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Die Erfindung betrifft ein Hebezeug, mit den Oberbegriffsmerkmalen von Patentanspruch 1. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Seil- oder Kettenzug, mit einem Hubwerk zum Anheben, Halten und Absenken einer Hublast und, vorzugsweise, einem Fahrwerk zum Transport der Hublast, und mit einer Hublastmesseinrichtung zur Bestimmung der Hublast, wobei unter Wirkung der Hublast ein Kraftfluss in wenigstens einem Tragteil des Hebezeugs erzeugt und das Tragteil unter Wirkung der Hublast zumindest bereichsweise verformt wird.
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Aus der
DE 31 32 264 A1 ist ein Hebezeug mit einem Hubwerk zum Anheben, Halten und Absenken einer Hublast und mit einer Hublastmesseinrichtung zur Bestimmung der Hublast bekannt, wobei unter Wirkung der Hublast ein Kraftfluss in wenigstens einem Tragteil des Hebezeugs erzeugt und das Tragteil unter Wirkung der Hublast zumindest Bereichsweise verformt wird. Wenigsten zwei Tragteilbereiche des Tragteils sind unter Wirkung der Hublast relativ zueinander verformbar, wobei die Hublastmesseinrichtung wenigsten eine Messgrößenaufnehmer aufweist zur Aufnahme einer die relative Verformung der beiden Tragteilbereiche zueinander kennzeichnende Messgröße und wobei die aufgenommene Messgröße bei der Bestimmung der Hublast einfließt.
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Um eine Überlastung von Hebezeugen der vorgenannten Art zu vermeiden, ist es erforderlich, die Hub- oder Hakenlast zu erfassen. Eine Überlastung kann entstehen, wenn sich der Haken bei der Hubbewegung mitsamt Last verklemmt oder falls eine Last mit zu großem 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 Hubwerks automatisch ab.
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Außerdem werden Lastmessungen benötigt, um zu entscheiden, ob von einem Langsamgang auf einen Schnellgang umgeschaltet werden kann. Diese Umschaltung ist lastabhängig, weil im Falle von Asynchronmotoren zum Antrieb des Hebezeugs 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 angehoben werden.
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Um die an einem Hebezeug anhängende Last zu ermitteln, insbesondere, um eine Überlastsicherung zu realisieren, sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche konstruktive Lösungen bekannt. Diese lassen sich in zwei Gruppen einteilen, wobei bei einer ersten Gruppe vorgesehen ist, dass ein Messwertaufnehmer direkt in den Kraftfluss gebracht wird. Bei einer zweiten Gruppe sind Messwertaufnehmer vorgesehen, die nicht in den Kraftfluss gebracht werden und damit indirekt messen.
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Die erste Gruppe umfasst beispielsweise konstruktive Lösungen, die Messachsen, Zugmessstäbe oder auch Federpakete mit gekoppelter Wegmessvorrichtung vorsehen. Vorteilhaft bei diesen Messeinrichtungen ist die zumindest vorhandene Möglichkeit, dieselben bei bestehenden Hebezeugen nachzurüsten. Nachteilig sind die vergleichsweise hohen Kosten im Zusammenhang mit der Lastermittlung, die im Wesentlichen daraus resultieren, dass diese Messwertaufnehmer sämtlichen Sicherheitsanforderungen genügen müssen, die für das Hebezeug für im Kraftfluss befindliche Teile gelten. Eine der ersten Gruppe zuzuordnende bekannte Lastmesseinrichtung für Hebezeuge ist in der
EP 0 647 836 A1 beschrieben. Hier ist in die Unterflasche eines Hebezeuges ein Messwertaufnehmer integriert.
