DE102006057327B4 - Measuring device for semi-trailer forces - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung der Aufliegerkräfte an einer Sattelkupplung eines Sattelzuges (1), wobei der Sattelzug (1) eine Sattelzugmaschine (2) mit Rahmen (5) und daran befestigter Sattelkupplung (8) sowie einen über die Sattelkupplung (8) mit dem Rahmen (5) der Sattelzugmaschine (1) verbundenen Sattelauflieger (3) umfasst, mit einem Basiselement (10), das zur Befestigung am Rahmen (5) der Sattelzugmaschine (1) ausgebildet ist, und mit einer an dem Basiselement (10) befestigten Sattelplatte (23), in der eine Aufnahmeöffnung (25) zur Aufnahme eines Königszapfens (9) des Sattelaufliegers (3) ausgebildet ist, wobei zwischen der Sattelplatte (23) und dem Basiselement (10) zumindest zwei 3-Komponenten-Kraftmesselemente (12) angeordnet sind, mit denen jeweils die bei einer Bewegung der Sattelplatte (23) auf das Basiselement (10) übertragenen Kräfte messbar sind, und wobei die 3-Komponenten-Kraftmesselemente (12) seitlich nebeneinander angeordnet sind und jeweils ein 3-Komponenten-Kraftmesselement (12) auf einer und ein anderes 3-Komponenten-Kraftmesselement (12) auf der anderen Seite einer im Wesentlichen durch die Aufnahmeöffnung (25) verlaufenden Längsachse der Sattelzugmaschine (2) liegt.Device for determining the semitrailer forces on a fifth wheel of a semitrailer (1), the semitrailer (1) comprising a tractor (2) with frame (5) and fifth wheel (8) attached thereto and one via the fifth wheel (8) to the frame (5) ) of the semitrailer tractor (1), comprising a base element (10) which is designed to be fastened to the frame (5) of the semitrailer tractor (1) and a fifth wheel (23) fastened to the base element (10). in which a receiving opening (25) for receiving a king pin (9) of the semitrailer (3) is formed, wherein between the fifth wheel plate (23) and the base element (10) at least two 3-component force measuring elements (12) are arranged with in each case the forces transmitted to the base element (10) during a movement of the fifth wheel plate (23) can be measured, and wherein the three-component force measuring elements (12) are arranged laterally next to one another and in each case a 3-component force tmesselement (12) on one and another 3-component force measuring element (12) on the other side of a substantially through the receiving opening (25) extending longitudinal axis of the tractor unit (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Aufliegerkräfte an einer Sattelkupplung eines Sattelzuges, wobei der Sattelzug eine Sattelzugmaschine mit Rahmen und daran befestigter Sattelkupplung sowie einen über die Sattelkupplung mit dem Rahmen der Sattelzugmaschine verbundenen Sattelauflieger umfasst.The present invention relates to a device for determining the semitrailer forces on a fifth wheel of a semitrailer, the semitrailer comprises a tractor with frame and mounted fifth wheel and a connected via the fifth wheel to the frame of the tractor semitrailer.

Die an der Sattelkupplung auftretenden Sattelaufliegerkräfte und die daraus resultierenden Momente stellen für eine Sattelzugmaschine die wesentlichen Belastungen dar. Auf die Sattelkupplung wirkt die gesamte dynamische Kraft zwischen der Sattelzugmaschine und dem Sattelauflieger, die während des Betriebs der Sattelzugmaschine erzeugt wird. Für die Auslegung der Sattelkupplung sowie deren Tragstruktur, die durch den Rahmen der Sattelzugmaschine gebildet wird, ist daher eine Kenntnis dieser Belastungen wesentlich, damit eine sicherheitskritische Unterdimensionierung aber auch eine mit erhöhten Kosten verbundene Überdimensionierung vermieden werden kann.The semitrailer forces occurring at the fifth wheel coupling and the resulting moments constitute the essential loads for a tractor. The fifth wheel clutch acts on the entire dynamic force between the tractor and the semitrailer, which is generated during operation of the tractor. For the design of the fifth wheel and its support structure, which is formed by the frame of the tractor, therefore, a knowledge of these loads is essential so that a safety-critical undersizing but also an associated with increased costs over-dimensioning can be avoided.

