空心型材传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种空心型材传感器，例如安装在路基或路面中，用于检测车辆的重量和/或车辆或汽车车轮在路面上的行驶动态响应以及车辆速度和其他测量参数，该传感器可以简单地且以需要的精度进行生产。这通过位于型材内部的具有测量装置（4）的管部（1）实现，其中，管部（1）具有力导入凸缘（2），该力导入凸缘与该管部连接，使得力作用线集中产生在测量装置（4）上，该空心型材设计为由多部分、尤其是两部分构成的。
【专利说明】空心型材传感器【技术领域】
[0001]本发明涉及一种空心型材传感器，例如安装在路基或路面中，用于检测车辆的重量和/或车辆或汽车车轮在路面上的行驶动态响应以及车辆速度和其他测量参数。
【背景技术】
[0002]用于检测和称量运动中的车辆(Weigh in motion-WM)的传感器和测量装置是众所周知的。
[0003]在专利文献EP-A-0491655中已说明一种管状传感器。在专利文献EP-B-0654654中公开了一种另外的空心型材传感器,该空心型材传感器具有管部,该管部在它的型材内部包含测量装置，该测量装置力配合地连接于该管部的壁。管部具有力导入凸缘，该力导入凸缘在管部侧面与该管部连接，使得力作用线集中产生在测量装置上，并获得机械增强作用。
[0004]与其他已知实施方式相比，该实施方式在测量元件和力导入之间具有弹性体，用以吸收侧向力，已经证实:当力线通量从车辆通过硬面导入宽的力导入凸缘，再由力导入凸缘将该力集中地直接导入测量元件时，这样做对于精确性是有利的。在此，在汽车车轮和测量元件之间绝对不允许中间支撑有弹性材料，基本上所有力线P都应由该测量元件引导，以避免力分流。
[0005]传感器在上述设置中是具有稳定的电和机械特性的石英晶体传感器，该传感器不受(abgekoppelt)侧力的影响，且不具有干扰信号漂移(Signaldrift)。
[0006]这样的空心型材传感器能够长期可靠地起作用，可是由于该空心型材是封闭地一体化形成的，因此制造和安装成本非常高。由此使得工业生产、尤其是大规模生产几乎不可能实现并且也不经济。
[0007]压电测量元件在预张紧(Vorspannung)的情况下嵌入传感器结构中。依据现有技术，通过传感器元件被加盖制造并随后安装到空心型材中来产生预张紧。
[0008]调整并控制局部的预紧力是不可能的，因为该预紧力依赖于各种因素，例如经过整个型材长度的支承面的高度、平整度以及平行度，测量装置的高度，特别是管部的截面几何形状以及该型材原料(例如铝、钢或其他合金)的弹性模数。对于封闭的空心型材，当壁强度以高精度均匀的实施时，可以实现沿长度均匀的预张紧。可是随着长度的增加，内部空间(测量元件设置在内部空间之间)中的支承面几乎不可能在整个型材长度上被均匀、准确地加工。这种几何形状的小误差会导致在各个测量元件中不同的预张紧，并因此导致测量结果的不精确。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的目的在于，在避免所指出的现有技术的缺点的情况下改进空心型材传感器。
[0010]该目的通过权利要求 1的特征实现。[0011]通过提供一种分开的、尤其是分成两部分的空心型材，使该空心型材的各部分能更容易地制造，并且这些部分的连接面或支承面能够以任意长度进行机械的、高精度的加工。高度、平整度以及平行度的公差要求能够以较低的成本实现。能够保留在专利文献EP-B-0654654中已知的且有利的力导入凸缘的设置。
[0012]空心型材传感器的优选实施方式在从属权利要求中公开。不管是自身可分开的管部，还是开放的管部都可由具有力锚定凸缘的配合件封闭。各部分的连接可以借助力配合、材料配合或形状配合的连接技术实现。
[0013]本发明不受所示出的实施方式的限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面参照附图通过实施例详述本发明，其中所有附图中的附图标记始终用于相同的名称。在附图中示出:
[0015]图1为按照EP-B-0654654的空心型材传感器；
[0016]图2为按照本发明的第一种实施方式中的空心型材传感器；
