DE3939007A1 - Vorrichtung zur bestimmung des gewichtes von fahrzeugen und deren zuladung - Google Patents

Description

Die Erfindung ist eine in ein Fahrzeug fest einbaubare Vorrich­ tung, mit der das Gewicht von Fahrzeugaufbau und Zuladung bestimmt werden kann.

Es sind Waagen bekannt, mit denen das Gewicht von Fahrzeugen be­ stimmt werden kann. Diese Waagen sind jedoch getrennt vom Fahrzeug anwendbar und stehen daher nicht ohne zusätzlichen Aufwand jeder­ zeit und überall zur Verfügung. Eine ständige Gewichtskontrolle ist aber notwendig, wenn beispielsweise die tatsächliche Motor­ leistung aus der Fahrzeugbeschleunigung und dem Fahrzeuggewicht während der Fahrt gemessen und angezeigt werden soll, wenn das Lastwechselverhalten bei schnellen Kurvenfahrten untersucht oder bei häufigem Be- und Entladen von schweren Lasten unterwegs die Achslast oder die Stützlast an der Anhängerkupplung gemessen werden soll, ohne daß hierfür zusätzliche und gesondert mitzufüh­ rende Vorrichtungen verwendet werden sollen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gewichtsmeß- und -anzeigevorrichtung zu schaffen, die in ein Fahrzeug fest eingebaut ist, mit der das Gewicht eines Fahrzeuges beispielsweise auch während der Fahrt bestimmt werden kann und die ohne zusätz­ lichen Raumbedarf jederzeit zur Verfügung steht.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Wiegevorrichtung ge­ löst, die als Meßfühler oder Geber elektromechanische Wandler auf­ weist, welche an den Aufhängungs- bzw. Auflagepunkten der Karos­ serie auf dem Fahrwerk zwischen Rahmen und Fahrwerk fest eingebaut sind. Das Gewicht von Karosserie und Zuladung wird durch die im Fahrzeug fest eingebauten Meßeinrichtungen an den Punkten gemessen, an denen die Karosserie tragend am Fahrwerk aufgehängt ist bzw. auf diesem aufliegt.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung weist elektromechanische Wandler auf, welche das Gewicht von Karosserie und Zuladung tragen; daraus kann durch Addition des konstanten Gewichtes des darunterliegenden Fahrwerkes das Fahrzeuggewicht oder auch eine einzelne Achs- oder Radlast sogar während der Fahrt gemessen werden. Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung bestehen darin, daß die fest eingebaute Vorrichtung stets mitgeführt wird und ohne weiteren Aufwand jederzeit einsatzbereit ist, ohne zusätzlichen Raum zu beanspruchen und ohne daß die Vor­ richtung gesondert aufgestellt und bedient werden muß.

Die elektronische Signalverarbeitung mit einer ähnlich trägen Meß­ elektronik wie bei Füllstandsanzeigen in Kraftfahrzeugen mittelt Schwankungen auf unebener Fahrbahn hinweg. Starke Fahrwerksstöße können durch induktive Signaldifferentiation als Signalsprung er­ kannt und aus der elektronischen Signalverarbeitung ausgekoppelt werden.

In Personenkraftfahrzeugen werden Federbeine oder Zusammenset­ zungen von Stoßdämpfern und Federn benutzt, die das Hauptgewicht des Fahrzeuges tragen und meist annähernd senkrecht eingebaut sind, so daß die senkrechte Achslast hier am besten meßbar ist. Zur Messung der auf der Achse lagernden Gewichtskraft wird ein Wandler der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung an jedem Hauptauf­ lage- oder -aufhängepunkt zwischen dem Fahrwerk und der Karos­ serie eingebaut. Bevorzugt hierfür ist die Stelle, an der das obere Ende des Federbeines mit der Karosserie verschraubt wird; die Meßeinrichtung der Gewichtsmeßvorrichtung wird erfindungsgemäß an dieser Stelle als ein Zwischenstück zwischen dem Federbein und der Karosserie in das Fahrzeug eingebaut. Ebenfalls möglich ist der Einbau der Meßeinrichtung an allen jenen Punkten, an denen die auf der Achse liegende Last meßbar ist; dies sind insbesondere Federbeinteller, die Auflageteller der Feder und andere Punkte, an denen das Fahrzeuggewicht auf der Achse aufliegt.

Um eine feste Verbindung zwischen Fahrwerk und Karosserie zu er­ reichen, werden die verbindenden Teile mit großem Anpreßdruck mon­ tiert. Werden an diesen Stellen die Geber der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingebaut, so sind sie daher einem zusätzlichen Druck ausgesetzt, der durch den montagebedingten Anpreßdruck verursacht wird.

