用于动态称重传感器的中空型材的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种长形的用于WIM(动态称重)传感器的中空型材(1)，其具有两个彼此平行设置的力导入板(2)以及设置在所述力导入板(2)之间的管(3)，所述管与所述板(2)结合为一体件并且形成空腔(5)。在所述空腔(5)内设计有自各板(2)伸出的两个彼此对置的保持件(6)，位于所述管(3)内的中心的测量元件(7)能够被接纳在所述保持件之间并处于预紧状态下。所述管(3)具有两个彼此设计为镜像对称的管部分(8)，所述管部分分别与所述板(2)相互连接，并且在内部邻接所述空腔(5)。根据本发明，各管部分(8)的壁厚(9)至少具有两个较薄区域(10)以及位于所述较薄区域之间的一较厚区域(11)。
【专利说明】用于动态称重传感器的中空型材
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种长形的用于WIM (动态称重)传感器的中空型材，其具有两个彼此平行设置的力导入板以及设置在所述力导入板之间的管，所述管与所述板结合成一体件并且形成空腔，其中，在所述空腔内设计有自各板伸出的两个彼此对置的保持件，位于所述管内的中心的测量元件能够被接纳在所述保持件之间并处于预紧状态下，而且其中所述管具有两个被设计为彼此镜像对称的管部分，所述管部分分别与所述板相互连接，并且在内部邻接所述空腔。
【背景技术】
[0002]WIM传感器是长度介于I米至几米之间的传感器，其被安装在道路中，用于测量车辆的动态的地面反作用力，以确定车辆的重量。传感器的基本元件是铝制中空型材，在该铝制中空型材中以预紧的方式安装测量元件。由此，在上方和下方设置的保持件确保了最佳的力线通量通过该测量元件。该中空型材包括管部件，用于该测量元件的预紧和密封。一种已知的用于此目的的中空型材例如被记载于专利文献US5501111中。其实施方式由一管构成，该管具有圆形或六角形外直径和内部空腔，该内部空腔在侧向(即，垂直于力引导方向)由均匀的壁厚围绕，并且在进行力的引导的方向上具有内壁平行的表面，用于夹紧测量元件。这样的系统已被证明是不适合的，因为从外部到管上的力引导很少能被精确地控制。
[0003]另一种已知的用于此目的的中空型材例如被记载于专利文献EP0654654中。作为根据US5501111的实施方案的扩展，根据EP0654654的实施方案包括两个力导入板，在这两个力导入板之间设置管。由于这些平行的力导入板大约比所述管的两倍还宽，因此在这种布局中，导入的力能被妥善地限制。多个测量元件通过管被预紧，并在车辆驶过时获取相应的信号。
[0004]测量元件的预紧在管部件中产生基本的应力。重型车辆行驶过处于安装状态的传感器则会在管部件中产生额外的高应力。由于这是一个动态的负载，并且在多辆车经过时达到高的负载循环，该型材，尤其是在从管部件到力导入板中的过渡区域内，有遭受永久性损伤的风险。已经表明，传统的管型材不能承受WM应用的工作负载。由于管部件形成力的分流，该分流降低了传感器的灵敏度，并因此恶化了测量结果，因此管部件应尽可能地被设计成是薄壁的，并且不会不必要地强化。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种前述类型的中空型材，其在使用中可以长时间地承受应力，却不会降低成品WIM传感器的灵敏度。该目的是通过独立权利要求的特征予以解决。
[0006]根据本发明，每个管部分的壁厚至少包括两个较薄区域和位于这两个较薄区域之间的较厚区域。
[0007]已经表明，管部分上的这些较薄区域用作为固体铰接部，其允许在该区域中的弯曲比尤其是较厚区域更多，所述较厚区域会随着壁厚的增大而变硬。因为较薄区域比较厚区域在弯曲过程中会产生较少的应力，所以根据本发明的型材的寿命相比于传统的中空型材更长。
[0008]本发明的其它实施方式在从属权利要求中描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]下面将参照附图对本发明进行详细说明。其中:
[0010]图1示出了根据现有技术的WIM型材的横截面；
[0011]图2示出了根据本发明的WIM型材的横截面；
[0012]图3示出了根据本发明的管部分的横截面；
[0013]图4示出了变型实施方式中的根据本发明的管部分的横截面；