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Die zweite Gruppe umfasst beispielsweise eine bekannte konstruktive Lösung, bei der der Motorstrom von einem Messwertaufnehmer erfasst wird. Aus dem Motorstrom wird das Drehmoment berechnet, dem sich eine entsprechende am Haken des Hebezeuges befindliche Hublast zuordnen lässt. Eine weitere konstruktive Möglichkeit besteht darin, über eine Messeinrichtung ein im Kraftfluss befindliches Lastseil in der Nähe des Festpunktes leicht auszulenken und die Auslenkungskraft zu erfassen, die sich entsprechend der am Seil befindlichen Last lastproportional verändert. Mit der Applikation von Dehnungsmessstreifen am Hebezeug an geeigneten Stelle kann eine Lasterfassung mit anschließender Auswertung durchgeführt werden. Die der zweiten Gruppe zuzuordnenden konstruktiven Lösungen zur Lastermittlung sind jedoch mit einem vergleichsweise hohen Kostenaufwand und/oder konstruktiven Aufwand verbunden, was von Nachteil ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hebezeug zur Verfügung zu stellen, bei dem die Hublast möglichst genau, in konstruktiv einfacher Weise und kostengünstig bestimmbar ist. Zudem soll sich die zur Hublastermittlung vorgesehene konstruktive Lösung durch einen geringen Platzbedarf auszeichnen und in einfacher Weise und kostengünstig bei bestehenden Hebezeugen nachrüstbar sein.
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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird ein Hebezeug mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Erfindungsgemäß werden wenigstens zwei Tragteilbereiche des Tragteils unter Wirkung der Hublast relativ zueinander verformt, insbesondere aufeinander zu- oder wegbewegt, wobei die Hublastmesseinrichtung wenigstens einen Messgrößenaufnehmer aufweist zur Aufnahme einer die relative Verformung der beiden Tragteilbereiche zueinander kennzeichnenden Messgröße, und wobei die aufgenommene Messgröße bei der Bestimmung der Hublast einfließt. Unter der Wirkung der Hublast kann es zu einer messbaren mechanischen Veränderung der Geometrie des ersten Tragteilbereiches und/oder des zweiten Tragteilbereiches des Tragteils kommen, wobei die Größe der mechanischen Veränderung der Geometrie bzw. die Größe der relativen Verformung der beiden Tragteilbereiche zueinander abhängig ist von der Größe der Hublast. Der zweite Tragteilbereich ist vorzugsweise im Wesentlichen nicht verformbar unter Wirkung der Hublast, Weiter vorzugsweise kann der zweite Tragteilbereich (biege- und/oder torsions-)steif mit dem ersten Tragteilbereich verbunden sein.
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Sind die Verformungseigenschaften des Tragteils unter Wirkung der Hublast bekannt, was insbesondere die Kenntnis der Materialkenngrößen, wie des Elastizitätsmoduls, und der mechanischen Kenngrößen, wie beispielsweise des Flächenträgheitsmoments des gegebenen Querschnitts des Tragteils, umfassen kann, lässt sich aus der durch Aufnahme der Messgröße quantitativ ermittelten Verformung der Tragteilbereiche zueinander in einfacher Weise die Größe der Hublast berechnen. Die hierzu erforderlichen Algorithmen sind einem Fachmann grundsätzlich bekannt. Die Erfindung lässt so eine einfache und kosten günstige Bestimmung der Hublast bei hoher Genauigkeit zu.
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Die relative Verformung der Tragteilbereiche zueinander kann die Folge einer Beanspruchung des Tragteils unter Wirkung der Hublast auf Biegung und/oder Torsion sein. Je nach Funktion und Ausgestaltung des Tragteils kann jedoch auch eine Beanspruchung des Tragteils auf Zug- oder Druck zu einer messbaren Relativverformung von zwei Bauteilbereichen des Tragteils führen.
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Die erfindungsgemäße Hublastmesseinrichtung kann einen Wegsensor, einen Dehnungssensor, einen Drehmomentsensor, einen Drucksensor oder einen Kraftsensor aufweisen und/oder zur Winkelmessung ausgebildet sein. Der Sensor kann kontaktlos oder im Kontakt zum Objekt messen.
