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Um
eine Überlastung
von Hebezeugen zu vermeiden ist es erforderlich, die Hakenlast zu
erfassen. Eine solche Überlastung
kann entstehen, wenn sich der Haken bei der Hubbewegung mitsamt
Last verklemmt oder falls eine Last mit zu großen Gewicht angehängt wird.
Hierdurch entstehen gefährliche
Situationen, die zum Absturz der Last und/oder des Hebezeugs führen können. Die
Sicherheitsvorschriften sehen deswegen vor, dass das Hebezeug mit
entsprechenden Kraftmessmitteln versehen sein muss, um solche Überlastungen
zu vermeiden. Wird eine Überlastung
festgestellt, schaltet der Antrieb des Hebezeugs automatisch ab.
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Außerdem werden
Lastmessungen benötigt, um
zu entscheiden, ob vom Langsamgang auf einen Schnellgang umgeschaltet
werden kann. Diese Umschaltung ist Lastabhängig, weil im Falle von Asynchronmotoren
zum Antrieb des Hebezeug das Kippmoment von der Betriebsfrequenz
des Motors abhängig
ist. Je höher
die Betriebsfrequenz ist, umso kleiner ist das Kippmoment, d.h.
hohe Lasten dürfen nicht
mit hohen Frequenzen und damit hohen Drehzahlen gehoben werden.
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Zur
Erfassung der Hakenlast ist es im Falle von Kettenzügen bekannt,
die Axialkraft, die an einer Zwischenwelle des Getriebes auftritt,
zu erfassen. Die Kettenzüge
verfügen über Zahnrädergetriebe
mit Schrägverzahnung.
Aufgrund der Schrägverzahnung entsteht
bei Belastung des Hakens ein entsprechender Schub, parallel zur
Richtung der Achse der von der Belastung abhängig ist. Diese Kraft wird
beispielsweise mit Hilfe einer Druckmessdose gemessen, oder es wird
der Verschiebeweg gegen eine Druckfeder erfasst. Nachteilig bei
dieser Art der Messung ist die verhältnismäßig große Hysterese, die von der Zahnflankenreibung
in axialer Richtung herrührt.
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Im
Falle von Seilzügen
wird davon Gebrauch gemacht, an einem Ende der Seiltrommel das Gewicht
zu messen. Hierbei ist nachteilig, dass das Messergebnis, abhängig vom
Ablaufpunkt des Seils, längs
der Trommel ist.
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Außerdem dient
die Belastungserfassung als Grundlage für die Berechnung des Lastkollektivs.
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Ausgehend
hiervon ist es Aufgabe der Erfindung ein Hebezeug zu schaffen, dass
eine genauere Erfassung der Hakenlast gestattet.
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Eine
weitere Aufgabe bestehet darin, eine einfache und genaue Messung
der Fahrantriebskraft bei Kranen und Katzfahrwerken zu schaffen.
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Diese
Aufgaben wird erfindungsgemäß mit dem
Hebezeug mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder 2 gelöst.
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Bei
dem neuen Hebezeug ist ein Antriebsmotor an einem Getriebegehäuse angeflanscht.
Das Getriebegehäuse
weist zwei einander gegenüberstehende
Lagerschilde auf, die Lagersitz für Getriebewellen enthalten.
Eine der Wellen ist eine Ausgangswelle, die mit einem Ende aus dem
Getriebegehäuse auskragt.
Mit diesem auskragenden Ende wird ein Lastaufnahmemittel angetrieben.
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Der
Antrieb des Lastaufnahmemittels kann mit Hilfe einer Kettennuss,
einer Seilscheibe oder einer Seiltrommel geschehen, je nachdem ob
es sich bei dem Hebezeug um eine Seilwinde, einen Kettenzug oder
einen Bandzug handelt.
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In
einem der Lagerschilde ist ein Sensor untergebracht, der sich neben
einem der Lagersitze befindet. Mit Hilfe dieses Sensors wird die
elastische Verformung des Lagerschilds in der Umgebung des betreffenden
Lagersitzes erfasst.
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Die
Verformung in dem betreffenden Lagerschild ist eine Folge der an
diesem Lagerende auftretenden Querkraft. Die Querkraft dort ist
im allgemeinen eine Funktion des an dieser Welle übertragenen Drehmoments.
Lediglich im Falle der Ausgangswelle addiert sich zu der Querkraft,
die durch das Antriebs- oder Abtriebsmoment erzeugt ist, eine Kippkraft
hinzu, die von der Hakenlast herrührt und die bestrebt ist, die
auskragende Ausgangswelle um das dazwischen liegende Lager zu verkippen.
