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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung von Rad
und/oder Achslasten und/oder Gesamtgewichten von auf Straßen
mit Straßenbelag fahrenden Straßenfahrzeugen mit
einer Messstrecke mit mehreren Messfeldern, jeweils mit zumindest
einem Kraftdetektor.
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Die
statische Bestimmung der Gewichte von Straßenfahrzeugen
kann besonders einfach und genau erfolgen. Es besteht die Möglichkeit,
entweder eine stationäre Messstelle, sogenannte Brückenwagen
oder auch ortveränderliche Wägestellen, vorzusehen.
In beiden Fällen liegt eine erhebliche Beeinträchtigung
des fließenden Straßenverkehrs vor.
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Da
es beabsichtigt ist, die Kosten der Straßenbelastung entsprechend
der potentiellen Beschädigung aufzuteilen, ist es erforderlich,
die Radlasten, Achslasten aber auch Gesamtgewichte von Verkehrsmitteln
zu bestimmen, wobei aufgrund der in den meisten Ländern
bestehenden Geschwindigkeitsbegrenzungen, und zwar sowohl für
Lastkraftwagen als auch Personenkraftwagen, in der Regel keine zusätzliche
Bestimmung der Geschwindigkeit erforderlich ist.
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Um
den Verkehrsfluss nicht zu behindern, sind sogenannte dynamische
Gewichtsbestimmungen, also von fahrenden Kraftfahrzeugen, die nicht nur
gelegentlich durch Ableitung des Verkehrs, sondern sukzessive bei
einem gesamten Verkehrsstrom erfolgen kann, erforderlich.
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Eine
einfache Umrechnung von dynamisch gemessenen Gewichtswerten auf
statische Gewichte kann nicht durchgeführt werden, da Straßenfahrzeuge
komplexen Schwingungen unterliegen. Diese Schwingungen sind u. a.
von Federn, mit welchen die Achsen abgefedert sind, den Stoßdämpfern,
der Bereifung und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängig.
Damit muss zur dynamischen Bestimmung von Rad- und/oder Achslast
oder des Gesamtgewichtes eine Messstrecke vorgesehen sein, die mehrere
Messfelder jeweils mit zumindest einem Kraftdetektor aufweist. Die
Kraftdetektoren können beispielsweise Piezoelemente, Dehnmessstreifen,
kapazitive Wägplatten, Biegebalken u. dgl. sein. Die Kraftdetektoren
müssen einerseits gegen mechanische Zerstörung
geschützt werden und andrerseits muss sichergestellt sein,
dass die einwirkenden Kräfte auf die Detektoren weitergeleitet
werden können. Zum Schutz werden die Detektoren gemäß Stand
der Technik von einem allseitig geschlossenen Hohlkörper
umgeben. Einerseits muss dieser Hohlkörper stabil genug
ausgebildet sein, um einen Schutz für die Kraftdetektoren
darzustellen und andrerseits muss der Hohlkörper deformierbar
sein, um die einwirkenden Kräfte auf die Detektoren weitergeben
zu können. Derartige geschlossene Hohlkörper ermöglichen
lediglich eine Umsetzung der dynamischen Messungen in statische
Werte von ca. 10% Genauigkeit.
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Der
vorliegenden Erfindung ist zur Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung
zu schaffen, die einerseits einen stabilen Schutz der Detektoren
ermöglicht, und andrerseits eine erhöhte Genauigkeit
bei den Messungen ermöglicht, und dies bei höheren
Geschwindigkeiten, und zwar bis zumindest 110 km/h.
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Die
vorliegende Erfindung geht von einem Stand der Technik, wie er durch
die
EP 0 491 655 B1 gegeben
ist. In dieser Patentschrift ist ein Kraftsensorsystem beschrieben,
dass zur dynamischen Achslast- und Gesamtgewichtbestimmung von Fahrzeugen
geeignet sein soll. Die Kraftsensoren sind in einem Rohr angeordnet,
welches in im Straßenbelag eingefrästen Nuten
od. dgl. angeordnet ist. In Fahrtrichtung gesehen sind zwei derartige
Sensoren angeordnet. Das Rohr kann aus Metall aufgebaut sein. Zur
Verarbeitung der gemessenen Daten wird in einer Datenverarbeitungsanlage,
in welcher über ein Programm der komplexen Umrechnung von
dynamischen Messwerten zu statischen Messwerten Rechnung getragen
ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von
Rad- und/oder Achslasten und/oder Gesamtgewichten von auf Straßen
mit Straßenbelag fahrenden Straßenfahrzeugen mit
einer Messstrecke mit mehreren Messfeldern, jeweils mit zumindest
einem Kraftdetektor, welcher in einem Hohlkörper, insbesondere
mit Metall aufgebaut, als mechanischer Schutz angeordnet ist, wobei
die Kraftdetektoren mit einer Datenverarbeitungsanlage verbunden
sind, und weiters Detektoren für Räder und/oder
Achsen und/oder Fahrzeuge im Bereich vor und nach der Messstrecke
vorgesehen sind, besteht im Wesentlichen darin, dass der Hohlkörper
in seiner Längsrichtung mit einer, insbesondere durchgehenden,
Fuge in einen in Belastungsrichtung oberen und unteren Schenkel
geteilt ist, und der obere und untere Schenkel entlang der Fuge
gegeneinander federnd ausgebildet sind.
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Die
Stromversorgung kann über Solarzellen mit einer Speicherbatterie
erfolgen.
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Zur
komplexen Umrechnung der dynamisch bestimmten Gewichte ist es erforderlich,
dass mehrere Messungen mit Kraftdetektoren vorliegen, wobei die
Messergebnisse in einer Datenverarbeitungsanlage zur Verarbeitung
und Bestimmung des statischen Gesamtgewichtes herangezogen werden.
Um Räder, Achsen oder Fahrzeuge zu erfassen, sind vor und
nach der Messstrecke Detektoren vorgesehen, so dass eine eindeutige
Zuordnung vorgenommen werden kann. Das Messen der dynamischen Gewichte
von Rädern ist insofern von Bedeutung, als durch eine asymmetrische
Beladung des Fahrzeuges, bezogen auf die Fortbewegungsrichtung,
eine ungleichmäßige Abnützung der Straße
bedingt. In vielen Fällen wird die Belastung von den Rädern,
die sich auf einer Achse befinden, ausreichend sein oder auch nur
das Gesamtgewicht des Fahrzeuges.
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Der
Schutz von Kraftdetektoren ist außerordentlich schwierig.
Auf der einen Seite soll eine mechanische Zerstörung verhindert
werden und auf der anderen Seite müssen die Kräfte,
die auf dieselben einwirken, gemessen werden. Bislang war immer
das Bestreben, den mechanischen Schutz der Detektoren möglichst
groß zu halten, damit die Zerstörung derselben
möglichst verhindert werden kann. Auf der anderen Seite
wurde dadurch, da der Widerstand bei sehr hoher Kraftbeaufschlagung
gegen eine Deformation sehr groß ist, die Empfindlichkeit
der Weiterleitung der Kräfte erheblich vermindert.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung des Hohlkörpers,
in welchem die Detektoren angeordnet sind, und zwar; dass dieselben
in einem Hohlkörper vorgesehen sind, welcher eine durchgehende Fuge
aufweist, konnte einerseits die zerstörungsfreie Anordnung
der Detektoren verwirklicht werden und andrerseits durch die gegeneinander
als Biegegelenk federnden Schenkel eine Weiterleitung der Kräfte überraschend
einfach verwirklicht werden.
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Sind
die Schenkel mit Leichtmetall aufgebaut, so kann bei entsprechender
Legierungswahl, beispielsweise Duraluminium, eine mechanisch sehr stabile
Einkleidung der Detektoren erreicht werden, wobei weiters eine Handhabung
der Detektoren mit dem schützenden Hohlkörper
einfach ermöglicht ist.
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Ist
der Hohlkörper mit einem faserverstärkten Kunststoff
aufgebaut, so liegt auch bei mehrfacher Überlastung ein
besonders guter Schutz vor, da faserverstärkte Kunststoffe
nicht unmittelbar bei Belastungen oder unmittelbar danach zerbrechen, sondern
es tritt ein langsames Desintegrieren ein, das heißt, die
Fasern des Kunststoffes verlassen in gemäßigten
Zeitabständen den Hohlkörper.
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Sind
die Schenkel miteinander materialbündig ausgebildet, so
ist eine besonders stabile Konstruktion gegeben, die gleichzeitig
auch einfach gefertigt werden kann.
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Sind
die Schenkel über einen Steg kraftschlüssig miteinander
verbunden, so kann eine besonders beliebige Ausführungsform
des Hohlkörpers zum Schutz der Detektoren ausgewählt
werden.
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Sind
die Schenkel mit dem Steg materialbündig, insbesondere
einstückig, ausgebildet, so kann der Hohlkörper
besonders einfach ausgebildet werden, wobei auch einer Zerstörung
bei übermäßigen Belastungen besonders
einfach entgegengewirkt wird.
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Trägt
der obere Schenkel einen Straßenbelag, so kann auch bei
schlechten Wetterbedingungen ein störungsfreier Verkehr
gewährleistet sein.
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Schließt
der obere Schenkel mit dem Straßenbelag bündig
ab, so kann ein besonders leichter Austausch der Kraftdetektoren
gemeinsam mit dem Hohlkörper erfolgen, da es nicht erforderlich
ist, einen Straßenbelag abzubauen.
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Sind
die Messfelder in zumindest zwei unterschiedlichen Abständen
in Fahrtrichtung gesehen voneinander, insbesondere alternierend,
angeordnet, so kann eine besonders genaue Messung aufgrund der unterschiedlichen
Abstände erreicht werden.
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Weist
jede Messstrecke zumindest zwei in Fahrtrichtung angeordnete Reihen
von Messfeldern auf, so kann auf besonders einfache Art und Weise die
Radlast der unterschiedlichen Räder erfasst werden.
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Sind
in einer Trägerplatte zumindest eine Reihe, insbesondere
zwei Reihen, von Messfeldern angeordnet, so kann bei Bedarf ein
sehr einfacher und schneller Einbau in einen Verkehrsweg erfolgen.
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Sind
die Kraftdetektoren eines Messfeldes der einzelnen Reihen elektrisch
in Serie geschaltet, so kann besonders einfach die Radlast bestimmt werden,
und es müssen nicht entsprechende Rechenvorgänge
in der Datenverarbeitungsanlage durchgeführt werden.
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Sind
die Kraftdetektoren von benachbarten Messfeldern, die in unterschiedlichen
Reihen liegen, elektrisch in Serie geschaltet, so kann besonders
einfach eine Achslast bestimmt werden, und es müssen nicht
entsprechende Rechenvorgänge in der Datenverarbeitungsanlage
durchgeführt werden.
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Schließt
der obere Schenkel mit einer Oberfläche der Trägerplatte
bündig ab, so kann vermieden werden, dass zusätzliche
Störungen durch einen Niveauunterschied und damit schwingungsmäßig
Beaufschlagungen eines Messfeldes auftreten.
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Sind
die Trägerplatte und die oberen Schenkel der Messfelder
von einer weichgummielastischen Schicht, die mit dem Straßenbelag
bündig abschließt, abgedeckt, so kann die störende
kraftmäßige Beaufschlagung noch verringert werden.
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Ist
zumindest ein, sind insbesondere alle, Kraftaufnehmer Dehnmessstreifen,
so ist ein besonders sicheres System gegeben, da andere Kraftaufnehmer,
wie beispielsweise piezoelektrisch, leicht gestört werden
können.
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Für
den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es von besonderer Bedeutung, dass ein Fahrzeugerkennungssystem
mit der Datenverarbeitungsanlage verbunden ist, da dann entsprechende
Mitteilungen an den Fahrzeughalter erfolgen können.
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Ist/sind
ein Maut- und/oder Zählsystem mit der Datenverarbeitungsanlage
verbunden, so kann auch eine entsprechende datenverarbeitungsmäßige Verständigung
der Straßenbenützer erfolgen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Messstrecke in schematischer Ansicht von oben,
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2 ein
Messfeld in schematischer Darstellung von oben gesehen,
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3 ein
Messfeld in Seitenansicht,
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4 eine
winkelförmige Ausführung eines Messfeldes in Seitenansicht,
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5 u. 6 ein
eingebautes Messfeld in einem Straßenbelag oder Trägerplatte.
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In
der Messstrecke 1 mit einer Länge von 15 m und
einer Breite von 3,7 m sind zwei Reihen 2 und 3 von
Messfeldern 4 mit einer Länge von 1,5 m und einer
Breite von 0,75 m angeordnet. Die Messfelder innerhalb einer Reihe
weisen unterschiedliche Abstände d1 und
d2 zueinander auf. Die Anordnung ist so,
dass die Abstände d1 400 mm und
d2 700 mm alternierend auftreten. Die Messfelder
der Reihen 2 und 3 können jeweils mit
dem benachbarten Messfeld elektrisch in Reihe geschalten sein. Durch
diese Vorgangsweise kann ein Achsgewicht ohne Verknüpfung
in einer Datenverarbeitungsanlage bestimmt werden oder, wenn keine
Reihenschaltung vorliegt, eben nur die Belastung durch ein Rad.
