Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und/oder zur Bestimmung des Zustandes einer Kraftmessvorrichtung mit mindestens einem, einen Innenraum aufweisenden Gehäuse und mit mindestens einer, im Innenraum des mindestens einen Gehäuses eingebauten Kraftmesszelle, sowie eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Kraftmessvorrichtung.

Viele Kraftmessvorrichtungen, insbesondere gravimetrische Messgeräte wie beispielsweise Waagen, Thermogravimetriegeräte, Messgeräte zur gravimetrischen Feuchtigkeitsbestimmung, Wägemodule für Tankanlagen und Reaktorbehälter, Wägemodule und Mehrfachwägevorrichtungen in Abfüll- und Verpackungsanlagen, aber auch Drehmoment- und Beschleunigungsmessvorrichtungen werden hinsichtlich ihrer teilweise sehr aggressiven Einsatzumgebung mit wirkungsvollen Massnahmen vor Zerstörung geschützt. Diese Schutzmassnahmen sind auf die Einsatzumgebung angepasste Gehäuse, welche entsprechende Vorschriften im Bezug auf das Eindringen von Staub, Feuchtigkeit und dergleichen erfüllen müssen, wie diese beispielsweise in den Ingress Protection Ratings nach EN60529 klassifiziert sind.

Hochlast- Kraftmesszellen für Wägemodule, so genannte Tank- oder Reaktorbehälter-Wägemodule sind beispielsweise in gasdicht verschweissten, rostfreien Stahlgehäusen eingebaut. Die in solchen Gehäusen untergebrachten Kraftmesszellen arbeiten problemlos, solange das Gehäuse die das Wägesignal beeinträchtigenden Umwelteinflüsse von der Kraftmesszelle fernhält. Meistens werden die Kraftmesszellen bei undichten Gehäusen auch nicht schlagartig zerstört, es findet vielmehr eine schleichende Zerstörung statt, welche häufig erst spät festgestellt wird. Sofern die Messeinrichtung in Industrieanlagen mit hohem Automatisierungsgrad eingebaut ist, kann ein Defekt der Messeinrichtung zu langer Ausfallzeit der Anlage oder zu fehlerhaften Produkten führen.

Je nach Umgebungsbedingungen müssen die Kraftmessvorrichtungen nicht zwingend hermetisch gekapselt sein. Einfachere und kostengünstigere Gehäuse mit berührungsfreien Durchführungen wie sie beispielsweise in der DE 101 49 606 C2 offenbart werden, können ebenfalls in der Industrieumgebung eingesetzt werden. Auch normale Waagengehäuse erfüllen bei entsprechenden Umgebungsbedingungen ihren Zweck. Allerdings kann durch einen Manipulationsfehler zum Beispiel Flüssigkeit ins Innere des Gehäuses eindringen und die relative Feuchte des Gehäuseinnenraumes derart erhöhen, dass Teile der Kraftmesszelle oder die Elektronik- Komponenten der Signalverarbeitung korrodieren.

Oftmals werden Kraftmessvorrichtungen bis zu ihrer Inbetriebnahme über weite Strecken transportiert und zwischengelagert. Dabei kann sich in ungeeigneter Transport- oder Lagerumgebung im Gehäuseinnern ein Kondensat bilden, das die Messperformance empfindlich beeinträchtigen kann.

Die Inspektion der Kraftmesszelle ist je nach umgebendem Gehäuse mit sehr hohem Aufwand verbunden oder gar unmöglich. Eine periodische Überprüfung der in Anlagen eingesetzten Kraftmessvorrichtungen ist aufwändig und teuer.

In der EP 1 347 277 B1 wird eine Kraftmesszelle offenbart, die zusätzlich einen Temperatursensor aufweist. Die analogen Signale der Kraftmesszelle werden mittels einer ersten Wandlerschaltung und die vom Temperaturfühler abgegebenen analogen Signale mittels einer zweiten Wandlerschaltung in zweiwertige pulsweitenmodulierte Signale gewandelt. Diese Signale werden über Verbindungsleitungen zu einem Prozessormodul übertragen und von diesem mittels aus einem Speichermodul abrufbaren Kompensationsdaten weiter verarbeitet. Durch die Verarbeitung der Kraftmesszellen- Signale mit den Temperatursensor- Signalen wird die Temperaturdrift der Wägezelle korrigiert. Durch die Behandlung des Wägesignals in dieser Art können zwar die Einwirkungen der Umwelt auf das Wägeergebnis ausreichend kompensiert werden, der eigentliche Zustand der Kraftmesszelle ist aber dadurch nicht ermittelbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung und/oder zur Bestimmung des Zustandes einer, in einem Gehäuse angeordnete Kraftmesszelle anzugeben, ohne dass dieses Gehäuse zwecks Zustandsbestimmung der Kraftmesszelle geöffnet werden muss.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren und einer Kraftmessvorrichtung gelöst, welche die im Anspruch 1 bzw. 14 angegebenen Merkmale aufweisen.

In einem Verfahren zur Überwachung und/oder zur Bestimmung des Zustandes einer Kraftmessvorrichtung mit mindestens einem, einen Innenraum aufweisenden Gehäuse und mit mindestens einer, im Innenraum des mindestens einen Gehäuses eingebauten Kraftmesszelle wird durch mindestens ein im Innenraum des Gehäuses oder mindestens ein, am Gehäuse angeordneter Sensor mindestens ein, die Lebensdauer der Kraftmesszelle beeinflussender Parameter des Innenraumklimas gemessen und ein, dem gemessenen Parameter des Innenraumklimas entsprechendes Sensorsignal an eine Recheneinheit und/oder an eine Ausgabe übermittelt.

Sofern der Parameter des Innenraumklimas auch das Wägesignal der Kraftmessvorrichtung beeinflusst, kann durch den mindestens einen Sensor oder durch einen zusätzlichen Sensor ein dem gemessenen Parameter des Innenraumklimas entsprechendes Sensorsignal der Recheneinheit zugeführt und in der Recheneinheit mit einem oberen Benutzungsgrenzwert und/oder einem unteren Benutzungsgrenzwert verglichen werden. Bei Verletzung eines dieser Benutzungsgrenzwerte wird das Sensorsignal oder ein Ausgabesignal der Recheneinheit an eine Ausgabe übermittelt.