Die Meßeinrichtung muß daher für jeden Geber auf eine Nullmarke für das Fahrzeuggewicht eingestellt werden. Diese Nullstellung wird gemessen, indem die Fahrzeugachse durch Anheben des Fahr­ zeuges entlastet wird. Ein zweiter, für eine Eichung notwendiger Meßwert ergibt sich aus dem bekannten Gewicht der vollständig ent­ ladenen Fahrzeugkarosserie, das in einer zweiten Messung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemessen werden kann. Mit diesen beiden Meßwerten ist die Vorrichtung stets leicht eichbar und die Eichung bei Bedarf kontrollierbar.

Typbedingt weisen die meisten Fahrzeuge an den für den Einbau des Gebers der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeigneten Stellen ver­ schiedene Formgebungen auf. Um dennoch in möglichst vielen Fahr­ zeugen einen einheitlichen Geber verwenden zu können, wird dieser erfindungsgemäß zwischen zwei auswechselbaren parallelen Deck­ platten gelagert, welche für den betreffenden Fahrzeugtyp passend ausgeformt wird. Dadurch kann die Vorrichtung nicht nur von einem Fahrzeug in ein völlig anderes übernommen, sondern gleichartig auch in Fahrzeugen mit beispielsweise verschiedenen Federungsarten gleichermaßen verwendet werden. Es brauchen lediglich die an den Fahrzeugtyp und die Einbaustelle angepaßten Deckplatten ausge­ tauscht zu werden, zwischen denen der Geber gelagert ist.

Die erfindunsgemäße Vorrichtung weist Meßeinrichtungen in Form von elektromechanischen Wandlern zur Wandlung des mechanischen, durch das Fahrzeuggewicht ausgeübten Druckes in eine elektrische Spannung auf. Der Wert dieser Spannung wird einer Rad- oder Achs­ last zugeordnet und diese auf der Anzeigeeinrichtung beispiels­ weise an der Armaturentafel angezeigt. Hierbei ist erfindungs­ gemäß sowohl die getrennte Anzeige der Achslasten als auch deren Summierung zum Gesamtgewicht möglich. Die Ziffernanzeige der ein­ zelnen Rad- oder Achslasten am Armaturenbrett eignet sich auch als zusätzliche Angabe in Fahrzeugkontrollanzeigen mit an einem Fahr­ zeugschema angebrachten Signaleinrichtungen: Hierbei kann an jedem Rad die Einzellast, achsweise die Achslast und auch die Gesamtlast des Fahrzeugs angezeigt werden. Aus der Gesamtlast kann die Stütz­ last an der Anhängerkupplung abgelesen werden, die sich aufgrund des Drehmomentes um die Hindernisse auf beide Achsen verteilt.

Genauso wichtig wie die Stützlast ist beim Fahrzeuggespann jedoch auch die Anhängelast. Diese ist ohne eine gesonderte Wiege­ einrichtung, die nicht in jedem Fahrzeuggespann zur Verfügung steht, jedoch nicht zu messen. Daher gibt es immer wieder Probleme insbesondere mit Wohnwagenanhängern, die zur Beförderung des Urlaubsgepäckes mitbenutzt werden. Dabei werden sehr oft, wie sich bei Verkehrskontrollen immer wieder zeigt, die zulässigen Gesamt­ gewichte aus Unkenntnis, weil keine Möglichkeit der Gewichtsbe­ stimmung besteht, beträchtlich überschritten. Die Folge ist eine beträchtliche Beeinträchtigung der Verkehrssicherheit, die zumeist nicht erkannt werden kann.

Dieses Problem wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gelöst. Wenn der Anhänger eine erfindungsgemäße Gewichtsmeßvorrichtung aufweist, so kann dessen Gesamtgewicht entweder direkt abgelesen oder das Meßsignal über das Verbindungskabel auf das Zugfahrzeug übertragen werden, falls dieses ebenfalls über eine erfindungs­ gemäße Vorrichtung verfügt. In diesem Falle können nicht nur Stütz- und Anhängelast, sondern sogar ein Verschieben der Ladung im Anhänger angezeigt werden, weil sich durch die Schwerpunktver­ schiebung Stütz- und Anhängelast oder die Radlasten um genau den gleichen Betrag ändern.

Auch bei Flugzeugen kann durch Messung mit einer erfindungsgemäßen Gewichtsmeßvorrichtung, die am Fahrwerk fest eingebaut ist, das Flugzeuggewicht bestimmt und angezeigt werden.