Die Auslegung der Sattelkupplung sowie deren Tragstruktur basiert bisher auf Versuchen und Erfahrenswerten. Eine systematische Erfassung der Belastungen und daraus resultierend eine fundierte Festlegung der entsprechenden Dimensionen und sonstiger Auslegungen der Sattelkupplung sowie deren Tragstruktur ist bisher nicht bekannt. Dies führt dazu, dass einerseits die Gefahr besteht, dass die Sattelkupplung bzw. deren Tragstruktur unterdimensioniert werden, was im schlimmsten Fall zu einem Bruch der Sattelkupplung oder deren Tragstruktur und damit verbunden zu einem Unfall des Sattelzuges führen kann. Eine entsprechende Überdimensionierung führt andererseits zu erhöhten Kosten und darüber hinaus zu einem erhöhten Gewicht der Sattelzugmaschine, was ebenfalls unerwünscht ist.The design of the fifth wheel and its support structure is based on experiments and experience. A systematic recording of the loads and the resulting sound definition of the appropriate dimensions and other interpretations of the fifth wheel and its support structure is not yet known. This means that on the one hand there is a risk that the fifth wheel or its support structure are undersized, which in the worst case may lead to breakage of the fifth wheel or its support structure and, associated therewith, to an accident of the tractor. On the other hand, a corresponding oversizing leads to increased costs and, moreover, to an increased weight of the semitrailer tractor, which is likewise undesirable.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Aufliegerkräfte an einer Sattelkupplung eines Sattelzuges anzugeben, mit der eine fundierte Aussage über die an der Sattelkupplung im Betrieb bei angekuppeltem Sattelauflieger wirkenden Belastungen getroffen werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a device for determining the semitrailer forces on a fifth wheel of a semitrailer, with which a sound statement can be made about the forces acting on the fifth wheel in operation with coupled semi-trailer loads.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die ein Basiselement umfasst, das zur Befestigung am Rahmen der Sattelzugmaschine ausgebildet ist, sowie eine an dem Basiselement befestigte Sattelplatte umfasst, in der eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme eines Königszapfens des Sattelaufliegers ausgebildet ist, wobei zwischen der Sattelplatte und dem Basiselement zumindest zwei 3-Komponenten-Kraftmesselemente angeordnet sind, mit denen jeweils die bei einer Bewegung der Sattelplatte auf das Basiselement übertragenen Kräfte messbar sind, und wobei die 3-Komponenten-Kraftmesselemente seitlich nebeneinander angeordnet sind und jeweils ein 3-Komponenten-Kraftmesselement auf einer und ein anderes 3-Komponenten-Kraftmesselement auf der anderen Seite einer im Wesentlichen durch die Aufnahmeöffnung verlaufenden Längsachse der Sattelzugmaschine liegt.This object is achieved with a device of the type mentioned above, which comprises a base member which is designed for attachment to the frame of the tractor and a fixed to the base member fifth wheel plate, in which a receiving opening is formed for receiving a kingpin of the semitrailer, wherein at least two 3-component force measuring elements are arranged between the fifth wheel plate and the base element, with which in each case the forces transmitted to the base element during movement of the fifth wheel plate are measurable, and wherein the three-component force measuring elements are arranged laterally next to one another and Component force measuring element on one and another 3-component force measuring element on the other side of a substantially extending through the receiving opening longitudinal axis of the tractor.

Erfindungsgemäß wird somit erstmals eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, mit der die Aufliegerkräfte an einer Sattelkupplung eines Sattelzuges gemessen werden können, wie sie im Betrieb bei angekuppeltem Sattelauflieger tatsächlich auftreten. Durch die Ausbildung des Basiselements derart, dass dieses anstelle der Sattelkupplung am Rahmen der Sattelzugmaschine befestigt werden kann, sowie durch die Möglichkeit, den Sattelauflieger mit seinem Königszapfen, wie bei vorhandener Sattelkupplung, an der Sattelplatte zu befestigen, werden realistische Bedingungen geschaffen, die eine Ermittlung von der Praxis entsprechenden Messwerten ermöglichen.According to the invention, a device is thus provided for the first time, with which the semitrailer forces can be measured on a fifth wheel of a semitrailer, as they actually occur in operation with coupled semitrailer. The design of the base member so that it can be attached to the frame of the tractor instead of the fifth wheel, as well as the ability to attach the semi-trailer with its kingpin, as with existing fifth wheel to the fifth wheel, realistic conditions are created, the determination allow for practical measurements.

Die ermittelten Aufliegerkräfte und die daraus abgeleiteten Drehmomente können als Eingangsgrößen für experimentelle Betriebsfestigkeitsuntersuchungen, Simulationen und Lebensdauerberechnungen herangezogen werden. Mit der Erfindung ist es somit erstmals möglich, die Auslegung der Sattelkupplung sowie der Tragstruktur nicht nur auf Erfahrungswerte, sondern auf den Praxisbedingungen entsprechende, gemessene Werte zu stützen.The determined semi-trailer forces and the resulting torque can be used as input variables for experimental fatigue investigations, simulations and lifetime calculations. With the invention, it is thus possible for the first time to base the design of the fifth wheel as well as the support structure not only on empirical values, but also on measured values corresponding to the practical conditions.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die 3-Komponenten-Kraftmesselemente jeweils zum Messen von drei senkrecht aufeinander stehenden Kraftkomponenten der übertragenen Kräfte ausgebildet. Über die gemessenen Kraftkomponenten können zusätzlich die entsprechenden drei Drehmomente ermittelt werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the 3-component force measuring elements are each designed to measure three mutually perpendicular force components of the transmitted forces. In addition, the corresponding three torques can be determined via the measured force components.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die 3-Komponenten-Kraftmesselemente im Wesentlichen entlang einer senkrecht zur Längsachse der Sattelzugmaschine verlaufenden Horizontallinie angeordnet. Die 3-Komponenten-Kraftmesselemente liegen somit in einer Horizontalebene, so dass die Ermittlung der resultierenden Kräfte und Momente besonders einfach durchgeführt werden kann.According to a preferred embodiment of the invention, the 3-component force measuring elements are arranged substantially along a plane perpendicular to the longitudinal axis of the tractor unit horizontal line. The 3-component force measuring elements are thus in a horizontal plane, so that the determination of the resulting forces and moments can be carried out particularly easily.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Sattelplatte und dem Basiselement eine Trägerkonsole angeordnet, über die die Sattelplatte mit dem Basiselement verbunden ist, wobei die Sattelplatte an der Trägerkonsole um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert ist und die 3-Komponenten-Kraftmesselemente zwischen der Trägerkonsole und dem Basiselement angeordnet sind.According to a further preferred embodiment of the invention, a support bracket is arranged between the fifth wheel plate and the base member, via which the fifth wheel plate is connected to the base member, wherein the fifth wheel plate is pivotally mounted on the support bracket about a pivot axis and the 3-component force measuring elements between the support bracket and the base member are arranged.

Durch das Vorsehen einer zwischengelagerten Trägerkonsole ist es möglich, dass zum einen die Sattelplatte verschwenkbar ausgebildet ist, um die in der Praxis ebenfalls vorhandene Verschwenkbarkeit der Auflageplatte einer Sattelkupplung nachzubilden, und dass zum anderen die 3-Komponenten-Kraftmesselemente so zwischen die Trägerkonsole und das Basiselement eingebracht wird, dass die bei einer Bewegung der Sattelplatte auftretenden Kräfte von den 3-Komponenten-Kraftmesselementen erfasst werden können. By providing an intermediate support bracket, it is possible that on the one hand, the fifth wheel plate is pivotable to simulate the present in practice also present pivotability of the support plate of a fifth wheel, and that on the other, the 3-component force measuring elements so between the support bracket and the base member is introduced, that the forces occurring during a movement of the fifth wheel plate can be detected by the 3-component force measuring elements.

Vorteilhaft verläuft die Horizontallinie parallel zur Schwenkachse und fällt insbesondere mit dieser zusammen. In diesem Fall können zwar keine Momente um die Schwenkachse bestimmt werden, was jedoch bei einer freien Verschwenkbarkeit der Sattelplatte um die Schwenkachse auch nicht erforderlich ist.Advantageously, the horizontal line is parallel to the pivot axis and coincides in particular with this. In this case, although no moments can be determined about the pivot axis, but this is not required for a free pivoting of the fifth wheel plate about the pivot axis.

Bevorzugt ist die Sattelplatte mit der Trägerkonsole über zumindest ein elastisches Auflager verbunden. Durch dieses elastische Auflager kann beispielsweise in einer Richtung senkrecht zur Schwenkachse der Sattelplatte eine quasi starre Verbindung zwischen Sattelplatte und Trägerkonsole geschaffen werden, über die Kräfte von der Sattelplatte auf die Trägerkonsole und damit zu den 3-Komponenten-Kraftmesselementen übertragen werden können. Das elastische Auflager kann dabei beispielsweise durch entsprechende Gummielemente oder sonstige geeignete elastische Elemente gebildet werden.Preferably, the fifth wheel plate is connected to the carrier bracket via at least one elastic support. By this elastic support, for example, in a direction perpendicular to the pivot axis of the fifth wheel plate, a quasi-rigid connection between the fifth wheel plate and support bracket can be created, can be transmitted via the forces of the fifth wheel plate on the support bracket and thus to the 3-component force measuring elements. The elastic support can be formed for example by appropriate rubber elements or other suitable elastic elements.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die 3-Komponenten-Kraftmesselemente unter Vorspannung zwischen der Trägerkonsole und dem Basiselement angeordnet. Aufgrund der Vorspannung werden die 3-Komponenten-Kraftmesselemente zwischen der Trägerkonsole und dem Basiselement eingeklemmt. Durch die Vorspannung wird aufgrund der auftretenden Reibungskräfte zwischen den 3-Komponenten-Kraftmesselementen und der Trägerkonsole bzw. dem Basiselement erreicht, dass von den 3-Komponenten-Kraftmesselementen nicht nur Kräfte in Klemmrichtung, sondern auch senkrecht dazu aufgenommen werden können.According to a further advantageous embodiment of the invention, the 3-component force measuring elements are arranged under prestress between the carrier bracket and the base element. Due to the bias, the 3-component force sensing elements are clamped between the carrier bracket and the base member. As a result of the prestressing, due to the frictional forces occurring between the 3-component force-measuring elements and the carrier bracket or the base element, not only forces in the clamping direction but also perpendicularly thereto can be absorbed by the 3-component force measuring elements.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Trägerkonsole gegenüber dem Basiselement beabstandet. Trägerkonsole und Basiselement sind somit lediglich über die vorgespannten 3-Komponenten-Kraftmesselemente miteinander verbunden, so dass gewährleistet ist, dass der Kraftfluss ausschließlich über die 3-Komponenten-Kraftmesselementen verläuft.According to a further advantageous embodiment of the invention, the carrier console is spaced from the base element. Carrier console and base element are thus connected to each other only via the preloaded 3-component force measuring elements, so that it is ensured that the power flow runs exclusively on the 3-component force measuring elements.

Bevorzugt sind zwischen der Sattelplatte und dem Basiselement vier 3-Komponenten-Kraftmesselemente angeordnet. Durch die Anordnung von vier 3-Komponenten-Kraftmesselementen eindeutig die an der Sattelkupplung auftretenden Kräfte und Drehmomente in allen möglichen Richtungen erfassbar.Preferably, four 3-component force measuring elements are arranged between the fifth wheel plate and the base element. The arrangement of four 3-component force measuring elements clearly detects the forces and torques occurring on the fifth wheel in all possible directions.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die 3-Komponenten-Kraftmesselemente symmetrisch um die Aufnahmeöffnung herum angeordnet. Aufgrund der symmetrischen Anordnung ist eine einfache Auswertung der gemessenen Kräfte sowie eine Bestimmung der entsprechenden Drehmomente in beliebigen ortsfesten Punkten möglich.According to another preferred embodiment of the invention, the 3-component force measuring elements are arranged symmetrically around the receiving opening. Due to the symmetrical arrangement, a simple evaluation of the measured forces as well as a determination of the corresponding torques in any stationary points is possible.

Bevorzugt sind die 3-Komponenten-Kraftmesselemente als 3-axiale piezoelektrische Sensoren ausgebildet. Durch die 3-axialen piezoelektrischen Sensoren werden die aufgenommenen Kräfte in entsprechende elektrische Messsignale umgewandelt, die einfach über eine entsprechende Auswerteeinheit ausgewertet werden können.Preferably, the 3-component force measuring elements are designed as 3-axial piezoelectric sensors. By the 3-axial piezoelectric sensors, the absorbed forces are converted into corresponding electrical measurement signals that can be easily evaluated by a corresponding evaluation.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die 3-Komponenten-Kraftmesselemente jeweils drei Signalausgänge auf, an denen den drei gemessenen Kraftkomponenten entsprechende Messsignale erzeugt werden. Weiterhin ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die mit den Signalausgängen der 3-Komponenten-Kraftmesselemente verbunden und zum Berechnen einer resultierenden Kraft und/oder eines resultierenden Drehmoments in einem vorgegebenen Punkt basierend auf den Messsignalen der 3-Komponenten-Kraftmesselemente ausgebildet ist. Weiterhin kann die Auswerteeinheit zum Berechnen des resultierenden Drehmoments basierend auf den Messsignalen sowie der geometrischen Anordnung der 3-Komponenten-Kraftmesselemente ausgebildet sein. Anhand der bekannten geometrischen Anordnung der 3-Komponenten-Kraftmesselemente relativ zueinander können aus den Messsignalen der 3-Komponenten-Kraftmesselemente nämlich die resultierenden Drehmomente bestimmt werden. Rechnerisch können die auftretenden Kräfte und Momente grundsätzlich auf einen beliebigen Punkt bezogen werden, beispielsweise auf die Aufnahmeöffnung der Sattelplatte. Da im Bereich der Aufnahmeöffnung der Sattelplatte, die dem Sattelaufliegerpunkt entspricht, die gesamte Kraftübertragung von dem Sattelauflieger auf die Sattelplatte und damit auch auf die Sattelkupplung erfolgt, stellen die in diesem Punkt auftretenden Kräfte und Drehmomente die relevanten Daten für die Auslegung der Sattelkupplung sowie deren Tragstruktur dar.According to a further preferred embodiment of the invention, the 3-component force measuring elements in each case have three signal outputs, at which the measurement signals corresponding to the three measured force components are generated. Furthermore, an evaluation unit is provided, which is connected to the signal outputs of the 3-component force measuring elements and designed to calculate a resulting force and / or a resulting torque at a predetermined point based on the measurement signals of the 3-component force measuring elements. Furthermore, the evaluation unit for calculating the resulting torque based on the measurement signals and the geometric arrangement of the 3-component force measuring elements may be formed. Based on the known geometric arrangement of the 3-component force measuring elements relative to one another, the resulting torques can be determined from the measuring signals of the 3-component force measuring elements. Mathematically, the forces and moments that occur can in principle be related to any point, for example to the receiving opening of the fifth wheel plate. Since in the area of the receiving opening of the fifth wheel, which corresponds to the semi-trailer point, the entire power transmission from the semi-trailer to the fifth wheel and thus also to the fifth wheel, the forces and torques occurring in this point provide the relevant data for the design of the fifth wheel and its support structure represents.

Vorteilhaft ist die Auswerteeinheit zum Berechnen von jeweils drei Komponenten der resultierenden Kraft und/oder des resultierenden Drehmoments ausgebildet. Durch die Berechnung der einzelnen Kraftkomponenten in drei insbesondere senkrecht zueinander stehenden Richtungen sowie der entsprechenden drei Drehmomentskomponenten sind mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Kräfte und Momente in allen Richtungen eindeutig und einfach ermittelbar sowie die ermittelten Kraft- und Drehmomentkomponenten entsprechend auswertbar.Advantageously, the evaluation unit is designed to calculate in each case three components of the resulting force and / or of the resulting torque. By calculating the individual force components in three particular perpendicular directions and The corresponding three torque components with the device according to the invention, the forces and moments in all directions clearly and easily determined and evaluated the determined force and torque components accordingly.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to an embodiment with reference to the drawing; in this show:

1 einen Sattelzug, 1 a tractor-trailer,

2 eine erfindungsgemäße ausgebildete Vorrichtung und 2 an inventive device formed and

3 eine teilweise geschnitten dargestellte Detailansicht der Vorrichtung nach 2. 3 a detail of the device shown partially cut after 2 ,

1 zeigt einen Sattelzug 1, der eine Sattelzugmaschine 2 sowie einen Sattelauflieger 3 umfasst. Die Sattelzugmaschine 2 umfasst in üblicher Weise ein Führerhaus 4 sowie einen entgegen der durch einen Pfeil 32 angedeuteten Fahrtrichtung überstehenden Rahmen 5, an dem Vorder- und Hinterachsen 6, 7 der Sattelzugmaschine 2 gelagert sind. 1 shows a tractor trailer 1 , a tractor-trailer 2 as well as a semi-trailer 3 includes. The tractor 2 includes a cab in the usual way 4 and one opposite to that by an arrow 32 indicated direction protruding frame 5 , on the front and rear axles 6 . 7 the tractor 2 are stored.

Oberhalb der Hinterachse 7 ist eine mit dem Rahmen 5 fest verbundene Sattelkupplung 8 angeordnet, auf der der Sattelauflieger 3 aufliegt. Die Verbindung zwischen dem Sattelauflieger 3 und der Sattelkupplung 8 erfolgt dabei über einen Königszapfen 9, der in eine nicht dargestellte Aufnahmeöffnung der Sattelkupplung 8 eingreift.Above the rear axle 7 is one with the frame 5 firmly connected fifth wheel 8th arranged on which the semi-trailer 3 rests. The connection between the semi-trailer 3 and the fifth wheel 8th takes place via a kingpin 9 , which in a receiving opening, not shown, of the fifth wheel 8th intervenes.

In 2 ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung dargestellt, die zur Bestimmung der Aufliegerkräfte anstelle der Sattelkupplung 8 mit dem Rahmen 5 der Sattelzugmaschine 2 verbunden, insbesondere mit diesem verschraubbar ist. Die Befestigung der Vorrichtung erfolgt dabei bevorzugt identisch, d. h. an derselben Position und/oder mit denselben Befestigungsmitteln, wie die Befestigung der Sattelkupplung, um möglichst praxisnahe Messbedingungen zu gewährleisten.In 2 a device designed according to the invention is shown which is used to determine the semitrailer forces instead of the fifth wheel coupling 8th with the frame 5 the tractor 2 connected, in particular with this is screwed. The attachment of the device is preferably identical, ie at the same position and / or with the same fasteners, such as the attachment of the fifth wheel to ensure the most practical measurement conditions.

Die Vorrichtung umfasst ein Basiselement 10, das beispielsweise als Grundplatte ausgebildet sein kann, wie es aus 2 ersichtlich ist. Das Basiselement 10 ist dabei möglichst steif ausgebildet, um eine Verfälschung der Messergebnisse beispielsweise durch Verwinden des Basiselements 10 zu vermeiden. In dem Basiselement 10 sind Löcher 11 vorgesehen, über die das Basiselement 10 beispielsweise mittels Schrauben mit dem Rahmen 5 verbunden werden kann.The device comprises a base element 10 , which may be formed as a base plate, for example, as it is made 2 is apparent. The basic element 10 is designed to be as stiff as possible in order to falsify the measurement results, for example by twisting the base element 10 to avoid. In the base element 10 are holes 11 provided over which the base element 10 for example by means of screws with the frame 5 can be connected.

An der Oberseite des Basiselements 10 sind vier im Wesentlichen zylinderförmige 3-Komponenten-Kraftmesselemente 12 angeordnet, von denen in 2 nur zwei sichtbar sind. Die beiden anderen 3-Komponenten-Kraftmesselemente 12 liegen symmetrisch zu den beiden dargestellten 3-Komponenten-Kraftmesselementen 12 im in 2 hinteren Bereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung, so dass die vier 3-Komponenten-Kraftmesselemente 12 an den Ecken eines gedachten Rechtecks positioniert sind.At the top of the base element 10 are four substantially cylindrical 3-component force measuring elements 12 arranged, of which in 2 only two are visible. The other two 3-component force measuring elements 12 lie symmetrically to the two illustrated 3-component force measuring elements 12 in the 2 rear portion of the device according to the invention, so that the four 3-component force measuring elements 12 are positioned at the corners of an imaginary rectangle.

Oberhalb des Basiselements 10 ist eine zweiteilige Trägerkonsole 13 angeordnet, die jeweils mit vier zum Basiselement 10 hin gerichteten Bereichen 14 ihrer Unterseite auf den 3-Komponenten-Kraftmesselementen 12 aufliegt. Alternativ könnte die Trägerkonsole 13 auch einteilig ausgebildet sein oder aus mehreren Teilen bestehen.Above the base element 10 is a two-part carrier console 13 arranged, each with four to the base element 10 directed areas 14 their underside on the 3-component force measuring elements 12 rests. Alternatively, the carrier console could 13 also be formed in one piece or consist of several parts.

Weiterhin ist aus 3 zu erkennen, dass die 3-Komponenten-Kraftmesselemente 12 jeweils eine innen liegende Zentralbohrung 15 aufweisen, durch die jeweils eine Schraube 16 hindurchgeführt ist. Die Schrauben 16 liegen jeweils mit ihrem Schraubenkopf 17 in einer Ausnehmung 18 der Trägerkonsole 13 und sind mit ihren freien Enden 19 jeweils in in dem Basiselement 10 ausgebildeten Gewindebohrungen 20 eingeschraubt. Durch entsprechendes Anziehen der Schrauben 16 wird die Trägerkonsole 13 in Richtung zu dem Basiselement 10 hin gezogen, so dass die zwischen dem Basiselement 10 und der Trägerkonsole 13 angeordneten 3-Komponenten-Kraftmesselemente 12 zwischen der Trägerkonsole 13 und dem Basisteil 10 eingeklemmt sind und somit unter Vorspannung stehen.Furthermore, it is off 3 to realize that the 3-component force measuring elements 12 in each case an inner central bore 15 have, through each a screw 16 passed through. The screws 16 each lie with their screw head 17 in a recess 18 the carrier console 13 and are with their free ends 19 in each case in the base element 10 trained threaded holes 20 screwed. By appropriate tightening the screws 16 becomes the carrier console 13 towards the base element 10 pulled out so that the between the base element 10 and the vehicle console 13 arranged 3-component force measuring elements 12 between the carrier console 13 and the base part 10 are clamped and thus under bias.

Wie weiterhin aus 3 zu erkennen ist, liegt die Trägerkonsole 13 ausschließlich auf den 3-Komponenten-Kraftmesselementen 12 auf, da außerhalb der Bereiche 14 der Trägerkonsole 13 jeweils ein Abstand 21 zwischen der Trägerkonsole 13 und dem Basiselement 10 ausgebildet ist. Sämtliche auf die Trägerkonsole 13 wirkenden Kräfte werden somit ausschließlich über die 3-Komponenten-Kraftmesselemente 12 auf das Basiselement 10 übertragen.How to continue 3 can be seen, is the carrier console 13 exclusively on the 3-component force measuring elements 12 on, because outside the areas 14 the carrier console 13 one distance each 21 between the carrier console 13 and the base element 10 is trained. All on the carrier console 13 acting forces are thus exclusively on the 3-component force measuring elements 12 on the base element 10 transfer.

