DE2043484C3 - Vorrichtung zum Messen der Belastungen, die durch Fahren von Fahrzeugen auf einer Straße aufgebracht werden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Belastungen, die durch Fahren von Fahrzeugen auf einer Straße aufgebracht werden, welche eine mit der Oberfläche der Straße fluchtende Platte aufweist, die mit Hilfe von wenigstens zwei als Säulen ausgebildeten, festen Yertikalstützen auf einem in giner Grube befindlichen Sockel montiert ist, wobei jede Vertikal· jlütze mindestens einen piezoelektrischen Meßfühler für die Vertikalbelastungen, die Von der Platte auf den Sockel übertragen werden, umfaßt, und ein Gerät zur Verarbeitung der Signale des Meßfühlers vorgesehen ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Untersuchung des über eine Straße fließenden Fahrzeugverkehrs, Zu den wichtigen Daten des Verkehrs gehört nicht nur die Zahl der vorbeifahrenden Fahrzeuge, sondern auch die Angabe ihrer Achslast,

Bis vor einigen Jahren existierten keine Mittel, die es gestatteten, die Belastungen, weiche durch das Vorüberfahren von Fahrzeugen auf die Straße aufgebracht werden statistisch zu bestimmen. Man kannte nur Wiegevorrichtungen, die statisch arbeiten unc' welche es erfordern, die zu wiegenden Fahrzeuge umzuleiten und anzuhalten. Nur ein kleiner Prozentsatz des Verkehrs konnte daher einer solchen Messung unterworfen werden, und eine korrekte statistische Untersuchung war unmöglich.

Man hat erst ganz kürzlich die Anwendung von in eine Fahrbahn der Straße versenkten Wiegegeräten sich entwickeln sehen, welche auf vorüberfahrende Fahrzeuge reagieren, ohne daß es notwendig wäre, dieselben anzuhalten.

Diese Konstruktionen weisen im wesentlichen eine Platte auf, die mit der Oberfläche der Straße fluchtet und auf einem Sockel montiert ist. Die Einheit ist in einer Grube angeordnet, die sich je nach Anwendungsfall über die ganze Breite der Spur erstreckt, wenn man die ganze Achslast wiegen will, oder über die Hälfte der Spur, für den Fall, daß man die halbe Achslast wiegt. Die Meßwertgeber oder Meßfühler für Jie Belastung oder Verschiebung sprechen beim Fahren der Achsen über die Platten an. Sie übertragen Signale, die eine Aussage über die Achslasten liefern, an eine geeignete Verarbeitungsanlage. V/enn mit der Auswertung dieser Signale im wesentlichen statistische Untersuchungen über die Häufigkeil der Belastung und ihre Verteilung auf die verschiedenen, zuvor festgesetzten Gewichtsklassen beabsichtigt werden, kann die Verarbeitungsanlage eine Einrichtung zur Unterscheidung der Signale nach ihrer Amplitude und eine logische Weichenschaltung und Zähler aufweisen, die den einzelnen ausgewählten Gewichtsklassen entsprechen.

Es gibt sehr zahlreiche Ausfüllungen dieser Art, die man im wesentlichen in zwei Gruppen einteilen kann, und zwar je nachdem, ob diese Einrichtungen mit Kraftmeßfühlern oder Meßfühlern für eine Verschiebung bzw. Wegänderung ausgestattet sind.

Bei der ersten Gruppe werden die auf die Platte wirkenden Belastungen mit Kraftmeßfühlern gemessen, welche mit Dehnungsmeßstreifen arbeiten, deren Zahl je nach der gewählten Ausführungsart variieren kann. Gewisse Platten sind von zwei Halbplatten gebildet, die um eine senkrecht zur Richtung des Verlaufs der Belastungen liegende, horizontale Achse gelenkig gelagert sind. Andere ruhen auf drei, vier oder noch mehr Meßfühlern.

Bei der zweiten Gruppe weisen die Apparate ein unter der auf die Platte wirkenden Belastung verformbares Glied und einen Wegmeßfühler auf, der die Amplitude dieser Deformationen erfaßt.

Diese verschiedenen Arten oder Typen von Einrichtungen sprechen in ihrer Gesamtheit ziemlich gut auf das gestellte Problem an, da sie es gestatten, die Größe der Belastung einer befahrenen Straße auszuwerten, ohne daß es notwendig wäre, den Verkehr anzuhalten. Sie weisen jedoch eine gewisse Anzahl von Nachteilen auf, die es nicht gestatten, die Einrichtungen unter optimalen Bedingungen zu betreiben.

