DE102012001916A1

DE102012001916A1 - Messsystem zur Erfassung von Kräftebelastungen einer Stützstruktur

Info

Publication number: DE102012001916A1
Application number: DE201210001916
Authority: DE
Inventors: Benedikt Hering
Original assignee: Schenck Process GmbH
Current assignee: Schenck Process Europe GmbH
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-08
Also published as: WO2013114190A1

Abstract

Messsystem zur Erfassung von Kräftebelastungen einer Stützstruktur, umfassend einen Kraftmessaufnehmer mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Messkopf, der in einer Bohrung der Stützstruktur anzuordnen oder angeordnet ist, wobei der Messkopf eine als Spannringanlage angepasste Außenfläche besitzt, und mindestens ein erster Spannring mit wenigstens einer kegeligen Kraftübertragungsfläche umfasst ist, und wobei der erste Spannring zumindest teilweise in einem Ringspalt zwischen der Außenfläche des zylinderförmigen Messkopfs und einer Innenfläche der Bohrung in der Stützstruktur anzuordnen oder angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messsystem zur Erfassung von Kräftebelastungen einer Stützstruktur, umfassend einen Kraftmessaufnehmer mit einem zylinderförmigen Messkopf, der in einer Bohrung der Stützstruktur anzuordnen ist.
Zur Erfassung von Kräftebelastungen eignen sich bekanntermaßen Kraftmessaufnehmer, welche auch als Kräftesensoren bezeichnet werden. Besondere Anwendung finden Kraftmessaufnehmer bei der gravimetrischen Erfassung von Füllständen in Behältnissen, welche durch Stützstrukturen gestützt sind, wie beispielsweise Silos, sowie bei der Überwachung von Grenzbelastungswerten von kräftebelasteten Stützstrukturen, wie beispielsweise Kräne oder vergleichbare Trag- oder Stützkonstruktionen, und bei Wägeaufgaben im Gleisbereich sowie bei Schaltern im Gleisbereich.
Die Erfindung geht daher von Kraftmessaufnehmern aus, die sich zur Erfassung von Kräften an kräftebelasteten Stützstrukturen eignen, wobei hierfür üblicherweise die in den Stützstrukturen vorherrschenden Normal- und Querkräfte zu bestimmen sind.
Üblicherweise werden zu diesem Zweck Kraftmessaufnehmer mit Dehnungsmessstreifen eingesetzt, die kraftabhängige Verformungen bzw. Dehnungen an kräftebelasteten Stützstrukturen erfassen können. Die vorliegende Erfindung kann hingegen auch für Kraftmessaufnehmer eingesetzt werden, die auf alternativen Messprinzipien zur Erfassung von Kräftebelastungen von Stützstrukturen basieren.
Unter kräftebelastete Stützstrukturen im Sinne der Erfindung sind Tragstrukturen, Tragkonstruktionen oder Leitstützstrukturen beispielsweise bestehend aus Horizontal-, Vertikal- und/oder Querträger, Schienen für darauf fahrende Züge oder andere schienengebundene Einheiten, Messstützen, Messbalken, Stützen, Zargen, Tragwände, oder dergleichen, zu verstehen, die miteinander verbunden und/oder bereits vormontiert sein können. Nachfolgend soll hierfür allgemein der Begriff einer Stützstruktur verwendet werden.
Die Anbringung von Kraftmessaufnehmern an Stützstrukturen zur Erfassung von Kräftebelastungen kann zur Erfassung kraftabhängiger Verformungen an der Oberfläche der Stützstruktur erfolgen. Allerdings müssen hierfür Kraftmessaufnehmer durch Schweiß- oder Schraubverbindungen oder durch andere Verbindungsarten an der Oberfläche geeignet befestigt werden. Ferner ermöglicht eine derartige Anbringung von Kraftmessaufnehmern naturgemäß nur eine beschränkte Erfassung der Kräftebelastungen an der Oberfläche von Stützstrukturen.
Die Erfassung von Kräftebelastungen über einen Querschnitt einer Stützstruktur ermöglichen indessen Kraftmessaufnehmer, die in eine Bohrung in der Stützstruktur eingebracht sind und hierfür einen im Wesentlichen zylinderförmigen Messkopf umfassen, der in diesen Bohrungen eingebracht ist. Derartige Kraftmessaufnehmer mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Messkopf werden üblicherweise als Messaugen bezeichnet und weisen üblicherweise eine längliche Form auf. Als Messaugen ausgebildete Kraftmessaufnehmer können überall dort eingesetzt werden, wo entweder eine bestehende Stützstruktur nicht verändert werden kann bzw. soll oder wenn die Anforderung besteht, eine kostengünstige Alternative zu anderen Kraftmessaufnehmern einzusetzen, beispielsweise zur Erstausrüstung von Wägevorrichtungen oder zu deren Nachrüstung, ohne bestehende Strukturen bzw. Komponenten zu ersetzen.
