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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen mindestens einer Betriebskenngröße
eines Hebezeuges, mit mindestens einem Sensor und einem Hebezeug.
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Es
ist allgemein bekannt, dass bei Hebezeugen eine Information über
das Gewicht der zu hebenden Last sehr wichtig ist, um eine Überlastung
des Hebezeuges rechtzeitig zu erkennen und zu vermeiden. Bei größeren
Lastgewichten, beispielsweise über 1 t, verlangen geltende
Normen eine automatische Überlasterkennung.
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In
Bezug auf Kettenzüge ist beispielsweise aus der deutschen
Patentanmeldung
DE
102 44 865 A1 die Verwendung einer Rutschkupplung als Überlastsicherung
bekannt. Dort ist die Rutschkupplung zwischen einem Elektromotor
und einem Getriebe des Kettenzuges angeordnet. Die Rutschkupplung wird
werkseitig auf einen maximal zulässigen Wert im Sinne einer
Auslöseschwelle eingestellt. Dieser maximal zulässige
Wert berücksichtigt die beim Betrieb des Kettenzuges durch
Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge auftretenden
dynamischen Kraftspitzen sowie konstruktiv bedingte Toleranzen.
Der maximal zulässige Wert liegt somit weit oberhalb der Nennlast
des Kettenzuges. Entsprechend muss der Kettenzug an sich dimensioniert
werden.
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Des
Weiteren ist in der europäischen Patentanmeldung
EP 1 571 453 A1 bereits
ein passiver Sensor zum Messen der Drehgeschwindigkeit eines Wälzlagers
beschrieben. Das Wälzlager weist in bekannter Weise einen
Innenring und einen Außenring auf. In dem Innenring ist
beispielsweise die Welle eines Elektromotors gelagert, dessen Drehgeschwindigkeit
gemessen werden soll. Hierfür ist seitlich neben dem Innenring
und koaxial zu der Welle ein multipolarer Magnetring befestigt,
der koaxial von einem Spulenring umgeben ist. Da der Magnetring
sich gemeinsam mit der Welle dreht, induziert der Magnetring eine
Spannung in dem Spulenring, die proportional zu Drehzahl der Welle
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anordnung
zum Messen mindestens einer Betriebskenngröße
eines Hebezeuges zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Anordnung zum Messen mindestens einer Betriebskenngröße eines
Hebezeuges mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Anordnung sind in den Unteransprüchen
2 bis 10 beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird
bei einer Anordnung zum Messen mindestens einer Betriebskenngröße eines
Hebezeuges, mit mindestens einem Sensor und einem Hebezeug eine
Verbesserung dadurch erreicht, dass der Sensor energieversorgungsmäßig mit
einem Generator verbunden ist und der Generator seine elektrische
Energie aus der Umgebung oder aus der Bewegung des Hebezeuges gewinnt.
Der Sensor kann somit als passiv bezeichnet werden, da seine Energie
nicht über Zuleitungen zur Verfügung gestellt
werden braucht. Der Aufwand für eine entsprechende und
aufwendige Verkabelung entfällt daher.
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Besonders
geeignet ist die erfindungsgemäße Anordnung für
ein Hebezeug, das als Kettenzug ausgebildet ist und hierbei die
zu messende Betriebskenngröße das Gewicht einer
von dem Hebezeug zu hebenden Last ist.
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Vorteilhaft
ist vorgesehen, dass der Generator mit einem Energiespeicher und
der Energiespeicher elektrisch mit dem mindestens einem Sensor verbunden
ist.
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Eine
kompakte Bauweise wird dadurch erreicht, dass der Generator, der
Energiespeicher und der mindestens eine Sensor zu einer Baueinheit
zusammen gefasst sind.
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Die
Baueinheit im Bereich eines Lasthakens des Hebezeuges anzuordnen,
ermöglicht eine Anzeige des Gewichtes im räumlichen
Zusammenhang mit der zu hebenden Last.
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Eine
Platz sparende Lösung wird dadurch erreicht, dass der Lasthaken
ein Gehäuse aufweist und die Baueinheit vollständig
im Gehäuse des Lasthakens angeordnet ist.
