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M e ßau fneh me r fU r Rad- oder Ac hs lasten von Straßen fahrzeugen
Die Erfindung betrifft einen Meßaufnehmer fUr Rad- oder Achslasten von Straßenfahrzeugen
mit einer an der Oberfläche der Straße anzuordnenden Meßplatte, die an ihrer Unterseite
in zwei geschwächten Plattenbereichen je eine bei in Betriebsstellung befindlicher
Meßplatte quer zur Fahrtrichtung verlaufende Reihe von Dehnungsmeßstreifen aufweist.
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Bei einem bekannten Meßaufnehmer dieser Gattung (DT-OS 1 952 355)
sind die geschwächten Plattenbereiche von Nuten gebildet, auf deren Grund die Dehnungsmeßstreifen
aufgeklebt sind. Am Grund der Nuten tritt konstruktionsbedingt bei Belastung des
Meßaufnehmers keine sehr große Spannung auf, so daß der mit dem bekannten Meßaufnehmer
erzielbare Meßeffekt vergleichsweise gering ist und beträchtlich verstärkt werden
muß.
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Die Dehnungsmeßstreifen sind mit einem flexiblen Kunststoff abgedeckt.
Der dadurch erzielbare Schutz ist insbesondere bei mechanischer Beanspruchung, mit
der im Betrieb gerechnet werden muß, nicht ausreichend. Der die Abdeckung bildende
Kunststoff
ist zudem unmittelbar den stark wechselnden Umgebungseinflüssen ausgesetzt, die
zu einem Nachlassen der Schutzwirkung aufgrund beschleunigter Alterung führen.
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Ein Schutz gegen Überlastung der Dehnungsmeßstreifen ist nicht vorgesehen.
Die Dehnungsmeßstreifen müssen daher bei dem bekannten Meßaufnehmer mit einer großen
Sicherheitsreserve ausgelegt sein, was die Meßempfindlichkeit und -genauigkeit beeinträchtigt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßaufnehmer der eingangs genannten
Art zu verbessern, insbesondere so auszugestalten, daß ein größerer Meßeffekt bei
gleichzeitiger Sicherung gegen Überlastung und verbessertem Schutz der Dehnungsmeßstreifen
erzielt ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die
geschwächten Plattenbereiche über Hohlkehlen in den dazwischen liegenden, steif
gestalteten Plattenbereich übergehen, daß die Dehnungsmeßstreifen in den Hohikehlen
angeordnet sind, und daß die Meßlatte rings um ihren Rand abdichtend von einer Unterplatte
untersetzt ist, welche von dem steifen Plattenbereich einen auf die zulässige Grenzbelostung
der Dehnungsmeßstreifen abgestimmten Abstand haben.
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Die Erfindung nutzt zur Erzielung eines größeren Meßeffektes die Tatsache
aus, daß in Hohlkehlen durch die Kerbspannung bedingte Spannungsuberhöhungen und
damit auch erhöhte Verformungen auftreten. Dies führt zu einem bis zum Mehrfachen
erhöhten Meßeffekt gegenüber einer Anordnung, bei der die Dehnungsmeßstreifen auf
einer ebenen Fläche angeordnet sind, wie es bei dem bekannten Meßaufnehmer der Fall
ist. Bei einer außergewöhnlich großen Last schlägt die Meßplatte mit ihrem steifen
Bereich an der sie abstützenden Unterplatte an. Hierdurch ist eine 'Jberlastsicherung
geschoffen, welche es erlaubt, die Dehnungsrneßstreifen ohne
große
Sicherheitsreserve auszulegen und deshalb ihren Meßbereich weitgehend auszunutzen.
Schließlich sind alle Dehnungsmeßstreifen aufgrund ihres dichten Einschlusses zwischen
Meßplatte und Unterplatte vor frühzeitigem Ausfall aufgrund extremer Umweltbedingungen
geschützt.