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Um
eine möglichst
fehlerfreie Messung zu bekommen, sollte der Ort für den Sensor
so gewählt werden,
dass das Messergebnis nicht durch die Überlagerung von mehreren Spannungen,
die im Lagerschild auftreten, verfälscht wird. Insbesondere muss
der Ort so gewählt
werden, dass von den benachbarten Lagersitzen ausgehende Kräfte das Nutzsignal
nicht verkleinern, weil am Ort des Sensors von anderen Lagersitzen
Spannungen induziert werden, die ein entgegengesetztes Vorzeichen
haben, wie die Kraft, die vom benachbarten Lagersitz ausgeht, der
gemessen werden soll.
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Die
Spannungsmessung in dem Lagerschild kann sowohl bei Getriebe mit
Gradverzahnung als auch bei Getrieben mit Schrägverzahnung vorgenommen werden.
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Der
Sensor zur Messung der Spannung im Gehäuse bzw. der elastischen Verformung
ist bevorzugt ein gekapselter DMS-Sensor (= Dehnungsmessstreifensensor,
straingagesensor). Solche Sensoren sind sehr hysteresefrei und empfindlich.
Insbesondere sind sie von Haus aus bis zu einem gewissen Grad temperaturkompensiert,
ohne das zusätzliche
Maßnahmen
ergriffen werden müssen.
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Sensoren
dieser Art sind beispielsweise von der Firma Sensya unter der Bezeichnung "Model K 3003", oder der Firma
Texis GmbH zu beziehen.
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Die
oben beschriebenen Zusammenhänge und
Vorteile werden auch in Verbindung mit Fahrantrieben für Katzfahrwerke
und Kräne
erreicht. Hierbei sitzt das Getriebe anstatt, wie erläutert zwischen
Motor und Lastaufnahmemittel, zwischen Motor und wenigstens einem
angetriebenen Rad. Ansonsten ergeben sich für das Getriebe selbst dieselben
Verhältnisse.
Auch hier muss dabei darauf geachtet werden, dass durch die Befestigung
am Fahrwerksrahmen keine zusätzlichen
die Messung verfälschenden Spannungen
eingeleitet werden oder die Steifheit des Lagerschildes im Bereich
des Messortes verändert
wird, so dass es zu Verfälschungen
kommt.
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Die
Aufnahmebohrung kann eine Sackbohrung sein oder eine Durchgangsbohrung,
wobei letzteres deswegen besonders einfach ist, weil auf diese Weise
das Anschlusskabel unmittelbar aus dem Getriebegehäuse herausgeführt werden
kann.
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Damit
die Messung hysteresefrei ist und sehr empfindlich, sitzt das Gehäuse des
Sensors, vorzugsweise mit Presssitz, in der Aufnahmebohrung.
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Das
Gehäuse
ist einfachheitshalber rotationssymmetrisch, d.h. zylindrisch, und
parallel zur Achse des Lagersitzes ausgerichtet. Dies vereinfacht die
Montage und die Herstellung erheblich.
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Außerdem hat
der Presssitz den Vorteil, dass gleichzeitig die erforderliche Abdichtung
gewährleistet
ist.
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Der
Sensor wird, um ein maximales Nutzsignal zu erzeugen, auf der Verlängerung
desjenigen Radius der benachbarten Lagerbohrung angeordnet, der
parallel zum Querkraftvektor liegt, der an dem betreffenden Lagerende
angreift bzw. zu erfassen ist.
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Der
Querkraftvektor kann im Falle einer Zwischenwelle ein Querkraftvektor
sein, der sich ausschließlich
aus dem Antriebsmoment ergibt, während der
Querkraftvektor im Falle der Ausgangswelle zusätzlich ein Kippmoment enthält, dass bestrebt
ist, die Ausgangswelle um jenes Lager zu kippen, das dem auskragenden
Ende unmittelbar benachbart ist. Grob gesagt befindet sich der Sensor
auf einer Geraden durch die Achse des Lagersitzes die rechtwinklig zu
einer Geraden verläuft,
die die Drehachsen der unmittelbar benachbarten Getriebewellen miteinander
verbindet. Dabei ist die andere Getriebewelle, die antriebsmäßig in Richtung
auf den Motor liegt.
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Im
Falle der Messung im Bereich der Ausgangswelle sollte darauf geachtet
werden, dass der Messort so gewählt
wird, dass tatsächlich
nur der Fahrwiderstand erfasst wird und nicht zusätzlich eine weitere
Kraft, die von der Hakenlast herrührt. Deshalb ist es im Falle
von Fahrantrieben häufiger
sinnvoll, die Messung an einer Zwischenwelle und nicht an der Ausgangswelle
vorzunehmen.