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Um
die vertikalen Schwingungen des Lasthakens in elektrische Energie
umzuwandeln, ist vorgesehen, dass der Generator als Lineargenerator
mit einer ringförmigen Spule ausgebildet ist, in der angeregt
durch die Bewegung des Hebezeuges linear ein Magnet bewegbar ist.
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Konstruktiv
besonders kleinbauend und vorteilhaft ist, dass der Magnet zwischen
einer ersten Feder und einer zweiten Feder aufgehängt ist
und die Bewegungsrichtung des Magnets im Wesentlichen vertikal ist.
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Auch
umfasst die Baueinheit neben dem mindestens einen Sensor ein Messmodul,
das elektrisch mit dem mindestens einen Sensor verbunden ist und
das Messmodul mit einer Anzeige. Alternativ kann vorgesehen werden,
dass das Messmodul elektrisch mit einem Sendemodul und dies mit
einer vom Lasthaken entfernten Anzeige und/oder Auswerteeinheit
verbunden ist.
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Eine
besonders kompakte Lösung wird dadurch erreicht, dass die
Anzeige von außen sichtbar in dem Gehäuse des
Lasthakens angeordnet ist.
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Auch
wird als erfinderisch angesehen, ein Verfahren zum Messen mindestens
einer Betriebskenngröße eines Hebezeuges bereitzustellen,
in dem mindestens ein Sensor von einem Generator mit Energie versorgt
wird und von dem Generator die elektrische Energie aus der Umgebung
oder aus der Bewegung des Hebezeuges gewonnen wird.
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Nachfolgend
wird die Erfindung an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Kettenzugs,
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2 eine
Ansicht eines Lasthakens des Kettenzugs gemäß 1,
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3 eine
schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung
zum Messen des Gewichts einer Last in einer ersten Ausführungsform,
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4 eine
schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung
zum Messen des Gewichts einer Last in einer zweiten Ausführungsform und
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5 eine
perspektivische Ansicht auf einen Lineargenerator.
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Die 1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines als Kettenzug ausgebildeten Hebezeuges 1. Das üblicherweise über
einen nicht dargestellten Elektromotor angetriebenen Hebezeug 1 ist über
einen Steuerschalter 2 steuerbar, der über eine
Steuerleitung 3 an dem Hebezeug 1 aufgehängt
ist. Des Weiteren ist ein Lasthaken 4erkennbar, der über
eine Kette 5 mit dem Hebezeug 1 verbunden ist
und über das Hebezeug 1 in Vertikalrichtung V
eine Last anheben oder absenken kann. Um den Bediener des Hebezeuges 1 über
Betriebskenngrößen des Hebezeuges 1 – wie
beispielsweise das Gewicht der zu hebenden Last – zu informieren,
ist eine Anordnung zum Messen des Gewichtes und Anzeigen des gemessenen
Gewichtes in dem Hebezeug 1 vorgesehen.
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Als
weitere zu messende Betriebskenngrößen kommen
beispielsweise ein vertikaler Weg, eine vertikale Position, ein
Pendelwinkel der Kette 5, eine Pendelgeschwindigkeit der
Kette 5 – jeweils in einer oder mehreren Ebenen – Beschleunigungen
und Verzögerung in Frage.
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Die 2 zeigt
eine Ausschnittsvergrößerung von 1 aus
dem Bereich des Lasthakens 4. Der Lasthaken 4 teilt
sich in üblicherweise in den eigentlichen Haken 4a und
ein Gehäuse 4b auf, über das der Haken 4a mit
der Kette 5 verbunden ist. Die Anordnung zum Messen und
Anzeigen des Gewichtes einer zu hebenden Last ist zu einer Baueinheit 6 zusammengefasst,
die unter anderem eine Anzeige 6a umfasst, die in einer
Wand des Gehäuses 4b nach außen hin sichtbar
eingesetzt ist. Diese Anzeige 6a kann den Bediener wie
dargestellt in Form von Balken über eine prozentuale Auslastung
des Hebezeuges 1 informieren. Auch kann auf der Anzeige 6a alternativ
das Gewicht in absoluten Zahlen dargestellt sein.