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Bei der Belastung des erfindungsgemäßen Hebezeuges kann es zu einer Abstandsänderung zwischen zwei Tragteilbereichen des Tragteils oder auch zu einer Verdrehung der beiden Tragteilbereiche relativ zueinander kommen. Wird das Tragteil unter Wirkung der Hublast beispielsweise auf Biegung beansprucht, kann der erste Tragteilbereich in Richtung zum zweiten Tragteilbereich und/oder umgekehrt gebogen werden, wobei sich ein Abstand zwischen dem ersten Tragteilbereich und dem zweiten Tragteilbereich ändert. Diese Abstandsänderung kann direkt über einen Wegsensor gemessen werden. Vorzugsweise kann jedoch ein Dehnungs-, Druck- oder Kraftsensor vorgesehen sein, der im Bereich zwischen den beiden Tragteilbereichen angeordnet ist, wobei eine Biegung des ersten Tragteilbereiches unter Wirkung der Hublast relativ zum zweiten Tragteilbereich zur Erzeugung einer lastabhängigen Druckkraft auf den Sensor führt.
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Bei der Erfindung ist das Tragteil eine vorzugsweise an beiden Enden gelagerte Traverse des Hebezeugs, wie eine Festpunkttraverse oder Umlenktraverse. Die Traverse kann um eine durch Lagerstellen verlaufende Längsachse drehbar bzw. schwenkbar angeordnet sein. Die Hublast wird vorzugsweise über ein Lastseil in die Traverse eingeleitet, wobei die Traverse durch eine Krafteinleitung auf Biegung belastet sein kann. Die Traverse ist hierbei konstruktiv einem Biegebalken gleichzusetzen, der vorzugsweise an seinen beiden Enden aufgelegt ist und sich durch die Krafteinleitung an einer Stelle, die zwischen den beiden Auflagepunkten liegt, durchbiegt.
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Die Traverse weist ein Tragprofil und einen mit dem Tragprofil verbundenen Auslegerarm auf wobei für die Bestimmung der Größe der Hublast eine die relative Verformung zwischen dem Tragprofil und dem Auslegerarm kennzeichnende Messgröße aufnehmbar ist. Dem Tragprofil ist dann der erste Tragteilbereich zugeordnet und dem Auslegerarm der zweite Tragteilbereich. Im Bereich dieser beiden Tragteilbereiche wird dann eine bei der Belastung des Hebezeuges auftretende Verformung der Traverse als Maß für die Größe der Hublast ermittelt.
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Der Auslegerarm kann an einer Oberseite des Tragprofils vorgesehen sind und sich in Längsrichtung des Tragprofils erstrecken. Dies ermöglicht ein einfaches und kostengünstiges Nachrüsten der Traverse mit dem Auslegerarm und mit einer Hublastmesseinrichtung. Weiter vorzugsweise ist der Auslegerarm in einem mittleren Bereich des Tragprofils zwischen den Lagerstellen angeordnet, was bei der Beanspruchung der Traverse auf Biegung eine genaue Bestimmung der relativen Verformung zwischen dem Auslegerarm und dem Tragprofil zulässt.
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Das Tragprofil der Traverse ist vorzugsweise langgestreckt und kann unterschiedliche Querschnittsgeometrien aufweisen. Vorzugsweise ist das Tragprofil als Rechteckhohlprofil ausgebildet. Dies trägt zu einer hohen Biegesteifigkeit des Tragprofils bei und damit zu einer entsprechend großen maximalen Hublast, mit der das erfindungsgemäße Hebezeug belastet werden kann. Der Auslegerarm kann als Hohlprofil ausgebildet sein oder aus einem Vollmaterial bestehen und sich durch eine hohe Biegesteifigkeit auszeichnen.
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Der Messgrößenaufnehmer ist vorzugsweise zwischen dem Auslegerarm und dem Tragprofil angeordnet. Der Auslegerarm und das Tragprofil sind dabei durch den Messgrößenaufnehmer voneinander getrennt bzw. beabstandet.