Zur Einbringung derartiger als Messaugen bezeichnete Messköpfe in eine Stützstruktur zum Zwecke der Messung der Kräftebelastung der Stutzstruktur wird üblicherweise zuerst ein Loch in die Stützstruktur gebohrt und dieses Loch als Passung ausgearbeitet. Anschließend wird der Messkopf anhand eines Passpressungsverbands in die ausgearbeitete Bohrung eingebracht bzw. eingepresst.
Die Einbringung derartiger Messköpfe von Kraftmessaufnehmern anhand eines Passpressungsverbands erfordert üblicherweise einen hohen Montage- und Zeitaufwand, da zuerst eine Passbohrung in die bestehende Stützstruktur vorbereitet und eingebracht werden muss. Ferner muss mit einer hohen Präzision sowie mit einem entsprechenden Spezialwerkzeug gearbeitet werden um derartige Passbohrungen mit ausreichender Genauigkeit für eine anschließende Presspassung des Messauges in die Stützstruktur vorzubereiten.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Messsystem bereit zu stellen, welches den Nachteil des Standes der Technik beseitigt und einen geringen Montageaufwand zur Anbringung von Kraftmessaufnehmern an/in eine bestehende Stützstruktur erfordert. Ferner ist es Aufgabe des erfindungsgemäßen Messsystems bestehende Vorrichtungen oder Stützstrukturen in einer einfachen und kostengünstigen Art und Weise zu einer Kraftmessvorrichtung und/oder Wägevorrichtungen zur Erfassung von Kräftebelastungen einer Stützstruktur um- oder auszurüsten, während ferner eine hohe Messpräzision ermöglicht ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch ein Messsystem nach Anspruch 1 gegeben. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Demgemäß wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Messsystem zur Erfassung von Kräftebelastungen einer Stützstruktur, umfassend einen Kraftmessaufnehmer mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Messkopf, der in einer Bohrung der Stützstruktur anzuordnen oder angeordnet ist, wobei der Messkopf eine als Spannringanlage angepasste Außenfläche besitzt, und mindestens ein erster Spannring mit wenigstens einer kegeligen Kraftübertragungsfläche umfasst ist, und wobei der erste Spannring zumindest teilweise in einem Ringspalt zwischen der Außenfläche des zylinderförmigen Messkopfs und einer Innenfläche der Bohrung in der Stützstruktur anzuordnen oder angeordnet ist.
Vorteile der Erfindung liegen darin begründet, dass eine bestehende Stützstruktur in deren Struktur nicht verändert werden muss, keine Teile oder Komponenten von dieser ersetzt werden müssen und eine Anbringung eines Kraftmessaufnehmers mit einem nur geringem Werkzeugumfang und darüber hinaus mit nur geringem Zeitaufwand durchgeführt, und von einer beliebigen Außenseite an/in eine Stützstruktur schonend angebracht werden kann, und zwar lediglich durch die Anbringung einer einzigen Bohrung, das heißt ohne der Notwendigkeit von weiteren Bohrungen für die Montage oder zur Befestigung eines Kraftmessaufnehmers.
Weitere Vorteile der Erfindung sind, dass die Bohrung nicht als Passpressungsverband ausgearbeitet werden muss, keine Gewinde in die bestehende Stützstruktur eingeschnitten werden müssen und das erfindungsgemäße Messsytem unter Zuhilfenahme von Standardbauteilen an/in die Stützstruktur kraftschlüssig eingebracht werden kann, und dennoch ein Kraftmessaufnehmer bzw. ein Messkopf des erfindungsgemäßen Messsystems mit der Stützstruktur derart in eine präzise kraftschlüssige Verbindung gebracht ist, dass Kräfte, Spannungen und Verformungen einer Stützstruktur auf das Messauge präzise übertragen werden können und das Messauge an/in der Stützstruktur fest als auch wieder lösbar, das heißt demontierbar angebracht oder eingebracht ist.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Messsystems bestehen darin, dass sowohl Normal- als auch Querkräfte eines Querschnittprofils der bestehenden Stützstruktur, und/oder in der neutralen Phase der Stützstruktur erfasst werden können.
Darüber hinaus ist es ein entscheidender weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Messsystems, dass es gegenüber herkömmlichen Messsystemen ermöglicht ist, einen Kraftmessaufnehmer derart geeignet in die Stützstruktur einzubringen, dass dieser Kräfte in einer Messrichtung wesentlich genauer und ferner auch unempfindlicher in Bezug auf störende, gegebenenfalls weitere, Kräfte und Momente in der Stützstruktur erfassen kann.
