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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer auf eine Achse eines Fahrzeugs, insbesondere eines Flurförderzeugs, wirkenden Achslast.
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Wenngleich das erfindungsgemäße Verfahren in allen Arten von Fahrzeugen mit wenigstens zwei Achsen vorteilhaft einsetzbar ist, so eignet es sich doch insbesondere für Flurförderzeuge. Um ein Flurförderzeug, wie beispielsweise einen Gabelstapler, sicher betreiben zu können, ist nämlich die Kenntnis der auf dem Lastaufnahmemittel getragenen Last und des zugehörigen Lastschwerpunkts bzw. des gesamten Lastmoments, das auf das Flurförderzeug wirkt, unerlässlich. Nur wenn sich das genannte Lastmoment und der Lastschwerpunkt des gesamten Flurförderzeugs innerhalb Bauartbedingter Wertebereiche bewegen, kann das Fahrzeug sicher betrieben werden und Unfälle durch ein Kippen des Fahrzeugs oder ein unzulässiges Fahrverhalten, beispielsweise bei Kurvenfahrten, verhindert werden. Anders ausgedrückt kann bei Überschreiten eines kritischen Werts durch das Lastmoment die Standsicherheit des Fahrzeugs nicht mehr gewährleistet werden und das Fahrzeug kann kippen oder umstürzen.
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Ein bekanntes Verfahren zum Detektieren dieses kritischen Lastmoments ist die Messung der Achslast, insbesondere an der Hinterachse des Fahrzeugs. Im Falle einer zu großen auf dem Lastaufnahmemittel aufgenommenen Last bzw. eines ungünstigen Lastschwerpunkts, wandert der Gesamtschwerpunkt des Fahrzeugs immer weiter nach vorne in Richtung der auf dem Lastaufnahmemittel aufgenommenen Last und weg von der Hinterachse des Fahrzeugs. Da Gabelstapler in der Regel über die Hinterachse gelenkt werden, kann eine Entlastung der Hinterachse zu einem vergrößerten Lenkschlupf und einem Untersteuern führen. Sollte der Gesamtschwerpunkt des Fahrzeugs gar vor der Vorderachse liegen, so kann ein Kippmoment um diese Achse herum auftreten, durch das die Hinterachse anhoben würde.
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Somit kann eine zu niedrige Achslast an der Hinterachse auf einen unzulässigen Beladungszustand des Fahrzeugs hinweisen. Andererseits sind jedoch auch Anwendungsfälle denkbar, in denen die Achslast an einer Vorderachse eines Fahrzeugs zu messen wäre, beispielsweise um ein Überschreiten einer zulässig maximalen Achslast zu verhindern.
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Ein Verfahren zum Erfassen einer Achslast eines Flurförderzeugs ist aus der
DE 10 2006 028 551 A1 bekannt, in der vorgeschlagen worden ist, einen oder mehrere Scherkraftaufnehmer oder Normalkraftaufnehmer am Achskörper anzubringen oder in die Achse selbst zu integrieren. Dieses Verfahren und die zugehörige Anordnung der Kraftaufnehmer haben allerdings den Nachteil, dass diese aufwendig auf den Achskörper oder eine andere Komponente der Achse oder/und die Radwellen appliziert werden müssen. Indem somit die Kraftaufnehmer in direkten Kontakt mit dem Achskörper oder einem anderen gegenüber dem Fahrzeugkörper beweglichen Teil sind, besteht auch eine erhöhte Gefahr, dass sie aufgrund von Vibrationen oder anderen auf den Achskörper wirkenden Kräften verloren gehen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer auf eine Achse eines Fahrzeugs, insbesondere eines Flurförderzeugs, wirkenden Achslast bereitzustellen, das einerseits eine präzise Messung der genannten Achslast erlaubt und andererseits einen verringerten Montageaufwand und einen dauerhaft zuverlässigen Betrieb ermöglicht.
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Hierzu umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer auf eine Achse eines Fahrzeugs, insbesondere eines Flurförderzeug, wirkenden Achslast die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen wenigstens eines Sensors zur berührungslosen Messung von wenigstens einer elektrischen oder magnetischen Eigenschaft eines ferromagnetischen Bauteils;
- - Anordnen des wenigstens einen Sensors in einem vorbestimmten Abstand von einem im Kraftfluss stehenden ferromagnetischen Bauteil der Achse;
- - Erfassen der elektrischen oder magnetischen Eigenschaft im Betrieb des Fahrzeugs mittels des wenigstens einen Sensors; und
- - Berechnen der auf die Achse wirkenden Achslast auf Grundlage von von dem wenigstens einen Sensor gelieferten Daten.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Bestimmung der zu messenden Achslast ebenfalls wie im bekannten Stand der Technik in indirekter Weise durch die Messung von Spannungen und insbesondere Biegespannungen bzw. von Quer- und Längskräften oder aber durch die Messung der Torsionsspannung in einem in Kraftfluss stehenden Strukturbauteil der fraglichen Achse. Im Gegensatz zu den bekannten Techniken wird vorliegend allerdings die entsprechende Spannung bzw. Kraft nicht mehr direkt durch mit dem fraglichen Bauteil in Kontakt stehende Kraftaufnehmer aufgezeichnet, sondern wird kontaktlos gemessen, indem ausgenutzt wird, dass derartige auf ein ferromagnetisches Bauteil wirkende Spannungen oder/und Kräfte dessen elektrische und magnetische Eigenschaften ändern.
