EP3601972A2 - Vorrichtung und verfahren zum messen einer last - Google Patents

Abstract

Lastdetektionseinheit mit einer federelastischen Lastträgeranordnung zur Aufnahme der Last (10) und einem Sensor (3) für die unter der zu detektierenden Last (10) erfolgende Deformation der Lastträgeranordnung, wobei zwischen der Lastträgeranordnung und dem Sensor (3) betriebsfähig eine Deformationsübertragungseinheit (6) angeordnet ist. Durch diese Lastdetektionseinheit wird ein Verfahren bei welchem zusätzlich eine Deformationsübertragungseinheit vorgesehen wird, welche im Betrieb die Deformation der Lastträgeranordnung abnimmt und als veränderte Kraft‐/Wegbeanspruchung auf den Sensor überträgt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Messen einer Last

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer Last nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Messen einer Last nach dem Oberbegriff von Anspruch 11.

Lastmessvorrichtungen der genannten Art werden breit eingesetzt und dienen der kurzzeitigen oder langzeitigen Überwachung von Maschinenteilen oder Bauten aller Art. Sie werden etwa eingesetzt für die Überwachung der zulässigen Spannung in den tragenden Seilen von Netzen, die als Steinschlagschutz verwendet werden oder in Erdankern von Bauwerken. Solchen Anwendungen ist gemeinsam, dass die Betriebslasten in jedem zu überwachenden Element, sei dies ein Seil oder eine Zugstange, recht hoch werden können, von einigen hundert Kilo bis in den Bereich von mehreren Tonnen, wobei aus Sicherheitsgründen noch eine Überlastsicherheit im mehrfachen (drei, fünf oder gar zehnfachen) der Betriebslast dazu kommt.

Bei Sicherheitsnetzen etwa für Steinschlag ist bekannt, dass oft als Vorboten eines grösseren Steinschlags kleinere Felsbrocken fallen, was zuverlässig erkannt werden muss. Ebenso muss aber nach dem Niedergang grösserer Felsstücke eine Messung der Beanspruchung des Netzes möglich sein, ob dieses weiterhin verwendungsfähig ist. Dazu ist dann in jedem am Un- tergrund verankerten Seil des Netzes eine Lastmessvorrichtung anzuordnen.

Dasselbe gilt für das Beispiel eines Erdankers. Kleinere Bodenbewegungen müssen erkannt werden und bei grösseren Bodenverschiebungen ist zuverlässig die maximale Last zu messen, welche auf den einzelnen Anker eingewirkt hat.

Unter den zahlreichen bekannten Ausführungsformen solcher Lastmessvorrichtungen für die verschiedensten Zwecke kann unterschieden werden zwischen solchen, die auf dem Seil oder der Zugstange selbst montiert werden, also deren Deformation messen, und solchen, die an der Verankerung des Seils oder der Zugstange angeordnet sind. Bei diesen wiederum sind Lastmessvorrichtungen bekannt, welche die Deformation der Verankerung messen und solche, die direkt zwischen dem Seil bzw. der Zugstange und der Verankerung montiert werden, also der Last ausgesetzt sind. Im letzteren Fall, den die vorliegende Erfindung betrifft, wird ein Seil oft durch das Loch einer zur Verankerung gehörende Platte gezogen, und auf der anderen Seite am Seil eine Verdickung angeordnet, die dann über ein Auflager an der Platte ab- gestützt den Zug im Seil auf die Platte überträgt. Das Auflager wiederum ist ausgebildet, die durch das Seil übertragenen Zugkräfte zu messen.

Bekannt sind beispielsweise scheibenförmige Ringlastzellen mit einer zylindrischen Aussen- seite, die ein zentrales Loch besitzen, durch welches das Seil hindurch läuft. Die durch das Seil übertragenen Zugkräfte wirken auf die Oberseite der Ringlastzelle, die ihrerseits auf einer Verankerungsplatte abgestützt ist, so dass sich ihr zylindrischer Aussenumfang tonnenartig deformiert bzw. etwas gegen aussen wölbt. Diese Deformation kann durch Dehnmessstreifen detektiert werden. Zum Schutz der Dehnmesstreifen wird oft vorgesehen, Grund- und Deckfläche der Ringlastzelle flanschartig über die zylindrische Aussenseite hervorragen zu lassen, und die so entstandene Kammer mit den darin angeordneten Dehnmesstreifen durch ein an den Flanschen rundum angeschweisstes Blech zu verschliessen.

Dies hat den Vorteil, dass solch eine Ringlastzelle eine lange Lebensdauer im Bereich von 10 Jahren aufweist, aber den Nachteil, dass der den Dehnmessstreifen innewohnende Drift in den Messwerten nicht korrigierbar ist. Zudem sind solche Ringlastzellen teuer, unter anderem, da wenigstens 4 Dehnmesstreifen benötigt werden: auf gegenüberliegenden Seiten der Ringlastzelle je zwei, die gekreuzt angeordnet werden, um Temperaturdifferenzen auszugleichen. Für den Ausgleich von Asymmetrien in den Ringlastzellen sind oft mehr als zwei Paare von Dehnmesstreifen notwendig.

Entsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen einer Last zu schaffen, die in der Herstellung weniger aufwendig ausgebildet, günstiger und vor allem in grossen Stückzahlen einfach zu produzieren ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 11 gelöst.

Dadurch, dass zwischen der Lastträgeranordnung, welche die über das Seil oder den Zugstab übertragene Last auf eine Verankerungsplatte überträgt, und dem Sensor für diese Last eine Deformationsübertragungseinheit vorgesehen wird, können die Lastträgeranordnung und zugehörige Sensoren vereinfacht und damit kostengünstig ausgebildet werden. Vor allem ist es durch diese Anordnung möglich, für zuverlässige Messdaten weniger, beispielsweise einen einzigen Sensor vorzusehen. Insbesondere wird dadurch, dass eine Deformationsübertragungseinheit vorgesehen wird, welche im Betrieb die Deformation der Lastträgeranordnung abnimmt und als veränderte Kraft-/Wegbeanspruchung auf den Sensor überträgt, ermöglicht, dass ein Sensor nicht an der Lastträgeranordnung selbst, sondern entfernt von dieser und ohne Berücksichtigung der Geometrie und Deformation der Lastenträgeranordnung angeordnet werden kann. Dies erlaubt eine kostengünstige Ausbildung der Lastenträgeranordnung.

Über die gestellte Aufgabe hinaus sind mit der erfindungsgemässen Lastdetektionseinheit bzw. mit dem erfindungsgemässen Verfahren driftsichere Schwingsaitensensoren verwendbar, welche die Wartung für die Zurückstellung einer Drift der Messwerte entfallen lässt und so im Bereich von 10 Jahren und darüber hinaus wartungsfrei sind und einwandfreie, insbesondere driftsichere und sehr fein aufgelöste Messwerte generieren. Weitere bevorzugte Ausführungsformen weisen die Merkmale der abhängigen Ansprüche auf.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren noch etwas näher beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 eine Ansicht einer erfindungsgemässen, montierten Lastdetektionseinheit von der Seite her, Figur 2 eine weitere Ansicht auf eine Lastdetektionseinheit gemäss Figur 1, jedoch in nicht montiertem Zustand,

Figur 3a und 3b schematisch die Lastträgereinheit einer erfindungsgemässen Lastdetektionseinheit unbelastet und belastet,

Figur 3c und 3d schematisch die Lastträgereinheit einer erfindungsgemässen Lastdetektionseinheit in belastetem Zustand, wobei verschiedene Sensoren verwendet werden, Figur 4 eine erfindungsgemässe Lastdetektionseinheit mit als Dehnmessstreifen ausgebildeten Sensoren, und

Figur 5 eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform.

Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Lastdetektionseinheit 1, mit einer hier als Rohrprofil 2 ausgebildeten Lastträgeranordnung, einem Sensor 3 sowie zwei Hebelanordnungen 4 und 5, die zusammen eine Deformationsübertragungseinheit 6 bilden, welche auf den Sensor 2 wirkt.

Ein hier als Zugstange 7 ausgebildetes Zugglied ragt von unten her durch das Rohrprofil 2 hindurch und ist auf dessen Oberseite 8 mit einer Mutter 9 und einer Unterlagsscheibe 9' verschraubt, so dass die in der Zugstange 7 wirkende Last 10 über die Mutter 9 und Unter- lagsscheibe 9' auf die Oberseite 8 des Rohrprofils 2 wirkt und dieses gegen eine schematisch dargestellte Verankerungsplatte 11 quetscht. Die Verankerungsplatte 11 ist am Untergrund oder an einem Bauwerk bzw. Bauteil abgestützt, das die Last des Zugglieds bzw. Zugstabs 7 aufnehmen soll. Das Rohrprofil 2 besteht aus einem federelastischen Material und ist massiv ausgebildet, so dass es die Last 10 und eine Überlast tragen kann, die der doppelten, dreifachen, fünffachen oder beispielsweise zehnfachen Last entspricht.

Es hat sich gezeigt, dass Rohrprofile aus dem erfindungsgemäss wünschenswerten Alumini- umstrangguss solche, die als Strangpressprofile ausgebildet sind, (s. dazu unten) die unter der maximalen Last noch nicht elastisch deformieren, also grundsätzlich genügend stark dimensioniert wären, dennoch schnell "weich" werden und schliesslich, nach vergleichsweise kurzer Zeit trotzdem versagen. Dies bedeutet, dass das Rohrprofil 2 überdimensioniert werden muss, je nach Legierung im Bereich der doppelten Überlast. Dies wiederum führt dazu, dass das Rohrprofil im Hinblick auf die einfache Last bzw. die Betriebslast, sehr steif dimensioniert ist und entsprechend gering deformiert, was, neben den Platzproblemen die Detektion der Deformation des Rohrpro- fils 2 durch Deformationssensoren wie beispielsweise die üblicherweise verwendeten Dehnmessstreifen entsprechend erschwert.