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Vorzugsweise ist der Messgrößenaufnehmer auf dem Tragprofil befestigt, wobei, vorzugsweise, der Auslegerarm stets auf dem Messgrößenaufnehmer aufliegt und wobei der Messgrößenaufnehmer unter Wirkung der Hublast gegen den Auslegerarm bzw. dieser gegen den Messgrößenaufnehmer gedrückt wird. Der Messgrößenaufnehmer kann als Platinenmessstelle ausgebildet sein und wenigstens einen beispielsweise fingerartigen Verformungsbereich mit wenigstens einem Dehnungsmessstreifen aufweisen. Nähern sich der Messgrößenaufnehmer und der Auslegerarm unter Wirkung der Hublast starker einander an, führt dies zu einer Verformung des Verformungsbereiches und zur Generierung eines entsprechenden Signals des Dehnungsmessstreifens, das abhängig ist von der Größe der Druckkraft, die auf den Messgrößenaufnehmer wirkt, wobei die Druckkraft abhängig von der Verformung der Traverse unter Wirkung der Hublast ist. Das von dem Dehnungsmessstreifen generierte Signal ermöglicht dann eine Bestimmung der Hublast.
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Der Messgrößenaufnehmer ist entsprechend der Anordnung des Auslegerarms zwischen den Lagerstellen der Traverse angeordnet. Hier kann eine Durchbiegung der Traverse unter Wirkung der Hublast zu einer mechanischen Veränderung der Geometrie der Traverse führen, die leicht und mit hoher Genauigkeit bestimmt wurden kann. Um eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung der Hublast zu gewährleisten, ist der Messgrößenaufnehmer weiter vorzugsweise aus der Mitte in Richtung zu einer der beiden Lagerstellen der Traverse versetzt angeordnet. Hier kommt es bei einer Biegebeanspruchung der Traverse zu einer sehr gleichmäßigen und proportionalen Relativverformung zwischen dem Tragprofil und dem Auslegerarm.
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Erfindungsgemäß ist der Auslegerarm lediglich an einem Ende mit dem Tragprofil der Traverse verbunden und weist ein freies Ende auf, wobei der Messgrößenaufnehmer unterhalb von dem freien Ende des Auslegerarms vorgesehen ist. Bei der Durchbiegung der Traverse unter Wirkung der Hublast kommt es im Bereich des freien Endes des Auslegerarms zu einer relativ großen und genau bestimmbaren Relativverformung zwischen den gegenüberliegenden Bereichen des Auslegerarms und des Tragprofils, was eine genaue Bestimmung der Hublast zulässt, Die Erfindung lässt es bedarfsweise jedoch auch zu, dass der Auslegerarm mit beiden Enden fest mit dem Tragprofil verbunden ist, wobei dann der Messgrößenaufnehmer vorzugsweise im mittleren Bereich des Auslegerarm zwischen dem Auslegerarm und dem Tragprofil angeordnet sein kann.
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Der Auslegerarm ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung biegesteif mit dem Tragprofil verbunden, wobei unter Wirkung der Hublast lediglich das Tragprofil verformt wird, und zwar relativ zum biegesteifen Auslegerarm. Dies vereinfacht die Bestimmung der Relativverformung. Die unter Wirkung der Hublast auftretende Relativverformung zwischen Tragprofil und Auslegerarm wird dann messtechnisch erfasst und für die Bestimmung der Größe der Hublast herangezogen.
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Der Auslegerarm und/oder die Hublastmesseinrichtung können vorzugsweise Nachrüstteile sein, die sich nachträglich an einer Traverse eines Hebezeugs befestigen lassen. Hierzu kann die Traverse entsprechende Befestigungsstellen und/oder Befestigungsmittel aufweisen. Bei dem Auslegerarm und der Traverse handelt es sich dann um separate Bauteile, die jedoch fest miteinander verbunden sind. Alternativ kann die Traverse auch als einstückiges Tragprofil ausgebildet sein, an dem ein Auslegerabschnitt ausgeformt ist.