Die Erfindung soll anhand einiger erster Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

In einem ersten Ausführungsbeispiel ist der elektromechanische Wandler als Meßwertgeber ein druckempfindliches Element aus einem druckempfindlichen Halbleiter oder einem piezoelektrischen Kristall, das zwischen der Fahrwerksfeder und dem Auflagepunkt der Karosserie eingebaut wird. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Deckplatten oder -schalen mit fahrzeugtypbedingter Ausformung, zwischen denen der Wandler beim Einbau gelagert wird, verhindert, daß der formstabile Wandler durch die an dieser Stelle auftre­ tenden kräftigen Stöße und starken, schnellen Druckänderungen zer­ stört wird. Geber und/oder Deckplatten sind ring- oder schalen­ förmig mit einer mittigen Aussparung zum Aufstecken auf eine Gewindestange ausgebildet.

In weiteren Ausführungsformen wird ein elektromechanischer Wandler verwendet, der formveränderlich ist und daher durch starke Stöße nicht zerstört werden kann.

In einem ersten Ausführungsbeispiel hierzu ist der elektromecha­ nische Wandler ein Kondensator, zwischen dessen Kondensatorplatten sich ein kompressibles Dielektrikum befindet. Durch Druckänderung beispielsweise aufgrund einer zusätzlichen Gewichtszuladung wird das Dielektrikum zusammengepreßt, so daß sich der Abstand zwischen den Kondensatorplatten ändert. Dadurch ergibt sich eine Kapazitätsänderung, die gemessen werden kann und ein Maß für den Druck bzw. das Gewicht ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gewichts­ meßvorrichtung werden die Gewichtskräfte nicht direkt auf den elektromechanischen Wandler, sondern auf einen zwischen Fahrwerk und Karosserie eingebauten, mit Gas und/oder Flüssigkeit be­ füllten, deformierbaren Vorratsbehälter übertragen, der mit dem Meßgeber der erfindungsgemäßen Gewichtsmeßvorrichtung verbunden ist. Das Fahrzeuggewicht bewirkt einen Druck innerhalb des Gas- und/oder Flüssigkeitsvolumens, der mit dem elektromechanischen Wandler der erfindungsgemäßen Gewichtsmeßvorrichtung gemessen werden kann und der ein Maß für das auf dem Behälter aufliegende Fahrzeuggewicht ist.

Deformierbare, gasbefüllte Behälter sind als Niveaulift für Kraft­ fahrzeuge bekannt, mit denen verschieden schwere Lasten trans­ portiert werden sollen. An das Gasvolumen des Behälters kann der elektromechanische Wandler der erfindungsgemäßen Gewichtsmeßein­ richtung angeschlossen werden, so daß der Gasdruck im Behälter ge­ messen wird.

Um Beschädigungen des Behälters und des angeschlossenen Wandlers durch starke Stöße zu vermeiden, ist eine umgebende steife Schutz­ manschette vorgesehen, in welcher der Behälter eingebettet ist. Diese Manschette bewirkt, daß der Behälter nur zu einem gewissen Grad deformierbar ist, weil er sich nur soweit zusammenpressen läßt, bis die Manschette aufstößt und weiteres Zusammenpressen verhindert wird. Liegt die Manschette eng an, so wird auch ein Ausweichen der Behälterwände nach außen vermieden, so daß sich der Druck voll auf das Innere des Behälters überträgt. Soll das Volumen komprimierbar sein, so muß wenigstens ein Teil der Befül­ lung aus einem gasförmigen Stoff bestehen, so daß die Volumenände­ rung auf die Gasblase übertragen wird. Das Volumen der Gasblase ist daher vorzugsweise mindestens so groß wie die größtmögliche Volumenänderung des Behälters durch Belastung. Eine Zusammen­ setzung von Gas und Flüssigkeit bietet den Vorzug, daß der Behälter nur wenig zusammengedrückt werden kann, so daß er relativ stabil, dabei wegen der teilweisen Gasbefüllung aber komprimierbar ist.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Gewicht des auf der Fahrzeugachse aufliegenden Fahrzeugaufbaues dadurch bestimmt, daß der Abstand zwischen Achse und darauf federnd abgestütztem Aufbau oder wesentlichen Teilen davon bestimmt wird, wobei der Abstand ein Maß für das auf der Achse aufliegende, federnd abgestützte Gewicht ist. Eine Abstandsänderung wird als Längenänderung mit einem Meßfühler der erfindungsgemäßen Gewichtsmeßvorrichtung ge­ messen.

