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Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Ermittlung der Scherkraft in einem Verformungskörper mittels einer Sensoranordnung und Mitteln zur Erfassung und Übertragung erfasster Parameter.
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Die Erfindung ist allgemein anwendbar zur Ermittlung einer auf einen Körper einwirkenden Kraft, insbesondere ist die Erfindung anwendbar zur Ermittlung der Scherkraft in einem Verformungskörper bei von außen auf diesen Verformungskörper wirkenden Kräften, beispielsweise von Bremskräften.
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Zur Ermittlung von Kräften der genannten Art sind im Allgemeinen Sensoranordnungen bekannt, die beispielsweise zwischen einer Bremsanordnung und einem zu bremsenden Radkörper eingesetzt sind, wobei die von der Sensoranordnung festgestellten Parameter an eine Erfassungs- und Auswerteeinrichtung durch geeignete Mittel und Maßnahmen übertragen werden.
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Die Nachteile der bekannten Lösungen bestehen überwiegend darin, dass üblicherweise der jeweilige Geräteanteil überdimensioniert ist, wodurch ein verhältnismäßig hoher Platzbedarf für die Messanordnung erforderlich ist und die Messdaten beziehungsweise -parameter vergleichsweise ungenau ermittelt werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit der mit geringem Platzbedarf eine präzise Ermittlung der auf einen Verformungskörper einwirkenden Kraft ermöglicht wird, und mit der die erforderlichen Parameter präzis ermittelt und unmittelbar angezeigt beziehungsweise ausgewertet werden können.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Messeinrichtung gemäß den Merkmalen nach dem Anspruch 1 gelöst; in den zugehörigen Unteransprüchen sind weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben. Gemäß der Erfindung ist ein Verformungskörper mit einem im Wesentlichen quaderförmigen Gehäuse mit wenigstens einer Ausnehmung vorgesehen, wobei an in Längserstreckung parallel gegenüberliegenden Gehäuseflächen des Verformungskörpers einerseits Mittel zur Lagefixierung und andererseits Mittel zur Aufnahme beziehungsweise Erfassung der auf die Gehäuseflächen des Verformungskörpers einwirkenden Kraftkomponenten angeordnet sind.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die parallel gegenüberliegenden Gehäuseflächen des Verformungskörpers jeweils mit einer konkaven bzw. konvexen Wölbung ausgebildet, wodurch eine Anpassung des Verformungskörpers an ein entsprechendes Messobjekt beziehungsweise einen Prüfkörper gegenüber einer Druckeinrichtung in einfacher Weise möglich ist, wobei die Messgenauigkeit ohne Verkantung oder Verschiebung des Verformungskörpers beziehungsweise durch Kompensation einwirkender Querkräfte erhöht werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass innerhalb des Verformungskörpers wenigstens eine Ausnehmung mit Öffnungen eingebracht ist, wobei an den jeweiligen Wandungen der Öffnungen eine Anzahl von miteinander elektrisch verbundenen Sensoren der Sensoranordnung angeordnet ist.
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Gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung sind als Sensoren Dehnmessstreifen eingesetzt, die an der jeweiligen Wandung der Öffnung in der Ausnehmung durch Kleben befestigt sind.
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Alternativ dazu können die Sensoren als miteinander kommunizierende, piezoelektrische Elemente ausgebildet sein, die an der jeweiligen Wandung der Öffnung in der Ausnehmung durch ein Druckverfahren fixiert sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind in der äußeren, konvexen Gehäusefläche des Verformungskörpers kugelförmige Lagerkörper in einer im Wesentlichen dreieckförmigen Anordnung voneinander derart eingesetzt, dass sich der Scheitelpunkt des jeweiligen Lagerkörpers um einen definierten Betrag über der Gehäusefläche befindet.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist in beziehungsweise an der inneren, konkaven Gehäusefläche ein kugelförmig ausgebildeter Druckaufnehmer selektiv eingesetzt und so angeordnet, dass sich dessen Scheitel in der konkaven Gehäusefläche in einer gegenüber dem trigonometrischen Schwerpunkt der dreieckförmigen Lagerkörperanordnung zentrischen Position befindet.
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Der Scheitelpunkt der kugelförmigen Oberfläche des Druckaufnehmers ist hierbei in gleicher Weise wie die kugelförmigen Lagerkörper in einem definierten Abstand gegenüber der inneren Gehäusefläche des Verformungskörpers angeordnet.