Erfindungsgemäss ist nun eine Deformationsübertragungseinheit 6 vorgesehen, welche die Deformation des Rohrprofils 2 abnimmt und über eine Weg- / Kraftübersetzung an den Sensor 3 weiterleitet. Die Weg- / Kraftübersetzung ist dabei derart dimensioniert, dass der Sensor 3 entsprechend seiner Eingangskennlinien beansprucht wird, d.h. einem Deformationsweg bzw. einer Deformationskraft ausgesetzt wird, für die er bestimmungsgemäss ein Detek- tionssignal erzeugen kann. Hier sei ausdrücklich angemerkt, dass zwar Sensoren bekannt sind, welche entweder einen Deformationsweg oder eine Deformationskraft detektieren. Es sind jedoch auch Sensoren bekannt, die durch auf sie wirkende Kraft selbst etwas deformieren, so dass die erfindungsgemässe Weg- / Kraftübersetzung nicht nur alternativ, sondern auch kumulativ wirkend zu verstehen ist. S. dazu die Beschreibung zu den Figuren 3a bis 3d. Dazu sind, wie aus der Figur 1 ersichtlich, die Hebelanordnungen 4,5 schwächer dimensio- niert, beispielsweise biegeweicher, als der Körper des Rohrprofils 2.

Eine gegen die Verankerungsplatte 11 vom Rohrprofil 2 abstehende Stütze 12 hält die Lastde- tektionseinheit 1 während der Montage oder Wartung in ungefährer Betriebsposition, d.h. verhindert ein Verkippen durch das Gewicht der Deformationsübertragungseinheit und dem Sensor 3. Eine in den Hohlraum des Rohrprofils 2 ragende Lippe 13 dient als Einbausicherung um zu verhindern, dass die Zugstange 7 (oder ein Lastseil) durch den Hohlraum des Rohrprofils montiert wird, so dass dieses um 90 Grad gekippt z.B. mit der in der Figur ersichtlichen Seitenfläche auf der Verankerungsplatte 11 aufliegt. Es ergibt sich eine erfindungsgemässe Lastdetektionseinheit 1 mit einer federelastischen Lastträgeranordnung (hier als Rohrprofil 2 ausgebildet) zur Aufnahme der Last 10 und einem Sensor 3 für die unter der zu detektierenden Last 10 erfolgende Deformation der Lastträgeranordnung, wobei zwischen der Lastträgeranordnung und dem Sensor 3 betriebsfähig eine Deformationsübertragungseinheit 6 angeordnet ist.

Bevorzugt ist die Deformationsübertragungseinheit somit derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb wenigstens eine der übertragenen Grössen Deformationsbewegung und Deformationskraft auf den Sensor überträgt und dabei übersetzt. Weiter ergibt sich, dass die Lastträgeranordnung als Hohlprofil ausgebildet ist, bei welchem im Betrieb die Last quer durch einen Hohlraum des Profils wirkt. Beispielsweise kann bei einem nicht in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ein kastenförmiges Hohlprofil verwendet werden, mit zur Verankerungsplatte paralleler Grund- und Deckfläche, dessen Sei- tenwände sich im Belastungsfall tonnenartig nach aussen deformieren, wobei dann Hebelanordnungen ähnlich der Hebelanordnungen 4,5 von Figur 1 an einer der Seitenflächen vorgesehen werden. Bei einem solchen, vom Fachmann nach dem konkreten Fall festgelegten Hohlprofil wird jedoch stets die Last quer (und nicht etwa axial) zum Hohlraum des Profils wirken, so dass dies in der beschriebenen Art quetschbar ist und die Deformationsübertra- gungseinheit diese Deformation bestimmungsgemäss abnehmen kann.

Schliesslich ergibt sich für die Lastträgeranordnung, dass sie, wie in Figur 1 gezeigt, als Rohrprofil ausgebildet ist, bei welchem im Betrieb die Last auf einem Durchmesser des Rohrprofils wirkt. Neben der Ausführungsform als allgemeines Hohlprofil besitzt diese Ausführungsform den Vorteil, dass die einzelne Lastträgeranordnung als einfacher Schnitt eines Stranggussbzw. Strangpressprofils hergestellt werden kann, bevorzugt eines Aluminiumstrangpressprofils, mithin vergleichsweise ausserordentlich kostengünstig herstellbar ist - mit dem weiteren Vorteil, dass die Produktion ohne Weiteres und ohne grössere Investitionen beliebig skalierbar ist.

