010-02-25 2011-09-01 Bernd Futterer Unternehmensberatung Gmbh Kraftmess-hülse sowie mess- und berechnungsverfahren
DE102011117519A1 (de) 2011-11-03 2013-05-08 Westfalia-Automotive Gmbh Anhängekupplung mit einem Kraftsensor
DE102012208492A1 (de) 2012-05-22 2013-11-28 Continental Teves Ag & Co. Ohg Dehnmessstreifenanordnung
US8726740B1 (en) * 2012-12-13 2014-05-20 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Multi-axis dynamometer

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11548334B2 (en) 2018-06-19 2023-01-10 Ford Global Technologies, Llc Methods and apparatus for a single pin load sensor coupled to a hitch receiver
CN112924121A (zh) * 2021-02-01 2021-06-08 上海交通大学 一种弹性结构内腔刚度测量装置及其方法
CN112924121B (zh) * 2021-02-01 2022-04-26 上海交通大学 一种弹性结构内腔刚度测量装置及其方法

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