Belastungsmesser
Die Erfindung betrifft einen Belastungsmesser, bei welchem ein einer mechanischen Belastung ausgesetztes Messwerk auf mindestens einen elektrischen Schalter wirkt, welcher beim Überschreiten eines bestimmten Belastungszustandes anspricht.
Solche Belastungsmesser sind z. B. bereits bekannt zur Messung der Muskelkraft. Es ist dabei möglich, eine als elastisches Messorgan wirkende Feder beliebig stark zu dehnen und damit ohne Schwierigkeiten einen genügenden Messweg zur direkten Betätigung von Schaltern zu erhalten. Ausserdem wird bei solchen Geräten, die lediglich der Unterhaltung dienen, keine hohe Messgenauigkeit verlangt.
Bei Belastungsmessern, z. B. für Hebezeuge, darf jedoch keine erhebliche Dehnung der Messorgane zugelassen werden, weil diese Messorgane direkt tragende bzw. kräfteübertragende Elemente einer Arbeitsmaschine, z. B. ein Fachwerk oder ein Hebeseil, sind, und somit nur geringe Dehnungen erfahren dürfen. Ausserdem wird bei Belastungsmessern für Hebezeuge hohe Präzision verlangt, da diese Messungen der Betriebssicherung und letztlich der Sicherung von Menschenleben dienen. Bei einem bekannten Belastungsmesser für einen Aufzug wurde zur Erfüllung dieser Bedingungen vorgeschlagen, eine Anzahl von Messfedern parallel zu schalten, um ein hartes Messsystem zu erhalten, und die einzelnen Dehnungen der Federn durch ein verhältnismässig kompliziertes mechanisches System zu addieren, um trotz des kleinen Messweges der einzelnen Federn eine direkte Schalterbetätigung zu ermöglichen.
Diese Lösung musste auch getroffen werden, weil bei eventueller Ubertragung von Fremdspannungen, d. h. von nicht reinen Zugspannungen, sondern Biege- oder Torsionsspannungen, über das Messwerk die zusätzlichen Deformationen durch die Addition mehrerer einzelner Messwege grösstenteils ausgeschieden werden können, was jedoch bei einem einzigen, als Schraubenfeder ausgebildeten Messorgan infolge der geringen Biege- und Torsionssteifigkeit dieses Elementes nicht möglich ist.
Die Erfindung zielt auf die Schaffung eines Belastungsmessers, bei welchem ein oder mehrere Schalter durch eine zweckmässig geringe Dehnung eines einzigen Messorgans betätigbar sein können, ohne dass Fremdspannungen die Messung in unzulässigem Masse fälschen können. Gemäss der Erfindung weist das Messwerk ein einziges ringartiges Messorgan auf, welches in der Richtung der zu messenden Kräfte elastisch ist und dessen Formänderungen auf das bzw. die Betätigungsorgane eines oder mehrerer in dem vom Ring eingeschlossenen Raum befindlicher Schalter übertragen werden, und dass das Messorgan über starr mit demselben verbundene Teile direkt als Montageorgan für den bzw. die Schalter und dessen bzw. deren Betätigungsorgane dient.
Während das ringförmige Messorgan unter diametralem Zug verhältnismässig stark deformierbar sein und somit einen genügenden Messweg zur direkten Schalterbetätigung liefern kann, kann der Ring in Richtung quer zu dieser Zugrichtung und damit quer zur Ringebene praktisch starr sein, so dass er durch Übertragung von Torsions- oder Biegekräften nur unwesentlich deformiert wird. Hierzu kann der Ring quer zu seiner die Richtung der zu messenden Kräfte enthaltenden Ebene vorzugsweise länglichen Querschnitt aufweisen. Der Messring kann daher einerseits genügend steif sein, um die Montage von Schaltern und der Betätigungsorgane für dieselben direkt am Ring selbst zu gestatten, und anderseits in der gewünschten Richtung eine genügende Elastizität aufweisen, um eine zuverlässige Messung zu ermöglichen.
