DE102014018472A1

DE102014018472A1 - Wägevorrichtung und Wägesystem für Fahrzeuganhänger

Info

Publication number: DE102014018472A1
Application number: DE102014018472.2A
Authority: DE
Inventors: Josef Fliegl
Original assignee: Fliegl Agro Center GmbH
Current assignee: Fliegl Agro Center GmbH
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2034-12-13
Also published as: DE102014018472B4

Abstract

Es ist eine Wägevorrichtung (300) zum Erfassen einer Gewichtskraft eines Fahrzeuganhängeraufbaus (109) offenbart. Die Wägevorrichtung (300) weist einen Hauptkörper (310) und mehrere Dehnungsmessstreifen (351, 352, 353, 354) auf. Der Hauptkörper (310) weist eine erste schlitzförmige Ausnehmung (321), eine zweite schlitzförmige Ausnehmung (322 und eine dritte schlitzförmige Ausnehmung (323) auf. Außerdem weist der Hauptkörper vier Taschen (331, 332, 333, 334) auf, an dessen Endflächen jeweils ein Dehnungsmessstreifen (351, 352, 353, 354) angebracht ist, die miteinander elektrisch verbunden sind. Die Dehnungsmessstreifen (351, 352, 353, 354) sind dazu ausgebildet sind, eine elastische Verformung des Hauptkörpers (310) zu erfassen und entsprechende Signale bereitzustellen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Wägevorrichtungen und Wägesysteme für Fahrzeuganhänger sowie einen Fahrzeuganhänger mit einem Wägesystem.
Technischer Hintergrund
Fahrzeuge wie beispielsweise Fahrzeuganhänger werden allgemein zum Transport von Ladungsgut verwendet. So werden z. B. landwirtschaftliche Fahrzeuganhänger dazu eingesetzt, Erntegut direkt von einer Erntemaschine aufzunehmen und zu transportieren.
Um die Zuladung des Ernteguts kontinuierlich erfassen und überwachen zu können, können Fahrzeuganhänger mit einem Wägesystem ausgestattet sein, das das aktuell zugeladene Gewicht des Ernteguts erfasst und dem Bediener anzeigen kann.
Beispielsweise offenbart die US 6,118,083 A eine Wägevorrichtung für Fahrzeuge, die in eine Radachse des Fahrzeugs integriert ist. Die Radachse weist zwei durchgängige Öffnungen auf, die sich jeweils horizontal in Längsrichtung erstrecken und in ihrem zentralen Bereich jeweils verengt sind. In den verengten Bereichen der beiden Öffnungen sind jeweils am Außenumfang zwei sich gegenüberliegende Dehnungsmessstreifen angebracht, die die Last in der Radachse erfassen können. Eine Recheneinheit empfängt die ermittelten Lastsignale der Dehnungsmessstreifen und kann daraus die Gewichtskraft des Fahrzeugaufbaus bestimmen.
Aus der EP 0 686 839 A2 ist eine Anhängerkupplung mit einem Kraftaufnehmer bekannt, der zwischen einem Kupplungselement und einem Trägerbauteil zur Messung von Zug-, Druck- und/oder Stützkräften zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger angeordnet ist. Der Kraftaufnehmer ist als Rahmen mit zwei vertikal und zwei horizontal ausgerichteten Seiten ausgebildet. Die beiden anderen Seiten des Rahmens sind durch jeweils eine Meßfeder mit Anordnungen von mechanisch-elektrischen Wandlern gebildet und die Meßfedern sind mit dem Kupplungselement verbunden, das symmetrisch zu den Mittelachsen des Rahmens angeordnet ist.
Ferner ist aus der DE 10 2011 016 047 A1 eine Waage zum Einbau in Lastfahrzeugen bekannt. Die Waage stellt ein System dar, mit dem die Last auf Transportfahrzeugen gewogen werden kann, und das im Lastfahrzeug selbst eingebaut wird. Das System besteht aus Lastzellen, die an den Fahrzeugachsen installiert sind, und ist elektrisch mit einer Vorrichtung mit Display verbunden. Die Vorrichtung interpretiert die von den Sensoren oder Lastzellen kommenden Signale, summiert sie und zeigt das Gewicht an jeder Achse sowie das Gesamtgewicht am Display an.
Außerdem sind verschiedenste Lastzellen der Firma Zemic Europe B. V. bekannt. Beispielsweise beruhen die Lastzellen Typ H9C und Typ HM-9-401 der Firma Zemic Europe B. V. auf dem Prinzip eines Doppelscherbalkens und sind dazu ausgebildet, Lasten entlang nur einer Richtung mittels applizierten Dehnungsmessstreifen zu bestimmen. Die von der Firma Zemic Europe B. V. bekannten Lastzellen können nur sehr geringe seitliche Kräfte aufnehmen. Ferner weisen die genannten Lastzellen der Firma Zemic Europe B. V. keine integrierte Elektronik auf.
Ein der Erfindung zugrunde liegendes technisches Problem besteht darin, eine Wägevorrichtung und ein Wägesystem für Fahrzeuganhänger bereitzustellen, mit denen das aktuelle Gewicht eines Fahrzeuganhängeraufbaus zuverlässig erfasst werden kann. Zudem sind eine verbesserte Wägevorrichtung und ein verbessertes Wägesystem für Fahrzeuganhänger bereitzustellen.
Darstellung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Wägevorrichtung zum Erfassen einer Gewichtskraft eines Fahrzeuganhängeraufbaus eines Fahrzeuganhängers, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeuganhängers, offenbart. Der Fahrzeuganhänger umfasst wenigstens eine Radachse und den auf der wenigstens einen Radachse befestigten Fahrzeuganhängeraufbau. Die erfindungsgemäße Wägevorrichtung weist einen Hauptkörper und mehrere Dehnungsmessstreifen auf. Der Hauptkörper ist dazu angepasst, zwischen der wenigstens einen Radachse und dem Fahrzeugaufbau befestigt zu werden. Der Hauptkörper weist eine sich von einer ersten Seitenfläche des Hauptkörpers nach Innen erstreckende erste schlitzförmige Ausnehmung auf. Der Hauptkörper weist ferner eine sich von einer der ersten Seitenfläche des Hauptkörpers gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche des Hauptkörpers nach Innen erstreckende zweite schlitzförmige Ausnehmung auf. Der Hauptkörper weist ferner eine sich von einer dritten Seitenfläche des Hauptkörpers erstreckende dritte schlitzförmige Ausnehmung auf, die sich bis zu einer der dritten Seitenfläche gegenüberliegenden vierten Seitenfläche des Hauptkörpers erstreckt. Der Hauptkörper weist außerdem vier Taschen auf, von denen zwei in der dritten Seitenfläche des Hauptkörpers und zwei in der vierten Seitenfläche des Hauptkörpers gebildet sind. An jeder der vier Endflächen der Taschen ist ein Dehnungsmessstreifen angebracht. Die Dehnungsmessstreifen sind miteinander elektrisch verbunden und dazu ausgebildet, eine elastische Verformung des Hauptkörpers zu erfassen und entsprechende Signale bereitzustellen.
Beispielsweise sind die Dehnungsmessstreifen gemäß einer sogenannten Wheatstoneschen-Messbrücke oder Wheatstone-Brücke miteinander elektrisch verbunden. In weiteren Ausgestaltungen können die vier Dehnungsmessstreifen gemäß zwei Halbbrücken zu einer Vollbrücke zusammenschaltet werden. Ferner kann eine Recheneinheit dazu ausgebildet sein, eine Halbbrücke direkt auszuwerten, wobei in diesem Fall die Dehnungsmessstreifen gemäß zwei Viertelbrücken elektrisch verbunden sind.
Es versteht sich von selbst, dass die in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Brückenschaltungen (Wheatstone-Brücke, Vollbrücke, Halbbrücke, Viertelbrücke) zusätzliche elektrische Elemente, wie beispielsweise geeignete Widerstände und Leitungen, aufweisen. Somit sind neben den Dehnungsmessstreifen die zusätzlichen elektrischen Elemente vorgesehen, die zusammen mit den Dehnungsmessstreifen die beschriebenen Brückenschaltungen bilden.