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Besonders zweckmäßig ist eine Ausführung der Erfindung, bei der die
Oberseite der Meßplatte von einer auf der lose an der Unterplatte abgestützten Meßplatte
aufliegenden und die Dichtung zwischen Meßplatte und Unterplatte überlappenden,
dünnwandigen Abdeckplatte abgedeckt ist, die an der Unterplatte befestigt ist. Die
Abdeckplatte schützt nicht nur die Dichtung zwischen Meßplatte und Unterplatte vor
Eindringen von Schmutz und Wasser, sondern verhindert ein Hin- und Herschieben der
zweckmäßig lose auf der Unterplatte aufliegenden Meßplatte in seitlicher Richtung
aufgrund von durch die Kraftfahrzeugröder -in dieser Richtung ausgeübten Kräften.
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Ein loses Aufliegen der Meßplatte auf der Unterplatte ist deshalb
von Vorteil, weil die Meßplatte sich in reiner Biegung verformen kann, ohne daß
sich Einspannkräfte uberlagern, die bei einer Befestigung der Meßplatte an der Unterplatte
entstehen und einen schwieriger zu beherrschenden und zu erfassenden Beanspruchungsfall
schaffen wurden. Eine unverfälschte Übertragung der Reifen- oder Achslast auf die
Meßplatte ist dadurch gewährleistet, daß die dünnwandige Abdeckplatte sich unter
Last an die Oberfläche der Meßplatte anschmiegt.
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Zweckmäßig ist die Breite des steifen Plattenbereiches gemessen zwischen
den Hohlkehlen so groß wie die größten vorkommenden Latschlängen der ueber die Meßplatte
fahrenden Kraftfahrzeugreifen.
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Um von den Dehnungsmeßstreifen Schwingungen fernzuhalten, die besonders
schädlich sind und ihre Lebensdauer, bzw. diejenige der Klebeverbindung wesentlich
verkürzen können, kann in den von der Meßplatte und von der Unterplatte geschlossenen
Raum ein Dömpfungsmedium eingebracht sein.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dnß die Dehnungsmeßstreifen in jeder der beiden Reihen in Paaren mit je einem aktiven
und einem passiven Dehnungsmeßstreifen angeordnet und in einer Bruckenschaltung
derart geschaltet sind, daß Temperatuwnterschiede und unterschiedliche Querbiegungen
in Längsrichtung der Meßplatte kompensiert werden.
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Will man die Länge des Meßaufnehmers nicht so groß machen, daß sie
ein Messen der Achslast, also aller Räder einer Kraftfahrzeugachse gleichzeitig,
ermöglicht, oder will man in beiden Fahrtrichtungen gleichzeitig messen, so lossen
sich mehrere Meßaufnehmer in Längsrichtung aneinanderlegen. Um hierbei untelschiedliche
Empfindlichkeiten der einzelnen Meßaufnehmer ausgleichen zu können, sind in die
BrUckenschaltung zuschal tbare Widerstände vorgesehen.
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Die Höhe eines ausgeführten Meßaufnehmers nach der Erfindung beträgt
etwa 4 cm, so daß Einfräsungen dieser Tiefe in der Straße gemacht werden müssen,
um die Oberseite des Meßaufnehmers mit der Straße bündig anordnen zu können.
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Die genannte Höhe ist jedoch auch nicht so hoch, daß sie beim Uberfahren
mit reduzierter Geschwindiglceit ein störendes Hindernis darstellen würde. Es ist
daher auch denkbar, den Meßaufnehmer nach der Erfindung ohne Verletzung der Straßenoberfläche
einzusetzen.
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Die Erfindung ist mit weiteren Einzelheiten im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt
durch einen Meßaufnehmer nach der Erfindung; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie
II - II in Fig. 1;
Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt bei A in
Fig. 1 mit einer Abwandlung; Fig. 4 in einer Darstellung wie in Fig. 3 eine abgewandelte
Ausfuehrung des Meßaufnehmers Fig. 5 eine Brückenschaltung für die Dehnungsmeßstreifen
des Meßaufnehmers und Fig. 6 eine abgewandelte Brückenschaltung.
