WO2013114190A1 - Vorrichtung zur erfassung von kräftebelastungen einer stützstruktur - Google Patents

Vorrichtung zur erfassung von kräftebelastungen einer stützstruktur Download PDF

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WO2013114190A1
WO2013114190A1 PCT/IB2013/000130 IB2013000130W WO2013114190A1 WO 2013114190 A1 WO2013114190 A1 WO 2013114190A1 IB 2013000130 W IB2013000130 W IB 2013000130W WO 2013114190 A1 WO2013114190 A1 WO 2013114190A1
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power transmission
measuring head
force
transmission surface
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PCT/IB2013/000130
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Benedikt HERING
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Schenck Process GmbH
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2231—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being disc- or ring-shaped, adapted for measuring a force along a single direction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0004—Force transducers adapted for mounting in a bore of the force receiving structure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/045—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands for measuring the tension across the width of a band-shaped flexible member

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting force loads of a support structure according to the preamble of patent claim 1.
  • Force sensors are called. Force measuring sensors find particular application in the gravimetric detection of levels in containers, which by
  • Supported structures are supported, such as silos, as well as in the monitoring of limit load values of force-loaded support structures, such as cranes or similar support or support structures, and weighing tasks in the track area and switches in the
  • the invention is therefore based on force sensors, which are used to detect forces on forces
  • Support structures are suitable, for which purpose usually in the support structures prevailing normal and transverse forces are to be determined.
  • Support walls or the like to understand, which may be interconnected and / or pre-assembled.
  • Support structure can be used.
  • force sensors to support structures for detecting forces can be used to detect force-dependent deformations on the surface of the
  • Force transducers are suitably secured by welding or screw connections or by other types of connection to the surface. Furthermore, such an attachment of load cells naturally allows only a limited detection of the forces on the forces
  • cylindrical measuring head are commonly called
  • Measuring eyes usually designate and have one
  • Traction sensors designed as measuring eyes can be used wherever either an existing support structure can not or should not be changed or, if the requirement exists, a cost-effective one
  • Force transducer in a support structure for the purpose of measuring the force load of the support structure is usually first drilled a hole in the support structure and this hole worked out as a fit. Subsequently, the
  • a measuring device in which a measuring spindle, on the surface thereof Strain gages in the longitudinal direction of the spindle
  • Device either devices or support structures in a simple and inexpensive manner to a force measuring device and / or
  • the object of the invention is achieved by a device for detecting force loads of a
  • Support structure comprising a force transducer with a substantially cylindrical measuring head to be arranged or arranged in a bore of the support structure, wherein the measuring head has a base and a
  • Clamping ring system has adapted outer surface, and for the radial fixing of the measuring head against a
  • Actuation of the first clamping ring is provided substantially in the axial direction of the cylindrical measuring head (5). This is inventively provided that the
  • Measuring head has a disc-shaped deformation body, which is arranged parallel to the base and on the
  • At least one strain gauge is applied.
  • first clamping ring is at least partially in an annular gap between the outer surface of the cylindrical measuring head and the inner surface of the bore in the
  • the deformation body with the strain gauge and the clamping ring are in a single force level. This runs radially to the measuring head.
  • the inventive arrangement ensures that the forces to be detected can be introduced from the support structure exactly in the deformation body.
  • Strains and deformations of a support structure can be precisely transferred to the measuring eye and the measuring eye on / in the support structure fixed as well as again detachable, that is mounted dismantled or introduced.
  • Cross-sectional profile of the existing support structure and / or can be detected in the neutral phase of the support structure.
  • Force sensor so suitable to introduce into the support structure that these forces in a measuring direction can detect much more accurate and further insensitive with respect to disturbing, possibly further, forces and moments in the support structure.
  • Carriers which are not previously worked out as a fit or must be worked out.
  • the device according to the invention can be any device according to the invention.
  • the force application means in the manner of a sleeve with an internal thread, and in particular with a bore, be designed, wherein this internal thread engages in an attached to the measuring head external thread.
  • the diameter of the external thread may be smaller than the diameter along the outer surface of the cylindrical measuring head which is adapted as a clamping ring system.
  • Kraftbeierschlagungsmittel have an annular end face and the inner diameter of the Kraftbeierschlagungsschs be greater than the outer diameter of the measuring head at least in some areas.
  • the wall thickness of the force-applying means at its end face smaller than the gap width of the
  • the force transducer can also be passed as a structural unit through the bore of the support structure, the
  • Clamping ring is already arranged on the measuring head and can be moved and secured by pressing the Kraftbeierschlagungsffens in a fixed position.
  • Transition region to the end face a recess open to the measuring head, and / or attached to the measuring head in a transition region to the outer surface adapted as a clamping ring system a recess open towards the force application means.
  • the first clamping ring has a tapered outer force transmission surface, and at least part of the inner surface of the bore in the support structure is to this tapered outer force transmission surface of the first
  • the clamping ring is to be arranged in the annular gap or is arranged there such that the conical outer force transmission surface of the first Clamping ring at least partially rests against the conical inner surface of the bore.
  • the first clamping ring has a conical inner
  • Power transmission surface and adapted as a clamping ring system outer surface is complementary to this conical inner power transmission surface of the first clamping ring extending tapered power transmission surface.
  • the first clamping ring is in the
  • Power transmission surface of the outer surface is applied.
  • the device according to the invention comprises a second clamping ring, wherein the first clamping ring has at least a first conical force transmission surface, and the second clamping ring has at least one conical force transmission surface complementary to this conical force transmission surface of the first clamping ring.
  • the first and the second clamping ring are to be arranged in such an embodiment in the annular gap or are there
  • a connecting means for example a Gland, includes, which connects the first and second clamping ring together and in the
  • Connecting means connects the first or the second clamping ring with the cylindrical measuring head and in the
  • Device may be at least one Kraftbeierschlagungsstoff comprises, which causes at least on the first or second clamping ring a force substantially in the axial direction of the cylindrical measuring head, so that the first and / or second clamping ring is clamped in the annular gap and consequently a strain of the cylindrical measuring head in the Annular gap is effected.
  • the first and the second clamping ring an end-side power transmission surface, and adapted as a clamping ring outer surface of the cylindrical measuring head at least partially encircling stage with a substantially radially aligned
  • Fig. 1 a side view of a mounting situation of the device according to the invention with three vertically
  • Fig. 2 a side view of a mounting situation of the device according to the invention with a horizontal
  • FIG. 3 is a perspective view of a mounting situation of the device according to the invention in one
  • shear force loaded support structure in the form of a rail.
  • FIG. 5 detail V of Figure 4 in an enlarged view.
  • the measuring head for this purpose as Clamping ring system has adapted outer surface
  • At least one first clamping ring is included with at least one tapered force transmitting surface, wherein the first clamping ring at least partially in an annular gap between the outer surface of the cylindrical measuring head and an inner surface of the bore in the support structure
  • FIG. 1 shows an exemplary support structure 4 of a possible application of cylindrical measuring heads of the device according to the invention.
