DE60036184T2

DE60036184T2 - Anhängerkupplung mit Kraftsensor

Info

Publication number: DE60036184T2
Application number: DE60036184T
Authority: DE
Inventors: Jack L. Holland Gisinger; Gerard W. Holland Hungerink; Peter J. Hinckley Milner
Original assignee: SAF Holland Inc
Current assignee: SAF Holland Inc
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2020-12-12
Also published as: EP1106486A2; JP2001206256A; US20020067025A1; BR0005750A; KR20010062228A; US6739611B2; CN1298821A; AU7172700A; CA2326793A1; US6302424B1; CA2326793C; EP1106486B1; DE60036184D1; EP1106486A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sattelanhängerkupplung zur Aufnahme eines Achselschenkelbolzens eines Anhängers und auf eine, die Kräfte zwischen der Anhängeraufspannplatte, des Achselschenkelbolzens und der Sattelkupplung messen kann, und einen Schaltkreis zum Verarbeiten der gemessenen Informationen.
Die Identifizierung von Kräften zwischen einem LKW-Anhänger und einer LKW-Anhängerkupplung ist aus vielen Gründen nützlich. Solche Informationen können z.B. in einem automatischen Bremssystem verwendet werden, wobei Signale von einem Messsystem eingesetzt werden können, um übertriebenes Bremsen einer oder mehrerer Räder zu verhindern oder andernfalls das Bremsen für eine sichere Beschleunigung zu steuern. Zusätzlich sind solche Systeme hilfreich, den Fahrzeuglenker bei exzessiver Anhängerbewegung, wie Neigungs- und Gier- und/oder potentiell gefährliche Wankzuständen, zu alarmieren.
Wie verstanden werden kann, liefert die Querverbindung zwischen einer Anhängeraufspannplatte und einer Sattelkupplungs-Anordnung eine relativ rauhe Umgebung zur Detektierung der beteiligten großen Kräfte, und Bemühungen, genaue Messinformationen mit Signalen von einem Sensor, der linear mit den detektierten Kräften in Verbindung steht, gestalteten sich bislang schwierig. Die US-Patente Nr. 5,286,094 und 5,289,435 repräsentieren eine Sensorkonstruktion und eine Befestigungsvorrichtung zur Messung von Stoß- und Zugkräften auf einer Anhängerkupplungsverbindung. Es wäre jedoch wünschenswert, zusätzliche Informationen, wie Neigungs-, Gier- und Wankinformationen, zur Verfügung zu stellen, die der Fahrer beim sicheren Betrieb des Fahrzeugs verwenden kann.
Die US-A-5435194 offenbart den Oberbegriff von Anspruch 1. Die NL-A-1008155 offenbart eine Kupplungsplatte. Die EP-A-0437284 offenbart eine Anhängerkupplung mit einer kraftmessenden Vorrichtung.
Das Messen von Informationen über die Kräfte von Mehrfachachsen zwischen der Kupplung eines Anhängers an einen Traktor ist nicht nur aufgrund der rauhen Umgebung schwierig, der die Vorrichtung ausgesetzt ist, sondern auch aufgrund der relativ großen und schnell variierenden angetroffenen Kräfte und letztendlich der Schwierigkeit, ein lineares Ausgangssignal von den Sensoren bereitzustellen, das verwendet werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Einheit und/oder Sattelkupplungs-Anordnung, wie in Anspruch 1 ausgeführt, zur Verfügung gestellt. In den abhängigen Ansprüchen werden einige optionale Merkmale genannt.
Das System der vorliegenden Erfindung stellt in den bevorzugten Ausführungsformen ein Messsystem bereit, das multiple Sensoren unter Nutzung einer Befestigungsstruktur verwendet, die in eine Sattelanhängerkupplung integriert werden kann und die von der Umgebung geschützt ist und die die Kräfte entlang der Längs- und Vertikalachsen zur Bereitstellung von Informationen bezüglich Wanken, Neigung und Gieren genau messen kann. Das System nutzt vorzugsweise Sensoren, die ein relativ lineares elektrisches Ausgangssignal liefern, das zur Anzeige solcher Kräfte, zur Generierung von Alarmen oder zur Steuerung des Fahrzeugbetriebs verwendet werden kann.