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Das
Messsignal wird groß,
wenn neben einem Lagersitz gemessen wird, der einem Ritzel einer Getriebewelle
benachbart ist, soweit es sich nicht um die Ausgangswelle selbst
handelt.
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Dabei
hat die Messung an einer Zwischenwelle den Vorteil, dass das überlagerte
Störsignal, das
von den Wälzlagern
herrührt,
eine verhältnismäßig hohe
Frequenz aufweist und sich leicht herausfiltern lässt. Bei
der Messung an einem Lagersitz der Ausgangswellen ist dagegen die
Frequenz entsprechend niedrig und etwas schwerer zu filtern.
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Die
Größe des Nutzsignals
wird ferner verbessert, wenn die Aufnahmebohrung für den Sensor seitlich
freigestellt ist. Dadurch wird das Lagerschild in Richtung auf die
La gerbohrung elastischer, was wiederum zu einer größeren Belastung
des Sensors führt,
jeweils bezogen auf die gleiche Hakenlast.
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Die
Freistellung der Aufnahmebohrung kann durch zwei seitliche Taschen
erfolgen, die sich bezüglich
der Bohrung praktisch diametral gegenüberliegen. Jeder der Taschen
umgibt die Aufnahmebohrung längs
eines Umfangswinkels zwischen 90° und 160°. Hierdurch
entstehen zwei Stege, deren Längsachsen
zweckmäßigerweise
parallel zum zur erfassenden Querkraftvektor liegen, jeweils gemessen
in der Ebne des Lagerschilds und damit rechtwinklig zur Drehachse
der betreffenden Welle.
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Im übrigen sind
Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die
nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele
sind vielfältig
abwandelbar. Die jeweilig erforderlichen Änderungen ergeben sich aus
den Randbedingungen der Gehäusekonstruktion
und aus dem jeweiligen Anforderungen. Um den Umfang der Figurenbeschreibung
nicht zu sprengen wurde auf eine solche Erläuterung verzichtet.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 das
erfindungsgemäße Hebezeug
in einer perspektivischen Gesamtansicht,
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2 einen
Längsschnitt
durch das Getriebegehäuse,
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3 eine
Draufsicht auf das Lagerschild mit dem Sen sor,
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4 einen
Schnitt durch das Lagerschild in einer Ebene, die die Achse des
Lagersitzes und die Achse der Aufnahmebohrung enthält, in einer
vereinfachten Darstellung,
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5 eine
Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Seilzugs in einer perspektivischen Darstellung
und
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6 ein
Katzfahrwerk zur Veranschaulichung eines weiteren Einsatzgebietes
der Erfindung, in einer schematischen Darstellung in einer Stirnansicht.
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1 zeigt
in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Kettenzug 1.
Der Kettenzug 1 weist ein etwa quaderförmiges Getriebegehäuse 2 auf,
an dessen einer Stirnseite ein Elektromotor in Gestalt eines Asynchronmotors
angeflanscht ist. Sowohl das Getriebegehäuse 2 als auch der
Motor 3 sind mit durchlaufenden Kühlrippen versehen, wie dies
die Figur erkennen lässt.
Auf der von dem Getriebegehäuse 2 abliegenden
Seite ist an dem Motor 3 ein Deckel 4 vorgesehen,
der die Steuerung bzw. wesentliche Teile der Steuerung enthält. Zwischen
dem Steuerungsdeckel 5 und der gegenüberliegenden Stirnseite des
Getriebegehäuses 2 befindet
sich ein Kettennussgehäuse 6 aus
dessen Oberseite 2 Laschen 7 vorstehen, die der
Aufhängung
des Kettenzugs 1 dienen. Unten aus dem Kettennussgehäuse 6 führt eine
Rundgliederkette 8 weg, an deren freien Ende ein Haken 9 befestigt
ist.
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2 zeigt
den Kettenzug 1 nach 1 in einem
horizontalen Längsschnitt,
bezogen auf die normale Gebrauchsstellung.
