DE2043484B2 - Vorrichtung zum Messen der Belastungen, die durch Fahren von Fahrzeugen auf einer Straße aufgebracht werden - Google Patents
Vorrichtung zum Messen der Belastungen, die durch Fahren von Fahrzeugen auf einer Straße aufgebracht werdenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Belastungen, die durch Fahren von Fahrzeugen auf
einer Straße aufgebracht werden, welche eine mit der Oberfläche der Straße fluchtende Platte aufweist, die
mit Hilfe von wenigstens zwei als Säulen ausgebildeten, festen Vertikalstützen auf einem in einer Grube
befindlichen Sockel montiert ist, wobei jede Vertikalstütze mindestens einen piezoelektrischen Meßfühler
für die Vertikalbelastungen, die von der Platte auf den Sockel übertragen werden, umfaßt, und ein Gerät zur
Verarbeitung der Signale des Meßfühlers vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Untersuchung des über eine Straße fließenden Fahrzeugverkehrs. Zu
den wichtigen Daten des Verkehrs gehört nicht nur die Zahl der vorbeifahrenden Fahrzeuge, sondern auch die
Angabe ihrer Achslast
Bis vor einigen Jahren existierten keine Mittel, die es gestatteten, die Belastungen, welche durch das Vorüberfahren
von Fahrzeugen auf die Straße aufgebracht werden, statistisch zu bestimmen. Man kannte nur
Wiegevorrichtungen, die statisch arbeiten und welche es
ίο erfordern, die zu wiegenden Fahrzeuge umzuleiten und
anzuhalten. Nur ein kleiner Prozentsatz des Verkehrs konnte daher einer solchen Messung unterworfen
werden, und eine korrekte statistische Untersuchung war unmöglich.
Man hat erst ganz kürzlich die Anwendung von in eine Fahrbahn der Straße versenkten Wiegegeräten
sich entwickeln sehen, weiche auf vorüberfahrende Fahrzeuge reagieren, ohne daß es notwendig wäre,
dieselben anzuhalten.
Diese Konstruktionen weisen im wesentlichen eine Platte auf, die mit der Oberfläche der Straße fluchtet
und auf einem Sockel montiert ist. Die Einheit ist in einer Grube angeordnet, die sich je nach Anwendungsfall über die ganze Breite der Spur erstreckt, wenn man
die ganze Achslast wiegen will, oder über die Hälfte der Spur, für den Fall, daß man die halbe Achslast wiegt. Die
Meßwertgeber oder Meßfühler für die Belastung oder Verschiebung sprechen beim Fahren der Achsen über
die Platten an. Sie übertragen Signale, die eine Aussage
jo über die Achslasten liefern, an eine geeignete Verarbeitungsanlage.
Wenn mit der Auswertung dieser Signale im wesentlichen statistische Untersuchungen über die
Häufigkeit der Belastung und ihre Verteilung auf die verschiedenen, zuvor festgesetzten Gewichtsklassen
r> beabsichtigt werden, kann die Verarbeitungsanlage eine Einrichtung zur Unterscheidung der Signale nach ihrer
Amplitude und eine logische Weichenschaltung und Zähler aufweisen, die den einzelnen ausgewählten
Gewichtsklassen entsprechen.
Es gibt sehr zahlreiche Ausführungen dieser Art, die man im wesentlichen in zwei Gruppen einteilen kann,
und zwar je nachdem, ob diese Einrichtungen mit Kraftmeüfühlern oder Meßfühlern für eine Verschiebung
bzw. Wegänderung ausgestattet sind.
■Γι Bei der ersten Gruppe werden die auf die Platte
wirkenden Belastungen mit Kraftmeßfühlern gemessen, welche mit Dehnungsmeßstreifen arbeiten, deren Zahl
je nach der gewählten Ausführungsart variieren kann. Gewisse Platten sind von zwei Halbplatten gebildet, die
so um eine senkrecht zur Richtung des Verlaufs der
Belastungen liegende, horizontale Achse gelenkig gelagert sind. Andere ruhen auf drei, vier oder noch
mehr Meßfühlern.
Bei der zweiten Gruppe weisen die Apparate ein unter der auf die Platte wirkenden Belastung verformbares
Glied und einen Wegmeßfühler auf, der die Amplitude dieser Deformationen erfaßt.
Diese verschiedenen Arten oder Typen von Einrichtungen sprechen in ihrer Gesamtheit ziemlich gut auf
bo das gestellte Problem an, da sie es gestatten, die Größe
der Belastung einer befahrenen Straße auszuwerten, ohne daß es notwendig wäre, den Verkehr anzuhalten.
