DE19918200A1

DE19918200A1 - Lastmeßeinrichtung

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Publication number: DE19918200A1
Application number: DE19918200A
Authority: DE
Original assignee: SCHMIDT HANDLING GmbH
Current assignee: SCHMIDT HANDLING GmbH
Priority date: 1998-04-22
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 1999-10-28

Abstract

Es wird eine Lastmeßeinrichtung (1) zum Messen von Kräften mit mindestens einem elektrischen Meßwertgeber (17) vorgeschlagen, wobei eine Laständerung einen proportionalen Meßweg verursacht, der über den Meßwertgeber einen elektrischen Meßwert erzeugt, der wiederum proportional der tatsächlichen Last ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Lastmeßeinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Lastmeßeinrichtung der gattungsgemäßen Art (DE-OS 41 42 141) ist der Meßwertgeber als Unterlegscheibe aus gebildet, welche kraftvermindernde Mittel aufweist, die den Meßwertgebern zugeordnet sind und bewirken, daß die Meßwertgeber nur mit einem Teil der ins gesamt auf die Meßeinrichtung einwirkenden Kraft beaufschlagt werden. Der über einen Meßwiderstand erhaltene elektrische Meßwert gelangt zu einer Messignahe Verwertung, wobei zwei Meßwiderstände und zwei Referenzwiderstände eingesetzt werden in einer Wheatstoneschen Meßbrücke. Das Messignahe muß zur Weiterverarbeitung mit einem weiteren Meßwert verglichen werden, wofür ein spezieller Regelkreis erforderlich ist. Zudem ist der Druckbereich indem diese Kraftmeßeinrichtung einsetzbar ist, stark begrenzt, d. h. für einen verhältnismäßig großen Kraftbereich muß dieser in mehrere Kraftbereiche bei der Messung unterteilt werden, um befriedigende Meßwerte zu erhalten.

Bei einer anderen bekannten Kraftmeßeinrichtung (DE-OS 33 09 524) werden für eine Schwingungsdämpferprüfmaschine zur Messung der von Schwingungsdämpfern aufgenommenen Kräften, die einerseits mit dem zu messenden Schwingungsdämpfer verbundenen Kraftaufnehmer, die andererseits mit der Meßmaschine verbunden sind durch zwei Kraftmeßdosen gebildet, die für unterschiedliche Meßbereiche ausgelegt und hintereinander geschaltet sind und von denen mindestens eine Kraftmeßdose Anschläge aufweist, welche auf den der Nennlast der Kraftmeßdose zugeordneten Weg begrenzt sind. Auch hier dienen die Kraftmeßdosen zur Erzeugung eines elektrischen Meßwertes, welcher zur Weiterverarbeitung entsprechende Regelkreise oder aufwendige Steuermaßnahmen erfordert.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Die erfindungsgemäße Lastmeßeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch diese Proportionalität statt einem sonst aufwendigen Regelkreis lediglich ein Steuerkreis für die Verarbeitung der Meßwerte erforderlich ist und daß keine aufwendigen Korrektur- oder Anpaßglieder beim Einsatz der Lastmeßeinrichtung verwendet werden müssen. So kann beim Einsatz bei Kränen oder Hubgeräten die Haltekraft der tatsächlichen Last angepaßt werden, ohne zusätzliche Regelkreisgrößen. Der elektrisch erfaßte Meßweg entspricht unmittelbar der Last und kann somit als elektrischer Meßwert zur Steuerung der Haltekraft verwendet werden.