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Der Vorteil der jeweils punktförmigen Auflagerung für den Verformungskörper besteht darin, dass der Verformungskörper bei einer Einwirkung durch eine Kraft gleichförmig belastet wird, ohne dass eine Verkantung des Verformungskörpers oder Verschiebung des Druckaufnehmers die zu ermittelnden Parameter negativ beeinflusst werden; ferner können störende Querkräfte kompensiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorzugsweise an einer der sich längs erstreckenden Seitenflächen des Verformungskörpers wenigstens ein winkelförmiges Manipulations- und Halteelement angeordnet, das beispielsweise durch Verschrauben am Verformungskörper an geeigneter Position befestigt ist.
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An dem Haltelement ist in einer gegenüber einem Prüfkörper geeigneten Position in vorteilhafter Weise des Weiteren eine Magneteinrichtung angeordnet.
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Mit Hilfe der Magneteinrichtung besteht die Möglichkeit, dass der Verformungskörper einerseits nach seiner entsprechenden Positionierung an einem Prüfkörper selbsttätig haftet, und der andererseits nach durchgeführtem Messprozess ohne weiteres und jederzeit mit Hilfe des Manipulations- und Halteelements vom Prüfkörper entfernt werden kann.
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Die Magneteinrichtung weist vorzugsweise Permanentmagnete auf, die in geeigneter Weise mit dem Manipulations- und Halteelement fest verbunden sind.
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Mit der Erfindung besteht ferner die Möglichkeit, dass die von den Sensoren erfassten Parameter entweder über eine Kabelanordnung oder per Funk an eine entsprechende Empfangs- und Auswerteeinrichtung effizient und zeitnah übertragen werden können.
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Bei letzterer Ausführung ist das Sendemittel am Verformungskörper vorsorglich mit einer geeigneten Schutzeinrichtung gegen Beschädigung oder andere Einflüsse umgeben.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert.
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In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
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1 eine vereinfachte Seitenansicht eines Verformungskörper gemäß der Erfindung,
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2 die vereinfachte Draufsicht auf den Verformungskörper gemäß 1.
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In der 1 ist ein Verformungskörper gemäß der Erfindung vereinfacht in Seitendarstellung gezeigt und mit der Position 1 gekennzeichnet.
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Der Verformungskörper 1 ist gemäß der Ausführung aus einem metallischen, im Wesentlichen flachen, quaderförmigen Gehäuse 2 mit einer äußeren Gehäusefläche 3 und einer inneren Gehäusefläche 4 gebildet, die umlaufend stirnseitig von nicht näher bezeichneten Seitenflächen umfasst sind.
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Sowohl die äußere wie auch innere Gehäusefläche 3 und 4 sind gemäß der Erfindung parallel zueinander um einen definierten Betrag gewölbt ausgebildet, wobei zeichnungsgemäß außen liegend am jeweiligen Randbereich der inneren Gehäusefläche 4 eine definierte Abflachung durch eine nach zeichnungsgemäß außen abfallende Schräge 4.1 beispielsweise zur Vermeidung von Messfehlern angeordnet ist.
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Innerhalb des Gehäuses 2 sind des Weiteren parallel und beabstandet gegenüber den Gehäuseflächen 3 und 4 vergleichsweise lang gestreckte, nicht näher dargestellte Ausnehmungen 5 eingebracht, in denen Öffnungen 6 mit Wandungen 7 vorgesehen sind.
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In den Öffnungen 6 beziehungsweise der Ausnehmung 5 ist wenigstens eine Sensoranordnung 8 mit geeigneten Sensoren 9 eingesetzt, die in üblicher Weise miteinander in elektrischer Verbindung stehen.
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Die Sensoren 9 können gemäß der Ausführung als Dehnmessstreifen oder piezoelektrische Elemente ausgebildet sein, die in ebenfalls geeigneter Weise, beispielsweise durch Kleben oder Druckverfahren, an entsprechender Position in den Öffnungen 6 beziehungsweise in der Ausnehmung 5 angeordnet sind.
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Wie aus der 1 unter Bezugnahme auf die 2 ferner erkennbar ist, sind an der äußeren Gehäusefläche 3 Lagerkörper 10 angeordnet.
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Die Lagerkörper 10 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel als Kugelelemente ausgebildet und sind voneinander in einer dreieckförmigen Position beabstandet im Randbereich der Gehäusefläche 3 und mit einem (trigonometrischen) Schwerpunkt 12 (2) so eingesetzt, dass der Scheitelpunkt 11 der Lagerkörper 10 die Gehäusefläche 3 um einen nicht näher bezeichneten Betrag 13 überragt.
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An der der äußeren Gehäusefläche 3 parallel gegenüberliegenden Gehäusefläche 4 ist in axialer Ausrichtung gegenüber dem Schwerpunkt 12 der Lagerkörperanordnung 10 ein mit den Sensoren 9 der Sensoranordnung 8 in geeigneter Weise verbundener Druckaufnehmer 14 mit einer kugelförmigen Oberfläche und einem Scheitelpunkt 15 vorgesehen.
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Der Druckaufnehmer 14 ist hierbei in das Gehäuse 2 so eingesetzt, dass der Scheitelpunkt 15 die innere Gehäusefläche 4 um beispielsweise denselben Betrag 13 überragt, der bei den Lagerkörpern 10 eingestellt ist.
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Wie weiterhin in den 1 und 2 dargestellt ist, sind gemäß der beschriebenen Ausführung an dem Verformungskörper 1 an einer Längsseite des Gehäuses 2 ein Halteelement 16 mit Befestigungsmitteln 16.1 und einer Magneteinrichtung 17 sowie ein Sendemittel 18 angeordnet.
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Die Magneteinrichtung 17, beispielsweise aufweisend Permanentmagnete (schematisch dargestellt), dient in vorteilhafter Weise zur lösbaren Fixierung des Halteelements 16 mit dem Verformungskörper 1 an einem entsprechenden Metallteil.
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Das erwähnte Sendemittel 18 ist gemäß der Ausführung mit der Sensoranordnung 8 verbunden und steht beispielsweise drahtlos oder analog dazu über eine Kabelanordnung 19 mit einer nicht näher dargestellten Empfangs- und Auswerteeinrichtung 20 in Verbindung.
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Bei drahtloser Verbindung der Sensoranordnung 8 zu der Empfangs- und Auswerteeinrichtung 20 ist das Sendemittel 18 beziehungsweise eine entsprechende Antenneneinrichtung mit einer geeigneten Schutzeinrichtung 21 umfasst.
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Bei der Verwendung des Verformungskörpers 1, der beispielsweise als Bremskraftmesseinrichtung für eine Klotzbremse eines Schienenfahrzeugs (nicht dargestellt) vorgesehen ist, wird der Verformungskörper 1 zwischen eine gelöste Bremseinrichtung und den Radkranz mittels des Halteelements 16 eingesetzt.
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Der Verformungskörper 1 wird dabei einerseits mit Hilfe des Halteelementes 16 und dem auf den Radkranz (nicht dargestellt) weisenden Druckaufnehmer 14 auf den Radkranz aufgesetzt, wobei andererseits durch die Magneteinrichtung 17 der Verformungskörper 1 seitlich am Radkranz lösbar fixierbar ist.
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Durch Einleitung entsprechender Kraft F auf die nicht dargestellte Bremseinrichtung wird der Verformungskörper 1 auf Grund der Anordnung der Lagerkörper 10 ohne Querkrafteinfluss auf den Druckaufnehmer 14 und dieser gegen den Radkranz gepresst, wodurch der Verformungskörper 1 und die innen liegend angeordnete Sensoranordnung 8 auf Scherkraft beansprucht werden.
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Die jeweiligen Parameter werden hierbei von den Sensoren 9 erfasst und bei entsprechender Verbindung des Verformungskörpers 1 in der Empfangs- und Auswerteeinrichtung 20 dokumentiert.
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Der Verformungskörper 1 kann schließlich Dank der Magneteinrichtung 17 und des Halteelements 16 nach dem Ende des Messprozesses von der Messstelle in einfacher Weise entnommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verformungskörper
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gehäusefläche, außen
- 4
- Gehäusefläche, innen
- 4.1
- Schräge
- 5
- Ausnehmung
- 6
- Öffnung
- 7
- Wandung
- 8
- Sensoranordnung
- 9
- Sensor
- 10
- Lagerkörper (dreieckförmig angeordnet)
- 11
- Scheitelpunkt
- 12
- Schwerpunkt (der dreieckförmigen Anordnung)
- 13
- Betrag; Abstand
- 14
- Druckaufnehmer
- 15
- Scheitelpunkt
- 16
- Halteelement
- 16.1
- Befestigungsmittel
- 17
- Magneteinrichtung
- 18
- Sendemittel
- 19
- Kabel
- 20
- Empfangs-/Auswerteeinrichtung
- 21
- Schutzeinrichtung
- F
- Kraft