Im allgemeinen ist ihre Ansprechzeit bei Aufbringung einer Belastung zu lang. Diese relative Trägheit des Ansprechens rührt von der unzulänglichen Steifheit der

die Platte tragenden Glieder und der Meßfühler selbst her.

Die auf diese Weise gebauten Einheiten haben keine ausreichend hohe Eigenfrequenz, um präzise auf mit großer Geschwindigkeit darüberfahrende Lasten zu reagieren. Man kann versucht sein, die Breite der Platte zu vergrößern, damit die belastung länger auf sie wirkt. Allerdings sind sehr große Platten, abgesehen von der von ihnen benötigten Bodenfläche, nicht wünschenswert, weil Sie es nicht mehr gestatten, die Überfahrten von Doppelachsen zu unterscheiden. Wenn man diese Unterscheidung vornehmen will, ist man daher gezwungen, die Überfahrtgeschwindigkeit der Fahrzeuge über die Meßgeräte zu begrenzen. Zum andern sind die üblichen Konstruktionen von Wegmeßfühlern oder Kraftmeßfühlern relativ voluminös und erfordern eine ziemlich tiefe Grube. Im Bereich der Lasten, die von Straßfinfahrzeugachsen herrühren, müssen die mit Dehnungsmeßstreifen arbeitenden Meßfühler in der Tat ziemlich bedeutende Abmessungen aufweisen.

Außerdem weisen die Meßfühler mit Dehnungsmeßstreifen andere Nachteile auf, insbesondere ihre Empfindlichkeit gegen schnelle Temperaiuränderung, selbst wenn die Dehnmeßstreifen kompenciert sind, die Notwendigkeit der häufigen Nacheichung und schließlich einen niedrigen Eigendämpfungskoeffizienten, ohne die Möglichkeit, leicht ein Hilfsdämpfungssystem anzuschließen. Dieser Dämpfungsmangel äußert sich durch die Interferenz der Signale beim Passieren von zwei schnell aufeinander folgenden Belastungen, wie insbesondere bei Doppelachsen.

Aus der US-PS 27 16 547 ist eine Wägevorrichtung für langsam rollende Eisenbahnwagen bekannt, deren Meßplattform eine größere Länge hat als der ganze Eisenbahnwagen. Die Platte ist auf Säulen gehalten, welche Meßfühler für die Vertikalbelastungen haben. Für Horizontalkräfte ist ein Horizontalmeßfühler vorgesehen. Als Meßfühler sind hydraulische oder elektronische Gewichtsmeßzellenanordnungen üblicher Art vorgesehen. Eine Wägung der einzelnen Achslasten ist nicht möglich. Bei schneller Fahrt muß mit falschen Ergebnissen gerechnet werden. Angaben und Anregungen für Maßnahmen konstruktiver Art und die Auswahl geeigneter Meßzellen für schnelle Bewegungen werden nicht gegeben.

Aus der US-PS 30 19 642 ist ein Reifenbelastungsprüfgerat für Lastfahrzeuge mit vielen Reifen zur Erzielung einer gleichmäßigen Belastung bekannt, bei dem einzelne auf Gleitführungen angeordnete Meßplatten über Dehnmeßstreifen die Radlast anzeigen. Wegen der vorstehend erwähnten Probleme von Dehnmeß· streiiengeräten und vor allem der Gestaltung mit Gleitfülirungen sind diese Geräte für schnell hinüberfahrende Fahrzeuge nicht geeignet.

Aus dem Fachzeitschriftenartikel »Wiegevorrichtung für Kraftfahrzeuge und Anhänger« von Dipl.-Ing. Heinz Straßer in der Zeitschrift »Deutsche Kraftfahrtforschung und Straßenverkehrstechnik« Heft 151, 1961, Seite 42 geht die Anregung hervor, piezoelektrische Geber für dynamische Belastungsfälle zu verwenden. Wie diese anzuordnen, auszubilden und einzubauen sind, um die einzelnen Achslasten von mit Normalgeschwin* digkeit fahrenden Fahrzeugen zu messen, ist dieser Anregung nicht zu entnehmen.