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Bei
dem Motor 3 handelt es sich, wie bereits erwähnt, um
einen Asynchronmotor mit einer Feldwicklung 10, die in
einem Motorgehäuse 11 eingesetzt
ist. Das Motorgehäuse 11 ist
becherförmig
gestaltet in der Weise, dass die in 1 erkennbare
zylindrische mit Kühlrippen
versehene Seitenwandanordnung mit einer Stirnwandanordnung 12 einstückig verbunden
ist. Die Stirnwand 12 weist einen Lagersitz für ein darin
steckendes Rillenkugellager 13 auf. An seiner Rückseite
ist das Motorgehäuse 11 durch einen
Rückdeckel 14 verschlossen,
der in einer entsprechenden Sitzbohrung ein weiteres Rillenkugellager 15 enthält. Mit
Hilfe der beiden Rillenkugellager 13 und 15 ist
ein Kurzschlussläufer 16,
der auf einer Ankerwelle 17 drehfest sitzt, gelagert.
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Die
Ankerwelle 17 steht nach rechts in Richtung auf das Getriebegehäuse 2 vor
und enthält
dort eine Längsbohrung 18,
in die eine Welle 19 eingepresst ist, die an ihrem vorstehenden
Ende ein Ritzel 21 trägt.
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Der
Rückdeckel 14 ist
wiederum seinerseits ein Gehäuse
für eine
auf die Ankerwelle 17 wirkende Reibungsbremse 22.
Zu der Reibungsbremse 22 gehört ein ringförmiger Bremslüftemagnet 23 sowie eine
mit der Ankerwelle 17 drehfest verbundene Bremsscheibe 24.
Mit Hilfe einer nicht weiter gezeigten Federeinrichtung wird die
Bremse in die Bremsstellung vorgespannt und mit Hilfe des Elektromagneten 23 gelüftet.
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Auf
einem über
dem Bremslüftemagneten 23 nach
hinten hin ausgehenden Wellenfortsatz steht schließlich ein
Lüfterad 25.
Sowohl die Bremse 22 als auch der Lüfter 25 laufen in
einem Teil des Deckels 5.
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Unterhalb
des Motors 3 ist eine in dem Gehäuse 5 untergebrachte
Steuerungsanordnung 26 zu erkennen.
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Das
Getriebegehäuse 2 ist
eine etwa zweischalige Konstruktion, bestehend aus einer ersten Gehäuseschale 27 und
einer zweiten Gehäuseschale 28.
Die erste Gehäuseschale 27 weist
einen weitgehend ebenen, als Montagefläche dienenden Boden 29 sowie
eine um den Rand dieser Montagefläche 29 umlaufenden
in sich geschlossene Seitenwandanordnung 30 auf. Ihr Rand 31 liegt
in einer Ebene.
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Der
Boden 29 bildet gleichzeitig eines der Lagerschilde des
Getriebegehäuses 2.
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Die
Grund- oder Montagefläche 29 ist
aus der Sicht des Motors 3 etwa rechteckig.
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Deckungsgleich
mit der Gehäuseschale 27 ist
die Gehäuseschale 28,
die ebenfalls aus einem Boden 32 und einer Seitenwandanordnung 33 besteht,
die einstückig
angeformt ist. Der Boden 32 bildet ein dem Boden- oder
Lagerschild 29 gegenüberstehendes
und dazu parallel verlaufendes Lagerschiff. Die Seitenwandanordnung 33 endet
ebenfalls an dem Gehäusespalt 31.
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Die
Befestigungsschrauben zum Zusammenschrauben der beiden Gehäuseschalen 27, 28 sind
der Übersichtlichkeit
halber weggelassen.
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In
dem Getriebegehäuse 2 ist
ein insgesamt 3-stufiges Zahnradgetriebe mit zwei Zwischenwellen 34 und 35 sowie
einer Ausgangswelle 36. Zur Lagerung der ersten Zwischenwelle 34 sind
an der Innenseite der beiden Lagerschilde 29, 32 miteinander fluchtende
napfförmige
Lager 37, 38 angeformt, in denen Rillenkugellager 39, 40 sitzen.
Mittels dieser Rillenkugellager 39 und 40 ist
die erste Zwischenwelle 34 mit Hilfe von in der Zeichnung
erkennbaren Endzapfen drehbar gelagert. Auf ihr ist ein mit dem Ritzel 21 kämmendes
Zahnrad 41 drehfest angeordnet und sie trägt außerdem einstückig ein
weiteres Ritzel 42.
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Aus
der Sicht des Motors 3 weiter abliegend ist die zweite
Zwischenwelle 35 angeordnet. Zur Lagerung dieser zweiten
Zwischenwelle 35 ist an der Innenseite des Lagerschildes 29 eine
napfförmige, ebenfalls
nach innen weisender Lagersitz 43 angeformt, der mit einer
Lagersitzbohrung 44 in dem Lagerschild 28 fluchtet.
Die Lagersitzbohrung 44 enthält ein Rillenkugellager 45,
während
ein weiteres Rollenlager 46 in dem Lagersitz 43 steckt.