  • three vertically arranged supports 4 are shown, which carry a silo 14.
  • Each of the supports can form a support structure 4, on which a device according to the invention is to be arranged or arranged.
  • Fig. 1 the device according to the invention is neither applied nor shown. In this respect, Fig. 1 is merely illustrative of a preferred arrangement of the device according to the invention.
  • the three support structures 4 designed as supports are fastened at their one end in a bearing 16.
  • these supports carry the silo 14, which has an outlet opening 15.
  • Siloinhaltes attachment of the device according to the invention is advantageously carried out on one or more of the supporting structures formed as a support 4 by at least one substantially cylindrical measuring head 5 of a
  • Force measuring transducer 3 of the device according to the invention (each not shown in Fig. 1) in one of the holes 6 of the support structures formed as a support 4 is introduced and is non-positively connected to one of the support structures 4.
  • the weight of the silo content is increased by one of the supports 4 formed as supports on the in one of the holes. 6
  • Siloinhaltes dependent measurement of a normal force can be done in one of the trained as a support
  • Support structures 4 acts.
  • Fig. 2 shows an exemplary support structure 4, another possible application of cylindrical
  • Measuring heads of the device according to the invention a horizontally arranged carrier is shown, which carries a silo 14.
  • the carrier may form a support structure 4, on which to arrange a measuring head or
  • Fig. 2 the device according to the invention, as in the installation situation according to in Fig. 1, neither applied nor shown. In this respect, Fig. 2 also serves only for exemplary explanation of a preferred arrangement of the device according to the invention.
  • the carrier structure designed as a support is supported at both ends on two bearings 16.
  • the silo 14 in turn has an outlet opening 15.
  • the attachment of a device according to the invention to a silo supported by the support structure 4 can, in particular, be retrofitted, realized
  • gravimetric level measurement also serves to realize a weighing device for detecting the content weight of the silo 14.
  • the device according to the invention is attached to the supporting structures 4 in the form of a carrier, by a substantially cylindrical measuring head 5 of a
  • Support structure 4 is introduced and is non-positively connected to the support structure 4.
  • the weight of the silane content is formed by the carrier
  • Siloinhaltes dependent measurement of a transverse force can take place, which acts in the support structure formed as a carrier 4.
  • Support structure and inner structure of the measuring head also the simultaneous measurement of a lateral force and a normal force can take place.
  • Fig. 3 shows a perspective view of a
  • the force transducer 3 of a device according to the invention is installed in the web of a provided as a support structure 4 rail.
  • FIG. 4 shows a section through the support structure 4 from FIG. 3 along the section line IV-IV.
  • the inventive device with a force transducer 3 and the
  • associated measuring head 5 is arranged in the designated hole 6 of the support structure 4. This is so defined in the support structure 4, that the central axis of the support structure, a clamping ring 1, a deformation body 7 of the measuring head 5 and the applied thereon strain gauges (not shown) lie in a plane, namely the force plane.
  • Fig. 5 shows detail 5 of FIG. 4 in enlarged
  • FIG. 1 Shown is a cross section through a preferred device according to the invention for detecting forces loads of a support structure 4, comprising a force transducer 3 with a substantially
  • cylindrical measuring head 5 which is to be arranged or arranged in a bore 6 of the support structure 4, which is introduced into a support structure 4, in particular according to one of the installation situations of Fig. 1, 2, 3 or 4.
  • the force transducer 3 has according to the preferred
  • Embodiment of Fig. 5 in an expedient manner on a Deformation body 17 at least one
  • Detecting deformation body 17 which is proportional to a force acting on the deformation body 17 force.
  • the disc-shaped deformation body 17 is visible in Figure 5 only as a web which is clamped by the jacket of the measuring head 5.
  • the jacket of the measuring head 5 and the deformation body 17 complement each other in cross section to an I or double T-profile.
  • the measuring head 5 shown in FIG. 5 has an outer surface 8 adapted as a clamping ring system.
  • the device according to the invention according to FIG. 5 comprises a first clamping ring 1 with at least one inner conical force transmission surface 1 a, wherein the first one
  • Clamping ring 1 is at least partially disposed in an annular gap 7 between the outer surface 8 of the cylindrical measuring head 5 and an inner surface of the bore 6 in the support structure 4.
  • the device according to the invention according to FIG. 5 comprises a second clamping ring 2 with an outer conical running complementary to the conical inner force transmission surface 1a of the first clamping ring 1
  • the two clamping rings shown in Fig. 5 each have a cylindrical shape, wherein according to the. Invention clamping rings can be used, which are designed only as a cylinder segment.
  • Power transmission surface having first clamping ring 1, wherein at least a part of the inner surface of the bore 6 in the support structure 4 to this conical outer
  • Ring gap 7 may be arranged that the conical outer
  • Power transmission surface of the first clamping ring 1 at least partially rests against the conical inner surface of the bore 6.
  • first clamping ring 1 which has as
  • the conical inner force transmission surface 1a of the first clamping ring 1 bears at least partially against the conical force transmission surface of the outer surface 8.
  • the device according to the invention furthermore comprises at least one force-applying means 9, which has a force on the first clamping ring 1 essentially in FIG
  • Axial direction of the measuring head 5 causes.
  • a force-applying means 9 is included, which on the first clamping ring 1 is a force substantially in
  • Axial direction of the measuring head 5 causes and is designed in the manner of a sleeve with an internal thread 11, while the internal thread 11 engages in an attached to the measuring head 5 external thread 12.
  • the first and the second clamping ring 1, 2 each comprise an end-side power transmission surface 1b, 2b. Furthermore, the outer surface 8, which is adapted as a clamping ring system, has a step 10 which encircles the measuring head 5 and has a radially oriented force transmission surface, on which the frontal force transmission surface 2b of the second
  • Clamping ring 2 is applied, wherein at the front side
  • Threaded sleeve formed Kraftbeaufschlagungsmittels 9 an axial biasing force on the first clamping ring 1 and due to the two complementarily formed contiguous conical force transmission surfaces la, 2a of the two clamping ring 1, 2, a radial force component is effected.
  • Support structure 4 is effected. This pressure leads to such a large frictional engagement between the inner surface of the bore 6 in the support structure and the outer surface 8 adapted as a clamping ring system, so that a frictional connection between the measuring head 5 of the device according to the invention and the support structure 4 is made possible.
  • first and / or the second clamping ring 2 may be formed slotted, so that an improved expansion or shrinkage of the two clamping rings 1, 2 is made possible.
  • Measuring head 5 causes.
  • the first clamping ring 1 expediently at least one outer conical force transmission surface, while the second clamping ring 2 at least one complementary to the conical outer force transmission surface of the first clamping ring 1 inner tapered
  • alternative embodiment of the invention adapted as a clamping ring system outer surface 8 preferably also a measuring head 5 rotating step 10 with a radially oriented force transmission surface on which an end-side power transmission surface of the second clamping ring 2 is applied or create is.