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Entsprechende Sensoren zur berührungslosen Messung elektrischer oder magnetischer Eigenschaften sind am Markt frei erhältlich. Es ist der Verdienst der Erfinder, erkannt zu haben, dass sich durch geeignete Anordnung solcher Sensoren an entsprechenden Positionen in einem vorbestimmten Abstand von einem in Kraftfluss stehenden ferromagnetischen Bauteil einer Achse die auf diese Achse wirkende Achslast präzise und zuverlässig messen lässt.
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Wenngleich sich die Berechnung der auf die Achse wirkenden Achslast auf Grundlage der von dem wenigstens einen Sensor gelieferten Daten auch rein anhand geometrischer Überlegung über die Geometrie des ferromagnetischen Bauteils der Achse und bekannte Materialeigenschaften durchführen lässt, so kann es vorteilhaft sein, wenn das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt eines Kalibrierens des wenigstens einen Sensors durch Erfassen der elektrischen oder magnetischen Eigenschaft bei einer bekannten Achslast umfasst. Eine derartige Kalibration kann in bekannter Weise durchgeführt werden, beispielsweise indem bekannte Lasten mit dem Lastaufnahmemittel angehoben werden und dann in einem Teststand die momentan wirkende Achslast gemessen wird, wobei die Ausgabe des wenigstens einen Sensors aufgezeichnet wird. Durch geeignete Auswahl und Variation der aufgenommen Last kann ein praktisch relevanter Bereich von Achslasten abgedeckt werden. Die auf diese Weise aufgezeichneten Kalibrationsdaten können hierbei in geeigneter Weise in einem Speicher hinterlegt und bei zukünftigen Berechnungsvorgängen von Achslasten verwendet werden.
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Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn in dem erfindungsgemäßen Verfahren wenigstens zwei Sensoren bereitgestellt und vorzugsweise symmetrisch bezüglich einer Längs- und/oder Breitenachse des Fahrzeugs angeordnet werden.
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Hierbei kann davon ausgegangen werden, dass der Achskörper selbst ebenfalls die genannte Symmetrie aufweist, sollte dies hingegen nicht der Fall sein, so können selbstverständlich auch bezüglich Symmetrieachsen des Achskörpers Sensoren in symmetrischer Weise angeordnet werden. Durch die symmetrische Anordnung von Sensoren können einerseits senkrecht zu der Symmetrieachse wirkende Effekte, wie beispielsweise durch eine Kurvenfahrt entstehende Zentrifugalkräfte ausgeglichen werden und es kann ferner eine Redundanz der einzelnen Messungen erreicht werden. In ähnlicher Weise kann durch die Anordnung von mehreren Sensoren auf sich kreuzenden Achsen am Achskörper ein Ausgleich von lediglich entlang einer der Achsen wirkenden Effekte erreicht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die von dem wenigstens einen Sensor zu messende elektrische oder magnetische Eigenschaft eine magnetische Permeabilität sein. Diese Größe beschreibt die Durchlässigkeit von Materien für magnetische Felder und ist bei ferromagnetischen Materialien gegenüber dia- oder paramagnetischen Materialien deutlich höher, wodurch sie für eine erfindungsgemäße Bestimmung einer Achslast besonders geeignet ist.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dieses ferner ein Berechnen eines Lastmoments auf Grundlage der von dem wenigstens einen Sensor gelieferten Daten umfassen. Auf diese Weise ist nicht mehr nur die auf die Achse wirkende Achslast bekannt, sondern direkt das wirkende Lastmoment, was eine Feststellung eines unzulässigen Betriebszustands Fahrzeugs, insbesondere eines Flurförderzeugs, weiter vereinfacht.
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In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Flurförderzeug, umfassend wenigstens eine Vorder- und eine Hinterachse, wobei wenigstens eine der Achsen ein im Kraftfluss stehendes ferromagnetisches Bauteil umfasst, und wobei das Fahrzeug ferner umfasst:
- - wenigstens einen Sensor in einem vorbestimmten Abstand von einem im Kraftfluss stehenden ferromagnetischen Bauteil der Achse, welcher dazu eingerichtet ist, wenigstens eine elektrische oder magnetische Eigenschaft des ferromagnetischen Bauteils im Betrieb des Fahrzeugs zu erfassen und diese Eigenschaft repräsentierende Daten auszugeben; und
- - eine Verarbeitungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, auf Grundlage der von dem wenigstens einen Sensor ausgegebenen Daten eine auf die Achse wirkende Achslast zu berechnen.
