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Dokumentenidentifikation DE102006057437B3 29.11.2007
Titel Fahrzeuggestütztes Verfahren zur Ermittlung der Gewichtsbelastung der Räder eines KFZ-Anhängers mit Ballkupplung
Anmelder Szepan, Reiner, Dipl.-Phys., 81927 München, DE
Erfinder Szepan, Reiner, Dipl.-Phys., 81927 München, DE
Vertreter Richter, T., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 81673 München
DE-Anmeldedatum 06.12.2006
DE-Aktenzeichen 102006057437
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 29.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse G01G 19/08(2006.01)A, F, I, 20070620, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60P 5/00(2006.01)A, L, I, 20070620, B, H, DE   
Zusammenfassung Das gegenständliche Verfahren nutzt die Torsion einer elastisch gelagerten Achse.

Beschreibung[de]

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.


Anspruch[de]
Fahrzeuggestütztes Verfahren zur Ermittlung der Gewichtsbelastung der Räder eines KFZ-Anhängers mit Ballkupplung, gekennzeichnet durch die Messung des Drehmoments auf die elastisch gelagerte Achse anhand deren Torsion und die Messung des Anstellwinkels der Achsschwinge. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Torsion entlang der Achszone mit elastischer Lagerung als Winkel gemessen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel der Achsschwinge als Winkel zwischen der elastisch gelagerten Achse und dem Anhängerchassis gemessen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelmessung elektronisch erfolgt und die Gewichtsbelastung mittels eines Prozeßrechners bestimmt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Winkel mit Induktiven Meßaufnehmern erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Winkel mit magnetischen Meßaufnehmern erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelaufnehmer bei Nennlast ein Nullsignal abgeben. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der KFZ-Anhänger ruht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines am Fahrgestell des Anhängers befestigten Beschleunigungssensors die Gestell- bzw. Fahrbahnneigung bzw. Steigung ermittelt werden und korrigierend in die ermittelten Werte der Gewichtsbelastung eingerechnet werden.






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