Darüber hinaus kann die Stützstruktur mit dem erfindungsgemäßen Messsystem ausgestattet werden ohne Stabilitätseinbußen zu erleiden, indem beispielsweise eine Bohrung mit einer beliebigen Geometrie an einem beliebigen Ort der Stützstruktur angebracht werden, so dass die Stabilität der Stützstruktur nicht nachhaltig geschädigt wird. In diesem Zusammenhang können ferner sehr kleine Bohrungen und/oder bereits bestehende Bohrungen beliebigen Durchmessers und Geometrie in der Stützstruktur, beispielsweise rechteckig, oval oder nicht vollständig kreisrund, in der Stützstruktur genutzt werden, beispielsweise bereits bestehende Montagebohrung von Trägern, welche nicht vorher als Passung ausgearbeitet sind bzw. ausgearbeitet werden müssen.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems weist der erste Spannring eine kegelige äußere Kraftübertragungsfläche auf, und zumindest ein Teil der Innenfläche der Bohrung in der Stützstruktur ist zu dieser kegeligen äußeren Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings komplementär verlaufend konisch. Der erste Spannring ist in diesem Fall derart in dem Ringspalt anzuordnen oder ist dort derart angeordnet, dass die kegelige äußere Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings zumindest teilweise an der konischen Innenfläche der Bohrung anliegt.
In einer alternativen Ausführungsform oder auch in einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Messsystems weist der erste Spannring eine kegelige innere Kraftübertragungsfläche auf, und die als Spannringanlage angepasste Außenfläche ist eine zu dieser kegeligen inneren Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings komplementär verlaufende kegelige Kraftübertragungsfläche. In diesem Fall ist der erste Spannring derart in dem Ringspalt anzuordnen oder ist dort derart angeordnet, dass die kegelige innere Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings zumindest teilweise an der kegeligen Kraftübertragungsfläche der Außenfläche anliegt.
In einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Messsystems kann mindestens ein Kraftbeaufschlagungsmittel umfasst sein, welches auf den ersten Spannring eine Kraft im Wesentlichen in Axialrichtung des zylinderförmigen Messkopfs bewirkt.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Messsystems kann das Kraftbeaufschlagungsmittel mit einer daran ausgebildeten Stirnseite zumindest an einer stirnseitigen Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings anliegen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems ist ein zweiter Spannring umfasst, wobei der erste Spannring wenigstens eine erste kegelige Kraftübertragungsfläche, und der zweite Spannring wenigstens eine zu dieser kegeligen Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings komplementär verlaufende kegelige Kraftübertragungsfläche aufweist. Der erste und der zweite Spannring sind bei einer derartigen Ausführungsform derart in dem Ringspalt anzuordnen oder sind dort derart angeordnet, dass die beiden komplementär verlaufenden kegeligen Kraftübertragungsflächen des ersten und des zweiten Spannrings aneinander anliegen. Um den ersten und den zweiten Spannring in dem Ringspalt zu verspannen, kann in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystem der Erfindung ein Verbindungsmittel, beispielsweise eine Verschraubung, umfasst sein, welches den ersten und den zweiten Spannring miteinander verbindet und in dem Ringspalt verspannt. Ferner kann auch nur der erste oder auch nur der zweite Spannring anhand des Verbindungsmittels in dem Ringspalt verspannt sein, indem das Verbindungsmittel den ersten oder den zweiten Spannring mit dem zylinderförmigen Messkopf verbindet und in dem Ringspalt verspannt.
In einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Messsystems kann mindestens ein Kraftbeaufschlagungsmittel umfasst sein, welches zumindest auf den ersten oder zweiten Spannring eine Kraft im Wesentlichen in Axialrichtung des zylinderförmigen Messkopfs bewirkt, so dass der erste und/oder zweite Spannring in dem Ringspalt verspannt ist und infolgedessen eine Verspannung des zylinderförmigen Messkopfs in dem Ringspalt bewirkt ist. In einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Messsystems kann der erste und der zweite Spannring eine stirnseitige Kraftübertragungsfläche, und die als Spannringanlage angepasste Außenfläche eine den zylinderförmigen Messkopf wenigstens teilweise umlaufende Stufe mit einer im Wesentlichen radial ausgerichteten Kraftübertragungsfläche aufweisen, an welcher einer dieser beiden stirnseitigen Kraftübertragungsflächen anzulegen ist oder anliegt, und wobei an der anderen der beiden stirnseitigen Kraftübertragungsflächen das Kraftbeaufschlagungsmittel mit einer daran ausgebildeten Stirnseite anzulegen ist oder anliegt.
Darüber hinaus kann in besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung das Kraftbeaufschlagungsmittel in Art einer Hülse mit einem Innengewinde, und insbesondere mit einer Bohrung, ausgestaltet sein, wobei dieses Innengewinde in ein an dem Messkopf angebrachtes Außengewinde einkämt.
In einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Messsystems kann der Durchmesser des Außengewindes an dem Messkopf geringer als der Durchmesser entlang der als Spannringanlage angepassten Außenfläche des zylinderförmigen Messkopfs sein.
Ferner kann die Wandstärke des Kraftbeaufschlagungsmittels an dessen Stirnseite geringer als die Spaltbreite des Ringspalts sein, so dass zumindest ein Teil des Kraftbeaufschlagungsmittels in dem Ringspalt versenkt, oder auch das gesamte Kraftbeaufschlagungsmittel in der Bohrung der Stützstruktur versenkt angeordnet ist oder versenkbar angeordnet werden kann.