Im oberen Mittelbereich der Trägerkonsole 13 sind zwei hier beispielsweise elastische Auflager 22 ausgebildet, über die die Trägerkonsole 13 mit einer aufliegenden Sattelplatte 23 verbunden ist. Alternativ kann eine Verschwenkbarkeit um eine horizontale Achse auch über eine gelenkige Verbindung realisiert werden.In the upper middle area of the carrier console 13 For example, here are two elastic supports 22 formed over which the carrier console 13 with an overlying saddle plate 23 connected is. Alternatively, a pivotability about a horizontal axis can also be realized via an articulated connection.

Die Sattelplatte 23 ist somit um eine Schwenkachse 24 verschwenkbar gelagert, die senkrecht zur Fahrtrichtung 32 des Sattelzugs 1 verläuft. Die Schwenkachse 24 entspricht dabei einer entsprechenden Schwenkachse der Sattelkupplung, welche es erlaubt, dass der Sattelauflieger 3 gegenüber der Sattelzugmaschine 2 Schwenkbewegungen ausführt, mit denen beispielsweise Niveauunterschiede der Fahrbahn und sonstige Unebenheiten ausgeglichen werden können.The saddle plate 23 is thus about a pivot axis 24 pivotally mounted, perpendicular to the direction of travel 32 of the semitrailer 1 runs. The pivot axis 24 corresponds to a corresponding pivot axis of the fifth wheel, which allows the semitrailer 3 opposite the tractor 2 Performs pivoting movements, with which, for example, level differences of the road and other bumps can be compensated.

Die Sattelplatte 23 umfasst weiterhin eine Aufnahmeöffnung 25, die zur Aufnahme des Königszapfens 9 des Sattelaufliegers 3 ausgebildet ist. Weiterhin ist in der Sattelplatte 23 eine V-förmige Ausnehmung 26 vorgesehen, die eine seitliche Schwenkbewegung des Sattelaufliegers 3 um den in die Aufnahmeöffnung 25 eingesetzten Königszapfen 9 ermöglicht.The saddle plate 23 further comprises a receiving opening 25 for receiving the kingpin 9 of the semitrailer 3 is trained. Furthermore, in the fifth wheel 23 a V-shaped recess 26 provided that a lateral pivoting movement of the semitrailer 3 around the opening 25 used kingpin 9 allows.

Die 3-Komponenten-Kraftmesselemente 12 sind so ausgebildet und angeordnet, dass jeder von ihnen jeweils drei Kraftkomponenten (FX, FY, FZ) der von der Trägerkonsole 13 über die 3-Komponenten-Kraftmesselemente 12 auf das Basiselement 10 übertragenen Kräfte erfasst, wobei die einzelnen Kraftkomponenten jeweils entsprechend Pfeilen 27, 28, 29 senkrecht aufeinander stehen. Dabei zeigt der Pfeil 28 in Richtung der Schwenkachse 24, der Pfeil 27 entgegen der Fahrtrichtung 32 des Sattelzugs 1 und der Pfeil 29 senkrecht zu der von dem Pfeil 27 und 28 aufgespannten Ebene. Grundsätzlich können die 3-Komponenten-Kraftmesselemente 12 auch so angeordnet sein, dass die einzelnen Kraftkomponenten jeweils in entgegengesetzten Richtungen oder in völlig anderen Richtungen bestimmt werden. The 3-component force measuring elements 12 are designed and arranged so that each of them has three force components (FX, FY, FZ) each from the carrier console 13 via the 3-component force measuring elements 12 on the base element 10 transmitted forces are recorded, with the individual force components respectively according to arrows 27 . 28 . 29 perpendicular to each other. The arrow points 28 in the direction of the pivot axis 24 , the arrow 27 against the driving direction 32 of the semitrailer 1 and the arrow 29 perpendicular to that of the arrow 27 and 28 spanned level. Basically, the 3-component force measuring elements 12 be arranged so that the individual force components are each determined in opposite directions or in completely different directions.

Sowohl während des Verschwenkens der Sattelplatte 23 um die Schwenkachse 24 auftretende Kräfte als auch seitliche Schwenkbewegungen der Sattelplatte 23, welche eine Komprimierung oder Entlastung der elastischen Auflager 22 bewirken und einem seitlichen Verkippen des Sattelaufliegers 3 bzw. des Sattelzugs 1 entsprechen, werden von der Trägerkonsole 13 auf die 3-Komponenten-Kraftmesselemente 12 übertragen und von diesen erfasst. Gleiches gilt auch für zwischen dem Königszapfen 9 und der Aufnahmeöffnung 25 wirkende Reibungskräfte, die bei einem seitlichen Verschwenken des Sattelaufliegers 3 gegenüber dem Sattelzug 1 (beispielsweise bei einer Kurvenfahrt) auftreten.Both during the pivoting of the fifth wheel plate 23 around the pivot axis 24 occurring forces and lateral pivoting movements of the fifth wheel plate 23 which provide a compression or relief of the elastic supports 22 effect and lateral tilting of the semi-trailer 3 or the semitrailer 1 match, be from the carrier console 13 on the 3-component force measuring elements 12 transmitted and recorded by them. The same applies to between the kingpin 9 and the receiving opening 25 acting frictional forces, which in a lateral pivoting of the semi-trailer 3 opposite the tractor trailer 1 (for example when cornering) occur.

