Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast in einem gefederten Fahrwerk eines ein- oder mehrachsigen Fahrzeugs, wobei im Kraftübertragungsweg zwischen Aufbau und Achse ein aus einem elastomeren Material ausgebildetes lasttragendes Element so vorgesehen ist, dass ein zwischen Achsen und Aufbau angeordnetes Federelement jeweils über das lasttragende Element entweder mit der Achse und/oder mit dem Aufbau kraftübertragend verbunden ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Dämpfungselement zur Verwendung in einer solchen Einrichtung, einen Lastkraftwagen mit einem solchen Dämpfungselement und/oder einer solchen Einrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung.

Bei Fahrzeugen, insbesondere bei Nutzfahrzeugen, hat ein Gewicht einer Ladung einen wesentlichen Einfluss auf das Fahrverhalten und damit auf die Fahrsicherheit. Eine Ermittlung oder Messung eines Fahrzeuggewichts bzw. einer Fahrzeugmasse sowie einer Verteilung des Fahrzeuggewichts/der Fahrzeugmasse auf einzelne Achsen oder Räder ist somit eine wichtige Grundlage für einen sicheren Transport. Daher existieren auch weltweit gesetzliche Regelungen, nach denen die Überladung von Schwerlastfahrzeugen oder auch anderer Fahrzeuge verboten ist. So gibt in der Bundesrepublik Deutschland das Kraftfahrt-Bundesamt im Rahmen der allgemeinen Betriebserlaubnis die Zuladung und das zulässige Gesamtgewicht für Fahrzeuge als feste Größen vor.

Gleichermaßen ist es oft vorgeschrieben, eine Beladung bzw. eine Achslast solcher Fahrzeuge bereits vor Fahrtantritt oder während einer Beladung zu überprüfen. Die übliche Methode zur Ermittlung des Gewichts von Lastkraftwagen ist dabei ein Wiegen des Fahrzeugs auf einer stationären Waage, die vor Fahrtantritt befahren werden muss. Darüber hinaus ist des Öfteren auch eine Kontrolle während einer Fahrt bzw. nach mehrfacher Be- und Entladung während der Fahrt, insbesondere während einer Auslieferungsfahrt, erforderlich. Dies kann dann mit entsprechenden mobilen Waagen realisiert werden, die aber nicht immer zur Verfügung stehen.

Vorteilhafter ist es daher, wenn die Gewichtsermittlung mit Messeinrichtungen erfolgt, die im Fahrzeug eingebaut sind. An solchen Lösungen sind natürlich neben Fahrzeugherstellern, insbesondere Nutzfahrzeugherstellern, auch Betreiber von Fahrzeugflotten und Spediteure außerordentlich interessiert, da hier eine genaue und vorausschauende Ladungsplanung erfolgen kann. Hier werden im Stand der Technik Ansätze verfolgt, die magnetorestriktive Sensoren oder Dehnungsmessstreifen zur Kraftmessung an Achsen betrachten oder eine Auswertung von Motordaten, Getriebe- oder Bremsdaten vorsehen. Eine gebrauchsfähige Serienlösung ist bisher nicht in Sicht.

Das Problem einer Gewichtsermittlung innerhalb eines Fahrzeuges besteht weniger bei luftgefederten Fahrzeugen, da hier z.B. durch eine Auswertung des Luftdrucks in den Federn eine Belastung des Fahrzeuges ermittelt werden kann. Bei anderen Federsystemen, beispielsweise bei Nutzfahrzeugen mit Blattfederung/Stahlfederung, ist dies so nicht möglich. Im Stand der Technik existieren zur Gewichtsermittlung für Fahrzeuge mit mechanischer Federung/Blattfederung bereits Lösungen, bei denen das Fahrzeuggewicht bzw. die Fahrzeugmasse und die Belastung einzelner Achsen mithilfe von Messeinrichtungen oder -Vorrichtungen im Fahrzeug gemessen werden können.

