DE2932597A1

DE2932597A1 - Messelement fuer die ermittlung der groesse einer im bereich einer flaeche angreifenden last mit hilfe von dehnmesstreifen

Info

Publication number: DE2932597A1
Application number: DE19792932597
Authority: DE
Inventors: Lutz Ing Grad Hamann
Original assignee: Ficht GmbH
Current assignee: Ficht GmbH
Priority date: 1979-08-10
Filing date: 1979-08-10
Publication date: 1981-02-26
Also published as: JPS56153227A; FR2463400A1; GB2057149A; FR2463400B1; GB2057149B; DE2932597C2

Description

HEINZ H. PUSCHMANM PA^PNTANWALT

D KOOO MÜNCHEN Il ■ TH'.'Λ.Λ5-WIMMRS.-RING 14 TLI P.

Ficht GmbH München, 07.08.1979

Spannleitenberg 1 Ρ 687/79

8011 Kirchseeon Pu/rei

Meßelement für die Ermittlung der Größe einer im Bereich einer Fläche angreifenden Last mit Hilfe

von Dehnmeßstreifen

Die Erfindung betrifft ein Meßelement für die Ermittlung der Größe einer im Bereich einer Fläche angreifenden Last mit Hilfe von Dehnmeßstreifen, die im Bereiche von stirnseitigen axialen Bohrungen des Meßelementes angeordnet sind und Teile einer elektrischen Brükkenschaltung bilden, wobei rechtwinklig zur Längsachse des Meßelementes liegende, der lastaufnehmenden Fläche abgewandte schlitzförmige Aussparungen die axiale Ausdehnung dieser Bohrungen begrenzen.

Ein solches, aus der DE-OS 27 58 997 bekanntes Meßelement ist als mechanischer Biegebalken ausgebildet, dessen Endteile infolge der Schlitze federnd zum Mittelteil sind. Bei Lastauflage maulen die Endteile daher gegenüber dem sie verbindenden Mittelteil auf, so daß an den Endteilen keine reinen, der aufgebrachten Last proportionalen Schubkräfte auftreten. Die in den Endteilen entstehenden Kraftlinien werden daher von den Dehnmeßstreifen nur unvollständig erfaßt. Ferner ist ihre Anzeigejeweils abhängig von der axialen

130009/0412

Lage des Kraftangriffspunktes auf der lastaufnehmenden Fläche, was beim Aufbringen einer das Meßglied überrollenden Last zu unerwünschten Änderungen in der Lastanzeige führt. Die Meßgenauigkeit ist daher unbefriedigend. Schließlich bildet bei Bruch eines in einen Schienenstrang eingefügten Meßelementes dieses eine aufgrund bestehender Sicherheitsbestimmungen unzulässige Stoßstelle für die den Schienenstrang benutzenden Schienenfahrzeuge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Meßelement so weiterzubilden, daß alle bei einem Lastangriff auftretenden Kräfte als möglichst reine Schubkräfte in den Endteilen auftreten und die Lastanzeige unabhängig von dem Ort des Lastangriffes wird, um so die Meßgenauigkeit wesentlich zu vergrößern, sowie dem Meßelement eine solche Form zu geben, daß bei seiner Verwendung zum Messen des Raddruckes eines Schienenfahrzeuges alle Sicherheitsbestimmungen erfüllt werden können.

Ausgehend von einem Meßelement der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die die stirnseitigen Bohrungen aufweisenden Teile des Meßelementes nahe ihrer Auflagefläche durch einen unteren Gurt miteinander verbunden sind, der sich parallel zu dem die lastaufnehmende Fläche aufweisenden oberen Gurt erstreckt und daß die Verbindungsbereiche zwischen den stirnseitigen Teilen und den Gurten elastische Gelenke bilden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Meßelement besteht also aus sechs Funktionsteilen, nämlich dem als Meßbalken wirkenden oberen Gurt, dem als Zugbalken wirkenden unteren Gurt, den elastisch verformbaren Gelenken an ihren Stirnseiten, den als elastische Verformungselemente wirkenden, quasi Ringelemente bildenden stirnseitigen Teilen, den an den Verformungselementen angebrachten Dehnmeßstreifen sowie gegebenenfalls dem als Lastteiler wirkenden Steg zwischen Meß- und Zugbalken.

130009/0412

Der Meßbalken dient ausschließlich zur Einleitung der zu messenden Last in die Verformungselemente und ist daher extrem steif ausgebildet, damit über die elastischen Gelenke zwischen dem Meßbalken und den Verformungselementen möglichst nur Schubkräfte übertragen werden. Der Zugbalken hat die Aufgabe, das durch diese Belastung hervorgerufene Aufmaulen der Verformungselemente zu verhindern. Mit Hilfe des Lastteilers sollen einmal ein. Teil der aufgebrachten Last vom Zugbalken übernommen werden, ohne hierdurch den Meßwert zu verfälschen - da der Lastteiler exakt in der Mitte zwischen den Verformungselementen angeordnet ist, hat dieser auf den Verlauf der Kraftlinien in den Verformungselementen keinen Einfluß - und zum anderen trägt der Lastteiler mit dazu bei, daß "bei Belastung die beiden Verformungselemente parallel zueinander verbleiben. Durch die eingebrachten Bohrungen und die Querschnittsschwächungen der Verformungselemente wirken diese als quasi Ringelemente, die an ihren Innen- oder Außenwandungen oder Innen- und Außenwandungen, die zu einer Brückenschaltung zusammengeschalteten Dehnmeßstreifen tragen, wobei bei einer Anordnung der Dehnmeßstreifen an den Innen- und Außenwandungen der Verformungselemente der Meßwert und damit die Meßgenauigkeit erhöht wird. Die elastische Verformung der Verformungselemente ist also ein Maß für die zu messende Belastung, die sich als Verstimmung der Brückenschaltung zeigt. Durch den Lastteiler, insbesondere aber durch die Stege der nebeneinanderliegenden Bohrungen wird bei einem Bruch eines oder beider oberen Gelenke die Absturzhöhe des Meßbalkens begrenzt und somit bei Anwendung des erfindungsgemäßen Meßelementes zur Messung des Raddruckes eines Schienenfahrzeuges die Entgleisungssicherheit für das Schienenfahrzeug beim Überrollen eines gebrochenen Meßelementes gewährleistet.

Die Erfindung ist anhand zweier in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele eines Meßelementes beschrieben. Im einzelnen zeigen

130009/0412

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Meßelementes gemäß der Erfindung und

Figur 2 eine Seitenansicht einer -gegenüber Figur 1 abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßelementes.

Ein Meßelement ME - im wesentlichen etwa in der Form eines prismatischen Körpers - weist in seinem in bezug auf Figur 1 oberen Bereich einen als Meßbalken wirkenden oberen Gurt 1 auf, der mit stirnseitigen, als Verformungselemente wirkenden Teilen 2 und 3 verbunden ist. Die lastaufnehmende Fläche des Meßbalkens ist mit F bezeichnet. Die Teile 2 und 3 sind ihrerseits in ihrem unteren Bereich durch einen als Zugbalken wirkenden unteren Gurt 4 verbunden. Die Verbindungsstellen zwischen den als Verformungselemente wirkenden Teilen 2 und 3 und dem oberen und unteren Gurt wirken als elastische Gelenke 6. Um als Verformungselemente wirken zu können, weisen die Teile 2 und 3 axiale Bohrungen 8 auf, die bis zu Schlitzen 10 reichen, welche jeweils rechtwinklig zur Längsachse des Meßelementes angeordnet sind und diese vollständig durchsetzen. Die der lastaufnehmenden Fläche F abgewandten Enden der Schlitze 10 gehen in rechtwinklig dazu sich erstreckende, parallel zur Längsachse angeordnete Schlitze 11 über, die in ihrer Mitte von einem sich quer zur Längsachse erstreckenden Steg 5 begrenzt sein können. Dieser Steg verbindet exakt mittig den Meßbalken 1 mit dem Zugbalken 4. Die genannten Schlitze in dem etwa prismatischen Körper sind durch Ausfräsen mit Hilfe eines Fingerfräsers aus dem Vollen gebildet. Schließlich weist das Meßelement ME sich über die Länge der Teile 2 und 3 erstreckende Äbfräsungen 12 auf, durch die die Querschnitte dieser Teile geschwächt werden. Die Teile 2 und 3 weisen an ihrer Unterseite Auflageflächen 14,. und 14p sowie 15^ und 15₂ auf, deren Abstände a^. bzw. a₂ - vgl. Figur 2 die Meßlänge zwischen den Verformungselementen bestimmen. Das gesamte Meßelement ist also aus einem Stück gefertigt, seine einzelnen Funktionsteile sind durch Durchbrüche, Bohrungen bzw. Äbfräsungen gebildet.