Mit der erfindungsgemäßen Wägevorrichtung, die einen einstückigen Hauptkörper aufweist, der an einer Radachse des Fahrzeuganhänger angebracht werden kann, kann eine montagefreundliche und kostengünstige Messvorrichtung zum Erfassen einer Gewichtskraft des Fahrzeuganhängeraufbaus bereitgestellt werden. Die erfindungsgemäße Wägevorrichtung ist außerdem an einem Fahrzeuganhänger ohne großem Aufwand nachrüstbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Wägevorrichtung zum Erfassen einer Gewichtskraft eines Fahrzeuganhängeraufbaus eines Fahrzeuganhängers, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeuganhängers, offenbart. Der Fahrzeuganhänger kann über eine an einem Zugholm befestigte Kupplungsvorrichtung mit einem Zugfahrzeug lösbar verbunden werden. Die erfindungsgemäße Wägevorrichtung weist einen Hauptkörper und mehrere Dehnungsmessstreifen auf. Der Hauptkörper ist dazu angepasst ist, zwischen dem Zugholm und der Kupplungsvorrichtung befestigt zu werden. Der Hauptkörper weist einen am Zugholm anbringbaren ersten Bereich, einen an der Kupplungsvorrichtung anbringbaren zweiten Bereich und einen sich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich erstreckenden Verbindungsbereich auf. Der Hauptkörper weist ferner zwei Taschen auf, die im Verbindungsbereich gebildet sind. Eine erste Tasche ist in einer ersten Seitenfläche des Verbindungsbereichs gebildet und eine zweite Tasche ist in einer der ersten Seitenfläche des Verbindungsbereichs gegenüber liegenden zweiten Seitenfläche des Verbindungsbereichs gebildet. An jeder Endfläche der Taschen ist jeweils ein Dehnungsmessstreifen angebracht, die miteinander elektrisch verbunden und dazu ausgebildet sind, eine elastische Verformung des Hauptkörpers, insbesondere im Verbindungsbereich, zu erfassen und entsprechende Signale bereitzustellen.
Beispielsweise sind die Dehnungsmessstreifen gemäß einer sogenannten Halbbrücke miteinander elektrisch verbunden. In weiteren Ausführungsformen können die Dehnungsmesssteifen in jeder einer geeigneten Weise miteinander elektrisch verbunden sein, damit aus den erfassten Verformungen des Hauptkörpers eine Gewichtskraft ermittelt werden kann.
Mit der erfindungsgemäßen Wägevorrichtung, die einen einstückigen Hauptkörper aufweist, der zwischen einem Zugholm und einer Kupplungsvorrichtung befestigt werden kann, kann eine montagefreundliche und kostengünstige Messvorrichtung zum Erfassen einer Gewichtkraft eines Fahrzeuganhängeraufbaus bereitgestellt werden. Die erfindungsgemäße Wägevorrichtung ist außerdem an einem Fahrzeuganhänger ohne großem Aufwand nachrüstbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Wägesystem zum Erfassen der Gewichtskraft eines Fahrzeuganhängeraufbaus eines Fahrzeuganhängers, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeuganhängers, offenbart. Der Fahrzeuganhänger umfasst wenigstens eine Radachse und den auf der wenigstens einen Radachse befestigten Fahrzeugaufbau. Das erfindungsgemäße Wägesystem weist wenigstens zwei erfindungsgemäße Wägevorrichtungen auf, die jeweils zwischen der wenigstens einen Radachse und dem Fahrzeugaufbau befestigt sind. Außerdem weist das erfindungsgemäße Wägesystem eine zentrale Verarbeitungseinheit auf, die mit den wenigstens zwei Wägevorrichtungen in Verbindung steht und dazu ausgebildet ist, die von den Wägevorrichtungen erzeugten Lastsignale zu empfangen und daraus die Gewichtskraft des Fahrzeuganhängeraufbaus zu ermitteln.
Die zentrale Verarbeitungseinheit des erfindungsgemäßen Wägesystems kann die von den Wägevorrichtungen einzeln erfassten Gewichtskräfte aufsummieren und somit das aktuelle Gewicht des Fahrzeuganhängeraufbaus berechnen. Zusätzlich kann eine Anzeigeeinrichtung wie z. B. ein Display im Fahrerhaus des Zugfahrzeugs oder am Fahrzeuganhänger vorgesehen sein, auf der dem Bediener das aktuelle Gewicht des Fahrzeuganhängeraufbaus angezeigt werden kann. Da das Leergewicht des Fahrzeuganhängeraufbaus bekannt ist, kann somit dem Bediener das sich aktuell im Fahrzeuganhängeraufbau befindliche Ladegewicht angezeigt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeuganhänger, insbesondere ein landwirtschaftlicher Fahrzeuganhänger, offenbart. Der erfindungsgemäße Fahrzeuganhänger weist zumindest eine Radachse, einen an der zumindest einen Radachse angebrachten Fahrzeuganhängeraufbau, einen Zugholm mit einer daran angebrachten Kupplungsvorrichtung und ein erfindungsgemäßes Wägesystem auf.
Das erfindungsgemäße Wägesystem weist je nach Anhängerart und Radachsanzahl eine unterschiedliche Anzahl an erfindungsgemäßen Wägevorrichtungen auf. Beispielsweise weist ein erfindungsgemäßes Wägesystem bei Verwendung an Gelenkdeichselanhängern, bei denen an der Kupplungsvorrichtung zwischen Anhänger und Zugfahrzeug keine Stützlasten auftreten, pro Radachse zwei erfindungsgemäße Wägevorrichtungen auf. Die jeweils erfassten Lastsignale können von der zentralen Verarbeitungseinheit summiert werden, um das Gesamtgewicht des Fahrzeuganhängeraufbaus zu bestimmen.
Ferner weist das erfindungsgemäße Wägesystem bei Verwendung an Starrdeichselanhängern, bei denen an der Kupplungsvorrichtung zwischen Anhänger und Zugfahrzeug eine Stützlast auftritt, pro Radachse zwei erfindungsgemäße Wägevorrichtungen und eine zusätzliche erfindungsgemäße Wägevorrichtung auf, die zwischen Zugholm und Kupplungsvorrichtung angeordnet ist. Die zusätzliche Wägevorrichtung ermittelt dabei die Stützlast an der Kupplungsvorrichtung.
Bei einem Starrdeichselanhänger mit zwei Radachsen sind somit fünf erfindungsgemäße Wägevorrichtung vorgesehen, wobei bei einem Gelenkdeichselanhänger mit zwei Radachsen vier erfindungsgemäße Wägevorrichtungen vorgesehen sind.
In einer beispielhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wägevorrichtung erstreckt sich die erste schlitzförmige Ausnehmung entlang der gesamten Breite der ersten Seitenfläche des Hauptkörpers, gemessen entlang einer Achse zwischen der dritten Seitenfläche des Hauptkörpers und der vierten Seitenfläche des Hauptkörpers. Ferner erstreckt sich die zweite schlitzförmige Ausnehmung entlang der gesamten Breite der zweiten Seitenfläche des Hauptkörpers, gemessen entlang einer Achse zwischen der dritten Seitenfläche des Hauptkörpers und der vierten Seitenfläche des Hauptkörpers. Die erste und die zweite Ausnehmung sind jeweils Schlitze, die es dem Hauptkörper ermöglichen, sich zumindest teilweise elastisch zu verformen, insbesondere im Bereich um die Taschen, damit die Dehnungsmessstreifen diese elastischen Verformungen erfassen können.