Eine solche Messvorrichtung offenbart die DE 10 2019 202 763 A1 , jedoch nur für eine Messung bei stehendem Fahrzeug. Dort ist die Messvorrichtung in einer Federiasche angeordnet, mit der ein Blattfederelement mit einem Aufbauelement bzw. einer Karosserie verbunden ist. Eine Deformation der Federlasche wird mittels Dehnungsmeßstreifen ermittelt. Eine solche Konstruktion erscheint relativ aufwendig und wartungsintensiv.

Die DE 199 18 679 A1 offenbart ein elektronisches Messsystem mit einem am Fahrzeug befestigten Messwertaufnehmer allgemeiner Art, im Wesentlichen ausgebildet als Dehnungsmesstreifen zur Aufnahme von Kräften/Druckkräften, zur Bestimmung einer Auflagermasse eines Fahrzeugs.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach in der Bereitstellung einer verbesserten, im Fahrzeug integrierten Messeinrichtung, mit deren Hilfe auf einfache Weise Kräfte in einem gefederten Fahrwerk eines ein- oder mehrachsigen Fahrzeugs gemessen werden können, insbesondere Gewichtskräfte, die durch eine Beladung des Fahrzeugs hervorgerufen werden. Zudem soll die Messung auch während einer Fahrt des Fahrzeugs oder im Rahmen von Kontrollen bei Fahrtunterbrechungen ermöglicht sein. Weiterhin besteht die Aufgabe, die Messeinrichtung möglichst einfach zu gestalten und innerhalb von üblichen Achs- oder Fahrwerksbauteilen zu integrieren.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart. Ebenfalls offenbart sind ein Dämpfungselement zur Verwendung in einer solchen Einrichtung, ein Lastkraftwagen mit einem solchen Dämpfungselement und/oder einer solchen Einrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung.

Dabei ist innerhalb des lasttragenden Elements eine Kavität vorgesehen, die eine Sensoreinrichtung zur Messung des absoluten Drucks innerhalb der Kavität enthält. Dass die Kavität die Sensoreinrichtung enthält, bedeutet hier, dass die Kavität zumindest einen wesentlichen oder ganz überwiegenden Teil der Sensoreinrichtung vollständig umschließt. Die Sensoreinrichtung weist einen Drucksensor zur Erzeugung eines dem Innendruck in der Kavität proportionalen elektrischen Signals, eine Verarbeitungselektronik und eine Signalleitung zur Weiterleitung des druckproportionalen Signals an einen außerhalb des lasttragenden Elements befindlichen Empfänger oder an eine Steuerungseinrichtung, sowie eine Energiequelle zur Energieversorgung von Drucksensor und Verarbeitungselektronik auf. Dabei ist die Kavität als vollständig geschlossener Druckraum/Hohlraum ausgebildet und die Signalleitung im lasttragenden Element vollständig eingebettet. Damit kann der Umstand, dass die Kavität die Sensoreinrichtung enthält, bedeuten, dass die Signalleitung als Teil der Sensoreinrichtung sich, insbesondere als einziger Teil der Sensoreinrichtung, über die Kavität hinaus in das lasttragende Element hinein erstreckt.

Ausgangspunkt ist dabei einerseits die Überlegung, dass ein solches lasttragendes Element bei allen Arten von Federungen, auch bei Blattfedern, die gesamte durch eine Ladung bzw. ein Gewicht erzeugte Belastung auf das Fahrwerk bzw. die Achse überträgt. Durch die erfindungsgemäße Einrichtung erfolgt eine Absolutdruck-Messung innerhalb des lasttragenden Elements, wodurch sich eine besonders gute Korrelation zur Bestimmung der Rad- oder Achslast in einem gefederten Fahrwerk ergibt. Die erfindungsgemäße Einrichtung liefert so gut repräsentierbare Ergebnisse mit einer gegen äußere Einflüsse geschützten Messeinrichtung.

Darüber hinaus erlaubt die erfindungsgemäße Einrichtung eine Messung der Radoder Achslast, ohne die Dämpfercharakteristik zu verändern und insbesondere ohne Bohrungen, Schwächungen oder Ausnehmungen im lasttragenden Dämpferelement akzeptieren zu müssen.