Sämtliche von den 3-Komponenten-Kraftmesselementen 12 erfassten Kräfte bzw. deren einzelne X-, Y- und Z-Komponenten werden über eine Leitung 30 zu einer Auswerteeinheit 31 übertragen. Die Auswerteeinheit 31 berechnet aus den gemessenen Kraftkomponenten sowie der geometrischen Anordnung der einzelnen 3-Komponenten-Kraftmesselemente 12, beispielsweise aus deren Abständen von der Aufnahmeöffnung 25, die jeweiligen Drehmomentkomponenten MX, MY und MZ, beispielsweise im Bereich der Aufnahmeöffnung 25.All of the 3-component force measuring elements 12 detected forces or their individual X, Y and Z components are via a line 30 to an evaluation unit 31 transfer. The evaluation unit 31 calculated from the measured force components as well as the geometric arrangement of the individual 3-component force measuring elements 12 , For example, from their distances from the receiving opening 25 , the respective torque components MX, MY and MZ, for example in the region of the receiving opening 25 ,

Die ermittelten Kraftkomponenten FX, FY und FZ sowie die Drehmomentkomponenten MX, MY und MZ können als Eingangsparameter für experimentelle Betriebsfestigkeitsuntersuchungen, Simulationen und Lebensdauerberechnungen verwendet werden, um eine korrekte Auslegung des Rahmens der Sattelzugmaschine 2 sowie der Sattelkupplung 8 zu ermöglichen. Zur Bestimmung unterschiedlicher Werte für die einzelnen Kraft- und Drehmomentkomponenten ist es möglich, dass ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüsteter Sattelzug 1 entweder in einem Simulator entsprechend unterschiedlich simulierter Fahrsituationen beansprucht wird oder dass ein entsprechend ausgerüsteter Sattelzug 1 unter realen Bedingungen, das heißt beispielsweise auf einer Straße gefahren wird, um der Realität entsprechende Messwerte zu erhalten. Die gemessenen Messwerte können dabei laufend oder in bestimmten Abständen gespeichert werden, um anschließend ausgewertet zu werden.The determined force components FX, FY and FZ as well as the torque components MX, MY and MZ can be used as input parameters for experimental fatigue tests, simulations and lifetime calculations in order to correctly design the frame of the tractor 2 as well as the fifth wheel 8th to enable. In order to determine different values for the individual force and torque components, it is possible that a semitrailer tractor equipped with the device according to the invention 1 is claimed either in a simulator according to different simulated driving situations or that a suitably equipped semitrailer 1 under real conditions, that is, driving on a road, for example, in order to obtain data corresponding to reality. The measured values measured can be stored continuously or at certain intervals in order to be subsequently evaluated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
SattelzugTractor
22
SattelzugmaschineTractor
33
Sattelaufliegersemitrailer
44
Führerhauscabin
55
Rahmenframe
66
VorderachseFront
77
Hinterachserear axle
88th
Sattelkupplungfifth wheel
99
Königszapfenkingpin
1010
Basiselementbase element
1111
Löcherholes
1212
3-Komponenten-Kraftmesselemente3-component force measuring elements
1313
Trägerkonsolesupport bracket
1414
Bereiche der Trägerkonsole 13 Areas of the carrier console 13
1515
Zentralbohrungcentral bore
1616
Schraubenscrew
1717
Schraubenköpfescrew heads
1818
Ausnehmungenrecesses
1919
freie Enden der Schrauben 16 free ends of the screws 16
2020
Gewindebohrungenthreaded holes
2121
Abstanddistance
2222
elastische Auflagerelastic supports
2323
Sattelplatteskamler
2424
Schwenkachseswivel axis
2525
Aufnahmeöffnungreceiving opening
2626
V-förmige AusnehmungV-shaped recess
2727
Pfeilarrow
2828
Pfeilarrow
2929
Pfeilarrow
3030
Leitungmanagement
3131
Auswerteeinheitevaluation
3232
Pfeil/FahrtrichtungArrow / direction of travel

Claims (15)