Die theoretischen Grundlagen für piezoelektrische Kraftmeßeinriclitungen sind auch in dem »Handburh des Wagenbaus, Band 3, Elektromechanische Waagen von Dn-Ing, Jürgen K'eimpell und Obering. Wolfgang Bachmann« auf den Seiten 9 — 11 behandelt, ohne jedoch Anregungen fü^r die konstruktive Unterbringung in einem niedrig bauenden Straßeneinbaugerät zu geben. Durch die Erfindung sollen die Nachteile bekannter Einrichtungen zum Messen der von auf einer Straße fahrenden Fahrzeugen ausgeübten Belastungen vermieden und preiswerte Geräte geschaffen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß das Meßergebnis verfälschende Einflüsse durch Momente, Tangentialkräfte, Spiel und Rücicprallen vermieden und zumindest verringert werden und bei kleinem Bauvolumen eine für normale Fahrgeschwindigkeiten geeignete Anordnung geschaffen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß jede feste Stützsäule ferner ein balliges Lager und eine Gleitscheibe umfaßt, daß die piezoelektrischen Belastungsmeßfühler durchbrochene Scheiben sind, die von Verbindungselementen durchdrungen werden, welche eine Vorspannung aufbringen und daß die Platte mr. dem Sockel durch Horizontalbla» '.dem verbunden ist,

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vernachlässigbare Steifigkeit in senkrechter Richtung aufweisen, um die Übertragung der Vertikalbelastungen nicht zu stören.

Be^;m Passieren eines fahrenden Fahrzeuges übertragen ein oder mehrere Räder jeder Achse eine Kraft auf die Platte. Die Vertikalkomponente dieser Last wird auf die Stützsäulen übertragen und folglich auf die piezoelektrischen Belastungs-MetSfühler, die aus einer Quarz-Belastungs-Meßscheibe bestehen können. Jede gibt eine elektrische Ladungsmenge ab, die der auf sie aufgebrachten Belastung proportional ist. Die Summe dieser elektrischen Ladungen ist folglich repräsentativ für die gesamte auf die Platte aufgebrachte Belastung. Diese Ladung stellt dp.s Signal dar, welches durch das Gerät zur Verarbeitung der Signale ausgewertet wird. Die Addition dieser Ladungen wird ganz einfach bewirkt durch Parallelschaltung der Meßfühler an die Anschlüsse eines Verstärkers, der an seinem Ausgang eine Spannung liefert. Die Elektronik dieser Verarbei- ·.jngsanlage ist daher sehr einfach.

Die Steifigkeit der piezoelektrischen Belastungsmeßfühler ist sehr hoch, viel höher als die von Dehnungsmeßstreifen-Fühlern. Die anderen Bestandteile der Stützsäulen der Platte sind selbst ebenfalls von großer Starrheit und Festigkeit. Die Eigenfrequenz des so aufgebauten Gliedes ist stark erhöht. Die Grenzgeschwindigkeit für die Aufbringung der Belastung ist weit über die üblicherweise bekannten Werte gebracht. Daraus resultiert, daß man gleichzeitig sich mit einer Platte von geringerer Breite begnügen und vermeiden kann, die Geschwindigkeit der Fahrzeuge zu begrenzen. Ein billiges Lager je Stützsäule eliminiert Momente, die beim Aufbringen der Kraft entstehen können und das Meßergebnis verfälschen würden. Die Ausbildung der piezoelektrischen Belastungsmeßfühier als durchbrochene Scheiben mit Vorspannung ermöglicht Unterdrückung von Linearitätsfehlern im Bereich des Null-Punktes ..nd damit ein lineares Meßsystem, welches auch kleine Lastunterschiede gut zu erfassen gestattet sowie Verhinderung von Spiel und Rückprallen beim Entlasten der Plattform, welche besonders nachteilig für das Wiegen schnell nachfolgender Lasten wären. Die besondere Anordnung von Horizontalblattfedern führt zu einer Ausschaltung von Meßfehlern infolge der Tangentialkräfte der über die Plattform fahrenden Fahrzeuge, insbesondere durch die Stoßwir-

kungen in dem Moment, Wo ein Fahrzeugrad auf die Platte herauffährt oder diese verläßt. Da die Meßscheiben durchbrochen Und von einem Bolzen durchdrungen sind, der der Vorspannung dieni, kann derselbe Bolzen benutzt werden, um die Platte mit dem Sockel zu verbinden und so die Starrheit der Säule, welche die Abstützung bildet, so zu sichern, daß keinerlei Spiel und keinerlei Möglichkeit des Rückprallöns der Platte besteht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind auch in den Unteransprüchen behandelt.