Dies gilt gleichermaßen für eine Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der innerhalb des lasttragenden Elements eine Kavität vorgesehen ist, die eine autark ausgebildete Sensoreinrichtung zur Messung des absoluten Drucks innerhalb der Kavität enthält. Die Sensoreinrichtung weist einen Drucksensor zur Erzeugung eines dem Innendruck in der Kavität proportionalen elektrischen Signals, eine Verarbeitungselektronik sowie eine Einrichtung zur drahtlosen Weiterleitung des druckproportionalen Signals an einen außerhalb des lasttragenden Elements befindlichen Empfänger oder an eine Steuerungseinrichtung, sowie eine Energiequelle zur Energieversorgung von Drucksensor, Verarbeitungselektronik und Sendeeinrichtung auf. Dabei ist die Kavität als vollständig geschlossener Druckraum/Hohlraum ausgebildet.

Eine Weiterbildung einer solchen autark ausgebildeten Sensoreinrichtung besteht darin, dass die Einrichtung zur drahtlosen Weiterleitung des dem Innendruck in der Kavität proportionalen (im Folgenden kurz: druckproportionalen) Signals einen Funksender aufweist. Der Empfänger des Funksignals kann dann im Fahrzeug ausgebildet sein oder auch in Kontrollstationen, etwa Wägeeinrichtungen außerhalb des Fahrzeugs.

Eine weitere Ausbildung einer solchen autark ausgebildeten Sensoreinrichtung besteht darin, dass die Einrichtung zur drahtlosen Weiterleitung des druckproportionalen Signals als passiver oder aktiver RFID-Transponder ausgebildet ist. Der Transponder im lasttragenden Element kann dann entweder mit einer Batterie versehen sein oder als passiver Transponder durch Energiezufuhr von außen betrieben werden, welche beispielsweise über ein elektrisches Feld drahtlos zur Verfügung gestellt wird. Eine zum Transponder gehörige Antenne ist dabei einem von einem Lese-Schreibgerät erzeugten Feld ausgesetzt, so dass in der Antenne eine elektrische Spannung induziert wird, was grundsätzlich in Antennen für elektromagnetische Wellen erfolgt. Bei einem passiven RFID-Transponder ist der induzierte Strom jedoch ausreichend, um nicht nur Information, sondern auch die Energie für dessen Betrieb zu übertragen. Auch hier ist es möglich, das Lese-Schreibgerät nicht nur im Fahrzeug, sondern auch an Kontrollstationen außerhalb des Fahrzeugs zur positionieren, solange die Entfernung zum Transponder gering bleibt. Eine Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung einer Radoder Achslast innerhalb eines lasttragenden Elements besteht darin, dass die Energiequelle als Energieerzeuger oder Akkumulator innerhalb der Kavität ausgebildet sind. Ein Akkumulator müsste dann so ausgelegt werden, dass er für die Einsatz- oder Betriebszeit des lasttragenden Elements bzw. bis zum nächsten Austausch oder bis zu einer Wartung zur Energieversorgung ausreicht.

Eine Alternative dazu bildet eine weitere Ausbildung einer solchen Einrichtung, die darin besteht, dass die Energiequelle als kontaktlos von außerhalb des lasttragenden Elements aufladbarer Akkumulator ausgebildet ist, insbesondere als kapazitiv oder induktiv aufladbarer Akkumulator.

Eine weitere Ausbildung einer erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, dass die Energiequelle als ein durch Druckänderung oder Kraftwirkung innerhalb der Kavität oder des lasttragenden Elements betreibbarer Energieerzeuger ausgebildet ist, insbesondere als piezoelektrischer Energieerzeuger ausgebildet ist.