Sie weisen jedoch eine gewisse Anzahl von Nachteilen auf, die es nicht gestatten, die Einrichtungen unter
optimalen Bedingungen zu betreiben.
Im allgemeinen ist ihre Ansprechzeit bei Aufbringung einer Belastung zu lang. Diese relative Trägheit des
Ansprechens rührt von der unzulänglichen Steifheit der
die Platte tragenden Glieder und der Meßfühler selbst her.
Die auf diese Weise gebauten Einheiten haben keine ausreichend hohe Eigenfrequenz, um prä.:ise auf mit
großer Geschwindigkeit darüberfahrende Lasten zu reagieren. Man kann versucht sein, die Breite der Platte
zu vergrößern, damit die Belastung länger auf sie wirkt Allerdings sind sehr große Platten, abgesehen von der
von ihnen benötigten Bodenfläche, nicht wünschenswert, weil sie es nicht mehr gestatten, die Überfahrten
von Doppelachsen zu unterscheiden. Wenn man diese Unterscheidung vornehmen will, ist man daher gezwungen,
die Oberfahrtgeschwindigkeit der Fahrzeuge über die Meßgeräte zu begrenzen. Zum andern sind die
üblichen Konstruktionen von Wegmeßfühlern oder Kraftmeßfühlern relativ voluminös und erfordern eine
ziemlich tiefe Grube. Im Bereich der Lasten, die von Straßenfahrzeugachsen herrühren, müssen die mit
Dehnungsmeßstreifen arbeitenden Meßfühler in der Tat ziemlich bedeutende Abmessungen aufweisen.
Außerdem weisen die Meßfühler mit Dehnungsmeßstreifen andere Nachteile auf, insbesondere ihre
Empfindlichkeit gegen schnelle Temperaturänderung, selbst wenn die Dehnmeßstreifen kompensiert sind, die
Notwendigkeit der häufigen Nacheichung und schließlieh einen niedrigen Eigendämpfungskoeffizienten, ohne
die Möglichkeit, leicht ein Hilfsdämpfung^ system anzuschließen. Dieser Dämpfungsmangel äußert sich
durch die Interferenz der Signale beim Passieren von zwei schnell aufeinander folgenden Belastungen, wie
insbesondere bei Doppelachsen.
Aus der US-PS 27 16 547 ist eine Wägevorrichtung für langsam rollende Eisenbahnwagen bekannt, deren
Meßplattform eine größere Länge hat als der ganze Eisenbahnwagen. Die Platte ist auf Säulen gehalten,
welche Meßfühler für die Vertikalbelastungcn haben. Für Horizontalkräfte ist ein Horizontalmeßfühler
vorgesehen. Als Meßfühler sind hydraulische oder elektronische Ge-vichtsmeßzellenanordnungen üblicher
Art vorgesehen. Eine Wägung der einzelnen Achslasten ist nicht möglich. Bei schneller Fahrt muß mit falschen
Ergebnissen gerechnet werden. Angaben und Anregungen für Maßnahmen konstruktiver Art und die Auswahl
geeigneter Meßzellen für schnelle Bewegungen werden nicht gegeben.
Aus der US-PS 30 19 642 ist ein Reifenbelastungsprüfgerät für Lastfahrzeuge mit vielen Reifen zur
Erzielung einer gleichmäßigen Belastung bekannt, bei dem einzelne auf Gleitführungen angeordnete Meßplatten
über Dehnmeßstreifen die Radlast anzeigen. Wegen der vorstehend erwähnten Probleme von Dehnmeßstreifengeräten
und vor allem der Gestaltung mit Gleitführungen sind diese Geräte für schnell hinüberfahrende
Fahrzeuge nicht geeignet.
Aus dem Fachzeitschriftenartikel »Wiegevorrichtung für Kraftfahrzeuge und Anhänger« von Dipl.-ing. Heinz
Straßer in der Zeitschrift »Deutsche Kraftfahrtforschung und Straßenverkehrstechnik« Heft 151, 1961,
Seite 42 geht die Anregung hervor, piezoelektrische Geber für dynamische Belastungsfälle zu verwenden.
Wie diese anzuordnen, auszubilden und einzubauen sind, um die einzelnen Achslasten von mit Normalgeschwindigkeit
fahrenden Fahrzeugen zu messen, ist dieser Anregung nicht zu entnehmen.
Die theoretischen Grundlagen für piezoelektrische Kraftmeßeinrichiungen sind auch in dem »Handbuch
des Wagenbaus, Band 3, Elektromechanische Waagen
von Dr.-Ing. Jürgen Reimpell und Obering. Wolfgang Bachmann« auf den Seiten 9— 11 behandelt, ohne
jedoch Anregungen für die konstruktive Unterbringung in einem niedrig bauenden Straßeneinbaugerät zu
geben. Durch die Erfindung sollen die Nachteile bekannter Einrichtungen zum Messen der von auf einer
Straße fahrenden Fahrzeugen ausgeübten Belastungen vermieden und preiswerte Geräte geschaffen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zygrunde, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art so
ίο auszugestalten, daß das Meßergebnis verfälschende
Einflüsse durch Momente, Tangentialkräfte, Spiel und Rückprallen vermieden und zumindest verringert
werden und bei kleinem Bauvolumen eine für normale Fahrgeschwindigkeiten geeignete Anordnung geschaffen
wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß jede feste Stützsäule ferner ein balliges Lager und eine
Gleitscheibe umfaßt, daß die piezoelektrischen Belastungsmeßfühler
durchbrochene Scheiben sind, die von Verbindungselementen durchdrungen werden, welche
eine Vorspannung aufbringen und daß die Platte mit dem Sockel durch Horizontalblattfedern verbunden ist,
welche eine große Steifigkeit in ihrer Ebene und eine vernachlässigbare Steifigkeit in senkrechter Richtung
aufweisen, um die Übertragung der Vertikalbelastungen nicht zu stören.
Beim Passieren eines fahrenden Fahrzeuges übertragen ein oder mehrere Räder jeder Achse eine Kraft auf
die Platte. Die Vertikalkomponente dieser Last wird auf die Stützsäulen übertragen und folglich auf die
piezoelektrischen Belastungs-Meßfühler, die aus einer Quarz-Belastungs-Meßscheibe bestehen können. Jede
gibt eine elektrische Ladungsmenge ab, die der auf sie aufgebrachten Belastung proportional ist. Die Summe
dieser elektrischen Ladungen ist folglich repräsentativ
S5 für die gesamte auf die Platte aufgebrachte Belastung.
Diese Ladung stellt das Signal dar, welches durch das Gerät zur Verarbeitung der Signale ausgewertet wird.
Die Addition dieser Ladungen wird ganz einfach bewirkt durch Parallelschaltung der Meßfühler an die
Anschlüsse eines Verstärkers, der an seinem Ausgang eine Spannung liefert. Die Elektronik dieser Verarbeitungsanlage
ist daher sehr einfach.
Die Steifigkeit der piezoelektrischen Belastungsmeßfühler ist sehr hoch, viel höher als die von Dehnungsmeßstreifen-Fühiern.
Die anderen Bestandteile der Stützsäulen der Platte sind selbst ebenfalls von großer
Starrheit und Festigkeit. Die Eigenfrequenz des so aufgebauten Gliedes ist stark erhöht. Die Grenzgeschwindigkeit
für die Aufbringung der Belastung ist weit über die üblicherweise bekannten Werte gebracht.
Daraus resultiert, daß man gleichzeitig sich mit einer Platte von geringerer Breite begnügen und vermeiden
kann, die Geschwindigkeit der Fahrzeuge zu begrenzen. Ein balliges Lager je Stützsäule eliminiert Momente, die
beim Aufbringen der Kraft entstehen können und das Meßergebnis verfälschen würden. Die Ausbildung der
piezoelektrischen Belastungsmeßfühler als durchbrochene Scheiben mit Vorspannung ermöglicht Unterdrückung
von Linearitätsfehlern im Bereich des
bo Null-Punktes und damit ein lineares Meßsystem,
welches auch kleine Lastunterschiede gut zu erfassen gestattet sowie Verhinderung von Spiel und Rückprallen
beim Entlasten der Plattform, welche besonders nach.-ilig für das Wiegen schnell nachfolgender Lasten
b5 wären. Die besondere Anordnung von Horizontalblattfedern
führt zu einer Ausschaltung von Meßfehlern infolge der Tangentialkräfte der über die Plattform
fahrenden Fahrzeuge, insbesondere durch die Stoßwir-
klingen in dem Moment, wo ein Fahrzeugrad auf die Platte herauffährt oder diese verläßt. Da die Meßscheiben
durchbrochen und von einem Bolzen durchdrungen sind, der der Vorspannung dient, kann derselbe Bolzen
benutzt werden, um die Platte mit dem Sockel zu verbinden und so die Starrheit der Säule, welche die
Abstützung bildet, so zu sichern, daß keinerlei Spiel und keinerlei Möglichkeit des Rückprallens der Piatte
besteht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind auch in den Unteransprüchen behandelt.
Solche Vorrichtungen können angewandt werden bei der Kontrolle der auf eine Straße aufgebrachten
Belastungen und der Häufigkeit ihres Auftretens im Hinblick auf eine Nachrechnung der Verstärkungen
oder ihrer Instandsetzung. Sie können je nach der Größe der Platten auch auf das direkte Wiegen der
Halbachsen, der Achsen oder ganze Fahrzeuge angewandt werden. Die Resultate dieser Messungen
können die Kontrolle der eigentlichen rollenden Belastung gestatten und evtl. im Falle der Überschreitung
zulässiger Grenzen die Steuerung von Signaleinrichtungen sichern. Die Präzision der Messung setzt bei
all diesen Anwendungen voraus, daß die Anwesenheit der Platte das Längsprofil der Straße nicht stört. Zu
diesem Zweck hat man Mittel für die Anfertigung der Grube und das besonders sorgfältige Einsetzen der
Vorrichtung vorgesehen.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es
zeigt
F i g. 1 eine Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform der Einrichtung für das Wiegen von
Halbachsen;
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-1I in Fig. 1
durch die Wiegeplatte mit der Abstützung auf ihrem Sockel;
F i g. 3 einen Vertikalschnitt parallel zur Laufrichtung der Belastungen durch eine Vorrichtung zum Wiegen
von Achsen;
Fig.4 einen Teilschnitt längs der Linie IV-IV in
F i g. 3 der Vorrichtung nach F i g. 3 und
F i g. 5 ein elektrisches Schaltschema, dem die von den
piezoelektrischen Meßfühlern der beiden vorgenannten Ausführungsbeispiele stammenden Signale zugeführt
werden.
Die Einrichtung nach F i g. 1 weist eine Betongrube auf, die sich quer über die Hälfte einer am Straßenrand
angeordneten Fahrbahn erstreckt Der Rand wird von Bordsteinen 2 verkörpert. Diese parallelepipedische
Grube hat eine Länge von 1,40 m, eine Breite von 0,45 m
und eine Tiefe von 0,15 m. Der Boden 3 dieser Grube ist mit einer Entwässerungseinrichtung ausgestattet die ein
Rohr 4 und einen mit Steinen gefüllten Schacht 5 aufweist In den Boden 3 ist ein vorfabrizierter
metallischer Rahmen 6 versenkt der einen Winkeleisenhalter 7 bildet auf welchem sechs Ankerbolzen 8
befestigt sind, die sich vertikal an Punkten erheben, die dem Mittenabstand der Ankerbohrungen des mechanischen
TeUs der Einrichtung entsprechen.
Dieser mechanische Teil weist einen metallischen Sockel 10 mit sechs Ankerhülsen 11, in welche die
Ankerbolzen 8 eingeführt werden können, und drei massive Stützscheiben 12 auf. Zwei dieser Scheiben 12a
sind auf einer parallel zur Straßenachse liegenden Linie in der Nähe von deren Mitte angeordnet Die dritte
Scheibe 126 befindet sich am anderen Ende des Sockels 10 am Rande der Straße.
Auf den Stutzringen 12 kommen die weiter unten beschriebenen Scheibensäulen zur Abstützung, welche
die drei Vertikalstützen einer Platte 15 auf dem Sockel 10 bilden und welche die piezoelektrischen Belastungs-Meßscheiben
umfassen. Die Abdrücke dieser Stützen ri sind bei 14a und 14ft auf der Oberfläche der Platte 15 in
Fig. i dargestellt. Die Platte 15 ist mit einem Antirutschbelag überzogen.
In F i g. 1 ist außerdem eine Blindplatte 16 dargestellt, die dieselben Abmessungen wie die Platte 15 hat und
ίο welche es gestattet die Grube 1 zu verschließen,
nachdem der mechanische Teil der Vorrichtung herausgenommen ist Die Anwendung solcher Blindplatten gestattet es, dieselbe mechanische Wiegevorrichtung
in mehreren vorbereiteten Gruben nacheinander zu verwenden und ihre Wartung zu sichern.
Am Straßenrand erhebt sich ein Schutzkasten 17 aus Blech, der im Innern mit einem isolierenden Material
ausgekleidet ist, um Wärmeschocks auszuschalten. In diesem ist die elektrische Einrichtung angeordnet,
welche im wesentlichen einen Verstärker 18 und einen Zählschrank 19 umfaßt Dieser Schutzkasten ist mittels
eines einzigen hohlen Fußrohres 20 befestigt Durch dieses führt einerseits die elektrische Netzanschlußleitung
21 für die Speisung des Gerätes und andererseits die Ausgangsverbindungsleitungen 22 der piezoelektrischen
Meßfühler der Stützen der Platte 15 auf dem Sockel 10.
Der Aufbau dieser Stützen ist aus F i g. 2 gut erkennbar, in welcher man den Sockel 10 und die Platte
15 und eine der massiven Stützscheiben 12a längs der Ebene II-II in Fig. 1 geschnitten findet Auf der oberen
Fläche dieser Scheibe 12a ruht eine Gleitscheibe 25, über welcher die Quarz-Spannungsmeßscheibe 26
angeordnet ist, welche den eigentlichen piezoelektrisehen
Meßfühler bildet. Die Scheibe 26 wird über einen Satz von zwei ineinander greifenden konkaven und
konvexen sphärischen Scheiben belastet Auf diese drückt eine Stützmuffe 28, die mit der Platte 15 kraft-
und formschlüssig fest verbunden ist Die Stützmuffe 28 ist hohl und weist eine Schulter auf, auf welcher sich der
Kopf 29 einer in dem hohlen Teil der Stützmuffe 28 angeordneten Schraube 30 abstützt. Das Ende 31 der
Schraube 30 ist in eine Innengewindebuchse 32 geschraubt, die mit dem Sockel 10 kraft- und
formschlüssig fest verbunden ist Der Kopf der Schraube 30 verbindet die Platte 15 mit dem Sockel 10,
indem er axial die Stütze durchdringt welche von der Säule aus hohlen Scheiben 12a, 25,26 und 27 gebildet ist.
Diese Schraube, deren Kopf einen Innensechskant 33 aufweist, gestattet es, diese Stütze zu versteifen, indem
Spiel unterdrückt wird und jede Möglichkeit des Rückfederns der Platte beim Passieren der Lasten
verhindert wird. Das Anziehen oder Anspannen dieser Schraube sichert gleichzeitig die Vorspannung der
hohlen Quarzscheibe 26.
Die Platte 15 und der Sockel 10 sind zum andern durch zwei horizontal übereinander liegende Blattfedern
34 und 35 aus Federstahl verbunden. Diese Blattfedern erstrecken sich parallel zur Achse der
Straße an jedem Ende der Vorrichtung. Sie sind seitlich an der Platte mit Schraubenbolzen 37 befestigt und
zwar unter Zwischenschaltung einer Abstandshülse 38, um sie zu trennen. An dem Sockel 10 sind sie mit
Schraubenbolzen 37a unter Zwischenschaltung von Abstandshülsen 39 befestigt Diese Blattfedern absorbieren
die anderen Kräfte als die Vertikalkräfte, welche zwischen der Platte 15 und dem Sockel 10 auftreten.
Folglich werden nur die zwischen diesen beiden
Folglich werden nur die zwischen diesen beiden
Teilen auftretenden Vertiksilkräfte von den Stützen auf
die Quarzscheiben 26 übertragen. Diese setzen elektrostatische Leitungsmengen frei, die der auf sie aufgebrachten
Belastung proportional sind. Diese werden addiert durch die Parallelschaltung der Koaxialkabel 5
wie 22, welche jede piezoelektrische Scheibe 26 mit dem Verstärker 18 (Fig. 1) verbinden. Dieser ist ein
Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz. Er formt das empfangene Signal in eine Gleichspannung von
0—10 Volt für eine Last von 0—10 Tonnen je Halbachse '
um. Die Koaxialkabel sind an die Quarzscheiben mit Anschlüssen von peinlicher Sauberkeit und Dichtigkeit
angeschlossen, die eingegossen sind in eine in der Wärme schrumpfende Hülle und umhüllt von einem
ιιηΗιίΓΛίιΙαΐίΐηΓοη KjIatariol ηβΛΜαηι c·!*» 7iii'nr mi*
Difluordichlormethan (Freon) gereinigt wurden. Auf diese Weise kann die Vorrichtung im Falle von
Wassereinbruch in die Grube, welches nicht unmittelbar durch die Abflußöffnung abiließt, in Wasser eingetaucht
arbeiten.
Um die Platte genau auf das Straßenniveau zu bringen, wird der vorfabrizierte Rahmen mit Hilfe eines
nicht dargestellten Spezialhalters in seine Lage gebracht, nachdem zuvor ein Loch in der Straße
ausgehoben wurde. Der Spezialhalter umfaßt Auflagen, die auf den nicht durch den Aushub beschädigten Teil
der Straße aufgelegt werden. Der Spezialhalter trägt nicht nur den vorfabrizierten Rahmen 6, sondern
ebenfalls eine Innenschalurig für die Betonwände der Grube. Der Spezialhalter gestattet daher nicht nur die
genaue Lage des Rahmens 6 selbst, sondern ebenfalls die Lage der Wände der Grube derart präzis
festzulegen, daß die Oberfläche der Straße durch die Anwesenheit der Vorrichtung sowenig wie möglich
beeinträchtigt wird
Nach dem Abbinden des Betons wird der Spezialhalter mit der Schalung weggenommen. In der Betongrube
ist ein Eichbalken eingelassen, an welchen man Befestigungsbolzen für eine hydraulische Winde anbringen
kann, mit der man eine einstellbare Belastung auf die Platte aufbringen kann, um Nacheichungen durchzuführen.
Die so aufgebaute Vorrichtung gestattet es, das Wiegen von Halbachsen von an der Seitenkante der
Straße plazierten Fahrzeugen durchzuführen. Sie kann bis 12 Tonnen belastet werden, wobei die durch die
Dehnschrauben 30 aufgebrachte Vorspannung etwa 6 Tonnen und das Verhältnis zwischen der Steifigkeit
dieser Schrauben und derjenigen der piezoelektrischen Scheiben etwa '/«β sind.
Die in den F i g. 3 und 4 dargestellte Vorrichtung ist zum Wiegen ganzer Achsen bestimmt und weist eine
metallische Platte mit einer Länge von 3 Metern und einer Breite von 0,60 m auf, die sich quer über eine
Fahrbahn erstreckt Die Platte 40 ist mit ihren Enden auf zwei Sockeln 41 montiert, von denen einer gut in F i g. 4
erkennbar ist Die Platte 40 und die Sockel 41 sind aus Stahlblech mit eingeschweißten Verstärkungen hergestellt Die beiden Sockel 41 sind am Grund einer Grube
von 030 m Tiefe, die in die Straße eingelassen und in w
gleicher Weise wie die Grube des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispieles hergestellt ist, befestigt Am
Grund dieser Grube ragen insbesondere die Befestigungsbolzen 42 auf, welche die Basisplatte 43 des
Sockels durchdringen und diese mit Hilfe von Bundmuttern 44 und Kontermuttern 45 festhalten.
Die Platte 40 stützt sich auf jedem Sockel 41 unter Zwischenschaltung einer vertikalen Stütze wie 46
30
35 (Fig.3) ab. Die beiden Stützen sind in Richtung der
Längsachse der Platte ausgerichtet, d. h. senkrecht zur Laufrichtung der Belastungen auf der Straße. Die Platte
40 kann daher auf diesen beiden Stützen dank der Kugelgelenke, die weiter unten beschrieben werden, um
ihre Längsachse schwingen. Die Schwingungen sind durch die Anwesenheit von vier elastischen Vertikalbolzen
48 begrenzt, welche beiderseits jeder Stütze 46 auf zwei senkrecht zur Längsachse der Platte 40 liegende
Linien verteilt sind. Jeder dieser Bolzen weist einen Kopf 49, der in den oberen Teil der Platte 40
eingeschraubt ist, einen zylindrischen Schaft 50, der geeignet ist, unter der Wirkung der auf ihn aufgebrachten
Spannungen in seinem Elastizitätsbereich zu arbeiten, und ein mit Gewinde versehenes Ende 5!, auf,
welches an dem Sockel mit zwei Bundmuttern 52 und 53 befestigt ist. Die Bolzen 48 sind derart angespannt, daß
sie die Platte 40 und den Sockel 41 gegeneinander drücken mit einer Kraft, die ausreicht, um jedes Spiel in
der Stütze 46 und jedes Zurückfedern der Platte zu verhindern.
Diese Bolzen begrenzen das Kippen der Platte um ihre Schwingachse beim Passieren der Belastungen. Sie
übertragen auf die Platte ein Gegenmoment, indem sie wechselweise unter einfachem Zug und unter einfachem
Druck arbeiten.
Jede dieser Stützen 46 weist einen Bolzen 55 auf, der an seinem unteren Teil 56 in einem Zylinder 57 geführt
ist, welcher am Sockel 41 mit Schrauben 58 festgemacht ist Der Bolzen 55 weist einen Kopf auf, der mit zwei
sphärischen oberen und unteren Lagern 59 und 60 versehen ist, die sich auf zwei entsprechenden
sphärischen, konkaven Scheiben 61,62 abstützen, wobei diese Einheit ein Kugelgelenk bildet Diese Scheiben
sind, eine in den unteren Teil und die andere in den oberen Teil einer zylindrischen Bohrung 63 eingesetzt,
die in die Platte 40 eingearbeitet ist und in welcher sie ohne jedes seitliche Spiel peinlich genau gehalten
werden. Die untere sphärische Scheibe 62 wird in ihrer zylindrischen Lagerung durch einen Deckel 64 gehalten,
der an der Platte 40 mit Schrauben 65 befestigt ist
Die Vertikalbelastung der Platte 40 wird über den Bolzen 55 auf eine piezoelektrische Belastungsmeß-Scheibe
aus Quarz 67 übertragen, welche sich unter seinem unteren Teil 56 befindet Diese Scheibe 67 wird
mit Hilfe einer Schraube 68, die in eine Innengewindebohrung 69 am Ende des Bolzens 55 eingreift und deren
Kopf 70 sich am Sockel 41 abstützt, vorgespannt Auf diese Weise findet sich die Scheibe 67 mit einer
eingestellten Vorspannung zwischen dem Zapfen 55 und dem Sockel 41 eingespannt, ohne daß die Reibungskraft
in dem Kugelgelenk, welches den Zapfen 55 und die Platte 40 verbindet, deshalb vergrößert würde. Die
Platte 40 ist überdies mit dem Sockel 41 durch Horizontalblattfedern 72 aus Federstahl verbunden, die
in Richtung des auf der Straße fließenden Verkehrs angeordnet sind und welche eine große Quersteifigkeit
aufweisen, um Stoßwirkungen zu absorbieren, ohne die
Übertragung der Vertikalkräfte auf die Stützen 46 zu beeinflussen. Diese beiderseits der Stützen 46 angeordneten Blattfedern sind lings ihrer Seitenkanten
einerseits an der Platte 40 mit Hilfe von Klemmplatten 73 und Schrauben 74 und andererseits am Sockel mit
Hilfe von Klemmplatten 75 und Schrauben 76 befestigt Die piezoelektrischen Belastungs-MeBscheiben 67 geben eine der auf sie übertragene Belastung proportionale Elektrizitätsmenge an einen Verstarker ab, an
welchen sie parallel angeschlossen sind. Diese Vorrich-
tung ist geeignet, Belastungen aufzunehmen, die bis zu
24 Tonnen gehen. Sie ist in einer Grube angeordnet, die in derselben Art aufgebaut ist wie die oben beschriebene.
Die elektrische Anlage, welche geeignet ist, mit den
beiden Arten von Geräten benutzt zu werden, kann außer einem Verstärker 80 mit hoher Impedanz (Fig. 5),
welcher eine Gleichspannung abgibt, die zwischen 0 und 10 Volt schwankt, eine Zähleinrichtung umfassen. Diese
weist einen Spannungsdiskriminator 81 auf, der acht Vergleichsspannungen empfängt, die von einer serienparallelen
Spannungsteilerbrücke 82 abgegeben werden, und an den acht Zählpfade Vj, Vi, ..., Vi
angeschlossen sind. In jeden dieser Pfade ist ein bistabiles Glied (B\, B?, .. _ Bt) eingeschaltet, dem ein
UND-Glied (n\, m, .., ng) und schließlich ein
elektromechanischen Zähler (Q, Ci,.., Cs) nachgeschaltet
sind.
Wenn ein Signal vom Verstärker 80 dem Diskriminator 81 zugeführt wird, gibt dieser ein Signal auf alle
Pfade, für welche die Spannung des empfangenen Signals größer als die Vergleichsspannung ist Die
entsprechenden bistabilen Glieder werden dann in den Zustand »1« umgeschaltet
Das vom Verstärker abgegebene Signal wird gleichzeitig einem Komparator 83 zugeführt der den
zweiten Eingang (Eingang 0) des bistabilen Gliedes Si
steuert Daraus resultiert, daß vom Verschwinden des Signals am Ausgang des Verstärkers 80 an das bistabile
Glied B\ auf »0« rückgestellt wird (Ausgangszustand), was das Ansprechen eines monostabilen Gliedes M\
auslöst, das einen 23 ms-Zählimpuls abgibt währenddessen
der Zustand der anderen bistabilen Glieder unverändert bleibt
Die Verbindung zwischen den Verknüpfungsgliedern m,.., /fe und den bistabilen Gliedern Bt-Bg ist derart,
daß jedes auf einem Zählpfad erregte bistabile Glied dem UND-Glied dieses Zählpfades ein »wahres« Signal
und dem UND-Glied des vorhergehenden Pfades ein »falsches« Signal zuführt Daraus resultiert, daß der
Zählimpuls nur das UND-Glied passiert welches dem erregten bistabilen Glied mit dem höchsten Index
entspricht. Nur der Zähler, der diesem Pfad entspricht, wird folglich betätigt. Das Ende des Zählimpulses von
M\ triggert ein zweites monostabiles Glied Mi, das einen
Rückstellimpuls auf »0« für die bistabilen Glieder Bi und
folgende abgibt.
Beim schnellen Überfahren eines Doppelachsfahrzeuges besteht die Gefahr, daß die elektromechanischen
Zähler G-Ce die Last der zweiten Achse nicht registrieren können. Man vermeidet diesen Nachteil,
ίο indem man nach dem Ende des Signals, welches von der
ersten Achse hervorgerufen ist, den Anfang der
Auswertung des Signals, welches von dem Überfahren der zweiten Achse herrührt zeitlich hinausschiebt
Zu diesem Zweck wird ein monostabiles Glied Aft
durch den auf »0« rückstellenden Impuls, der von Mi
ausgeht, getriggert Es gibt ein Signal, welches das Rückstellen auf »0« von B\ während einer Zeit von
72 ms verhindert Als Folge davon kann bis zum Ablauf dieser Zeit kein neuer Zählimpuls abgegeben werden.
Wenn inzwischen ein zweites Signal vom Verstärker 80 abgegeben wurde, bleiben die bistabilen Glieder erregt
bis zum Ende dieser Periode, vergrößert um die Dauer des neuen Zählimpulses, der von M\ abgegeben wird.
Wenn die Zeit zwischen zwei Signalen größer als 72 + 23 -= 95 ms ist tritt die Vorrichtung nicht in
Wirkung. Die Zeit von 95 ms entspricht einer Entfernung von 3,16 m, zurückgelegt bei 120 km/h. Wenn man
annimmt daß die Entfernung zwischen den Achsen eines doppelachsigen Fahrzeugs 1,25 m beträgt wird
das System von 47 km/h an arbeiten.
Die Beschreibung dieser Einrichtung zum Verarbeiten der empfangenen Signale, die von den piezoelektrischen
Meßfühlern abgegeben werden, ist nur eine als Beispiel gegebene Veranschaulichung, und verschiedene
Ergänzungsschaltungen und -geräte können ihr angefügt werden. So kann man beispielsweise gleichzeitig
eine grafische Registrierung des Signals, beispielsweise mit Hilfe eines Oszillographen, bewirken. Man kann
außerdem die Auslösung eines Licht- oder Tonsignals
oder selbst einer Schranke (beispielsweise einer Abtauschranke) durch die Vorrichtung zur Erfassung
der Maximalbelastungen steuern lassen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Vorrichtung zum Messen der Belastungen, die
durch Fahren von Fahrzeugen auf einer Straße aufgebracht werden, welche eine mit der Oberfläche
der Straße fluchtende Platte aufweist, die mit Hilfe von wenigstens zwei als Säulen ausgebildeten, festen
Vertikalstützen auf einem in einer Grube befindlichen Sockel montiert ist, wobei jede Vertikalstütze
mindestens einen piezoelektrischen Meßfühler für die Vertikalbelastungen, die von der Platte auf den
Sockel übertragen werden, umfaßt, und ein Gerät zur Verarbeitung der Signale des Meßfühlers
vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede feste Stützsäule (12; 46) ferner ein balliges
Lager (27; 59,60) und eine Gleitscheibe (25; 6t, 62)
umfaßt, daß die piezoelektrischen Belastungsmeßfühler
(26; 67) durchbrochene Scheiben sind, die von Verbindungselementen (30, 68) durchdrungen werden,
welche eine Vorspannung aufbringen und daß die Platte (15; 40) mit dem Sockel (10; 43) durch
Horizontalblattfedern (34, 35; 72) verbunden ist, welche eine große Steifigkeit in ihrer Ebene und eine
vernachlässigbare Steifigkeit in senkrechter Richtung aufweisen, um die Übertragung der Vertikalbelastungen
nicht zu stören.
2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (15; 40) an dem
Sockel (10; 43) mit elastischen Bolzen (30; 48) angebracht ist.
3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen
Meßfühler unabhängig von den Stützen, denen sie angehören, vorgespannt sind.
4. Meßvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Vertikalstützen
(46), welche auf einer Linie senkrecht zur Fahrtrichtung des Verkehrs ausgerichtet sind, und
elastische Bolzen (48), die die Platte ^40) und den Sockel (43) beiderseits dieser Linie verbinden,
aufweist.
5. Meßvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (30), welche
die Platte (15) und den Sockel (10) verbinden, die Vertikalstützen (12) durchdringen und die Vorspannung
der Fühler (26) sichern.
6. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen
Meßfühler (26; 67) parallel an einen Verstärker (18) angeschlossen sind.
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