DE102013012690A1

DE102013012690A1 - Hydraulisches Biegeelement

Info

Publication number: DE102013012690A1
Application number: DE102013012690.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel Roth
Original assignee: Tecsis GmbH
Current assignee: Tecsis GmbH
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-02-26

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftmesssystem bestehend aus einem Strukturteil mit einer Messbohrung, welche mit einem Fluid befüllt ist, wobei die Messbohrung aussermittig zu einer zentralen Achse des Strukturteils angebracht ist und wobei die Messbohrung mit einer Druckauswerteeinrichtung in hydraulischer Wirkverbindung steht und wobei eine Belastung des Strukturteils eine Druckerhöhung in der Messbohrung bewirkt, welche als Wert der Belastung angezeigt oder ausgegeben wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf ein Krafterfassungssystem bestehend aus einem Strukturelement mit einem hydraulischen Messkanal, welcher mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und welcher bei Deformation des Strukturelements einen resultierenden Druck nach aussen hin abgibt.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Lösung für Kraftmesstechnik an Strukturteilen zu schaffen. Darüber hinaus soll ein Aufbau zur temperaturkompensierten Messung geschaffen werden. Diese Aufgaben werden mit einem System gelöst, wie in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß weist das System zur Krafterfassung ein Strukturelement auf, welches mit einem Messkanal versehen ist. Der Messkanal ist vorzugsweise aussermittig als Bohrung angebracht und mit einem Fluid gefüllt. Bei einer Deformation des Strukturelements wird der Messkanal verformt und das Fluid oder die Füllflüssigkeit – vorzugsweise Öl, Wasser, Glyzerin oder eine Glyzerin-Wasser-Mischung – gibt einen resultierenden Druck nach aussen hin ab. Der Druck kann dann über ein Manometer oder einen Drucksensor angezeigt werden, beziehungsweise als Last, Kraft relativ zur Belastung des Strukturelements angezeigt werden. Der Drucksensor kann z. B. ein kapazitiver oder resistiver Drucksensor sein, welcher im wesentlichen aus einer Membran besteht. Alternativ kann der Drucksensor auch aus einem metallischen Membranelement bestehen, auf welches Messwiderstände zur Messung der Dehnung, Wölbung der Membran angebracht sind. Die Widerstände sind vorzugsweise in einer Wheatstone-Brückenschaltung zusammengeschaltet. Ausserdem kann diese Schaltung durch einen weiteren Widerstand oder einen Temperatursensor temperaturkompensiert sein. Der Temperatursensor kann allerdings auch an dem Strukturelement angebracht sein, oder in der Bohrung angeordnet sein.
Das Strukturelement kann insbesondere eine feststehende Messachse, z. B. eines Krans sein, wobei eine drehbar gelagerte Seilrolle ein Seil umlenkt, welches eine Last heben kann. Durch eine Last verformt sich die Achse und es kann dann z. B. im Führerhaus des Krans die anhängende Last angezeigt werden. Der Kran kann dann vor Überlast oder Kippen gesichert werden, wenn eine max. Kraft der Achsenbelastung als Grenzwert definiert wird.
Das Strukturelement kann aber auch ein Biegestab zur Messung von aufliegenden Kräften sein. Hierbei kann ein Biegestab mit einer Messbohrung versehen sein, welche ebenfalls mit einem Fluid befüllt werden kann und welche bei Biegung einen resultierenden Druck auf eine Druckanzeige bewirkt. Hierzu ist vorzugsweise vorne am Biegestab eine Angriffsfläche definiert, da der Ort der Lasteinwirkung auf den Biegestab ansonsten eine Auswirkung auf die Druck-/Kraftanzeige bewirkt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen Kran mit einer Seilrolle und Achse
2 ist eine Prinzipansicht der Messachse
3 zeigt die Messachse bei Belastung
4 zeigt eine Ausgestaltung mit Drucksensor und einem Element zur Temperaturkompensation
5 zeigt eine Ausgestaltung eines Biegestabs
6 zeigt eine Ausgestaltung als Implantat
Die Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden ausführlichen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie kann in dem Umfang der nachfolgenden Ansprüche modifiziert werden.
1 zeigt als Beispielanwendung für eine Achse einen Kran 1 mit einem Lastseil 2, einer Seilrolle 3 und einer anhängenden Masse 4, welche eine Kraft 5 im Seil bewirkt. Die Last wird über die Rolle 3B auf der Achse 6 abgestützt.
2 zeigt in der Prinzipansicht, dass die Messachse 6 mittig eine Seilrolle 2 trägt, welche durch ein Kugellager 7 drehbar zur feststehenden Achse gelagert ist. Die Achse wird seitlich an einem Bund 8A/8B in der Kranspitze befestigt.
Die Achse 6 hat eine aussermittige Messbohrung 9, welche im Abstand A (10) in die Achse von einer Seite her eingebracht ist. Die Bohrung wird mit einem Fluid oder Öl befüllt und dann an der Öffnung 11 mit einem Drucksensor oder Druckanschluss verschlossen. Von hier kann dann der bei Belastung resultierende Druck elektronisch per Kabel oder hydraulisch über eine Kapillarleitung 12 ausgegeben und als Kraft an einem anderen Ort angezeigt werden.
3 zeigt die Messachse bei Belastung der Seilrolle 3 über das aufliegende Seil 2A. Die Achse biegt sich durch, wobei sich die ursprüngliche Mittellinie 12 zu einer neuen Kurvenlinie 13 verändert. Gleichzeitig wird die Messbohrung 9 elastich gestaucht. Der entstehende Druck wird am Anschluss 11 über eine Kapillarleitung 14 an ein Manometer 15 geleitet, wobei das Manometer vorzugsweise eine Skala mit N – wie Newton – als Kraftanzeige enthält.
4 zeigt eine Ausgestaltung der Messachse 6 mit Drucksensor 16, welcher über eine Dichtung 17 dichtend den Messkanal abschliesst und über ein Kabel 18 nach aussen den Druck oder das Kraftsignal abgibt. Die Messbohrung 9 enthält in einem Abschnitt ein Element 19 zur Temperaturkompensation, wobei das Element aus Kunststoff, Keramik oder einem anderen Stahl bestehen kann, welche die temperaturbedingte Ausdehnungsdifferenz zwischen Hydrauliköl und der Messbohrung in der Stahlachse kompensiert. Alternativ wird der Einfluss der Temperatur über eine Temperaturmessung über einen Sensor am Drucksensor oder über einen an oder in der Messachse angebrachten Temperatursensor in einer nicht dargestellten Schaltung elektronisch durchgeführt.
Eine Bohrung 20 ist zur drehfesten Befestigung der Achse an der Kranspitze vorgesehen. Gleichzeitig kann hier ein externer zusätzlicher Aussen-Temperatursensor angebracht werden.
5 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung als Biegestab. Hierzu wird ein Stab aussermittig ebenfalls mit einer Messbohrung 9B versehen. Optional kann diese wieder mit einem Stopfen 22 per Schweissung verschlossen und über eine zweite Kanalbohrung 23 erreicht werden. An einem Anschluss 11B kann dann ein Druck analog einer Last ”F” an einem definierten Ende 21 ausgewertet werden, welche im Abstand ”L” zu einer Montagefläche 23 wirkt. Zur Befestigung des Biegestabs sind Bohrungen 24 vorgesehen.
6 zeigt eine Ausgestaltung wobei die Messbohrung 9C in Form eines separaten Teils 30 in ein Strukturelement 6C nachträglich integriert werden kann. Der Vorteil einer Vorfertigung ist die Lagerhaltung, sowie die Temperaturkompensation an einem kleineren Bauteil. Das Messelement kann dann nachträglich als Implantat auch in vorhandene Bauteile integriert werden, hierfür ist dann nur eine Bohrung anzubringen. Sowohl die Implantatlösung wie auch die vorbeschriebenen Lösungen sind nicht nur auf Hebesysteme wie Kräne, Mobilkräne oder Containerbrücken in der Anwendung beschränkt, sondern können auch in kleinerer Bauform in Hebezeuge, also Kettenzüge oder kleinere Hebehilfen integriert werden. So zum Beispiel auch Hebeplattformen mit einem Scheren-Hebesystem oder in Aufzügen.