Systeme, die die vorliegende Erfindung darstellen, umfassen vorzugsweise eine Sattelkupplung mit Montageboxen, die an einer Unterfläche davon auf gegenüberliegenden Seiten der den Achselschenkelbolzen aufnehmenden Nische gebildet sind und mit einer Kraftmesseinheit, die in jeder dieser Montageboxen befestigt ist. Jede Kraftmesseinheit enthält vorzugsweise einen vorderen und hinteren Sensor, der vor bzw. hinter der vertikalen Anhängerkupplungsachse und vor und hinter den länglichen kraftmessenden Sensoren positioniert ist. Bei einer Kraftmesseinheit auf der linken und rechten Seite der Sattelkupplungs-Anordnung liefern acht solche Sensoren Signalinformationen, die zur Bestimmung der Wank-, Neigungs- und Gierbewegungen, die von den auf der Anhängerkupplung detektierten vertikalen und länglichen Kräften abgeleitet werden, eingesetzt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jeder der Sensoren vorzugsweise an der Messeinheit unter Verwendung von elastomeren Federn befestigt, die die Sattelkupplungsplatte an die Kraftmesseinheit kuppeln, und an einem Stößel zur Kupplung der Kräfte von dieser elastomeren Feder an einen Kraftsensor selbst. In dieser bevorzugten Ausführungsform enthalten die länglichen Sensoren vorzugsweise auch ein Paar elastomerer Federn zur Vorbelastung des Sensors, so dass er Kräfte in beide Richtungen messen kann. Auch in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Stößel vorzugsweise innerhalb einer zylindrischen Öffnung mit einer gekrümmten Ausnehmung befestigt, die es der elastomeren Feder erlaubt, sich linear in Kontakt mit dem Stößel zu verformen, wenn Kraft darauf ausgeübt wird.
Mit einem solchen System wird eine kraftmessende Sattelkupplungs-Anordnung zur Verfügung gestellt, die vorzugsweise Kräfte in vertikalen und horizontalen Achsen zwischen der Achselschenkelbolzenkupplung an die Sattelkupplung misst, und genaue Signalinformationen zu einem elektrischen Schaltkreis leitet, der Neigung, Wanken und Gieren anzeigen kann, und die Informationen betreffend die vertikale Belastung an das Fahrzeug zur Verwendung beim Steuern des sicheren Betriebs des Fahrzeugs liefert.
Diese und andere Merkmale, Objekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung gemeinsam unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
Die Erfindung kann auf verschiedene Wege durchgeführt werden und eine bevorzugte Ausführungsform einer Einheit und einer Sattelkupplungs-Anordnung gemäß der Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, worin:
1 eine rechtsseitige Vorderansicht einer Sattelkupplungs-Anordnung ist, die die vorliegende Erfindung darstellt;
2 eine vergrößerte Bodendraufsicht der in 1 gezeigten Sattelkupplungs-Anlage ist;
3 eine vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht der linksseitigen Kraftmesseinheit entlang der Schnittlinien III-III der 2 ist;
4 eine vergrößerte fragmentarische Bodendraufsicht, teilweise losgelöst und im Querschnitt, der in 3 gezeigten Messeinheit ist;
5 eine vergrößerte, teilweise auseinander gezogene perspektivische Ansicht einer der Kraftmesseinheiten ist;
6 eine fragmentarische perspektivische Ansicht, teilweise losgelöst, der linken Unterseite der in den 1 bis 4 gezeigten Sattelkupplung ist, wobei der Kraftsensor entfernt wurde;
7 eine fragmentarische perspektivische Ansicht der in 6 gezeigten Struktur ist, wobei die Kraftmesseinheit darin eingebaut wurde;
8 eine vergrößerte, perspektivische Explosionsansicht einer der horizon talen oder länglichen Sensoren zur Befestigung an eine der Kraftmesseinheiten ist;
8A eine vergrößerte Explosionsansicht eines länglichen Sensors ist, wobei dessen Befestigungsverhältnis gezeigt wird; und
9 ein elektrisches Schaltkreisdiagramm in Blockform eines Schaltkreises ist, der zur Nutzung der durch das kraftmessende System der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellten Informationen verwendet wird.