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In
der 3 ist eine schematische Ansicht der Bausteine
der Baueinheit 6 dargestellt, mit der das Gewicht der zu
hebenden Last gemessen und angezeigt wird. Hierbei ist die vollständige
Baueinheit 6 soweit miniaturisiert, dass diese vollständig
im Gehäuse 4b des Lasthakens 4 Platz
findet. Die Baueinheit 6 besteht im Wesentlichen neben
der bereits beschriebenen Anzeige 6a aus einem Generator 6b zum
Erzeugen elektrischer Energie. Dieser Generator 6b ist
elektrisch mit einem Energiespeicher 6c verbunden. Über
diesen Energiespeicher 6c wird ein Lastsensor 6d und
ein Messmodul 6e mit Strom versorgt. Das Messmodul 6e steuert
einerseits die Anzeige 6a und wertet andererseits das Messsignal
des Sensors 6d aus.
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Der
Energiespeicher 6c ist ein Akkumulator. Die einsetzbaren
Akku-Technologien sind vielfältig (Pb, Ni-Cd, Ni-MH, Li-Io,
Zn-Luft). Eine Alternative sind Gold-Cap-Kondensatoren.
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Die
erfindungsgemäße Besonderheit dieser Baueinheit 6 liegt
darin, dass der Generator 6b seine Energie aus der Umgebung
oder aus der Bewegung des Hebezeuges 1 gewinnt. Die Baueinheit 6 kann somit
autark von jeglicher Stromversorgung betrieben werden und der Sensor 6d somit
als passiver Sensor im Sinne von nicht mit einer örtlichen
und leitungsgebundenen Energieversorgung abhängig verstanden
werden. Der Generator 6b kann beispielsweise die erforderliche
Energie aus der Umgebung beziehen. Als Umgebungsenergiequellen können Temperaturdifferenzen
oder Solarenergie dienen. Auch kann der Generator 6 wie
in dem vorliegenden Beispiel die in Form von Bewegungen des Hebezeuges 1 vorliegende
mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln. Als Energiequellen
können somit die rotierenden Bauteile des Hebezeuges 1 oder
die Schwingungen des Lasthakens 4 oder der Kette 5 Verwendung
finden.
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In
der 4 ist eine der 3 entsprechende
schematische Ansicht des Aufbaus der Baueinheit 6 jedoch
in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Dort sind
auch die zuvor beschriebenen Bauelemente Anzeige 6a, Generator 6b,
Energiespeicher 6c, Sensor 6d und Messmodul 6e vorhanden.
Die Anzeige 6a ist jedoch nicht in dem Lasthaken 4 angeordnet
sondern entfernt von diesem und über eine drahtlose Verbindung
mit einem Sendemodul 6f und einem Empfangsmodul 6g mit
dem Messmodul 6e verbunden.
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In
der 5 ist eine Ansicht des Generators 6b dargestellt,
der als Lineargenerator ausgebildet ist. Der Generator 6b besteht
im Wesentlichen aus einem rechteckigen Rahmen 7, der eine
obere Grundplatte 7a und eine untere Grundplatte 7b aufweist,
die über eine erste Längsstrebe 7c und
eine hierzu beabstandete und parallele zweite Längsstrebe 7d miteinander
verbunden sind. Jeweils zentral zwischen der oberen Grundplatte 7a und
der unteren Grundplatte 7b ist ein Rohr 8 mit
einem runden Querschnitt und einem entsprechenden Hohlraum 8a befestigt.
In dem Hohlraum 8a des Rohres 8 ist ein Magnet 9 in
Längsrichtung des Rohres 8 verschiebbar geführt.
Das Rohr 8 ist hierbei in Vertikalrichtung V, dass heißt
in Hub- und Senkrichtung des Hebezeuges 1, ausgerichtet.
Der Magnet 9 ist in dem Rohr 8 über eine
obere erste Feder 10a an der oberen Grundplatte 7a und über
eine untere zweite Feder 10b an der unteren Grundplatte 7b aufgehängt.