Claims

Kraftmesssystem bestehend aus einem Strukturteil mit einer Messbohrung, welche mit einem Fluid befüllt ist, wobei die Messbohrung aussermittig zu einer zentralen Achse des Strukturteils angebracht ist und wobei die Messbohrung mit einer Druckauswerteeinrichtung in hydraulischer Wirkverbindung steht, wobei eine Belastung des Strukturteils eine Druckerhöhung in der Messbohrung bewirkt, welche als Wert der Belastung angezeigt oder ausgegeben wird.
Kraftmesssystem nach Anspruch 1, wobei das Strukturteil eine feststehende Achse ist und wobei die Messbohrung mit einem Öl, Glyzerin, Wasser oder einem Gemisch hieraus befüllt ist.
Kraftmesssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Strukturteil eine feststehende Achse eines Hebekrans ist, welche eine drehbar gelagerte Seilrolle trägt.
Kraftmesssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Druckauswerteeinrichtung ein Manometer ist, welches mit der Messbohrung in hydraulischer Verbindung steht.
Kraftmesssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Druckauswerteeinrichtung ein Drucksensor ist, welcher an oder in der Messachse angebracht ist.
Kraftmesssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Druckauswerteeinrichtung ein metallischer Membran-Drucksensor ist, welcher eine Temperaturkompensation aufweist, oder welcher über einen Temperaturfühler bezüglich einer Betriebstemperatur kompensierte Druckwerte als Kraftsignal ausgibt.
Kraftmesssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messbohrung mit einem Kompensationselement in Wirkverbindung steht, welches vorzugsweise aus Keramik, Kunststoff oder einem anderen Stahl als die Messachse selbst besteht und temperaturbedingte Ausdehnungen des Messsystems bewirkt.
Kraftmesssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 4–7, wobei das Strukturteil ein Biegestab ist, welcher aussermittig mit einer Messbohrung versehen ist.
Kraftmesssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 4–8, wobei das Strukturteil ein Biegestab ist, welcher an einem Ende eine definierte Angriffsfläche für die Last aufweist.
Kraftmesssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 4–9, wobei die Messbohrung in Form eines Stabs nachträglich in das Strukturteil integriert wird.