WIM力传感器和用于这种WIM力传感器的壳体轮廓制造技术

本发明专利技术涉及一种WIM力传感器和用于该WIM力传感器的壳体轮廓。该WIM力传感器具有壳体轮廓和压电式测量装置(5)；压电式测量装置在待测量的反作用力(K)作用下产生电极化电荷；壳体轮廓具有管部(2)和在管部内部的空腔(22)；反作用力经由壳体轮廓沿着力导入轴线(Y)作用在压电式测量装置上；压电式测量装置沿着力导入轴线在机械预紧(V)下安装在空腔中；在管部上施加沿着安装力轴线(X)作用的安装力(M)，为了将压电式测量装置安装在空腔中，管部通过所施加的安装力沿着力导入轴线扩张；管部在由力导入轴线和安装力轴线张开的横截面(XY)中为椭圆形的，该椭圆形具有沿着安装力轴线的长半轴和沿着力导入轴线的短半轴。

【技术实现步骤摘要】
WIM力传感器和用于这种WIM力传感器的壳体轮廓
本专利技术涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的WIM力传感器。本专利技术还涉及一种用于这种WIM力传感器的壳体轮廓。
技术介绍
力传感器是众所周知的。待测量的力作用在力传感器上，力传感器在力的作用下产生测量信号。特别已知的是被称为动态称重(WIM)力传感器的力传感器。这种WIM力传感器安装在道路中，并且当在道路上行驶的车辆驶过WIM力传感器时测量来自车辆的反作用力。本申请人是WIM力传感器的市场领导者，在WIM力传感器中，压电式测量装置在反作用力的作用下产生电极化电荷形式的测量信号。电极化电荷由电极捕获。电极化电荷的数量是与反作用力的大小成比例的。对反作用力的测量是动态的，即，该测量是在车辆从2km/h至200km/h和更大的速度下进行的。可以从测量信号中确定多种交通信息，例如轴载荷、总重量、轴距、车辆长度、车辆速度等。本申请人在专利文献EP0654654A1中公开了一种这样的WIM力传感器。该WIM力传感器具有一壳体轮廓，该壳体轮廓包括力导入法兰、管部和力锚固法兰。压电式测量装置布置在管部内的空腔中。道路是沿着水平轴线延伸。力导入法兰位于道路下方几厘米处。待测量的反作用力沿着竖直轴线经由壳体轮廓被传送到压电式测量装置上。该竖直轴线也被称为力导入轴线。WIM力传感器通过力锚固法兰被稳定地机械紧固在道路的地基中。管部具有壁。壁保护压电式测量装置免受有害的环境影响，例如污物、灰尘和湿气。管部具有两个保持件。该保持件与壁是一体的。保持件在管部的内部界定了用于压电式测量装置的空腔。并且，保持件机械地预紧空腔中的压电式测量装置。通过该机械预紧，使得压电式测量元件的表面和压电式测量装置的电极彼此力配合地叠置，从而不会出现导致电荷捕获不完全的电性非接触区域，并因此排除了所述表面上的粗糙度和不平整度，这使得WIM力传感器3具有很高的测量可重复性和很高的线性度。测量可重复性表示在相同条件下重复测量的精度。线性度表明了电极化电荷的数量是如何恒定地随着反作用力的增加而增加。为了产生机械预紧，压电式测量装置在力导入轴线方向上的尺寸相对于空腔的尺寸过盈。为了将压电式测量装置安装在空腔中，管部通过水平方向起作用的安装力沿力导入轴线的方向弹性地扩张。该水平轴线也被称为安装力轴线。只要压电式测量装置被安装在空腔中，就会释放安装力。因此，管部沿着力导入轴线的弹性扩张被部分地反转，并且由于过盈，机械预紧现在沿力导入轴线的方向起作用。根据专利文献EP0654654A1的教导，管部在由力导入轴线和安装力轴线张开而成的横截面中是圆形的，并且壁具有均匀的壁厚。已经发现，必须高精度地制造保持件之间的空腔的尺寸。如果过盈太大，则必须施加更大的安装力以使管部扩张，这会带来管部在安装过程中发生部分塑性扩张的风险。在释放安装力之后，该部分塑性扩张的管部会处于不能预先确定的形状，从而只有太小的机械预紧起作用。并且如果过盈太小，则在释放安装力之后起作用的机械预紧会太低。在这方面，专利文献CN102928005A1公开了一种WIM力传感器，其具有带有壁的管部，该壁的壁厚随着相对于保持件的距离的增加而恒定地增加。在安装力沿着安装力轴线作用到壁上的两个安装部位上，壁具有最大的壁厚。从保持件到安装部位，壁厚以余弦形状增加。这导致了巨大的菱形的管部。为了实现WIM力传感器的尽可能高的灵敏度，应该将压电式测量装置布置在力主路径中。灵敏度是电极化电荷的数量与反作用力的大小之比。在力主路径中，绝大部分反作用力是通过壳体轮廓传递到压电式测量装置上。根据专利文献CN102928005A1的教导，所述巨大的菱形管部降低了WIM力传感器的灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种WIM力传感器，其产生了具有高测量可重复性和高线性度的测量信号。本专利技术的第二个目的是提供一种非常灵敏的WIM力传感器。第三个目的是能够低成本地制造用于这种WIM力传感器的壳体轮廓。这些目的中的至少一个通过独立权利要求的特征来实现。本专利技术涉及一种WIM力传感器，其具有壳体轮廓和压电式测量装置；压电式测量装置在待测量的反作用力作用下产生电极化电荷；壳体轮廓具有管部和在管部内部中的空腔；反作用力通过壳体轮廓沿着力导入轴线作用在压电式测量装置上；压电式测量装置在机械预紧下沿着力导入轴线安装在空腔中；其中，沿着安装力轴线作用的安装力可以被施加在管部上，为了将压电式测量装置安装在空腔中，管部可以通过所施加的安装力而沿着力导入轴线扩张；其中，管部在由力导入轴线和安装力轴线张开的横截面中呈椭圆形，该椭圆形具有沿着安装力轴线的长半轴和沿着力导入轴线的短半轴。根据本专利技术，WIM力传感器的管部不再如容专利文献EP0654654A1中所教导的那样在横截面中是圆形的。相反，根据本专利技术的管部在横截面中是椭圆形的。申请人已经认识到，对于横截面为椭圆形并且沿着安装力轴线的延展比沿着力导入轴线的延展更大的管部，与专利文献EP0654654A1的圆形管部情况下相同大小的安装力会导致沿着力导入轴线有更大的扩张，而管部在此不发生塑性扩张。相比之下，相同大小的安装力会使管部的竖直扩张增大基本上30％。因此，根据本专利技术的管部和压电式测量装置能够以不太严格的制造公差来制造，这使得成本低廉。在一种优选的实施方式中，WIM力传感器的管部具有外表面和中心点，该外表面呈椭圆形地远离中心点形成；并且其中，管部具有至少一个安装区域和内表面，该安装区域位于安装力轴线上；并且内表面在安装区域中是朝向中心点凹入地形成。在可施加安装力的安装区域中，管部通过特殊的构型被有针对性地局部机械增强。外表面呈椭圆形地远离中心点形成，内表面朝向中心点凸出地形成。由此，安装力在安装区域中是局部地作用并且使安装区域变形。安装力在外表面上引起压缩力，并且安装力在内表面上引起拉力。压缩力沿切向朝向安装区域地作用在外表面上。拉力沿切向远离安装区域地作用在内表面上。通过外表面的椭圆形构型和内表面的凹入构型，有针对性地避免了安装区域在压缩力和拉力作用下发生塑性变形。由于该增强的安装区域，与专利文献EP0654654A1的管部情况下相同大小的安装力相比之下会使管部的塑性扩张比例减小基本上25％。这样做的结果是，基于该增强的安装区域，在安装力释放之后，能够以更大可能地建立所期望大小的机械预紧，这进而导致力传感器具有更高的测量可重复性和更高的线性度。在另一种优选的实施方式中，WIM力传感器的管部的安装区域在两个转折点之间的内表面上延伸；并且安装区域在该内表面上具有恒定的凹入增强半径。这样做的优点在于：安装区域沿着安装力轴线的轴向延展可以通过增强半径的大小来精确地调整。由此，可以根据安装力的大小有针对性地调整被增强的安装区域的尺寸。由此使得被增强的安装区域的尺寸保持尽可能的小，以使尽可能小比例的待测量反作用力流经被增强的安装区域，并且使尽可能大比例的反作用力作用在压电式测量装置上，这使得WIM力传感器具有尽可能高的灵敏度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种WIM力传感器(100)，具有壳体轮廓(1)和压电式测量装置(5)；所述压电式测量装置(5)在待测量的反作用力(K)的作用下产生电极化电荷；所述壳体轮廓(1)具有管部(2)和在所述管部(2)内部中的空腔(22)；所述反作用力经由所述壳体轮廓(1)沿着力导入轴线(Y)作用在所述压电式测量装置(5)上；所述压电式测量装置(5)在机械预紧(V)下沿着所述力导入轴线(Y)安装在所述空腔(22)中；其中，在所述管部(2)上能够施加沿着安装力轴线(X)作用的安装力(M)，为了将所述压电式测量装置(5)安装在所述空腔(22)中，所述管部(2)能够通过所施加的安装力(M)沿着所述力导入轴线(Y)扩张；其特征在于，所述管部(2)在由所述力导入轴线(Y)和所述安装力轴线(X)张开的横截面(XY)中形成为椭圆形的，该椭圆形具有沿着所述安装力轴线(X)的长半轴(a)并具有沿着所述力导入轴线(Y)的短半轴(b)。/n

【技术特征摘要】
20191216 EP 192165641.一种WIM力传感器(100)，具有壳体轮廓(1)和压电式测量装置(5)；所述压电式测量装置(5)在待测量的反作用力(K)的作用下产生电极化电荷；所述壳体轮廓(1)具有管部(2)和在所述管部(2)内部中的空腔(22)；所述反作用力经由所述壳体轮廓(1)沿着力导入轴线(Y)作用在所述压电式测量装置(5)上；所述压电式测量装置(5)在机械预紧(V)下沿着所述力导入轴线(Y)安装在所述空腔(22)中；其中，在所述管部(2)上能够施加沿着安装力轴线(X)作用的安装力(M)，为了将所述压电式测量装置(5)安装在所述空腔(22)中，所述管部(2)能够通过所施加的安装力(M)沿着所述力导入轴线(Y)扩张；其特征在于，所述管部(2)在由所述力导入轴线(Y)和所述安装力轴线(X)张开的横截面(XY)中形成为椭圆形的，该椭圆形具有沿着所述安装力轴线(X)的长半轴(a)并具有沿着所述力导入轴线(Y)的短半轴(b)。


2.根据权利要求1所述的WIM力传感器(100)，其特征在于，所述管部(2)具有外表面(210)和中心点(C)，所述外表面(210)呈椭圆形远离所述中心点(C)地形成。


3.根据权利要求2所述的WIM力传感器(100)，其特征在于，所述管部(2)具有至少一个安装区域(25)和内表面(200)，所述安装区域(25)位于所述安装力轴线(X)上；并且所述内表面(200)在所述安装区域(25)中朝向所述中心点(C)凹入地形成。


4.根据权利要求3所述的WIM力传感器(100)，其特征在于，所述安装区域(25)在所述内表面(200)上在两个转折点(P20)之间延伸；并且所述安装区域(25)在所述内表面(200)上具有恒定的凹入增强半径(R25)。


5.根据权利要求3或4所述的WIM力传感器(100)，其特征在于，所述安装区域(25)沿着径向轴线(R)延伸经过一安装区域角度(α25)；或者所述安装区域(25)沿着所述力导入轴线(Y)延伸经过一增强高度(251)。


6.根据权利要求2至5中任一项所述的WIM力传感器(100)，其特征在于，所述管部(2)具有多个壁区域(20)；所述外表面(210)在所述壁区域(20)中呈椭圆形远离所述中心点(C)地形成，所述内表面(200)在所述壁区域(20)中呈椭圆形远离所述中心点(C)地形成；并且所述壁区域(20)具有壁厚(W20)，所述壁厚(W20)是基本上恒定的。


7.根据权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·普夫鲁格，
申请(专利权)人：基斯特勒控股公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH