DE102004040438B4

DE102004040438B4 - Kraftmesseinrichtung

Info

Publication number: DE102004040438B4
Application number: DE200410040438
Authority: DE
Inventors: Hans Jürgen Ottersbach; Thorsten Baum; Wilfried Olbert
Original assignee: GESETZLICHE UNFALLVERSICHERUNG E V DGUV DEUTSCHE; Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung eV
Current assignee: Deutsche Gesetzliche Ufallversicherung Ev (d De
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2012-05-10
Anticipated expiration: 2024-08-21
Also published as: DE102004040438A1

Abstract

Kraftmesseinrichtung bestehend aus einer an einem zu bewegenden Objekt befestigten Halterung und mindestens einem in der Halterung angeordneten Handgriff mit zwei Griffenden, die mit der Halterung verbunden sind, wobei der Handgriff eine innenliegende, mit der Halterung an dem einen Griffende fest verbundene Achse und eine auf der Achse gelagerte Hülse aufweist, die mit dem anderen Griffende des Handgriffs und mit der Halterung verbunden ist und wobei im Bereich der Kraftüberleitung von der Hülse in die Halterung und von der Achse in die Halterung jeweils mindestens ein Mehrkomponentenkraftmesssensor zur Erfassung der Kraftbeaufschlagung des Handgriffs in den drei Achsrichtungen angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmesseinrichtung bestehend aus einer an dem zu bewegenden Objekt befestigten Halterung und mindestens einem in der Halterung angeordneten Handgriff, welcher eine innenliegende, fest in der Halterung angeordneten Achse mit einer auf der Achse gelagerten Hülse aufweist, die fest mit einer Grifffläche des Handgriffs und mit der Halterung verbunden ist, im Bereich der Kraftüberleitung zwischen der Hülse und der Achse in die Halterung jeweils mindestens ein Mehrkomponentenkraftmesssensor zur Erfassung der Kraftbeaufschlagung des Handgriffs in den drei Achsrichtungen angeordnet ist und dass die in den achsenseitigen und hülsenseitigen Kraftmesssensoren erzeugten Ladungen in Ladungsmessverstärkern in Spannungen umgewandelt und angepasst werden und an eine Messwerterfassung und -auswertung weitergeleitet werden.
Kraftmessvorrichtungen mit einem Kraftsensor zum Messen von spezifischen Kräften zwischen einander parallelen Maschinenteilen sind beispielsweise aus der Veröffentlichung EP 0 719 405 A1 bekannt. Dabei wird ein 3D-Quarz-Messelement verwendet, mit dem sich statische und quasi dynamische Dehnungsmessungen bzw. Stauchungsmessungen durchführen lassen. Diese Messungen werden an Maschinenteilen durchgeführt, die an Ebenen mit im wesentlichen parallelen Flächen angrenzen. Eine Kraftmesseinrichtung lässt sich nach diesem Prinzip nicht herstellen.
Aus der EP 0 260 337 A1 (Kistler Instrumente AG) ist eine Kraftmessvorrichtung mit einem elektromechanischen Wandler bekannt. Diese Vorrichtung eignet sich insbesondere für eine Tieflochmontage und ist nach Art eines Spreizdübels aufgebaut. Handkräfte, die an verschiedene Gerätschaften oder Lasten angreifen, können hiermit nicht gemessen werden.
Für die Bestimmung von Kräften, die Personen beim Heben, Tragen, Schieben und Ziehen von Lasten aufbringen, bestand die Aufgabe, eine Kraftmesseinrichtung zu entwickeln, die an verschiedene Gerätschaften oder Lasten angebracht werden kann und mit der die Größe, Richtung und der Angriffspunkt der auftretenden Kräfte mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die in den Schutzansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der beiliegenden 1 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftmesseinrichtung dargestellt. Diese besteht aus einem Handgriff 1 und einer Halterung 2, die in Form eines – im Querschnitt gesehen – U-förmigen Bügels an den Enden 3, 4 des Handgriffs 1 befestigt ist.
Der Handgriff 1 besteht aus einer Achse 5, auf der eine Hülse 6 mittels Längskugellager 7, 8 gelagert ist.
An dem Anschlussende 3 des Handgriffs 1 besitzt die Hülse einen Flanschansatz 9, an den ein Kraftmesssensor 10 über einen Dehnbolzen 19 und einen Block 11 aufgeschraubt ist. Der Block 11 wiederum ist in der Halterung 2 fest verschraubt.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Handgriffs ist ein Kraftmesssensor 12 über einen Dehnbolzen 20 und einen Block 13 gegen das Achsenende gespannt. Der Block 13 ist seinerseits in der Halterung verschraubt.
Die bei einer Krafteinleitung in den Handgriff auftretenden Kräfte werden mit dem Kraftmesssensor 10 in 3 Koordinatenachsen und in dem Kraftmesssensor 12 in 2 Koordinatenachsen erfasst. Die in den Sensoren erzeugten kraftproportionalen Ladungen werden über die Leitungen 14, 15 an die Ladungsmessverstärker 18 weitergeleitet und stehen nach Umwandlung und Anpassung als kraftproportionale Spannungen an den Anschlussbuchsen 16, 17 zur Weiterleitung an eine Messwerterfassungs- und -auswertungseinheit zur Verfügung.
In der Messwerterfassungs- und -auswertungseinheit werden die erzeugten Spannungen gespeichert und ausgewertet. Durch Addition der an dem jeweiligen Griffende gemessenen Kraftkomponenten in X- und Y-Richtung sowie der an einem Griffende gemessenen Kraft in Z-Richtung erhält man die Gesamtkraft am Handgriff in 3 Koordinatenachsen. Hieraus lassen sich Größe und Richtung der Gesamtkraft berechnen. Aus der Größe der einzelnen Kraftkomponenten und den benannten Geometrien der Handgriffkonstruktion wird der Kraftangriffspunkt der eingeleiteten Kraft bestimmt. Die Handgriffe werden paarweise für linke und rechte Hand eingesetzt, um die gesamte von einer Person aufgebrachte Kraft in 3 Koordinatenachsen einschließlich eines gesamten Angriffspunktes zu bestimmen.

