Bauartlich ist das Gesamtgewicht eines KFZ-Anhängers mit Ballkupplung,
das sich aus der Summe der Rad- und Deichsellasten zusammensetzt, aus Gründen
der Verkehrssicherheit begrenzt. Schieflasten können, auch durch bewegliche
Ladung, unbeherrschbare Fahrzustände erzeugen. Allenfalls gewerbliche Nutzer
von Anhängern verfügen über eine ortsfeste Wägeeinrichtung in
Form einer Fahrzeug- oder Radwaage. Der private Nutzer von PKW-Anhängern ist
jedoch meist auf Abschätzungen angewiesen.
Die DE 101 54 733 A1
offenbart eine Wiegevorrichtung für einen einachsigen Anhänger. Die Wiegevorrichtung
gemäß der DE 101 54 733 A1
weist drei Wiegezellenelemente auf. Zwei sind zueinander beabstandet an jeweils
einem Abstützelement zwischen Achse und Fahrwerksrahmen angeordnet, und ein
drittes Wiegezellenelement ist zwischen der Zugöse und der Zugdeichsel angeordnet.
Gleichwohl ist es aufgrund bekannter prinzipieller physikalisch-technischer
Erwägungen sinnvoll, dem Nutzer von KFZ-Anhängern möglichst mehrere
verschiedenartige Verfahren zur Ermittlung der Gewichtsbelastung der Räder
eines KFZ-Anhängers zur Verfügung zu stellen. Der vorliegenden Erfindung
liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein weiteres, sich vom Stand der Technik unterscheidendes
fahrzeuggestütztes Verfahren zur Ermittlung der Gewichtsbelastung der Räder
eines KFZ-Anhängers mit Ballkupplung bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein
Verfahren nach Anspruch 1.
Vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9.
In erster Linie ist das erfindungsgemäße Verfahren für
die Anwendung an einem ruhenden KFZ-Anhänger vorgesehen (siehe Anspruch 8),
jedoch ist die Anwendung bei einem in Fahrt befindlichen KFZ-Anhänger nicht
ausgeschlossen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
Die gegenständlichen Anhänger verfügen über 1
oder 2 Achsen mit jeweils beidseitigen federnd angebrachten Radnaben zur Aufnahme
der Räder. Das Federsystem eines jeden Rades besteht aus einem mehrkantigen
Außenrohr, das die am Anhängerchassis befestigte Achse darstellt, einem
mehrkantigen Innenrohr geeigneter Gestalt, das durch eine passende Anzahl von Gummisträngen
getrennt im Außenrohr elastisch gelagert ist, und einer am Innenrohr befestigten
Achsschwinge, die die Radnabe trägt. Die Achslast übt mit der Achsschwinge
der Länge l ein Drehmoment M auf das Innenrohr aus, welche dieses an das fixierte
Außenrohr weitergibt. Bei einem Anstellwinkel &agr; der Achsschwinge gegen
die Vertikale und einer Gewichtskraft G beträgt das Drehmoment M = G·l·sin&agr;.
Das Drehmoment bewirkt eine lokale Verwindung (Torsion) des Innenrohres
entlang des Rohrverlaufs, die abhängig vom auch lokalen Zustand der Gummistränge
und der lokalen Reaktion des Außenrohrs ist. Die Torsion mit dem Winkel &bgr;
des Innenrohrs über seine ganze Einspannlänge im Außenrohr ist aber
von den lokalen Einflüssen unabhängig, solange seine Materialeigenschaften
c dem Hookschen Gesetz genügen. Aus diesen Größen läßt
sich die Gewichtskraft G, die auf der Achse lastet, bestimmen:
G = c·&bgr;/(l·sin&agr;). Für die Andruckskraft des Reifens ist
noch die Invariante Masse der Achsschwinge, der Radnabe mit Bremstrommel und des
Rads selbst zu berücksichtigen.