Zunächst wird Bezug auf 1 bis 3 genommen, worin eine Sattelkupplung 10 gezeigt wird, die die vorliegende Erfindung darstellt und eine Deckfläche 12 (1 und 3), eine Bodenfläche 14 (2 und 4) und eine einen Achselschenkelbolzen aufnehmende Nische 16 (2) enthält, die durch gabelförmige Überstände 18a und 18b für die linken bzw. rechten Seiten der Sattelkupplung definiert ist. Sich von der Bodenfläche 14 der Sattelkupplung 10 abwärts erstreckend, befindet sich eine linksseitige Montagebox 20a und eine rechtsseitige Montagebox 20b, wobei jede Box im Wesentlichen gleich und symmetrisch ist. Jede der Montageboxen nimmt eine Kraftmesseinheit 70a oder 70b auf, wie unten näher beschrieben. Jede Box 20a und 20b ist im Wesentlichen identisch und ein Spiegelbild der anderen, so wie es die Kraftmesseinheiten 70a und 70b sind. Demgemäß folgt eine detaillierte Beschreibung der Kraftmesseinheit 70a und ihres Befestigungsverhältnisses in Bezug auf die Sattelkupplung 10, wobei verstanden wird, dass die Kraftmesseinheit 70b strukturell im Wesentlichen die gleiche ist. Die acht Sensoren werden allerdings getrennt identifiziert, wie auch die von der Messeinheit der Sattelkupplung der vorliegenden Erfindung gelieferten Signale.
Die Sattelkupplungsbox 20a (2 bis 4) enthält eine Vorderwand 22, eine Rückwand 24, die die Breite der Sattelkupplung 10 erweitern kann, eine Außenwand 26 und eine Innenwand 28. Die Außenwand 26 umfasst eine Öffnung 27, die mit einer Öffnung 29 in der Wand 28 zur Aufnahme eines Befestigungsstiftes 30 (3) fluchtet, die die Sattelkupplung 10 an einen Traktorenbefestigungsbügel 32 kuppelt, der am Traktorrahmen befestigt ist. Das Kuppeln der Sattelkupplung 10 an den Befestigungsbügel 32 erfolgt konventionell und nutzt eine elastomere Schnittstelle 31, die, gemeinsam mit dem Befestigungsstift 30, die Sattelkupplung am Traktor befestigt. Es wird allerdings verstanden, dass sich die Kraftmesseinheiten 70a und 70b zwischen den Befestigungsbügeln 32 und der Sattelkupplung 10 so verknüpfen, dass alle zwischen dem Achselschenkelbolzen und der Sattelkupplungs-Anordnung 10 übertragenen Kräfte durch die Kraftmesseinheiten 70a und 70b übersendet werden. In den 1 und 2 werden der Verschließungsmechanismus des Achselschenkelbolzens und andere mechanische Details der Sattelkupplungs-Anordnung nicht gezeigt, die im US-Patent Nr. 4,659,101 näher beschrieben sind.
Bevor im Detail auf die Kraftmesseinheiten 70a (und die im Wesentlichen identische Kraftmesseinheit 70b) eingegangen wird, wird der Standort der im System der vorliegenden Erfindung benutzten acht Sensoren hinsichtlich der Längsachse „L_o" (2 der Sattelkupplung 10) und der Seitenachse („L_a), die sich bei der vertikalen Achse V schneiden, in Verbindung mit den 1 und 2 beschrieben. Die linke Seite der Sattelkupplungsanordnung umfasst einen vorderen, horizontalen oder länglichen Sensor 40, einen hinteren länglichen Sensor 41, wie am Besten in den 2 und 3 ersichtlich. Die linke Messeinheit 70a enthält auch einen vorderen vertikalen Sensor 42 und einen hinteren vertikalen Sensor 43. Gleichermaßen umfasst die rechte Kraftmesseinheit 70b einen vorderen länglichen Sensor 44, einen hinteren länglichen Sensor 45, einen vorderen rechtsseitigen vertikalen Sensor 46 und einen hinteren rechtsseitigen vertikalen Sensor 47. Die Anordnung der Sensoren und ihre Befestigung an den Boxen 20a und 20b der Sattelkupplung 10 ist in den 1 bis 4 gezeigt. Jeder der Sensoren 40 bis 47 umfasst kapazitive Sensoren, die ein Paar leitfähiger Platten umfassen, die von einander beabstandet und innerhalb einer kompressiblen balgartigen Anordnung befestigt sind, die zwischen den leitfähigen Platten Luft- und dielektrisches Material enthalten. Die kapazitiven Sensoren entsprechen im Allgemeinen der Art, die in den US-Patenten Nr. 5,286,094 und 5,289,435 geoffenbart ist. Andere Sensoren, die den Belastungshöhen, die in dieser Umgebung angetroffen werden, standhalten können, können ebenfalls verwendet werden. Die an den Sensor übertragenen Kräfte, wie unter näher beschrieben, verursachen die Bewegung der Platten zu einander hin und weg von einander mit einer Distanz von ungefähr 2 mm, die in einer Kapazitätsveränderung resultiert, die genutzt wird, um elektrische Signale zur Verwendung mit dem in 9 gezeigten und unten beschriebenen elektrischen Steuerschaltkreis zu liefern.