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Es versteht sich, dass es sich bei dem Fahrzeug beispielsweise um ein Flurförderzeug in der bekannten Bauform eines Gabelstaplers handeln kann und dass die Zahl der Achsen und Räder des Fahrzeugs unerheblich sind. Insbesondere kann es sich bei dem Fahrzeug sowohl um einen drei- als auch um einen vierrädrigen Gabelstapler handeln, wobei an beiden Achsen die Achslast gemessen werden kann. Bei der Achse kann es sich wiederum um eine sogenannte Pendelachse handeln, bei der der Achskörper an zwei in Fahrzeuglängsrichtung beabstandeten Punkten über Pendelzapfen schwenkbar am Fahrzeugkörper aufgehängt ist.
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Erfindungsgemäß kann der Verarbeitungseinheit eine Speichereinheit zum Speichern von Kalibrationsdaten und/oder Konstruktionsparametern zugeordnet sein. Die derart gespeicherten Kalibrationsdaten können einerseits bereits ab Werk in der Speichereinheit hinterlegt sein oder können während des oben beschriebenen Kalibrationsverfahren nach Inbetriebnahme des Fahrzeugs in der Speichereinheit abgelegt werden. Die Konstruktionsparameter können sich einerseits lediglich auf die Bauart der Achse selbst beziehen oder andererseits auch auf das gesamte Fahrzeug und entweder lediglich zur Berechnung der Achslast verwendet werden oder auch zum Berechnen des Lastmoments des Fahrzeugs.
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In einer Weiterbildung können im erfindungsgemäßen Fahrzeug die Verarbeitungseinheit und ggf. die Speichereinheit einer elektronischen Steuereinheit des Fahrzeugs zugeordnet oder mit dieser betriebsmäßig gekoppelt sein. Auf diese Weise ist eine verbesserte Integration der Anordnung zum Bestimmen der Achslast in die Gesamtsteuerung des Fahrzeugs möglich und es könnte beispielsweise daran gedacht werden, bei Erfassung einer unzulässigen Achslast das Fahrzeug elektronisch stillzulegen oder auch nur eine Warnung durch die elektronische Steuereinheit des Fahrzeugs auszugeben. Auch komplexere Wechselwirkungen mit der Steuerung des Fahrzeugs sind denkbar, wie beispielsweise das Festlegen einer von der Achslast abhängigen maximalen zulässigen Geschwindigkeit oder Beschleunigung.
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Wie bereits weiter oben angesprochen, kann es vorteilhaft sein, wenn das erfindungsgemäße Fahrzeug wenigstens zwei Sensoren umfasst, welche vorzugsweise symmetrisch bezüglich einer Längs- und/oder Breitenachse des Flurförderzeugs oder/und des Achskörpers angeordnet sind.
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Zuletzt kann in dem erfindungsgemäßen Fahrzeug das im Kraftfluss stehende ferromagnetische Bauteil ein Achskörper, ein Pendelzapfen und/oder eine Radwelle oder wenigstens ein Teil von einem von diesen sein.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels deutlich, wenn diese zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird. Diese zeigen im Einzelnen:
- 1 einen Achskörper aus einem erfindungsgemäßen Flurförderzeug in schräger Draufsicht;
- 2 den Achskörper aus 1 einer Hinteransicht;
- 3 den Achskörper aus den 1 und 2 in einer Seitenansicht; und
- 4 eine mit dem Achskörper aus den 1 bis 3 verbundene Radwelle.
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In 1 ist ein Achskörper einer Hinterachse aus einem erfindungsgemäßen Flurförderzeug gezeigt und ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Achskörper 10 ist ein Form eines Pendelachskörpers gebildet, der über einen Pendelzapfen 12 wie in 3 gezeigt mit dem Fahrzeugkörper K des Flurförderzeugs an zwei in Längsrichtung des Fahrzeugs beabstandeten Punkten pendelnd verbunden ist.
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Durch die derart ermöglichte Pendelbewegung des Achskörpers 10 gegenüber dem Fahrzeugkörper K ist eine Auslenkung der dem Achskörper 10 zugeordneten (nicht gezeigten) Räder aus der durch den Fahrzeugkörper K festgelegten Horizontalen möglich, so dass mit Hilfe von nicht gezeigten Dämpfungselementen eine gefederte Aufhängung der Räder ermöglicht wird. Die angesprochenen nicht gezeigten Räder sind über lediglich in 4 dargestellte Radwellen 15 an den beiden Breitenenden 14a und 14b des Achskörpers anbringbar.