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Mittels
dieser beiden miteinander fluchtenden Wälzlager 45, 46 ist
mit entsprechenden Wellenzapfen die zweite Zwischenwelle 35 drehbar
gelagert. Ihr linkes Ende ist, wie gezeigt, als Ritzel 47 ausgeführt, während das
rechte Ende der Zwischenwelle 35 ein Zahnrad 48 trägt. Das
Zahnrad 48 kämmt
mit dem Ritzel 42 und bildet gleichzeitig eine Scheibe
einer Rutschkupplung 49.
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Da
die Rutschkupplung 49 nicht Gegenstand der Erfindung ist,
genügt
es an der Stelle zu erwähnen,
dass das scheibenförmige
Zahnrad 48 zwischen zwei mittels einer Feder gegeneinander
vorgespannten Platten gehalten ist, von denen wenigstens eine drehfest
mit der zweiten Zwischenwelle 35 verbunden ist. Mit Hilfe
eines von außen über die
Lagerbohrung 44 zugänglichen
Einstellgliedes lässt
sich das Rutschmoment einstellen. Nach der Einstellung wird die
Lagerbohrung 44 mittels eines nicht gezeigten Deckels verschlossen.
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Sobald
es die Sicherheitsrichtlinien für
Hebezeuge zulassen, kann die Rutschbremse 49 entfallen.
Das Zahnrad 48 wird dann unmittelbar drehfest auf der Zwischenwelle 35 aufgesetzt.
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Die
in der Leistungsflussrichtung gesehen letzte Welle des Getriebes
ist die Ausgangswelle 36, zu deren Lagerung an der Innenseite
des Lagerschildes 28 ein napfförmiger Lagersitz 51 angeformt
ist. Diese steht in das innere des Getriebegehäuses 2 vor. Er nimmt
ein Rillenkugellager 52 auf, in dem das betreffende Ende
der Ausgangswelle 36 steckt. Der Lagersitz 51 befindet
sich an einer Stelle, in der das Lagerschild 28 eine Dicke
aufweist, die der Tiefe des Lagersitzes 51 entspricht,
d.h. die Struktur die den Lagersitz 51 enthält erreicht
bis an die Seitenwandanordnung 33 heran, wie dies die Figur
erkennen lässt.
In dem anderen Lagerschild 29 ist fluchtend mit dem Lagersitz 51 eine
Lagerbohrung 53 vorgesehen, die ein Rillenkugellager 54 aufnimmt.
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Das
nach außen über das
Lagerschild 29 überstehende
Ende der Ausgangswelle 36 trägt in bekannter Weise drehfest
eine Kettennuss 56, die wie üblich mit Kettentaschen für stehende
und liegende Glieder einer Rundgliederkette versehen ist. Die Kettennuss 56 dreht
sich in dem Kettennussgehäuse 6,
das auf der Außenseite
des Lagerschildes 29 durch nicht weiter gezeigte Schrauben
angeflanscht ist.
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Aufgrund
der Anordnung befindet sich das Kettennussgehäuse 6 seitlich neben
dem Motor 3, wie dies die Schnittzeichnung erkennen lässt.
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Außerdem sind
ersichlicherweise sämtliche Achsen
zueinander parallel. Die gezeigten Zahnräder und Ritzel können gerade
verzahnt oder schräg verzahnt
sein.
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Um
die nachfolgend erläuterte
Messart möglichst
hysteresefrei zu bekommen, kann es von Vorteil sein, wenn dasjenige
Zahnrad, an dem die Messung vorgenommen wird, eine Gradverzahnung trägt, damit
nur Querkräfte
gemessen werden und keine axialen Schubkräfte erzeugt werden, die hysteresebehaftet
sind und in die Messung eingehen können.
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3 zeigt
eine Draufsicht auf die Innenseite der Gehäuseschale 32. In der
Figur sind die bereits erwähnten
Lagersitze 38 und 41 sowie die Lagerbohrung 44 zu
erkennen. Außerdem
ist die Fügefläche 31 zu
sehen, an der die Seitenwandanordnung 33 endet, ebenso
wie der Boden 32.