  • Kraftbeierschlagungsmittel 9 come into use, which is a force substantially in the axial direction of the
  • a tensioning mechanism may be attached to the measuring head 5, in particular in the form of a or
  • a plurality of levers for example in the form of eccentrically acting rocker arms, by means of which a force on the frontal power transmission surfaces lb, 2b of the first and / or second clamping ring 1, 2 can be effected.
  • the Kraftbeierschlagungsmittel 9 also in the form of, in particular commercial,
  • Nut be designed with a front side 9a or the like, which for the bracing of the cylindrical measuring head 5 in the support structure 4 on the external thread 12 of the cylindrical measuring head. 5
  • a connecting means for example a
  • Bolting means comprising, which connects the first and the second clamping ring 1, 2 with each other (not shown in Fig. 5).
  • Invention can also only the first or only second clamping ring 1, 2 based on the connecting means in the
  • Ring gap 7 be braced by the connecting means connected to the cylindrical measuring head 5 and / or
  • the diameter of the external thread 12 is smaller than the diameter along the as
  • the wall thickness of the force-applying means 9 at its end face 9a is less than the gap width of the annular gap 7, so that at least a part of the
  • Support structure 4 can be arranged sunk, so that there is a flush surface of the support structure 4.
  • Transition region to the outer surface 8 adapted as a clamping ring system attached to the Kraftbeaufschlagungsstoff 9 toward recess 13 b, each in the form of an undercut, mounted, wherein in an alternative embodiment of the device according to the invention also only one
  • Recess 13a on the Kraftbeierschlagungsstoff 9, or a recess 13b may be attached to the measuring head 5.

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Description

Vorrichtung zur Erfassung von Kräftebelastungen einer
S tüt z s t ruktur
Beschreibung :
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Kräftebelastungen einer Stützstruktur gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Erfassung von Kräftebelastungen eignen sich
bekanntermaßen Kraftmessaufnehmer, welche auch als
Kräftesensoren bezeichnet werden. Besondere Anwendung finden Kraftmessaufnehmer bei der gravimetrischen Erfassung von Füllständen in Behältnissen, welche durch
Stützstrukturen gestützt sind, wie beispielsweise Silos, sowie bei der Überwachung von Grenzbelastungswerten von kräftebelasteten Stützstrukturen, wie beispielsweise Kräne oder vergleichbare Trag- oder Stützkonstruktionen, und bei Wägeaufgaben im Gleisbereich sowie bei Schaltern im
Gleisbereich .
Die Erfindung geht daher von Kraftmessaufnehmern aus, die sich zur Erfassung von Kräften an kräftebelasteten
Stützstrukturen eignen, wobei hierfür üblicherweise die in den Stützstrukturen vorherrschenden Normal- und Querkräfte zu bestimmen sind.
Üblicherweise werden zu diesem Zweck Kraftmessaufnehmer mit Dehnungsmessstreifen eingesetzt, die kraftabhängige
Verformungen bzw. Dehnungen an kräftebelasteten
Stützstrukturen erfassen können. Unter kräftebelasteten Stützstrukturen im Sinne der
Erfindung sind Tragstrukturen, Tragkonstruktionen oder Leitstützstrukturen beispielsweise bestehend aus
Horizontal-, Vertikal- und/oder Querträger, Schienen für darauf fahrende Züge oder andere schienengebundene
Einheiten, Messstützen, Messbalken, Stützen, Zargen,
Tragwände, oder dergleichen, zu verstehen, die miteinander verbunden und/oder bereits vormontiert sein können.
Nachfolgend soll hierfür allgemein der Begriff einer
Stützstruktur verwendet werden.
Die Anbringung von Kraftmessaufnehmern an Stützstrukturen zur Erfassung von Kräftebelastungen kann zur Erfassung kraftabhängiger Verformungen an der Oberfläche der
Stützstruktur erfolgen. Allerdings müssen hierfür
Kraftmessaufnehmer durch Schweiß- oder Schraubverbindungen oder durch andere Verbindungsarten an der Oberfläche geeignet befestigt werden. Ferner ermöglicht eine derartige Anbringung von Kraftmessaufnehmern naturgemäß nur eine beschränkte Erfassung der Kräftebelastungen an der
Oberfläche von Stützstrukturen.
Die Erfassung von Kräftebelastungen über einen Querschnitt einer Stützstruktur ermöglichen indessen
Kraftmessaufnehmer, die in eine Bohrung in der
Stützstruktur eingebracht sind und hierfür einen im
Wesentlichen zylinderförmigen Messkopf umfassen, der in diesen Bohrungen eingebracht ist. Derartige
Kraftmessaufnehmer mit einem im Wesentlichen
zylinderförmigen Messkopf werden üblicherweise als
Messaugen bezeichnet und weisen üblicherweise eine
längliche Form auf. Als Messaugen ausgebildete Kraftmessaufnehmer können überall dort eingesetzt werden, wo entweder eine bestehende Stützstruktur nicht verändert werden kann bzw. soll oder wenn die Anforderung besteht, eine kostengünstige
Alternative zu anderen Kraftmessaufnehmern einzusetzen, beispielsweise zur Erstausrüstung von Wägevorrichtungen oder zu deren Nachrüstung, ohne bestehende Strukturen bzw. Komponenten zu ersetzen.
Zur Einbringung derartiger als Messaugen bezeichnete
Kraftaufnehmer in eine Stützstruktur zum Zwecke der Messung der Kräftebelastung der Stutzstruktur wird üblicherweise zuerst ein Loch in die Stützstruktur gebohrt und dieses Loch als Passung ausgearbeitet. Anschließend wird der
Messkopf anhand eines Passpressungsverbands in die
ausgearbeitete Bohrung eingebracht bzw. eingepresst.
Ein derartiger Kraftaufnehmer oder Sensor ist
beispielsweise aus der DE 35 31 245 AI bekannt.
Die Einbringung derartiger Messköpfe von
Kraftmessaufnehmern anhand eines Passpressungsverbands erfordert üblicherweise einen hohen Montage- und
Zeitaufwand, da zuerst eine Passbohrung in die bestehende Stützstruktur vorbereitet und eingebracht werden muss.
Ferner muss mit einer hohen Präzision sowie mit einem entsprechenden Spezialwerkzeug gearbeitet werden um
derartige Passbohrungen mit ausreichender Genauigkeit für eine anschließende Presspassung des Messauges in die
Stützstruktur vorzubereiten.
Aus der DE 29 34 414 AI ist zudem eine Messvorrichtung bekannt, bei der eine Messspindel, an deren Oberfläche Dehnungsmessstreifen in Längsrichtung der Spindel
angeordnet sind, an beiden Enden jeweils mittels eines Gewindes und konischen Klemmringen axial und radial in einer Bohrung eines Gehäuses oder Gegenstandes festgelegt wird .
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung bereit zu stellen, welche den Nachteil des Standes der Technik beseitigt und einen geringen Montageaufwand zur Anbringung von Kraftmessaufnehmern an/in eine bestehende Stützstruktur erfordert. Ferner ist es Aufgabe der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, estehende Vorrichtungen oder Stützstrukturen in einer einfachen und kostengünstigen Art und Weise zu einer Kraftmessvorrichtung und/oder
Wägevorrichtungen zur Erfassung von Kräftebelastungen einer Stützstruktur um- oder auszurüsten, während ferner eine hohe Messpräzision ermöglicht ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch eine Vorrichtung zur Erfassung von Kräftebelastungen nach Anspruch 1 gegeben. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der
Unteransprüche .
Demgemäß wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zur Erfassung von Kräftebelastungen einer
Stützstruktur, umfassend einen Kraftmessaufnehmer mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Messkopf, der in einer Bohrung der Stützstruktur anzuordnen oder angeordnet ist, wobei der Messkopf eine Grundfläche und eine als
Spannringanlage angepasste Außenfläche besitzt, und zur radialen Festlegung des Messkopfes gegenüber einer
Innenfläche der Bohrung mindestens ein erster Spannring mit wenigstens einer kegeligen Kraftübertragungsfläche umfasst ist, wobei die Vorrichtung mindestens ein
Kraftbeaufschlagungsmittel umfasst, welches zur
Beaufschlagung des ersten Spannrings im Wesentlichen in Axialrichtung des zylinderförmigen Messkopfs (5) vorgesehen ist. Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der
Messkopf einen scheibenförmigen Verformungskörper aufweist, der parallel zur Grundfläche angeordnet und auf dem
mindestens ein Dehnungsmesstreifen appliziert ist.
Zudem ist der erste Spannring zumindest teilweise in einem Ringspalt zwischen der Außenfläche des zylinderförmigen Messkopfs und der Innenfläche der Bohrung in der
Stützstruktur anzuordnen oder angeordnet. Damit liegen der Verformungskörper mit dem Dehnungsmessstreifen und der Spannring in einer einzigen Kraftebene. Diese verläuft radial zum Messkopf. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird gewährleistet, dass die zu erfassenden Kräfte aus der Stützstruktur exakt in den Verformungskörper eingeleitet werden können.
Vorteile der Erfindung liegen darin begründet, dass eine bestehende Stützstruktur in deren Struktur nicht verändert werden muss, keine Teile oder Komponenten von dieser ersetzt werden müssen und eine Anbringung eines
Kraftmessaufnehmers mit einem nur geringem Werkzeugumfang und darüber hinaus mit nur geringem Zeitaufwand
durchgeführt, und von einer beliebigen Außenseite an/in eine Stützstruktur schonend angebracht werden kann, und zwar lediglich durch die Anbringung einer einzigen Bohrung, das heißt ohne der Notwendigkeit von weiteren Bohrungen für die Montage oder zur Befestigung eines Kraftmessaufnehmers. Weitere Vorteile der Erfindung sind, dass die Bohrung nicht als Passpressungsverband ausgearbeitet werden muss, keine Gewinde in die bestehende Stützstruktur eingeschnitten werden müssen und das erfindungsgemäße Messsytem unter Zuhilfenahme von Standardbauteilen an/in die Stützstruktur kraftschlüssig eingebracht werden kann, und dennoch ein Kraftmessaufnehmer bzw. ein Messkopf der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Stützstruktur derart in eine präzise kraftschlüssige Verbindung gebracht ist, dass Kräfte,
Spannungen und Verformungen einer Stützstruktur auf das Messauge präzise übertragen werden können und das Messauge an/in der Stützstruktur fest als auch wieder lösbar, das heißt demontierbar angebracht oder eingebracht ist.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, dass sowohl Normal- als auch Querkräfte eines
Querschnittprofils der bestehenden Stützstruktur, und/oder in der neutralen Phase der Stützstruktur erfasst werden können .
Darüber hinaus ist es ein entscheidender weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass es gegenüber herkömmlichen Messsystemen ermöglicht ist, einen
Kraftmessaufnehmer derart geeignet in die Stützstruktur einzubringen, dass dieser Kräfte in einer Messrichtung wesentlich genauer und ferner auch unempfindlicher in Bezug auf störende, gegebenenfalls weitere, Kräfte und Momente in der Stützstruktur erfassen kann.
Darüber hinaus kann die Stützstruktur mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet werden ohne Stabilitätseinbußen zu erleiden, indem beispielsweise eine Bohrung mit einer beliebigen Geometrie an einem beliebigen Ort der Stützstruktur angebracht werden, so dass die
Stabilität der Stützstruktur nicht nachhaltig geschädigt wird. In diesem Zusammenhang können ferner sehr kleine Bohrungen und/oder bereits bestehende Bohrungen beliebigen Durchmessers und Geometrie in der Stützstruktur,
beispielsweise rechteckig, oval oder nicht vollständig kreisrund, in der Stützstruktur genutzt werden,
beispielsweise bereits bestehende Montagebohrung von
Trägern, welche nicht vorher als Passung ausgearbeitet sind bzw. ausgearbeitet werden müssen.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das
Kraftbeaufschlagungsmittel mit einer daran ausgebildeten Stirnseite zumindest an einer stirnseitigen
Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings anliegen. Darüber hinaus kann in besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung das Kraftbeaufschlagungsmittel in Art einer Hülse mit einem Innengewinde, und insbesondere mit einer Bohrung, ausgestaltet sein, wobei dieses Innengewinde in ein an dem Messkopf angebrachtes Außengewinde eingreift. Hierbei kann der Durchmesser des Außengewindes geringer sein als der Durchmesser entlang der als Spannringanlage angepassten Außenfläche des zylinderförmigen Messkopfs.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht zudem vor, dass der Außendurchmesser des
Kraftbeaufschlagungsmittels kleiner ist als der
Inndurchmesser der Bohrung. Weiterhin kann das
Kraftbeaufschlagungsmittel eine kreisringförmige Stirnseite aufweisen und der Innendurchmesser des Kraftbeaufschlagungsmittels zumindest in Teilbereichen größer als der Außendurchmesser des Messkopfes sein.
Ferner kann die Wandstärke des Kraftbeaufschlagungsmittels an dessen Stirnseite geringer als die Spaltbreite des
Ringspalts sein, so dass zumindest ein Teil des
Kraftbeaufschlagungsmittels in dem Ringspalt versenkt, oder auch das gesamte Kraftbeaufschlagungsmittel in der Bohrung der Stützstruktur versenkt angeordnet ist oder versenkbar angeordnet werden kann.
Damit kann der Kraftaufnehmer auch als Baueinheit durch die Bohrung der Stützstruktur hindurchgeführt werden, der
Spannring ist bereits an dem Messkopf angeordnet und kann durch Betätigung des Kraftbeaufschlagungsmittels in eine Festlegeposition verschoben und gesichert werden.
In einer Verbesserung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann an dem Kraftbeaufschlagungsmittel in einem
Übergangsbereich zu dessen Stirnseite eine zu dem Messkopf hin geöffnete Ausnehmung, und/oder an dem Messkopf in einem Übergangsbereich zu der als Spannringanlage angepassten Außenfläche eine zu dem Kraftbeaufschlagungsmittel hin geöffnete Ausnehmung angebracht sein.
In einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der erste Spannring eine kegelige äußere Kraftübertragungsfläche auf, und zumindest ein Teil der Innenfläche der Bohrung in der Stützstruktur ist zu dieser kegeligen äußeren Kraftübertragungsfläche des ersten
Spannrings komplementär verlaufend konisch. Der erste
Spannring ist in diesem Fall derart in dem Ringspalt anzuordnen oder ist dort derart angeordnet, dass die kegelige äußere Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings zumindest teilweise an der konischen Innenfläche der Bohrung anliegt.
In einer alternativen Ausführungsform oder auch in einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der erste Spannring eine kegelige innere
Kraftübertragungsfläche auf, und die als Spannringanlage angepasste Außenfläche ist eine zu dieser kegeligen inneren Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings komplementär verlaufende kegelige Kraftübertragungsfläche.
In diesem Fall ist der erste Spannring derart in dem
Ringspalt anzuordnen oder ist dort derart angeordnet, dass die kegelige innere Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings zumindest teilweise an der kegeligen
Kraftübertragungsfläche der Außenfläche anliegt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein zweiter Spannring umfasst, wobei der erste Spannring wenigstens eine erste kegelige Kraftübertragungsfläche, und der zweite Spannring wenigstens eine zu dieser kegeligen Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings komplementär verlaufende kegelige Kraftübertragungsfläche aufweist. Der erste und der zweite Spannring sind bei einer derartigen Ausführungsform derart in dem Ringspalt anzuordnen oder sind dort derart
angeordnet, dass die beiden komplementär verlaufenden kegeligen Kraftübertragungsflächen des ersten und des zweiten Spannrings aneinander anliegen. Um den ersten und den zweiten Spannring in dem Ringspalt zu verspannen, kann in weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Erfindung ein Verbindungsmittel, beispielsweise eine Verschraubung, umfasst sein, welches den ersten und den zweiten Spannring miteinander verbindet und in dem
Ringspalt verspannt. Ferner kann auch nur der erste oder auch nur der zweite Spannring anhand des Verbindungsmittels in dem Ringspalt verspannt sein, indem das
Verbindungsmittel den ersten oder den zweiten Spannring mit dem zylinderförmigen Messkopf verbindet und in dem
Ringspalt verspannt.
In einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung kann mindestens ein Kraftbeaufschlagungsmittel umfasst sein, welches zumindest auf den ersten oder zweiten Spannring eine Kraft im Wesentlichen in Axialrichtung des zylinderförmigen Messkopfs bewirkt, so dass der erste und/oder zweite Spannring in dem Ringspalt verspannt ist und infolgedessen eine Verspannung des zylinderförmigen Messkopfs in dem Ringspalt bewirkt ist.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der erste und der zweite Spannring eine stirnseitige Kraftübertragungsfläche, und die als Spannringanlage angepasste Außenfläche eine den zylinderförmigen Messkopf wenigstens teilweise umlaufende Stufe mit einer im Wesentlichen radial ausgerichteten
Kraftübertragungsfläche aufweisen, an welcher einer dieser beiden stirnseitigen Kraftübertragungsflächen anzulegen ist oder anliegt, und wobei an der anderen der beiden
stirnseitigen Kraftübertragungsflächen das
Kraftbeaufschlagungsmittel mit einer daran ausgebildeten Stirnseite anzulegen ist oder anliegt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1: eine Seitenansicht einer Einbausituation der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei vertikal
angeordneten als Stützen ausgebildeten Stützstrukturen,
Fig. 2: eine Seitenansicht einer Einbausituation der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer horizontal
angeordneten als Träger ausgebildeten Stützstruktur,
Fig. 3: eine perspektivische Ansicht einer Einbausituation der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer
querkraftbelasteten Stützstruktur in Form einer Schiene.
Fig. 4: einen Schnitt durch die Stützstruktur aus Fig. 3 entlang der Schnittlinie IV-IV
Fig. 5 Detail V aus Figur 4 in vergrößerter Darstellung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder gleich wirkende
Merkmale in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen einer
Vorrichtung zur Erfassung von Kräftebelastungen einer
Stützstruktur beschrieben, welches einen Kraftmessaufnehmer mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Messkopf
umfasst, der in einer Bohrung der Stützstruktur anzuordnen oder angeordnet ist, wobei der Messkopf hierfür eine als Spannringanlage angepasste Außenfläche besitzt, und
mindestens ein erster Spannring mit wenigstens einer kegeligen Kraftübertragungsfläche umfasst ist, wobei der erste Spannring zumindest teilweise in einem Ringspalt zwischen der Außenfläche des zylinderförmigen Messkopfs und einer Innenfläche der Bohrung in der Stützstruktur
anzuordnen oder angeordnet ist.
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Stützstruktur 4 einer möglichen Applikation von zylinderförmigen Messköpfen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Einzelnen sind drei vertikal angeordnete Stützen 4 dargestellt, welche einen Silo 14 tragen. Jede der Stützen kann eine Stützstruktur 4 ausbilden, an welcher eine erfindungsgemäße Vorrichtung anzuordnen oder angeordnet ist.
In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung weder appliziert noch gezeigt. Insofern dient Fig. 1 lediglich zur beispielhaften Erläuterung einer bevorzugten Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die drei als Stützen ausgebildeten Stützstrukturen 4 sind an ihrem einen Ende in einem Lager 16 befestigt.
An ihrem anderen Ende tragen diese Stützen den Silo 14, welcher eine Auslassöffnung 15 aufweist.
Die Anbringung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem durch die Stützstrukturen 4 getragenen Silo kann zur, insbesondere nachträglichen, Realisierung einer
gravimetrischen Füllstandsmessung dienen und realisiert infolgedessen eine Wägevorrichtung zur Erfassung des
Inhaltsgewichts des Silos 14. Zur beispielhaften Erfassung der Gewichtskraft des
Siloinhaltes erfolgt eine Anbringung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zweckmäßig an einem oder an mehreren der als Stützen ausgebildeten Stützstrukturen 4 indem wenigstens ein im Wesentlichen zylinderförmiger Messkopf 5 eines
Kraftmessaufnehmers 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung (jeweils nicht in Fig. 1 gezeigt) in eine der Bohrungen 6 der als Stützen ausgebildeten Stützstrukturen 4 eingebracht wird und darin kraftschlüssig mit einer der Stützstrukturen 4 verbunden wird.
Aufgrund einer derartigen Anordnung wird die Gewichtskraft des Siloinhaltes durch eine der als Stützen ausgebildeten Stützstrukturen 4 auf den in einer der Bohrungen 6
eingebrachten Messkopf 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtung übertragen, weshalb eine zu der Gewichtskraft des
Siloinhaltes abhängige Messung einer Normalkraft erfolgen kann, die in einer der als Stützen ausgebildeten
Stützstrukturen 4 wirkt.
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Stützstruktur 4, einer weiteren möglichen Applikation von zylinderförmigen
Messköpfen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Einzelnen ist ein horizontal angeordneter Träger dargestellt, der einen Silo 14 trägt. Der Träger kann eine Stützstruktur 4 ausbilden, an welcher ein Messkopf anzuordnen oder
angeordnet ist.
In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung, wie bei der Einbausituation gemäß in Fig. 1, weder appliziert noch gezeigt. Insofern dient auch Fig. 2 lediglich zur beispielhaften Erläuterung einer bevorzugten Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die als Träger ausgebildete Stützstruktur ist an ihren beiden Enden auf zwei Lager 16 abgestützt.
Der Silo 14 weist wiederum eine Auslassöffnung 15 auf.
Die Anbringung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung an einen durch die Stützstruktur 4 getragenen Silo kann zur, insbesondere nachträglichen, Realisierung einer
gravimetrischen Füllstandsmessung dienen und realisiert infolgedessen ebenfalls eine Wägevorrichtung zur Erfassung des Inhaltsgewichts des Silos 14.
Zur Erfassung der Gewichtskraft des Siloinhaltes erfolgt eine Anbringung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an der als Träger ausgebildeten Stützstrukturen 4, indem ein im Wesentlichen zylinderförmiger Messkopf 5 eines
Kraftmessaufnehmers 3 (beides nicht in Fig. 2 gezeigt) in eine der Bohrungen 6 der als Träger ausgebildeten
Stützstruktur 4 eingebracht wird und darin kraftschlüssig mit der Stützstruktur 4 verbunden wird.
Aufgrund einer derartigen Anordnung wird die Gewichtskraft des Siloinhaltes durch die als Träger ausgebildeten
Stützstruktur 4 auf den in einer der Bohrungen 6
eingebrachten Messkopf 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtung übertragen, weshalb eine zu der Gewichtskraft des
Siloinhaltes abhängige Messung einer Querkraft erfolgen kann, die in der als Träger ausgebildeten Stützstruktur 4 wirkt .
Es sei darauf hingewiesen, dass je nach Lage der
Stützstruktur und innerem Aufbau des Messkopfes auch die gleichzeitige Messung einer Querkraft und einer Normalkraft erfolgen kann.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer
Einbausituation der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer querkraftbelasteten Stützstruktur in Form einer Schiene. Der Kraftaufnehmer 3 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Steg einer als Stützstruktur 4 vorgesehenen Schiene eingebaut .
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Stützstruktur 4 aus Fig. 3 entlang der Schnittlinie IV-IV. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Kraftaufnehmer 3 und dem
dazugehörigen Messkopf 5 ist in der dafür vorgesehenen Bohrung 6 der Stützstruktur 4 angeordnet. Diese ist derart in der Stützstruktur 4 festgelegt, dass die Mittelachse der Stützstruktur, ein Spannring 1, ein Verformungskörper 7 des Messkopfs 5 und der darauf applizierte Dehnungsmesstreifen (nicht dargestellt) in einer Ebene, nämlich der Kraftebene liegen .
Fig. 5 zeigt Detail 5 aus Fig. 4 in vergrößerter
Darstellung. Dargestellt ist ein Querschnitt durch eine bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung von Kräftebelastungen einer Stützstruktur 4, umfassend einen Kraftmessaufnehmer 3 mit einem im Wesentlichen
zylinderförmigen Messkopf 5, der in einer Bohrung 6 der Stützstruktur 4 anzuordnen oder angeordnet ist, welche in eine Stützstruktur 4 eingebracht ist, insbesondere gemäß einer der Einbausituationen der Fig. 1, 2, 3 oder 4 .
Der Kraftmessaufnehmer 3 weist gemäß der bevorzugten
Ausführungsform nach Fig. 5 in zweckmäßiger Weise an einem Verformungskörper 17 mindestens einen
Dehnungsmessstreifen, welcher eine Verformung des
Verformungskörpers 17 erfasst, die proportional zu einer auf den Verformungskörper 17 wirkenden Kräftebelastung ist. Der scheibenförmige Verformungskörper 17 wird in Figur 5 lediglich als Steg sichtbar, der vom Mantel des Messkopfes 5 eingespannt ist. Der Mantel des Messkopfes 5 und der Verformungskörper 17 ergänzen sich im Querschnitt zu einem I- oder Doppel T-Profil.
Zur kraftschlüssigen Verbindung bzw. Verspannung oder
Montage des zylinderförmigen Messkopfs 5 in der Bohrung 6 der Stützstruktur 4, beispielsweise gemäß einer der
Einbausituationen nach den Fig. 1, 2, 3 oder 4, besitzt der in Fig. 5 gezeigte Messkopf 5 eine als Spannringanlage angepasste Außenfläche 8.
Ferner umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 5 einen ersten Spannring 1 mit wenigstens einer inneren kegeligen Kraftübertragungsfläche la, wobei der erste
Spannring 1 zumindest teilweise in einem Ringspalt 7 zwischen der Außenfläche 8 des zylinderförmigen Messkopfs 5 und einer Innenfläche der Bohrung 6 in der Stützstruktur 4 angeordnet ist.
Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 5 einen zweiten Spannring 2 mit einer zu der kegeligen inneren Kraftübertragungsfläche la des ersten Spannrings 1 komplementär verlaufende äußeren kegeligen
Kraftübertragungsfläche 2a, wobei die beiden Spannringe 1, 2 in dem Ringspalt 7 derart angeordnet sind, dass die beiden komplementär verlaufenden kegeligen Kraftübertragungsflächen la, 2a zumindest teilweise
aneinander anliegen.
Die beiden in Fig. 5 gezeigten Spannringe weisen jeweils eine zylinderförmige Gestalt auf, wobei gemäß der. Erfindung auch Spannringe zur Anwendung kommen können, die nur als Zylindersegment ausgestaltet sind.
In einer in Fig. 5 nicht gezeigten alternativen
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit lediglich einem einzigen eine kegelige äußere
Kraftübertragungsfläche aufweisenden ersten Spannring 1, wobei zumindest ein Teil der Innenfläche der Bohrung 6 in der Stützstruktur 4 zu dieser kegeligen äußeren
Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings 1
komplementär verlaufend konisch ist (nicht in Fig. 5 gezeigt) , kann der erste Spannring 1 derart in dem
Ringspalt 7 angeordnet sein, dass die kegelige äußere
Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings 1 zumindest teilweise an der konischen Innenfläche der Bohrung 6 anliegt .
In einer ebenfalls nicht in Fig. 5 gezeigten alternativen Ausführungsform oder auch in einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit lediglich einem einzigen eine kegelige innere Kraftübertragungsfläche la
aufweisenden ersten Spannring 1, weist die als
Spannringanlage angepasste Außenfläche 8 eine zu dieser kegeligen inneren Kraftübertragungsfläche la des ersten Spannrings komplementär verlaufende kegelige
Kraftübertragungsfläche auf (nicht in Fig. 5 gezeigt) . In diesem Fall ist der erste Spannring 1 derart in dem
Ringspalt 7 anzuordnen oder ist darin derart angeordnet, dass die kegelige innere Kraftübertragungsfläche la des ersten Spannrings 1 zumindest teilweise an der kegeligen Kraftübertragungsfläche der Außenfläche 8 anliegt.
Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsformender
erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst ferner mindestens ein Kraftbeaufschlagungsmittel 9 umfasst sein, welches auf den ersten Spannring 1 eine Kraft im Wesentlichen in
Axialrichtung des Messkopfs 5 bewirkt.
Bei der in Fig. 5 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Kraftbeaufschlagungsmittel 9 umfasst, welches auf den ersten Spannring 1 eine Kraft im Wesentlichen in
Axialrichtung des Messkopfs 5 bewirkt und in Art einer Hülse mit einem Innengewinde 11 ausgestaltet ist, während das Innengewinde 11 in ein an dem Messkopf 5 angebrachtes Außengewinde 12 eingreift.
Gemäß Fig. 5 umfassen der erste und der zweite Spannring 1, 2 jeweils eine stirnseitige Kraftübertragungsfläche lb, 2b. Ferner weist die als Spannringanlage angepasste Außenfläche 8 eine den Messkopf 5 umlaufende Stufe 10 mit einer radial ausgerichteten Kraftübertragungsfläche auf, an welcher die stirnseitige Kraftübertragungsfläche 2b des zweiten
Spannrings 2 anliegt, wobei an der stirnseitigen
Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings 1 das
Kraftbeaufschlagungsmittel 9 mit einer daran ausgebildeten Stirnseite 9a anliegt.
Infolge des Innengewindes 11, welches in das an dem
Messkopf 5 angebrachte Außengewinde 12 einkämt, wird bei einer Rechts- oder Linksdrehung des in Art einer
Gewindehülse ausgebildeten Kraftbeaufschlagungsmittels 9 eine axiale Vorspannkraft auf den ersten Spannring 1 und aufgrund der beiden komplementär ausgebildeten aneinander liegenden kegeligen Kraftübertragungsflächen la, 2a der beiden Spannring 1, 2 eine radiale Kraftkomponente bewirkt wird .
Infolgedessen wird der zweite Spannring 2 elastisch
geschrumpft und der erste Spannring 1 elastisch
aufgeweitet, weshalb eine Pressung des zylinderförmigen Messkopfs 5 an die Innenfläche der Bohrung 6 der
Stützstruktur 4 bewirkt ist. Diese Pressung führt zu einem derart großen Reibschluss zwischen der Innenfläche der Bohrung 6 in der Stützstruktur und der als Spannringanlage angepassten Außenfläche 8, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Messkopf 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der Stützstruktur 4 ermöglicht ist.
In einer weiteren Verbesserung der Erfindung kann der erste und/oder der zweite Spannring 2 geschlitzt ausgebildet sein, so das eine verbesserte Ausweitung bzw. Schrumpfung der beiden Spannringe 1, 2 ermöglicht ist.
In einer alternativen, nicht in Fig. 5 gezeigten,
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ebenfalls zweckmäßig ein Kraftbeaufschlagungsmittel
umfasst, welches auf den ersten Spannring 1 eine Kraft im Wesentlichen in Axialrichtung des zylinderförmigen
Messkopfs 5 bewirkt.
Bei einer derartigen alternativen Ausführungsform der
Erfindung weist der erste Spannring 1 zweckmäßig wenigstens eine äußere kegelige Kraftübertragungsfläche auf, während der zweite Spannring 2 wenigstens eine zu der kegeligen äußeren Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings 1 komplementär verlaufende innere kegelige
Kraftübertragungsfläche aufweist, wobei die beiden
Spannringe 1, 2 in dem Ringspalt 7 ebenfalls derart
angeordnet sind, dass die beiden komplementär verlaufenden kegeligen Kraftübertragungsflächen la, 2a zumindest
teilweise aneinander anliegen.
Ferner weist auch bei einer derartigen, nicht in Fig. 5 gezeigten, alternativen Ausführungsform der Erfindung die als Spannringanlage angepasste Außenfläche 8 bevorzugt ebenfalls eine den Messkopf 5 umlaufende Stufe 10 mit einer radial ausgerichteten Kraftübertragungsfläche auf, an welcher eine stirnseitige Kraftübertragungsfläche des zweiten Spannrings 2 anliegt oder anzulegen ist.
Gemäß der Erfindung können jegliche
Kraftbeaufschlagungsmittel 9 zur Anwendung kommen, welche eine Kraft im Wesentlichen in Axialrichtung des
zylinderförmigen Messkopfs 5 bewirken können. So kann beispielsweise an dem Messkopf 5 ein Spannmechanismus angebracht sein, insbesondere in Gestalt eines oder
mehrerer Hebel, beispielsweise in Gestalt von exzentrisch wirkenden Kipphebeln, mittels welchem eine Kraft auf die stirnseitigen Kraftübertragungsflachen lb, 2b des ersten und/oder zweiten Spannrings 1, 2 bewirkt werden kann.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der
Erfindung kann das Kraftbeaufschlagungsmittel 9 auch in Gestalt einer, insbesondere handelsüblichen,
Schraubenmutter mit einer Stirnseite 9a oder dergleichen ausgeführt sein, welche zur Verspannung des zylinderförmigen Messkopfs 5 in der Stützstruktur 4 auf das Außengewinde 12 des zylinderförmigen Messkopfs 5
aufgeschraubt und daran mit einem definierten Drehmoment festgezogen sein kann.
Ferner kann gemäß der Erfindung eine zu dem
Kraftbeaufschlagungsmittel 9 alternative Verspannungs- Möglichkeit zur Anwendung kommen, um den ersten und den zweiten Spannring 1, 2 in dem Ringspalt 7 zu verspannen. So kann in weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ein Verbindungsmittel beispielsweise ein
Verschraubungsmittel , umfasst sein, welches den ersten und den zweiten Spannring 1, 2 miteinander verbindet (nicht gezeigt in Fig. 5) .
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der
Erfindung kann auch nur der erste oder auch nur zweite Spannring 1, 2 anhand des Verbindungsmittels in dem
Ringspalt 7 verspannt sein, indem das Verbindungsmittel mit dem zylinderförmigen Messkopf 5 verbunden und/oder
verschraubt ist.
Bei der in Fig. 5 gezeigten bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Durchmesser des Außengewindes 12 geringer als der Durchmesser entlang der als
Spannringanlage angepassten Außenfläche 8 des Messkopfs 5. Ferner ist bei der in Fig. 5 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung die Wandstärke des Kraftbeaufschlagungsmittels 9 an dessen Stirnseite 9a geringer als die Spaltbreite des Ringspalts 7, so dass zumindest ein Teil des
Kraftbeaufschlagungsmittels 9 in dem Ringspalt 7 versenkt ist. In einer verbesserten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch das gesamte
Kraftbeaufschlagungsmittel 9 in der Bohrung 6 der
Stützstruktur 4 versenkt angeordnet sein, so dass sich eine bündige Oberfläche der Stützstruktur 4 ergibt.
Bei der in Fig. 5 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an dem
Kraftbeaufschlagungsmittel 9 in einem Übergangsbereich zur Stirnseite 9a eine zu dem Messkopf 5 hin geöffnete
Ausnehmung 13a, und an dem Messkopf 5 in einem
Übergangsbereich zu der als Spannringanlage angepassten Außenfläche 8 eine zu dem Kraftbeaufschlagungsmittel 9 hin geöffnete Ausnehmung 13b, jeweils in Art eines Freistichs, angebracht, wobei in einer alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch lediglich eine
Ausnehmung 13a an dem Kraftbeaufschlagungsmittel 9, oder eine Ausnehmung 13b an dem Messkopf 5 angebracht sein kann.
Bezugszeichen :
1 Erster Spannring
la Innere kegelige Kraftübertragungsfläche des
ersten Spannrings
lb Stirnseitige Kraftübertragungsfläche des ersten
Spannrings
2 Zweiter Spannring
2a Äußere kegelige Kraftübertragungsfläche des
zweiten Spannrings
2b Stirnseitige Kraftübertragungsfläche des zweiten
Spannrings
3 Kraftmessaufnehmer
4 Stützstruktur
5 Zylinderförmiger Messkopf
6 Bohrung in der Stützstruktur
7 Ringspalt
8 Außenfläche des Messkopfs
9 Kraftbeaufschlagungsmittel, Hülse
9a Stirnseite des Kraftbeaufschlagungsmittels
10 Umlaufende Stufe
11 Innengewinde des Kraftbeaufschlagungsmittels
12 Außengewinde des zylinderförmigen Messkopfs 13a Ausnehmung des Kraftbeaufschlagungsmittels
13b Ausnehmung des zylinderförmigen Messkopfs
14 Silo
15 Auslassöffnung des Silos
16 Lager
17 scheibenförmiger Verformungskörper
18 Grundfläche des Messkopfs

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung zur Erfassung von Kräftebelastungen einer Stützstruktur, umfassend einen Kraftmessaufnehmer (3)
- mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Messkopf (5) ,
- - der in einer Bohrung (6) der Stützstruktur (4)
anzuordnen oder angeordnet ist,
- - wobei der Messkopf (5) eine Grundfläche (18) und eine als Spannringanlage angepasste Außenfläche (8) besitzt,
- und zur radialen Festlegung des Messkopfes (5) gegenüber einer Innenfläche der Bohrung (6) mindestens ein erster Spannring (1) mit wenigstens einer kegeligen
Kraftübertragungsfläche (la) umfasst ist,
- wobei die Vorrichtung mindestens ein
Kraftbeaufschlagungsmittel (9) umfasst,
- - welches zur Beaufschlagung des ersten Spannrings (1) im
Wesentlichen in Axialrichtung des zylinderförmigen
Messkopfs (5) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (5) einen
scheibenförmigen Verformungskörper (17) aufweist, der parallel zur Grundfläche (18) angeordnet und auf dem mindestens ein Dehnungsmesstreifen appliziert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spannring (1) zumindest teilweise in einem Ringspalt (7) zwischen der Außenfläche (8) des
zylinderförmigen Messkopfs (5) und der Innenfläche der Bohrung (6) in der Stützstruktur (4) anzuordnen oder angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftbeaufschlagungsmittel (9) mit einer daran ausgebildeten Stirnseite (9a) zumindest an einer stirnseitigen Kraftübertragungsfläche (lb) des ersten Spannrings (1) anliegt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftbeaufschlagungsmittel (9) in Art einer Hülse mit einem Innengewinde (11)
ausgestaltet ist und das Innengewinde (11) in ein an dem Messkopf (5) angebrachtes Außengewinde (12) eingreift.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des
Kraftbeaufschlagungsmittels (9) kleiner ist als der
Inndurchmesser der Bohrung (6) .
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftbeaufschlagungsmittel (9) eine kreisringförmige Stirnseite (9a) aufweist und der Innendurchmesser des Kraftbeaufschlagungsmittels (9) zumindest in Teilbereichen größer als der Außendurchmesser des Messkopfes (5) ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Außengewindes (12) geringer ist als der Durchmesser entlang der als
Spannringanlage angepassten Außenfläche (8) des
zylinderförmigen Messkopfs (5) .
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spannring (1) eine kegelige äußere Kraftübertragungsfläche aufweist und zumindest ein Teil der Innenfläche der Bohrung (6) in der Stützstruktur (4) zu dieser kegeligen äußeren
Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings (1)
komplementär verlaufend konisch ist, wobei der erste
Spannring (1) derart in dem Ringspalt (7) anzuordnen oder angeordnet ist, dass diese kegelige äußere
Kraftübertragungsfläche des ersten Spannrings (1) zumindest teilweise an der konischen Innenfläche der Bohrung (6) anliegt .
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spannring (1) eine kegelige innere Kraftübertragungsfläche (la) aufweist und die als Spannringanlage angepasste Außenfläche (8) eine zu dieser kegeligen inneren Kraftübertragungsfläche (la) des ersten Spannrings (1) komplementär verlaufende kegelige
Kraftübertragungsfläche ist, wobei der erste Spannring (1) derart in dem Ringspalt (7) anzuordnen oder angeordnet ist, dass diese kegelige innere Kraftübertragungsfläche (la) des ersten Spannrings (1) zumindest teilweise an der kegeligen Kraftübertragungsfläche der Außenfläche (8) anliegt.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Spannring (2) umfasst ist, wobei der erste Spannring (1) wenigstens eine erste kegelige Kraftübertragungsfläche (la) und der zweite Spannring (2) wenigstens eine zu dieser kegeligen
Kraftübertragungsfläche (la) des ersten Spannrings
komplementär verlaufende kegelige Kraftübertragungsfläche (2a) aufweist, wobei die beiden Spannringe (1, 2) in dem Ringspalt (7) derart anzuordnen oder angeordnet sind, dass die beiden komplementär verlaufenden kegeligen
Kraftübertragungsflächen (la, 2a) zumindest teilweise aneinander anliegen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Spannring (1, 2) jeweils eine stirnseitige Kraftübertragungsfläche (lb, 2b), und die als Spannringanlage angepasste Außenfläche (8) eine den
Messkopf (5) wenigstens teilweise umlaufende Stufe (10) mit einer im Wesentlichen radial ausgerichteten
Kraftübertragungsfläche aufweist, an welcher eine dieser beiden stirnseitigen Kraftübertragungsflächen (lb, 2b) anzulegen ist oder anliegt, und wobei an der anderen der beiden stirnseitigen Kraftübertragungsflächen (lb, 2b) das Kraftbeaufschlagungsmittel (9) mit einer daran
ausgebildeten Stirnseite (9a) anzulegen ist oder anliegt.
PCT/IB2013/000130 2012-02-02 2013-01-29 Vorrichtung zur erfassung von kräftebelastungen einer stützstruktur Ceased WO2013114190A1 (de)

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