Solche Vorrichtungen können angewandt werden bei der Kontrolle der auf eine Straße aufgebrachten Belastungen und der Häufigkeit ihres Auftretens im Hinblick auf eine Nachrechnung der Verstärkungen oder ihrer Instandsetzung. Sie können je nach der Größe der Platten auch auf das direkte Wiegen der Halbachsen, der Achsen oder ganze Fahrzeuge angewandt werden. Die Resultate dieser Messungen können die Kontrolle der eigentlichen rollenden Belastung gestatten und evtl. im Falle der Überschreitung zulässiger Grenzen die Steuerung von Signaleinrichtungen sichern. Die Präzision der Messung setzt bei all diesen Anwendungen voraus, daß die Anwesenheit der Platte das Längsprofil der Straße nicht stört. Zu diesem Zweck hat man Mittel für die Anfertigung der Grube und das besonders sorgfältige Einsetzen der Vorrichtung vorgesehen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform der Einrichtung für das Wiegen von Halbachsen;

Fig.2 einen Schnitt längs der Linie II-11 in Fig. 1 durch die Wiegeplatte mit der Abstützung auf ihrem Sockel;

F i g. 3 einen Vertikalschnitt parallel zur Laufrichtung der Belastungen durch eine Vorrichtung zum Wiegen von Achsen;

Fig.4 einen Teilschnitt längs der Linie IV-IV in F i g. 3 der Vorrichtung nach F i g. 3 und

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piezoelektrischen Meßfühlern der beiden vorgenannten Ausführungsbeispiele stammenden Signale zugeführt werden.

Die Einrichtung nach Fig. 1 weist eine Betongrube auf, die sich quer über die Hälfte einer am Straßenrand angeordneten Fahrbahn erstreckt Der Rand wird von Bordsteinen 2 verkörpert. Diese parallelepipedische Grube hat eine Länge von 1,40 m, eine Breite von 0,45 m und eine Tiefe von 0,15 m. Der Boden 3 dieser Grube ist mit einer Entwässerungseinrichtung ausgestattet, die ein Rohr 4 und einen mit Steinen gefüllten Schacht 5 aufweist In den Boden 3 ist ein vorfabrizierter metallischer Rahmen 6 versenkt, der einen Winkeleisenhalter 7 bildet, auf welchem sechs Ankerbolzen 8 befestigt sind, die sich vertikal an Punkten erheben, die dem Mittenabstand der Ankerbohrungen des mechanischen Teils der Einrichtung entsprechen.

Dieser mechanische Teil weist einen metallischen Sockel 10 mit sechs Ankerhülsen 11, in welche die Ankerbolzen 8 eingeführt werden können, und drei massive Stützscheiben 12 auf. Zwei dieser Scheiben 12a sind auf einer parallel zur Straßenachse liegenden Linie in der Nähe von deren Mitte angeordnet Die dritte Scheibe 126 befindet sich am anderen Ende des Sockels 10 am Rande der Straße.

Auf den Stützringen 12 kommen die weiter unten beschriebenen Scheibensäulen zur Abstützung, weiche die drei Vertikalstutzen einer Platte 15 auf dem Sockel 10 bilden und weiche die piezoelektrischen Belastungs-Meßscheiben umfassen. Die Abdrücke dieser Stützen sind bei I4ä Und 14£> auf der Oberfläche der Platte 15 in F ί g. 1 dargestellt Die Platte 15 ist mit einem Antirutschbelag überzogen.

In F i g, 1 ist außerdem eine Blindplatte 16 dargestellt, die dieselben Abmessungen wie die Platte 15 hat Und

Id welche es gestattet, die Grübe 1 zu verschließen, nachdem der mechanische Teil der Vorrichtung herausgenommen ist. Die Anwendung solcher Blindplatten gestattet es, dieselbe mechanische Wiegevorrichtung in mehreren vorbereiteten Gruben nacheinander zu verwenden und ihre Wartung zu sichern.

Am Straßenrand erhebt sich ein Schutzkasten 17 aus Blech, der im Innern mit einem isolierenden Material ausgekleidet ist, um Wärmeschocks auszuschalten. In diesem ist die elektrische Einrichtung angeordnet, welche im wesentlichen einen Verstärker 18 und einen Zählschrank 19 umfaßt. Dieser Schutzkasten ist mittels eines einzigen hohlen Fußrohres 20 befestigt. Durch dieses führt einerseits die elektrische Netzanschlußleitung 21 für die Speisung des Gerätes und andererseits die Ausgangsverbindungsleitungen 22 der piezoelektrischen Meßfühler der Stützen der Platte 15 auf dem Sockel 10.