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Der erfindungsgemäße Grundgedanke kann auch derart konstruktiv umgesetzt sein, dass ein Tragteil des Hebezeugs, wie eine Festpunkt oder Umlenktraverse, eine Ausnehmung aufweist, durch die zwei Tragteilbereiche voneinander getrennt sind, wobei es unter Wirkung der Hublast zu einer Verformung der beiden Tragteilbereiche relativ zueinander kommen kann. Beispielsweise können sich unter Wirkung der Hublast ein oberer Tragteilbereich und ein unterer Tragteilbereich einander annähern, wobei der Grand der Annäherung messtechnisch erfasst wird und bei der Bestimmung der Hublast einfließt. Es versteht sich, dass es durch eine Ausnehmung in einem Tragteil zu einer Verringerung der Steifigkeit des Tragteils insgesamt kommen kann, was eine entsprechende Versteifung des Tragteils mit Rippen oder Verstärkungsblechen erforderlich machen kann.
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Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Hebezeug auszugestalten und weiterzubilden, wobei einerseits auf die abhängigen Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen wird. Die Erfindung lässt es bedarfsweise zu, die oben und/oder die in den Patentansprüchen genannten und/oder anhand der Zeichnung offenbarten Merkmale miteinander zu kombinieren, auch wenn dies nicht im Einzelnen beschrieben ist. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform beschränkt.
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In der Zeichnung zeigen
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1 eine perspektivische Aussicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hebezeuges schräg von oben,
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2 das in 1 dargestellte Hebezeug in einer Teilansicht von unten,
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3 eine perspektivische Darstellung einer Traverse des in den 1 und 2 dargestellten Hebezeuges, wobei die Traverse ein Tragprofil und einen mit diesem verbundenen Auslegerarm sowie eine Hublastmesseinrichtung zur Bestimmung der Hublast im Betriebszustand des Hebezeugs aufweist und wobei die Hublastmesseinrichtung mit einem Gehäuse abgedeckt ist und
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4 die in 3 dargestellte Traverse nach der Demontage des Gehäuses der Hublastmesseinrichtung.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Hebezeug 1, das entlang einer Kranbahn 2 verführbar und nach Art eines Seilzugs ausgebildet ist. An der Kranbahn 2 ist gemäß 2 neben nicht im Einzelnen bezeichneten Antrieben, Steuerungen und weiteren Einrichtungen für das Verfahren des Hebezeugs und für das Anheben, Halten und Absenken einer Hublast eine Umlenkrolle 3 vorgesehen, über die ein Seil 4 als Tragmittel mit einer Unterflasche 5 in Verbindung steht. An der Unterflasche 5 ist ein Haken 6 befestigt. Aus 2 ist der Seilablauf für eine 4/1-Einscherung ersichtlich. In 1 sind das Seil 4 und dessen Befestigung an der Traverse 8 nicht im Einzelnen gezeigt.
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Das Seil 4 ist an einem Tragprofil 7 einer Traverse 8 befestigt und über einen Seilschutz 9 zur Unterflasche 5 geführt. Das Tragprofil 7 ist an beiden Enden gelagert, wobei eine an dem Haken 6 aufgehängte Hublast in die Traverse 8 eingeleitet wird und wobei die Traverse 8 durch die Krafteinleitung zwischen den Lagern 8a, 8b auf Biegung belastet wird. Unter Wirkung der Hublast wird somit ein Kraftfluss in der Traverse 8 erzeugt.
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Das Hebezeug 1 weist darüber hinaus eine Hublastmesseinrichtung 10 zur Bestimmung der Hublast auf. Die Hublastmesseinrichtung 10 ist in 3 dargestellt und weist wenigstens einen Messgrößenaufnehmer 11 auf, der im Betriebszustand des Hebezeugs 1 mit einem Gehäusedeckel 12 abgedeckt ist. Der Messgrößenaufnehmer 11 ist in 4 lediglich schematisch gezeigt.
