DE2215620A1

DE2215620A1 - Einrichtung zur ermittlung der belastung eines traegers, einer stuetze oder dgl. mittels kraftmessdosen

Info

Publication number: DE2215620A1
Application number: DE19722215620
Authority: DE
Inventors: Gottfried Birkholtz; Achim Von Dipl Ing Petery
Original assignee: Carl Schenck Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1972-03-30
Filing date: 1972-03-30
Publication date: 1973-10-11
Also published as: LU65179A1; DE2215620B2; FR2139593A5; JPS4919881A; NL7206662A; DE2215620C3; CH533829A; BE797597A; SE385504B

Description

Carl Schenck Maschinenfabrik GmbH 3.127

24. März 1972

Einrichtung zur Ermittlung der Belastung eines Trägers, einer Stütze oder dgl. mittels Kraftmeßdosen.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung der Belastung eines Trägers, einer Stütze oder dergl. mittels Kraftmeßdosen, insbesondere zur Ermittlung des Gewichtes eines mittels Träger abgestützten Bunkers.

Am bekanntesten sind zweifellos Einrichtungen geworden, bei denen aus den Änderungen der auf die eine oder mehreren Kraftmeßdosen wirkenden Last der Füllstand des Bunkers ermittelt wird. So ist es bekannt, den Bunkerinhalt durch Wägung mittels Kraftmeßdosen festzustellen, indem der Bunker auf mehrere Kraftmeßdosen aufgesetzt wird; dabei muß das Leergewicht des Bunkers elektrisch wegtariert werden»

Bei dieser Art der Bunkerwägung wird das Gesamtgewicht, bestehend aus dem Leergewicht des Bunkers und dem Gewicht des■Bunkerinhalts, von den Kraftmeßdosen aufgenommen. Die Kraftmeßdosen sind dementsprechend für eine hohe Belastung ausgelegt und deshalb verhältnismäßig teuer. Insbesondere'bei großen Bunkern mit großem Bunkerinhalt und entsprechend hohem Gewicht im gefüllten Zustand bereitet die konstruktive Ausführung geeigneter Kraftmeßdosen, durch die eine sehr hohe Kraft iiindurchgefüiirt werden muß., erhebliche Schwierigkeiten,

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zur Ermittlung der Belastung eines Trägers, einer Stütze oder dgl,, mittels Kraftmeßdosen, insbesondere zur Ermittlung des Bunkerinhalts zu schaffen, daß auch bei großen Bunkern Kraftmeßdosen für eine wesentlich geringere Kraft beispielsweise einige hundert kg für einen Bunker von mehreren tausend t Inhalt eingesetzt werden können.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dehnungen eines Trägers (z. B. infolge der Gewichtsänderungen des ι Bunkerinhalts) mittels einer Kraftmeßdose gemessen werden, die einer bestimmten Länge (Meßstrecke) des Trägers parallel geschaltet ist. Die Kraftmeßdose dient dabei als Wegmesser für die Dehnungen, die an einer bestimmten Länge des Trägers infolge Belastungsänderungen, z. B. infolge Gewichtsänderungen des Bunkerinhalts auftreten. Der Kraftfluß durch die Kraftmeßdose ist nur gering, da die Kraftmeßdose einem Abschnitt des Trägers parallel geschaltet ist, der weitaus den größten Anteil der Kraft überträgt.

Bei der Verwendung der Erfindung zur Bunkerinhaltsmessung ist es nicht erforderlich, bei der Anbringung des Stützträgers am Bunker und am Fundament Rücksicht auf den Einbau der Kraftmeßdosen zu nehmen, da weder der Bunker noch der Stützträger unmittelbar auf eine Kraftmeßdose abgestützt werden. Die Einrichtung kann bei allen üblichen Stützträgern ohne größeren Bauaufwand angewendet werden, beispielsweise bei Trägern aus Stahl oder Beton, bei Doppel-T-Profilen, Rundprofilen usw. Eine Grundbelastung des Trägers, z. B. das Bunkerleergewicht kann gemäß Weiterbildung der Erfindung dadurch aus dem Meßbereich der Einrichtung ausgeklammert werden, daß die Kraftmeßdose erst montiert wird, wenn der Bunker bereits vollständig errichtet ist. Die gesamte auf die Kraftmeßdose wirkende Kraft beruht dann nur auf Änderungen des Bunkerinhaltsgewichts. Da sich die Kraftmeßdose im Kraftnebenschluß zum Stützträger befindet, kann eine Kraft-meßdose mit sehr kleiner Nennlast gewählt werden, die verhältnismäßig billig ist.