Dabei werden bevorzugt an der erfindungsgemässen Lastträgeranordnung, sei diese als Hohlprofil ausgebildet oder nicht, zwei Hebelanordnungen 4,5 vorgesehen, welche den Sensor 3 zwischen sich einspannen. An dieser Stelle sei angefügt, dass erfindungsgemäss auch eine Lastträgeranordnung vorgesehen werden kann, die analog zu einer Ringlastzelle aufgebaut ist, also eine durchgehende Öffnung aufweist, durch welche ein Zugstab bzw. ein Zugseil hindurchragt, so dass im Betrieb die Last entlang einer durch die Öffnung durchgehenden Achse liegt. Solch eine Lastträgeranordnung ist vom Fachmann für den konkreten Fall derart auszulegen, dass über die erfin- dungsgemässe Deformationsübertragungseinrichtung die Deformation der Lastträgeranordnung geeignet abgenommen und durch Kraft- /Wegübersetzung an einen Sensor übermittelt werden kann. Figur 2 zeigt eine Ansicht schräg von oben auf die Lastdetektionseinheit von Figur 1 zur Verdeutlichung ihres Aufbaus. Wie zu Figur 1 erwähnt, ist die Lastträgeranordnung (Rohrprofil 2) zusammen mit der Deformationsübertragungseinrichtung 6 (hier bestehend aus den beiden Hebelanordnungen 4,5) als einstückiges Strangpressprofil ausgebildet, das in geeigneter Län- ge aus einem Profilstab abgeschnitten worden ist. Eine vertikale Bohrung 15 für einen Zugstab 7 (Figur 1) oder ein Zugseil besitzt die gestrichelt eingezeichnete Achse 16 in welcher die Last 10 auf die Oberseite des Rohrprofils 2 wirkt. Auf der Oberseite 8 ist eine bombierte Lagerfläche 17 für eine gegengleiche Unterlagsscheibe 9' (Figur 1) vorgesehen, die Auflagefläche 18 für eine Ankerplatte 11 (Figur 1) oder eine andere Unterlage ist flach ausgebildet.

Ersichtlich ist die flächige Ausbildung der Hebelanordnungen 4 und 5, da diese zum selben Zuschnitt des Stranggussprofils gehören wie der das Rohrprofil 2.

Weiter ersichtlich sind Kopfbereiche 20 und 21 der Hebelanordnungen 4 und 5, an welchen hier ein Schwingsaitensensor 23 befestigt ist. Bei der gezeigten Ausführungsform weist jeder Kopfbereich eine Doppellippe 24,25 auf, welche bevorzugt auf ihren Innenseiten längsverlaufende (d.h. in Strangpress-Richtung verlaufende), parallele Rillen 26 aufweisen. Diese Rillen 26 stellen Ausschnitte eines Gegengewindes für die Schrauben 27 dar, mit welcher der Sensor 23 an der Deformationsübertragungseinheit 6 (bzw. deren Hebelanordnungen 4,5) be- triebsfähig befestigt ist. Wiederum lassen sich solche Gewinderillen im Strangpressverfahren auf einfachste Weise, und vor allem kostengünstig, herstellen.

Aus Figur 2 (welche wie Figur 1 massstäblich ist) geht hervor, dass die Dicke der Hebelanordnungen 4,5 gegenüber der Wandstärke des Rohrprofils 2 verringert ist, so dass diese gegen- über dem Rohrprofil 2 weniger steif, also biegeweicher, d.h. leichter deformierbar sind. Im Betrieb deformiert sich das Rohrprofil 2 unter dem Angriff der in Richtung der Achse 16 wirkenden Last 10 derart, dass die vertikalen Wandabschnitte 27,28 etwas nach aussen gewölbt werden, so dass sich die Hebelanordnungen 4,5 von einander weg spreizen wollen. Es ergibt sich erfindungsgemäss ein federelastisch deformierbares Profil, bevorzugt ein Strangpressprofil, mit einem rohrförmigen Abschnitt 2 und zwei längs an dessen Aussenseite angeordneten, flächigen Hebelanordnungen 4,5 mit im Vergleich zum rohrförmigen Abschnitt 2 geringerer Dicke, die nebeneinander, aber im Abstand zu einander angeordnet sind und sich gemeinsam von der Aussenseite des rohrförmigen Abschnitts weg erstrecken, wobei quer zum rohrförmigen Abschnitt 2, in dessen Mitte und quer zur Flächenausdehnung der Hebelanordnungen 4,5 eine zur Aufnahme eines Lastelements ausgebildete Öffnung 15 vorgesehen ist, wobei der rohrförmige Abschnitt 2 und die Hebelanordnungen 4,5 derart ausgebildet sind, dass sich bei einer im Betrieb erfolgenden Kompression des rohrförmigen Ab- Schnitts 2 in der Richtung der Achse 16 der Öffnung 15 dieser derart deformiert, dass sich die Hebelanordnungen 4,5 spreizen. Bevorzugt sind die Hebelanordnungen 4,5 biegeweicher ausgebildet als der Hohlkörperabschnitt 33, der die Hebelanordnungen 4,5 verbindet.

Weiter ergibt sich für eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Lastdetektionseinheit, bei welcher an den äusseren Enden der flächigen Hebel 4,5 je eine Doppellippe (Lippen 24,25 mit an deren Innenseiten parallel zur Länge des Hohlkörpers 2 vorgesehenen Gewinderillen 26 vorgesehen sind, wobei bevorzugt von der Innenseite des Hohlkörpers 2 eine Stütze 12 in das Innere des Hohlraums des Hohlköpers 2 ragt. Weiter bevorzugt ergibt sich, dass der Hohlkörper an seiner einen Aussenseite eine längsverlaufende Positionierungsfläche 18 aufweist, die in welche die Öffnung 15 ragt, und wobei bevorzugt zur Abplattung gegenüberliegend ein längsverlaufender, in Querrichtung bombierter Lastaufnahmeabschnitt 17 vorgesehen ist, in welchen die Öffnung hinein ragt. Figur 3a zeigt schematisch als Strichzeichnung einen Querschnitt durch durch ein Strangpressprofil 30 einer erfindungsgemässen Lastdetektionseinheit, das ein Rohrprofil 2 und zwei Hebelanordnungen 4,5 einer Deformationsübertragungseinrichtung 6 aufweist und unbelastet ist (Last 10 von Figur 1). Zur Entlastung der Figuren 3a bis 3d ist die Verankerungsplatte 11 (Figur 1) weggelassen. Mit der Strichzeichnung sollen die Konfiguration der Lastdetektions- einheit bzw. deren Deformation unter einer Last 10 (Figur 1) verdeutlicht werden, und damit insbesondere die Funktion der Deformationseinheit 6. Es sei hier hervorgehoben, dass die Darstellung zwar in Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform gemäss den Figuren 1 und 2 erfolgt, aber sinngemäss für alle verschiedenen Konfigurationen gilt, die eine erfindungsge- mässe Lastträgeranordnung mit einer Deformationsübertragungseinrichtung aufweisen, wel- che auf einen oder mehrere Sensoren wirkt und vom Fachmann je nach dem konkreten Fall konfiguriert werden. In den Figuren 3a bis 3d, 4 und 5 bezeichnet A die Höhe des wie erwähnt unbelasteten Rohrprofils 2, und B den entsprechenden Abstand zwischen den Kopfenden 4', 5' der Hebelanordnungen 4,5. Aus Figur 3a ist ersichtlich, dass im unbelasteten Zustand das Rohrprofil 2 im Querschnitt eiförmig, mit bei der gezeigten Ausführungsform vertikal verlaufenden Wandabschnitten 32, 33 ausgebildet ist und die Hebelanordnungen oberhalb und unterhalb des Seitenabschnitts 33 vom Rohrprofil 2 abstehen. Figur 3b zeigt das Strangpressprofil 30 unter einer Last 10. Ersichtlich ist, dass die Höhe des Rohrabschnitts 2 kleiner geworden ist als dessen ursprüngliche Höhe A in unbelastetem Zustand. Entsprechend sind die vertikalen Wandabschnitte 32,33 leicht tonnenförmig nach aussen gewölbt und die obere und untere Rundung 34,35 etwas abgeflacht. Dadurch hat sich die Neigung der Hebelanordnungen 4,5 verstärkt, die beide in Richtung der Pfeile 36,37 von ei- nander weg verschwenkt sind. Der Abstand ihrer Kopfenden 4',5' hat sich gegenüber dem Abstand B im unbelasteten Zustand vergrössert. Dabei ist vergleichsweise die Deformation des Rohrprofils 2 klein, die Deformation an den Köpfen 4',5' der Hebelanordnungen 4,5 gross - es liegt eine Übersetzung des Deformationswegs "Unterschied der Höhe des Rohrprofils" zu "Abstand der Kopfenden der Hebelanordnungen" vor. Der Fachmann kann durch geeignete Auslegung im konkreten Fall diese Übersetzung bestimmen, beispielsweise durch den Querschnitt des Rohrprofils (Kontur und Wanddicke), den Ort der Anlenkung der Hebelanordnungen und die Länge der Hebelanordnungen.

Figur 3c zeigt das Stranggussprofil 30 mit einem ebenfalls schematisch in der Art einer Strich- Zeichnung dargestellten Sensor 40, also eine erfindungsgemässe Lastdetektionseinheit 41, in belastetem Zustand (wobei, wie erwähnt, die Verankerungsplatte 11 von Figur 1 zur Entlastung der Figur weggelassen ist).

Bei der in der Figur 3c gezeigten Ausführungsform ist der Sensor 40, bzw. sind dessen Mon- tagepunkte an den Kopfenden 4',5' der Hebelanordnungen 4,5 nicht oder nur unwesentlich deformierbar bzw. verschiebbar, und weisen trotz der Wirkung der Last 10 nach wie vor im Wesentlichen den Abstand B auf. Entsprechend haben sich die an ihrer Wurzel gemäss den Pfeilen 3,37 verschwenkten Hebelanordnungen 4,5 federelastisch gebogen und üben auf den Sensor 40 Zug gemäss dem Doppelpfeil 38 aus. Die Grösse dieser Zugbelastung hängt von der Dimensionierung der Hebelanordnungen 4,5 ab (im Wesentlichen Trägheitsmoment und Länge), und ist bei gegebener Dimensionierung ein Mass für die Deformation des Rohrprofils 2. Der Fachmann kann im konkreten Fall die Zugbelastung durch geeignete Dimensionierung des Strangpressprofils 30 auf die Eingangsgrössen eines zur Verwendung vorgesehenen Sen- sors, hier des Sensors 40, abstimmen.

Damit kann an Stelle der Übersetzung des Deformationswegs "Unterschied der Höhe des Rohrprofils" zu "Abstand der Kopfenden der Hebelanordnungen" (s. dazu die Beschreibung oben zu Figur 3b) von einer Übersetzung des Deformationswegs "Unterschied der Höhe des Rohrprofils" zu einer "Krafteinwirkung auf den Sensor", also einer Weg zu Kraftübersetzung gesprochen werden. Diese Weg zu Kraft Übersetzung ergibt sich aus der Deformation der Hebelanordnungen 4,5.

Es ergibt sich insbesondere ein Profil, bei welchem die Hebelanordnungen (4,5) biegeweicher ausgebildet sind als der Lastträgerabschnitt (hier des Wandabschnitts 33), der die Hebelanordnungen (4,5) verbindet.

Figur 3d zeigt das Stranggussprofil 30 mit einem ebenfalls schematisch in der Art einer Strich- Zeichnung dargestellten Sensor 50, also eine erfindungsgemässe Lastdetektionseinheit 51, in belastetem Zustand. Im Unterschied zum Sensor 40 von Figur 3c ist der Sensor 50 deformierbar bzw. dessen Anschlusspunkte verschiebbar, wie dies etwa bei einem Schwingsaitensensor der Fall ist. Ein Schwingsaitensensor ist vorteilhaft driftsicher, günstig und kann leicht gekapselt werden.

Entsprechend fällt die Krümmung der Hebelanordnungen 4,5 etwas geringer aus, ebenso der Zug, der an den Kopfenden 4',5' gemäss dem Doppelpfeil 52 auf den Sensor 50 ausgeübt wird. Es ergibt sich eine Übersetzung des Deformationswegs "Unterschied der Höhe des Rohrprofils" zu "Abstand der Kopfenden der Hebelanordnungen" zusammen mit einer " Krafteinwirkung auf den Sensor". Wie erwähnt, kann nun der Fachmann diese Übersetzung im Hinblick auf den zugeordneten Sensor (3,23,40,50 oder 70) bestimmen, derart, dass einem Deformationsweg der Lastträgeranordnung eine geeigneter Weg der Deformationsübertragungseinheit am Ort des zugeordneten Sensors entspricht, oder eine geeignete Krafteinwirkung auf den zugeordneten Sensor, oder, bevorzugt, eine geeignete Kombination. Dabei ist ein geeigneter Weg, eine geeignete Kraft oder eine geeignete Kombination aus Weg und Kraft ein Weg, eine Kraft oder eine Kombination aus Weg und Kraft, welche den bestimmungsgemässen Eingangswerten des zugeordneten Sensors entsprechen. Es ergibt sich eine Lastdetektionseinheit, bei welcher die Deformationsübertragunseinheit 6 wenigstens eine mit der Lastträgeranordnung verbundene Hebelanordnung 4,5 aufweist, die durch eine betriebslastbedingte Deformationsbewegung der Lastträgeranordnung 2 bewegt wird und dadurch auf den Sensor 3 eine Übertragungsbewegung und/oder eine Übertragungskraft ausübt (welche den Eingangskennlinien des Sensors 3 entspricht oder entspre- chen).

Figur 4 zeigt schematisch eine Lastdetektionseinheit 61 gemäss der einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Kopfenden der Hebelanordnungen 4,5 sind über einen starren Träger 60 mit einander im Abstand B verbunden. Durch die Einwirkung der Last 10 biegen sich die Hebelanordnungen 4,5 gleich, wie dies im Fall des starren Sensors 40 von Figur 3c der Fall ist. Vorliegend wird nun diese Biegung durch beispielsweise Dehnmesstrei- fen 62,63 detektiert, welche wiederum ein Mass ist für die Last 10. Es ergibt sich eine Übersetzung der Deformation des Rohrprofils, d.h. "Unterschied der Höhe des Rohrprofils" zu einer stärkeren Deformation "Biegung der Hebelanordnung". Wiederum kann der Fachmann diese Übersetzung durch die Dimensionierung der Lastträgeranordnung und der Deforma- tionsübertragungseinheit geeignet im Hinblick auf die zu verwendenden Dehnmessstreifen auslegen.

Figur 5 zeigt schematisch eine mit einem Sensor 70 versehene Lastdetektionseinheit 71, die nur eine Hebelanordnung 4 aufweist, wobei der Sensor 70 über einen Träger 72 an der Verankerungsplatte 11 (oder auch nur relativ zu dieser) festgelegt ist.

Zusammenfassend wird durch eine (gewollte, s. oben) vergleichsweise geringe Deformation des Rohrprofils bzw. der Lastträgeranordnung ein Sensor seinen Eingangsparametern (Kraft / Weg) entsprechend beansprucht, wobei der Fachmann diese Beanspruchung durch geeignete Dimensionierung der Deformationsübertragungseinheit und der Lastträgeranordnung auf den verwendeten Sensor auslegen kann. Es ergibt sich, dass die erfindungsgemässe Deformationsübertragungseinheit bevorzugt wenigstens eine Hebelanordnung aufweist, die mit der Lastträgeranordnung verbunden ist und im Betrieb eine unter der wirkenden Last erfolgenden Deformation der Lastträgeranordnung als Bewegung aufnimmt und dem Sensor als Beanspruchung übermittelt. Weiter ergibt sich eine Lastdetektionseinheit, bei welcher bevorzugt die Deformationsüber- tragungseinheit wenigstens teilweise federelastisch ausgebildet ist, derart, dass sie sich bei einer lastbedingten Deformation der Lastträgeranordnung vorbestimmt deformiert.