Selbstverständlich kann durch den mindestens einen Sensor auch kontinuierlich oder periodisch und/oder zufällig ein Sensorsignal mindestens eines, die Lebensdauer der Kraftmesszelle und/oder das Wägesignal beeinflussenden Parameters des Innenraumklimas ermittelt werden.

Eine kontinuierliche Erfassung der Sensorsignale hat den Vorteil, dass der ganze Signalverlauf des Sensors vorhanden ist, welcher über die Belastungshöhe und Belastungsdauer des entsprechenden Parameters des Innenraumklimas auf die Kraftmesszelle Auskunft gibt und dadurch zur Berechnung der Restlebensdauer herangezogen werden kann.

Zufällig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Signalerfassung oder Signalgenerierung nicht nach einem fixen Zeitablauf ausgelöst wird sondern beispielsweise durch einen Zufallsgenerator oder durch den Benutzer initialisiert wird. Diese Initialisierung kann die Erfassung eines einzelnen Signals verursachen, jedoch aber auch über eine vorbestimmte Zeit eine periodische Signalerfassung auslösen.

Vorzugsweise wird durch den mindestens einen Sensor die Veränderung mindestens eines, die Lebensdauer der Kraftmesszelle und/oder das Wägesignal beeinflussenden Parameters des Innenraumklimas detektiert, und ein dieser Veränderung entsprechendes Sensorsignal ermittelt. Dieses Sensorsignal kann automatisch an die Ausgabe oder Recheneinheit weitergeleitet werden.

Unter dem Begriff Recheneinheit werden alle signalverarbeitenden Elemente wie analoge Schaltkreise, digitale Schaltkreise, integrierte Schaltkreise, Prozessoren, Computer und dergleichen verstanden, die die durch den Sensor generierten Sensorsignale mit bereits in der Recheneinheit gespeicherten oder eingestellten Werten vergleicht. Diese Werte, insbesondere Maximalwerte, Schwellwerte und Benutzungsgrenzwerte können aus Regelwerken wie nationalen oder internationalen Normen stammen, aus Vergleichsmessungen ermittelt oder vom Hersteller der Kraftmessvorrichtung festgelegt worden sein.

Maximalwerte und Schwellwerte sind meist abhängig von der Auslegung der Kraftmessvorrichtung und werden in der Regel durch den Hersteller, eventuell aber auch durch den Benutzer festgelegt. Schwellwerte definieren Zustandsgrenzwerte, bei deren Überschreitung ein bleibender Schaden an der Wägezelle verursacht wird, dieser bleibende Schaden aber die Kraftmessvorrichtung nicht prinzipiell unbrauchbar macht. Durch erneute Kalibrierung der Kraftmessvorrichtung nach dem Überschreiten des Schwellwertes kann die Veränderung kompensiert werden. Eine mehrfache Überschreitung des Schwellwerts kann eine schrittweise Zerstörung der Kraftmessvorrichtung bedeuten, bis hin zu einem Zustand, der nicht mehr mittels einer Kalibrierung kompensiert werden kann. Dieser Zustand wird im Maximalwert ausgedrückt und abgebildet. Selbstverständlich kann ein Maximalwert auch durch ein einmaliges Ereignis erreicht werden, sofern sich die im Gehäuse herrschenden Innenraumklima-Werte sehr stark verändern oder weitere Einwirkungen wie beispielsweise Schläge auf die Kraftmessvorrichtung zur Zerstörung derselben führen.

Diese Werte können in geeigneter Form in der Recheneinheit gespeichert sein. Dabei kann die Kraftmessvorrichtung bei Bedarf auch mehrere Recheneinheiten aufweisen, beispielsweise kann für jeden eingebauten Sensor eine eigene Recheneinheit vorhanden sein. Als Benutzungsgrenzwerte sind beispielsweise festgelegt:

• Luftdruckgrenzen nach OIML R60: +95kPa bis +105kPa
• Temperaturgrenzen nach OIML R60: Klasse II, +10°C bis +30°C Klasse III, -10°C bis +40°C

Die Benutzungsgrenzwerte definieren den Innenraumklima-Wertebereich, in welchem die Kraftmesszelle betrieben werden darf ohne die zulässigen Messergebnistoleranzen der Kraftmessvorrichtung zu verletzen.

Der Begriff Ausgabe steht für alle analog beziehungsweise digital arbeitenden Übermittlungs-, Melde- und Warnsysteme die geeignet sind, die durch den Sensor erzeugten Sensorsignale eines Innenraumklima- Parameters oder ein Ausgangssignal der Recheneinheit durch geeignete Mittel wie Ton, Licht, Vibrationen, elektrische Signale, elektromagnetische Impulse, numerische Ausgaben und dergleichen mehr darzustellen oder an weitere Geräte, beispielsweise weitere Ausgaben, Leitsysteme, Terminals und dergleichen zu übermitteln. Die Ausgabe kann deshalb auch ein Transponder oder Transmitter sein, welcher die Sensorsignale und/oder Ausgangssignale beispielsweise an ein portables Gerät sendet. Mittels der Ausgabe kann eine Warnung an den Benutzer ausgegeben, das Ereignis an eine Speichereinheit weitergesendet oder sogar der Hersteller oder dessen Servicestelle beispielsweise über Internetverbindungen direkt alarmiert werden.

Alle Sensoren können aktive Systeme sein, die eine Veränderung selbständig detektieren und ein Sensorsignal an die Recheneinheit und/oder an die Ausgabe weiterleiten. Aber auch passive Sensoren sind verwendbar, wobei die Sensorsignale durch die Recheneinheit periodisch abgefragt werden. Die so erfassten Daten erlauben bereits eine grobe Berechnung der Restlebensdauer, indem bei jeder Verletzung eines Schwellwertes oder Maximalwertes ein vordefinierter Betrag von der vordefinierten Lebensdauer subtrahiert wird. Eine kontinuierliche Erfassung der Sensorsignale analog einem Signalverlauf erlaubt aufgrund der miterfassten Zeitabschnitte eine sehr genaue Berechnung der Restlebensdauer.

Die erfindungsgemässe Anordnung mindestens eines Sensors innerhalb des Wägezellengehäuses erlaubt somit den aktuellen Zustand der Wägezelle zu ermitteln und im Falle mehrerer auftretender Schwellwertverletzungen gegebenenfalls auch die Restlebensdauer zu berechnen. Dabei wird das von einem Sensor ermittelte Sensorsignal in der Recheneinheit mit wenigstens einem Schwellwert verglichen und nach Überschreiten dieses Schwellwerts

1. a) eine entsprechende Belastung registriert;
2. b) eine entsprechende Belastung registriert und die Summe aller Belastungen berechnet oder
3. c) eine entsprechende Belastung registriert und die Summe aller Belastungen berechnet und durch Vergleich mit einem Maximalwert der zulässigen Belastungen eine zulässige Restbelastung oder Restlebensdauer berechnet.

Die Summe der Belastungen beziehungsweise die Restlebensdauer, kann entweder über die Ausgabe von der Recheneinheit abgefragt werden oder die Recheneinheit übermittelt automatisch bei jeder Registrierung einer entsprechenden Belastung, diese Angaben in Form von Ausgangssignalen an die Ausgabe. Dieses Ausgangssignal kann verschiedene Aktionen wie eine Alarmierung oder eine Kalibrierung auslösen, beziehungsweise den Messvorgang der Kraftmessvorrichtung unterbrechen.

Grundsätzlich ist es unerheblich, wo der Sensor innerhalb des Gehäuses installiert ist. Er kann an der Innenseite des Wägezellengehäuses oder an der Wägezelle selbst angebracht sein oder auch beispielsweise in der Platine der Signalverarbeitung integriert sein. Sogar an der Aussenseite des Wägezellengehäuses ist eine Anordnung des Sensors vorstellbar, sofern eine geeignete Verbindung zwischen dem Innenraum und dem Sensor besteht, um einen entsprechenden Parameter des Innenraumklimas genügend genau zu erfassen. Zum Beispiel kann ein Temperatursensoren auf der Gehäuse- Aussenseite angebracht sein, wenn die Sensor- Kontaktfläche des Gehäuses einen ausreichende Wärmekonvektion vom Innenraum zum Sensor gewährleistet. Auch Drucksensoren können an der Aussenseite des Gehäuses angebracht sein, sofern eine entsprechende Verbindung zum Innenraum hergestellt ist oder das Gehäuse zumindest eine membranförmig ausgebildete Stelle aufweist, vermittels deren Dehnung der Parameter Druck des Innenraumklimas erfasst werden kann.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird die Summe aller Belastungen die auf die Kraftmesszelle einwirken, durch Integration

1. a) des gesamten Verlaufs der Sensorsignale des mindestens einen Sensors oder
2. b) des Verlaufs der Sensorsignale des mindestens einen Sensors nach Überschreiten eines Schwellwerts oder
3. c) der Zeitabschnitte während derer die Sensorsignale des mindestens einen Sensors über dem bzw. den Schwellwerten liegt,

Das der Ausgabe zugeführte Sensorsignal oder das Ausgangssignal der Recheneinheit kann verschiedene Aktionen wie eine Alarmierung, beispielsweise über ein Warnsystem oder ein Meldesystem auslösen und/oder einen Messvorgang der Kraftmessvorrichtung unterbrechen. Auch die Löschung einer Bereitschaftsanzeige, welche anzeigt, dass die Kraftmessvorrichtung betriebsbereit ist, ist denkbar.

In einer Weiterbildung kann das mindestens eine Sensorsignal oder das Ausgangssignal auch einen automatischen Kalibriervorgang der Kraftmesszelle auslösen oder vom Benutzer/Hersteller eine manuell durchgeführte Kalibrierung verlangen.

In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden zur Kontrolle des mindestens einen Sensors dessen an die Recheneinheit übermittelten Sensorsignale zumindest periodisch in der Recheneinheit durch einen Vergleich mit in der Recheneinheit gespeicherten oder durch die Recheneinheit gebildeten Verifizierungswerten und Verifizierungstoleranzwerten überprüft und beim Verletzen der Verifizierungswerte und/oder Verifizierungstoleranzwerte ein Fehler registriert und an die Ausgabe übermittelt. Die Verifizierungswerte sind abhängig vom verwendeten Sensor und werden meistens vom Hersteller des Sensors mitgeliefert. Wird während des Betriebs der Kraftmessvorrichtung beispielsweise ein Sensorsignal vom Sensor geliefert, das aufgrund der physikalischen Gegebenheiten nicht auftreten kann, wird dies durch die Verifizierung der Sensorsignale in der Recheneinheit erkannt. Des Weiteren können die Verifizierungswerte und Verifizierungstoleranzwerte auch mit Hilfe vorangegangener Sensorsignale oder mittels der Sensorsignale weiterer Sensoren festgelegt und/oder angepasst werden.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird mindestens ein Sensorsignal vor der Auslieferung der Kraftmessvorrichtung ermittelt, dieses Sensorsignal in der Recheneinheit ausgewertet und als Referenzwert gespeichert, zumindest nach der Auslieferung der Kraftmesszelle mit dem, dem Referenzwert zugeordneten Sensor mindestens ein Sensorsignal ermittelt, dieses Sensorsignal in einem Sensormesswert ausgedrückt und diesen Sensormesswert mit dem Referenzwert verglichen. Dieses Vorgehen kann der Kontrolle dienen, ob die Kraftmessvorrichtung unerlaubt geöffnet worden ist oder nicht.