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In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 die Oberfläche einer Straße
bezeichnet, auf der die Kraftfahrzeuge in Fahrtrichtung B fahren können. Die Straße
enthalt eine Ausfräsung 2, in die ein Meßaufnehmer 3 so eingelassen ist, daß er
mit seiner Oberfläche bündig mit der Straßenoberfläche ist. Auf dem Meßaufnehmer
3 ist mit strichpunktierten Linien der Reifen 18 eines Kraftfahrzeuges angedeutet.
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Der Meßaufnehmer 3 hat eine Meßplatte 4, die einen steifen mittleren
Bereich 5 und zwei geschwächte Randbereiche 6 aufweist. Der steife Bereich 5 geht
in die geschwächten Bereiche 6 über ausgerundete Hohikehlen 7 über, die sich parallel
zueinander über die ganze Länge der Meßplatte 4 erstrecken. In die Hohlkehlen sind
in gleichmäßigen Abständen Paare von Dehnungsmeßstreifen 8, 9 geklebt, von denen
einer 8 in der aktiven Meßrichtung zum Erfassen der Durchbiegung in Längsrichtung
der Straße und der andere 9 in der passiven Längsrichtung zum Erfassersder Durchbiegung
in Querrichtung der Straße, d. h. in Längsrichtung des Meßaufnehmers, angeordnet
ist.
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Die geschwächten Bereiche 6 der Meßplatte 4 liegen mit ihren beiden
Rändern auf Stützflächen 10 auf, welche an einer Unterplatte 11 ausgebildet sind,
die ihrerseits im Grund der Einfräsung 2 liegt. In einem rings umlaufenden Freiraum
zwischen
der Unterplatte 11 und den geschwächten Bereichen 6 ist eine Dichtung 12 aufgenommen.
Die Meßplatte 4 und die Dichtung 12 werden durch eine mit der Unterplatte 11 verschraubte
Abdeckplatte 13, 13' gegen die Stützflöchen 10 der Unterplatte 11 gedrückt gehalten.
Die Abdeckplatte 13, 13' nach Fig. 1 und 3 ist an der Unterseite 11 befestigt, z.
B. mittels einer Klebeverbindung (in Fig. 1 bei 14' ) oder einer Schraubverbindung.
Die Abdeckplatte liegt auf der Obeneit. der Meßplatte 4 auf, hält seitliche Komponenten
der Radlast von der Meßplatte 4 fem und schützt die Dichtung 12 zwischen Meßplatte
4 und Unterplatte 11 vor Eindringen von Schmutz und Wasser. Besonders gut ist dieser
Schutz bei der A (Uhrung der Abdeckplatte nach Fig. 3, die einen um den hochragenden
Rand der Unterplatte 11 umgebördelten 54 aufweist. Dies ist der einzige Unterschied
zu derAusfuhrung nach Fig. 1, wo die Abdeckplatte 13 bis zum Rand der Unterplatte
11 rogt. Der Abstand a zwischen der Unterseite 5 des steifen Bereichs der Meßplatte
4 und der darunter liegenden Oberseite 11+ der Unterplatte 11 ist auf die zulässige
Grenzbelastung der Dehnungsmeßstreifen 8, 9 abgestimmt. Wenn diese Grenzbelastung
erreicht wird, legt sich die Fläche 5 gegen die Fläche ) 11+ und verhindert eine
weitere, die Dehnungsmeßstreifen 8, 9 unzulässig beanspruchende Durchbiegung der
M.ßplatte 4.
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Die Ausbildung nach Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen nach
den Fig. 1 bis 3 dadurch, daß die Meßplatte 4' und die Dichtung 12' nicht durch
ein zusarnr-nhängendes Abdeckblech abgedeckt sind. Vielmehr sind sowohl die Platte
wie auch die S-förmig ausgebildete Dichtung 12' durch um die Anordnung umlaufende
Leisten niedergehalten, von denen eine in Fig. 4 gezeichnet und mit der Bezugszahl
15 bezeichnet ist. Die Leiste ist mittels Schrauben 16 an der Unterplatte tl' befestigt.
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Im übrigen stimmt die Ausführung nach Fig. 4 mit derjenigen nach den
Fig. 1 bis 3 überein.
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Fig. 5 zeigt eine Brückenschaltung, in der zwei in den Hohlkehlen
7 gegenUberliegende Gruppen von aktiven und passiven Dehnungsmeßstreifen 8, 9 eingeschaltet
sind.