Um eine Längenänderung mit einem elektromechanischen Wandler messen zu können, sind in einem ersten Ausführungsbeispiel hierzu längs der Achse der Abstandsänderung, also beispielsweise parallel zu einer Spiralfeder, zwei sich gegenseitig überlappende, anein­ ander parallel vorbeigeführte Laschen oder Stäbe angebracht, wobei die obere an der Oberseite fest mit dem Aufbau und die untere an der Unterseite fest mit der Fahrzeugachse verbunden ist. Eine Gewichtsbelastung führt daher dazu, daß der Grad der Überlappung wächst. Sind die beiden freien, sich überlappenden Enden bei­ spielsweise mit einer Feder verbunden, so bewirkt eine Zuladung ein Anwachsen des überlappenden Bereiches und daher einen Zug an der Verbindungsfeder, der mit einem elektromechanischen Wandler gemessen werden kann und der ein Maß für die Zuladung ist.

Die Abstandsmessung kann aber auch mit Schiebe- oder Drehpotentio­ metern vorgenommen werden, deren Regler durch eine mechanische Übertragung der Längenänderung angetrieben werden.

Claims (14)

1. Gewichtsmeßvorrichtung zur Messung des Gewichtes von Fahrzeugen und deren Zuladung, gekennzeichnet durch einen Satz von Druckmeß­ fühlern, die an allen Auflage- und Aufhängungspunkten der Karos­ serie zwischen Fahrwerk und Fahrzeugrahmen einbaubar sind, so daß sie den am jeweiligen Auflage- oder Aufhängungspunkt durch das Gewicht von Karosserie und Zuladung auf das Fahrwerk ausgeübten Druck messen.

2. Gewichtsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichts- bzw. Druckmeßfühler elektromechanische Wandler zur Wandlung des durch die Gewichtskraft ausgeübten Druckes in eine elektrische Spannung sind.

3. Gewichtsmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanischen Wandler druckempfindliche Halbleiter­ elemente sind.

4. Gewichtsmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanischen Wandler piezoelektrische Kristalle sind.

5. Gewichtsmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßfühler an einem Aufhängungs­ punkt der Karosserie zwischen einer wenigstens zweiteiligen, schalen-, ring-, scheiben- oder plattenförmigen Deck- oder Schutz­ verkleidung entsprechend der Auflageflächen an der betref­ fenden Einbaustelle ausgeformt ist, so daß an allen verschieden geformten Einbaustellen gleichartige Meßfühler zwischen den form­ angepaßten Deckplatten in das Fahrzeug eingebaut werden können.

6. Gewichtsmeßvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler oder elektromechanische Wandler ein Kondensator ist, zwischen dessen Platten oder Folien sich ein kompressibles Dielektrikum befindet, welches sich bei Belastung zusammendrücken läßt, so daß aus der Gewichts- oder Druckänderung aufgrund der Abstandsänderung zwischen den Kondensatorplatten oder -folien eine meßbare Kapazitätsänderung resultiert.

7. Gewichtsmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewichts- oder Druckmeßfühler an ein gas- und/oder flüssigkeitsbefülltes Kissen oder Schlauch angeschlossen ist, welcher an den Aufhängungspunkten der Karos­ serie am Fahrwerk so eingebaut ist, daß der durch das Fahrzeug­ gewicht ausgeübte Druck auf den kissen- oder schlauchförmigen Behälter und von dort auf den Druckmeßfühler übertragen wird.

8. Gewichtsmeßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gas- oder flüssigkeitsbefüllte, kissen- oder schlauch­ förmige Behälter von einer steifen Schutzmanschette umgeben wird, die weniger hoch ist als der kompressible Behälter, so daß der Behälter nur soweit zusammengedrückt werden kann, bis die Schutz­ manschette beidseits aufstößt.

9. Gewichtsmeßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzmanschette ganz oder teilweise eine Spiralfeder ist.

10. Gewichtsmeßvorrichtung für Fahrzeuge, gekennzeichnet durch Ab­ standsmeßfühler, die an einer Rad- oder Achsaufhängung den Abstand zwischen Achse und Karosserie oder Rahmen messen.

11. Gewichtsmeßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abstandsmeßfühler zwei parallel zueinander geführte, sich überlappende, übereinander stehende Laschen oder Stäbe aufweisen, von denen der obere mit dem Fahrzeugrahmen und der untere mit der Fahrzeugachse verbunden sind.

12. Gewichtsmeßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die freien Enden der Laschen oder Stäbe mit einer Feder verbunden sind, deren Federspannung als Maß für die Größe des Überlappungsbereiches mit einem elektromechanischen Wandler gemessen wird.

13. Gewichtsmeßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stellung der beiden Laschen oder Stäbe zuein­ ander auf elektromechanische Wandler übertragen wird.

14. Gewichtsmeßvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanischen Wandler elektrische Schiebe- oder Drehpotentiometer sind, deren Regler durch eine mechanische Übertragung der Relativbewegung der beiden Laschen oder Stäbe zueinander angetrieben werden.