Vorrichtung zur Bestimmung der Aufliegerkräfte an einer Sattelkupplung eines Sattelzuges (1), wobei der Sattelzug (1) eine Sattelzugmaschine (2) mit Rahmen (5) und daran befestigter Sattelkupplung (8) sowie einen über die Sattelkupplung (8) mit dem Rahmen (5) der Sattelzugmaschine (1) verbundenen Sattelauflieger (3) umfasst, mit einem Basiselement (10), das zur Befestigung am Rahmen (5) der Sattelzugmaschine (1) ausgebildet ist, und mit einer an dem Basiselement (10) befestigten Sattelplatte (23), in der eine Aufnahmeöffnung (25) zur Aufnahme eines Königszapfens (9) des Sattelaufliegers (3) ausgebildet ist, wobei zwischen der Sattelplatte (23) und dem Basiselement (10) zumindest zwei 3-Komponenten-Kraftmesselemente (12) angeordnet sind, mit denen jeweils die bei einer Bewegung der Sattelplatte (23) auf das Basiselement (10) übertragenen Kräfte messbar sind, und wobei die 3-Komponenten-Kraftmesselemente (12) seitlich nebeneinander angeordnet sind und jeweils ein 3-Komponenten-Kraftmesselement (12) auf einer und ein anderes 3-Komponenten-Kraftmesselement (12) auf der anderen Seite einer im Wesentlichen durch die Aufnahmeöffnung (25) verlaufenden Längsachse der Sattelzugmaschine (2) liegt.Device for determining the semitrailer forces on a fifth wheel of a semitrailer tractor ( 1 ) whereby the semitrailer ( 1 ) a tractor unit ( 2 ) with frame ( 5 ) and attached fifth wheel ( 8th ) and one on the fifth wheel ( 8th ) with the frame ( 5 ) of the tractor unit ( 1 ) connected semi-trailers ( 3 ), with a base element ( 10 ), which can be attached to the frame ( 5 ) of the tractor unit ( 1 ) is formed, and with one on the base element ( 10 ) fastened fifth wheel plate ( 23 ), in which a receiving opening ( 25 ) for receiving a kingpin ( 9 ) of the semi-trailer ( 3 ) is formed, wherein between the fifth wheel plate ( 23 ) and the base element ( 10 ) at least two 3-component force measuring elements ( 12 ) are arranged, with each of which during a movement of the fifth wheel plate ( 23 ) on the base element ( 10 ) are measurable forces, and wherein the 3-component force measuring elements ( 12 ) are arranged laterally side by side and in each case a 3-component force measuring element ( 12 ) on one and another 3-component force measuring element ( 12 ) on the other side of a substantially through the receiving opening ( 25 ) extending longitudinal axis of the tractor ( 2 ) lies. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 3-Komponenten-Kraftmesselemente (12) jeweils zum Messen von drei senkrecht aufeinander stehenden Kraftkomponenten der übertragenen Kräfte ausgebildet sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the 3-component force measuring elements ( 12 ) are each formed for measuring three mutually perpendicular force components of the transmitted forces. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 3-Komponenten-Kraftmesselemente (12) im Wesentlichen entlang einer senkrecht zur Langsachse der Sattelzugmaschine (2) verlaufenden Horizontallinie angeordnet sind.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the 3-component force measuring elements ( 12 ) substantially along a direction perpendicular to the longitudinal axis of the tractor ( 2 ) extending horizontal line are arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sattelplatte (23) und dem Basiselement (10) eine Trägerkonsole (13) angeordnet ist, über die die Sattelplatte (23) mit dem Basiselement (10) verbunden ist, wobei die Sattelplatte (23) an der Trägerkonsole (13) um eine Schwenkachse (24) verschwenkbar gelagert ist und die 3-Komponenten-Kraftmesselemente (12) zwischen der Trägerkonsole (13) und dem Basiselement (10) angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the fifth wheel plate ( 23 ) and the base element ( 10 ) a carrier console ( 13 ) is arranged, via which the fifth wheel plate ( 23 ) with the base element ( 10 ), wherein the fifth wheel plate ( 23 ) on the carrier console ( 13 ) about a pivot axis ( 24 ) is pivotally mounted and the 3-component force measuring elements ( 12 ) between the carrier console ( 13 ) and the base element ( 10 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontallinie parallel zur Schwenkachse (24) verläuft und insbesondere mit dieser zusammenfällt.Apparatus according to claim 3 and 4, characterized in that the horizontal line parallel to the pivot axis ( 24 ) and in particular coincides with this. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sattelplatte (23) mit der Trägerkonsole (23) über zumindest ein elastisches Auflager (22) verbunden ist.Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the fifth wheel plate ( 23 ) with the carrier console ( 23 ) via at least one elastic support ( 22 ) connected is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die 3-Komponenten-Kraftmesselemente (12) unter Vorspannung zwischen der Trägerkonsole (13) und dem Basiselement (10) angeordnet sind.Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the 3-component force measuring elements ( 12 ) under pretension between the carrier console ( 13 ) and the base element ( 10 ) are arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerkonsole (13) gegenüber dem Basiselement (10) beabstandet ist.Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the carrier console ( 13 ) relative to the base element ( 10 ) is spaced. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sattelplatte (23) und dem Basiselement (10) vier 3-Komponenten-Kraftmesselemente (12) angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the fifth wheel plate ( 23 ) and the base element ( 10 ) four 3-component force measuring elements ( 12 ) are arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die 3-Komponenten-Kraftmesselemente (12) symmetrisch um die Aufnahmeöffnung (25) herum angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the 3-component force measuring elements ( 12 ) symmetrically around the receiving opening ( 25 ) are arranged around. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die 3-Komponenten-Kraftmesselemente (12) als 3-axiale piezoelektrische Sensoren ausgebildet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the 3-component force measuring elements ( 12 ) are designed as 3-axial piezoelectric sensors. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die 3-Komponenten-Kraftmesselemente (12) jeweils drei Signalausgänge aufweisen, an denen den drei gemessenen Kraftkomponenten entsprechende Messsignale erzeugt werden, dass eine Auswerteeinheit (31) vorhanden ist, die mit den Signalausgängen der 3-Komponenten-Kraftmesselemente verbunden ist, und dass die Auswerteeinheit (31) zum Berechnen einer resultierenden Kraft und/oder eines resultierenden Drehmoments in einem vorgegebenen Punkt basierend auf den Messsignalen der 3-Komponenten-Kraftmesselemente (12) ausgebildet ist.Device according to one of claims 2 to 11, characterized in that the 3-component force measuring elements ( 12 ) each have three signal outputs at which the three measured force components corresponding measurement signals are generated, that an evaluation unit ( 31 ), which is connected to the signal outputs of the 3-component force measuring elements, and that the evaluation unit ( 31 ) for calculating a resultant force and / or a resultant torque at a predetermined point based on the measurement signals of the 3-component force measuring elements ( 12 ) is trained. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (31) zum Berechnen des resultierenden Drehmoments basierend auf den Messsignalen sowie der geometrischen Anordnung der 3-Komponenten-Kraftmesselemente (12) ausgebildet ist.Apparatus according to claim 12, characterized in that the evaluation unit ( 31 ) for calculating the resulting torque based on the measurement signals and the geometric arrangement of the 3-component force measuring elements ( 12 ) is trained. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (31) zum Berechnen der resultierenden Kraft und/oder des resultierenden Drehmoments im Bereich der Aufnahmeöffnung (25) der Sattelplatte (23) ausgebildet ist.Apparatus according to claim 12 or 13, characterized in that the evaluation unit ( 31 ) for calculating the resulting force and / or the resulting torque in the region of the receiving opening ( 25 ) of the fifth wheel plate ( 23 ) is trained. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (31) zum Berechnen von jeweils drei Komponenten der resultierenden Kraft und/oder des resultierenden Drehmoments ausgebildet ist.Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that the evaluation unit ( 31 ) is configured to calculate each of three components of the resulting force and / or the resulting torque.
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