阅读说明：本技术 用于测量负荷的装置和方法 (Device and method for measuring load ) 是由 O.斯图克 于 2018-03-09 设计创作，主要内容包括：负荷探测单元,带有用于接收负荷(10)的弹簧弹性的负荷承载装置和针对负荷承载装置在有待探测的负荷(10)下进行的变形的传感器(3),其中,在负荷承载装置和传感器(3)之间能运行地布置着变形传递单元(6)。通过这种负荷探测单元规定了一种方法,在该方法中附加地设置有变形传递单元,该变形传递单元在运行中减小负荷承载装置的变形并且作为被改变的力/位移加载传递给传感器。(A load detection unit comprises a spring-elastic load-bearing device for receiving a load (10) and a sensor (3) for the deformation of the load-bearing device under the load (10) to be detected, wherein a deformation transmission unit (6) is operatively arranged between the load-bearing device and the sensor (3). With such a load detection unit, a method is specified in which a deformation transmission unit is additionally provided, which, during operation, reduces the deformation of the load-bearing device and transmits it to the sensor as a modified force/displacement load.)

用于测量负荷的装置和方法

技术领域

本发明涉及按照权利要求1的前序部分所述的用于测量负荷的装置和按照权利要求11的前序部分所述的用于测量负荷的方法。

背景技术

所述类型的负荷测量装置已经在使用并且用于短时间或长时间地监控所有类型的机器零件或建筑。它们例如用于监控在用作落石保护的网状物的承载性绳索中的容许应力或建筑物的地锚中的容许应力。这些应用的共同点是，在每个有待监控的元件中，无论是绳索还是拉杆中的运行负荷可能非常高，从几百千克到几吨范围不等，其中，出于安全原因，还考虑到了在多倍（三倍、五倍或甚至十倍的）运行负荷中的过载安全。

在例如用于落石的安全网中已知的是，掉落较小的岩石块通常是较大落石的征兆，必须可靠地识别这一点。但同样必须在较大的岩石块下落之后能够测量网状物的加载，这个网状物是否还能继续使用。为此在所述网状物的每个锚固在地基上的绳索中布置负荷测量装置。

同样的说明也适用于地锚的示例。必须识别较小的地面运动并且在较大的地面移动时可靠地测量作用到各个锚上的最大的负荷。

在用于不同目的的这种负荷测量装置的众多已知的实施方式下，可以在安装在绳索或拉杆本身上以测量其变形的那些实施方式和布置在绳索的或拉杆的锚固结构上的那些实施方式之间进行区分。在这些实施方式中又已知测量锚固结构的变形的负荷测量装置和直接安装在绳索或拉杆与锚固结构之间的、即承受负荷的负荷测量装置。在本发明所涉及的后一种情况下，绳索经常通过属于锚固结构的板的孔受拉，并且在绳索上的另一侧上布置着加厚结构，所述加厚结构然后通过支座支撑在所述板上地将绳索中的拉力传递到所述板上。支架又构造用于测量通过绳索传递的拉力。

已知例如带有柱形外侧的、盘形的环形负荷元件，所述环形负荷元件具有中央的孔，绳索穿过该中央的孔延伸。通过绳索传递的拉力作用到环形负荷元件的上侧上，所述上侧本身支撑在锚固板上，因而它的柱形的外周桶状地变形或稍微向外拱曲。这种变形可以通过应变计探测到。为了保护应变计，经常规定，环形负荷元件的底面和顶面可以凸缘状地突出于柱形外侧，并且带有布置在里面的应变计的、这样产生的腔室可以用围绕焊接在凸缘上的板材封闭。

这样的优点是，这种环形负荷元件具有在10年范围内的长使用寿命，但具有的缺点是，不能在测量值中修正应变计固有的漂移。此外，这种环形负荷元件是昂贵的，尤其因为需要至少四个应变计：在环形负荷元件的对置的侧面上各两个交叉布置的应变计，以便平衡温差。为了平衡在环形负荷元件中的不对称性，经常需要多于两对的应变计。

发明内容

本发明的任务相应地在于，创造一种用于测量负荷的装置，该装置在制造中成本较低地构造，能更为有利地并且首先能大批量地简单地生产。

该任务通过带有权利要求1的特征的装置和带有权利要求11的特征的方法解决。

在将通过绳索或拉杆传递的负荷传递给锚固板的负荷承载装置与用于这种负荷的传感器之间设置变形传递单元，由此可以简化并且因此利于成本地构造负荷承载装置和所属的传感器。首先通过这种装置能为可靠的测量数据设置较少的、例如唯一一个传感器。

尤其通过设置变形传递单元使传感器不能布置在负荷承载装置本身上，而是能远离这个负荷承载装置地并且在不考虑负荷承载装置的几何形状和变形的情况下布置，所述变形传递单元在运行中减小负荷承载装置的变形并且作为被改变的力/位移加载传递给传感器。这允许了利于成本地构造负荷承载装置。

除了所提出的任务外，可以用按本发明的负荷探测单元或按本发明的方法使用漂移安全的振弦传感器，所述振弦传感器可以取消用于使测量值的漂移复位的维护并且因此在10年范围内和超出10年范围后是免维护的和无缺陷的、特别是产生了漂移安全的并且能极为精细地分解的测量值。

其它优选的实施方式具有从属权利要求的特征。

附图说明

接下来借助附图还要更为详细地说明本发明。

图中：

图1从侧面示出了按本发明的已安装的负荷探测单元的视图；

图2是按图1的负荷探测单元的另一个视图，但是在未安装的状态下；

图3a和3b示意性地示出了未加负荷和加负荷时按本发明的负荷探测单元的负荷承载单元；

图3c和3d示意性地示出了在加负荷的状态下按本发明的负荷探测单元的负荷承载单元，其中使用不同的传感器，

图4示出了按本发明的负荷探测单元，带有构造成应变计的传感器；并且

图5示出了按本发明的另一种实施方式。

具体实施方式

图1示出了负荷探测单元1的优选的实施方式，带有一个在此构造成管材2的负荷承载装置、一个传感器3以及两个杠杆装置4和5，所述杠杆装置共同形成了作用到传感器2上的变形传递单元6。

在此构造成拉杆7的牵引机构从下方穿过管材2伸出并且在该管材的上侧8上用螺母9和垫圈9´拧紧，因而在拉杆7中作用的负荷10通过螺母9和垫圈9´作用到管材2的上侧8上并且这个管材被压抵到示意性示出的锚固板11上。锚固板11支撑在地基上或建筑物或构件上，其应当接收牵引机构或拉杆7的负荷。

管材2由弹簧弹性的材料构成并且构造成实心的，因而管材能承载负荷10和超负荷，超负荷相应于双倍、三倍、五倍或例如十倍的负荷。

已经表明，由按本发明值得期望的铝铸件构成的管材被构造成挤压型材，（参看下文）挤压型材在最大负荷下还不会弹性地变形，即基本上足够强地设定尺寸，但很快会变“软”，并且尽管如此最终仍在较短的时间之后失灵。

这意味着，管材2必须过量设定尺寸，视在双倍超负荷的范围内的合金而定。这又导致，管材鉴于简单的负荷或运行负荷被极为刚性地设定尺寸并且相应地很小地变形，这除了空间问题外还使通过变形传感器、诸如通常使用的应变计来探测管材2的变形相应变得困难。

按照本发明，现在规定一种变形传递单元6，该变形传递单元减少管材2的变形并且通过位移/力转化进一步传达给传感器3。位移/力转化在此被这样设定大小，使得传感器3相应于其输入特性曲线而被加载，这就是说，承受变形位移或变形力，传感器按照规定可以针对所述变形力产生探测信号。在此要明确注意的是，虽然传感器是已知的，其要么探测变形位移要么探测变形力。但通过作用到传感器上的力本身略微变形的传感器也是已知的，因而按本发明的位移/力转化不仅是备选的，而且也被理解为是累积作用的。为此参看针对图3a至3d的说明。为此，如由图1得出的那样，将杠杆装置4、5的尺寸设定得比管材2的本体更弱，例如更容易弯曲。

朝着锚固板11从管材2突出的支柱12在安装或维护期间将负荷探测单元1保持在大概的运行位置中，这就是说，防止因变形传递单元和传感器3的重力而倾斜。伸入到管材2的空腔中的唇形物13用作装入止动件，以便防止拉杆7（或负荷绳索）通过管材的空腔被安装，从而使这个管材倾斜90°，例如用在图中得出的侧面安放在锚固板11上。

得出一种按本发明的负荷探测单元1，其带有用于接收负荷10的弹簧弹性的负荷承载装置（在此构造成管材2）和针对负荷承载装置在有待探测的负荷10下所进行的变形的传感器3，其中，在负荷承载装置和传感器3之间能运行地布置着变形传递单元6。