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Die 3 lässt ferner
erkennen, dass oberhalb des Lagersitzes 51 eine in 2 weggeschnittene
Durchgangsbohrung 57 enthalten ist, die achsparallel zu
dem Lagersitz 51 ausgeführt
ist. Die Aufnahmebohrung 57 führt durch den verstärkten Bereich
des Bodens 32 hindurch und endet sowohl an der Außenseite
als auch an der Innenseite des Bodens 32. Seitlich neben
der Aufnahmebohrung 57 sind zwei in der Draufsicht etwa
nierenförmige
Taschen 58 und 59 enthalten, die sich in Richtung
auf das Innere des Getriebegehäuses 2 öffnen und
zur Außenseite
hin geschlossen sind. Durch die beiden nierenförmigen Taschen 58 und 59 entstehen
zwei Stege 62 und 63, die auf einer gemeinsamen
Geraden liegen, die eine Verlängerung
eines Radius des Lagersitzes 51 ist.
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Die
beiden nierenförmigen
Taschen 58 und 59 umgeben die zylindrische Aufnahmebohrung 57 längs eines
Umfangswinkels von ca. 110°.
Sie liegen allerdings nicht exakt diametral, sondern sie liegen so,
dass der Steg 62 etwas schmäler ist als der Steg 63.
Diese Lage wird erzwungen, weil die Bohrung 57 möglichst
dicht an die Lagerbohrung 51 herangerückt ist. Bei der praktischen
Ausführung
beträgt
die Wandstärke
an der dünnsten
Stelle zwischen der Aufnahmebohrung 57 und der Sitzfläche für das Kugellager 52 ca.
3 mm. Verallgemeinert bedeutet dies, dass die Dicke des Stegs 63 gemessen
in Richtung parallel zur Verbindungsgeraden zwischen dem Lagersitz 61 und
der Aufnahmebohrung 57 ca 1/20 des Durchmessers des Lagersitzes 61 beträgt. Damit
ist die Wandstärke
dort genauso groß wie
die Wandstärke im
Bereich zwischen der Aufnahmebohrung 57 und der betreffenden
nierenförmigen
Tasche 58, 59. Diese folgen mit ihrer der Aufnahmebohrung 57 benachbarten
Wandfläche
konzentrisch der Bohrung 57 in Umfangsrichtung. D. h. der
Krümmungsmittelpunkt der
seitlichen Wände
der Taschen 58 und 59 fällt mit dem Mittelpunkt der
Aufnahmebohrung 57 zusammen.
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Durch
diese Maßnahme
wird sichergestellt, dass eine Querkraft, die von dem Lagersitz 51 ausgeht
und längs
eines Vektors verläuft,
der durch die Achse der Bohrung 57 führt, zu einer mehr oder weniger
starken Verformung der Bohrung 57 führt.
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4 zeigt
nochmals in einer vergrößerten Darstellung
die Relation zwischen der Aufnahmebohrung 57 und dem Lagersitz 51,
wobei die Schnittrichtung so gewählt
ist, dass der Schnitt zunächst
der Verbindung zwischen den Mittelpunkten des Lagersitzes 51 mit
Aufnahmebohrung 57 folgt und sodann in der Lagerbohrung 57 rechtwinklig
sich fortsetzt.
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In
der Aufnahmebohrung 57 steckt mit Presssitz ein handelsüblicher
gekapselter DMS-Sensor 65, dessen Anschlusskabel 66 nach
außen
aus dem Getriebegehäuse 2 herausführt. Der
auf Druck empfindliche Teil des DMS-Sensors 65 befindet
sich in unmittelbarer Nachbarschaft des Rillenkugellagers 52.
Von dem DMS-Sensor ist lediglich sein hermetisch dichtes Gehäuse sichtbar.
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Die
Lager der Aufnahmebohrung 57 ist wie folgt gewählt:
Durch
das Antriebsmoment des Elektromotors 3, bzw. das Haltemoment
der Bremse 22, führt
zu einem Drehmoment an dem Zahnrad 55. Dieses dort zu messende
Drehmoment ist abhängig
von dem Gewicht einer an dem Haken 9 hängenden Last. Da das Drehmoment
unsymmetrisch eingeleitet wird, nämlich einerseits über die
gegenüber
der Achse der Welle 36 versetzen Kettentaschen und andererseits über den
Außenumfangs
des Zahnrades 55, entsteht ein Querkraftvektor. Der Querkraftvektor
liegt im Wesentlichen rechtwinklig zu der Verbindungsgeraden durch
die Achse des Lagersitzes 51 bzw. der Lagerbohrung 44.
Dementsprechend befindet sich die Aufnahmebohrung 57 auf
einer Verlängerung
des Radius des Lagersitzes 51 und zwar desjenigen Radius, der
parallel zu diesem Vektor ist.
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Bei
der speziellen Anordnung der Aufnahmebohrung 57, im Bereich
der auskragenden Ausgangswelle 36, kommt hierzu noch eine
Querkraft, die durch das Kippmoment um eine Horizontalachse hervorgerufen
wird. Diese Horizontalachse geht durch die Kugeln des Kugellagers 54.