Das erfindungsgegenständliche fahrzeuggestützte Verfahren
zur Ermittlung der Gewichtsbelastung der Räder eines KFZ-Anhängers mit
Ballkupplung reduziert sich demnach auf die Feinmessung zweier Winkel. Der Torsionswinkel
des Innenrohrs wird über die Einspannlänge des Innen- im Außenrohr
gemessen. Die Winkelstellung der Achsschwinge kann am Ende des Innenrohrs mit Bezug
zum Außenrohr, korrigiert um den Torsionswinkel, bestimmt werden. Die Winkelmessungen
zur anwendergerechten automatisierten Darstellung der Achslasten vor Ort erfordern
elektronische Winkelaufnehmer mit Abgabe eines elektrischen Signals. Zur Maximierung
der Meßempfindlichkeit können diese bei der Installation so positioniert
werden, daß sie bei Nennlast ohne Signalabgabe (Nullung) sind.
Induktive Präzisionswinkelaufnehmer erfüllen die Genauigkeits-
und Linearitätsanforderungen, sind aber wegen der präzisen Achsführung,
ihrer Einbaugröße, ihrer Empfindlichkeit gegenüber Umgebungseinflüssen
und ihrer Wartungserfordernisse hier nur bedingt einsetzbar.
Magnetische Winkelaufnehmer sind miniaturisierte Magnetfeldsensoren
auf Halbleiterbasis, die ein Signal abgeben, das ihre Ausrichtung gegenüber
magnetischen Feldlinien anzeigt. Am freien Ende des Innenrohrs wird dazu ein geteilter
Permanentmagnet, mit magnetischem Schluß über die stählerne Peripherie
des Innenrohrs, angebracht, dessen Polschuhe ein konstantes und homogenes Feld lokal
um die Innenrohrachse erzeugen und dabei das Rohrsystem die Abschirmung gegen äußere
Magnetfelder bildet. Ein im Innenrohr zentrierter und am anderen Rohrende angebrachter
Stab, dessen freies Ende den magnetischen Winkelaufnehmer so trägt,
daß dieser in das Zentrum des magnetischen Feldes ragt, bildet mit seiner Stellung
gegenüber den Feldlinien den Torsionswinkel des Innenrohrs ab. Unter Berücksichtigung
des Torsionswinkels bildet die Winkelstellung des freien Endes des Innenrohres gegenüber
dem Außenrohr den vertikalen Anstellwinkel der Achsschwinge, dessen Messung
mit einem zweiten magnetischen Winkelaufnehmer in entsprechend gespiegelter Weise
ggf. im selben Magnetfeld vorgenommen wird. Beide Winkelmessungen sind unempfindlich
gegenüber radialen und axialen Versetzungen der Magnetfeldsensoren im Magnetfeld.
Als Magnetfeldsensoren bieten sich zwei Prinzipien an, nämlich
der HALL- und der AMR-Sensor (Anisotroper Magnetoresistiver Sensor).
Der HALL-Sensor ist temperaturkompensiert, was bei hoher Signalauflösung
zu Temperaturfehlern führen kann. Er bedarf des mechanischen Abgleichs in dem
gegenständlichen Meßverfahren. Der HALL-Sensor verfügt über
keinen Analog/Digital-Wandler, der zur Signalverarbeitung durch den Prozessor erforderlich
ist.
Das Meßprinzip des AMR-Sensors ist temperaturunabhängig,
dies erlaubt ggf. eine Spreizung des Meßsignals. Auch läßt er einen
elektronischen Feinabgleich durch Fernbedienung zu. Manche Hersteller versehen diesen
Sensor bereits mit dem Analog/Digital-Wandler.
Das Signal dieser Magnetfeldsensoren wird in einem digitalen Prozessor
verarbeitet und dem Anwender zur Anzeige gebracht. Mittels eines am Fahrgestell
des Anhängers befestigten Beschleunigungssensors kann die Gestell- bzw. Fahrbahnneigung
bzw. Steigung ermittelt werden und korrigierend in erfindungsgegenständliche
Gewichtsbelastung der Räder eingefügt werden.
Die Bestimmung der erfindungsgegenständlichen Gewichtsbelastung
der Räder gestattet eine Aussage über die Lastverteilung quer zur Fahrtrichtung
auch während der Fahrt. Gewichtszunahmen, die während der Fahrt auftreten,
können erkannt und signalisiert werden. Ferner können die Ausschläge
der Achsfederung während der Fahrt Auskunft über den Zustand der Schwingungsdämpfer
des betroffenen Rades geben.