变形传递单元因此优选被这样构造，使得变形传递单元在运行中将其中至少一个被传递的参量（变形运动和变形力）传递给传感器并且在此进行转化。

此外得出，负荷承载装置构造成空心型材，在空心型材中，在运行中，负荷横向地通过型材的空腔起作用。在没有在图中示出的实施例中，例如可以使用箱形的空心型材，其带有平行于锚固板的底面和顶面，其侧壁在受负荷情况下桶状地向外变形，其中，杠杆装置与图1的杠杆装置4、5类似地设置在其中一个侧面上。但在由技术人员按照具体的情况确定的这种空心型材中，负荷始终横向于（并且不是例如轴向于）型材的空腔起作用，因而这在所述方式中是能受压的并且变形传递单元可以按规定减少这种变形。

最后，针对负荷承载装置表明，负荷承载装置如在图1中所示那样构造成管材，在所述管材中，在运行中，负荷作用到管材的直径上。除了作为常见的空心型材的实施方式外，这种实施方式具有这样的优点，即，各个负荷承载装置能作为连铸型材或挤压型材的、优选铝挤压型材的简单的剖面来制造，因此相比之下能极为利于成本地制造，还带有另一个优点，即，能毫无困难地并且能没有较大投入地任意缩放生产。

在此，在按本发明的负荷承载装置上（无论这个负荷承载装置是否构造成空心型材），优选设置有两个杠杆装置4、5，所述杠杆装置在它们之间将传感器3夹紧。

在此要补充的是，按照本发明，也可以设置一个负荷承载装置，其与环形负荷元件相似地构造，即具有连续的开口，拉杆或牵引绳索穿过所述开口伸出，因而在运行中，负荷沿着穿过开口的连续的轴线而存在。这种负荷承载装置能由技术人员针对具体的情况这样进行设计，使得通过按本发明的变形传递装置合适地减小负荷承载装置的变形并且能通过力转化/位移转化转达给传感器。

图2示出了从斜上方观察图1的负荷探测单元的视图以阐明该负荷探测单元的结构。如针对图1提到的那样，负荷承载装置（管材2）和变形传递机构6（在此由两个杠杆装置4、5构成）一起构造成一体式挤压型材，该一体式挤压型材被以合适的长度从型材棒截下。用于拉杆7（图1）或牵引绳索的垂直的钻孔15具有用虚线示出的轴线16，负荷10沿着该轴线作用到管材2的上侧上。在上侧8上设置有用于对立的垫圈9´（图1）的鼓起来的轴承面17，用于锚固板11（图1）的支承面18或另一个垫子被构造成扁平的。

得出杠杆装置4和5的平面的构造，因为这些杠杆装置属于连铸型材的同一下料，如管材2的下料。

此外得出杠杆装置4和5的头部区域20和21，在头部区域上在此固定着振弦传感器23。在所示实施方式中，每个头部区域具有双唇24、25，所述双唇优选在其内侧上具有纵向延伸的（这就是说沿挤压方向延伸的）平行的沟槽26。这些沟槽26是用于螺钉27的对接螺纹的切口，传感器23用螺钉能运行地固定在变形传递单元6上（或其杠杆装置4、5上）。这种螺纹沟槽在挤压工艺中又可以以最简单的方式并且首先是利于成本地制造。

由图2（和图1一样是按比例的）得出，杠杆装置4、5的厚度相对于管材2的壁厚变小，因而这些杠杆装置相对于管材2不那么刚性，即更容易弯曲，这就是说能更容易变形。在运行中，管材2在沿轴线16的方向作用的负荷10的作用下这样变形，使得垂直的壁区段27、28微微向外拱曲，因而杠杆装置4、5想要离开彼此地张开。

按照本发明，得出一种能弹簧弹性地变形的型材、优选挤压型材，带有管形的区段2和两个沿着其外侧布置的平面的杠杆装置4、5，该杠杆装置相比于管形的区段2具有更小的厚度，该杠杆装置并排地、但彼此间隔地布置并且共同离开管形的区段的外侧延伸，其中，横向于管形的区段2地，在其中央并且横向于杠杆装置4、5的平面伸展地设置有构造用于接收负荷元件的开口15，其中，管形的区段2和杠杆装置4、5被这样构造，使得在运行中沿所述开口15的轴线16的方向进行压缩区段2时，所述管形的区段这样变形，使得杠杆装置4、5张开。杠杆装置4、5优选构造得比连接杠杆装置4、5的空心体区段33更容易弯曲。