Hierdurch entsteht ein Summenvektor, der sich aus dem Querkraftvektor
und dem Kippvektor zusammensetzt. Dementsprechend wird die Lage
der Achse der Aufnahmebohrung 57 geringfügig korrigiert,
so dass die obige Bedingung hinsichtlich des rechten Winkels zwischen
der Geraden, die die Drehachsen der Lagersitze 51 und 44 verbindet,
zu der Verbindungsgeraden zwischen der Achse des Lagersitzes 51 und
der Aufnahmebohrung 57 nicht exakt eingehalten ist, sondern
entsprechend korrigiert ist.
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Parallel
zu diesem Summenvektor sind die Mitten der beiden Stege 62 und 63 ausgerichtet.
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Sobald
die Ausgangswelle 36 durch eine Last belastet wird, induzieren
die beiden Stege 62 und 63 eine Verformung der
Aufnahmebohrung 57, was wiederum zu einer Verformung des
mit Presssitz eingesetzten DMS-Sensors 65 führt. Dieser
erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal. DMS-Sensoren, die für den Anwendungsfall
in Frage kommen, sind auf dem Markt frei erhältlich. Es ist deswegen auch
nicht notwendig, den inneren Aufbau eines solchen DMS-Sensors an
dieser Stelle explizit zu erläutern.
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Die
Anordnung des DMS-Sensors 65 neben der Ausgangswelle 36 ist
nicht der einzige Ort, an der die Lastmessung erfolgen kann. Es
besteht auch die Möglichkeit
dem DMS-Sensor 65 neben dem Rillenkugellager 46 unterzubringen,
d.h. auf der Ritzelseite, da dort die größte Querkraft an der Zwischenwelle 47 auftritt.
Auch hier muss die Aufnahmebohrung mit ihrer Längsachse auf einer Verbindungsgeraden
zu der Mitte des Lagersitzes 44 liegen, die rechtwinklig zu
der Verbindungsgeraden zwischen der dem Lagersitz 44 und
der Mitte des Lagersitzes 51 verläuft.
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In
dem interessierenden Lastbereich, tritt in der Umgebung des betreffenden
Lagersitzes, wo der DMS-Sensor 65 untergebracht ist, eine
elastische Verformung auf. Die elastische Verformung ist im Wesentlichen
der Hakenlast proportional, so dass am Ausgang des DMS-Sensors 65 ein
elektrisches Signal ansteht, bei dem ein Parameter der Last proportional
ist, oder zumindest einem empirisch zu ermittelnden Zusammenhang
zwischen der Größe des elektrischen
Signals und der Belastung erfolgt.
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Die
Erfassung der Belastung in der erläuterten Weise unterliegt nur
einer sehr geringen Hysterese, die letztendlich nur von dem geringen
Dämpfungsverhalten
des Lagerschildes 32 abhängig ist. Somit ist sehr genau
mit geringen Toleranzen und verhältnismäßig sehr
schnell die Hakenlast zu ermitteln.
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Die
Auswerteschaltung, die erforderlich ist, um das elektrische Signal
zu verarbeiten, ist bekannt und braucht deswegen an dieser Stelle
ebenfalls nicht erläutert
zu werden.
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Es
leuchtet ohne weiteres ein, dass die Art der Lastmessung nicht auf
den gezeigten Kettenzug beschränkt
ist. Es bedarf keiner weiteren Darstellung um zu erkennen, dass
anstelle der Kettennuss 56 auch den überstehenden Zapfen der Ausgangswelle 36 eben
so gut an der Bandscheibe aufgesetzt werden kann, um ein Zugband
aufzuwickeln, an dem der Haken 9 befestigt ist.
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Schließlich kann
die Lastmessung auch an einem Seilzug 70 implementiert
sein, wie er in 5 gezeigt ist. Zu dem Seilzug 70 gehört ein Getriebe 71,
dass an einer Seite ein Antriebsmotor 72 angeflanscht ist.
Mit Hilfe der nicht veranschaulichten Ausgangswelle des Getriebes 71 wird
eine Seiltrommel 73 angetrieben, von der ein Seil 74 abläuft. Die
Seiltrommel ist andernends in einem Kopfstück 75 gelagert, das über ein
Rückenteil 76 mit
dem Getriebegehäuse 71 verbunden
ist. Das Kopfstück 75 enthält eine
Steuerungsanordnung 77, von der ein Steuerkabel 78 ausgeht,
dass zu einem Handsteuerschalter 79 führt.