Es ist bereits versucht worden, Gewichtsänderungen des Bunkerinhalts mittels auf die Stützträger aufgeklebter Dehnmeßstreifen zu erfassen; diese Anordnung wurde jedoch nicht für den Dauerbetrieb, sondern nur für einmalige Untersuchungen gewählt, da

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sie verschiedene Nachteile besitzt. Durch die räumlich kleine Ausdehnung des Dehnmeßstreifens ist die Meßstrecke zu kurz, um unter den normalen Konstruktionsbedingungen des Stahlbaus ein ausreichend genaues Meßergebnis zu erhalten. Außerdem sind diese aufgeklebten Dehmeßstreifen nicht temperaturkompensiert und gegen äußere Einflüsse besonders empfindlich; um sie zu schützen, ist ein größerer Bauaufwand erforderlich.

Um Längenänderungen der Kraftmeßdose, die durch eine Biegung des Stützträgers bewirkt werden, von einer"Einwirkung auf das Meßergebnis auszuschalten, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß am Stützträger mindestens zwei Kraftmeßdosen parallel zueinander und symmetrisch in Bezug auf die Trägerlängsachse angebracht sind, die zur Kompensation einer Stützträgerbiegung zusammengeschaltet sind. Da die Trägerprofile üblicherweise zwei neutrale Achsen haben, die sich in der Trägerlängsachse schneiden, bewirkt die symmetrische Anordnung in Bezug auf diese Längsachse, daß Biegungen des Trägers in allen Richtungen kompensiert werden. Die Zusammenschaltung der Kraftmeßdosen kann in üblicher Weise parallel oder hintereinander erfolgen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß mindestens zwischen einem der beiden Anbringungspunkte am Stützträger und der Kraftmeßdose und parallel zu dem Stützträger ein Verlängerungsteil angeordnet ist. Durch dieses mit der Kraftmeßdose verbundene Verlängerungsteil ergibt sich die Möglichkeit, den Abstand der Anbringungspunkte am Träger, d· h. die Meßstrecke, in einem weiten Bereich unabhängig von den Längenabmessungen der Kraftmeßdose frei wählen zu können. Dadurch ist es möglich, für alle Anwendungsfälle, d. h. unabhängig von dem zu bestimmenden Bunkerinhaltsgewicht immer die gleiche Kraftmeßdose mit der gleichen Anzeigeeinrichtung zu verwenden, denn durch entsprechende Wahl der Meßstrecke läßt sich die zwischen den Anbringungspunkten abgegriffene Dehnung stets so wählen, daß sie optimal im Meßbe-

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reich der Kraftmeßdose liegt. Damit ist für alle Anwendungsfälle eine optimale Ausnutzung der als Wegmeßgerät arbeitenden Kraftmeßdose möglich.