[0014]图5示出了根据本发明的实施方式中位于管部分与力导入板之间的外部过渡区域；
[0015]图6示出了根据本发明的力导入板的一部分。
【具体实施方式】
[0016]下面将参照附图对本发明进行详细说明。同一附图标记总是指代相同的情形。
[0017]图1示出了根据现有技术的WIM(动态称重)传感器的中空型材I的横截面。该型材的宽度和高度通常在50_和70_之间，而该型材的在此未示出的长度典型地介于Im和4m之间。因此这种中空型材相对于其横截面的大小能被看作为是长形的。
[0018]该中空型材I具有两个彼此平行设置的力导入板2以及位于这两个板2之间的管
3。该管与板2结合为一体件并且形成空腔5。在空腔5内设置有自各板2伸出的两个彼此对置的保持件6。在保持件6之间用虚线示出了测量元件7。该测量元件7被安装在管3内的中心，位于保持件6之间，并且处于预紧状态下，从而完成该WIM传感器。
[0019]该测量元件7在此被示意性示出，并且实际上有多个测量元件，特别是多个压电测量元件。这些测量元件沿着中空型材的整个长度以相同的间隔居中地设置在保持件6之间，保持件6例如为板2或上下叠置的板对2，如在EP0654654中所述的那样。
[0020]该管3包括两个彼此镜像对称设置的具有厚度9的管部分8，所述管部分分别与板2相互连接，并且在内部邻接空腔5。
[0021]该管部分8用于测量元件7的预紧。该预紧通过覆盖测量元件7来实现。在考虑构件公差的情况下为了能实现这种覆盖的整体稳定，其必须具有一定的大小。尽管如此，也不允许预应力特别大。为了实现此目的，管部分8的壁厚9应该尽可能地小。
[0022]但是另一方面，在WM传感器负载的情况下，特别是在管部分8的通道区域中，会保持高的机械应力峰值。在壁厚9特别薄的情况下，这种应力峰值会导致弹性变形。结果会导致传感器的测量特性发生变化、传感器出现裂痕以及停止运转。由于该传感器被固定安装在道路路面中，并且更换需要将道路阻隔多个小时，由此在任何情况下都要避免WM传感器的更换。
[0023]图2示出了根据本发明的中空型材I的横截面，除了几点区别之外，其构造与如上所述的根据现有技术的中空型材相同。基本相同的组件在此将不再重复。[0024]特别地，在根据本发明的实施方式中，平行的力导入板2是设置在其间的管3的宽度的1.5至3倍。由此，限定了驶过车辆的一定的力导入。由于管3基本上被设计为圆形，所以管3与力导入板2中间的连接相对于力导入板2的宽度很小。这种设计致使均匀的力导入到测量元件7上，即使导入的力在侧向作用到力导入板2上。
[0025]在图1中所示的根据现有技术的管部分8的壁厚9除了在靠近板2的区域之外是恒定的，而图2中所示的根据本发明的管部分8的壁厚9却是不恒定的。在根据本发明的实施方式中，各管部分8的壁厚9具有至少两个较薄区域10和位于其之间的较厚区域11，如图3所示。通过所示出的合适的型材几何形状，力的分流微小，而且在最大限度的负载下，应力峰值也处于临界值之下。
[0026]在根据本发明的实施方式中，管部分8的横截面进行了如下所述的变化，以便优化应力分布。通过仿生方式使得其轮廓进行微小的变化，但是这对材料的局部负载却具有很大的影响。
[0027]在第一优选实施例中，如图3所示，替换具有恒定的壁厚9，管部分8被构造为在测量元件7的高度上具有一较厚区域11，并且向着力导入板减缩至较薄区域10。该较厚区域11被加强并且用作为支撑，而该较薄区域10则能够作为固体铰接部很好地吸收应力峰值，而不会因此出现损坏。优选地，管部分8的壁厚9在所有的较薄区域10的两侧均具有较厚区域11。在垂直于平行板2引入外力时，较薄区域11用作固体铰接部。该较薄区域11在预置一个或多个测量元件7 (其在保持件6之间被预紧)时用作为固体铰接部，该固体铰接部通过其弹性将应力施加到测量元件7上。由此，各较薄区域10应被设计为局部最小部分(Minimum),其中各较薄区域上的最薄的壁厚9位于一点,在该点处,壁厚9在该点的两侧又立即增大。
[0028]管部分8基本上具有圆弓的形状。重要的是，管部分8不是彼此平行延伸的，而是呈弯曲状，亦即以弧形延伸，因为只有如此才能使该较薄区域11成为铰接部。在其它情况下，当管部分8彼此平行并且基本上设计为直线状时，较薄区域11仅会伸展和压缩，而不能如铰接部那样弯曲。