Eine weitere Ausbildung einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit nach außen geführter Signalleitung besteht darin, dass die Signalleitung im lasttragenden Element einvulkanisiert ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zeigt sich als besonders geeignet für Blattfederungen, bei der also das zwischen Achsen und Aufbau angeordnete Federelement eine Blattfeder ist. Für Blattfederungen sind im Stand der Technik bisher wenig Lösungen vorhanden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Dämpfungselement zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung einer Radoder Achslast, welches in einem gefederten Fahrwerk eines ein- oder mehrachsigen Fahrzeugs vorgesehen ist. Das Dämpfungselement ist dabei als lasttragendes Element im Kraftübertragungsweg zwischen Aufbau und Achse angeordnet, insbesondere in Form eines zwischen Blattfeder und Achse eingespannten Dämpferblocks. Im Stand der Technik werden solche Dämpferblöcke bereits genutzt, jedoch nicht in einer Ausbildung als Messeinrichtung, sondern lediglich als einfacher monolithischer Gummiblock.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Fahrzeug, insbesondere in Nutzfahrzeug, mit mechanischer Blattfederung, mit einem solchen erfindungsgemäßen Dämpfungselement und/oder einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Nutzfahrzeuge unterliegen in besonderer Weise den oben beschriebenen Forderungen in Bezug auf Zuladung und zulässiges Gesamtgewicht und sind durch ein solches Dämpfungselement auf einfache Weise richtliniengemäß einstellbar und prüfbar.

Ein anderer Aspekt betrifft ein besonders einfaches Verfahren zu Herstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast, wobei die innerhalb des lasttragenden Elements ausgebildete Kavität während der Vulkanisation des lasttragenden Elements durch einen gegenüber der Vulkanisationstemperatur beständigen Platzhalter oder Dummy ausgebildet wird. Nach der Vulkanisation wird der Platzhalter entnommen, die Sensoreinrichtung mit allen Bauteilen in die entstandene Kavität eingesetzt und letztere mit einem elastomeren Material durch Vulkanisierung verschlossen, insbesondere durch Kaltvulkanisation oder Niedertemperaturvulkanisation.

Ebenso ist es möglich, die erfindungsgemäße Einrichtung durch Fügeverfahren wie etwa „glueing“ oder „adhesive bonding“ herzustellen, wo etwa mit Hilfe eines Klebers eine molekulare Verbindung zwischen Oberflächenbereichen einzelner Fügeteile erzeugt wird, die nach dem Fügen einen vollständig geschlossenen Druckraum/Hohlraum bilden. Ebenso können Verfahren genutzt werden, die als „overmolding“ oder „injection molding“ im Stand der Technik bekannt sind und bei denen hier etwa durch nachfolgendes Umspritzen eines Formkörpers mit demselben oder einem anderen Material ein vollständig geschlossener Druckraum/Hohlraum ausgebildet wird.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Skizze zur Übersicht und zur Einordnung der folgenden

Figuren,

Fig. 2 eine Skizze zur Fahrwerkskonstruktion der Hinterachse eines

Nutzfahrzeugs in einer perspektivischen Ansicht und die dortige Anordnung einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung,

Fig. 3 eine Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur

Messung einer Rad- oder Achslast als Prinzipskizze, bei der eine Signalleitung zur Weiterleitung eines druckproportionalen Signals vorgesehen ist,

Fig. 4 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung einer Rad- oder Achslast als Prinzipskizze, bei der eine drahtlose Weiterleitung des druckproportionalen Signals vorgesehen ist.

In den Figuren können gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen referenziert sein. Zur Verdeutlichung der Erfindung ist es vorteilhaft, die Figuren in der Zusammenschau zu betrachten.

Die Fig. 1 zeigt in Form einer Skizze zur Übersicht und zur Einordnung der folgenden Figuren ein Fahrzeug 1 , hier ein Nutzfahrzeug, insbesondere einen zweiachsigen Lastkraftwagen, mit einem Führerhaus 2, einer Ladefläche bzw. einem Ladekasten 3, mit einer Vorderachse 4 und einer Hinterachse 5. Fig. 2 zeigt, ebenfalls in Form einer Skizze, eine prinzipielle Fahrwerkskonstruktion der Hinterachse 5 des Fahrzeugs 1 in einer perspektivischen Ansicht von links hinten gesehen.

Erkennbar sind hier die Reifen bzw. Räder 6 an der Hinterachse 5, welche über ein Antriebs- und Differenzialgetriebe 7 angetrieben werden. Die Hinterachse 5 ist über eine geschichtete Blattfeder 8 an einem den Ladekasten 3 tragenden und mit letzterem verbunden Rahmenträger 16 befestigt, wie in den Fig. 3, 4 angedeutet.