Die umständliche und an sich auch mit Feh lerquellen behaftete Addition der Messwege mehrerer einzelner Messelemente fällt damit weg.
Es ist allerdings an sich auch bekannt, Ringdynamometer zu verwenden, an welchen in elektrische Brücken geschaltete Messwiderstände befestigt sind. Diese Anwendung hat jedoch nicht ohne weiteres die Vorteile der Verwendung des Ringdynamometers zur direkten Schalterbetätigung nahelegen können.
In der Zeichnung ist der Geber eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Belastungsmessers dargestellt.
Fig. 1 zeigt den Geber in Seitenansicht bei weggenommenem Gehäusedeckel.
Fig. 2 zeigt den Geber im Schnitt nach Linie 11-11 in Fig. 1.
Der dargestellte Belastungsmesser ist beispielsweise zur Messung einer bestimmten, an einem Hebezeug in Abhängigkeit seiner Belastung, z. B. am Hebeorgan, auftretenden Zugkraft bestimmt. Diese Zugkraft greift an zwei Bolzen 1 und 2 des Gebers an und wird über einen mit den Bolzen 1 und 2 an zwei diametral gegenüberliegenden Punkten verschraubten Ring 3 mit quer zur Zugrichtung flachem, länglichem Querschnitt, aus elastischem Material, z. B. Stahl, übertragen. Unter dem Einfluss der variierenden, auf die Bolzen 1 und 2 wirkenden Zugkräfte wird der Ring 3 in seiner Ebene elastisch deformiert. Der Ring 3 ist von einem Gehäuse 4 umgeben, welches mit einem am untern Teil des Ringes befestigten Block 5 verschraubt ist. Mit dem Block 5 ist ein Blech 6 verschraubt, dessen oberer in den Ringraum ragender Rand nach innen abgewinkelt ist.
Am obern Teil des Ringes 3 ist ein dem Block 5 ähnlicher Block 7 befestigt, mit welchem zwei ebenfalls in den Ringraum ragende Bleche 8 und 9 verschraubt sind. Am Blech 8 sind zwei seitliche Träger 10 befestigt, in welchen zwei Drehachsen 11 und 12 befestigt sind. Auf der Drehachse 11 sind vier Mikroschalter 13 drehbar gelagert, während auf der Achse 12 vier diesen Mikroschaltern zugeordnete Steuerhebel 14 drehbar gelagert sind. Im Ruhezustand werden die Steuerhebel 14 je durch eine um die Achse 12 gelegte Drahtfeder 15 gegen den Steuerstift 16 des zugeordneten Mikroschalters gepresst und halten damit den Mikroschalter geöffnet.
Jeder Mikroschalter ist mit einem Halter 17 verbunden, welcher in Axialrichtung je einer in der Platte 8 verschraubten Einstellschraube 18 verstellbar ist, um die Neigung des zugeordneten Mikroschalters 13 zu verändern. Die Steuerhebel 14 sind am untern Ende je mit einer Steuerrolle 19 versehen, welche in die Bahn der obern Kante des Bleches 6 ragen. Die Decke des Gehäuses 4 ist mit einer mit dem Bolzen
1 verschiebbaren Hülse 20 durch einen dehnbaren Dichtungsbalg 21 verbunden. Am Gebergehäuse 4 ist ein Klemmengehäuse 22 befestigt, in welchem die Klemmen zum Anschluss eines Steuerkabels 23 vorgesehen sind.
Bei unbelastetem Ring 3 haben die Steuerrollen 19 der Steuerhebel 14 den obern Rand des Bleches 6 alle verlassen, so dass die Steuerstifte 16 der Mikroschalter 13 alle nach innen gedrückt sind und die Mikroschalter 13 geöffnet halten. Jeder Mikroschalter 13 überwacht einen Stromkreis, wobei die Stromkreise von drei Mikroschaltern z. B. je eine Leuchtanzeige und der vierte Mikroschalter eine Alarmvorrichtung und/oder eine Notauslösung und gegebenenfalls eine vierte Leuchtanzeige zu betätigen bestimmt sind. Die Mikroschalter 13 sind so ausgebildet, dass sie bei Nachlassen des Druckes auf ihren Steuerstift 16 geschlossen werden.