Zur Durchführung der vorangehend beschriebenen Verfahren wird eine Kraftmessvorrichtung mit mindestens einem einen Innenraum aufweisenden Gehäuse, mindestens einer im Innenraum eingebauten Kraftmesszelle und mit mindestens einem im Innenraum des Gehäuses und/oder mindestens einem, am Gehäuse angeordneten Sensor benötigt. Der mindestens eine Sensor weist ein Triggerelement auf, wobei mindestens ein Schwellwert und/oder mindestens ein Benutzungsgrenzwert in Abhängigkeit mindestens eines, die Lebensdauer der Kraftmesszelle beeinflussenden Parameters des Innenraumklimas im Triggerelement abgebildet ist. Anstelle des Sensors mit Triggerelement kann die Kraftmessvorrichtung auchn mindestens einen Sensor und mindestens eine Recheneinheit und/oder eine, die Ausgabe enthaltende Ausgabeeinheit und/oder einen Messumformer sowie ein die Funktion des Triggerns ausführendes Betriebsprogramm aufweisen, wobei das Betriebsprogramm mindestens ein Schwellwert und/oder mindestens ein Benutzungsgrenzwert in Abhängigkeit mindestens eines, die Lebensdauer der Kraftmesszelle beeinflussenden Parameters des Innenraumklimas aufweist und/oder im Betriebsprogramm mindestens eine Befehlssequenz zum Abfragen mindestens eines Schwellwertes und/oder eines Benutzungsgrenzwertes und/oder eines Maximalwertes aus einem Speichermodul vorhanden ist. Die Kombination eines Sensors mit Triggerelement und einer Recheneinheit mit Betriebsprogramm ist selbstverständlich auch möglich.

Vorzugsweise wird ein durch das Triggerelement getriggertes Sensorsignal an eine Recheneinheit und/oder an eine Ausgabe übermittelt. Das Triggerelement selbst kann unterschiedlich aufgebaut sein. Beispielsweise ist die Verwendung eines in der W02004104567 offenbarten Feuchtesensors auf Quarzkristallbasis denkbar, dessen hygroskopische Schicht so konzipiert ist, dass der Sensor genau dann anspricht, wenn die relative Feuchte den Schwellwert erreicht. Somit ist der Schwellwert durch die Auslegung der hygroskopischen Schicht im Sensor abgebildet. Selbstverständlich kann das Triggerelement auch als Analogschaltung mittels elektronischen Bauteilen wie Komparatorelementen oder als digitaler Schaltkreis mit einem Mikroprozessor ausgebildet sein.

Ein durch das Betriebsprogramm getriggertes Ausgangssignal der Recheneinheit kann auch an eine Ausgabe und/oder an eine weitere Recheneinheit übermittelbar sein. Sofern die Recheneinheit der Kraftmessvorrichtung und/oder eine die Ausgabe enthaltende Ausgabeeinheit und/oder ein mit dem Sensor in Verbindung stehender Messumformer über einen Mikroprozessor verfügt, können einzelne, mehrere oder alle Verfahrensschritte des Verfahrens in einem Betriebsprogramm abgebildet werden, wobei dieses Betriebsprogramm in mindestens einer Speichereinheit, welche mit der Kraftmessvorrichtung zumindest zeitweise in Verbindung steht, abgespeichert ist.

In einer Ausführung muss das vorangehend beschriebene Betriebsprogramm nicht zwingend im Prozessor eingespeichert sein, sondern kann bei Bedarf aus einer Speichereinheit ausserhalb der Kraftmessvorrichtung abgerufen und auf den entsprechenden Prozessor aufgeladen werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Recheneinheit und/oder eine, die Ausgabe enthaltende Ausgabeeinheit drahtlos oder drahtgebunden mit dem mindestens einen Sensor verbunden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist als mindestens ein Sensor ein Sensor vorgesehen, in den ein Speichermodul und/oder ein Messumformer integriert ist.

Als Sensor kann beispielsweise ein Feuchtesensor verwendet werden, welcher die Veränderung des Parameters Feuchtigkeit im Innenraum infolge eines Gehäuselecks detektiert und/oder vermittels dieses Sensors ein dem Parameter Feuchtigkeit entsprechendes Sensorsignal periodisch und/oder zufällig oder kontinuierlich ermittelt wird.

Ebenso ist als Sensor ein Temperatursensor verwendbar, welcher die Veränderung des Parameters Temperatur im Innenraum infolge einer auf das Gehäuse einwirkenden Strahlung und/oder einer gehäuseintern verursachten Erwärmung detektiert und/oder ein dem Parameter Temperatur entsprechendes Sensorsignal periodisch und/ oder zufällig oder kontinuierlich ermittelt wird.

Eine weitere Möglichkeit stellt die Verwendung eines Drucksensors dar, welcher die Veränderung des Parameters Druck im Innenraum infolge eines Gehäuselecks, einer Gehäusedeformation und/oder einer Erwärmung des Innenraums detektiert und/oder vermittels diesem Sensor ein dem Parameter Druck entsprechendes Sensorsignal periodisch und/oder zufällig oder kontinuierlich ermittelt wird.

Die Kraftmessvorrichtung kann zusätzlich zum mindestens einen Sensor einen weiteren Sensor im Innenraum des Gehäuses oder am Gehäuse zur Detektierung von Netzspannungsspitzen in einer die Kraftmesszelle speisenden Stromversorgung aufweisen.

Des Weiteren kann zusätzlich zum mindestens einen Sensor mindestens ein weiterer Sensor im Innenraum des Gehäuses oder am Gehäuse zur Detektierung von radioaktiver Bestrahlung und/oder von Schallwellen und/oder von Schlägen angeordnet sein.

Ferner kann die Kraftmessvorrichtung im Innenraum des Gehäuses oder am Gehäuse zusätzlich zum mindestens einen Sensor einen weiteren Sensor zur Ermittlung eines Sensorsignals in Abhängigkeit der Belastungszyklen der Kraftmesszelle aufweisen.

Anstelle eines zusätzlichen Sensors können die mechanischen Belastungen aber auch direkt in der Recheneinheit aus dem Wägesignal der Kraftmesszelle ermittelt werden.

Die Sensoren der Kraftmessvorrichtung können so ausgebildet sein, dass in jedem Sensor ein Speichermodul und/oder ein Messumformer und/oder ein Transmitter integriert ist.

Einzelheiten des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung ergeben sich anhand der Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

• Figur 1 in schematischer Darstellung eine Kraftmessvorrichtung in Gestalt einer Waage im Schnitt, mit einem einen Innenraum aufweisenden Gehäuse und einer im Gehäuse angeordneten Kraftmesszelle, wobei der Innenraum zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mindestens einen Sensor aufweist;
• Figur 2 in schematischer Darstellung eine Kraftmessvorrichtung in Gestalt eines Tanklast- Wägemoduls im Schnitt mit einem einen Innenraum aufweisenden Gehäuse und einer im Gehäuse angeordneten Kraftmesszelle, wobei der Innenraum zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zwei Sensoren aufweist welche über Verbindungseinrichtungen mit einer, ausserhalb des Gehäuse angeordneten Ausgabeeinheit verbunden sind;
• Figur 3 den Signalverlauf eines im Innenraum des Gehäuses angeordneten Feuchtesensors, wobei in 3a der Signalverlauf, in 3b die aufsummierten Belastungen und in 3c die durch den Signalverlauf generierten Ausgabesignale beziehungsweise Ausgabemeldungen dargestellt sind,
• Figur 4 den Signalverlauf eines im Innenraum des Gehäuses angeordneten Temperatursensors, wobei in 4a der Signalverlauf und in 4 b die durch den Signalverlauf generierten Ausgabesignale beziehungsweise Ausgabemeldungen dargestellt sind,
• Figur 5 den Signalverlauf des Wägesignals der Kraftmesszelle, wobei in 5a der Signalverlauf, in 5b die aufsummierten Belastungen und in 5c die durch den Signalverlauf generierten Ausgabesignale beziehungsweise Ausgabemeldungen dargestellt sind.

Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Kraftmessvorrichtung 100 beziehungsweise eine Waage im Schnitt. Eine Kraftmesszelle 10 weist einen feststehenden Teil 11 und einen Lastaufnahmeteil 12 auf, die durch einen Mittelteil 13 miteinander verbunden sind. Die Kraftmesszelle 10 ist im Innenraum 80 eines Gehäuses 20 angeordnet und mit ihrem feststehenden Teil 11 über den gehäusefesten Support 21 mit dem Gehäuse 20 starr verbunden. Ein ausserhalb des Gehäuses 20 angeordneter Lastaufnehmer 30 in Form einer Waagschale ist über ein Kraftübertragungsgestänge 14 mit dem im Innenraum 80 angeordneten Lastaufnahmeteil12 der Kraftmesszelle 10 verbunden. Das Kraftübertragungsgestänge 14 durchdringt das Gehäuse 20 berührungsfrei durch eine Gehäusedurchführung 22.

Die Gehäusedurchführung 22 ist derart ausgebildet, dass ein Eindringen von Schmutz, Staub und Feuchtigkeit möglichst vermieden oder zumindest stark reduziert wird. Je nach Anwendung kann der Innenraum 80 gegenüber der Umgebung der Kraftmessvorrichtung 100 zu diesem Zweck auch einen höheren Druck aufweisen. Ferner ist im Innenraum mindestens ein Sensor 50 angeordnet, welcher mindestens einen Parameter des Innenraumklimas 90 erfasst und ein dazu korrespondierendes Sensorsignal S_HS ermittelt. Dieses Sensorsignal S_HS wird zwecks weiterer Verarbeitung über eine Recheneinheit-Verbindung 51 an eine Recheneinheit 60 weitergeleitet und/oder über eine Ausgabe-Verbindung 52 an eine Ausgabe 70 weitergeleitet. Die Recheneinheit 60 ist über die Recheneinheit- Ausgabe- Verbindung 62 mit der Ausgabe 70 verbunden und übermittelt die von der Recheneinheit 60 generierten Ausgangssignale S_HSX an die Ausgabe 70. Diese kann entweder direkt an der Aussenseite des Gehäuses 20 angeordnet, vom Gehäuse 20 getrennt angeordnet, oder auch innerhalb des Gehäuses montiert sein, sofern die Ausbildung des Gehäuses 20 (schalldurchlässig, transparent) die Wahrnehmung der Ausgabe ermöglicht. Speziell auf die auszugebende Mitteilung oder Warnung zugeschnittene Symbole und Warnhinweise können die Übermittlung an eine Person verstärken. So ist die Verwendung allgemein bekannter Piktogramme, wie beispielsweise aus dem Strassenverkehr bekannte Signalschilder oder eigens für die entsprechende Warnung kreierte Symbole, denkbar. Mittels der Variierung der Frequenz blinkender visueller Ausgabemittel oder auch der Variierung von Lautstärke und Tonfrequenz phonetischer Ausgabemittel kann der Grad der Wichtigkeit der Warnung oder Meldung variiert werden. Jede der Verbindungen 51, 52, 62 im Ausführungsbeispiel von Figur 1 kann entweder eine Kabelverbindung wie ein Signalkabel, ein Bussystem und Dergleichen, oder eine kabellose Verbindung sein.

Sobald ein Parameter des Innenraumklimas 90, in diesem Ausführungsbeispiel die relative Feuchte, sich verändert oder den vom Hersteller definierten zulässigen Wert übersteigt, wird ein Sensorsignal S_HS oder ein Ausgangssignal S_HSX an die Ausgabe 70 übermittelt und dort entsprechend angezeigt. Dies kann ein Alarmton, eine optische Ausgabe wie ein Blinklicht oder eine, auf einem Display dargestellte Warnung oder Information sein.

Figur 2 zeigt eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren überwachte Kraftmessvorrichtung 200 in Form eines Tanklast- Wägemoduls. Tanklast-Wägemodule werden insbesondere in Industrieanlagen zur Verwiegung des Inhalts von Becken, Tanks, Reaktorbehältern und dergleichen verwendet. Üblicherweise werden pro zu verwiegendem Behälter mehrere Wägemodule zwischen den Füssen des Behälters 230 und dem Fundament 231 angeordnet. Dadurch steht jeder Fuss des Behälters auf einer Kraftmessvorrichtung 200. Um das Gewicht des Behälters und/oder dessen Inhalt zu ermitteln, müssen die von den Kraftmessvorrichtungen 200 erzeugten Wägesignale S_LC addiert werden, da es sich um die Wägesignale S_LC von Teilmassen handelt. Deshalb weisen die Kraftmessvorrichtungen 200 in Form von Wägemodulen in der Regel keine Ausgabe auf. Die Wägesignale S_LC der einzelnen Kraftmessvorrichtungen 200 eines Behälters werden beispielsweise an eine Recheneinheit 206 in Form eines Leitrechners übermittelt, dort ausgewertet und auf der im Leitrechner integrierten Ausgabe 207, meistens als Teil einer Anlageübersicht dargestellt.

Die Kraftmessvorrichtung 200 weist eine Kraftmesszelle 210 auf, welche von einem Gehäuse 220 umschlossen ist. Das Gehäuse 220 ist in der Regel mit der Kraftmesszelle 210 verschweisst und gegenüber der Umgebung der Kraftmessvorrichtung 200 dicht verschlossen. Im Messeinsatz wird sowohl die Kraftmesszelle 210 als auch das Gehäuse 220 elastisch gestaucht. Der Einfluss des Gehäusewiderstandes auf das Wägesignal S_LC ist teilweise kompensierbar und die Hysterese des Wägemoduls bezogen auf den Messbereich vernachlässigbar. Die Parameter des Innenraumklimas 290 werden mittels Sensoren 250, 251 detektiert und/oder gemessen. Diese Sensoren 250, 251 sind über Anschluss-Verbindungen 252 und/oder Funkverbindungen 253, Transmitter 202, Messumformer 203, einen Segmentkoppler 204 und ein Bussystem 205 mit einer Recheneinheit 206 verbunden. Das Wägesignal S_LC der Kraftmesszelle 210 kann entweder über diese Verbindungen oder über eine eigene Wägesignal- Verbindung 254 an die Recheneinheit 206 übertragen werden.

In Figur 2 weist die Kraftmessvorrichtung 200 im Innenraum des Gehäuses 280 einen Temperatursensor 251 und einen Feuchtesensor 250 auf. Die unabhängig voneinander betreibbaren Sensoren 250, 251 haben entsprechend der Parameter des Innenraumklimas 290 Messwerte an die Recheneinheit 206 übermittelt. Die Recheneinheit 206 in Figur 2 ist beispielsweise der Leitrechner eines Prozessleitsystems. Je nach Konfiguration der Kraftmessvorrichtung 200 und der Recheneinheit 206 übermitteln die Sensoren 250, 251 selbständig kontinuierlich oder periodisch und/oder zufällig oder nach Auftreten einer Veränderung entsprechende Sensorsignale S_HS, S_TS an die Recheneinheit 206. Selbstverständlich kann die Recheneinheit 206 die Sensorsignale S_HS, S_TS auch bei den Sensoren 250, 251 kontinuierlich, periodisch oder nach dem Zufallsprinzip abrufen. Der Temperatursensor 251 hat ein Sensorsignal S_TS übermittelt, das in der Recheneinheit 206 mit dem oberen Benutzungsgrenzwert T_UOU und dem unteren Benutzungsgrenzwert T_LOU verglichen wird. Im vorliegenden Beispiel liegt, wie auch in Figur 4 dargestellt, das Sensorsignal S_TS innerhalb der Benutzungsbandbreite T_B und damit innerhalb des Betriebsfensters (S_TS = X_OU). Der Feuchtesensor 250 hat keine Veränderung des Parameters des Innenraumklimas 290 festgestellt (S_HS= 0), welche auf ein Leck im Gehäuse hinweisen würde. Hingegen hat die Analyse des Wägesignales S_LC ergeben, dass die Kraftmesszelle 210 kurzfristig überbeansprucht wurde und die Kraftmessvorrichtung 200 neu kalibriert werden muss. Da pro Behälter mehrere Kraftmessvorrichtungen 200 verwendet werden, können die Sensorsignale S_TS, S_HS der jeweils anderen Kraftmessvorrichtungen 200 zur Verifizierung der Sensorsignale S_TS, S_HS einer Kraftmessvorrichtung 200 herangezogen werden. Die Werte zur Verifizierung können aber auch bereits im Sensor 250, 251 oder in der Recheneinheit 206 eingespeichert sein. Diese entstammen beispielsweise aus publizierten Tabellen, deren Werte aus anderen Geräten oder aus Internetdaten stammen. So sind zum Beispiel, gültig für den entsprechenden Einsatzort der Kraftmessvorrichtung, Angaben wie Druck-, Temperatur- und Strahlungsbereiche oder Angaben über Erdbeben-Vibrationen bekannt und können zur Verifizierung der Sensorsignale verwendet werden. Sofern ein Teil der Sensorsignale S_TS, S_HS in der Recheneinheit 206 im Sinne einer Historie gespeichert werden, kann die Analyse dieser Historie zu weiteren Erkenntnissen über den Zustand sowohl der Kraftmesszellen 210 als auch der Sensoren 251, 252 dienen. Die Verifizierungswerte und Verifizierungstoleranzwerte sind abhängig vom verwendeten Sensor und werden meistens vom Hersteller des Sensors mitgeliefert. Wird während des Betriebs der Kraftmessvorrichtung beispielsweise ein Sensorsignal S_TS, S_HS vom Sensor geliefert, das aufgrund der physikalischen Gegebenheiten nicht auftreten kann, wird dies durch die Verifizierung der Sensorsignale S_TS, S_HS in der Recheneinheit 206 erkannt. Des Weiteren können die Verifizierungswerte und Verifizierungstoleranzwerte auch mit Hilfe vorangegangener Sensorsignale S_TS, S_HS oder mittels der Sensorsignale S_TS, S_HS weiterer Sensoren festgelegt und/oder angepasst werden.

Als Feuchtesensoren, Temperatursensoren, Schocksensoren Stromwandler, Spannungswandler und dergleichen können alle im Stand der Technik bekannten Sensoren eingesetzt werden die in der Lage sind, ein der zu erfassenden Veränderung oder Messgrösse entsprechendes Sensorsignal zu bilden.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann mittels zentralisierten und/oder dezentralisierten Teilen einer Steuervorrichtung einer Anlage, beispielsweise mit der Recheneinheit 206 und/oder den Messumformern bzw. Transmittern 202, 203 durchgeführt werden, die dazu mit den entsprechenden Betriebsprogrammen 208 versehen sind. Beispielsweise kann der Zustand des Sensors 250 ausschliesslich auf der Ausgabe 207 der Recheneinheit 206 oder auf den Messumformern bzw. Transmittern 202, 203 angezeigt werden. Möglich ist jedoch auch eine Aufgabenteilung zwischen den verschiedenen Ebenen der Prozesssteuerung. Durch geeignete Massnahmen kann das erfindungsgemässe Verfahren somit auf beliebigen ein- oder mehrstufigen Anlagen mit geringem Aufwand implementiert werden. Messumformer und Transmitter 202, 203 können auch in einem mobilen Gerät eingebaut sein, mit dessen Hilfe die einzelnen Werte der Sensoren 250, 251 über Funkverbindungen 253 abgefragt werden. Dazu müssen die einzelnen Sensoren 250, 251 über einen Identifikationscode verfügen, wie dies im Stand der Technik für viele Anwendungen bekannt ist und verwendet wird.

In Figur 3 ist die aus den kontinuierlich erfassten Sensorsignalen S_HS gebildete Verlaufskurve der relativen Feuchte des aus Figur 1 bekannten Sensors 50, und die durch die Sensorsignale S_HS generierten Ausgabesignale beziehungsweise Ausgabemeldungen A_C, AM, A_D dargestellt. In Figur 3a überschreitet der Sensorsignalverlauf in den Zeitpunkten t₁, t₃, t₅, t₈ einen Schwellwert K_H. Dieser stellt den Grenzwert dar, bei dessen Überschreitung die Feuchtigkeitskonzentration so gross ist, dass infolge von Korrosionsescheinungen an Teilen der Kraftmesszelle 10 oder der Signalverarbeitung das Wägesignal beeinflusst, und die Kraftmesszelle 10 allmählich zerstört wird. Die Grösse des Schwellwerts K_H hängt einerseits von den im Innenraum 80 der Kraftmessvorrichtung 100 vorhandenen Materialien, andererseits von der Aggressivität des eindringenden Mediums ab und muss vom Hersteller fallbezogen festgelegt werden. Als Schwellwerte können beispielsweise folgende Werte definiert sein:

• Vibrationsgrenzen: 0.196133 ^m/_s ²
• Max./Min. Lagertemperaturgrenzen: -20°C bis +70°C
• Netzspannungsspitzen (Störung oder Zerstörung von elektrischen Komponenten)

Belastungszyklen (Ermüdungsgrenzen)Sobald der Schwellwert K_H wie in den Zeitpunkten t₂, t₄, t₇ unterschritten wird, wird der Zustand stabilisiert und die Zerstörung im Innenraum 80 der Kraftmessvorrichtung 100 schreitet nicht weiter voran. Wie in Figur 3c dargestellt ist, kann bei der Unterschreitung des Schwellwertes K_H eine Kalibrierung A_C über die Ausgabe verlangt oder automatisch eine Kalibrierung ausgelöst werden.

Ferner kann auch ein Maximalwert K_max definiert werden, bei dessen Überschreitung beispielsweise die Kraftmesszelle 10 und die elektronischen Komponenten innerhalb kürzester Zeit zerstört werden.

Die Überschreitungen des Schwellwertes K_H und des Maximalwertes K_max in Abhängigkeit der Überschreitungszeit (t₂- t₁; t₄- t₃ ; t₇ - t₅ ;...) werden wie in Figur 3b dargestellt, als Belastungen INT_LTH registriert und aufsummiert. Die aufsummierten Belastungen INT_LTH werden mit dem durch Versuche ermittelten Lebensdauergrenzwert MAX_LTH verglichen und daraus die Restlebensdauer R_LTH1, R_LTH2, R_LTH3 errechnet. Diese wird an die Ausgabe 70 übermittelt oder in der Recheneinheit gespeichert.

Wie in Figur 3b dargestellt, können noch weitere Grenzwerte definiert werden. Als Beispiel sei der Wartungsgrenzwert L_MH genannt, bei dessen Überschreitung ein Warnhinweis und/oder eine Wartungsaufforderung AM an die Ausgabe 70 weitergeleitet wird (Figur 3c). Des Weiteren kann bei der Überschreitung des Wartungsgrenzwertes L_MH im Zeitpunkt t₆ beispielsweise die Messwertausgabe der Kraftmesszelle blockiert, die Genauigkeitsklasse der Waage heruntergestuft, Messwertausdrucke mit Warnhinweisen versehen und/oder über Internetverbindungen der Hersteller automatisch informiert werden. Diese Aufzählung soll nicht als abschliessend verstanden werden, da in diesem Zusammenhang noch viele weitere Aktionen und Ausprägungen der Ausgabe möglich sind.

Sobald die Belastungen INT_LTH den Lebensdauergrenzwert MAX_LTH überschreiten, wird wie in Figur 3c dargestellt, ein entsprechender Signalwert A_D an die Ausgabe übermittelt, welcher die wahrscheinlich endgültige innere Zerstörung der Kraftmessvorrichtung anzeigt. Der Signalwert A_D blockiert sinnvollerweise auch die Ausgabe, so dass der weitere Einsatz der Kraftmessvorrichtung verhindert wird.

In Figur 4 ist eine aus den kontinuierlich erfassten Sensorsignalen S_TS gebildete Temperaturverlaufkurve eines im Innenraum des Gehäuses angeordneten Temperatursensors, sowie die durch die Sensorsignale S_TS in der Recheneinheit generierten Ausgabesignale beziehungsweise Ausgabemeldungen A_C, X_OU dargestellt. Der Temperaturverlauf in Figur 4a unterschreitet teilweise einen unteren Benutzungsgrenzwert T_LOU und überschreitet teilweise einen oberen Benutungsgrenzwert T_UOU. Anders als bei der in Figur 3 dargestellten Verlaufskurve der relativen Feuchte, führt im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Verletzung der Grenzwerte T_LOU, T_UOU nicht zur Zerstörung der Kraftmesszelle. Die Überprüfung einer Grenzwertverletzung findet entweder in der Recheneinheit oder im Sensor selbst statt. Sobald die Sensorsignale S_TS innerhalb der durch die Benutzungsgrenzwerte definierte Bandbreite T_B ist, wird an die Ausgabe beispielsweise ein entsprechendes Signal S_TS = X_OU übermittelt, wie dies in Figur 4b dargestellt ist. Je nach Konfiguration kann dieses Signal eine Freischaltung des Messvorganges bewirken, so dass ein Verwiegen mittels der Kraftmesszelle möglich wird. Zudem kann beim Eintritt der Temperaturverlaufskurve in die definierte Bandbreite T_B, eine Kalibrierung A_C automatisch ausgelöst oder vom Benutzer verlangt werden.

In Figur 5 ist die aus den kontinuierlich erfassten Wägesignalen S_LC gebildete Verlaufskurve der mechanischen Belastungen der Kraftmesszelle und die durch die Wägesignale S_LC generierten Ausgabesignale beziehungsweise Ausgabemeldungen A_C, A_M, A_D dargestellt. In Figur 5a überschreitet der Wägesignalverlauf mehrere Male einen Schwellwert F_H. Dieser stellt den Grenzwert dar, bei dessen Überschreitung die mechanische Belastung so gross ist, dass infolge von plastischen Deformationen an Teilen der Kraftmesszelle 10 das Wägesignal S_LC beeinflusst, und die Kraftmesszelle 10 allmählich zerstört wird. Die Grösse des Schwellwerts F_H hängt von den in der Kraftmesszelle 10 verwendeten Materialien ab und muss vom Hersteller fallbezogen festgelegt werden.

Wenn das Wägesignal S_LC unterhalb des Schwellwerts F_H liegt, werden die Materialien im elastischen Bereich beansprucht, was die Kraftmesszelle nicht zerstört. Wie in Figur 5c dargestellt ist, kann bei der Überschreitung des Schwellwertes F_H eine Kalibrierung A_C über die Ausgabe verlangt oder automatisch eine Kalibrierung ausgelöst werden.

Ferner kann auch ein Maximalwert F_max definiert werden, bei dessen Überschreitung davon ausgegangen werden kann, dass die Kraftmesszelle 10 durch eine entsprechend hohe, mechanische Belastung zerstört worden sind.

Die Überschreitungen des Schwellwertes F_H und des Maximalwertes F_max werden wie in Figur 5b dargestellt, als Belastungen INT_LTF registriert und aufsummiert. Die aufsummierten Belastungen INT_LTF werden mit dem durch Versuche ermittelten Lebensdauergrenzwert MAX_LTF verglichen und daraus die Restlebensdauer R_LTF1, R_LTF2, R_LTF3 errechnet. Diese wird an die Ausgabe 70 übermittelt oder in der Recheneinheit gespeichert.

Wie in Figur 5b dargestellt, können noch weitere Grenzwerte definiert werden. Als Beispiel sei der Wartungsgrenzwert L_MF genannt, bei dessen Überschreitung ein Warnhinweis und/oder eine Wartungsaufforderung AM an die Ausgabe 70 weitergeleitet wird (Figur 5c). Des Weiteren kann bei der Überschreitung des Wartungsgrenzwertes L_MF wie in Figur 3b beschrieben, beispielsweise die Messwertausgabe der Kraftmesszelle blockiert, die Genauigkeitsklasse der Waage heruntergestuft, Messwertausdrucke mit Warnhinweisen versehen und/oder über Internetverbindungen der Hersteller automatisch informiert werden.

Sobald die Belastungen INT_LTF den Lebensdauergrenzwert MAX_LTF überschreiten, wird wie in Figur 5c dargestellt, ein entsprechender Signalwert A_D an die Ausgabe übermittelt, welcher die wahrscheinlich endgültige innere Zerstörung der Kraftmessvorrichtung anzeigt. Der Signalwert A_D blockiert sinnvollerweise auch die Ausgabe, so dass der weitere Einsatz der Kraftmessvorrichtung verhindert wird.

Die vorliegende Erfindung birgt noch weitere Vorteile, welche nur indirekt die Zustandserfassung und Lebensdauerberechnung betreffen. Bei hermetisch gekapselten Kraftmessvorrichtungen kann beispielsweise durch einen Vergleich der Sensorsignale eines installierten Feuchtesensors bei der Auslieferung und nach der Installation beim Kunden sogar festgestellt werden, ob die Kraftmessvorrichtung während des Transports geöffnet worden ist oder nicht. Dieser Aspekt ist insbesondere bei eichfähigen Kraftmessvorrichtungen von grosser Bedeutung und stellt eine zusätzliche Sicherheit zum Siegel dar.

Zudem können geeignete, von dem mindestens einen Sensor generierte Sensorsignale auch zur Korrektur des Messergebnisses herangezogen werden, um die Anordnung zusätzlicher Messfühler zu vermeiden, wie sie beispielsweise im Stand der Technik zur Kompensation von Hysterese- und/oder Drifterscheinungen verwendet werden.

Die Ausführungsbeispiele in der Beschreibung sollen nicht dahingehend verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung auf die Anordnung von nur einer Zelle in nur einem Gehäuse limitiert ist. Es liegt im Verständnis des Fachmannes, die Erfindung ebenso in Anordnungen anzuwenden, die mindestens zwei Wägezellen in einem Gehäuse beinhalten. Des Weiteren spielt die Koordination von Messungen und Warnungen im Bezug auf den Erfindungsgegenstand keine Rolle. Sowohl Meldungen / Warnungen in "Echtzeit" als auch Meldungen / Warnungen zeitlich zu den Messungen versetzt sind möglich.

210, 10

Kraftmesszelle

11

feststehender Teil

12

Lastaufnahmeteil

13

Mittelteil

14

Kraftübertragungsgestänge

220, 20

Gehäuse

21

gehäusefester Support

22

Gehäusedurchführung

30

Lastaufnehmer

50

Sensor

51

Recheneinheit- Verbindung

52

Ausgabe- Verbindung

60

Recheneinheit

62

Recheneinheit- Ausgabe- Verbindung

70

Ausgabe

280, 80

Innenraum

290, 90

Parameter des Innenraumklimas

200, 100

Kraftmessvorrichtung

202

Transmitter

203

Messumformer

204

Segmentkoppler

205

Bussystem

206

Recheneinheit / Leitrechner

207

Ausgabe / LeitrechnerAusgabe

208

Betriebsprogramm

230

Behälterfuss

231

Fundament

250

Feuchtesensor

251

Temperatursensor

252

Anschluss- Verbindung

253

Funk- Verbindung

254

Wägesignal- Verbindung