Der Aufbau dieser Stützen ist aus F i g. 2 gut erkennbar, in welcher man den Sockel 10 und die Platte 15 und eine der massiven Stützscheiben 12a längs der Ebene II-II in Fig. I geschnitten findet Auf der oberen Fläche dieser Scheibe 12a ruht eine Gleitscheibe 25, über welcher die Quarz-Spannungsmeßscheibe 26 angeordnet ist, welche den eigentlichen piezoelektrisehen Meßfühler bildet. Die Scheibe 26 wird über einen Satz von zwei ineinander greifenden konkaven und konvexen sphärischen Scheiben belastet. Auf diese drückt eine Stützmuffe 28, die mit der Platte 15 kraft- und formschlüssig fest verbunden ist. Die Stützmuffe 28 ist hohl und weist eine Schulter auf, auf welcher sich der Kopf 29 einer in dem hohlen Teil der Stützmuffe 28 sr.gccrdr.cten Schraube 30 2b?'.Q·*· Hoc FnHp 11 Apr Schraube 30 ist in eine Innengewindebuchse 32 geschraubt, die mit dem Sockel 10 kraft- und formschlüssig fest verbunden ist Der Kopf der Schraube 30 verbindet die Platte 15 mit dem Sockel 10, indem er axial die Stütze durchdringt, weiche von der Säule aus hohlen Scheiben 12a, 25,26 und 27 gebildet ist. Diese Schraube, deren Kopf einen Innensechskant 33

so aufweist, gestattet es, diese Stütze zu versteifen, indem Spiel unterdrückt wird und jede Möglichkeit des Rückfederns der Platte beim Passieren der Lasten verhindert wird. Das Anziehen oder Anspannen dieser Schraube sichert gleichzeitig die Vorspannung der hohlen Quarzscheibe 26.

Die Platte 15 und der Sockel 10 sind zum andern durch zwei horizontal übereinander liegende Blattfedern 34 und 35 aus Federstahl verbunden. Diese Blattfedern erstrecken sich parallel zur Achse der Straße an jedem Ende der Vorrichtung. Sie sind seitlich an der Platte mit Schraubenbolzen 37 befestigt und zwar unter Zwischenschaltung einer Abstandshülse 38, um sie zu trennen. An dem Sockel 10 sind sie mit Schraubenbolzen 37a unter Zwischenschaltung von Abstandshülsen 39 befestigt Diese Blattfedern absorbieren die anderen Kräfte als die Vertikalkräfte, welche zwischen der Platte 15 und dem Sockel 10 auftreten.
Folglich werden nur die zwischen diesen beiden

Teilen auftretenden Vertikalkräfte von den Stützen auf die Quarzscheiben 26 Übertragen. Diese setzen elektrostatische Leitungiitnehgen frei, die der auf sie aufgebfachten Belastung proportional sind. Diese werden addiert durch die Parallelschaltung der Koaxialkabel ⁵ wie 22, weiche jede piezoelektrische Scheibe 26 mit dem Verstgjfier 18 (Fig. Ij verbinden. Dieser ist ein Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz, EY formt das empfangene Signal in eine Gleichspannung von 0— to Volt für eine Last von 0—10 Tonnen jtf Halbachse '" um. Die Koaxialkabel sind an die Quarzscheiben mit Anschlüssen von peinlicher Sauberkeit und Dichtigkeit angeschlossen, die eingegossen sind in eine in der Wärme schrumpfende Hülle und umhüllt von einem undurchlässigen Material, nachdem Eie zuvor mit Difluordichlormethan (Freon) gereinigt wurden. Auf diese Weise kann die Vorrichtung im Falle von Wässsrsinbmch in die Grub?, u/plrhp* nicht unmittelbar durch die Abflußöffnung abfließt, in Wasser eingetaucht arbeiten. 2"

Um die Platte genau auf das Straßenniveau zu bringen, wird der vorfabrizierte Rahmen mit Hilfe eines nicht dargestellten Spezialhalters in seine Lage gebracht, nachdem zuvor ein Loch in der Straße ausgehoben wurde. Der Spezialhalter umfaßt Auflagen, die auf den nicht durch den Aushub beschädigten Teil der Straße aufgelegt werden. Der Spezialhalter trägt nicht nur den vorfabrizierten Rahmen 6, sondern ebenfalls eine Innenschalung für die Betonwände der Grul i. Der Spezialhalter gestattet daher nicht nur die genaue Lage des Rahmens 6 selbst, sondern ebenfalls die Lage der Wände der Grube derart präzis festzulegen, daß die Oberfläche der Straße durch die Anwesenheit der Vorrichtung sowenig wie möglich beeinträchtigt wird.