此外，针对按本发明的负荷探测单元的实施方式得出，在该实施方式中，在平面的杠杆4、5的外端部上设置有各一个双唇（唇形件24、25），所述双唇带有在其内侧上平行于空心体2的长度设置的螺纹沟槽26，其中，支柱12优选从空心体2的内侧伸入到空心体2的空腔的内部中。

此外还优选得出，空心体在其一外侧上具有纵向延伸的定位面18，开口15伸入到所述定位面中，并且其中，纵向延伸的、沿横向鼓出的负荷接收区段17对置地设置用于压扁，开口伸入到该负荷接收区段中。

图3a示意性地作为虚线图示出了穿过按本发明的负荷探测单元的挤压型材30的横截面，该挤压型材具有变形传递机构6的管材2和两个杠杆装置4、5并且是未受负荷的（图1的负荷10）。为了图3a至3d的去负荷，取消了锚固板11（图1）。用虚线图应当示出负荷探测单元的配置或其在负荷10（图1）下的变形，并且因此尤其示出了变形单元6的功能。在此要强调的是，图示虽然参照按图1和2的优选的实施方式进行，但按照意义也适用于所有不同的配置，所述配置具有带有变形传递装置的按本发明的负荷承载装置，该负荷承载装置作用到一个或多个传感器上并且由技术人员视具体的情况加以配置。

在图3a至3d、4和5中，A指的是如所述那样未受负荷的管材2的高度，并且B指的是在杠杆装置4、5的头端部4´、5´之间的相应的间距。

由图3a得出，在未受负荷的状态下，管材2在横截面中呈O形构造，带有在所示实施方式中垂直延伸的壁区段32、33并且杠杆装置在侧向区段33上方和下方从管材2突出。

图3b示出了在负荷10下的挤压型材30。得出，管段2的高度变得比其在未受负荷的状态下的初始高度A更小。相应地，垂直的壁区段32、33微微桶形地向外拱曲并且上方的和下方的拱形34、35大致被削平。由此使杠杆装置4、5的倾斜加剧，两个杠杆装置沿箭头36、37的方向离开彼此地枢转。它们的头端部4´、5´的间距相对于在未受负荷的状态下的间距B变大。在此，管材2的变形比较小，在杠杆装置4、5的头部4´、5´上的变形很大，存在 “管材的高度的差别”到“杠杆装置的头端部的间距”的变形位移的转化。技术人员可以通过合适的设计方案在具体的情况下确定这种转化，例如通过管材的横截面(轮廓和壁厚）、杠杆装置的偏转的地点和杠杆装置的长度。

图3c示出了在受负荷的状态下的连铸型材30，带有同样示意性地以虚线图的方式示出的传感器40，即按本发明的负荷探测单元41（其中，如已经提到的那样，为了简化附图而省略了图1的锚固板11）。

在图3c所示的实施方式中，传感器40或者其在杠杆装置4、5的头端部4´、5´上的安装点，不能或仅能轻微地变形或移动，并且尽管负荷10的作用仍一如既往地基本上具有间距B。在其根部按照箭头3、37枢转的杠杆装置4、5相应地弹簧弹性地弯曲并且按照双箭头38将拉力施加到传感器40上。这个拉力负荷的大小取决于杠杆装置4、5的尺寸设定（基本上惯性矩和长度），并且在给定了尺寸设定时是针对管材2的变形的衡量尺度。技术人员可以在具体的情况下通过合适地设定挤压型材30的尺寸使拉力负荷与设置用于使用的传感器、在此为传感器40的输入参量协调一致。

因此可以取代“管材的高度的差”到“杠杆装置的头端部的间距”的变形位移的转化（为此参看上文针对图3b的说明）地谈到了“管材的高度的差”到“对传感器的力作用”的变形位移的转化，即位移-力转化。位移-力转化由杠杆装置4、5的变形得出。

尤其得出这样一种型材，在该型材中，杠杆装置（4、5）构造得比连接杠杆装置（4、5）的负荷承载区段（在此为壁区段33）更容易弯曲。

图3d示出了在受负荷的状态下的连铸型材30，带有同样示意性地以虚线图方式示出的传感器50，即按本发明的负荷探测单元51。与图3c的传感器40的区别在于，传感器50是能变形的并且其连接点是能移动的，如大致在振弦式传感器中那样的情况。振弦式传感器有利地是漂移安全的、有利的并且能容易地封装。