Weiterhin wird vorgeschlagen, zwischen der Kraftmeßdose und den Anbringungspunkten am Stutzträger je eine ein Biegemoment nicht übertragbare Gelenkverbindung vorzusehen; dadurch wird erreicht, daß Fluchtungsfehler der zur Anbringung vorgesehenen Bohrungen usw., nicht zu einer Biegebeanspruchung der Kraftmeßdose führen. Zweckmäßigerweise ist die Gelenkverbindung als Kugelsegment ausgebildet, das sich an einer vorzugsweise ebenen Druckfläche abstützt, über diese Gelenkverbindung werden vorwiegend nur Kräfte übertragen, die in Meßrichtung der Kraftmeßdose fallen, so daß Biegebeanspruchungen nur in geringem Umfange auf die Kraftmeßdose übertragen werden. Gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Vorschlag kann die Gelenkverbindung auch als Biegestab ausgebildet sein, der an seinen Enden einerseits mit der Kraftmeßdose und andererseits mit dem Stützträger fest verbunden ist. Der Biegestab stellt sicher, daß die Höhe der auf die Kraftmeßdose übertragbaren Biegebeanspruchung auf den Bereich begrenzt ist, der von der Kraftmeßdose ohne Nachteile aufgenommen werden kann. Um die Montage zu vereinfachen und keine hohen Genauigkeitsanforderungen an die Ausgestaltung der Anbringungspunkte stellen zu müssen, kann in Weiterbildung der Erfindung der Biegestab mit dem Stützträger über ein nach der Montage festklemmbares Kugelgelenk verbunden sein. Das Kugelgelenk ermöglicht bei der Montage eine zwangfreie Einstellung zwischen Biegestab und Anbringungsteilj nach der Montage wird das Kugelgelenk festgeklemmt, so daß nachträglich auftretende Verbiegungen durch den Biegestab aufgenommen und nur in begrenztem Maße übertragen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Ausführungsbeispielen die sich auf die naheliegendste Verwendung zur Ermittlung des Bunkergewichts durch Messen der Belastung eines Trägers beziehen in Beschreibung und Zeichnung erläutert, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.

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Es zeigen:

Pig. 1 einen starte vereinfachten Schnitt durch einen Bunker für Schüttgut, der sich auf Stützträger abstüzt, wobei an dem einen Träger eine Kraftmeßdose angebracht ist, um die durch Belastungen hervorgerufene Dehnung des Trägers zu messen.

Pig. 2 in vergrößerter Darstellung die Anordnung einer Kraftmeßdose an einem Träger,

Fig. 3 in einer anderen Ausführungsform zwei

Kraftmeßdosen an einem Doppel-T-Träger, der im Querschnitt dargestellt ist und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in'

Fig. 3, wobei die Kraftmeßdose jedoch nur teilweise geschnitten ist.

Der in Fig. 1 gezeigte Bunker 1 zur Aufnahme von Schüttgut besteht aus einem Behälter 3j der zylindrischen Querschnitt besitzt, von oben beschickt werden kann und an seinem unteren Ende einen Bunkerauslaß 4 aufweist, Dsr Bunker 1 Ist über Stützträger 5, beispielsweise Stahlträger mit Doppel-T-Profilen auf einem Fundament 6 abgestützt.

An dem !innen Träger 5 sind zwei Laschen 8 und 9 als AnbringungspunKte für eine Kraftmeßdose J angeschweißt, die die Kraftmeßdose J aufnehmen, deren Meßrichtung parallel zum Stützträger verläuft.

Statt nur an einem Stützträger eine Kraftmeßdose ₃ wie in Pig. I dargestellt, können an jedem Stützträger 5 der Bunkers 1 eine oder mehrere Kraftmeßdosen ¹J in der beschriebenen Weise angebracht sein. In vielen Fällen reicht es jedoch zur Ermittlung des Bunkerinhalts aber bereits aus, an nur einem Stützträger eine solche Kraft- bzw. Wegmeßeinrichtung vorzusehen.

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Eine vorteilhafte MöglichKeit der Anbringung der Kraftmeßdose 7 zwischen den Anbringungslaschen 8 und 9 zeigt Fig. 2. In die untere Lasche 9 ist ein Widerlager 10 eingeschraubt, das eine Kugelsegmentfläche 11 aufweist, auf der eine ebene Druckfläche 12 eines Krafteinleitungszapfens 13 der Kraftmeßdose 7 ruht. Ein entsprechender Krafteinleitungszapfen 14 ist am anderen Ende der Kraftmeßdose 7 angebracht und weist ebenfalls eine ebene Druckfläche 15 auf, die ein weiteres Widerlager 16 berührt, das ebenfalls eine Kugelsegmentfläche 17 besitzt. Das obere Widerlager weist eine nach oben ragendes zylindrisches Verlängerungsteil auf, das in die obere Anbringungslasche 8 eingeschraubt und durch eine Kontermutter 19 gesichert ist.

Wenn zwischen den beiden Anbringungslaschen 8 und 9 Winkeländerungen auftreten, wirken sich diese nicht als Biegebeanspruchungen der Kraftmeßdose 7 aus, weil die Kraftübertragung von dem Widerlager 10 bzw. 16 auf den Krafteinleitungsbolzen I3 bzw. 14 nur über die Kugelsegmentfläche 11 bzw. 17 erfolgt.

