用于测量结构中的拉力负荷和/或压力负荷的力测量装置

摘要

本发明涉及一种用于测量一结构中例如集装箱-锁紧螺栓中的拉力负荷和/或压力负荷的力测量装置(1)，其中力测量装置(1)设计为棒状，且传感器部段(11)检测在负荷下所述结构的拉伸和/或镦粗。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量一结构中-例如螺栓、钩件、支座、支柱 等中-的拉力负荷和/或压力负荷的力测量装置。力测量装置包括力测量 传感器和棒状传感器支座且确定用于插入受负荷的结构中，从而在负荷 下所述结构的拉伸和/或镦粗被传递到力测量装置上并能够由其力测量 传感器来检测。

发明内容

本发明的目的在于，实现一种成本经济的用于结构中的力测量的解 决方案。此外，应该实现一种结构，其可以用于评估拉力、悬挂负荷， 优选用于起重设备或起重机。该目的借助于在权利要求中定义的力测量 装置来实现。

在本发明的优选的设计方案中，力测量装置具有螺栓状的轮廓，其 在一个端部上具有螺钉头，该螺钉头可以与螺钉套筒扳手接合。可以考 虑其它任意工具接合面作为螺钉头，例如像包含孔的面，该孔可以与作 为工具的销钉接合。因此，下文中也称为力测量销钉或拉伸测量螺钉。

力测量销钉在头部之后具有螺纹段，力测量销钉可以利用螺纹段旋 入孔中。在另一个端部上力测量销钉具有：尖端，待测量的力可以通过 所述尖端被导入力测量销钉中；中部部段或前部部段，力测量传感器固 定在该中部部段或前部部段中。力测量传感器由能够记录拉伸和镦粗的 元件组成。传感器优选为金属薄膜元件，该金属薄膜元件焊入到力测量 销钉的结构中。

至少四个测量电阻集成在薄膜测量元件上。其中两个测量电阻用于 记录拉伸而两个测量电阻用于记录镦粗。电阻通过惠斯通电路进行分析 并通过未示出的电缆衬垫(Kabeldurchführung)延伸至另一个螺栓端部， 至螺钉头，并通过电子设备分析或通过显示器输出。

焊入的力测量传感器成为拉伸测量螺栓的结构的组成部分并在拉 伸测量螺栓受到负荷或去负荷时弹性形变或变形。弹性变形或形变通过 拉伸测量螺栓的尖端被导入并通过螺纹段导出。此处受到负荷的传感器 -测量电阻产生被分析的电阻变化。通过传感器构造得到的特别的优点是 传感器构造长时间地温度稳定且零度稳定，该传感器构造可以视作在金 属传感器体和测量的层之间的原子复合结构。优选使用由不锈钢制成的 薄膜测量传感器，其具有玻璃层。又在玻璃层上气相喷镀了金属类型的 测量电阻，并且该测量电阻具有接触垫并例如通过电缆连接和分析。

这种螺栓例如安置在负荷测量挂钩的结构中。为此，负荷测量挂钩 具有中心孔，该中心孔在上部端部处具有螺纹。拉伸测量螺栓插入到该 孔中并被拉紧和加载预应力。此处在上部螺钉头处优选始终存在一些空 气，或者螺钉头与负荷测量挂钩或者与负荷测量挂钩的上表面保持略微 间隔开。因此这样导致了，当螺栓以定义方式被拉紧和固定时，螺栓在 孔底部中与负荷测量挂钩接触；并且力测量螺栓被加载预应力。通过借 助于螺钉套筒扳手施加的力、在螺栓上与负荷测量挂钩接合的上部螺纹 上如此使力测量螺栓的中部和上部部段承受应力，使得分别设定确定的 预负荷，在预负荷的情况下传感器元件经受预定义的预应力。下面在负 荷挂钩不受负荷时通过测量式电桥分析该得到的变形，并且将其定义为 零点。

当负荷测量挂钩受到负荷时，负荷测量挂钩在长度上拉伸并且处于 预应力下的力测量螺栓部分地去负荷。

如果在预应力下由不锈钢制成的圆形的力测量传感器略微成椭圆 地变形，那么在负荷挂钩受到负荷时通过去负荷实现测量电阻中的变 化。在圆形的力测量传感器去负荷时，其又从椭圆形状变回之前的圆形 形状。

根据负荷测量挂钩受到的负荷，借助于负荷测量挂钩上的负荷可线 性配属该测量部段的变形或去负荷。负荷测量挂钩也可以为螺栓，其从 外部保持在外部部段上，其中其下部自由端部具有突出部，该突出部具 有用于力挂件的形状配合接纳部。

在使用四个这种螺栓时，该螺栓优选也能锁紧在集装箱角部中且在 起重设备中可用于集装箱。

例如在此也分别分析螺栓、集装箱的所有四个角部处的测量信号并 确定集装箱的总重量。

因此，即使在集装箱升高时也可以确定，是否集装箱在其下部部段 上仍锁紧在接纳部上或者被悬空地接纳。

此外，对按规定锁紧的、悬空悬挂的集装箱来说，通过分析每四个 利用这种描述的测量技术设计的螺栓可以推断出集装箱本身中的负荷 分布、装载分布。

当检测到一个螺栓相对于其它螺栓的不允许的负荷时，也可以推断 集装箱在升高时夹紧，并触发起重机的快速关掉。

附图说明

图1示出了力测量销钉；

图2示出了力测量销钉的传感器部段；

图3示出了负荷挂钩中应用的力测量销钉；

图4示出了用于集装箱的起重设备，该集装箱通过负荷挂钩与起重 设备连接，负荷挂钩具有布置在其中的力测量销钉。

具体实施方式

图1至图3中示出的力测量销钉1在其上部端部2处优选具有用于 与螺钉套筒扳手接合的六角部3，利用该螺钉套筒扳手可以把力测量销 钉1旋入到结构中。为此，力测量销钉在六角部3下方具有螺纹段4以 及用于O形环6的凹槽5，利用O型环可以密封在负荷测量挂钩 (Lastmesshaken)中的下部孔部段或者力测量销钉1的近似棒状的下部 部段7。力测量销钉1用作传感器支座，其中传感器装置8布置在下部 部段7中。从而防止传感器装置8受到污染。

此外，力测量销钉1在与上部端部2对置的尖端上包括：带有优选 球形端面或者用于导入预应力的测量点10的接触部段9；和带有圆形薄 膜传感器12的传感器部段11或测量部段，该薄膜传感器具有四个测量 电阻13，以便记录镦粗或者说收缩(Stauchung)和拉伸并将其转化为 力测量信号。

该测量部段11优选具有各一个退刀槽14、15，从而力中心地作用 到薄膜传感器12上并可以使变形最大化。根据其中具有力测量传感器 12的传感器部段11的直径，力测量销钉1可以与期望的负荷范围和测 量范围匹配。

然而，用于拉伸测量螺栓的测量区域不仅可以通过退刀槽14、15 的或者直径的变化而改变，而且也可以通过在此示出的套管16来改变， 套管可以在测量部段11上移动并可在螺纹段17中与力测量销钉1螺纹 连接。如果该套管16在外部在测量部段上移动和拉紧，那么包含的力 不仅通过力测量销钉1在测量部段11中引导，而且也部分地通过外部 套管16引导。通过这种刚性的这种变化实现了，测量部段11不承受全 部负荷，而是仅承受在中心处通过螺栓或力测量销钉1引导的那部分。 因此，根据外部套管16的实施方式，围绕传感器12引导较大部分的力。 因此，力测量销钉1可以通过不同的套管16设定不同的力负荷。同样 可以考虑，借助于拉紧所述套管16或松开套管16可以在两个测量区域 之间在一定程度上来回切换。

图2示出了该力测量销钉1的测量部段11。在此示出圆形的薄膜传 感器12，薄膜传感器借助于四个测量电阻13来记录镦粗和拉伸。薄膜 传感器12可以-像此处示出的那样-以焊入或者粘入或压入的方式， 即材料配合、传力配合或形状配合地与力测量销钉1连接。

此外，可以考虑薄膜传感器12以旋转45度角的方式插入。

此处图2中以虚线示出的形状18是负荷下的薄膜传感器12。在此， 圆形的传感器12为椭圆形形状。负荷施加到力测量销钉1上，其中力 测量销钉以预定的方式旋入一结构中，例如负荷测量挂钩中并拉紧。此 处，优选可以确定拉紧时的转矩或者在力测量销钉1的预定义的长度上 拉紧(anziehen)。因此，在把该负荷施加在不受负荷的负荷测量挂钩 时，传感器12以定义方式变形，并在此将被评估的电信号通过四个测 量电阻13或惠斯通电桥定义为零点。当负荷测量挂钩或者待分析的结 构受到负荷时，其部分地拉伸且在该结构中预加应力的力测量销钉1部 分被去负荷。

该去负荷可以在薄膜传感器12中进行分析并通过电子设备分析作 为测量值并以模拟或数字方式输出。

图3示出这种负荷测量挂钩19，其具有中心孔20，力测量销钉1 旋入在孔中。在此，通过孔底部21把力导入力测量销钉1的尖端9上， 并通过传感器元件12向上继续传递至螺纹接纳部4。在上部部段中示出 螺纹4和螺钉头2，通过它们把力导出。

例如，这种负荷测量挂钩19可旋转地以其两个外部肩部22放置。 负荷测量挂钩19在下部端部上具有接纳部23，该接纳部可以借助于形 状配合锁紧在未详细示出的集装箱中。在此，这种轮廓优选被旋转以用 于锁紧并与集装箱接合，其中分别在所有角部上使用四个。

在螺纹段4和传感器部段11之间和/或在传感器部段11和接触部段 9之间可以分别布置中间部段24。

图4中示例性示出负荷测量挂钩19的应用例子，该负荷测量挂钩 19具有布置在其中的力测量销钉1。起重设备25，例如集装箱桥，具有 高度可调的接纳设备26，该接纳设备的矩形造型适合集装箱27的尺寸。 在所有四个角部，接纳设备26通过负荷测量挂钩19与集装箱27连接。 如果接纳设备26被起重设备25抬起，那么负荷测量挂钩19在接纳部 23处与集装箱27接合并抬起集装箱27。负荷测量挂钩19承受拉力并 基于集装箱27的重量沿纵向拉伸。负荷测量挂钩19的长度变化导致位 于负荷测量挂钩19中的中心孔21的相应的拉伸，并导致被加载预应力 的并进而变形的力测量传感器12被去负荷，该力测量传感器位于力测 量销钉1的传感器区域11中，该力测量销钉布置在负荷测量挂钩19的 中心孔21中。集装箱27的重量越大，则当集装箱27抬升时负荷测量 挂钩19的拉伸程度越大且被加载预应力的力测量传感器12的形变越 大，可对力测量传感器的测量信号进行评估。

本发明不局限于前文详细描述的实施例。可以在随后的权利要求书 的范围内修改实施例。此外可考虑，力测量销钉1也可以旋入其它结构 中，例如像用于支承墙的固定锚件或者其它机器部件或固定工具。