[0017]图3为按照本发明的另一种实施方式中的空心型材传感器；
[0018]图4为型材部分的连接的示例。
【具体实施方式】
[0019]图1示出了根据现有技术的空心型材传感器。由双箭头所示的力线P在空心型材传感器中产生聚集的力，该力从中央穿过在中间示出的测量元件延伸。
[0020]在其他已知实施方式中，驶过的车辆的车轮的力并不是集中地导入测量元件，而是在各个位置从相对竖直的支撑物或部分通过侧向支撑物进入地面中，在此分别只有一力分量通过该测量元件。对于上述应用，这种实施方式对于今天需要的精度已证明是不够的。此外，就大多数老的应用来说不能确定推力。此外重要的是，在预张紧下安装测量装置。本发明因此只涉及这样的实施方式:其中在测量装置上形成力作用线的集中。此外本发明应适于通过应用测量装置中的推力传感器进行推力测量，
[0021]图2示出了空心型材传感器，其具有开放的、例如管状或U形的管部1，该管部具有力导入凸缘2和用于测量装置4的支柱3，以及具有相应成型的配合件7，该配合件具有用于固定在路基中的力锚定凸缘5以及用于测量装置4的支柱6。
[0022]传感器设计为长形的，且因此长度超过宽度或高度的10倍，因为该传感器必须延伸经过道路的主要部分。通常，传感器的长度在Im至4m之间，而宽和高小于10cm，优选约为 5cm。
[0023]图2特别示出了具有管部I并在型材内部具有测量装置4的空心型材，在此，管部I具有力导入凸缘2，该力导入凸缘与该管部相连接，使力作用线P集中在测量装置4上。管部I与配合件7相对应。
[0024]空心型材可以尤其是具有基本上为圆形的形状，但这并非是强制性的。在相应的实施方式中，U形、椭圆形以及基本上为矩形的以及其他截面形状的管型材也能提供同样良好的效果。关键是每个力作用线P要竖直地穿过测量装置4，而不论该力确切施加在力导入凸缘2的什么位置，而不会在测量装置4上产生横向力。另一方面，如果横向力施加在力导入凸缘2上，则该横向力应同样作为横向力发生在测量装置4上。
[0025]按照本发明，空心型材由两部分组成:型材部管部I和配合件7。此外，型材部1、7在连接区域这样彼此连接:通过调节型材部1、7的彼此间的预张紧，使得沿空心型材传感器长度上的预紧力是均衡的。
[0026]通过这种由两部分组成的空心型材的实施方式，一方面使支柱3、6的加工能更容易地以需要的精度实现。另一方面在连接型材部1、7时还能进行微调。为此，在型材部彼此例如通过焊接实现所设定的固定之前，可以例如首先通过夹紧至所需强度(该强度能在测量元件上确定)实现预张紧。或者该预张紧可以通过凸缘上的螺栓实现，在此，在拧紧螺栓时测量元件同样可以单个或整体地用作预紧力的指示器。为此，应该通过精确的局部调节实现该目标:使预紧力在空心型材的整个长度上具有恒定的值。
[0027]在按照本发明的实施方式中，测量装置4设置并定位在支柱3和6的未详示的支承面之间。在该实施方式中，测量装置4包括压电传感器，例如石英或其他晶体或压电陶瓷或压电箔。这种传感器包含压电晶体，该压电晶体只对压力敏感和/或只对垂直于空心型材传感器的轴的推力敏感。测量装置在此可以模块化地构造，使得只有作用于路面的重力分量、推力分量或重力分量和推力分量是可测量的。测量元件的工作原理与专利文献EP-B-0654654 的教导一致。
[0028]按照本发明，管部I具有凸缘8，该凸缘固定在力锚定凸缘5上。在图2中示出了凸缘8与力锚定凸缘5的螺栓连接，在此，在两个凸缘8、5之间附加地设置密封元件10。密封元件10沿着凸缘8封闭管部I内的内部空间。
[0029]在如图3所示的另一实施方式中，管部I沿横向大约分成两个半部，使得凸缘8相对于力锚定凸缘5沿横向间隔开地支承固定在配合件7的支承凸缘70上。测量装置4因此处于与管部I的凸缘8以及配合件7的支承凸缘70大约相同的高度，位于空心型材的中央。凸缘8、70以及由此使管部I与配合件7彼此不可分地焊接在一起，这用焊缝9表示。
[0030]图4示出将管部I与配合件7连接的可能性，其中以在凸缘8和力锚定凸缘5之间的连接为例。