Wie am Besten aus den 3 und 5 ersichtlich, enthält jede der Kraftmesseinheiten 70a und 70b einen Körper 75 mit einer halbzylindrischen nach unten geformten Fläche 76, die mit dem ähnlich geformten Befestigungsbügel 32 ineinander greift, wie in 3 gezeigt. Die Deckfläche 74 des Körpers 75 ist hinsichtlich der Bodenfläche 14 der Sattelkupplung 10 mit vier elastomeren Federn in beabstandetem Verhältnis positioniert, wobei die Federn Pads 62, 63, 66 und 67 sind, die in der in der Bodenseite 14 der Sattelkupplungsplatte gebildeten Taschen 62' und 63' positioniert sind, wie am Besten in den 3 und 6 für die dargestellte linke Seite ersichtlich. Gleichermaßen umfasst die rechte Seite Taschen zur Aufnahme der flexiblen polymerischen Padfedern für die rechtsseitige Kraftmesseinheit. Somit liefern die elastomeren Federn vor und hinter der Seitenachse La der Sattelkupplung auf jeder Seite der Längsachse L_o die Schnittstelle zwischen der Sattelkupplungsplatte und den Kraftmesseinheiten 70a und 70b.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die vertikalen elastomeren Federn, sowie die unten beschriebenen länglichen elastomeren Federn, aus natürlichem Gummi, mit einer IRHD von 60, obwohl Polyurethan oder andere elastomere Materialien mit minimaler Hysterese auch verwendet werden können. In der bevorzugten Ausführungsform waren die vertikalen Pads 62, 63, 66 und 67 ungefähr 90 mm mal 70 mm und hatten eine Dicke oder Tiefe, wie in 3 ersichtlich, von ungefähr 15 mm. Die Deckfläche 74 der Körper 75 der Kraftmesseinheit enthält gleichermaßen Taschen 62'' und 63'' (3) zur Aufnahme der flexiblen elastomeren Pads 62 und 63, die eine Lücke zwischen der Bodenfläche 14 der Sattelkupplung und der Deckfläche 74 einer Kraftmesseinheit lassen, die ausreichend ist, um den elastomeren Federn ein Verformen unter den kompressiblen vertikalen Kräften zu erlauben, die durch den an die Sattelkupplung gekuppelten Achselschenkelbolzen geliefert werden.