130009/0412 -8-

An den Innenwandungen der Bohrungen 8 der Teile 2 und 3 oder an den parallel zueinander liegenden Seitenwandungen der Abfräsungen 12 oder an den Innenwandungen der Bohrungen 8 der Teile 2 und 3 und an den parallel zueinander liegenden Seitenwandungen der Abfräsungen 12 sind Dehnmeßstreifen DMS befestigt, die allesamt Teile einer hier nicht dargestellten Meßbrücke bilden, deren Verstimmung ein Maß für die am Meßbalken, insbesondere an der Meßfläche F angreifende Kraft ist.

Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform des Meßelementes ME sind die Schlitze 11 durch Bohrungen 21 gebildet, wobei die Stege zwischen den Bohrungen durch eine Schiitzfräsung, mit Ausnahme des in der Mitte befindlichen Steges 25, getrennt sind, falls bei dieser Ausführungsform ebenfalls ein Lastteiler erforderlich ist. Eine in Figur 2 angedeutete mittige Durchgangsbohrung 27 geringen Durchmessers dient der Durchführung elektrischer Schaltdrähte für die Dehnmeßstreifen DMS.

Im übrigen entspricht dieses Meßelement exakt dem vorbeschriebenen Meßelement gemäß Figur 1. Die genannten Stege haben die Aufgabe, bei einem Bruch eines oder beider oberer Gelenke 6 die Absturzhöhe des Meßbalkens auf ein Minimum zu begrenzen, um somit ein Entgleisen von Schienenfahrzeugen zu verhindern, wenn das beschriebene Meßelement zur Messung des Raddruckes von Schienenfahrzeugen innerhalb einer Schienenstrecke verwendet wird.

Das beschriebene Meßelement ist in der Lage, die Größe einer Normalkraft dann genau anzuzeigen, wenn sich deren Agriffspunkt innerhalb der durch das Meßelement verkörperten Meßstrecke a befindet. Hierbei ist es unwesentlich, an welchem Punkt der Meßstrecke sich der Angriffspunkt befindet.

Das beschriebene Meßelement ist daher universell einsetzbar, und zwar überall dort, wo auf einfache Weise Lasten mit hoher Genauig-

130009/0412 ₉

keit zu bestimmen sind. Das beschriebene Meßelement kann beispielsweise zum Messen des Raddruckes von Schienenfahrzeugen oder auch als lastermittelndes Glied einer Waage verwendet werden. Hierbei ist es zweckmäßig, seine Auflager 14-,., 14-p' 15/j und 15o umschaltbar zu gestalten, wodurch eine einfache Meßbereichsumscb.altung erreicht wird. Der Ausgang der elektrischen Brückenschaltung ist dann beispielsweise mit einer Digital-Anzeigevorrichtung zu verbinden. Beim eingangs angeführten Anwendungsfall innerhalb eines Schienenstranges sind in beide Schienen eines Meßgleises je ein Meßelement gleichachsig einzusetzen, wie dies beispielsweise in der DE-OS 27 58 997 beschrieben und dargestellt ist. Die Ausgänge der elektrischen Brückenschaltung sind dann zweckmäßigerweise an schreibende und steuernde Ausgabeeinrichtungen anzuschließen.