Die erste und die zweite Feder 10a, 10b sind vorgespannt,
so dass der Magnet 9 in Längsrichtung des Rohres 8 um
eine Ruhelage schwingen kann. Im Bereich der Ruhelage ist von außen
um das Rohr 8 herum eine ringförmige Spule 11 angeordnet in
die zur Energiegewinnung durch die Schwingung des Magnets 9 und
somit die Bewegung des Magnets 9 relativ zu der Spule 11 ein
Strom erzeugt wird. Entsprechender Weise ist die Spule 11 dann
elektrisch mit dem Energiespeicher 6c verbunden.
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Der
Rahmen 7 nimmt die erste und zweite Feder 10a, 10b,
den Magnet 9 und die Spule 11 auf. Grundsätzlich
ist es auch möglich, den Rahmen 7 durch entsprechend
angepasste Tele des Gehäuses 4b zu ersetzen.
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Der
in der 5 beschriebene Lineargenerator hat somit die Fähigkeit über
die vertikale Schwingung des Magneten 9 innerhalb des Rohres 8,
die der Schwingungsbewegung der Kette 5 folgt, Energie
zu erzeugen. Für den Fall, dass das Hebezeug 1 als
Kettenzug ausgebildet ist, kann der Lineargenerator vorteilhafter
Weise den bei Kettenzügen vorkommenden und sogenannten
Polygoneffekt nutzen. Der Polygoneffekt bewirkt, dass die Ablaufgeschwindigkeit
der Kette 5 von dem Kettenrad zwischen zwei Maximal-Werten
und einem Minimal-Wert schwellt und somit die Kette in Vertikalrichtung
V zu Schwingungen anregt, die von dem schwingenden Magneten 9 in
elektrische Energie umgewandelt werden kann. Die schwellende Ablaufgeschwindigkeit entsteht
dadurch, dass die Glieder der Kette, die eine Gliederkette ist,
abwechselnd stehend und liegend mit dem Kettenrad in Kontakt sind
und die Gelenkpunkte der aufeinander folgenden Glieder somit unterschiedliche
Abstände aufweisen.
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Alternativ
zu dem Lineargenerator können andere Generatoren 6b zum
Einsatz kommen, die andere Energiearten nutzen, wie beispielsweise
ein Thermowandler zur Nutzung von Temperaturschwankungen, ein Vibrationswandler
zur Nutzung von Vibrationen oder Schwingungen, ein Piezo-Wandler
zur Nutzung von Druck-/Zugschwankungen, ein Rotationswandler zur
Nutzung von Rotationsbewegungen, ein Kapazitivwandler zur Nutzung von
linearen Bewegungen, eine Induktivwandler zur Nutzung von linearen
Bewegungen und ein Solarwandler zur Nutzung von Lichtenergie.
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In
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die
Baueinheit 6 vollständig in das Gehäuse 6b des
Lasthakens 4 eingebaut. Grundsätzlich ist es auch
möglich, die Baueinheit 6 in einen Anbaugehäuse
einzusetzen und dieses dann von außen an das Gehäuse 6b des
Lasthakens 4 zu montieren. Mit diesem Anbaugehäuse
mit der darin aufgenommenen Baueinheit 6 könnten
dann bestehende Lasthaken 4 mit der Baueinheit 6 nachgerüstet oder
ausgerüstet werden ohne die Bauweise des Lasthakens 4 grundlegend
zu überarbeiten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hebezeug
- 2
- Steuerschalter
- 3
- Steuerleitung
- 4
- Lasthaken
- 4a
- Haken
- 4b
- Gehäuse
- 5
- Kette
- 6
- Baueinheit
- 6a
- Anzeige
- 6b
- Generator
- 6c
- Energiespeicher
- 6d
- Sensor
- 6e
- Messmodul
- 6f
- Sendemodul
- 6g
- Empfangsmodul
- 7
- Rahmen
- 7a
- obere
Grundplatte
- 7b
- untere
Grundplatte
- 7c
- erste
Längsstrebe
- 7d
- zweite
Längsstrebe
- 8
- Rohr
- 8a
- Hohlraum
- 9
- Magnet
- 10a
- erste
Feder
- 10b
- zweite
Feder
- 11
- Spule
- L
- Längsrichtung
des Rohres 8
- V
- Vertikalrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10244865
A1 [0003]
- - EP 1571453 A1 [0004]