Die vertikalen Pads 62, 63 greifen in beabstandete Paare zylindrischer Stößel 52, 53 ein, die sich verschiebbar in zylindrische Öffnungen 72 des Körpers 75 erstrecken, wobei die Öffnungen sich abwärts vom Boden der die Feder aufnehmenden Taschen 62'' und 63'' erstrecken, die eine Schnittstelle mit einer flachen konkaven Vertiefung 77, am Besten in 3 ersichtlich, definieren, so dass sich die Bodenfläche 62a, z.B., der Feder 62 in die Öffnung 72 hineinverformen kann und mit dem Ende des Stößels 52 eingreifen kann, der sich in eine Distanz bewegt, die mit der auf die Sattelkupplung ausgeübten vertikalen Kraft linear im Verhältnis steht. Die konkave Vertiefung 77 und jeder der Schnittstellen zwischen den vertikalen Federn und den zugeordneten Stößeln 52 sichern, dass solche Kräfte linear in die Stößelbewegung umgewandelt werden, und dass die an jeweils einen Stößel anschließenden flachen Platten 52', wie die Oberflächenplatte 52', die für die Stößel 52 dargestellt ist, zum zugeordneten Sensor 42 überführt werden. Die Sensoren 42 und 43 (und 46 und 47) sind in zugeordneten Taschen 42' und 43' befestigt, die im Körper 75 so gebildet sind, dass die vertikalen Kräfte auf der Platte 12 durch die Pads 62, 63, 66, 67 und ihren zugeordneten Stößelanordnungen an die Sensoren 42, 43, 46 und 47 übertragen werden. Elektrische Konduktoren 142, 143, 146 und 147 (2 und 9) kuppeln die Sensoren elektrisch an die signalverarbeitenden Schaltkreise 200, 200' auf der geschützten Bodenfläche 14 der Sattelkupplung 10. Jeder der vier vertikalen Sensoren weist eine im Wesentlichen identische Konstruktion auf, wie es die ineinander greifenden zylindrischen Öffnungen 72, Vertiefungen 77 und damit verbundenen Stößel sind.
Es wird nun Bezug auf 5 genommen, bei der die horizontalen oder sich länglich erstreckenden Sensoren 40–43 innerhalb der Vertiefungen 90 befestigt sind, die im Körper 75 jeder der Kraftmesseinheiten 70a und 70b gebildet sind. Die Sensoren 40 sind durch die gegenüberliegenden zugewandten Nischen 40b (8 und 8A) durch eine Befestigungsklemme 103' (8A) unverlierbar an der Platte 101 angebracht. Die Klemme 103' hat Kanten 105', die über der zugewandten Fläche der Platte 101 beabstandet sind und die Klemme ist an die Platte 101 geschweißt. Die Klemme 103' enthält einen Anschlagslappen 109 zur Positionierung des Sensors 40 hinsichtlich der Platte 101 und der Druckplatte 50' mit der Außenseite eines zugeordneten Stößels 50, auf die durch ein Paar elastomere Federn, wie die mit den Sensoren 40 bzw. 41 verbundenen Pads 100 und 102, 104 und 106, eingewirkt wird. Die Klemme 103' wird in 8 und der Stößel 50 wird in 8A nicht gezeigt. Ein Paar gestapelter seriell gekuppelter elastomerer Federn wird in Verbindung mit jedem der länglichen oder horizontalen Kraftsensoren 40–43 verwendet, um eine Vorbelastung der Sensoren zu ermöglichen, so dass sowohl Beschleunigungs-, als auch Bremskräfte von jedem der vier horizontalen Sensoren (zwei auf jeder Seite der Längsachse L_o der Sattelkupplung) detektiert werden.
Die elastomeren Federn, wie die Pads 100 und 102, sind auf den gegenüberliegenden Seiten einer sich abwärts erstreckenden Zwischenplatte 101 mit Öffnungen 101' (8) zur Aufnahme der Stößel 58 und 59 des Stößels 50 befestigt. Jede der Platten 101 umfasst eine viereckige Pfanne 103 (8) zur Aufnahme einer elastomeren Feder oder eines elastomeren Pads, wie das in den 5 und 8 dargestellte Pad 100. Die Außenwände 110 und 112 der Vertiefungen 90 weisen viereckige Öffnungen 111 durch diese auf, um es den elastomeren Pads, wie dem auf der Endplatte 120 befestigten Pad 102, zu ermöglichen, in das Pad 100 zur Vorbelastung seines zugeordneten Sensors 40, wie unten beschrieben, einzugreifen.
Die Endplatten 22 und 24 erstrecken sich über die Außenplatten 120 und 122 (3) und enthalten Öffnungen zur Aufnahme eines Paares beabstandeter Gewindeverbindungselemente 107 an den Vorder- und Rückseiten von jeder der vier Messeinheiten zur Vorbelastung der Sensoren 40–43 für jede der vier Messeinheiten. Die Verbindungselemente 107 werden von den Gewindeöffnungen 105 in den Platten 101 gewindemäßig aufgenommen, wie am Besten in 4 ersichtlich. Somit komprimiert das Anziehen der Verbindungselemente 107 die elastomeren Federn oder Pads 100 und 102, 104 und 106 und die entsprechenden Federn auf der gegenüberliegenden Seite der Kraftmesseinheit für jede der vier Messeinheiten, um die Stößel 50 in Eingriff mit den entsprechenden Sensoren 40–43 zur Vorbelastung der Sensoren zu verlagern. Die elastomeren Federn 100, 102, 104 und 106 kommunizieren auch mit den Öffnungen 72, die einen glockenförmigen konkaven Eingang 77' aufweisen (3 und 4), der in seiner Form jener der oben besprochenen vertikalen Sensoren ähnelt, so dass das Extrudieren der elastomeren Federn in die Öffnungen 72 die auf die Anhängerkupplung vom Anhänger ausgeübten Kräfte in eine lineare Bewegung umgewandelt werden, die zu den horizontalen Sensoren zur Lieferung eines linearen Ausgangssignals in Antwort darauf geleitet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hatte jeder der konkaven Umkreise, die die entsprechenden zylindrischen Öffnungen 72 für jeden der vertikalen und horizontalen Sensorenstößel umgeben, einen Radius von ca. 2 mm, so dass der Durchmesser der konkaven Eingangsvertiefungen 77 und 77' ungefähr 4 mm größer war als der Durchmesser der Öffnungen 72 zur Aufnahme der mit jeder der Stößelanordnungen 50 verbundenen Stößel 52. In einer bevorzugten Ausführungsform hat jede der länglichen Federn 100, 102, 104 und 106 eine Größe von ungefähr 73 mm mal 36 mm und eine Dicke (von links nach rechts in 3) von ungefähr 13 mm und war aus dem gleichen Material wie jenes der oben besprochenen vertikalen Federn.
Die Anordnung von jeder der Kraftmesseinheiten ist in den 5 und 8 dargestellt, wobei der Sensor und die Stößel hinsichtlich der elastomeren Federn in die Körper 75 der Kraftmesseinheit nachfolgend eingefügt positioniert sind, wie in 5 gezeigt, die wiederum innerhalb des viereckigen Gehäuses 20a befestigt ist, wie in 6 dargestellt, in welchem die vertikalen Federn 62 und 63 zuvor befestigt worden sind. Bei einer teilweise zusammengebauten Kraftmesseinheit erstrecken sich die Verbindungselemente durch die Öffnungen 105 in den Platten 101 der Anordnung, um die länglichen Sensoren 40–43 mit den elastomeren Federn 100, 102, 104 und 106 vorzubelasten, die sich in die glockenförmigen Vertiefungen 77' hineinverformen, die mit der Öffnung 62 zur Bewegung der Stößel 50 in Eingriff mit den Sensoren 40–43 zur Vorbelastung der Sensoren kommunizieren, so dass Beschleunigungs- und Bremskräfte von jedem der vier länglichen Sensoren gemessen werden können.
Jeder der Sensoren 40–47 ist durch Konduktoren 140 bis 147 gekuppelt, die koaxiale Konduktoren umfassen, die jeden der Sensoren an die elektrischen Schnittstellenschaltkreise 200 und 200' zur Verarbeitung der Signale für jede der Kraftmesseinheiten kuppeln. Ein Temperatursensor 190 kann ebenfalls an die Sattelkupplung an einer günstigen Stelle, wie an der Wand 24, wie in 2 gezeigt, gekuppelt sein und an zumindest einen elektrischen Schaltkreis 200 über den Konduktor 191 gekuppelt sein.
Nachdem die mechanische Konstruktion der Sensoren, des die Stößel betätigenden Sensors und der elastomeren Federn gemeinsam mit ihrem Verhältnis zu jeder der acht Messeinheiten und dem Verhältnis der acht Messeinheiten zum unteren Rahmen der Sattelkupplung beschrieben wurde, wird nun eine kurze Beschreibung des in 9 gezeigten elektrischen Schaltkreises 300 und der Signale der Sensoren in Verbindung mit 9 gegeben.