Die Verbindung der Blattfeder 8 mit dem Rahmenträger 16 erfolgt an beiden Enden der Blattfeder 8 über als bewegliche gelagerte Federlaschen 9 ausgebildete Anlenkpunkte, die gelenkig im Rahmenträger 16 gelagert sind. Die Verbindung der Blattfeder 8 mit der Hinterachse 5 erfolgt über ein lasttragendes Element 10, nämlich hier über ein elastomeres Dämpfungselement in Form eines Dämpferblocks. Im Stand der Technik werden solche Dämpferblöcke bereits genutzt, jedoch nicht in einer Ausbildung als Messeinrichtung, sondern lediglich als einfacher monolithischer Gummiblock.

Eine Einspannung des hier zwischen der Unterseite der geschichteten Blattfeder 8 und der Oberseite der Hinterachse 5 angeordneten lasttragenden Elements 10 erfolgt über Stahlklammern 11 , die mithilfe von entsprechenden Formstücken Blattfeder 8 und Hinterachse 5 umgreifen und unter Spannung fest verschraubt sind. Erkennbar ist ebenfalls ein Stoßdämpfer 12, der einerseits an einem Flansch 13 der Achse und andererseits am hier nicht sichtbaren Rahmenträger 16 angeschlossen ist.

Erfindungsgemäß ist hier innerhalb des lasttragenden Elements 10 eine als vollständig geschlossener Druckraum/Hohlraum ausgebildete Kavität 14 vorgesehen, wie prinzipiell in Fig. 3 und 4 gezeigt, die eine hier nicht im Einzelnen dargestellte Sensoreinrichtung 15 zur Messung des absoluten Drucks innerhalb der Kavität 14 enthält. Die Sensoreinrichtung 15 weist einen hier nicht im Detail dargestellten Drucksensor 15 zur Erzeugung eines dem Innendruck in der Kavität proportionalen elektrischen Signals auf, sowie eine ebenfalls hier nicht näher dargestellte Verarbeitungselektronik, welche das dem Innendruck in der Kavität proportionale elektrische Signal an einen außerhalb des lasttragenden Elements 10 befindlichen Empfänger oder an eine Steuerungseinrichtung 17 weiterleitet.

Fig. 3 zeigt dabei eine Ausführung, bei der eine Signalleitung 18 zur Weiterleitung des druckproportionalen Signals an den außerhalb des lasttragenden Elements 10 befindlichen Empfänger 17 oder an die Steuerungseinrichtung 17 vorgesehen ist. Die Signalleitung 18 ist im lasttragenden Element 10 einvulkanisiert, d.h. vollständig eingebettet.

Fig. 4 zeigt dagegen eine Ausführung, bei der die Sensoreinrichtung 15 eine hier nicht im Detail gezeigte Einrichtung zur drahtlosen Weiterleitung des druckproportionalen Signals an einen außerhalb des lasttragenden Elements 10 befindliche Steuerungseinrichtung 17 aufweist. Die drahtlose Weiterleitung ist in Fig. 4 lediglich durch ein Funksymbol 19 dargestellt.

Da die Ladungskräfte/Gewichtskräfte im Wesentlichen über das als Dämpferblock ausgebildete lasttragende Element 10 auf die Achse 5 übertragen werden, erhält man durch die erfindungsgemäße Messeinrichtung besonders genaue Werte für die Rad- oder Achslast.

Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung):

1 Fahrzeug

2 Führerhaus

3 Ladefläche/Ladekasten

4 Vorderachse

5 Hinterachse

6 Räder

7 Antriebs- und Differentialgetriebe

8 Blattfeder

9 Federlasche

10 lasttragendes Element, Dämpferblock

11 Stahlklammer

12 Stoßdämpfer

13 Flansch für Stoßdämpfer

14 Kavität, vollständig geschlossener Druckraum/Hohlraum

15 Sensoreinrichtung, Drucksensor

16 Rahmenträger

17 Steuerungseinrichtung, Empfänger

18 Signalleitung

19 drahtlose Weiterleitung, Funksymbol