DE102014007376A1

DE102014007376A1 - Messglied zur Messung von Kräften

Info

Publication number: DE102014007376A1
Application number: DE102014007376.9A
Authority: DE
Inventors: Klaus Härle; Peter Klassen
Original assignee: Tecsis GmbH
Current assignee: Tecsis GmbH
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Messsystem zur Erfassung von Kräften wobei eine beabstandete Auswerteeinrichtung über eine in dem Lastkörper verlaufende Kanalbohrung mit dem Sensor verbunden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf ein Erfassungssystem für Kraftmessung, wobei das System 2 Einkoppelpunkte sowie einen Messabschnitt und einen Auswerteabschnitt aufweist.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige und robuste Lösung für ein Erfassungssytem zur Messung einer angekoppelten Kraft zu schaffen. Darüber hinaus soll ein Aufbau geschaffen werden, der eine robuste Verbindung von Messabschnitt und Auswertung erlaubt. Diese Aufgaben werden mit einem System gelöst, wie in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben.
ZUSAMNENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist bekannt Kräfte innerhalb von Bauteilen zu erfassen, um anhängende Lasten auswerten zu können. So ist aus der EP 1821090 bekannt, einen plattenförmigen Aufnehmer innerhalb eines Erfassungssystem zu implantieren. Es ist auch für Zugmesslaschen bekannt, Stege zwischen zwei Einkoppelpunkten aus dem Material selbst stehen zu lassen, um dann unter Last aus Dehnungen Kräfte herzuleiten. So zeigt die DE 10060201 einen Aufbau mit seitlichen Bohrungen zur Anbringung von Messelementen, und die DE 10 2006 057 258 einen Mess-Steg mit Ausnehmungen um Kräfte am Ort der Messung zu konzentrieren. Problematisch bei diesen Aufbauten ist die Ankopplung und Platzierung von Auswerteeinrichtungen sowie die elektrische Verbindung vom Sensor zur Auswertung. Die Schrift DE 4103765 zeigt hierzu einen Aufbau bei dem die Auswerteeinrichtung und das Gehäuse dazu direkt im Bereich der Messstelle platziert ist. Dies ist häufig ungünstig, da in diesem Bereich das Messergebnis durch die Anbringung eines Gehäuses verfälscht werden kann, insbesondere, wenn dieses angeschweißt wird. Ebenso bieten unterschiedliche Temperaturdehnungen und Einbringung von Kräften am Gehäuse Störungen für das Messergebnis. Bei versetzter Anbringung der Auswertung sind die verlegten und von der Messstelle herausgeführten Kabel oft je nach Anwendung gefährdet bezüglich Beschädigung und Unterbrechung. Insbesondere bei Hebe- und Kraneinrichtungen muss aber eine Auswertung von anhängenden Lasten stets zuverlässig erfolgen.
Erfindungsgemäß weist das hier vorgestellte System einen Aufbau auf, bei dem die elektrische Verbindung von einer beabstandeten Auswerteeinrichtung geschützt von einem Kanal zum Sensor geführt ist. Hierzu weist das Krafterfassungssystem einen laschenförmigen Grundkörper auf, der an seinen beiden Enden Ausformungen in Form von Bohrungen aufweist, durch welche über Bolzen Kräfte auf die Lasche eingekoppelt werden können. In der Mitte der Lasche weist diese einen verjüngten Messabschnitt auf, welcher zusätzliche Ausnehmungen aufweist um Dehnungen hier definiert auf einen Sensorabschnitt zu lenken, welcher in einer Querbohrung zentral im Messabschnitt untergebracht ist. Dadurch, daß die Querbohrung von beiden Seiten angeformt ist, entsteht in der Mitte ein membranartiger Steg auf welchem ein Kraftsensor oder ein DMS angebracht ist, welcher Dehnungen misst, und welche als Kräfte ausgewertet werden können. Die Lasche hat hierzu vorzugsweise eine Länge von 200–800 mm bei 10–40 mm Stärke, die Querbohrung hat einen Durchmesser von 10–30 mm, und der membranartige Steg hat eine Stärke von 0,5–3,5 mm. Der Steg kann des weiteren eine zentrale Öffnung aufweisen, in welcher ein runder Sensorkörper eingeschweißt werden kann. Die Auswerteeinrichtung ist in einem runden Gehäuse untergebracht, welches auf der Lasche platziert ist und eine Messplatine enthält zur Auswertung der Dehnungen und Ausgabe der Kräfte vorzugsweise über eine gedichtete 3 polige Rundsteckerverbindung. Über eine unter dem angeschraubten Gehäuse liegende Vertiefung ist eine Kanalverbindung erreichbar, durch welche völlig geschützt innerhalb der Lasche die elektrische Verbindung zwischen Sensor und Auswertung hergestellt werden kann. Die Kanalverbindung ist vorzugsweise direkt schräg verlaufend von der Vertiefung und der Auswertung, oder ist in Form einer Querbohrung ausgeführt, welche schräg von außen durch die Lasche die Vertiefungsöffnung unter der Auswertung durchquert. Die kanalförmige Querbohrung ist vorzugsweise im Durchmesser 2–10 mm, am besten 5–7 mm stark ausgeführt, um die Lasche nicht zu schwächen.
Durch die Schrägbohrung können nun die Auswertegehäuse mit der Elektronik aus der Krafteinflußzone aus dem Messabschnitt heraus montiert werden, wodurch ein Kraftnebenschluss und somit eine Verfälschung der Messsignale vermieden wird. Die Messergebnisse sind des weiteren bei kleinen oder kleinsten Lasten daher deutlich besser auflösbar.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt den erfindungsgemäßen Gegenstand in einem Ausführungsbeispiel, wobei 1B in der Draufsicht wie folgt zeigt:
Das Messsystem 1 bestehend aus einem laschenförmigen, flachen Grundkörper 2 aus Stahl, vorzugsweise Edelstahl oder Feinkorn-Baustahl, welcher 2 gegenüberliegende Ausformungen, Bohrungen 3A und 3B zur Ankopplung von Kräften aufweist, sowie einen zwischen den Ausformungen angeformten Messabschnitt 4, welcher im Querschnitt des Grundkörpers verjüngt ist und in welchem in einer Vertiefung, Bohrung 5 ein Sensorabschnitt 6 zur Messung von Dehnungen angebracht ist. Auf dem Grundkörper ist des weiteren eine nicht dargestellte Auswerteeinheit über einer Ausnehmung, Vertiefung 7 anbringbar, welche mittels einer Elektronikplatine die Dehnungen des Sensors als Kraftsignal ausgeben kann. Ein DehnungsMessStreifen (DMS) oder anderer Sensor auf dem membran- oder stegartigen Abschnitt 6 kann mit der Auswerteeinheit elektrisch über ein Kabelabschnitt verbunden werden, welcher durch einen Kanal 8 geführt ist, welcher innerhalb der Lasche 2 die Auswerteeinheit oder Vertiefung 7 mit der Bohrung 5 verbindet in dem der Sensor angebracht ist. Die Bohrung 5 kann aber auch als Tasche, Mulde, Stufe oder Freimachung oder Vertiefung angeformt sein. Der Kanal innerhalb des Grundkörpers kann insbesondere als Bohrung auch schräg zu einer Oberfläche oder Kante des Grundkörpers 2 ausgeführt sein, oder einen toten – nicht genutzten Bohrabschnitt 9 aufweisen, durch welchen die Vertiefung 7 angebohrt, erreicht wird.
Die kanalförmige Querbohrung 8 hat vorzugsweise im Durchmesser eine Stärke von 2–10 mm, ist vorzugsweise mit Durchmesser 5–7 mm ausgeführt. Der laschenartige Grundkörper in Form eines bearbeiteten Stücks Flachstahl hat vorzugsweise eine Länge von 200–800 mm oder eine Stärke von 10–40 mm. Die Querbohrung 5 zur Anbringung des DMS oder eines metallischen, membranartigen Dehnungssensors aus Stahl hat vorzugsweise einen Durchmesser von 10–30 mm. Durch eine weitere entgegengesetzte Bohrung 5B entsteht vorzugsweise mittig im Sensorabschnitt ein Steg oder membranartige Fläche 6 zur Anbringung des Sensors, diese hat vorzugsweise eine Stärke von 0,5–3,5 mm.
1A zeigt das Messsystem im Schnitt wobei der Grundkörper, die Lasche 2 vorzugsweise zwei gegenüberliegende Ausformungen 3A und 3B zur Ankopplung von Kräften aufweist, welche vorzugsweise im Durchmesser 20–100 mm, 30–50 mm, oder vorzugsweise mit Durchmesser 40–45 mm ausgeführt sind.
1C zeigt das Messsystem in Seitenansicht, wobei die Öffnung 5 nach der Sensoranbringung verschlossen ist, ebenso wie die Öffnung der Kanalbohrung 9. Ausnehmungen 10A–10D sind dazu geeignet, weiter den Kraftfluss und Dehnungen auf den mittigen Sensorabschnitt in der Bohrung 5 zu konzentrieren.
2 zeigt das Messsystem 1, wobei an der Lasche 2 eine runde Auswerteeinheit 11 angebracht ist, welche eine Auswerteplatine in sich lagert, welche die Dehnungen des Sensors in Kräftesignale umwandelt und über einen Stecker 12 nach außen bereitgestellt.
Die runde Auswerteeinheit ist vorzugsweise über einer Vertiefung angebracht ist, über welche die Kanalbohrung 8 erreichbar ist und durch welche der Sensor in der Bohrung 5 auf dem Sensorsteg 6 über ein Kabel mit der Auswerteeinheit verbunden werden kann. Die Auswerteeinheit 11 ist an den Grundkörper vorzugsweise vom Sensorabschnitt 4 beabstandet angeschraubt oder angeschweißt und vorzugsweise gedichtet ausgeführt und mit einem Deckel per Verschraubung verschlossen. Das Messsystem 1 gibt über die Auswertung Kräfte im Bereich von 0–10 kN per digitalem Bus Signal aus. Anwendungen sind insbesondere Korblastmessung an Kranen, insbesondere zum Personentransport sowie Hubarabeitsbühnen, des weiteren ist so eine Kraftmesslasche zur Lastmessung und/oder Überlastsicherung an Kranen und Hebezeugen aller Art von großem Nutzen, wo insbesondere eine sichere und robuste Messung notwendig ist. Hierzu ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung oder als weitere Verbesserung zusätzlich möglich die Vertiefung 7, die Kanalbohrung 8 oder sie Sensorbohrung 5 mit einer Vergußmasse auszugießen und zu sichern. Hierzu sind Gießharze denkbar aber auch Elastomere oder heißkleberartige Massen, die per Druck in die Bohrung aus einer Kartusche heiß eingepresst werden. Ebenso ist möglich die Auswerteplatine zu vergießen oder mit einem thermoplastischen Elastomer in einem Werkzeug zu umspritzen, bevor sie in das dichte Gehäuse montiert und kontaktiert wird. Auf diese Art wird ein Aufbau geschaffen, welcher auch unter starker Vibration und in schmutziger Umgebung, so auch als Momentenstütze für Siebspannungsmessungen dauerhaft einsetzbar ist. Durch das metallische, dichte Gehäuse ist die Messlasche nicht nur vor speziellen Umwelteinflüssen geschützt, sondern auch gegen EMV Einflüsse geschützt.
3 zeigt das Messsystem 1, wobei an der Lasche 2 eine Auswerteeinheit 11 angebracht ist, welche eine Auswerteplatine in sich lagert, und welche über eine Vertiefung 7 eine Kanalbohrung 8 mit der Bohrung 5 in Verbindung steht, in welcher der Sensor angebracht ist. Gleichfalls ist denkbar auch ohne die Vertiefung 7 direkt über eine Bohrung 8 das Gehäuse der Auswerteeinheit 11 mit der Sensorbohrung 5 zu verbinden. Mit solch einem Aufbau können auch Kräfte im Bereich von –100 kN Druckkraft bis +100 kN Zugkraft ausgewertet werden und per analogem 4–20 mA oder digitalen Bus-Signal z. B. CANopen von der Auswertung bereitgestellt werden. Ein Nullpunktabgleich, sowie der Temperaturkompensations-Abgleich erfolgt über die Elektronik der Auswerteeinheit, kommuniziert hierfür mittels einem Einstellgerät über das Bus-Signal, welches am Stecker nach außen bereitgestellt wird oder bei Analogsystemen über einen zusätzlichen Kommunikationspin (COMPin) im Gehäuse oder an einem freien Kontakt des Steckers, der ebenfalls dicht verschlossen werden kann. An Zusatzbohrungen 20 können Ringe 21 an der Lasche 2 montiert werden, diese dienen dazu den Freiraum z. B. in Taschenschlösser zu reduzieren und eine mittige Einbringung der Zuglasche zu ermöglichen.
Die Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden ausführlichen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie kann in dem Umfang der nachfolgenden Ansprüche modifiziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1821090 [0003]
DE 10060201 [0003]
DE 102006057258 [0003]
DE 4103765 [0003]

Claims

Messsystem zur Messung von Dehnungen oder Kräften bestehend aus einem laschenförmigen Grundkörper, welcher zwei gegenüberliegende Ausformungen zur Ankopplung von Kräften aufweist, einen zwischen den Ausformungen angeformten Messabschnitt, welcher im Querschnitt des Grundkörpers verjüngt ist und in welchem in einer Vertiefung ein Sensorabschnitt zur Messung von Dehnungen angebracht ist, wobei auf dem Grundkörper eine Auswerteeinheit angebracht ist, welche die Dehnungen des Sensors als Kraftsignal ausgeben kann, und wobei der Sensor mit der Auswerteeinheit elektrisch über ein Kabelabschnitt verbunden ist, welcher durch einen Kanal geführt ist, welcher innerhalb der Lasche die Auswerteeinheit mit der Vertiefung verbindet in dem der Sensor angebracht ist.
Messsystem nach Anspruch 1, wobei der Kanal innerhalb des Grundkörpers als Bohrung schräg zu einer Oberfläche des Grundkörpers ausgeführt ist.
Messsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor in einer vertieften Tasche, in einer Mulde, in einer Stufe oder in einer Bohrung vertieft angeordnet ist.
Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei kanalförmige Querbohrung vorzugsweise im Durchmesser 2–10 mm, vorzugsweise mit Durchmesser 5–7 mm ausgeführt ist.
Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lasche vorzugsweise eine Länge von 200–800 mm oder 10–40 mm Stärke hat. die Querbohrung hat einen Durchmesser von 10–30 mm, und der membranartige Steg hat eine Stärke von 0,5–3,5 mm.
Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lasche vorzugsweise 2 gegenüberliegende Ausformungen zur Ankopplung von Kräften aufweist, welche vorzugsweise im Durchmesser 20–100 mm, vorzugsweise mit Durchmesser 30–50 mm ausgeführt sind, vorzugsweise mit Durchmesser 40–45 mm ausgeführt sind.
Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an die Lasche eine runde Auswerteeinheit angebracht ist, welche eine Auswerteplatine in sich lagert, welche die Dehnungen des Sensors in Kräftesignale umwandelt und über einen Stecker nach außen bereit stellt
Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit über einer Vertiefung angebracht ist, über welche die Kanalbohrung erreichbar ist, welche den Sensor mit der Auswerteeinheit verbindet.
Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die die Auswerteeinheit gedichtet ausgeführt ist.
Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Kräfte im Bereich von 100 kN Druckkraft bis 100 kN Zugkraft ausgewertet werden.