Nach dem Abbinden des Betons wird der Spezialhalter mit der Schalung weggenommen. In der Betongrube ist ein Eichbalken eingelassen, an welchen man Befestigungsbolzen für eine hydraulische Winde anbringen kann, mit der man eine einstellbare Belastung auf die Platte aufbringen kann, um Nacheichungen durchzuführen.

Die so aufgebaute Vorrichtung gestattet es, das Wiegen von Halbachsen von an der Seitenkante der Straße plazierten Fahrzeugen durchzuführen. Sie kann bis 12 Tonnen belastet werden, wobei die durch die Dehnschrauben 30 aufgebrachte Vorspannung etwa 6 Tonnen und das Verhältnis zwischen der Steifigkeit dieser Schrauben und derjenigen der piezoelektrischen Scheiben etwa Άοο sind.

Die in den F i g. 3 und 4 dargestellte Vorrichtung ist zum Wiegen ganzer Achsen bestimmt und weist eine metallische Platte mit einer Länge von 3 Metern und einer Breite von 0,60 m auf, die sich quer über eine Fahrbahn erstreckt Die Platte 40 ist mit ihren Enden auf rwei Sockeln 41 montiert, von denen einer gut in F i g. 4 erkennbar ist Die Platte 40 und die Sockel 41 sind aus Stahlblech mit eingeschweißten Verstärkungen hergestellt Die beiden Sockel 41 sind am Grund einer Grube von 030 m Tiefe, die in die Straße eingelassen und in ^M gleicher Weise wie die Grube des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispieles hergestellt ist befestigt Am Grund dieser Grube ragen insbesondere die Befestigungsbolzen 42 auf, welche die Basisplatte 43 des Sockels durchdringen und diese mit Hilfe von Bundmuttern 44 und Kontermuttern 45 festhalten.

Die Platte 40 stützt sich auf jedem Sockel 41 unter Zwischenschaltung einer vertikalen Stütze wie 46 (Fig,3) ab. Die beiden Stützen sind in Richtung der Längsachse der Platte ausgerichtet, d. h. senkrecht zur Laufrichtung der Belastungen auf der Straße. Die Platte 40 kann daher auf diesen beiden Stützen dank der Kugelgelenke, die weiter unten beschrieben werden, um ihre Längsachse schwingen. Die Schwingungen sind durch die Anwesenheit von vier elastischen Vertikalbolzen 48 begrenzt, welche beiderseits jeder Stütze 46 auf zwei senkrecht zur Längsachse der Platte 40 liegende Linien verteilt sind; Jeder dieser Bolzen weist einen Kopf 49. der in den oberen Teil der Platte 40 eingeschraubt ist einen zylindrischen Schaft 50, der geeignet ist, unter der Wirkung der auf ihn aufgebrachten Spannungen in seinem Elastizitätsbcreich zu arbeiten, und ein mit Gewinde versehenes Ende 51, auf, welches an dem Sockel mit zwei Bundmuttern 52 und 53 befestigt ist Die Bolzen 48 sind derart angespannt, daß sie die Platte 40 und den Sockel 41 gegeneinander drücken mit einer Kraft, die ausreicht, um jedes Spiel in der Stütze 46 und jedes Zurückfedern der Platte zu verhindern.

Diese Bolzen begrenzen das Kippen der Platte um ihre Schwingachse beim Passieren der Belastungen. Sie übertragen auf die Platte ein Gegenmoment, indem sie wechselweise unter einfachem Zug und unter einfachem Druck arbeiten.

]ede dieser Stützen 46 weist einen Bolzen 55 auf, der an seinem unteren Teil 56 in einem Zylinder 57 geführt ist welcher am Sockel 41 mit Schrauben 58 festgemacht ist Der Bolzen 55 weist einen Kopf auf, der mit zwei sphärischen oberen und unteren Lagern 59 und 60 versehen ist die sich auf zwei entsprechenden sphärischen, konkaven Scheiben 61,62 abstützen, wobei diese Einheit ein Kugelgelenk bildet. Diese Scheiben sind, eine in den unteren Teil und die andere in den oberen Teil einer zylindrischen Bohrung 63 eingesetzt, die in die Platte 40 eingearbeitet ist und in welcher sie ohne jedes seitliche Spiel peinlich genau gehalten werden. Die untere sphärische Scheibe 62 wird in ihrer zylindrischen Lagerung durch einen Deckel 64 gehalten, der an der Platte 40 mit Schrauben 65 befestigt ist.