Die Kraftmeßdose 7 kann von beliebiger Bauart sein; zweckmäßigerweise ist sie nach außen völlig abgeschlossen, so daß Temperatur- und sonstige Umgebungseinflüsse keine Auswirkungen auf das Meßergebnis haben. Eine Einrichtung zur Temperaturkompensation ist meist in ihr enthalten oder kann beispielsweise am dem Stützträger 5 (nicht dargestellt) angebracht werden, so daß die Messung auch unabhängig von Temperaturänderungen bleibt.

Die Kraftmeßdose 7 wirkt als Wegmeßelement und erfaßt die Längenänderungen der Meßstrecke L zwischen den beiden Anbringungspunkten am Stützträger 5, zu dem sie im Kraftnebenschluß geschaltet ist. Die auftretende Dehnung der Meßstrecke L bewirkt in der Kraftmeßdose die Verformung einer Meßfeder; diese Verformung wird in bekannter Weise in ein elektrisches Signal umgesetzt und zur Anzeige gebracht bzw. registriert.

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3Λ2.1

Wenn die gleiche Kraftmeßdose bei einem Bunker mit anderem Inhalt und/oder anderen Stützträgerabmessungen verwendet werden soll, wird die MeßstrecKe L so gewählt, daß die sich ergeben Wegänderungen wieder im Nennbereich der Kraftmeßdose liegen. Wenn beispielsweise bei gleichen Stützträgerabmessungen sin erheblich größeres Bunkerinhaltsgewicht erfaßt werden soll, werden auch die auftretenden Längenänderungen bezogen auf eine Längeneinheit größer sein. Wählt man für diesen Fall die Meßstrecke L entsprechend kürzer, wobei man ein entsprechend kürzeres Verlängerungsteil l8 wählt, so werden die an der Kraftmeßdose 7 auftretenden absoluten Längenänderungen wieder im gleichen Bereich liegen. Allgemein läßt sich sagen, daß für jeden Anwendungsbereich die Meßstrecke L so gewählt werden kann, daß die als Wegmesser arbeitende Kraftmeßdose optimal ausgenutzt wird.

Die Kraftmeßdose 7 wird erst eingebaut, wenn der Bunker 1 errichtet ist. Dadurch erreicht man, daß das Leergewicht des Bunkers ohne Einfluß auf die Kraftmeßdose bleibt. Wenn der Bunker leer ist, werden die beiden Widerlager 1J> und l6 mit geringer Vorspannung auf die Kraftmeßdose 7 geschraubt. Diese Vorspannung ist nur so groß, daß man eine eindeutige Nullpunktslage der Meßdosenanzefee erhält.

Die Figuren 3 und 4 zeigen die Anordnung von zwei Kraftmeßdosen an einem Stützträger mit Doppel-T-Profil. Die beiden Kraftmeßdosen 7i deren Meßrichtungen parallel zur Längsachse 20 des Trägers 21 verlaufen, sind symmetrisch zu dieser Längsachse 20 so angeordnet, daß bei einer Biegung des Trägers 21 um die eine neutrale Achse 22 und/oder die andere neutrale Achse 23 seines Profils die eine Kraftmeßdose um den gleichen Betrag iveniger gestaucht wird, um den die andere mehr gestaucht wird. Mittels' einer an sich bekannten elektrischen Schaltung der Ausgänge der beiden Kraftmeßdosen, bei der nur.die Summe der beiden Einzeldehnungen erfaßt wird, werden solche Dehnungsunterschiede kompensiert.