[0029]在如图4所示的第二优选实施例中，管部分8被设计为，其壁厚具有三个较薄区域10和两个位于较薄区域之间的较厚区域11。由此，出现两个较硬的区域11，其分别在两侧与较薄区域10的固体铰接部邻接。此外，同样可以想到其它的分别交替设置的较薄区域和较厚区域10、11。
[0030]根据本发明，管部分8被设计为相对于平面B呈镜像对称，该平面B平行于板2延伸，在中心通过管2。由此确保之后装入的测量元件7具有均匀的负载。
[0031]而且，特别地，根据本发明的中空型材I的横截面在中空型材I的整个长度L上是恒定的。
[0032]图5中示出了根据本发明的中空型材I的另一个优选实施方式。在该实施例中，管部分8到力导入板2的过渡半径被设计为，不是如现有技术那样相切地过渡到板中。在根据本发明的实施方式中，每个位于管部分8与板2之间的外部过渡区域均设置有内半径r，其中在板的区域中的各内半径还被设计成相对于板平齐面的垂线呈角度a。在图5中用虚线示出了相应的垂线O。因此，力导入板的材料厚度从垂线O起向外部增大。这样，板2的横截面在朝向管部分8的外部过渡区域12中总是具有局部最小部分13，并且被设计为随后向外在位置14处增厚厚度d。
[0033]力导入板2的横截面在位置14处具有局部最大部分14，并且从这个位置起向外逐渐变小，如图6所示。
[0034]根据本发明，中空型材I被设计为，相对于垂直于板延伸的中间平面A和/或相对于平行于板延伸的中间平面A呈镜像对称。所提出的平面A、B在图2中给出。这种对称一方面使得型材I易于制造，并且还防止了不对称负载作用到将在以后装入到中空体2中的测量元件7上。
[0035]在另一个根据本发明的中空型材中，其已具有测量元件7，该测量元件被接纳在保持件6之间的中心位置并且处于预紧状态下，如图2中的虚线所示。
[0036]已经表明，在管部分8的壁厚9包括至少一个具有局部的点状最小部分的较薄区域10时(其中，在该最小部分被设置为邻近于第一力导入板2时，壁厚9直接从该局部最小部分的两侧进一步增大)，则根据本发明的中空型材I已然具有优点。因此，对于仅有一个最小部分的情况而言，不允许其位于板之间的中心位置。然后，这种中空型材应以如下方式被安装在道路中:道路中的第一力导入板2相对于路面对齐。除了管部分8的局部较薄区域10之外，管部分具有均匀一致的壁厚9。还可以想到的是，与所描述的两个或多个较薄区域10相结合的其它优选实施方式也可以仅使用一个所述的邻近于第一力导入板2设置的较薄区域10。
[0037]特别地，测量元件7可以由多个测量元件7构成，如在EP0654654中所描述的，其被接纳于保持件6之间并且处于预紧状态下。在此，管部分8的较薄区域11由于装入测量元件7通过扳开(弯曲)而伸展，从而施加预紧。用作固体铰接部的较薄区域11在扳开时产生作用到测量元件7上的应力。这样就避免了预紧形成的弯曲分布到管部分8的整个长度上。通过此措施提高了中空型材I的使用寿命。
[0038]通过在此描述的相对现有技术的中空型材的各种变化，在负载情况下能够较好地分布高应力，其首先会出现在力导入板2和管部分8的过渡区域12中。代替引起弹性变形和破裂的临界应力峰值，在根据本发明的实施例中的应力更好地分布在该中空型材上，特别是更好地分布在管部分8上，而且相应地较小。因此，明显地提高了传感器的最大容许负载，并且延长了使用寿命。
[0039]附图标记列表
[0040]I用于WM传感器的中空型材
[0041]2力导入板；板
[0042]3 管
[0043]4力导入板部分，板部分
[0044]5 空腔
[0045]6保持件
[0046]7测量元件
[0047]8管部分
[0048]9 壁厚
[0049]10较薄区域
[0050]11较厚区域[0051]12外部过渡区域
[0052]13局部最小部分
[0053]14在板部分上的位置，局部最大部分
[0054]A垂直于板延伸的平面
[0055]B平行于板延伸的平面
[0056]L中空型材的长度
[0057]O垂直线
[0058]d 厚度
[0059]r 半径
[0060]α 角度。
【权利要求】
1.长形的用于WIM(动态称重)传感器的中空型材(I)，具有两个彼此平行设置的力导入板(2)以及设置在所述力导入板(2)之间的管(3)，所述管与所述板(2)结合为一体件并且形成空腔(5)，其中，在所述空腔(5)内设计有自各所述板(2)伸出的两个彼此对置的保持件(6)，位于所述管(3)内的中心的测量元件(7)能够被接纳在所述保持件之间处于预紧状态下，其中所述管(3)具有两个彼此镜像对称设置的管部分(8)，所述管部分分别与所述板(2)相互连接，并且在内部邻接所述空腔(5)，其特征在于，各管部分(8)的壁厚(9)至少具有两个较薄区域(10)以及位于所述较薄区域之间的一个较厚区域(11)。