Alle jeweils gegenüberliegenden Paare können in dieser Weise geschaltet sein. Aus
den jeweils erhaltenen Ausgangssignalen U kann ein gemeinsames Ausgangssignal gebildet
werden.
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Es können aber auch gemäß Fig. 6 jeweils die aktiven und passiven
Dehnungsmeß-.
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streifen in Reihe in jeweils einen Brückenzweig geschaltet sein. Das
Ausgangssignal U' ist dann repräsentativ für den gesamten Meßaufnehmer.
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Die anhand der Figuren 5 und 6 beschriebenen Schaltungen sind nur
Beispiele für mögliche Schaltungen. Maßgebend ist, daß die Dehnungsmeßstreifen so
geschaltet werden, daß unterschiedliche Querbiegungen, die beispielsweise durch
unsymmetrisches Überfahren des Meßaufnehmers erzeugt werden können, und Temperaturunterschiede
sowie sonstige Fremdeinflüsse kompensiert werden.
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Um Schwingungen von den Dehnungsmeßstreifen 8, 9 fernzuhalten, kann
der zwischen der Meßplatte 4 bzw. 4' und der Unterplatte 11 bzw. 11' eingeschlossene
Raum 17, 17' mit einem Dampfungsmedium gefüllt sein.
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Der Meßaufnehmer nach der Erfindung wird von Kraftfahrzeugen beispielsweise
in Richtung B oder in entgegengesetzter Richtung überfahren. Dabei nimmt die Dehnung
kontinuierlich zu, bis der Kraftfahrzeugreifen vollständig sich über dem steifen
Bereich befindet, wie es mit der strichpunktierten Linie 18 in Fig. 1 angedeutet
ist.
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An dieser Stelle ist der Meßeffekt am größten. Damit auch die größten
vorkommenden Latschlängen erfaßt werden können, ist der steife Bereich der Meßplatte
4 mindestens ebenso groß wie diese ausgebildet. Zweck dieser Maßnahme ist, daß unabhängig
von der Latschlänge bei gleichem Gewicht möglichst ein gleiches Meßsignal erzeugt
wird.
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Ein Maß fUr die Rad last ist die mittels der Dehnungsmeßstreifen 8,
9 erfaßte Dehnungsändetung der Meßplatte 4 in unbeanspruchtem und in maximal bein.
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spruchtem Zustand. Das von den Dehnungsmeßstreifen abgegebene Meßsignal
ist in üblicher Weise anzeigbar oder speicherbar.
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Für die Dimensionierung der Meßplatte 4 ist eine genaue Ausrundung
der Hohlkehlen 7 wichtig, weil hierdurch das Maß der Spannungsüberhöhung aufgrund
Kerbwirkung festgelegt wird. Wichtig ist auch, daß der mittlere Bereich 5 der Meßplatte
4 mit einer erheblich größereneifigkeitausgeführt ist als die geschwöchten Bereiche
6, die als Auflager dienen. Zweck dieser Maßnahme ist, daß Quer- und Längsverformungen
im mittleren Bereich weitgehend ausgeschaltet werden.
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Die Meßplatte 4 und die Unterplatte 11 können ohne großen Aufwond
in sehr engen Maßtoleranzen gearbeitet werden. Die Unterschiede tn den Meßeigenschaften
sind daher bei einer Serie von Meßaufnehmern sehr gering. Meßaufnehmer einer Serie,
die In Längsrichtung aneinander gefügt werden, um Achslosten oder alle über eine
Straße fahrenden Fahrzeuge zu messen, versprechen deshalb etwa gleiche Meßeigenschaften.
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Zum Ausgleich eventuell doch vorhandener Unterschiede in den Empfindlichkeiten
zwischen Meßplatten und Dehnungsmeßstreifen können in die Meßbrücken einschaltbare
Widerstände vorgesehen sein. Ein Nacharbeiten der Meßaufnehmer zum Ausgleich solcher
Unterschiede ist daher in keinem Fall erforderlich.
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Patenhnspruche: