DD279310A1 - Kraftmessvorrichtung, insbesondere fuer hebezeuge und foerdermittel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung fuer Zugkraefte. Sie ist z. B. fuer die Waegung von Lasten am Kranhaken geeignet. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, dafuer gegenueber bekannten Loesungen die Messgenauigkeit und Messsicherheit zu erhoehen, und zwar durch Gewaehrleistung zentraler Krafteinleitung. Ausschaltung der Beeinflussung durch Hysterese, Kriechneigung und Querkraefte, sowie den geraetetechnischen Aufwand zu senken. Erfindungsgemaess wird das mit einer aus im wesentlichen einem Krafteinleitungs- und einem Messkoerper bestehenden Vorrichtung erreicht. Beide Koerper sind so gestaltet und zueinander angeordnet, dass bei einer Lastaufnahme des Hebezeuges die durch geeignete Wandlerelemente gemessene Flaechenpressung zwischen ihnen ansteigt, praktisch ohne Verformung der zusammenwirkenden Elemente und ohne deren Bewegung gegeneinander. Die Erfindung ist besonders bei allen Hebezeugbetreibern anwendbar. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eino MeiJvorrichtung zur Bestimmung von Zugkräften. Sie ist insbesondere für die elektrische Messung von Lasten an Kranhaken, von Seilkräften sowie zur Gewichtsbestimmung verschiedener, in Behältern, Silos oder Speichern gelagerter Güter geeignet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In der Patent- und anderen Literatur wird eine Vielzahl verschiedener technischer Lösungen zur Kraftmessung in Kranwaagen beschrieben. Ein Großteil dieser Lösungen sieht als Meßelement aus sehr vielen Einzelteilen kompliziert aufgebaute Kraftmeßdosen vor, die eine hohe Präzision bei Fertigung und Justage erfordern, wie z. B. in der DE-AS 1268078, Dt. Kl. 42 k 7/0ii. Eine weitere relativ komplizierte Anordnung wird in der DE-PS 957980 beschrieben. Diese ist mit 6 selektiv in jeweils einer Richtung empfindlichen Kraftmeßgebern versehen. Nachteil beider Lösungen ist es, daß die beiden Systeme, zwischen denen Kräfte und Drehmomente zu bestimmen sind, nachgiebig miteinander verbunden sind. Es müssen die jeweils in einer Achse empfindlichen Meßelemente über elastische Schneiden oder ähnliches mit der Krafteinleitung gekoppelt sein, damit ihnen nur die eine interessierende Kraftkomponente zugeführt wird. Dies bedingt einen komplizierten Aufbau und hohen Aufwand für Anschaffung und Unterhaltung.

Mit der DE-AS 1204420 wird eine Grob- und Feinwaage vorgestellt, die in Form eines biegsamen Federelements mittels Dehnmeßstreifen in einem bestimmten vorgegebenen Meßbereich die Gewichtsbestimmung mit hoher Empfindlichkeit ermöglicht. Der Nachteil derartiger Waagen ist, daß sie nur zu ganz bestimmten Wägeaufgaben eingesetzt werden können, wie z. B. zum Wägen ständig annähernd gleicher Lasten.

Weiterhin sind Kraftaufnehmer mit piezoelektrischen Meßzellen bekannt, z.B. gemäß DE-PS 1195512, die jedoch nur eine in einer Richtung wirkende Kraft aufnehmen können. Diese Systems sind speziell auf das Aufnehmen von Beschleunigungen und nicht auf das Messen von außen einwirkender Kräfte zugeschnitten und daher als Waage nicht geeignet. Eine in der DE-OS 3111865 beschriebene Kranwaage basiert auf einem elliptischen scheibenförmigen Meßkörper, der zur Erzeugung einer Scherkraft zwei Einschnitte aufweist. Die durch diese Kraft im Meßkörper ständig hervorgerufene Formänderung bedingt eine hohe Elastizität des Meßkörpermaterials. Der wesentlichste Nachteil dieser Lösung besteht in der zwangsläufig auftretenden Materialermüdung, die die wirkenden Rückstellkräfto mit zunehmender Anzahl der Lastwechsel vermindert. Dadurch entstehen außer einem nicht oder nur schwer durchschaubaren Verformungs- und Meßkurvenverlauf unerwünschte Empfindlichkeitsverluste.

Bei der in der DE-PS 1129317 vorgestellten Kraftmeßdose wirkt sich die Nichtlinearität der Dehnungsenderungen der Meßplatte bei zunehmender Krafteinwirkung aus. Sie steigt mit größer werdender Durchbiegung der Meßplatte im Verhältnis zu ihrer Stärke. Bei größeren zu messenden Lasten kann sich dieser Effekt in einem Maße auswirken, welcher übliche Fehlergrenzen überschreitet.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, den gerätetechnischen Aufwand bei der Ermittlung von Lasten, insbesondere der von Hebezeugen und Fördermitteln zu bewältigen, zu senken und die Meßgenauigkeit und -sicherheit zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugi unde, eine Kraftmeßvorrichtung, z. B. für Lasten am Kranhaken zu schaffen, deren meßtechnisch relevante Baugruppe aus einer minimalen Anzahl einzelner mechanischer Bauteile besteht und die eine eindeutig definierte zentrale Krafteinleitung gewährleistet. Unter Vermeidung der Nachteile der bekennten Vorrichtungen soll sie den hohen Anforderungen an Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Linearität der Messung bei geringer Beeinflussung durch Hysterese, Kriechneigung und Querkräfte genügen und die Verwendung von meßtechnisch vorteilhaften Wandlereleinenten für eine praktisch weglose Messung von Anpreßkräften gestatten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabedurch eine äußerlich zylindrische oder prismatische Vorrichtung mit zentraler Krafteinleitung an der Grundfläche unc* Aufhängung an der Deckfläche gelöst. Einer ihrer Hauptbestandteile ist ein Krafteinl6itungskörper, dessen Längsschnitt c"ie Form eines nach unten offenen Hohlzylinders oder HoH'prismas mit in seiner Längsachse von der Deckwand nach unten ragendem, sich nach unten stetig, vorzugsweise kreiskegelstumpfförmig verjüngendem Druckzapfen mit einem Öffnungswinkel von mindestens 60° hat. Die Vorrichtung ist nach unten vom Meßkörper als weiterem Hauptbestandteil der Vorrichtung abgeschlossen. Auf dessen Grundplatte sind mittig Abstützwandelemente angeordnet, die im Falle eines kreiskegelförmigen Druckzapfens eine Trichterform bilden, deren Innenflächen der Form des DrucHzapfens entsprechen und die am Druckzapfen des Krafteinleitungskörpers form- und kraftschlüssig anliegen. Auf der dem Drucl'.zapfen abgewand! η Seite der Trichterwände sind auf gleicher Höhe und in jeweils gleichem Abstand voneinander mindestens drei sich gegenüberliegende Paare an sich bekannter Wandlerelemente, die für Längenänderungen höchstens im Mikrometerbereich ausgelegt sind, angebracht. Sie sind in bekannter Weise so verschaltet, daß die Resultante aus den mit ihnen gemessenen Anpreßkräften analog der eingeleiteten Zugkraft ist. Die trichterförmige Vertiefung hat eine senkrechte zentrische Durchführung durch die Grundplatte des Meßkörpers für die Verbindung vom Druckzapfen zum Lastaufnahmeeloment. Der Krafteinleitungskörper und der iVleßkörper sind in sich starr sowie starr und verdrehsicher vorgespannt miteinander verbunden. In der Decko des Krafteinleitungskörpers ist mittig ein Hohlraum eingearbeitet. Dieser hätte in einer Schnittdarstellung die Form eines Langloches, dessen Länge die größte Dicke des Druckzapfens überragt. Der Hohlraum teilt die Deckwand in eine äußere starre und eine innere, in geringem Maße, aber exakt definiert biegeempfindliche Wandstärke auf.

Wenn in Funktion der Vorrichtung diese infolge angehängter Last mit Zugkraft beaufschlagt wird, erhöht sich aufgrund des biegeempfindlichen Teils der Deckwand die wegen der bei der Montage der Vorrichtung aufgebrachte Vorspannung bereits bestehende Anpreßkraft bzw. Flächenpressung zwischen Druckzapfen des Krafteinleitungskörpers und Abstützfläche des Meßkörpers, ohne daß zwischen beiden Teilen eine Verschiebung erfolgt. Diese Änderung wird von den Wandlerelementen aufgenommen und in proportionale elektrische Größenänderungen gewandelt, die über Schaltpunkte der Meßschaltung zugefühi werden.

Ausführungsbeispiel

Die günstigste Form der konkreten Realisierung der Erfindung soll anhand einer Zeichnung gemäß Figur 1 näher erläutert werden. In dieser ist die erfindungsgemäße Kraftmeßvorrichtung im Längsschnitt dargestellt. Der Krafteinleitungskörper 1 ist hier dls oben geschlossener und unten offener senkrechter Hohlzyiinder ausgeführt. Der von seiner Deckwand mittig senkrecht nach unten ragende Druckzapfen 12 hat die Form eines Kreiskegelstumpfes. Demzufolge bilden die Abstützwandelemente 4 des Meßkörpers 2 eine trichterähnliche Form und liegen form- und kraftschlüssig vorgespannt am Druckzapfen 12 an. Vorspannung und starre, verdrehsichere Verbindung beider Körper 1; 2 werden durch mit Dichtungen 10 und Muttern versehene Befestigungsbolzen 7 und Arretierungsschrauben 6 erreicht. Die Beaufschlagung des Druckzapfens 12 des Meßkörpers 2 mit Zugkraft infolge der gehobenen Last am Kranhaken erfolgt über einen starr in den Druckzapfen 12 eingelassenen Verbindungsbolzen 3. Dieser ist zentrisch durch eine entsprechende Bohrung in der Grundplatte des Meßkörpers 2 geführt und am unteren EnIe mit d6m Kranhaken versehen

Der zwischen dem Krafteinleitungskörper 1 und dem Meßkörper 2 vorhandene Innenraum wird zur Aufnahme von Schaltpunkten 9, die hier am Stützmantel für die Abstützwandelemente 4 angebracht sind, genutzt. Diese Schaltpunkte 9 dienen der Verbindung der auf der dem Druckzapfen 12 abgewandten Seite der Abstützwandelemente 4 angebrachten einzelnen Wandlerelemente 5 untereinander und mit geeigneten Meßschaltungen. Diese Verbindungen sind so ausgeführt, daß sich aus allen von den Wandlerelementen 5 aufgenommenen Einzelwerten der AnpreP aft bzw. der Flächenpressung eine Resultante ergibt, die proportional dor eingeleiteten Zugkraft ist. Zur Applikation der Wandlerelemente 5 und zur Durchführung der Verbindungsleitungen zu den Schaltpunkten weist der Stützmantel Aussparungen auf. Ebenfalls der Kabeldurchführung diont die Öffnung 9 in der Außenwand des Krafteinleitungskörpers 1. Als Wandlerelernente 5 kommen in dieser Ausführung solche mit piezoresistivem Wirkprinzip zur Anwendung, die für Formänderungen im Mikrometerbereich ausgelegt sind

Durch den in die Deckwand des Krafteinleitungskörpers 1 eingebracht·! Hohlraum wird eine geringe, exakt definierte Biegeempfindlichkeit ihres unteren Teils, von dem der Druckzapfen 12 ausgeht, bewirkt; im Gegensatz zu dem starren oberen Teil der Deckwand.

Claims (3)

1. Kraftmeßvorrichtung, insbesondere für Hebezeuge und Fördermittel, bestehend aus einem Krafteinleitungskörper mit mittig angeordneter Anhängeöse und versehen mit einer Befestigung für das Lastaufnahmeelement und einem Meßkörper, gekennzeichnet dadurch, daß der Krafteinleitungskörper (1) die Fo^rm eines nach unten offenen und oben geschlossenen in sich starren Hohlzylinders oder Hohlprismas hat, von dessen D.^ckwand mittig ein sich stetig verjüngender, vorzugsweise kreiskegelstumpfförmiger Druckzapfen (12) mit einem mindestens 60° betragendem Öffnungswinkel senkrecht nach unten ragt, wobei mittig über dem Ansatz des Druckzapfens (12) ein Hohlraum, der in einer Schnittdarstellung die Form eines die Ansatzpunkte des Druckzapfens (12) überragenden Langloches hat, in die Deckwand eingearbeitet ist, wodurch diese in eine äußere starre und eine innere, in geringem Maße, aber exakt definiert biegeempfindliche Wandstärke aufgeteilt wird, während der Meßkörper (2) im wesentlichen aus einer Grundplatte besteht,

- die den Krafteinleitungskörper (1) nach unten verschließt,

- die mit diesem starr und verdrehsicher vorgespannt verbunden ist,

- die auf ihrer Oberseite mit zut aminen eine vorzugsweise Trichterform bildenden, mittig angeordneten Abstützwandelementen (4) versehen ist, deren Innenflächen an der Mantelfläche des Druckzapfens (12) form- und kraftschlüssig vorgespannt anliegen und an deren

_# Außenflächen auf gleicher Höhe und in jeweils gleichem Abstand voneinander mindestens 3 sich gegenüberliegenden Paare an sich bekannter, für Längenänderungen im Mikrometerbereich ausgelegte und in bekannter Weise zu einer Meßschaltung vereinigte Wandlerelemente (5) angebracht sind,

- und die eine senkrechte zentrische Durchführung für einen Verbindungsbolzen (3) zwischen Druckzapfen (12) und Lastaufnahmeelement hat.

λ. Kraftmeßvorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckzapfen (12) auch die Form eines Pyramidenstumpfes oder eines Keilstumpfes haben kann und die Abstützwandelemente (4) zusammen eine analoge Form bilden können.

3. Kraftmeßvorrichtung gemäß Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Druckflächen der Abstützwandelemente (4) um einen derartigen Betrag länger als die krafteinleitenden Flächen des Druckzapfens (12) sind, daß eine eindeutige Kraftübertragung über diese Flächen auf die Wandlerelemente (5) gewährleistet ist.

4. Kraftmeßvorrichtung gemäß Anspruch 1-3, gekennzeichnet dadurch, daß die Abstützwandelemente (4) von einem sie umgebenden Mantel gestützt werden, der Aussparungen zur Durchführung der Wandlerelemente (5) und ihrer Verbindungsleitungen dienen.