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Aus Fig. 4 erkennt man, daß bei dieser Ausführungsform ein Verlängerungsteil 24 unmittelbar an der Kraftmeßdose 7 angebracht ist. Man erkennt im Teilschnitt auch den Federkörper 25 der Kraftmeßdose 7, dessen Verformung durch mehrere nicht dargestellte Wicklungen elektrisch erfaßt wird. An einem Ende der Kraftmeßdose und an dem entgegengesetzten Ende des Verlängerungsteils 24 ist jeweils ein Biegestab 26 angebracht, der so elastisch ist, daß er nur eine begrenzte Biegebeanspruchung der Kraftmeßdose, die von dieser kompensiert werden kann, zuläßt. Der Biegestab 26 ist jeweils an seinem äußeren Ende mit Gewinde versehen, das durch Bohrungen in den Anbringungslaschen 8 und 9 ragt. Beiderseits der Laschen 8 und 9 sind Scheiben 27 angeordnet, die auf einer Seite eine Kugelfläche aufweisen. An jeder Kugelfläche liegt eine auf das Gewinde des Biegestabs 26 geschraubte Mutter 28 mit einer Kugelfläche an. Die Scheiben 27 bilden zusammen mit den Kugelflächen der Mutter 28 ein Kugelgelenk, das nach der Montage der Kraftmeßdose festklemmbar ist. Dadurch können anfängliche Schrägstellungen der Laschen 8 und 9 ausgeglichen werden. Wenn bei einer Biegung des Trägers 21 unter Last eine zusätzliche Schrägstellung auftritt, die von den jetzt festgeklemmten Kugelgelenken nicht mehr ausgeglichen werden kann, nehmen die Biegestäbe 26 diese Schrägstellung auf.

Es hat sich gezeigt, daß bei den für Bunkerkonstruktionen üblichen Belastungsverhältnissen die Dehnung der Stützträger nicht genau linear mit der Belastungsänderung verläuft. Um gleichwohl ein lineares Ausgangssignal der Kraftmeßdose zu erhalten, kann man für die Kraftmeßdose einen Kennlinienverlauf wählen, der derart von einem linearen Verlauf abweicht, daß die Linaritätsabweichungen des Stützträgers gerade ausgeglichen werden.

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Bei der häufig gewählten Abstützung eines Bunkers auf drei Stützträgern genügt es im allgemeinen, nur an einem der Träger eine oder mehrere Kraftmeßdosen vorzusehen. Insbesondere bei einer ungleichmäßigen Gutverteilung im Bunker, beispielsweise bei aussermittiger Gutzufuhr kann es aber zweckmäßig sein, an mehreren' Stützen Kraftmeßdosen vorzusehen, deren Meßergebnisse addiert werden. Im Gegensatz zu der bekannten Abstützung von Bunkerträgern auf Kraftmeßdosen erübrigt sich aber eine gesonderte Führung und seitliche Abstützung des Bunkers, da die Träger sowohl am Bunker als auch am Fundament biegesteif befestigt werden.

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Claims

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Patentansprüche :

/ly Einrichtung zur Ermittlung der Belastung eines ^-^ Trägers einer Stütze oder dgl. insbesondere zur Ermittlung des Gewichts eines mittels Träger abgestützten Bunkers mittels Kraftmeßdosen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungen eines Trägers (5, 21 \ z. B. infolge der Gewichtsänderungen des Bunkerinhalts 2) mittels einer Kraftmeßdose (7) gemessen werden, die einer bestimmten Länge (Meßstrecke L) des Trägers (5, 21) parallel geschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Stützträger (21) mindestens zwei Kraftmeßdosen (7) parallel zueinander und symmetrisch in Bezug auf die Trägerlängsachse (20) angebracht sind, die zur Kompensation einer Stützträgerbiegung zusammengeschaltet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwischen einem der beiden Anbringungspunkte (8, 9) am Stützträger (5, 21) und der Kraftmeßdose (7) und parallel zu dem Stützträger (5, 21) ein Verlängerungsteil (l8, 24) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kraftmeßdose (7) und den Anbringungspunkten (8, 9) am Stützträger (5, 21) je eine ein Biegemoment nicht übertragbare Gelenkverbindung (10, 13; 14, 16 bzw. 26) vorgesehen ist.

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5. Einrichtung nach Anspruch K, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung als Kugelsegment (11, 17) ausgebildet ist, das sich an einer vorzugsweise ebenen Druckfläche (12, 15) abstützt.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung als Biegestab (26) ausgebildet ist, der an seinen Enden einerseits mit der Kraftmeßdose (7) und andererseits mit dem Stützträger (21) fest verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegestab (26) mit dem Stützträger (21) über ein nach der Montage festklemmbares Kugelgelenk (27, 28) fest verbunden ist.

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