Mit der Messung der Belastung durch ein Rad kann festgestellt werden,
ob das Straßenfahrzeug ungleich beladen ist. Am Beginn
und am Ende der Messstrecke, bezogen auf die Fahrtrichtung des Fahrzeuges,
sind Raddetektoren S angeordnet, die gleichzeitig als Achsendetektoren
oder als Detektoren für die Fahrzeuge angeordnet sein können.
Außerhalb der Messstrecke 1 ist eine Videokamera 6 angeordnet,
welche zur Erkennung der Fahrzeuge dient. Die Videokamera 6 ist über
ein Maut- und/oder Zahlsystem 6a mit der Datenverarbeitungsanlage 7 verbunden,
die ihrerseits mit jedem einzelnen Messfeld elektrisch leitend verbunden
ist, wobei ein Messverstärker 8 vorgesehen ist,
der über einen Multiplexer 9 die Messfelder alternierend
mit dem Messverstärker verbindet. Aus Übersichtsgründen
wurden lediglich vier Verbindungen der Messfelder mit dem Multiplexer 9 dargestellt. Die
ermittelten Daten können sodann entweder aufgezeichnet
oder insbesondere über Funk übermittelt werden.
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In 2 ist
ein Messfeld in Sicht von oben und in 3 in Seitenansicht
dargestellt, wobei strichliert Kraftdetektoren 10 dargestellt
sind. Als Kraftdetektoren werden Dehnmessstreifen, Piezoelemente,
kapazitive Wägplatten, Biegebalken und Ähnliches
eingesetzt. Bevorzugt ist, dass in der gesamten Messstrecke eine
Art von Kraftdetektoren vorgesehen ist. Das Messfeld weist einen
Hohlkörper 11 auf, in welchem die Kraftdetektoren 10 derart
angeordnet sind, dass sie jeweils mit dem Schenkel 12, der
eine Länge von 1,5 m und eine Breite von 0,75 m aufweist,
verbunden sind. Die beiden Schenkel 12 sind über
einen Steg 13 mit einer Höhe von 200 mm materialbündig
verbunden. Der im Querschnitt U-förmige Hohlkörper
ist einstückig ausgebildet. Durch die Fuge 14 kann
der Bereich der Verbindung zwischen oberem Schenkel 12 und
dem Steg 13 als Biegegelenkt 15 dienen. Die beiden
Kraftdetektoren 10 eines Messfeldes können ebenfalls
in Serie geschaltet werden, so dass diese Messergebnisse gemeinsam
weitergeleitet werden können
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In 4 ist
ein Hohlkörper mit zwei Schenkeln 16 dargestellt,
die an einem Ende verbunden sind. Es wird dadurch ein winkelförmiger
Hohlkörper gebildet.
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Als
Material für den Hohlkörper kann beispielsweise
Edelstahl, korrosionsfeste Kohlenstoffstähle, Leichtmetalllegierungen,
insbesondere Duraluminium aber auch Kunststoffe, wie glasfaserverstärkte
Polyester, zum Einsatz gelangen.
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Die
Messfelder können in eigene Trägerplatten, z.
B. eingegossen in einer Kunststoffmasse, Beton, angeordnet werden,
wie auch in 1 dargestellt, oder es kann
das Messfeld direkt in eine in den Straßenbelag 17 eingefräste
Nut 18 angeordnet werden. Der obere Schenkel 12 kann,
wie in 5 dargestellt, mit der oberen Fläche
des Straßenbelages 17 bündig abschließen.
Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, wie in 6 dargestellt,
dass der obere Schenkel 12 eine Beschichtung 19,
die ident zum Straßenbelag 17 sein kann oder aus
weichelastischem Gummi, deren Härte in etwa einem pneumatischen
Reifen entspricht, trägt. Ist ein derartiger Gummibelag
vorgesehen, dann muss derselbe eine Profilierung aufweisen, um ein
unbeabsichtigtes Rutschen oder Gleiten, insbesondere bei Niederschlägen,
zu vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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