Claims

Kraftmesseinrichtung bestehend aus einer an einem zu bewegenden Objekt befestigten Halterung und mindestens einem in der Halterung angeordneten Handgriff mit zwei Griffenden, die mit der Halterung verbunden sind, wobei der Handgriff eine innenliegende, mit der Halterung an dem einen Griffende fest verbundene Achse und eine auf der Achse gelagerte Hülse aufweist, die mit dem anderen Griffende des Handgriffs und mit der Halterung verbunden ist und wobei im Bereich der Kraftüberleitung von der Hülse in die Halterung und von der Achse in die Halterung jeweils mindestens ein Mehrkomponentenkraftmesssensor zur Erfassung der Kraftbeaufschlagung des Handgriffs in den drei Achsrichtungen angeordnet ist.
Kraftmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auftretenden Einzelkräfte in den achsenseitigen und hülsenseitigen Kraftmesssensoren elektrische Ladungen erzeugen, die in den Ladungsmessverstärkern in Spannungen umgewandelt und angepasst und an eine Signalerfassung und -auswertung weitergeleitet werden.
Kraftmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Lagerung der Achse in der Hülse keine Kräfte in axialer Richtung von der Hülse auf die Achse übertragen werden.
Kraftmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung im Querschnitt gesehen U-förmig oder C-förmig ausgebildet ist, wobei der Handgriff parallel zum Mittelsteg der U- oder C-Form verläuft und jedes Griffende mit einem Schenkel der U- oder C-Form verbunden ist.
Kraftmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Einzelkräften und den bekannten Geometrien Kraftangriffspunkt, -größe und -richtung bestimmt werden.
Kraftmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie paarweise eingesetzt wird, um die gesamten von einem Menschen ausgeübten Handkräfte in 3 Koordinatenachsen zu bestimmen,
Kraftmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung an verschiedene Objekte befestigbar ist.
Kraftmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung mit einer Vorrichtung zur Krafteinleitung versehen ist, die auch andere als durch Hände ausgeübte Kräfte messtechnisch erfassbar macht.