Weiter ergibt sich in einer Ausführungsform der Erfindung eine Lastdetektionseinheit, bei welcher der Sensor als kraftaufnehmender Sensor, bevorzugt als Schwingsaitensensor ausgebildet ist und wobei die Deformationsübertragungseinheit sich im Betrieb federelastisch derart verformt, dass sich die Bewegung der Deformationsübertragungseinheit an der Verbindungsstelle zum kraftaufnehmenden Sensor reduziert ausfällt, bevorzugt im Wesentlichen entfällt.

Weiter ergibt sich in einer Ausführungsform der Erfindung eine Lastdetektionseinheit, bei welcher der Sensor als wegaufnehmender Sensor, bevorzugt als Dehnmessstreifen, ausgebildet ist und die Deformationsübertragungseinheit derart ausgebildet ist, dass die Bewegung der Deformationsübertragungseinheit an der Verbindungsstelle zum wegaufnehmenden Sen- sor gegenüber der an der Lastträgeranordnung aufgenommenen Deformation übersetzt, vorzugsweise vergrössert, ausfällt.

Schliesslich ergibt sich in einer Ausführungsform der Erfindung eine Lastdetektionseinheit, bei welcher der Sensor einen Deformationsweg, eine Kraft oder eine Kombination aus Kraft und Weg detektiert.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Messung einer Last mit einer federelastischen Lastträgeranordnung zur Aufnahme der Last und einem Sensor für die unter der zu detektierenden Last erfolgende Deformation der Lastträgeranordnung besteht darin, dass zusätzlich eine De- formationsübertragungseinheit vorgesehen wird, welche im Betrieb die Deformation der Lastträgeranordnung abnimmt und als wenigstens eine aus den Beanspruchungen durch Kraft und Weg sich ergebenden Grössen auf den Sensor überträgt, so dass sich eine im Ergebnis eine gegenüber der Deformation der Lastträgeranordnung veränderte Kraft- /Wegbeanspruchung auf den Sensor überträgt. Bevorzugt wird dabei die wenigstens eine der bei der Deformation der Lastträgeranordnung sich ergebenden Grössen, wie die Deformationskraft und der Deformationsweg, durch die Deformationsübertragungseinheit übersetzt, derart, dass die übersetzten Grössen den Eingangskennlinien des zugeordneten Sensors entsprechen.

Bevorzugt wird dabei als Sensor ein Schwingsaitensensor verwendet, wobei die Deforma- tionsübertragungseinheit federelastisch ausgebildet wird, derart, dass auf den Schwingsaitensensor (bei einer vorbestimmten Betriebslast) eine vorbestimmte Betriebskraft wirkt.

Weiter bevorzugt wird dabei als Sensor wenigstens ein Dehnmesselement, vorzugsweise ein Dehnmesstreifen verwendet wird und dieser auf einem federelastisch ausgebildeten Bereich der Deformationsübertragungseinheit angeordnet, wobei die Federelastizität dieses Bereichs derart ausgebildet ist, dass dessen Verformung grösser ist als die Deformationen der Lastträgeranordnung.

Claims

Patentansprüche

1. Lastdetektionseinheit mit einer federelastischen Lastträgeranordnung zur Aufnahme einer Last (10) und einem Sensor (3) für die unter der zu detektierenden Last (10) erfolgenden Deformation der Lastträgeranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lastträgeranordnung und dem Sensor (3) betriebsfähig eine Deformationsübertra- gungseinheit (6) angeordnet ist.

2. Lastdetektionseinheit nach Anspruch 1, wobei die Deformationsübertragungseinheit derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb wenigstens eine der übertragenen Grössen Deformationsbewegung und Deformationskraft auf den Sensor überträgt und dabei übersetzt.

3. Lastdetektionseinheit nach Anspruch 1, wobei die Lastträgeranordnung als Hohlprofil ausgebildet ist, bei welchem im Betrieb die Last (10) quer durch einen Hohlraum des Profils wirkt.

4. Lastdetektionseinheit nach Anspruch 1, wobei die Lastträgeranordnung als Rohrprofil (2) ausgebildet ist, bei welchem im Betrieb die Last (10) bevorzugt auf einem Durchmesser des Rohrprofils (2) wirkt.

5. Lastdetektionseinheit nach Anspruch 1, wobei die Lastträgeranordnung eine durchgehende Öffnung (15) aufweist, wobei im Betrieb die Last entlang einer durch die Öffnung durchgehenden Achse (16) liegt.

6. Lastdetektionseinheit nach Anspruch 1, wobei die Deformationsübertragunseinheit (6) wenigstens eine Hebelanordnung (4,5) aufweist, die durch eine betriebslastbedingte Deformationsbewegung der Lastträgeranordnung (2) bewegt wird und dadurch auf den Sensor (3) eine Übertragungsbewegung und/oder eine Übertragungskraft ausübt.

7. Lastdetektionseinheit nach Anspruch 1, wobei die Deformationsübertragungseinheit wenigstens eine Hebelanordnung aufweist, die mit der Lastträgeranordnung verbunden ist und im Betrieb eine unter der wirkenden Last erfolgenden Deformation der Lastträgeranordnung als Bewegung aufnimmt und dem Sensor als Beanspruchung übermittelt.