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In der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform sind ferner eine Mehrzahl von Sensoren 16a - 16d gezeigt, die dem Pendelzapfen 12 zugeordnet und in geringem Abstand von diesem angebracht sind. Die Sensoren 16a - 16d sind dazu eingerichtet, die magnetische Permeabilität des Pendelzapfens lokal zu bestimmen. Um hierbei geeignete Werte erhalten zu können, ist der Pendelzapfen 12 aus einem ferromagnetischen gehärteten Stahl gebildet, der zudem eine geeignete Festigkeit für die Verwendung als Pendelzapfen aufweist. Hierbei sind die beiden Sensoren 16a und 16c oberhalb des Pendelzapfens 12 angeordnet und vermessen daher Bereiche an der Oberseite des Pendelzapfens, während die Sensoren 16b und 16d seitlich neben dem Pendelzapfen 12 angeordnet sind und daher Bereiche an der Seite des Pendelzapfens vermessen.
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Die Sensoren 16a - 16d geben die magnetische Permeabilität repräsentierende Daten an eine Verarbeitungseinheit aus, beispielsweise direkt an den Bordcomputer oder die elektronische Steuereinheit des Fahrzeug, wo sie weiterverarbeitet werden können. Diese Anbindung der Sensoren zur Datenübertragung an eine Verarbeitungseinheit ist in den Figuren jeweils durch mit den Sensoren verbundene Datenleitungen 18 angedeutet.
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Die magnetische Permeabilität des Pendelzapfens 12 hängt von der auf die Achse wirkenden Achslast ab, da diese Last vom Achskörper 10 über den Pendelzapfen 12 in den Fahrzeugkörper K des Flurförderzeugs eingeleitet wird. Durch die derart auf den Pendelzapfen 12 wirkenden Kräfte ändert sich die magnetische Permeabilität des Materials lokal, wodurch die von den Sensoren 16a - 16d erfasste Permeabilität ein Maß für die auf die Achse wirkende Achslast darstellt, die in der Verarbeitungseinheit unter Verwendung der von den Sensoren gelieferten Daten bestimmt werden kann.
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Wie in den 1 - 3 ferner zu erkennen ist, sind die Sensoren 16a - 16d auf zwei sich kreuzenden Achsen angeordnet, wodurch sich seitlich wirkende Effekte, wie beispielsweise Kräfte aus Kurvenfahrten und ähnliches, in der Berechnung der Achslast kompensieren lassen. Ferner sind zwei Paare von Sensoren 16a und 16b bzw. 16c und 16d beiderseits des Achskörpers 10 an dem Pendelzapfen 12 angeordnet, um eine Redundanz der Messung der Achslast zu erreichen, indem die mittels der jeweiligen Sensorpaare gemessenen Werte gegeneinander abgeglichen werden können. Sollte die Berechnung der jeweiligen Achslast anhand der einzelnen Sensorpaare ergeben, dass diese Werte in unzulässigem Maße voneinander abweichen, so können entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden, wie beispielsweise eine Überprüfung der Sensoren 16a bis 16d oder gar eine zwangsweise Stilllegung des Fahrzeugs.
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Während sich die Anordnung der Sensoren 16a bis 16d im Bereich des Pendelzapfens 12 besonders gut zum Messen der Achslast eignet, da dieser gegenüber dem Fahrzeugkörper K im Wesentlichen ortsfest ist, ist eine Zuordnung von Sensoren zum Achskörper 10 schwieriger, da dieser wie angesprochen gegenüber dem Fahrzeugkörper K pendeln kann, jedoch prinzipiell auch denkbar.
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Des Weiteren bietet sich es sich, wie in 4 gezeigt, ebenfalls an, entsprechende Sensoren 16e und 16f auch in der Nähe der jeweils ein Rad tragenden Radwelle 15 anzuordnen. Erneut ist ein Sensor 16e oberhalb der Radwelle 15 angeordnet, während der andere seitlich der Radwelle 15 angeordnet ist. Auch diese Sensoren 16e und 16f arbeiten nach dem oben beschriebenen Prinzip einer Messung der magnetischen Permeabilität des entsprechenden Bauteils, d.h. in diesem Fall der Radwelle 15, zur Bestimmung einer Achslast. Indem die Sensoren 16e und 16f direkt der Radwelle 15 zugeordnet werden, kann ferner verglichen mit einer Zuordnung zu dem Pendelzapfen 12 ein Profil der Achslast über die Breitenausdehnung der Achse erstellt werden, wodurch auch eine unzulässige asymmetrische Belastung des Fahrzeugs erfasst werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006028551 A1 [0005]