杠杆装置4、5的曲率相应地大致更小，在头端部4´、5´上按照双箭头52施加到传感器50上的拉力同样也是这样。

得出“管材的高度的差”到“杠杆装置的头端部的间距”连同“对传感器的力作用”的变形位移的转化。

如已经提到的那样，现在技术人员可以鉴于所配设的传感器（3、23、40、50或70）确定这种转化，即，在所配设的传感器的地点上，变形传递单元的合适的位移或者对所配设的传感器的合适的力作用或者优选一种合适的组合，均相应于负荷承载装置的变形位移。在此，合适的位移、合适的力或位移和力的合适的组合是这样的位移、力或位移和力的组合，其相应于所配设的传感器的按规定的输入值。

得出一种负荷探测单元，在该负荷探测单元中，变形传递单元6具有至少一个与负荷承载装置连接的杠杆装置4、5，所述杠杆装置通过负荷承载装置2的由运行负荷引起的变形运动而运动并且由此将传递运动和/或传递力施加到传感器3上（这相应于传感器3的输入特性曲线）。

图4示意性地示出了按照本发明的另一种实施方式的负荷探测单元61。杠杆装置4、5的头端部通过刚性的支架60彼此以间距B连接。杠杆装置4、5通过负荷10的作用相同地弯曲，如在图3c的刚性的传感器40的情况中那样。在当前，这种弯曲通过例如应变计62、63探测到，应变计又是针对负荷10的衡量尺度。得出管材的变形的转化，这就是说，“管材的高度的差”到较为强烈的变形“杠杆装置的弯曲”的转化。技术人员又可以通过负荷承载装置的和变形传递单元的尺寸设定合适地就有待使用的应变计来设计这种转化。

图5示意性地示出了设置有传感器70的负荷探测单元71，该负荷探测单元仅具有一个杠杆装置4，其中，传感器70通过支架72固定在锚固板11上（或也仅相对这个锚固板固定）。

概括而言，通过管材的或负荷承载装置的（期望的，参看上文）比较小的变形使传感器相应地加载其输入参数（力/位移），其中，技术人员可以通过变形传递单元的和负荷承载装置的合适的尺寸设定根据所使用的传感器来设计这种加载。

得出，按本发明的变形传递单元优选具有至少一个杠杆装置，该杠杆装置与负荷承载装置连接并且在运行中作为运动接收在作用的负荷下进行的负荷承载装置的变形并且作为加载转达给传感器。

此外还得出一种负荷探测单元，在该负荷探测单元中，变形传递单元优选至少部分构造成弹簧弹性的，使得该变形传递单元在负荷承载装置由负荷引起变形的情况下预先确定地变形。

此外，在本发明的一种实施方式中得出一种负荷探测单元，在该负荷探测单元中，传感器构造成接收力的传感器，优选构造成振弦式传感器，并且其中，变形传递单元在运行中弹簧弹性地这样变形，使得变形传递单元的运动在与接收力的传感器的连接部位处减小、优选基本上取消。

此外在本发明的一种实施方式中得出一种负荷探测单元，在该负荷探测单元中，传感器构造成接收位移的传感器、优选构造成应变计并且这样来构造变形传递单元，即，相对于在负荷承载装置上接收的变形，变形传递单元的运动在与接收位移的传感器的连接部位处被转化、优选被扩大。

最后，在本发明的一种实施方式中得出一种负荷探测单元，在该负荷探测单元中，传感器探测变形位移、力或力和位移的组合。

用于用接收负荷的弹簧弹性的负荷承载装置和针对负荷承载单元在有待探测的负荷下进行的变形的传感器来测量负荷的按本发明的方法在于，附加地设置有变形传递单元，该变形传递单元在运行中减小负荷承载装置的变形并且作为至少一个由通过力和位移的加载得出的参量传递给传感器，因而结果是相对于负荷承载装置的变形而改变的力/位移加载传递给了传感器。在此，在负荷承载装置变形时产生的参量中的至少一个参量，如变形力或变形位移，优选受到变形传递单元的支持，使得所转化的参量相应于所配设的传感器的输入特性曲线。

在此优选使用振弦式传感器作为传感器，其中，变形传递单元这样弹簧弹性地构造，使得预先确定的运行力作用到了振弦式传感器上（在预先确定的运行负荷的情况下）。

此外优选的是，在此使用至少一个应变测量元件、优选应变计作为传感器并且这个传感器布置在变形传递单元的弹簧弹性地构造的区域上，其中，这样构造这个区域的弹簧弹性，使得该区域的变形要大于负荷承载装置的变形。