[0031 ] 例如，这可以借助焊缝9 (a)、粘结剂(b)、螺栓(c、f)、铆钉(d)或夹具(e)，通过在测量装置4上产生需要的预紧力来实现。在粘结的情况下会构成粘结层11，该粘结层除粘贴功能外也密封型材内部空间。对于力配合和/或形状配合的连接，分别设置至少一个密封元件10。
[0032]上述连接可能性也可用于凸缘8和支承凸缘70之间的连接。优选管部I设有凸缘8形状的限定平面和支承凸缘70形状或力锚定凸缘5形状的限定平面，由此将确保由多部分组成的空心型材传感器的可再现的连接。
[0033]在根据图2和图3所示的两个实施方式中，对支柱3、6的支承面可以容易并精确地进行机械加工。这将确保两个支柱3、6具有高的平整度以及彼此间的平行度，因此，即使通过焊接实现连接时，也可以使测量装置4均匀地在空心型材传感器的长度上预张紧，在此放弃了例如通过螺栓实现个体的调节。
[0034]测量元件的预张紧可以通过将两个型材部挤压在一起实现，在此，拉紧(gedehnt)管部1，并通过支柱3、6将预紧力施加到测量装置4上。随后如上所述地连接型材部。由此使得测量装置4工作状态良好地固定并预张紧。[0035]通过调节型材部的彼此的预张紧可以加强预紧力。对预紧力同样可以在空心型材传感器的长度上局部地进行调节，这使得能够在该型材的不同位置上对该预张紧进行微调。
[0036]由于空心型材传感器的开放式结构，需要在整个型材长度上的可靠密封。对于焊接或粘接，这种密封在接合过程中通过焊缝9或粘层11直接实现，而对于螺栓、铆钉或夹具，这可以通过平的密封元件10或填料(Vergussmasse)实现。对此还可以替代地如图4f)所示，将密封元件10以密封绳10的形式嵌入为此设置的相应留空中，这种留空可以设置在密封面的一侧或两侧。
[0037]在图4g)中示出图4f)的密封绳10的区域的放大视图。带有密封元件10的留空优选位于管部I中。按照本发明，在配合件7中，在密封面的另一侧上，相对于留空设置挡块12，该挡块接合入该留空中并确保其在管部I和配合件7之间居中。优选留空和挡块12在中央轴两侧设置在连接区域中，因此除可用于对中外还能起到固定功能。因此，即使在负荷较大时，也可以在连接面上在管部I和配合件7之间吸收可能的横向力。留空和挡块12在管部I和配合件7中的布置还可以交换。
[0038]空心型材传感器在端侧通常例如借助未示出的塞子封闭。类似于专利文献EP-B-0654654中的教导，空心型材传感器可以制造为已可安装的传感器。
[0039]空心型材传感器的这种实施方式的测量装置4还可以根据电阻、压电阻或电容测量原理来实施，并包括一个或多个相应的传感器。
[0040]在按照本发明的空心型材传感器中，尤其是管部I的壁强度在预张紧的区域中设计为小于管部I和配合件7的凸缘8、70、5的材料强度。由此在连接区域8、70中实现局部加固，这种加固又使得该区域在实施对型材部的预张紧时不在预张紧方向上，也就是说不在力线通量方向P上拉紧。这对于借助焊实现连接时尤其是特别重要的，因为焊接经常不具有预设的、恒定的焊接深度。焊接连接(在焊接连接时焊接深度对于预张紧是可变的)不适用于该装置。通过加固凸缘8、70、5，可以在任何情况下(不管连接技术)都能非常好地确保所需要的精度。这种预张紧必须是可再现的，并且不允许依赖于加固的质量。
[0041]正如在现有技术中的设置，在此也优选测量装置4由多个排成列的传感器组成。按照本发明，在这种情况下型材部1、7的连接由多个连接点组成，这些连接点相对于测量装置4的分立的传感器元件等距离地设置。由此可以确保所有传感器元件承受对称的预张紧条件。
[0042]附图标记列表
[0043]I 管部
[0044]2力导入凸缘
[0045]3 支柱
[0046]4测量装置
[0047]5力锚定凸缘
[0048]6 支柱
[0049]7配合件
[0050]70支承凸缘
[0051]8 凸缘[0052]9 焊缝
[0053]10密封元件、密封绳
[0054]11粘结层
[0055]12 挡块
[0056]P 力线
【权利要求】
1.一种空心型材传感器，例如安装在路基或路面中，用于检测车辆的重量和/或车辆或汽车车轮在路面上的行驶动态响应以及车辆速度和其他测量参数，该传感器包括管部(1)，该管部具有位于型材内部的测量装置(4)，其中，所述管部(I)具有力导入凸缘(2)，该力导入凸缘与该管部相连接，使得力作用线集中在所述测量装置(4)上，其特征在于，所述空心型材被设计为由多部分、尤其是两部分构成的。