Die Vcrt;ks!bc!ssfJH5 der Platte 40 «"ird QN?·· H_en Bolzen 55 auf eine piezoelektrische Belastungsmeß-Scheibe aus Quarz 67 übertragen, welche sich unter seinem unteren Teil 56 befindet Diese Scheibe 67 wird mit Hilfe einer Schraube 68, die in eine Innengewindebohrung 69 am Ende des Bolzens 55 eingreift und deren Kopf 70 sich am Sockel 41 abstützt, vorgespannt. Auf diese Weise findet sich die Scheibe 67 mit einer eingestellten Vorspannung zwischen dem Zapfen 55 und dem Sockel 41 eingespannt ohne daß die Reibungskraft in dem Kugelgelenk, welches den Zapfen 55 und die Platte 40 verbindet deshalb vergrößert würde. Die Platte 40 ist überdies mit dem Sockel 41 durch Horizontalblattfedern 72 aus Federstahl verbunden, die in Richtung des auf der Straße fließenden Verkehrs angeordnet sind und weiche eine große Quersteifigkeit aufweisen, um Stoßwirkungen zu absorbieren, ohne die Übertragung der Vertikalkräfte auf die Stützen 46 zu beeinflussen. Diese beiderseits der Stützen 46 angeordneten Blattfedern sind längs ihrer Seitenkanten einerseits an der Platte 40 mit Hilfe von Klemmplanen 73 und Schrauben 74 und andererseits am Sockel mit Hilfe von Klemmplatten 75 und Schrauben 76 befestigt Die piezoelektrischen Belastungs-Meßscheiben 67 geben eine der auf sie übertragene Belastung proportionale Elektrizitätsmenge an einen Verstärker ab, an weichen sie parallel angeschlossen sind. Diese Vorrich-

tung ist geeignet, Belastungen aufzunehmen, die bis zu 24 Tonnen gehen. Sie ist in einer Grube angeordnet, die in derselben Art aufgebaut ist wie die oben beschriebene.

Die elektrische Anlage, welche geeignet ist, mit den beiden Arten von Geräten benutzt zu werden, kann außer einem Verstärker 80 mit hoher Impedanz (F i g. 5), welcher eif 2 Gleichspannung abgibt, die zwischen 0 und 10 Volt schwankt, eine Zähleinrichtung umfassen. Diese weist einen Spannungsdiskriminator 81 auf, der acht Vergleichsspannungen empfängt, die von einer serienparallelen Spannungsteilerbrücke 82 abgegeben werden, und an den acht Zählpfade Vi, Vj, .., Ve angeschlossen sind. In jeden dieser Pfade ist ein bistabiles Glied (B_u B₂, ..., B%) eingeschaltet, dem ein UND-Glied (n\, th, ···, n») und schließlich ein elektromechanischerZähler(Q, C₂,.. _n G)nachgeschalletsind.

Wenn ein Signal vom Verstärker 80 dem Diskriminator 81 zugeführt wird, gibt dieser ein Signal auf alle Pfade, für welche die Spannung des empfangenen Signals größer als die Vergleichsspannung ist Die entsprechenden bistabilen Glieder werden dann in den Zustand »1« umgeschaltet.

Das vom Verstärker abgegebene Signal wird gleichzeitig einem Komparator 83 zugeführt, der den zweiten Eingang (Eingang 0) des bistabilen Gliedes B\ iteuert. Daraus resultiert, daß vom Verschwinden des Signals am Ausgang des Verstärkers 80 an das bistabile Glied B\ auf »0« rückgestellt wird (Ausgangczustand), was das Ansprechen eines monostabilen Gliedes M\ auslöst, das einen 23 ms-Zählimpuls abgibt, währenddessen der Zustand der anderen bistabilen Glieder unverändert bleibt.

Die Verbindung zwischen den Verknüpfungsgliedern πι,..., /Js und den bistabilen Gliedern B\ — Bs ist derart, daß jedes auf einem Zählpfad erregte bistabile Glied dem UND-Glied dieses Zählpfades ein »wahres« Signal und dem UND-Glied des vorhergehenden Pfades ein »falsches« Signal zuführt Daraus resultiert, daß der Zählimpuls nur das UND-Glied passiert, welches dem erregten bistabilen Glied mit dem höchsten Index entspricht. Nur der Zähler, der diesem Pfad entspricht, wird folglich ?>etätigt. Das Ende des Zählimpulses von M\ triggert ein zweites monostabiles Glied Mj, das einen Rückstellimpijls auf »0« für die bistabilen Glieder Bj und folgende abgibt.