Die kapazitiven Sensoren 40–47 sind an Schaltkreise 200 und 200' gekuppelt, die ein konventionelles Design aufweisen, wie einen spannungsgesteuerten Oszillator, der auf Kapazitätsveränderungen zur Änderung dessen Frequenz reagiert, wobei die Frequenz in ein digitales Signal umgewandelt werden kann, das repräsentativ für die Frequenz und deshalb für die Kapazität ist, die mit der auf die Sensoren vom Achselschenkelbolzen ausgeübten Kraft im Verhältnis steht, der Druck auf die Sattelkupplung ansetzt. Die Kräfte auf die vertikalen Sensoren reichen von ungefähr 0 bis zu 160.000 Newton mit 80.000 Newton auf der linken und der rechten Seite. Die auf die länglichen Sensoren ausgeübten Kräfte variieren von –80.000 Newton bis +80.000 Newton. Die Schaltkreise 200 und 200' sind durch einen geeigneten elektrischen Konduktor 310 gekuppelt, der an der Unterfläche der Sattelkupplung befestigt und an den am Fahrzeug selbst angebrachten elektrischen Schaltkreis 320 gekuppelt ist.
Der Schaltkreis 320 enthält einen Mikroprozessor 330, der an die Konduktoren 310 durch einen geeigneten Schnittstellenschaltkreis 340 und an eine Informationsanzeigeeinheit 350 über einen Bus 355 auf eine konventionelle Weise gekuppelt ist. Der Mikroprozessor 330 ist dazu programmiert, jegliche korrigierende Informationen für das elastomere Material in Abhängigkeit von der durch den Temperatursensor 190 detektierten Temperatur anzuwenden und auf die Signale von jedem der acht Sensoren zu reagieren, um linke und rechte vertikale Belastungsinformationen zu liefern, die addiert und subtrahiert werden können, um Informationen über den Wankmoment bereitzustellen. Weiters werden die acht Signale zur Detektierung der vorderen und hinteren vertikalen Belastungen angewandt, die addiert und subtrahiert werden können, um Informationen über den Neigungsmoment bereitzustellen. Die vier vertikalen Sensoren werden addiert, um eine gesamte vertikale Belastungsinformation zu liefern, während die länglichen linken und rechten Signale addiert und subtrahiert werden können, um Gierinformationen zu liefern, alle Informationen können der Informationsanzeigeeinheit 350 zugeführt werden. Diese Signale können auch einem Traktorsteuerungsmodul 360 zugeführt werden, das einen Mikroprozessor enthält und typischerweise vom Traktorhersteller zur Verfügung gestellt wird, um die Bremsaktivität zur sicheren Abbremsung des Fahrzeugs und des Anhängers und für Warnsignale an den Fahrer zu begrenzen, die exzessives Neigen, Gieren oder eine Tendenz zum Wanken anzeigen, so dass der Fah rer auf die akustischen oder visuellen Alarmsignale zur sicheren Steuerung des Traktoranhängers reagieren kann.
Somit werden beim System der vorliegenden Erfindung Signale zur Anwendung vom Fahrzeuglenker bereit gestellt, die die sich zwischen dem Anhänger und Traktor in vertikalen und horizontalen Richtungen zu der Linken und der Rechten und hinter und vor der vertikalen Achse des Achselschenkelbolzens erstreckenden Kupplungskräfte genau messen. Das System liefert elektrische Signale, die mit den vom Anhänger auf den Traktor ausgeübten Kräften auf eine bekannte Weise durch die verbesserten Kraftmesseinheiten der vorliegenden Erfindung im Verhältnis stehen.
Es wird für Fachmänner ersichtlich sein, dass verschiedenartige Modifikationen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, wie sie hierin beschrieben sind, durchgeführt werden können, ohne über den Umfang der Erfindung, wie durch die angefügten Ansprüche definiert, im Sinne des Patentgesetzes hinauszugehen.