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An
dem Seil 74 hängt
eine Hakenflasche 81, an der eine Hakenlast 82 hängt, die
schematisch angedeutet ist.
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Der
Aufbau des Getriebes 71 kann derselbe sein, wie im Zusammenhang
mit 2 erläutert
ist, mit der einzigen Einschränkung,
dass der Antriebsmotor an der gegenüberliegenden Seite angeflanscht ist
und das die Ausgangswelle 36 die Seiltrommel 73 antreibt.
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Das
von der Seiltrommel 73 ausgehende Moment, das Lastabhängig ist,
kann in derselben Weise erfasst werden, wie dies vorstehend ausführlich erläutert ist.
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Als
weiteres Beispiel für
den Einsatz der erfindungsgemäßen Kraftmessung
auf dem Gebiet der Hebezeuge ist in 6 ein Katzfahrwerk 80 gezeigt.
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Das
Katzfahrwerk 80 weist einen Fahrwerksrahmen auf, zu dem
zwei seitliche Fahrwerkswangen 81 und 82 gehören. Die
beiden Fahrwerkswangen 81 und 82 liegen beidseitig
einer Fahrschiene 83, die einen Oberflansch 84,
einen Steg 85 sowie einen Unterflansch 86 aufweist.
Die beiden Fahrwerkswangen 81 und 82 sind durch
zwei hintereinaner, d.h. in Fahrrichtung nebeneinander liegende
Säulen 87 starr
miteinander verbunden. Die beiden Säulen 87 verlaufen unterhalb
der Fahrschiene 83.
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Oberhalb
der Fahrschiene 83 sind an den einander zugekehrten Innenseiten
der beiden Fahrwerkswangen 81 un 82 insgesamt
vier Laufräder 88 und 89 drehbar
gelagert. Dabei sind von den insgesamt vier Rädern lediglich die zwei dem
Betrachter zugekehrten Räder 88 und 89 zu
erkennen.
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Auf
der Außenseite
der linken Fahrwerkswange 82 ist ein Kettenzug 1 angeflanscht,
der einen ähnlichen
Aufbau aufweist, wie zuvor anhand der Figuren beschrieben.
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Um
das Katzfahrwerk 80 längs
der Fahrschiene 83 zu bewegen, ist an der rechten Fahrwerkswange 81 ein
Fahrmotor 90 vorgesehen, der über ein Getriebegehäuse 91 mit
der rechten Fahrwerkswange 81 verbunden ist. Aus dem Getriebegehäuse 91 steht
eine nicht erkennbare Ausgangswelle vor, die in der Zeichnung nicht
erkennbarist, weil sie von Teilen der Fahrwerkswange verdeckt ist,
und die beispielsweise ein Ritzel trägt, das mit einer Verzahnung 92 auf
einem Spurkranz des Laufrades 88 zusammenwirkt. Auf diese
Weise kann durch in Gang setzen des Antriebsmotors 90 über das
Getriebe 91 das Rad 88 angetrieben werden, um
das Katzfahrewerk 80 längs
der Fahrschiene 83 zu bewegen.
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Um
die Kraft zu erfassen, die benötigt
wird, das Katzfahrwerk zu bewegen, weist das Getriebe einen inneren
Aufbau auf, ähnlich
dem, wie er anhand der 2-4 erläutert ist.
Dabei besteht das Wesentliche darin, dass in ei nem der Lagerschilde
neben einem Lagersitz einer Welle oder Zwischenwelle, wie zuvor
ausführlich
erläutert,
ein DMS-Sensor 65 angeordnet
ist, um die Querkraft in diesem Bereich an dieser Welle oder Zwischenwelle
zu erfassen. Hieraus ergibt sich ein Maß für den Fahr- oder Rollwiderstand
auf den das Katzfahrwerk 80 trifft.
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In
der gleichen Weise kann auch ein Kranfahrwerk gestaltet sein, so
dass einer weiteren ausführlichen
Erläuterung
nicht mehr bedarf.
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Ein
Hebezeug oder ein Fahrantrieb für
Kräne und
Katzfahrwerke weist ein Getriebegehäuse auf, in dem wenigstens
eine Ausgangswelle drehbar gelagert ist. In einem der Lagerschilde,
zwischen denen die Ausgangswelle gelagert ist, sitzt neben einem
Lagersitz ein DMS-Sensor. Mit Hilfe des Sensors wird die elastische
Verformung des betreffenden Lagerschilds erfasst, wobei die Verformung
eine Funktion der Hakenlast des Hebezeugs oder des Fahrwiderstands
ist.