Beim schnellen Überfahren eines Doppelachsfahr^ zeuges besteht die Gefahr, daß die elektromechanischen Zähler Q-Cg die Last der zweiten Achse nicht registrieren können. Man vermeidet diesen Nachteil,

ίο indem man nach dem Ende des Signals, welches von der ersten Achse hervorgerufen ist, den Anfang der

Auswertung des Signals, welches von dem Überfahren der zweiten Achse herrührt, zeitlich hinausschiebt

Zu diesem Zweck wird ein monostabiles Glied Mj durch den auf »0« rückstellenden Impuls, der von M₂ ausgeht, getriggert. Es gibt ein Signal, welches das Rückstellen auf »0« von B\ während einer Zeit von 72 ms verhindert. Als Folge davon kann bis zum Ablauf dieser Zeit kein neuer Zählimpuls abgegeben werden.

Wenn inzwischen ein zweites Signal vom Verstärker äü abgegeben wurde, bleiben die bistabilen Glieder erregt bis zum Ende dieser Periode, vergrößert um die Dauer des neuen Zählimpulses, der von M\ abgegeben wird Wenn die Zeit zwischen zwei Signalen größer als 72 + 23 = 95 ms ist, tritt die Vorrichtung nicht in Wirkung. Die Zeit von 95 ms entspricht einer Entfernung von 3,16 m, zurückgelegt bei 120 km/h. Wenn man annimmt, daß die Entfernung zwischen den Achsen eines doppelachsigen Fahrzeugs 1,25 rrii beträgt wird das System von 47 km/h an arbeiten.

Die Beschreibung dieser Einrichtung zum Verarbeiten der empfangenen Signale, die von den piezoelektrischen Meßfühlern abgegeben werden, ist nur eine als Beispiel gegebene Veranschaulichung, und verschiedene Ergänzungsschaltungen und -geräte können ihr angefügt werden. So kann man beispielsweise gleichzeitig eine grafische Registrierung des Signals, beispielsweise mit Hilfe eines Oszillographen, bewirken. Man kann außerdem die Auslösung eines Licht- oder Tonsignals oder selbst einer Schranke (beispielsweise einer Abtauschranke) durch die Vorrichtung zur Erfassung der Maximalbelastungen steuern lassen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Belastungen, die durch Fahren von Fahrzeugen auf einer Straße aufgebracht werden, weiche eine mit der Oberfläche der Straße fluchtende Platte aufweist, die mit Hilfe von wenigstens zwei als Säulen ausgebildeten, festen Vertikalstützen auf einem in einer Grube befindlichen Sockel montiert ist, wobei jede Vertikalstütze mindestens einen piezoelektrischen Meßfühler für die Vertikalbelastungen, die von der Platte auf den Sockel übertragen werden, umfaßt, und ein Gerät zur Verarbeitung der Signale des Meßfühlers vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede feste Stützsäule (12; 46) ferner ein balliges Lager (27; 59, 60) und eine Gleitscheibe (25; 61, 62) umfaßt, daß die piezoelektrischen Belastungsmeßfühler (26; 67) durchbrochene Scheiben sind, die von Verbindungselementen (30, 68) durchdrungen werden, weiche eine Vorspannung aufbringen und daß die Platte (15; 40) mit dem Sockel (10; 43) durch Horizontalblattfedern (34, 35; 72) verbunden ist, weiche eine große Steifigkeit in ihrer Ebene und eine vernachlässigbare Steifigkeit in senkrechter Richtung aufweisen, um die Übertragung der Vertikalbelastungen nicht zu stören.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (15; 40) an dem Sockel (10; 43) mit elastischen Bolzen (30; 48) angebracht ist.

3. MeLvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenr~eichnet, daß die piezoelektrischen MeßfüWer unabhängig von den Stützen, denen sie angehören, vorgespannt sind.

4. Meßvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Vertikalstützen (46), welche auf einer Linie senkrecht zur Fahrtrichtung des Verkehrs ausgerichtet sind, und elastische Bolzen (48), die die Platte (40) und den Sockel (43) beiderseits dieser Linie verbinden, aufweist.

5. Meßvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (30), weiche die Platte (15) und den Sockel (10) verbinden, die Vertikalstützen (12) durchdringen und die Vorspannung der Fühler (26) sichern.

6. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Meßfühler (26; 67) parallel an einen Verstärker(18) angeschlossen sind.