Claims

Eine kraftmessende Sattelkupplungs-Anordnung (10), welche umfasst: eine Sattelkupplung mit einer linksseitigen Montagebox (20a) und einer rechtsseitigen Montagebox (20b), die an der Unterseite davon vorgesehen sind, wobei die kraftmessende Sattelkupplungs-Anordnung durch eine Kraftmesseinheit (70a und 70b) gekennzeichnet ist, die in jeder Montagebox (20a und 20b) angebracht ist, wobei jede Kraftmesseinheit ein Paar vertikale Sensoren (42, 43, 46 und 47), die vor und hinter der Seitenachse (L_a) der Sattelkupplung positioniert sind, und ein Paar horizontale Sensoren (40, 41, 44 und 45) umfasst, die vor und hinter der Seitenachse (L_a) der Sattelkupplung positioniert sind, so dass die Kraftmesseinheiten acht Kanäle mit Informationen betreffend die Kraftmessung zur Verfügung stellen, zur Verwendung beim Bestimmen der gesamten vertikalen Belastung, der länglichen Belastung, der Wank-, Neigungs- und Gierinformationen mit Bezug auf das Kuppeln eines Anhängers an die Zugmaschine.
Eine Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Sensoren kapazitive Sensoren sind.
Eine Anordnung nach Anspruch 1, wobei jede Kraftmesseinheit einen Körper (75) mit Vertiefungen (42', 43', 90) zur Aufnahme von jedem der Sensoren umfasst.
Eine Anordnung nach Anspruch 3, wobei der Körper zylindrische Öffnungen (72) zur Aufnahme von Stößel (52, 53) beinhaltet, die mit jedem Sensor in Verbindung stehen.
Eine Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Körper weiters Vertiefungen (62'', 63'') zur Aufnahme von elastomeren Federn (62, 63, 66, 67, 100, 102, 104, 106) umfasst, die mit jedem Sensor in Verbindung stehen.
Eine Anordnung nach Anspruch 5, wobei die Öffnungen, in welche sich die Stößel erstrecken, mit einer konkaven Schnittstelle gebildet sind, die es dem elastomeren Material erlaubt, sich linear in die zylindrischen Öffnungen hinein zu verformen.
Eine Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die horizontalen Sensoren ein Paar seriell gekoppelte elastomere Federn (100, 102) und ein Befestigungselement (107) zur kompressiblen Vorbelastung eines Stößels (58, 59) umfasst, der mit jedem horizontalen Sensor (40, 41) in Verbindung steht.
Eine Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, welche weiters einen Stromkreis (320) beinhaltet, der an die Sensoren zum Bereitstellen von Signalinformationen zur Anzeige der gesamten vertikalen Belastung, des Wankmoments, des Neigmoments, des Giermoments und der länglichen Belastung gekoppelt ist.
Eine Anordnung nach Anspruch 8, welche weiters eine Anzeige (350) enthält, die an den Stromkreis zur Anzeige der gesamten vertikalen Belastung, des Wankmoments, des Neigmoments, des Giermoments und der länglichen Belastung gekoppelt ist.
Eine Anordnung nach Anspruch 5 oder jeden vorherigen Anspruch, wenn abhängig von Anspruch 5, wobei die vertikalen und horizontalen elastomeren Federn Pads (62, 63, 66, 67, 100, 102, 104, 106) umfassen, welche aus einem von Gummi oder polymerischen Material hergestellt sind.
Eine Anordnung nach Anspruch 10, wobei die Federn für die vertikalen Sensoren ca. 70 mm mal 90 mm sind, mit einer Dicke von ca. 15 mm.
Eine Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Federn für die horizontalen Sensoren ca. 36 mm mal 73 mm sind und eine Dicke von ca. 13 mm haben.
Eine Anordnung nach Anspruch 10 oder jedem vorherigen Anspruch, wenn von Anspruch 10 abhängig, wobei der Körper weiters elastomere Federn (62, 63, 66, 67, 100, 102, 104, 106) beinhaltet, die mit jedem Sensor in Verbindung stehen.
Eine Anordnung nach Anspruch 13, wobei die horizontalen Sensoren ein Paar seriell gekoppelte elastomere Federn (100, 102) und ein Befestigungselement (107) zur kompressiblen Vorbelastung des zugeordneten Sensors umfasst.
Eine Anordnung nach Anspruch 14, wobei die elastomeren Sensoren Pads sind und die Öffnungen (72), in welche die Stößel hineingeformt sind, eine konkave Schnittstelle (77) mit den Pads aufweisen, die es dem elastomeren Material ermöglicht, sich linear in die zylindrischen Öffnungen hinein zu verformen.