Lastdetektionseinheit nach Anspruch 1,6 oder 7, wobei die Deformationsübertragungs- einheit zwei Hebelanordnungen (4,5) aufweist, welche den Sensor (3) zwischen sich einspannen.

Lastdetektionseinheit nach Anspruch 1, wobei die Deformationsübertragungseinheit wenigstens teilweise federelastisch ausgebildet ist, derart, dass sie sich bei einer lastbedingten Deformation der Lastträgeranordnung vorbestimmt deformiert.

Lastdetektionseinheit nach Anspruch 1, wobei der Sensor als kraftaufnehmender Sensor, bevorzugt als Schwingsaitensensor ausgebildet ist und wobei die Deformationsübertra- gungseinheit sich im Betrieb federelastisch derart verformt, dass sich die Bewegung der Deformationsübertragungseinheit an der Verbindungsstelle zum kraftaufnehmenden Sensor reduziert, bevorzugt im Wesentlichen entfällt.

Lastdetektionseinheit nach Anspruch 1 oder 9, wobei der Sensor als wegaufnehmender Sensor, bevorzugt als Dehnmessstreifen, ausgebildet ist und die Deformationsübertra- gungseinheit bevorzugt derart ausgebildet ist, dass die Bewegung der Deformations- übertragungseinheit an der Verbindungsstelle zum wegaufnehmenden Sensor gegenüber der an der Lastträgeranordnung aufgenommenen Deformation vergrössert ausfällt.

Lastdetektionseinheit nach Anspruch 1, wobei der Sensor wenigstens eine der Grössen Deformationsweg oder Kraft detektiert.

Federelastisch deformierbares Profil, gekennzeichnet durch einen Hohlkörper (2) und zwei längs an dessen Aussenseite angeordneten, flächigen Hebelanordnungen (4,5) mit im Vergleich zum rohrförmigen Abschnitt (2) geringerer Dicke, die nebeneinander, aber im Abstand zu einander angeordnet sind und sich gemeinsam von der Aussenseite des rohrförmigen Abschnitts weg erstrecken, wobei quer zum rohrförmigen Abschnitt (2), in dessen Mitte und quer zur Flächenausdehnung der Hebelanordnungen (4,5) eine zur Aufnahme eines Lastelements ausgebildete Öffnung (15) vorgesehen ist, und wobei der rohrförmige Abschnitt (2) und die Hebelanordnungen (4,5) derart ausgebildet sind, dass sich bei einer im Betrieb erfolgenden Kompression des rohrförmigen Abschnitts (2) in der Richtung der Achse (16) der Öffnung (15) dieser derart deformiert, dass sich die Hebelanordnungen (15) spreizen.

14. Profil nach Anspruch 12, wobei die Hebelanordnungen (4,5) biegeweicher ausgebildet sind als der Hohlkörperabschnitt, der die Hebelanordnungen (4,5) verbindet.

15. Federelastisch deformierbares Profil nach Anspruch 13, wobei an den äusseren Enden der flächigen Hebelanordnungen (4,5) je eine Doppellippe (24,25) mit an deren Innensei- ten parallel zur Länge des Hohlkörpers (2) vorgesehenen Gewinderillen (26) vorgesehen sind, wobei bevorzugt von der Innenseite des Hohlkörpers (2) eine Stütze (12) in das Innere des Hohlraums des Hohlköpers (2) ragt.

16. Federelastisch deformierbares Profil nach Anspruch 13, wobei der Hohlkörper an seiner einen Aussenseite eine längsverlaufende Positionierungsfläche (18) aufweist, die in welche die Öffnung ragt, und wobei bevorzugt zur Abplattung gegenüberliegend ein längsverlaufender, in Querrichtung bombierter Lastaufnahmeabschnitt vorgesehen ist, in welchen die Öffnung hinein ragt.

17. Federelastisch deformierbares Profil nach Anspruch 13, wobei dieses als Strangpressoder Stranggussprofil ausgebildet ist.

18. Verfahren zur Messung einer Last mit einer federelastischen Lastträgeranordnung zur Aufnahme der Last und einem Sensor für die unter der zu detektierenden Last erfolgen- de Deformation der Lastträgeranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine

Deformationsübertragungseinheit vorgesehen wird, welche im Betrieb die Deformation der Lastträgeranordnung abnimmt und als veränderte Kraft-/Wegbeanspruchung auf den Sensor überträgt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei als Sensor ein Schwingsaitensensor verwendet wird, und wobei die Deformationsübertragungseinheit federelastisch ausgebildet wird, derart, dass auf den Schwingsaitensensor bei einer vorbestimmten Betriebslast eine vorbestimmte Betriebskraft wirkt. Verfahren nach Anspruch 18, wobei als Sensor wenigstens ein Dehnmesselement, bevorzugt ein Dehnmesstreifen verwendet wird und dieser auf einem federelastisch ausgebildeten Bereich der Deformationsübertragungseinheit angeordnet wird, wobei die Federelastizität dieses Bereichs derart ausgebildet ist, dass dessen Verformung grösser ist als die Deformationen der Lastträgeranordnung.