Die dritte schlitzförmige Ausnehmung ist in der dritten Seitenfläche des Hauptkörpers zentral angeordnet und erstreckt sich nicht über die gesamte Breite der dritten Seitenfläche des Hauptkörpers, gemessen entlang einer Achse zwischen der ersten Seitenfläche des Hauptkörpers und der zweiten Seitenfläche des Hauptkörpers. Die dritte schlitzförmige Ausnehmung erstreckt sich von der dritten Seitenfläche des Hauptkörpers bis zur vierten Seitenfläche des Hauptkörpers vollständig durch den Hauptkörper.
Vorzugsweise erstrecken sich die erste schlitzförmige Ausnehmung und die zweite Schlitzförmige Ausnehmung in einer ersten Ebene und die dritte schlitzförmige Ausnehmung in einer zweiten Ebene, die parallel zur ersten Ebene angeordnet ist. Bevorzugt überlappen sich die erste schlitzförmige Ausnehmung und die dritte schlitzförmige Ausnehmung sowie die zweite schlitzförmige Ausnehmung und die dritte schlitzförmige Ausnehmung in Projektion relativ zueinander teilweise überlappen Das bedeutet, dass die dritte Ausnehmung relativ zur ersten und zweiten Ausnehmung derart angeordnet ist, dass sich diese entlang einer zur ersten und zweiten Ebene senkrechten Projektion zumindest teilweise überlappen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Überlappungsbetrag der ersten und der dritten Ausnehmung größer als ein Durchmesser der Taschen, gemessen entlang einer Achse zwischen der ersten Seitenfläche des Hauptkörpers und der zweiten Seitenfläche des Hauptkörpers. Ferner ist auch der Überlappungsbetrag der zweiten und der dritten Ausnehmung größer als ein Durchmesser der Taschen, gemessen entlang einer Achse zwischen der ersten Seitenfläche des Hauptkörpers und der zweiten Seitenfläche des Hauptkörpers.
Die Taschen sind jeweils derart in der dritten und vierten Seitenfläche des Hauptkörpers angeordnet, dass sich diese zwischen der ersten und zweiten Ebene, in denen sich die erste, zweite und dritte Ausnehmung erstrecken, angeordnet befinden. Vorzugsweise sind die Taschen zentral zwischen der ersten und zweiten Ebene und in den jeweiligen Überlappungsbereichen angeordnet.
Durch eine solche Anordnung der schlitzförmigen Ausnehmungen ist der Hauptkörper in Form eines sogenannten Doppelscherbalkens (auch Doppelscherstab genannt) bereitgestellt, so dass sich dieser zumindest teilweise elastisch verformen kann.
So werden bei einem Doppelscherstab im Querschnitt auf beiden Seiten jeweils zwei Taschen vorgesehen, wobei dazwischen jeweils ein relativ dünner Steg verbleibt. Der größte Teil der durch die Last verursachten Scherkraft wird von den Steg getragen, während die Flansche vorwiegend einen Widerstand gegen das Biegemoment bilden. An den neutralen Achsen bzw. den neutralen Fasern, an denen jeweils nur eine vernachlässigbare Biegekraft wirken, bilden die Stegbelastungen vertikal und horizontal wirkende reine Scherkräfte. Folglich verlaufen die Hauptfasern in einem Winkel von 45° zur Längsachse des Stabes, wobei die entsprechenden Hauptdehnungen von gleicher Stärke mit umgekehrtem Vorzeichen sind. Auf den Endflächen der Taschen, also an den Seiten der Stege, befinden sich z. B. paarweise aufgeklebte, als Vollbrücke geschaltete Dehnungsmessstreifen.
Bevorzugt ist jeweils an den Endflächen der Taschen ein Dehnungsmessstreifen derart angebracht, dass eine Schermessung entlang der neutralen Fasern in Diagonalrichtung erfolgen kann. Durch die zentrale Anordnung der Taschen zwischen der ersten und zweiten Ebene verlaufen die neutralen Fasern jeweils mittig durch die Endflächen der Taschen, an denen jeweils zentral ein Dehnungsmessstreifen appliziert ist. Die Dehnungsmessstreifen sind hierzu diagonal zu der horizontalen oder vertikalen Achse angebracht, vorzugsweise unter einem Winkel von 45°.
In einer beispielhaften Ausgestaltung sind die Taschen jeweils zylindrisch mit kreisrundem Querschnitt gebildet und erstrecken sich jeweils entlang entsprechender Achsen. Vorzugsweise erstrecken sich die Achsen parallel und mittig zwischen der ersten und zweiten Ebene.
Die Taschen sind ferner nach dem Anbringen der Dehnungsmessstreifen mit einem Dichtungsmaterial vollständig ausgefüllt, so dass die sich im Hauptkörper befindende Elektronik und die Dehnungsmessstreifen vor der Witterung geschützt sind. Dabei ist das Dichtungsmaterial vorzugsweise derart ausgewählt, dass es elastischer ist als das Material des einstückigen Hauptkörpers. Somit nimmt das Dichtungsmaterial keinen Einfluss auf die Messung der elastischen Verformung des Hauptkörpers. Ferner können die Taschen verschlossen werden, beispielsweise mit einer Kappe, die vorzugsweise aus sehr dünnem Material gefertigt ist und eingeklebt oder mittels Laser in die Öffnung der Taschen eingeschweißt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Recheneinheit auf einer Platine angeordnet, die in einer vierten Ausnehmung im Hauptkörper untergebracht und ebenfalls mit einem Dichtungsmaterial vollständig ausgefüllt ist. Die vierte Ausnehmung befindet sich bevorzugt in der Grundfläche oder der Deckfläche des Hauptkörpers. Auf der Platine können zusätzliche elektronische Einheiten, wie beispielsweise ein A/D-Wandler, ein Temperatursensor, ein Speicher, etc., angeordnet sein.
Innerhalb des Hauptkörpers befinden sich ferner Verbindungsleitungen, die eine elektrische Verbindung zwischen den Dehnungsmessstreifen und der Recheneinheit herstellen. Außerdem weist die erfindungsgemäße Wägevorrichtung einen elektrischen Anschluss auf, über den die Wägevorrichtung mit der zentralen Verarbeitungseinheit verbunden werden kann, beispielsweise mittels eines CAN-Bus.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Wägevorrichtung, die zwischen Zugholm und Kupplungsvorrichtung angebracht wird, weisen der erste und zweite Bereich jeweils eine plattenförmige Gestalt mit einem ersten Querschnitt auf. Der Verbindungsbereich weist einen zweiten Querschnitt auf, der kleiner als der erste Querschnitt ist. Vorzugsweise erstreckt sich der Verbindungsbereich mittig zwischen dem ersten Bereich und zweiten Bereich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen offensichtlich, in denen:
1 eine Seitenansicht eines landwirtschaftlichen Fahrzeuganhängers zeigt, der mit einem erfindungsgemäßen Wägesystem, das erfindungsgemäße Wägevorrichtungen aufweist, ausgerüstet ist,
2 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Wägevorrichtung zeigt, die an einer Radachse des Fahrzeuganhängers der 1 angebracht werden kann,
3 eine Seitenansicht der Wägevorrichtung der 2 zeigt, 4 eine Schnittansicht durch die Wägevorrichtung der 3 entlang der Linie IV-IV zeigt,
5 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Wägevorrichtung zeigt, die an einem Zugholm des Fahrzeuganhängers der 1 angebracht werden kann,
6 eine Seitenansicht der Wägevorrichtung der 5 zeigt, und
7 eine Schnittansicht durch die Wägevorrichtung der 6 entlang der Linie VII-VII zeigt.
Ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In der Beschreibung dieser Erfindung beziehen sich Richtungsangaben auf einen Fahrzeuganhänger bei Vorwärtsfahrt. In seitlicher Richtung bedeutet somit diejenige Richtung, die entlang der Senkrechten zu einem Vorwärtsfahrtrichtungsvektor des Fahrzeuganhängers verläuft und der Links-Rechts-Richtung entspricht. Eine horizontale Richtung beschreibt eine Richtung, die parallel zur Bodenfläche verläuft, auf der sich der Fahrzeuganhänger befindet. Eine vertikale Richtung beschreibt eine Richtung, die senkrecht zur Bodenfläche, auf der sich der Fahrzeuganhänger befindet, verläuft.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, eine Wägevorrichtung bereitzustellen, die einen einstückigen Hauptkörper aufweist, der entlang allen Raumrichtungen auftretenden Kräften standhalten kann, und mit der das Gewicht eines Fahrzeuganhängeraufbaus zuverlässig und in Echtzeit erfasst werden kann. Aufgrund des robusten, einstückigen Hauptkörpers sind keine weiteren Zusatzvorrichtungen wie Oberkonstruktionen, Unterkonstruktionen, Lenkvorrichtungen, Versteifungsvorrichtungen etc. notwendig, so dass der einstückige Hauptkörper samt den Dehnungsmessstreifen direkt an der Radachse oder am Zugholm des Fahrzeuganhängers angebracht werden kann. Dadurch kann eine montagfreundliche und zuverlässige Wägevorrichtung bereitgestellt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt ferner der Gedanke zu Grunde, einen einstückigen Hauptkörper mit vier Taschen und vier Dehnungsmessstreifen bereitzustellen, die jeweils auf den Endflächen der Taschen appliziert sind. Durch eine geeignete räumliche Ausrichtung der Dehnungsmessstreifen bezüglich der Vorwärtsrichtung des Fahrzeuganhängers und durch eine geeignete elektrische Verbindung der Dehnungsmessstreifen miteinander, z. B. über eine sogenannte Wheatstone-Brücke, kann die Gewichtskraft des Fahrzeuganhängeraufbaus zuverlässig und mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist aus den 1 bis 7 ersichtlich. Die 1 zeigt einen exemplarischen Fahrzeuganhänger 100 in Form eines landwirtschaftlichen Fahrzeuganhängers. In weiteren Ausgestaltungen kann der Fahrzeuganhänger z. B. ein Wohnhänger oder ein sonstiger Anhänger sein, der von einem Zugfahrzeug gezogen wird.
Der Fahrzeuganhänger 100 weist einen Rahmen 102, eine auf dem Rahmen 102 angebrachte Ladungsaufnahmevorrichtung 104 (wie beispielsweise eine Mulde zur Aufnahme von Erntegut), ein am Rahmen 102 angebrachtes Achsaggregat 106 und eine Verbindungseinrichtung 108 auf, über die der Fahrzeuganhänger 100 mit einem Zugfahrzeug (nicht dargestellt) lösbar verbunden werden kann. Der Rahmen 102 und die Ladungsaufnahmevorrichtung 104 bilden gemeinsam einen Fahrzeuganhängeraufbau 109.
Das Achsaggregat 106 besteht, wie es beispielhaft in der 1 gezeigt ist, aus zwei Radachsen 112, 114, die über eine Federungseinrichtung 116 am Rahmen 102 federn angebracht sind und den Fahrzeugaufbau 109 tragen. An jeder der beiden Radachsen 112, 114 sind jeweils zwei Räder (nicht gezeigt) drehbar angebracht. Obwohl der in der 1 gezeigte Fahrzeuganhänger 100 zwei Radachsen 112, 114 aufweist, kann der Fahrzeuganhänger 100 mit nur einer Radachse oder mehr als zwei Radachsen versehen sein.
Die Verbindungseinrichtung 108 besteht aus einem am Rahmen 102 angebrachten Zugholm 122 und einer am Zugholm 122 angebrachten Kupplungsvorrichtung 124, wie beispielsweise einer Kugelkopfkupplung. Die Kupplungsvorrichtung 124 kann in anderen Ausgestaltungen als Zugöse oder jeder weiteren Kupplungsart ausgestaltet sein.
Der Fahrzeuganhänger 100 der 1 weist ferner ein Wägesystem 200 auf, das in dem Beispiel der 1 vier Wägevorrichtungen 300, von denen jeweils zwei zwischen jeder der beiden Radachsen 112, 114 und der Federungseinrichtung 116 angeordnet sind, und eine Wägevorrichtung 400 auf, die zwischen Zugholm 122 und der Kupplungseinrichtung 124 angeordnet ist. Die Wägevorrichtungen 300, 400 sind jeweils mit einer zentralen Verarbeitungseinheit 202 verbunden, beispielsweise über eine CAN-Bus-Verbindung. Die zentrale Verarbeitungseinheit 202 ist z. B. am Fahrzeuganhänger 100 angeordnet und ist dazu ausgebildet, die Signale der Wägevorrichtungen 300, 400 zu empfangen und zu verarbeiten.
Die Wägevorrichtungen 300, 400 können mit der zentralen Verarbeitungseinheit auch drahtlos verbunden sein.
Im Folgenden wird mit Bezug auf die 2 bis 4 eine beispielhafte Wägevorrichtung 300 beschrieben, die zwischen einer der Radachsen 312, 314 und der Federungseinrichtung 316 angeordnet werden kann, und mit Bezug auf die 5 bis 7 eine beispielhafte Wägevorrichtung 400 beschrieben, die zwischen dem Zugholm 122 und der Kupplungsvorrichtung 124 angeordnet werden kann.
Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Wägevorrichtung 300. Die Wägevorrichtung 300 weist einen einstückigen Hauptkörper 310 auf. Beispielsweise ist der Hauptkörper 310 ein quaderförmiger Hauptkörper, der z. B. aus 42CrMo4 besteht, das eine nahezu lineare Elastizität aufweist und geringe plastische Eigenschaften umfasst. In weiteren Ausgestaltungen kann der Hauptkörper 310 aus Edelstahl einstückig hergestellt sein.
Der quaderförmige Hauptkörper 310 weist eine erste Seitenfläche 311, eine der ersten Seitenfläche 311 gegenüberliegende zweite Seitenfläche 312, eine dritte Seitenfläche 313 und eine der dritten Seitenfläche 313 gegenüberliegende vierte Seitenfläche 314 auf. Die dritte und vierte Seitenfläche 313, 314 stehen jeweils senkrecht zur ersten und zweiten Seitenfläche 311, 312. Alle vier Seitenflächen 311, 312, 313, 314 erstrecken sich im eingebauten Zustand des Hauptkörpers 310 im Wesentlichen vertikal.
Der Hauptkörper 310 weist ferner eine Grundfläche 315 und eine der Grundfläche 315 gegenüberliegende Deckfläche 316 auf. Der Hauptkörper 310 kann auf zwei unterschiedliche Arten relativ am Fahrzeuganhänger 100 eingebaut sein: entweder mit der Deckfläche 316 oberhalb der Grundfläche 315 oder mit der Grundfläche 315 oberhalb der Deckfläche 316. Die Grundfläche 315 und die Deckfläche 316 erstrecken sich im eingebauten Zustand des Hauptkörpers 310 im Wesentlichen vertikal.
Der Hauptkörper 310 weist ferner eine in der ersten Seitenfläche 311 angeordnete erste schlitzförmige Ausnehmung 321, eine in der zweiten Seitenfläche 312 angeordnete zweite schlitzförmige Ausnehmung 322 und eine in der dritten Seitenfläche 313 angeordnete dritte schlitzförmige Ausnehmung 323, die sich bis zur vierten Seitenfläche 314 vollständig durch den Hauptkörper 310 erstreckt. Die dritte schlitzförmige Ausnehmung 323 ist mittig in der dritten und vierten Seitenfläche 313, 314 angeordnet.
Beispielsweise sind die erste, zweite und dritte schlitzförmige Ausnehmung 321, 322, 323 durch Drahterodieren in den Hauptkörper eingebracht. Die Ausnehmungen 321, 322, 323 weisen eine Spaltbreite auf, die ungefähr 1% bis ungefähr 5% der Breite der ersten Seitenfläche 311 entspricht.
Die erste und zweite Ausnehmung 321, 322 erstrecken sich jeweils über die gesamte Breite der ersten und zweiten Seitenfläche 311, 312 und jeweils bis zu einer vorbestimmten Tiefe. Ferner erstrecken sich die erste und zweite Ausnehmung 321, 322 jeweils in einer gemeinsamen ersten Ebene. Die sich durch den Hauptkörper vollständig erstreckende dritte Ausnehmung 323 erstreckt sich in einer zweiten Ebene, die parallel zur ersten Ebene verläuft.
Der Hauptkörper 310 weist ferner eine in der dritten Seitenfläche 313 angeordnete erste Tasche 331, eine in der vierten Seitenfläche 314 angeordnete zweite Tasche 332 (siehe 4), eine in der dritten Seitenfläche 313 angeordnete dritte Tasche 333 und eine in der vierten Seitenfläche 314 angeordnete vierte Tasche 334 (siehe 4) auf. Wie es beispielhaft in den 2 bis 4 gezeigt ist, weisen alle vier Taschen 331, 332, 333, 334 eine zylindrische Form mit kreisrundem Querschnitt auf. In weiteren Ausgestaltungen können jedoch die Taschen 331, 332, 333, 334 zylindrisch mit ovalem Querschnitt, rechteckigem Querschnitt oder jedem beliebigen Querschnitt geformt sein. Die Taschen 331, 332, 333, 334 können beispielsweise in den Körper gefräst, gebohrt, drahterodiert oder anderweitig mechanisch eingeformt sein.
In der 2 ist ferner gezeigt, dass der Hauptkörper 310 jeweils in der Grundfläche 315 und in der Deckfläche 316 angeordnete Befestigungsbohrungen 340 (siehe auch 3) aufweist, die jeweils mit einem Gewinde versehen sein können. Der Hauptkörper 310 ist mittels der Befestigungsbohrungen 340 an der jeweiligen Radachse 312, 314 und an der Federungseinrichtung 316 befestigbar, beispielsweise über Schrauben.
An den Endflächen jeder Tasche 331, 332, 333, 334 ist jeweils ein Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353, 354 (siehe 3 und 4) angebracht, die miteinander elektrisch verbunden sind, beispielsweise in Form einer Wheatstone-Brücke. Die Endflächen der Taschen 331, 332, 333, 334 erstrecken sich im eingebauten Zustand des Hauptkörpers im Wesentlichen vertikal. Die Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353, 354 sind dazu ausgebildet, elastische Verformungen des Hauptkörpers 310 zu erfassen und entsprechende Signale bereitzustellen.
Vor dem Applizieren der Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353, 354 können die Endflächen der Taschen 331, 332, 333, 334 bearbeitet sein, beispielsweise durch eine Säureätzung behandelt sein, damit die Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353, 354 ordentlich angebracht werden können.
In der Deckfläche 316 ist ferner eine vierte Ausnehmung 324 angeordnet, in der sich eine auf einer Platine angebrachte Recheneinheit (in den Zeichnungen nicht explizit dargestellt) befinden kann, die mit den Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353, 354 elektrisch verbunden ist und die von den Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353, 354 erzeugten Signale empfängt. Außerdem ist in der 2 gezeigt, dass der Hauptkörper 310 zumindest eine Zugangsausnehmung 342 aufweisen kann, die einen Zugang in das Innere des Hauptkörpers 310 bereitstellt, um die Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353, 354 mit der Recheneinheit elektrisch zu verbinden.
Die Taschen 331, 332, 333, 334, die vierte Ausnehmung 324 und die Zugangsausnehmung 342 werden nach dem Applizieren der Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353, 354, dem Einbringen der Platine und dem elektrischen Verbinden der Bauteile mit einem Dichtungsmaterial, beispielsweise Silikon oder Polyurethan, vollständig ausgefüllt, damit die Elektronik der Wägevorrichtung 300 vor äußeren Witterungseinflüssen geschützt ist. Alternativ oder zusätzlich können die Taschen 331, 332, 333, 334 durch eine Kappe dichtend geschlossen werden, die in die Taschen 331, 332, 333, 334 eingeklebt oder eingeschweißt werden kann
Der Einfachheit halber sind in den 3 und 4 die Verbindungskanäle, in denen die elektrischen Leitungen zwischen den Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353 354 und der Recheneinheit verlaufen, nicht dargestellt. Auch ist in den 3 und 4 die Zugangsausnehmung 342 nicht gezeigt.
In der 3 ist gezeigt, dass sich die erste Ausnehmung 321 und die dritte Ausnehmung 323 zumindest teilweise überlappen und so einen ersten Überlappungsbereich 361 bilden (siehe gestrichelte Linien). In diesem Überlappungsbereich 361 sind die erste und die zweite Tasche 331, 332 (siehe auch 4) angeordnet, vorzugsweise zentral im ersten Überlappungsbereich 361.
In ähnlicher Weise überlappen sich die zweite Ausnehmung 322 und die dritte Ausnehmung 323 zumindest teilweise und bilden so einen zweiten Überlappungsbereich 362 (siehe gestrichelte Linien). In diesem zweiten Überlappungsbereich 362 sind die dritte und vierte Tasche 333, 334 (siehe auch 4) angeordnet, vorzugsweise zentral im zweiten Überlappungsbereich 362.
Die erste und zweite Ausnehmung 321, 322 haben jeweils eine Tiefe, die ungefähr 30% bis ungefähr 40% der Breite der dritten Seitenfläche 313, gemessen entlang einer Achse von der ersten Seitenfläche 311 zur zweiten Seitenfläche 312, entspricht. Die dritte Ausnehmung 323 hat eine Breite, die ungefähr 65% bis ungefähr 80% der Breite der dritten Seitenfläche 313, gemessen entlang einer Achse von der ersten Seitenfläche 311 zur zweiten Seitenfläche 312, entspricht. Durch die elastische Verformung erfährt der Hauptkörpers 310 zumindest teilweise eine Längenänderung. Die Ausnehmung 323 weist vorzugsweise eine Breite auf, die es den Seitenflächen 311 und 312 ermöglicht, sich zumindest teilweise nach innen zu verformen und somit die Längenänderung auszugleichen.
Die Ausnehmungen 321, 322, 323 ermöglichen es dem Hauptkörper 310, sich unter Einwirkung einer äußeren Kraft, beispielsweise unter Einwirkung der Gewichtskraft des Fahrzeugaufbauanhängers 309, zumindest teilweise elastisch zu verformen. Die Taschen 331, 332, 333, 334 sind hierzu insbesondere im Bereich der größten elastischen Verformungen des Hauptkörpers 310 angeordnet, damit die elastischen Verformungen des Hauptkörpers mit den Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353, 354 erfasst werden können.
Die in den 2 bis 4 dargestellten zylindrischen Taschen 331, 332, 333, 334 mit kreisrundem Querschnitt haben jeweils einen Durchmesser, der kleiner ist als die Breite des ersten und zweiten Überlappungsbereichs 361, 362, gemessen entlang einer Achse von der ersten Seitenfläche 321 zur zweiten Seitenfläche 322. Vorzugsweise entspricht der Durchmesser der zylindrischen Taschen 331, 332, 333, 334 mit kreisrundem Querschnitt ungefähr 5% bis ungefähr 20% der Breite des Hauptkörpers 310, gemessen entlang einer Achse von der ersten Seitenfläche 321 zur zweiten Seitenfläche 322.
Unter Bezugnahme auf die 4 ist gezeigt, dass die zylindrischen Taschen 331, 332, 333, 334 mit kreisrundem Querschnitt jeweils eine Tiefe aufweisen, die zwischen ungefähr 30% und ungefähr 49% der Breite des Hauptkörpers 310, gemessen entlang einer Achse von der dritten Seitenfläche 313 zur vierten Seitenfläche 314, entspricht. Somit verbleibt zwischen den Endflächen der ersten Tasche 331 und der zweiten Tasche 332 und den Endflächen der dritten Tasche 333 und der vierten Tasche 334 jeweils ein Steg. Je kleiner der Steg ist, desto genauer können die elastischen Verformungen gemessen und desto genauer die Gewichtskraft des Fahrzeuganhängeraufbaus 109 ermittelt werden.
Die erste Tasche 331 und die zweite Tasche 332 erstrecken sich, wie in der 4 gezeigt, entlang einer gemeinsamen ersten Achse 337. Die zweite Tasche 333 und die dritte Tasche 334 erstrecken sich, wie in der 4 gezeigt, entlang einer gemeinsamen zweiten Achse 338, die parallel und beabstandet zur ersten Achse 337 verläuft. Im eingebauten Zustand des Hauptkörpers 310 verlaufen die Taschen im Wesentlichen horizontal.
Die in den 2 bis 4 gezeigte Wägevorrichtung 300 basiert auf dem Prinzip eines Doppelscherungsbalkens. Bei Einwirkung einer entlang einer Richtung von der Deckfläche 316 zur Grundfläche 315 verlaufenden Kraft (siehe 2), beispielsweise der Gewichtskraft des Fahrzeuganhängeraufbaus 309, treten im Bereich um die Taschen 331, 332, 333, 334 aufgrund der speziellen Anordnung der Ausnehmungen 321, 322, 323 elastische Verformungen des Hauptkörpers 310 auf. Die elastischen Verformungen des Hauptkörpers 310 sind durch Bereiche, in denen Schubspannungen auftreten, Bereiche, in den Zugspannungen auftreten, und neutrale Fasern gekennzeichnet, die zwischen den Schubspannungsbereichen und Zugspannungsbereich verlaufen. Die neutralen Fasern verlaufen in dem in der 3 gezeigten Beispiel in der Schnittebene IV-IV.
Die Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353, 354 sind derart ausgebildet, dass die im Hauptkörper 310 aufgrund der Gewichtskraft des Fahrzeuganhängeraufbaus 309 erzeugten Scherkräfte gemessen werden, die unabhängig vom Eintrittspunkt in den Hauptkörper 310 sind. Bei Messungen von Zugspannungen im Hauptkörper 310 würde die ermittelte Gewichtskraft durch jede Krafteinwirkung aufgrund von sich ergebenden Hebelwirkungen an den Radachsen 112, 114 und dem Zugholm 122 verfälscht werden.
Die Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353, 352 sind bevorzugt an den neutralen Fasern angeordnet, so dass sowohl die elastischen Verformungen des Hauptkörpers in den Schub- als auch Zugspannungsbereichen erfasst werden können.
Die Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353, 354 erzeugen Signale, die den erfassten elastischen Verformungen entsprechen, und übermitteln die Signale an die Recheneinheit, die daraus ein Lastsignal ermitteln kann, das eine Gewichtskraft des Fahrzeuganhängeraufbaus 109 anzeigt. Die Wägevorrichtung 300 übermittelt dann das Lastsignal an die zentrale Verarbeitungseinheit 202.
Die Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353, 354 werden erst am Hauptkörper 310 angebracht, nachdem der Hauptkörper 310 seine endgültig fertig bearbeitete Gestalt aufweist. Die Dehnungsmessstreifen 351, 352, 353, 354 werden bevorzugt am spannungsfreien Hauptkörper 310 angebracht.
In den 5 bis 7 ist eine Wägevorrichtung 400 gezeigt, die zwischen dem Zugholm 122 und der Kupplungsvorrichtung 124 angeordnet werden kann. Die Wägevorrichtung 400 weist einen einstückigen Hauptkörper 410 auf, der einen ersten plattenförmigen Bereich 411, einen zweiten plattenförmigen Bereich 412 und einen Verbindungsbereich 413 umfasst, der zwischen dem ersten Bereich 411 und dem zweiten Bereich 412 angeordnet ist und den ersten Bereich 411 mit dem zweiten Bereich 412 verbindet. Der Verbindungsbereich 413 weist eine erste Seitenfläche 414 und eine der ersten Seitenfläche 414 gegenüberliegende zweite Seitenfläche 415 auf.
Der erste Bereich 411 ist mit einer Mehrzahl von Befestigungsbohrungen 440 mit Gewinde versehen, über die der Hauptkörper 410 am Zugholm 122 befestigt werden kann, beispielsweise mittels Schrauben. Der zweite Bereich 412 ist ebenfalls mit einer Mehrzahl von Befestigungsbohrungen 440 mit Gewinde versehen, über die der Hauptkörper 410 an der Kupplungsvorrichtung 124 befestigt werden kann, beispielsweise mittels Schrauben.
Der erste und der zweite plattenförmige Bereich 411, 412 weisen jeweils einen ersten Querschnitt auf und der Verbindungsbereich 413 weist einen zweiten Querschnitt auf, der kleiner als der erste Querschnitt ist. Beispielsweise weisen der erste Bereich 411 und der zweite Bereich 412 einen quadratischen Querschnitt mit einer ersten Seitenlänge auf. Der Verbindungsbereich 413 weist einen quadratischen Querschnitt mit einer zweiten Seitenlänge auf, die ungefähr 30% bis ungefähr 70% der ersten Seitenlänge entspricht.
In der 5 ist angedeutet, dass der Verbindungsbereich 413 in quaderförmiger Gestalt bereitgestellt ist. In weiteren Ausgestaltungen kann der Verbindungsbereich 413 in zylindrischer Gestalt mit kreisrundem, ovalen oder sonstigem Querschnitt bereitgestellt werden.
In den 5 bis 7 ist gezeigt, dass der Verbindungsbereich 413 mit einer ersten Tasche 431 und einer zweiten Tasche 432 versehen ist, die an gegenüberliegenden Seiten am Verbindungsbereich 413 angeordnet sind, beispielsweise in der ersten und der zweiten Seitenfläche 414, 415. Im eingebauten Zustand des Hauptkörpers 410 zwischen Zugholm 122 und Kupplungsvorrichtung 124 erstrecken sich die Taschen 331, 332 im Wesentlichen horizontal.
Die Taschen 431, 432 sind am Verbindungsbereich 413 zentral zwischen dem ersten Bereich 411 und dem zweiten Bereich 412 angeordnet (siehe 6). Die Taschen 431, 432 haben beispielsweise eine zylindrische Form mit kreisrundem Durchmesser und erstrecken sich entlang einer gemeinsamen Achse 437 (siehe 7). Der Durchmesser der Taschen 431, 432 entspricht beispielsweise ungefähr 60% bis ungefähr 90% der Höhe des Verbindungsbereichs 431, gemessen entlang einer Achse vom ersten Bereich 411 zum zweiten Bereich 412, entspricht.
An den Endflächen der Taschen 331, 332 ist jeweils ein Dehnungsmessstreifen 351, 352 (siehe 6 und 7) angebracht, die miteinander elektrisch verbunden sind, beispielsweise in Form einer Halbbrücke auf jeder Endfläche oder zwei Viertelbrücken auf jeder Endfläche. Die auf jeder Endfläche bereitgestellten Halbbrücken ergeben zusammen eine Vollbrücke. Die Dehnungsmessstreifen 451, 452 sind dazu ausgebildet, elastische Verformungen des Hauptkörpers 410 zu erfassen und entsprechende Signale bereitzustellen.
Wie bereits bezüglich der Wägevorrichtung 330 ausführlich beschrieben, kann der Hauptkörper 410 ferner eine weitere Ausnehmung (nicht explizit gezeigt) aufweisen, in der sich eine auf einer Platine angebrachte Recheneinheit (nicht explizit dargestellt) befinden kann, die mit den Dehnungsmessstreifen 451, 452 elektrisch verbunden ist und die von den Dehnungsmessstreifen 451, 452 erzeugten Signale empfängt.
Der Einfachheit halber sind in den 6 und 7 die Verbindungskanäle, in denen die elektrischen Leitungen zwischen den Dehnungsmessstreifen 451, 452 und der Recheneinheit verlaufen, nicht dargestellt.
Die Taschen 431, 432 weisen eine entlang der Achse 337 gemessene Tiefe auf, die ungefähr 30% bis ungefähr 49% der Breite des Verbindungsbereichs 413, gemessen entlang einer Achse von der ersten Seitenfläche 414 zur zweiten Seitenfläche 415, entspricht. Vorzugsweise ist der zwischen den Taschen 431, 432 verbleibende Steg so gering wie möglich, damit eine genaue Messung der Gewichtskraft des Fahrzeuganhängeraufbaus 109 ermittelt werden kann.
Die Taschen 431, 432 werden nach dem Applizieren der Dehnungsmessstreifen 451, 452, 453, 454, und dem elektrischen Verbinden der Bauteile mit einem Dichtungsmaterial, beispielsweise Silikon oder Polyurethan, vollständig ausgefüllt, damit die Elektronik der Wägevorrichtung 400 vor äußeren Witterungseinflüssen geschützt ist.
Bei Einwirkung einer Kraft auf z. B. den ersten Bereich 411 in einer Richtung, die senkrecht zur Achse 437 und senkrecht zur eine Achse vom ersten Bereich 411 zum zweiten Bereich 412 ist, treten im Bereich um die Taschen 431, 432 aufgrund der speziellen Ausgestaltung des Verbindungsbereich 413 elastische Verformungen des Hauptkörpers 310 auf. Die elastischen Verformungen des Hauptkörpers 310 sind durch Bereiche, in denen Schubspannungen auftreten, Bereiche, in den Zugspannungen auftreten, und neutrale Fasern gekennzeichnet, die zwischen den Schubspannungsbereichen und Zugspannungsbereich verlaufen. Die neutralen Fasern verlaufen in dem in der 6 gezeigten Beispiel in der Schnittebene VII-VII mittig durch die Taschen 431, 432 (siehe 6).
Die Dehnungsmessstreifen 451, 452 sind bevorzugt an den neutralen Fasern angeordnet, so dass sowohl die elastischen Verformungen des Hauptkörpers in den Schub- als auch Zugspannungsbereichen erfasst werden können.
Die Dehnungsmessstreifen 451, 452 erzeugen Signale, die den erfassten elastischen Verformungen entsprechen, und übermitteln die Signale an die Recheneinheit, die daraus ein Lastsignal ermitteln kann, das eine Stützkraft des Fahrzeuganhängeraufbaus 109 an der Kupplungsvorrichtung 124 anzeigt. Die Wägevorrichtung 400 übermittelt dann das Lastsignal an die zentrale Verarbeitungseinheit 202.
Das Wägesystem 200 der 1 kann unter Aufsummierung der einzelnen Lastsignale der vier Wägevorrichtungen 300 und der Wägevorrichtung 400 die gesamte Gewichtskraft des Fahrzeuganhängeraufbaus 109 ermitteln und dem Bediener in Echtzeit anzeigen. Um das Ladegewicht der sich in der Ladungsaufnahmevorrichtung 104 befindlichen Ladung zu bestimmen, kann das bekannte Leergewicht des Fahrzeuganhängeraufbaus 109 vom Gesamtgewicht subtrahiert werden.
Das erfindungsgemäße Wägesystem 200 kann auch an Nutzfahrzeugen, wie beispielsweise selbstgetriebene Lastkraftwägen, Traktoren, Bagger oder sonstigen selbstgetriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden. Außerdem können das erfindungsgemäße Wägesystem 200 und die erfindungsgemäßen Wägevorrichtungen 300, 400 an jeglichen Fahrzeugen angebracht sein, an denen eine Gewichtsbestimung gewünscht ist. Diese Fahrzeuge können für befestigte Straßen oder für unbefestigte Straßen ausgebildet sein, wie beispielsweise landwirtschaftliche Acker.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung hierin beschrieben worden sind, können Verbesserungen und Modifikationen hierin eingearbeitet sein, ohne vom Schutzbereich der folgenden Ansprüche abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6118083 A [0004]
EP 0686839 A2 [0005]
DE 102011016047 A1 [0006]

Claims

Wägevorrichtung (300) zum Erfassen einer Gewichtskraft eines Fahrzeuganhängeraufbaus (109) eines Fahrzeuganhängers (100), der wenigstens eine Radachse (112, 114) umfasst, auf der der Fahrzeuganhängeraufbau (109) befestigt ist, wobei die Wägevorrichtung (300) aufweist: – einen Hauptkörper (310), der dazu angepasst ist, zwischen der wenigstens einen Radachse (112, 114) und dem Fahrzeuganhängeraufbau (109) befestigt zu werden, wobei der Hauptkörper (310) aufweist: eine sich von einer ersten Seitenfläche (311) des Hauptkörpers (310) nach Innen erstreckende erste schlitzförmige Ausnehmung (321), eine sich von einer der ersten Seitenfläche (311) des Hauptkörpers (310) gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche (312) des Hauptkörpers (310) nach Innen erstreckende zweite schlitzförmige Ausnehmung (322), eine sich von einer dritten Seitenfläche (313) des Hauptkörpers (310) nach Innen erstreckende dritte schlitzförmige Ausnehmung (323), die sich bis zu einer der dritten Seitenfläche (313) des Hauptkörpers (310) gegenüberliegenden vierten Seitenfläche (314) des Hauptkörpers (310) erstreckt, eine erste Tasche (331), die in der dritten Seitenfläche (313) des Hauptkörpers (310) gebildet ist, eine zweite Tasche (332), die in der vierten Seitenfläche (314) des Hauptkörpers (310) gebildet ist, eine dritte Tasche (333), die in der dritten Seitenfläche (313) des Hauptkörpers (310) gebildet ist, und eine vierte Tasche (334), die in der vierten Seitenfläche (314) des Hauptkörpers (310) gebildet ist erstreckt, und – jeweils einen Dehnungsmessstreifen (351, 352, 353, 354), der an der Endfläche der ersten, zweiten, dritten und vierten Tasche (331, 332, 333, 334) angebracht ist, wobei die Dehnungsmessstreifen (351, 352, 353, 354) miteinander elektrisch verbunden und dazu ausgebildet sind, eine elastische Verformung des Hauptkörpers (310) zu erfassen und entsprechende Signale bereitzustellen.
Wägevorrichtung (300) nach Anspruch 1, ferner mit einer am Hauptkörper (310) angebrachten Recheneinheit, die dazu ausgebildet ist, die Signale von den Dehnungsmessstreifen (351, 352, 353, 354) zu empfangen und ein Lastsignal bereitzustellen, das eine Gewichtskraft des Fahrzeuganhängeraufbaus (109) anzeigt.
Wägevorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die erste und die zweite schlitzförmige Ausnehmung (321) im Hauptkörper (310) entlang einer ersten Ebene erstrecken, und sich die dritte schlitzförmige Ausnehmung (323) im Hauptkörper entlang einer zweiten Ebene erstreckt, die parallel zur ersten Ebene ist.
Wägevorrichtung (300) nach Anspruch 3, wobei sich die erste schlitzförmige Ausnehmung (321) und die dritte schlitzförmige Ausnehmung (323) in Projektion relativ zueinander teilweise überlappen, und sich die zweite schlitzförmige Ausnehmung (322) und die dritte schlitzförmige Ausnehmung (323) in Projektion relativ zueinander teilweise überlappen.
Wägevorrichtung (300) nach Anspruch 4, wobei der Überlappungsbetrag der ersten und dritten schlitzförmigen Ausnehmung (321, 323) größer ist als die Breite der Taschen (331, 332, 333, 334), gemessen in einer Richtung parallel zur ersten und zweiten Ebene, und der Überlappungsbetrag der zweiten und dritten schlitzförmigen Ausnehmung (322, 323) größer ist als die Breite der Taschen (331, 332, 333, 334), gemessen in einer Richtung parallel zur ersten und zweiten Ebene.
Wägevorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Taschen (331, 332, 333, 334) jeweils zwischen der ersten und der zweiten Ebene im Hauptkörper (310) mittig in senkrechter Richtung angeordnet sind.
Wägevorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Taschen (331, 332, 333, 334) eine zylindrische Form mit kreisrundem Querschnitt aufweisen.
Wägevorrichtung (300) nach Anspruch 7, wobei die Taschen (331, 332, 333, 334) jeweils einen Durchmesser aufweisen, der ungefähr 5% bis ungefähr 20% der Breite der dritten bzw. vierten Seitenfläche (313, 314) des Hauptkörpers (310), gemessen entlang einer Achse von der ersten Seitenfläche (311) des Hauptkörpers (310) zur zweiten Seitenfläche (312) des Hauptkörpers (310), entspricht.
Wägevorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils die Tiefe der Taschen (331, 332, 333, 334) ungefähr 30% bis ungefähr 49% der Breite der ersten bzw. zweiten Seitenfläche (311) des Hauptkörpers (310), gemessen entlang einer Achse von der dritten Seitenfläche (313) des Hauptkörpers (310) zur vierten Seitenfläche (314) des Hauptkörpers (310), entspricht.
Wägevorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tiefe der sich von der ersten Seitenfläche (311) des Hauptkörpers (310) ins Innere erstreckenden ersten Ausnehmung (321) ungefähr 30% bis ungefähr 40% der Breite der dritten Seitenfläche (313) des Hauptkörpers (310), gemessen entlang einer Achse von der ersten Seitenfläche (312) des Hauptkörpers (310) zur zweiten Seitenfläche (312) des Hauptkörpers (310), entspricht, und die Tiefe der sich von der zweiten Seitenfläche (312) des Hauptkörpers (310) ins Innere erstreckenden zweiten Ausnehmung (322) ungefähr 30% bis ungefähr 40% der Breite der dritten Seitenfläche (313) des Hauptkörpers (310), gemessen entlang einer Achse von der ersten Seitenfläche (311) des Hauptkörpers (310) zur zweiten Seitenfläche (312) des Hauptkörpers (310), entspricht.
Wägevorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Breite der durchgängig dritten Ausnehmung (323) ungefähr 65% bis ungefähr 80% der Breite der dritten Seitenfläche (313) des Hauptkörpers (310), gemessen entlang einer Achse von der ersten Seitenfläche (311) des Hauptkörpers (310) zur zweiten Seitenfläche (312) des Hauptkörpers (310), entspricht.
Wägevorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Recheneinheit auf einer Platine angeordnet ist, die in einer im Hauptkörper (310) gebildeten vierten Ausnehmung (324) angeordnet ist, wobei die vierte Ausnehmung (324) in einer Grundfläche (315) oder einer der Grundfläche (315) gegenüberliegenden Deckfläche (316) des Hauptkörpers (310) gebildet ist.
Wägevorrichtung (400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dehnungsmessstreifen (351, 352, 353, 354) gemäß einer Wheatstone-Messbrücke elektrisch miteinander verbunden sind.
Wägevorrichtung (400) zum Erfassen einer Gewichtskraft eines Fahrzeuganhängeraufbaus (109) eines Fahrzeuganhängers (100), der über eine an einem Zugholm (122) befestigte Kupplungsvorrichtung (124) mit einem Zugfahrzeug lösbar verbunden werden kann, wobei die Wägevorrichtung (400) aufweist: – einen Hauptkörper (410), der dazu angepasst ist, zwischen dem Zugholm (122) und der Kupplungsvorrichtung (124) befestigt zu werden, wobei der Hauptkörper (410) aufweist: einen am Zugholm (122) anbringbaren ersten Bereich (411), einen an der Kupplungsvorrichtung (124) anbringbaren zweiten Bereich (412), einen sich zwischen dem ersten Bereich (411) und dem zweiten Bereich (312) erstreckenden Verbindungsbereich (413), eine im Verbindungsbereich (413) gebildete erste Tasche (431), die in einer ersten Seitenfläche (414) des Verbindungsbereichs (413) gebildet ist, und eine im Verbindungsbereich (413) gebildete zweite Tasche (432), die in einer der ersten Seitenfläche (414) des Verbindungsbereichs (413) gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche (415) des Verbindungsbereichs (413) gebildet ist, und – jeweils einen Dehnungsmessstreifen (451, 452), der an der Endfläche der ersten und zweiten Tasche (451, 452) angebracht ist, wobei die Dehnungsmessstreifen (451, 452) miteinander elektrisch verbunden und dazu ausgebildet sind, eine elastische Verformung des Hauptkörpers (410) zu erfassen und entsprechende Signale bereitzustellen.
Wägevorrichtung (400) nach Anspruch 14 ferner mit einer am Hauptkörper (410) angebrachten Recheneinheit, die dazu ausgebildet ist, die Signale von den Dehnungsmessstreifen (351, 352) zu empfangen und ein Lastsignal bereitzustellen, das eine Gewichtskraft des Fahrzeuganhängeraufbaus (109) anzeigt.
Wägevorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei der erste und zweite Bereich (411, 412) des Hauptkörpers (410) jeweils einen quadratischen Querschnitt mit einer ersten Seitenlänge aufweisen, und der Verbindungsbereich (413) des Hauptkörpers (410) einen quadratischen Querschnitt mit einer zweiten Seitenlänge aufweist, die ungefähr 30% bis ungefähr 70% der ersten Seitenlänge entspricht.
Wägevorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei jeweils die Tiefe der Taschen (431, 432) ungefähr 30% bis ungefähr 49% der Breite des Verbindungsbereichs (413), gemessen entlang einer Achse von der ersten Seitenfläche (414) des Hauptkörpers (410) zur zweiten Seitenfläche (415) des Hauptkörpers (410), entspricht.
Wägevorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Taschen (431, 432) im Verbindungsbereich (413) mittig zwischen dem ersten Bereich (411) und dem zweiten Bereich (412) gebildet sind.
Wägevorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Dehnungsmessstreifen (451, 452) gemäß einer Halbbrückenschaltung elektrisch miteinander verbunden sind.
Wägevorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei die Taschen (431, 432) eine zylindrische Form mit kreisrundem Querschnitt aufweisen, wobei der Durchmesser der Taschen (431, 432) ungefähr 60% bis ungefähr 90% der Höhe des Verbindungsbereichs (413), gemessen entlang einer Achse vom ersten Bereich (411) des Hauptkörpers (410) zum zweiten Bereich (412) des Hauptkörpers (410), entspricht.
Wägesystem (200) zum Erfassen der Gewichtskraft eines Fahrzeuganhängeraufbaus (109) eines Fahrzeuganhängers (100), der wenigstens eine Radachse (112, 114) umfasst, auf der der Fahrzeuganhängeraufbau (109) befestigt ist, wobei das Wägesystem (200) aufweist: – wenigstens zwei Wägevorrichtungen (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, die jeweils zwischen der wenigstens einen Radachse (112, 114) und dem Fahrzeuganhängeraufbau (109) anbringbar sind, und – eine zentrale Verarbeitungseinheit (202), die mit den wenigstens zwei Wägevorrichtungen (300) in Verbindung steht und dazu ausgebildet ist, die von den Wägevorrichtungen (300) erzeugten Signale zu empfangen und daraus die Gewichtskraft des Fahrzeuganhängeraufbaus (109) zu ermitteln.
Wägesystem (200) nach Anspruch 21, ferner mit zumindest einer Wägevorrichtung (400) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, die zwischen einem Zugholm (122) und einer Kupplungsvorrichtung (124) des Fahrzeuganhängers (100), über die der Fahrzeuganhänger (109) mit einem Zugfahrzeug lösbar verbunden werden kann, anbringbar ist und mit der zentralen Verarbeitungseinheit (202) in Verbindung steht.
Fahrzeuganhänger (100) mit: – zumindest einer Radachse (112, 114), – einem an der zumindest einen Radachse (112, 114) angebrachten Fahrzeuganhängeraufbau (109), – einem Zugholm (122) mit einer daran angebrachten Kupplungsvorrichtung (124), und – einem Wägesystem (200) nach einem der Ansprüche 21 oder 22.