2.如权利要求1所述的中空型材，其特征在于，所述管部分(8)的壁厚(9)在所有的较薄区域(10)两侧均具有较厚区域(11)。
3.如权利要求1或2所述的中空型材，其特征在于，各所述较薄区域(10)呈现出所述壁厚(9)的局部最小部分。
4.如前述权利要求中任一项所述的中空型材，其特征在于，所述较薄区域(11)在垂直于平行的所述板(2)的外力引入时用作固体铰接部。
5.如前述权利要求中任一项所述的中空型材，其特征在于，当存在一个或多个被预紧于所述保持件(6)之间的测量元件(7)时，所述较薄区域(11)用作固体铰接部，所述固体铰接部通过所述固体铰接部的弹性将预紧施加到所述测量元件(7)上。
6.如前述权利要求中任一项所述的中空型材，其特征在于，所述管部分(8)基本上具有圆弓的形状。
7.如前述权利要求中任一项所述的中空型材，其特征在于，所述管部分(8)的壁厚(9)具有三个较薄区域(10)和位于其之间的两个较厚区域(11)。
8.如前述权利要求中任一项所述的中空型材，其特征在于，所述管部分(8)被设计为相对于平行于所述板(2)延伸的平面B呈镜向对称。
9.如前述权利要求中任一项所述的中空型材，其特征在于，所述中空型材的横截面在所述中空型材的整个长度L上是恒定的。
10.如前述权利要求中任一项所述的中空型材，其特征在于，位于所述管部分(8)与所述板(2)之间的外部过渡区域(12)均具有内半径r，其中在所述板(2)的区域内的内半径r均被进一步设计成相对于板方向的垂直方向呈角度α。
11.如权利要求10所述的中空型材，其特征在于，所述板(2)的横截面，在朝向所述管部分(8)的所述外部过渡区域(12)内，均具有局部最小部分(13)，并且随后向外在位置(14)处被设计为具有较厚的厚度f。
12.如权利要求11所述的中空型材，其特征在于，所述力导入板(2)的横截面在所述位置(14)处具有局部最大部分，并且从该位置起向外逐渐变小。
13.如前述权利要求中任一项所述的中空型材，其特征在于，所述中空型材被设计为相对于垂直于所述板(2)延伸的中间平面A呈镜像对称。
14.如前述权利要求中任一项所述的中空型材，其特征在于，所述中空型材相对于平行于所述板(2)延伸的中间平面B呈镜像对称。
15.如前述权利要求中任一项所述的中空型材，其特征在于，所具有的测量元件(7)被接纳在所述保持件(6)之间的中心位置并且处于预紧状态下。
16.如权利要求15所述的中空型材，其特征在于，多个测量元件(7)被接纳在所述保持件(6)之间并且处于预紧状态下，其中所述管部分(8)的较薄区域(11)经由插入所述测量元件(7)通过扳开而伸展，由此施加所述预紧。
17.长形的用于WIM(动态称重)传感器的中空型材(I)，具有彼此平行设置的第一和第二力导入板(2)以及设置在所述力导入板(2)之间的管(3)，所述管与所述板(2)结合为一体件并且形成空腔(5)，其中，在所述空腔(5)内设计有自各板(2)伸出的两个彼此对置的保持件(6)，位于所述管(3)内的中心的测量元件(7)能够被接纳在所述保持件之间并且处于预紧状态下，其中所述管(3)具有两个彼此镜像对称设置的管部分(8)，所述管部分分别与所述板(2)相互连接，并且在内部邻接所述空腔(5)，其特征在于，各管部分(8)的壁厚(9)至少包括一个具有局部最小部分的较薄区域(10)，其中所述壁厚(9)直接从所述局部最小部分的两侧增加，并且所述局部最小部分被设置为邻近所述第一力导入板(2)。
18.如权利要求17所述的中空型材，其特征在于，所述第一力导入板(2)被设置为，在已组装的状态下在道路中与路面对齐。
19.如前述权利要求中任一项所述的中空型材，其特征在于，除了局部的较薄区域(10)之外，所述壁厚(9) 具有均匀一致的壁厚(9)。
【文档编号】G01G19/02GK103959022SQ201280056736
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月15日 优先权日:2011年11月18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