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Zudem ist ein Auslegerarm 13 vorgesehen, der an einem Ende biegesteif mit dem Tragprofil 7 an dessen Oberseite verbunden ist und am freien Ende 14 auf dem Messgrößenaufnehmer 11, der an dem Tragprofil 7 auf dessen Oberseite befestigt ist, aufliegt. Bei dem Messgrößenaufnehmer 11 handelt es sich vorzugsweise um eine Platinenmessstelle mit wenigstens einem vorzugsweise fingerartigen Verformungsbereich, auf dem sich wenigstens ein oder mehrere Dehnungsmessstreifen befindet bzw. befinden. Bei der Durchbiegung der Traverse 8 unter Wirkung der Hublast kommt es unter anderem zu einer Verformung der Traverse 8 in einem ersten Tragteilbereich 15, der dem Tragprofil 7 zugeordnet ist. Der Tragteilbereich 15 liegt zwischen den Lagerstellen 8a, 8b und ist gegenüber einem mittleren Bereich des Tragprofils 7 in Richtung zu einer ersten Lagerstelle 8b verschoben. Der erste Tragteilbereich 15 wird relativ zu einem zweiten Tragteilbereich 16, der dem Auslegerarm 13 zugeordnet ist und am freien Ende 14 des Auslegerarms 13 oberhalb vom ersten Tragteilbereich 15 liegt, verformt. Dies ist in 4 schematisch gezeigt. Unter Wirkung der Hublast bewegen sich die beiden Tragteilbereiche 15, 16 aufeinander zu bzw. es wird eine Druckkraft erzeugt, die auf den Messgrößenaufnehmer 11 wirkt, so dass dieser ein Signal generiert, das abhängig ist von der relativen Verformung der beiden Tragteilbereiche 15, 16 und damit lastabhängig ist. Aus dem generierten Signal wird dann mittels einer nicht dargestellten Rechnereinrichtung, die auch integraler Bestandteil der Hublastmesseinrichtung 10 sein kann, die jeweilige Hublast ermittelt.
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Zur Stromversorgung und/oder Datenübertragung ist die Hublastmesseinrichtung 10 mit einer Leitung 17 ausgerüstet.
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Nicht im Einzelnen dargestellt ist, dass der Auslegerarm 13 auch mit beiden Enden biegesteif an dem Tragprofil 7 verbunden sein kann. Der Messgrößenaufnehmer 11 kann dann im mittleren Bereich zwischen dem Auslegerarm 13 und dem Tragprofil 7 vorgesehen sein, um eine Relativverformung zwischen dem Auslegerarm 13 und dem Tragprofil 7 zu ermitteln.
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Im Übrigen versteht es sich, dass die Hublastmesseinrichtung 10 an der Stelle eines Dehnungssensors auch einen Druck- oder Kraftsensor aufweisen kann. Schließlich kann ein Wegsensor vorgesehen sein, um die Relativverformung der Tragteilbereiche 15, 16, d. h. das aufeinander Zu- oder voneinander Wegbewegen der Tragteilbereiche 15, 16, direkt als Weglänge zu erfassen.
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Bei dem Auslegerarm 13 kann es sich um ein Nachrüstteil handeln, das nach Montage des Hebezeugs 1 an dem Tragprofil 7 der Traverse 8 befestigt wird. Das Tragprofil 7 kann dazu entsprechende Befestigungsstellen aufweisen, die eine vorzugsweise lösbare Befestigung des Auslegerarms 13 an dem Tragprofil 7 zulassen. Das gleiche gilt für die Hublastmesseinrichtung 10. Damit wird eine einfache und kostengünstige Möglichkeit geschaffen, bestehende Hebezeuge 1 mit einer Baueinheit nachzurüsten, die eine Bestimmung der Hublast mit hoher Genauigkeit gewährleistet.