1 30009/0412

Claims

HEINZ H. PUSCHMAN/V ■ PATENTANWALT D KOUO MUNCHt-v] ."2 T'i- M Λί - WlMMEI'.-IUNG 14 TELEfON < > '22"S87 Ficht GmbH München, 0?.08.1979 Spannleitenberg 1 P 687/79 Kirchseeon Pu/rei PATENTANSPRÜCHE

1. Meßelement für die Ermittlung der Größe einer im Bereich einer

Fläche angreifenden Last mit Hilfe von Dehnmeßstreifen, die im Bereiche von stirnseitigen axialen Bohrungen des Meßelementes angeordnet sind und Teile einer elektrischen Brückenschaltung bilden, wobei rechtwinklig zur Längsachse des Meßelementes liegende, der Last aufnehmenden Fläche abgewandte schlitzförmige Aussparungen die axiale Ausdehnung dieser Bohrungen begrenzen, dadurch gekennzeichnet , daß die die stirnseitigen Bohrungen (8) aufweisenden Teile (2, 3) des Meßelementes (ME) nahe ihrer Auflageflächen (14,, bis 15₂) durch einen unteren Gurt (Zugbalken 4) miteinander verbunden sind, der sich parallel zu dem die lastaufnehmende Fläche (F) aufweisenden oberen Gurt (Meßbalken 1) erstreckt, und daß die Verbindungsbereiche zwischen den stirnseitigen Teilen (2, 3) und den Gurten (1, 4) elastische Gelenke (6) bilden.

2. Meßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens zwei parallel zur Längsachse sich erstreckende und im Abstand (a^, a₂) voneinander angeordnete Auflager(14vp 14^, 15^, 15₂) aufweist.

—2.— 130009/0412

29 32 50 7

3. Meßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberer und unterer Gurt (1, 4) durch eine die stirnseitigen Teile (2) begrenzenden schlitzförmigen Aussparungen (10) verbindende weitere schlitzförmige Aussparung(11) voneinander getrennt sind.

4. Meßelement nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmigen Aussparungen (10, 11) Ausfräsungen sind.

5· Meßelement nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß der die Gurte (1, 4) voneinander trennende Schlitz (11) durch Bohrungen (21)gebildet ist, deren parallel zur Längsachse liegenden Stegbereiche zumindest teilweise durch eine Schlitzfräsung voneinander getrennt sind; vgl. Figur 2.

6. Meßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Gurt (Meßbalken 1) mittig einen rechtwinklig zur Längsachse sich erstreckenden, dem unteren Gurt zugewandten Steg (5» 25) aufweist.

7· Meßelement nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die die stirnseitigen axialen Bohrungen (8) aufweisenden Teile (2, 3) in ihrem Querschnitt durch seitliche Abfräsungen (12) geschwächt sind.

8. Meßelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , daß die Dehnmeßstreifen (DMS) an der Innenwandung der Bohrungen (8) oder an den Innenwänden der Bohrungen (8) und an den Außenwandungen des geschwächten Querschnittes (12) der stirnseitigen Teile (2, 3) nahe den Schlitzen (10) angeordnet sind.

130009/0412

ORIGINAL IMSPECTEP

9. Meßelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zum Messen des Raddruckes des Rades eines Schienenfahrzeuges, dadurch, gekennzeichnet, daß es ein im Querschnitt der Form eines Schienenkopfes angepaßter, an der Schiene eines Gleises formschlüssig verbindbarer, prismatischer Körper ist, der an seiner dem Laufflächenkegel der Räder des Schienenfahrzeuges zugewandten Seite (F) abgerundet ist, während die Seitenflächen und die Auflageflächen der Auflager (1A-, 15) ebene Flächen sind.

10. Meßelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung als lastermittelndes Glied einer Waage, wobei die Wirksamkeit seiner Auflager (14-^ , 14_?, 15-p "¹^p) ^zur Meßbereichsumschaltung umschaltbar ist und der Ausgang der elektrischen Brückenschaltung mit einem Verstärker und einer Anzeigevorrichtung bzw. einem Schreiber verbunden ist.

1 30009/0412