In einer Verbesserung des erfindungsgemäßen Messsystems kann an dem Kraftbeaufschlagungsmittel in einem Übergangsbereich zu dessen Stirnseite eine zu dem Messkopf hin geöffnete Ausnehmung, und/oder an dem Messkopf in einem Übergangsbereich zu der als Spannringanlage angepassten Außenfläche eine zu dem Kraftbeaufschlagungsmittel hin geöffnete Ausnehmung angebracht sein. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen erfindungsgemäßer Messsysteme unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich. In der Zeichnung zeigen:
1: eine Seitenansicht einer Einbausituation des erfindungsgemäßen Messsystems mit drei vertikal angeordneten als Stützen ausgebildeten Stützstrukturen,
2: eine Seitenansicht einer Einbausituation des erfindungsgemäßen Messsystems mit einer horizontal angeordneten als Träger ausgebildeten Stützstruktur,
3: einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Messsytem.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder gleich wirkende Merkmale in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen eines Messsystems zur Erfassung von Kräftebelastungen einer Stützstruktur beschrieben, welches einen Kraftmessaufnehmer mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Messkopf umfasst, der in einer Bohrung der Stützstruktur anzuordnen oder angeordnet ist, wobei der Messkopf hierfür eine als Spannringanlage angepasste Außenfläche besitzt, und mindestens ein erster Spannring mit wenigstens einer kegeligen Kraftübertragungsfläche umfasst ist, wobei der erste Spannring zumindest teilweise in einem Ringspalt zwischen der Außenfläche des zylinderförmigen Messkopfs und einer Innenfläche der Bohrung in der Stützstruktur anzuordnen oder angeordnet ist.
1 zeigt eine beispielhafte Stützstruktur 4, 4', 4'' einer möglichen Applikation von zylinderförmigen Messköpfen des erfindungsgemäßen Messsystems. Im Einzelnen sind drei vertikal angeordnete Stützen 4, 4', 4'' dargestellt, welche einen Silo 14 tragen. Jede der Stützen kann eine Stützstruktur 4, 4', 4'' ausbilden, an welcher ein erfindungsgemäßer Messkopf anzuordnen oder angeordnet ist.
In 1 ist das erfindungsgemäße Messsytem weder appliziert noch gezeigt. Insofern dient 1 lediglich zur beispielhaften Erläuterung einer bevorzugten Anordnung des erfindungsgemäßen Messsystems.
Die drei als Stützen ausgebildeten Stützstrukturen 4, 4', 4'' sind an ihrem einen Ende in einem Lager 16 befestigt. An ihrem anderen Ende tragen diese Stützen den Silo 14, welcher eine Auslassöffnung 15 aufweist.
Die Anbringung eines erfindungsgemäßen Messsystems an einem durch die Stützstrukturen 4, 4', 4'' getragenen Silo kann zur, insbesondere nachträglichen, Realisierung einer gravimetrischen Füllstandsmessung dienen und realisiert infolgedessen eine Wägevorrichtung zur Erfassung des Inhaltsgewichts des Silos 14.
Zur beispielhaften Erfassung der Gewichtskraft des Siloinhaltes erfolgt eine Anbringung des erfindungsgemäßen Messsystems zweckmäßig an einem oder an mehreren der als Stützen ausgebildeten Stützstrukturen 4, 4', 4'', indem wenigsten ein im Wesentlichen zylinderförmiger Messkopf 5 eines Kraftmessaufnehmers 3 des erfindungsgemäßen Messsystems (jeweils nicht in 1 gezeigt) in eine der Bohrungen 6, 6', 6'' der als Stützen ausgebildeten Stützstrukturen 4, 4', 4'' eingebracht wird und darin kraftschlüssig mit einer der Stützstrukturen 4, 4' oder 4'' verbunden wird.
Aufgrund einer derartigen Anordnung wird die Gewichtskraft des Siloinhaltes durch eine der als Stützen ausgebildeten Stützstrukturen 4, 4', 4'' auf den in einer der Bohrungen 6, 6', 6''' eingebrachten Messkopf 5 des erfindungsgemäßen Messsystems übertragen, weshalb eine zu der Gewichtskraft des Siloinhaltes abhängige Messung einer Normalkraft erfolgen kann, die in einer der als Stützen ausgebildeten Stützstrukturen 4, 4', 4'' wirkt.
2 zeigt eine beispielhafte Stützstruktur 4, einer weiteren möglichen Applikation von zylinderförmigen Messköpfen des erfindungsgemäßen Messsystems. Im Einzelnen ist ein horizontal angeordneter Träger dargestellt, der einen Silo 14 trägt. Der Träger kann eine Stützstruktur 4 ausbilden, an welcher ein Messkopf anzuordnen oder angeordnet ist.
In 2 ist das erfindungsgemäße Messsytem, wie bei der Einbausituation gemäß in 1, weder appliziert noch gezeigt. Insofern dient auch 2 lediglich zur beispielhaften Erläuterung einer bevorzugten Anordnung des erfindungsgemäßen Messsystems.
Die als Träger ausgebildete Stützstruktur ist an ihren beiden Enden auf zwei Lager 16, 16' abgestützt. Der Silo 14 weist wiederum eine Auslassöffnung 15 auf.
Die Anbringung eines erfindungsgemäßen Messsystem an einen durch die Stützstruktur 4 getragenen Silo kann zur, insbesondere nachträglichen, Realisierung einer gravimetrischen Füllstandsmessung dienen und realisiert infolgedessen ebenfalls eine Wägevorrichtung zur Erfassung des Inhaltsgewichts des Silos 14. Zur Erfassung der Gewichtskraft des Siloinhaltes erfolgt eine Anbringung des erfindungsgemäßen Messsystems an der als Träger ausgebildeten Stützstrukturen 4, indem ein im Wesentlichen zylinderförmiger Messkopf 5 eines Kraftmessaufnehmers 3 (beides nicht in 2 gezeigt) in eine der Bohrungen 6, 6' der als Träger ausgebildeten Stützstruktur 4 eingebracht wird und darin kraftschlüssig mit der Stützstruktur 4 verbunden wird. Aufgrund einer derartigen Anordnung wird die Gewichtskraft des Siloinhaltes durch die als Träger ausgebildeten Stützstruktur 4 auf den in einer der Bohrungen 6, 6' eingebrachten Messkopf 5 des erfindungsgemäßen Messsystems übertragen, weshalb eine zu der Gewichtskraft des Siloinhaltes abhängige Messung einer Querkraft erfolgen kann, die in der als Träger ausgebildeten Stützstruktur 4 wirkt.
Es sei darauf hingewiesen, dass je nach Lage der Stützstruktur und innerem Aufbau des Messkopfes auch die gleichzeitige Messung einer Querkraft und einer Normalkraft erfolgen kann.
3 zeigt einen Querschnitt durch ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Messsystem zur Erfassung von Kräftebelastungen einer Stützstruktur 4, umfassend einen Kraftmessaufnehmer 3 mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Messkopf 5, der in einer Bohrung 6 der Stützstruktur 4 anzuordnen oder angeordnet ist, welches in eine Stützstruktur 4 eingebracht ist, insbesondere gemäß einer der Einbausituationen der 1 oder 2 (1 und 2, Schnitt A-A).
Der Kraftmessaufnehmer 3 ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform nach 3 in zweckmäßiger Weise an einem Steg 17 mit mindestens einem Dehnungsmessstreifen appliziert, welcher eine Verformung des Stegs erfasst, die proportional zu einer auf den Steg wirkende Kräftebelastung ist. Das erfindungsgemäße Messsystem kann hingegen auch für Kraftmessaufnehmer eingesetzt werden, die auf alternativen Messprinzipien zur Erfassung von Kräftebelastungen von Stützstrukturen basieren. Zur kraftschlüssigen Verbindung bzw. Verspannung oder Montage des zylinderförmigen Messkopfs 5 in der Bohrung der Stützstruktur 4, beispielsweise gemäß einer der Einbausituationen nach den 1 oder 2, besitzt der in 3 gezeigte Messkopf eine als Spannringanlage angepasste Außenfläche 8.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Messsystem gemäß 3 einen ersten Spannring 1 mit wenigstens einer inneren kegeligen Kraftübertragungsfläche 1a, wobei der erste Spannring 1 zumindest teilweise in einem Ringspalt 7 zwischen der Außenfläche 8 des zylinderförmigen Messkopfs 5 und einer Innenfläche der Bohrung 6 in der Stützstruktur 4 angeordnet ist.
Des Weiteren umfasst das erfindungsgemäße Messsystem gemäß 3 einen zweiten Spannring 2 mit einer zu der kegeligen inneren Kraftübertragungsfläche 1a des ersten Spannrings 1 komplementär verlaufende äußeren kegeligen Kraftübertragungsfläche 2a, wobei die beiden Spannringe 1, 2 in dem Ringspalt 7 derart angeordnet sind, dass die beiden komplementär verlaufenden kegeligen Kraftübertragungsflächen 1a, 2a zumindest teilweise aneinander anliegen. Die beiden in 3 gezeigten Spannringe weisen jeweils eine zylinderförmige Gestalt auf, wobei gemäß der Erfindung auch Spannringe zur Anwendung kommen können, die nur als Zylindersegment ausgestaltet sind.
In einer in 3 nicht gezeigten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems mit lediglich einem einzigen eine kegelige äußere Kraftübertragungsfläche aufweisenden ersten Spannring 1, wobei zumindest ein Teil der Innenfläche der Bohrung 6 in der Stützstruktur 4 zu dieser kegeligen äußeren Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings 1 komplementär verlaufend konisch ist (nicht in 3 gezeigt), kann der erste Spannring 1 derart in dem Ringspalt 7 angeordnet sein, dass die kegelige äußere Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings 1 zumindest teilweise an der konischen Innenfläche der Bohrung 6 anliegt.
In einer ebenfalls nicht in 3 gezeigten alternativen Ausführungsform oder auch in einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Messsystems mit lediglich einem einzigen eine kegelige innere Kraftübertragungsfläche 1a aufweisenden ersten Spannring 1, weist die als Spannringanlage angepasste Außenfläche 8 eine zu dieser kegeligen inneren Kraftübertragungsfläche 1a des ersten Spannrings komplementär verlaufende kegelige Kraftübertragungsfläche auf (nicht in 3 gezeigt). In diesem Fall ist der erste Spannring 1 derart in dem Ringspalt 7 anzuordnen oder ist darin derart angeordnet, dass die kegelige innere Kraftübertragungsfläche 1a des ersten Spannrings 1 zumindest teilweise an der kegeligen Kraftübertragungsfläche der Außenfläche 8 anliegt. Bei den beiden oben genannten in 3 nicht gezeigten alternativen oder auch einander ergänzenden Ausführungsformen, bei welchem das erfindungsgemäße Messsystem lediglich einen einzigen ersten Spannring 1 umfasst, kann ferner mindestens ein Kraftbeaufschlagungsmittel 9 umfasst sein, welches auf den ersten Spannring 1 eine Kraft im Wesentlichen in Axialrichtung des Messkopfs 5 bewirkt.
Ferner kann eine derartige nicht in 3 gezeigte Ausführungsform eines alternativen Messsystems, umfassend lediglich einen einzigen ersten Spannring 1, ein Kraftbeaufschlagungsmittel 9 mit einer daran ausgebildeten Stirnseite 9a umfassen, welche zumindest an einer stirnseitigen Kraftübertragungsfläche 1b des ersten Spannrings 1 anliegt.
Bei dem in 3 gezeigten erfindungsgemäßen Messsystem ist ein Kraftbeaufschlagungsmittel 9 umfasst, welches auf den ersten Spannring 1 eine Kraft im Wesentlichen in Axialrichtung des Messkopfs 5 bewirkt und in Art einer Hülse mit einem Innengewinde 11 ausgestaltet ist, während das Innengewinde 11 in ein an dem Messkopf 5 angebrachtes Außengewinde 12 einkämt.
Gemäß 3 umfassen der erste und der zweite Spannring 1, 2 jeweils eine stirnseitige Kraftübertragungsfläche 1b, 2b. Ferner weist die als Spannringanlage angepasste Außenfläche 8 eine den Messkopf 5 umlaufende Stufe 10 mit einer radial ausgerichteten Kraftübertragungsfläche auf, an welcher die stirnseitige Kraftübertragungsfläche 2b des zweiten Spannrings 2 anliegt, wobei an der stirnseitigen Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings 1 das Kraftbeaufschlagungsmittel 9 mit einer daran ausgebildeten Stirnseite 9a anliegt.
Infolge des Innengewindes 11, welches in das an dem Messkopf 5 angebrachte Außengewinde 12 einkämt, wird bei einer Rechts- oder Linksdrehung des in Art einer Gewindehülse ausgebildeten Kraftbeaufschlagungsmittels 9 eine axiale Vorspannkraft auf den ersten Spannring 1 und aufgrund der beiden komplementär ausgebildeten aneinander liegenden kegeligen Kraftübertragungsflächen 1a, 2a der beiden Spannring 1, 2 eine radiale Kraftkomponente bewirkt wird.
Infolgedessen wird der zweite Spannring 2 elastisch geschrumpft und der erste Spannring 1 elastisch aufgeweitet, weshalb eine Pressung des zylinderförmigen Messkopfs 5 an die Innenfläche der Bohrung 6 der Stützstruktur 4 bewirkt ist. Diese Pressung führt zu einem derart großen Reibschluss zwischen der Innenfläche der Bohrung 6 in der Stützstruktur und der als Spannringanlage angepassten Außenfläche 8, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Messkopf 5 des erfindungsgemäßen Messsystems und der Stützstruktur 4 ermöglicht ist.
In einer weiteren Verbesserung der Erfindung kann der erste und/oder der zweite Spannring 2 geschlitzt ausgebildet sein, so das eine verbesserte Ausweitung bzw. Schrumpfung der beiden Spannringe 1, 2 ermöglicht ist.
In alternativen, nicht in 3 gezeigten, Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems ist ebenfalls zweckmäßig ein Kraftbeaufschlagungsmittel umfasst, welches auf den ersten Spannring 1 eine Kraft im Wesentlichen in Axialrichtung des zylinderförmigen Messkopfs 5 bewirkt.
Bei einer derartigen alternativen Ausführungsform der Erfindung weist der erste Spannring 1 zweckmäßig wenigstens eine äußere kegelige Kraftübertragungsfläche auf, während der zweite Spannring 2 wenigstens eine zu der kegeligen äußeren Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings 1 komplementär verlaufende innere kegelige Kraftübertragungsfläche aufweist, wobei die beiden Spannringe 1, 2 in dem Ringspalt 7 ebenfalls derart angeordnet sind, dass die beiden komplementär verlaufenden kegeligen Kraftübertragungsflächen 1a, 2a zumindest teilweise aneinander anliegen.
Ferner weist auch bei einer derartigen, nicht in 3 gezeigten, alternativen Ausführungsform der Erfindung die als Spannringanlage angepasste Außenfläche 8 bevorzugt ebenfalls eine den Messkopf 5 umlaufende Stufe 10 mit einer radial ausgerichteten Kraftübertragungsfläche auf, an welcher eine stirnseitige Kraftübertragungsfläche des zweiten Spannrings 2 anliegt oder anzulegen ist.
Gemäß der Erfindung können jegliche Kraftbeaufschlagungsmittel 9 zur Anwendung kommen, welche eine Kraft im Wesentlichen in Axialrichtung des zylinderförmigen Messkopfs 5 bewirken können. So kann beispielsweise an dem Messkopf 8 ein Spannmechanismus angebracht sein, insbesondere in Gestalt eines oder mehrerer Hebel, beispielsweise in Gestalt von exzentrisch wirkenden Kipphebeln, mittels welchem eine Kraft auf die stirnseitigen Kraftübertragungsflachen 1b, 2b des ersten und/oder zweiten Spannrings 1, 2 bewirkt werden kann.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Kraftbeaufschlagungsmittel 9 auch in Gestalt einer, insbesondere handelsüblichen, Schraubenmutter mit einer Stirnseite 9a oder dergleichen ausgeführt sein, welche zur Verspannung des zylinderförmigen Messkopfs 5 in der Stützstruktur 4 auf das Außengewinde 12 des zylinderförmigen Messkopfs 5 aufgeschraubt und daran mit einem definierten Drehmoment festgezogen sein kann.
Ferner kann gemäß der Erfindung eine zu dem Kraftbeaufschlagungsmittel 9 alternative Verspannungs-Möglichkeit zur Anwendung kommen, um den ersten und den zweiten Spannring 1, 2 in dem Ringspalt 7 zu verspannen. So kann in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems ein Verbindungsmittel beispielsweise ein Verschraubungsmittel, umfasst sein, welches den ersten und den zweiten Spannring 1, 2 miteinander verbindet (nicht gezeigt in 3).
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung kann auch nur der erste oder auch nur zweite Spannring 1, 2 anhand des Verbindungsmittels in dem Ringspalt 7 verspannt sein, indem das Verbindungsmittel mit dem zylinderförmigen Messkopf 5 verbunden und/oder verschraubt ist.
Bei dem in 3 gezeigten bevorzugten erfindungsgemäßen Messsystem ist der Durchmesser des Außengewindes 12 geringer als der Durchmesser entlang der als Spannringanlage angepassten Außenfläche 8 des Messkopfs 5. Ferner ist bei dem in 3 gezeigten erfindungsgemäßen Messsystem die Wandstärke des Kraftbeaufschlagungsmittels 9 an dessen Stirnseite 9a geringer als die Spaltbreite des Ringspalts 7, so dass zumindest ein Teil des Kraftbeaufschlagungsmittels 9 in dem Ringspalt 7 versenkt ist. In einer verbesserten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems kann auch das gesamte Kraftbeaufschlagungsmittel 9 in der Bohrung 6 der Stützstruktur 4 versenkt angeordnet sein, so dass sich eine bündige Oberfläche der Stützstruktur 4 ergibt.
Bei der in 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsysteme ist an dem Kraftbeaufschlagungsmittel 9 in einem Übergangsbereich zur Stirnseite 9a eine zu dem Messkopf 5 hin geöffnete Ausnehmung 13a, und an dem Messkopf 5 in einem Übergangsbereich zu der als Spannringanlage angepassten Außenfläche 8 eine zu dem Kraftbeaufschlagungsmittel 9 hin geöffnete Ausnehmung 13b, jeweils in Art eines Freistichs, angebracht, wobei in einer alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems auch lediglich ein Ausnehmung 13a an dem Kraftbeaufschlagungsmittel 9, oder eine Ausnehmung 13b an dem Messkopf 5 angebracht sein kann.
Bezugszeichenliste

1: Erster Spannring
1a: Innere kegelige Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings
1b: Stirnseitige Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings
2: Zweiter Spannring
2a: Äußere kegelige Kraftübertragungsfläche des zweiten Spannrings
2b: Stirnseitige Kraftübertragungsfläche des zweiten Spannrings
3: Kraftmessaufnehmer
4: Stützstruktur
5: Zylinderförmiger Messkopf
6: Bohrung in der Stützstruktur
7: Ringspalt
8: Außenfläche des Messkopfs
9: Kraftbeaufschlagungsmittel, Hülse
9a: Stirnseite des Kraftbeaufschlagungsmittels
10: Umlaufende Stufe
11: Innengewinde des Kraftbeaufschlagungsmittels
12: Außengewinde des zylinderförmigen Messkopfs
13a: Ausnehmung des Kraftbeaufschlagungsmittels
13b: Ausnehmung des zylinderförmigen Messkopfs
14: Silo
15: Auslassöffnung des Silos
16: Lager
17: Steg

Claims

Messsystem zur Erfassung von Kräftebelastungen einer Stützstruktur, umfassend einen Kraftmessaufnehmer (3) mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Messkopf (5), der in einer Bohrung (6) der Stützstruktur (4) anzuordnen oder angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf eine als Spannringanlage angepasste Außenfläche (8) besitzt, und mindestens ein erster Spannring (1) mit wenigstens einer kegeligen Kraftübertragungsfläche (1a) umfasst ist, wobei der erste Spannring (1) zumindest teilweise in einem Ringspalt (7) zwischen der Außenfläche (8) des zylinderförmigen Messkopfs (5) und einer Innenfläche der Bohrung (6) in der Stützstruktur (4) anzuordnen oder angeordnet ist.
Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spannring (1) eine kegelige äußere Kraftübertragungsfläche (1a) aufweist und zumindest ein Teil der Innenfläche der Bohrung (6) in der Stützstruktur (4) zu dieser kegeligen äußeren Kraftübertragungsfläche (1a) des ersten Spannrings komplementär verlaufend konisch ist, wobei der erste Spannring derart in dem Ringspalt (7) anzuordnen oder angeordnet ist, dass diese kegelige äußere Kraftübertragungsfläche (1a) des ersten Spannrings (1) zumindest teilweise an der konischen Innenfläche der Bohrung (6) anliegt.
Messsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spannring eine kegelige innere Kraftübertragungsfläche (1a) aufweist und die als Spannringanlage angepasste Außenfläche (8) eine zu dieser kegeligen inneren Kraftübertragungsfläche (1a) des ersten Spannrings komplementär verlaufende kegelige Kraftübertragungsfläche ist, wobei der erste Spannring derart in dem Ringspalt (7) anzuordnen oder angeordnet ist, dass diese kegelige innere Kraftübertragungsfläche (1a) des ersten Spannrings (1) zumindest teilweise an der kegeligen Kraftübertragungsfläche der Außenfläche (8) anliegt.
Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kraftbeaufschlagungsmittel (9) umfasst ist, welches auf den ersten Spannring (1) eine Kraft im Wesentlichen in Axialrichtung des zylinderförmigen Messkopfs (5) bewirkt.
Messsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftbeaufschlagungsmittel (9) mit einer daran ausgebildeten Stirnseite (9a) zumindest an einer stirnseitigen Kraftübertragungsfläche (1b) des ersten Spannrings (1) anliegt.
Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Spannring (2) umfasst ist, wobei der erste Spannring (1) wenigstens eine erste kegelige Kraftübertragungsfläche (1a) und der zweite Spannring (2) wenigstens eine zu dieser kegeligen Kraftübertragungsfläche (1a) des ersten Spannrings komplementär verlaufende kegelige Kraftübertragungsfläche (2a) aufweist, wobei die beiden Spannringe (1, 2) in dem Ringspalt (7) derart anzuordnen oder angeordnet sind, dass die beiden komplementär verlaufenden kegeligen Kraftübertragungsflächen (1a, 2a) zumindest teilweise aneinander anliegen.
Messsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Spannring (1, 2) durch ein Verbindungsmittel miteinander verbunden und in dem Ringspalt (7) verspannt sind.
Messsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kraftbeaufschlagungsmittel (9) umfasst ist, welches zumindest auf den ersten oder zweiten Spannring (1, 2) eine Kraft im Wesentlichen in Axialrichtung des zylinderförmigen Messkopfs (5) bewirkt.
Messsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Spannring (1, 2) jeweils eine stirnseitige Kraftübertragungsfläche (1b, 2b), und die als Spannringanlage angepasste Außenfläche (8) eine den Messkopf (5) wenigstens teilweise umlaufende Stufe (10) mit einer im Wesentlichen radial ausgerichteten Kraftübertragungsfläche aufweist, an welcher eine dieser beiden stirnseitigen Kraftübertragungsflächen (1b, 2b) anzulegen ist oder anliegt, und wobei an der anderen der beiden stirnseitigen Kraftübertragungsflächen (1b, 2b) das Kraftbeaufschlagungsmittel (9) mit einer daran ausgebildeten Stirnseite (9a) anzulegen ist oder anliegt.
Messsystem nach Anspruch 4, 5, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftbeaufschlagungsmittel (9) in Art einer Hülse mit einem Innengewinde (11) ausgestaltet ist und das Innengewinde (11) in ein an dem Messkopf (5) angebrachtes Außengewinde (12) einkämt.
Messsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Außengewindes (12) geringer ist als der Durchmesser entlang der als Spannringanlage angepassten Außenfläche (8) des zylinderförmigen Messkopfs (5).
Messsystem nach Anspruch 4, 5 oder 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Kraftbeaufschlagungsmittels (9) an dessen Stirnseitige (9a) geringer als die Spaltbreite des Ringspalts (7) ist, und/oder, dass an dem Kraftbeaufschlagungsmittel (9) in einem Übergangsbereich zur Stirnseite (9a) eine zu dem Messkopf (5) hin geöffnete Ausnehmung (13a), und/oder an dem Messkopf (5) in einem Übergangsbereich zur als Spannringanlage angepassten Außenfläche (8) eine zu dem Kraftbeaufschlagungsmittel (9) hin geöffnete Ausnehmung (13b) angebracht ist.