Bei geeigneter Spannungsversorgung und Auslegung des Sensors erhält man Steuersignale, die nicht mehr verstärkt werden müssen und relativ unempfindlich gegen Störungen sind und problemlos über größere Strecken direkt übertragen werden können. Dies ermöglicht "Low-cost"-Modelle.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient als Rückstellkraft eine im Gehäuse angeordnete Federkraft, wobei nach einer weiteren diesbezüglichen Ausgestaltung der Erfindung die Federkraft mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch erzeugt wird. Als mechanische Feder ist bevorzugt an eine Blattfeder oder eine Schraubenfeder gedacht, die sich einerseits am Gehäuse und andererseits am Bewegteil abstützt und deren Kraftwegkennlinie einer bestimmten Funktion folgt, beispielsweise linear ist. Bei einer linearen Kennlinie ist die elektrische Erfassung des Meßweges ebenfalls linear und damit besonders einfach zu verarbeiten. Erfindungsgemäß kann allerdings die Federkraft auch hydraulisch oder pneumatisch sein oder auch elektrisch, beispielsweise elektromagnetisch oder aber es kann eine Kombination sein dieser bekannten Mittel eine Federkraft zu erzeugen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist am Sekundärteil eine Lastentkoppelungsvorrichtung vorhanden, insbesondere dann, wenn die Lastmeßeinrichtung nahe der zu tragenden Last angeordnet sein soll.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse rohrförmig und das Bewegteil kolbenförmig ausgebildet, wobei hier besonders vorteilhaft eine koaxiale Anordnung von beiden Teile vorgesehen ist und möglicherweise die als Schraubenfeder vorgesehene Rückstellkraft ebenfalls als Schraubenfeder ausgebildet ist. Eine solche Schraubenfeder könnte sich an einem inneren Bund des rohrförmigen Gehäuses und an einem äußeren Bund des kolbenförmigen Bewegteils ab stützen, so daß sie bei Lastzunahme proportional der Laständerung zusammengepreßt würde.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die elektrische Erfassung des Meßweges zwischen Gehäuse und Bewegteil über einen Ohmschen Meßwertgeber (Potentiometer) entsprechend einer linearen Rückstellkraft kann hier mit einem Linearpotentiometer gearbeitet werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die elektrische Erfassung des Meßweges über einen kapazitiven Sensor, wobei dies dadurch erfolgen kann, daß sich die Kapazität eines Kondensators entsprechend dem Meßweg ändert.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die elektrische Erfassung des Meßweges zwischen Gehäuse und Bewegteil über einen induktiven Sensor, beispielsweise in den mit dem Meßweg die Lage eines Ankers in einer Spule geändert wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die elektrische Erfassung des Meßweges zwischen Gehäuse und Bewegteil über Triangulation, bei der ein Laser die Wegänderung erfaßt.

Es sind auch andere Möglichkeiten der elektrischen Erfassung des Meßweges denkbar, sobald ein solcher endlicher Meßweg eine Wegproportionale elektrische Größe ermöglicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist die Anwendung der Lastmeßeinrichtung in einer Hebe- oder Kraneinrichtung indem der Meßwert zur Änderung bzw. Korrektur der die lasttragenden Kräfte dient. Hierdurch erfolgt ein sofortiger Kräfteausgleich, so daß auch bei Änderungen der Kraft beispielsweise bei Verringerung der Last durch Entladen die jeweilig verbleibende Last in ihrer Lage verharrt.

Nach einer weiteren diesbezüglichen Ausgestaltung der Erfindung dienen als tragende Kraft hydraulische oder pneumatische Mittel, wobei der elektrische Meßwert über einen Verstärker ein Ventil o. dgl. ansteuert, zur Änderung des Druckes bzw. der Menge des Mittels. Durch die unmittelbare Proportionalität genügt eine Steuerung des Mittels, um das Gleichgewicht der Kräfte zu erhalten ohne eine aufwendige Regelung.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Lastmeßeinrichtung im Längsschnitt als erstes Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine anders gestaltete Lastmeßeinrichtung als zweites Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 einen Steuerplan unter Einsatz eines dieser Lastmeßeinrichtungen und

Fig. 4 einen Steuerplan mit Einsatz einer anders gestalteten Lastmeßeinrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lastmeßeinrichtung handelt es sich um eine äußerlich als Baueinheit erscheinende Einrichtung 1, welche einerseits mit einem Primärteil 2 durch Schrauben 3 verbunden ist und andererseits mit einem Sekundärteil 4 verschraubt ist, welches wiederum durch nicht dargestellte Mittel mit einer zu tragenden Last belastbar ist.

Diese im Längsschnitt dargestellte Lastmeßeinrichtung weist ein zylindrisches Mantelrohr 5 auf, welches durch Flanschplatten 6 und 7 verschlossen ist und in dem ein kolbenförmiges Bewegteil 8 axial verschiebbar gelagert ist. Die Schrauben 3 durchdringen mit ihrem Schaft die Flanschplatte 7 und greifen mit ihrem Gewinde in entsprechende Gewindebohrungen der Flanschplatte 6, so daß mit dem Festschrauben der Lastmeßeinrichtung 1 am Primärteil 2 dieses aus Mantelrohr 5 und den Flanschplatten 6 und 7 bestehenden Gehäuse einen festen Verbund bildet.

An dem Bewegteil 8 sind drei Bolzen 9 über Gewindeabschnitte 11 verschraubt, wobei die Schaftabschnitte der Bolzen 9 die Flanschplatte 6 durchdringen und dort in Buchsen 12 axial verschiebbar gelagert sind. An den, über die Flanschplatten 6 herausragenden Enden, sind an den Bolzen sechs Gewindeabschnitte 13 angeordnet, an denen das Sekundärteil 4 befestigt ist. Zwischen den Buchsen 12 und dem Bewegteil 8 sind jeweils um die Bolzen 9 Schraubenfedern 14 eingesetzt, welche als Rückstellkraft wirken, sobald über die Bolzen 9 und das Sekundärteil 4 das Bewegteil 8 nach unten gezogen wird. Der maximale Weg dieses Bewegteils 8 ist durch drei Anschläge 15 begrenzt, von denen nur einer dargestellt ist. Auch von den drei Bolzen 9 ist nur einer in der Schnittebene dargestellt bzw. in die Schnittebene geklappt. An sich sind sowohl die drei Bolzen 9 als die drei diesen gegenüber versetzten Anschläge 15 zentralsymmetrisch angeordnet.

Zentral zwischen diesen Anschlägen 15 ist über zwei Schrauben 16 ein Linearpotentiometer 17 auf der Flanschplatte 6 befestigt.

Die erfindungsgemäße Lastmeßeinrichtung arbeitet wie folgt: bei an dem Sekundärteil angreifender Last wird das Bewegteil 8 durch die Bolzen 9 entgegen der Kraft der drei Schraubenfedern 14 nach unten gezogen, wobei der Linearpotentiometer 17 einen diesem Weg proportionale elektrische Meßgröße erzeugt, die wiederum verwendet wird, um an der Maschine, beispielsweise einem Kran, bei der die Lastmeßeinrichtung eingesetzt wird, einen Lastkräfteausgleich zu erzeugen, d. h. bei Änderung der Last wird entsprechend Änderung des Meßwertes eine entsprechende Korrektur der die Last tragenden Kraft zur Folge hat.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist das kolbenförmige Bewegteil 8' direkt mit dem Sekundärteil 4' verbunden, welches wiederum mit der Last verbindbar ist. Das Bewegteil 8' weist einen Bund 18 auf, an dem sich eine Schraubenfeder 14' abstützt, die auf ihrer dem Bund 18 abgewandten Seite auf einen Ring 12' wirkt, der wiederum sich an einem Innenbund 19 eines zylindrischen Mantelrohrs 5' abstützt. Das Mantelrohr 5' ist über Schrauben 3' mit dem Primärteil 2' verbunden, was gleichzeitig als oberer Abschluß des Mantelrohrs 5' dient. Im Primärteil 2' ist eine zentrale Bohrung 21 vorgesehen, in die der Meßschaft 22 eines Potentiometers 17' ragt, und welcher in eine entsprechende Sackbohrung 23 des Bewegteils 8' taucht. Sobald das Bewegteil 8' durch das Sekundärteil 4' bzw. die Last entgegen der Schraubenfeder 14' nach unten gezogen wird, registriert der Potentiometer 17' diesen Weg und stellt diese elektrische Meßgröße zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Wenn es sich um einen Linearpotentiometer handelt, weist die Schraubenfeder 14' auch eine lineare Kraftwegkennlinie auf.

In Fig. 3 ist ein Steuerkreis dargestellt, bei der eine Last 25 bei einem mit einer mechanischen Feder arbeitenden Lastmeßeinrichtung 26 einen der Last proportionalen Kennwert als Kraftwegkennlinie F (N)/s (mm) erzeugt, der in jedem Fall proportional der Last 25 ist und der durch den Meßwertgeber 27 in eine diesem Weg proportionale Spannung umsetzt, nämlich s (mm)/U (V). Diese Spannung als Gebergröße wird in einem Verstärker 28 verstärkt und an ein Proportionalventil 29 geleitet, in welchem der Druck des den Kran steuernden Mittels, beispielsweise Luft, gesteuert wird, so daß der Druck des Arbeitsmittels proportional der Last 25 ist. Dieses Arbeitsmittel wird unter diesem bestimmten Druck zu einem Arbeitszylinder 31 geleitet, der die Last 25 trägt, so daß wiederum die Leistung dieses Arbeitszylinders 31 eine Funktion des Druckes ist und dieser eine Funktion des Weges, den die Last 25 ausmacht. Mit anderen Worten ist die durch die Last 25 gegebene Größe eine Funktion zur Leistung F (N), die proportional ist der Funktion der Leistung im Arbeitszylinder.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Steuerkreis ist lediglich statt dem Federsystem 26 eine Kraftmeßzelle 32 vorgesehen. Im übrigen gilt die gleiche Wirkung wie im Steuerkreis Fig. 3.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1

Lastmeßeinrichtung

2

Primärteil

3

Schrauben

4

',

4

Sekundärteil

5

Mantelrohr

6

Flanschplatten

7

Flanschplatten

8

',

8

Bewegteil

9

Bolzen

10

11

Gewindeabschnitte

12

Buchsen

13

Gewindeabschnitte

14

',

14

Schraubenfeder

15

Anschlag

16

Schrauben

17

',

17

Linearpotentiometer

18

Bund

19

Innenbund

20

21

Bohrung

22

Meßschaft

23

Sackbohrung

24

25

Last

26

Lastmeßeinrichtung

27

Meßwertgeber

28

Verstärker

29

Proportionalventil

30

31

Arbeitszylinder

Claims

1. Lastmeßeinrichtung zum Messen von als Last sich äußernden Kräften zwischen einem Primärteil (2) und einem Sekundärteil (4) an Geräten, Maschinen und dgl. mit mindestens einem elektrischen Meßwertgeber (1), dessen elektrische Eigenschaften gewichtsabhängig sind, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Meßwertgeber (17, 27) in einem am Primärteil (2) befestigten Gehäuse (5, 6, 7, 2', 4', 5') angeordnet ist,
- daß ein mit dem Sekundärteil (4, 4') verbundenes Bewegteil (8, 8') im Gehäuse gelagert und zu diesem in Richtung und abhängig von der Last (25) verschiebbar ist,
- daß zwischen Gehäuse (5, 6, 7, 2', 4', 5') und Bewegteil (8, 8') eine einen Meßweg zulassende Rückstellkraft (14, 14') vorhanden ist,
- daß die Kraftwegkennlinie dieser Rückstellkraft (14, 14') und damit der Meßweg gemäß einer bestimmten mathematischen Funktion proportional der jeweiligen Last (25) ist und,
- daß der Meßwertgeber (17, 17') den Meßweg elektrisch erfaßt und an einen Steuer- oder Regelkreis zur Verwertung weiterleitet.

2. Lastmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellkraft eine im Gehäuse (5, 6, 7, 2', 4', 5') angeordnete Federkraft (14, 14') dient.

3. Lastmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch erzeugt wird.

4. Lastmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Sekundärteil eine Lastenkoppelungsvorrichtung vorhanden ist.

5. Lastmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5, 6, 7, 5') rohrförmig und das Bewegteil (8, 8') kolbenförmig ausgebildet ist.

6. Lastmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Erfassung des Meßweges zwischen Gehäuse und Bewegteil über einen ohmschen Meßwertgeber (Potentiometer) (17, 17', 27) erfolgt.

7. Lastmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Erfassung des Meßweges zwischen Gehäuse und Bewegteil über einen kapazitiven Sensor (Kondensator) erfolgt.

8. Lastmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Erfassung des Meßweges zwischen Gehäuse und Bewegteil über einen induktiven Sensor erfolgt (Änderung über Spulenlage).

9. Lastmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Erfassung des Meßweges zwischen Gehäuse und Bewegteil über Triangulation (Abstandsmessung über Laser) erfolgt.

10. Lastmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung des Meßwertes zwischen Gehäuse und Bewegteil über eine magnetische Abstandsmessung unter Zuhilfenahme von Hall-Sensoren erfolgt.

11. Lastmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung in einer Hebe- oder Kraneinrichtung, indem der Meßwert zur Änderung bzw. Korrektur der die Last tragenden Kräfte dient.

12. Lastmeßeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als tragende Kraft hydraulische oder pneumatische Mittel dienen und der elektrische Meßwert über einen Verstärker (28) ein Ventil (29) ansteuert zur Änderung des Druckes bzw. der Menge des Mittels.