Der dargestellte Belastungsmesser arbeitet wie folgt:
Im unbelasteten Zustand des Ringes 3 sind, wie erwähnt, die Stromkreise aller Mikroschalter 13 ge öffnet, so dass keine Anzeige oder Auslösung erfolgt.
Wird nun über die Bolzen 1 und 2 und den Ring 3 eine Zugkraft übertragen, so geht der im unbelasteten Zustand kreisförmige Ring 3 in eine schwach elliptische Form über, wobei die grössere Achse der Ellipse in Richtung der Bolzen 1 und 2 liegt. Wie aus der Zeichnung klar ersichtlich ist, bewegen sich dabei die Bleche 8 und 9 mit dem Bolzen 1 z. B. nach oben, während der Block 5 und das Blech 6 in der gleichen Lage verbleiben. Mit den Blechen 8 und 9 werden auch die daran befestigten Mikroschalter 13 und Steuerhebel 14 nach oben bewegt, so dass die Steuerrollen 19 der Steuerhebel 14 auf den obern, nach innen gebogenen Rand des Bleches 6 auftreffen können.
Die Mikroschalter 13 sind nun mittels der Halter 17 so eingestellt, dass die zugeordneten Steuerrollen 19 nicht gleichzeitig auf das Blech 6 auftreffen, sondern dass zuerst nur die eine Steuerrolle auftrifft und eine Verschwenkung des zugehörigen Steuerhebels 14 im Gegenuhrzeigersinn bewirkt. Dadurch wird der Steuerstift des zugehörigen Mikroschalters 13 entlastet und der Mikroschalter geschlossen, wodurch die entsprechende Leuchtanzeige aufleuchtet und einen bestimmten, relativ geringen Belastungszustand anzeigt. Die übrigen Mikroschalter 13 werden bei zunehmender Belastung der Reihe nach ebenfalls eingeschaltet und vermitteln in der soeben beschriebenen Weise weitere Leuchtanzeigen, die die höheren Belastungszustände anzeigen.
Der zuletzt eingeschaltete Mikroschalter ist beispielsweise so eingestellt, dass er erst bei einer bestimmten Überlastung anspricht und eine Notauslösung steuert, die den Antrieb des Hebezeuges, z. B. den Hebemotor eines Krans, ausschaltet.
In vielen Fällen ist die an den Bolzen 1 und 2 angreifende Zugkraft nicht direkt proportional der zu messenden Belastung, wenn z. B. bei einem Kran das an dessen Winde angreifende Belastungsdrehmoment zu messen ist. Es ist dann relativ leicht, durch entsprechende Einstellung der einzelnen Mikroschalter 13 den funktionellen Zusammenhang zwischen der zu messenden Belastung und der zur Verfügung stehenden Zugkraft zu berücksichtigen.
Natürlich könnten auch mehr oder weniger als vier Mikroschalter und entsprechend Steuerhebel vorgesehen sein, wobei in der einfachsten Ausführungsform nur ein einziger Mikroschalter vorgesehen sein könnte, welcher lediglich eine Alarmvorrichtung und eine Notauslösung steuern könnte. Vorzugsweise sind die Mikroschalter 13 so ausgebildet, dass sie bei Über- bzw. Unterschreitung eines bestimmten Steuerdruckes selbsttätig aus der einen in die andere Betriebslage überspringen. Es könnten aber selbstverständlich auch andere geeignete elektrische Schalter verwendet werden.
Die Ausbildung des die Belastung messenden Organs als Ring 3 hat den Vorteil, dass für relativ schwache Zugkräfte eine erhebliche Formänderung erzielt wird. Ausserdem ist die Fabrikation eines kreisförmigen Ringes verhältnismässig einfach und billig. Die Ringform des belastungsmessenden Organs gestattet auch, die Steuerschalter 13 und deren Steuerorgane im vom Ring umschlossenen Raum unterzubringen, so dass die Platzausnützung im Geber des Belastungsmessers eine sehr günstige ist.
Strain gauge
The invention relates to a load meter in which a measuring mechanism exposed to mechanical stress acts on at least one electrical switch which responds when a certain load state is exceeded.
Such strain gauges are e.g. B. already known for measuring muscle strength. It is possible to stretch a spring acting as an elastic measuring element as much as desired and thus to obtain a sufficient measuring path for the direct actuation of switches without difficulty. In addition, devices that are used only for entertainment do not require high measurement accuracy.
For load meters, e.g. B. for lifting equipment, however, no significant expansion of the measuring elements may be permitted because these measuring elements are directly load-bearing or force-transmitting elements of a work machine, e.g. B. a truss or a lifting rope, and are therefore only allowed to experience slight stretching. In addition, high precision is required for load gauges for hoists, since these measurements serve to ensure operational safety and ultimately to secure human life. In a known load meter for an elevator, to meet these conditions, it was proposed to connect a number of measuring springs in parallel in order to obtain a hard measuring system, and to add the individual elongations of the springs by means of a relatively complex mechanical system, in spite of the small measuring path to enable direct switch actuation for individual springs.
This solution also had to be taken because in the event of a possible transmission of external voltages, i. H. of not pure tensile stresses, but bending or torsional stresses, the additional deformations can largely be eliminated by adding several individual measuring paths via the measuring mechanism, which is not possible with a single measuring element designed as a helical spring due to the low flexural and torsional rigidity of this element .
The invention aims to create a strain gauge in which one or more switches can be actuated by an expediently small expansion of a single measuring element without external voltages being able to falsify the measurement to an inadmissible extent. According to the invention, the measuring mechanism has a single ring-like measuring element which is elastic in the direction of the forces to be measured and whose changes in shape are transmitted to the actuating element (s) of one or more switches located in the space enclosed by the ring, and the measuring element via parts rigidly connected to the same serve directly as a mounting member for the switch or switches and its or their actuating members.
While the ring-shaped measuring element can be relatively strongly deformed under diametrical tension and thus provide a sufficient measuring path for direct switch actuation, the ring can be practically rigid in the direction transverse to this direction of tension and thus transverse to the plane of the ring, so that it can be practically rigid by transmitting torsional or bending forces is only slightly deformed. For this purpose, the ring can preferably have an elongated cross section transversely to its plane containing the direction of the forces to be measured. The measuring ring can therefore, on the one hand, be sufficiently stiff to permit the installation of switches and the actuators for the same directly on the ring itself, and on the other hand, have sufficient elasticity in the desired direction to enable reliable measurement.
The cumbersome addition of the measuring paths of several individual measuring elements, which in itself also has sources of error, is thus eliminated.
However, it is also known per se to use ring dynamometers to which measuring resistors connected in electrical bridges are attached. However, this application could not readily suggest the advantages of using the ring dynamometer for direct switch actuation.
In the drawing, the transmitter of an embodiment of the load meter according to the invention is shown.
Fig. 1 shows the encoder in a side view with the housing cover removed.
FIG. 2 shows the encoder in section along line 11-11 in FIG. 1.
The load meter shown is, for example, for measuring a certain, on a hoist depending on its load, z. B. on the lifting member, determined tensile force occurring. This tensile force acts on two bolts 1 and 2 of the encoder and is screwed to the bolts 1 and 2 at two diametrically opposite points ring 3 with a transverse to the direction of pull, flat, elongated cross-section, made of elastic material, for. B. steel transferred. Under the influence of the varying tensile forces acting on bolts 1 and 2, ring 3 is elastically deformed in its plane. The ring 3 is surrounded by a housing 4 which is screwed to a block 5 attached to the lower part of the ring. A sheet metal 6 is screwed to the block 5, the upper edge of which protruding into the annular space is angled inward.
On the upper part of the ring 3, a block 7 similar to the block 5 is attached to which two metal sheets 8 and 9, which also protrude into the annular space, are screwed. Two lateral supports 10, in which two axes of rotation 11 and 12 are attached, are attached to the sheet metal 8. Four microswitches 13 are rotatably mounted on the axis of rotation 11, while four control levers 14 assigned to these microswitches are rotatably mounted on the axis 12. In the idle state, the control levers 14 are each pressed against the control pin 16 of the associated microswitch by a wire spring 15 placed around the axis 12 and thus hold the microswitch open.
Each microswitch is connected to a holder 17 which can be adjusted in the axial direction by an adjusting screw 18 screwed into the plate 8 in order to change the inclination of the associated microswitch 13. The control levers 14 are each provided with a control roller 19 at the lower end, which protrude into the path of the upper edge of the plate 6. The ceiling of the housing 4 is with one with the bolt
1 movable sleeve 20 connected by an expandable sealing bellows 21. A terminal housing 22, in which the terminals for connecting a control cable 23 are provided, is fastened to the encoder housing 4.
When the ring 3 is unloaded, the control rollers 19 of the control levers 14 have all left the upper edge of the sheet metal 6, so that the control pins 16 of the microswitches 13 are all pressed inward and keep the microswitches 13 open. Each microswitch 13 monitors a circuit, the circuits of three microswitches z. B. each a light display and the fourth microswitch, an alarm device and / or an emergency release and possibly a fourth light display are intended to be operated. The microswitches 13 are designed such that they are closed when the pressure on their control pin 16 is released.
The strain gauge shown works as follows:
In the unloaded state of the ring 3, as mentioned, the circuits of all microswitches 13 ge opens, so that no display or triggering occurs.
If a tensile force is now transmitted via the bolts 1 and 2 and the ring 3, the ring 3, which is circular in the unloaded state, changes into a slightly elliptical shape, the larger axis of the ellipse being in the direction of the bolts 1 and 2. As can be clearly seen from the drawing, the sheets 8 and 9 move with the bolt 1 z. B. upwards, while the block 5 and the sheet 6 remain in the same position. With the sheets 8 and 9, the microswitches 13 and control levers 14 attached to them are also moved upwards, so that the control rollers 19 of the control levers 14 can strike the upper, inwardly bent edge of the sheet 6.
The microswitches 13 are now set by means of the holder 17 so that the associated control rollers 19 do not hit the sheet metal 6 at the same time, but that only the one control roller hits first and causes the associated control lever 14 to pivot in the counterclockwise direction. As a result, the control pin of the associated microswitch 13 is relieved and the microswitch is closed, whereby the corresponding illuminated display lights up and indicates a certain, relatively low load condition. The remaining microswitches 13 are also switched on one after the other when the load increases and, in the manner just described, convey additional light indicators which indicate the higher load states.
The microswitch that was switched on last is set, for example, so that it only responds when there is a certain overload and controls an emergency release that drives the hoist, e.g. B. the lifting motor of a crane, turns off.
In many cases, the tensile force acting on the bolts 1 and 2 is not directly proportional to the load to be measured. B. in the case of a crane the load torque acting on the winch is to be measured. It is then relatively easy to take into account the functional relationship between the load to be measured and the available tensile force by setting the individual microswitches 13 accordingly.
Of course, more or less than four microswitches and corresponding control levers could also be provided, in the simplest embodiment only a single microswitch could be provided which could only control an alarm device and an emergency release. The microswitches 13 are preferably designed such that they automatically jump from one operating position to the other when a certain control pressure is exceeded or not reached. However, other suitable electrical switches could of course also be used.
The formation of the organ measuring the load as a ring 3 has the advantage that a considerable change in shape is achieved for relatively weak tensile forces. In addition, the manufacture of a circular ring is relatively simple and cheap. The ring shape of the load-measuring element also allows the control switches 13 and their control elements to be accommodated in the space enclosed by the ring, so that the use of space in the load-measuring transducer is very favorable.