2.根据权利要求1所述的空心型材传感器，其特征在于，所述管部(I)设计为开放的型材。
3.根据权利要求1或2所述的空心型材传感器，其特征在于，所述管部(I)配备有配合件(7)。
4.根据权利要求1所述的空心型材传感器，其特征在于，所述管部(I)被分开地制成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的空心型材传感器，其特征在于，所述管部(I)具有凸缘(8)。
6.根据权利要求3所述的空心型材传感器，其特征在于，所述管部(I)与所述配合件(7)力配合和/或形状配合地连接。
7.根据权利要求6所述的空心型材传感器，其特征在于，在所述空心型材的各部分之间设置至少一个密封元件(10 )。
8.根据权利要求6所述的空心型材传感器，其特征在于，使用填料填塞所述型材的内部空间，以进行密封。
9.根据权利要求3所述的空心型材传感器，其特征在于，所述管部(I)与所述配合件(7)材料配合地连接。
10.根据权利要求3所述的空心型材传感器，其特征在于，所述管部(I)具有凸缘(8)，该凸缘固定在力锚定凸缘(5)或所述配合件(7)的支承凸缘(70)上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的空心型材传感器，其特征在于，所述测量装置(4)包括压电传感器、压电阻传感器、电容传感器和/或电阻传感器。
12.根据前述权利要求中任一项所述的空心型材传感器，其特征在于，所述型材部的管部(I)和配合件(7)具有支柱(3、6)，所述测量装置(4)设置在这些支柱之间。
13.根据权利要求12所述的空心型材传感器，其特征在于，所述型材部的管部(I)和配合件(7)通过预张紧彼此连接，从而通过所述支柱(3、6)在所述测量装置(4)上产生预紧力。
14.根据权利要求13所述的空心型材传感器，其特征在于，所述测量装置(4)上的预张紧通过所述管部(I)的拉紧实现。
15.根据权利要求13或14所述的空心型材传感器，其特征在于，所述型材部(1、7)的彼此预张紧在该空心型材传感器的长度上是可调节的。
16.根据权利要求15所述的空心型材传感器，其特征在于，通过设置所述型材部(1、7)彼此的预张紧来均衡所述测量装置(4)上的预张紧。
17.根据前述权利要求中任一项所述的空心型材传感器，其特征在于，所述管部(I)的壁强度在预张紧的区域中小于所述管部(I)和所述配合件(7)的所述凸缘(8、70、5)的材料强度。
18.根据前述权利要求中任一项所述的空心型材传感器，其特征在于，所述测量装置(4)由排成列的多个传感器组成。
19.根据权利要求8所述的空心型材传感器，其特征在于，所述型材部(1、7)的连接由多个连接点组成，这些连接点相对于所述测量装置(4)的分立的传感器元件等距离地设置。
20.根据权利要求12所述的空心型材传感器，其特征在于，所述两个支柱(3、6)具有高的平整度以及彼此间的平行度。
21.根据前述权利要求中任一项所述的空心型材传感器，其特征在于，该空心型材传感器适于通过应用所述测量装置(4)中的推力传感器执行推力测量。
22.根据权利要求7所述的空心型材传感器，其特征在于，所述密封元件(10)以密封绳(10)的形式设置在为此设置的相应留空中。
23.根据权利要求6或22所述的空心型材传感器，其特征在于，在所述管部(I)上设有留空，并相对该留空在所述配合件(7)中设置挡块(12)，该挡块接合入该留空中并确保在所述管部(I)和所述配合件(7 )之间的对中。
24.根据权利要求23所述的空心型材传感器，其特征在于，所述留空和挡块(12)在该空心型材传感器中的中央轴两侧设置在所述连接区域中，以便在所述对中之外还确保管部(I)和配合件 (7)之间的固定。
【文档编号】G01G3/13GK103890553SQ201280051635
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年6月20日 优先权日:2011年10月20日
【发明者】大卫·科尔尼, 安德里安·霍夫曼 申请人:基斯特勒控股公司