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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Seilzugsensor mit einem von einer Seiltrommel abrollbaren Messseil nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1. Die weiteren Schutzansprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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STAND DER TECHNIK
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Seilzugsensoren dienen zur Erfassung und Messung linearer Wegstrecken. Dabei wird ein Messseil durch ein bewegtes Messobjekt idealerweise senkrecht aus dem Sensorgehäuse heraus- bzw. über einen im Sensor integrierten Rückstellmechanismus in das Gehäuse hineingezogen und meist einlagig auf einer Seiltrommel aufgewickelt. Ein Signalgeber, insbesondere ein Drehwinkelgeber, steht in Wirkverbindung mit der Seiltrommel und erzeugt ein Signal, welches zur Ermittlung der auf- oder abgewickelten Seillänge geeignet ist.
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Das Messseil, welches durch die konstant wirkende Einzugskraft des Rückstellmechanismus auf Spannung gehalten wird, verliert diese Spannung, wenn es reißt oder die Feder des Rückstellmechanismus bricht. Dadurch geht das Signal des Signalgebers, unabhängig von der Position des Messobjekts, auf Null zurück und verliert somit jegliche Aussagekraft.
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In der deutschen Patentschrift
DE 10 2005 013 122 B3 wird ein Seilzugsensor beschrieben, der über einen Seilspannungssensor verfügt. Bei diesem Seilspannungssensor handelt es sich um eine Vorrichtung, die das Ende des Messseils mit dem Messobjekt verbindet und der Erfassung des Wegfalls der Seilspannung dient. Hierzu ist der Seilspannungssensor derart aufgebaut, dass sich bei Wegfall der Seilspannung ein Kontakt schließt, der ein Störsignal erzeugt, wodurch eine Betriebsstörung signalisiert wird. Das Störsignal wird hierbei über ein separates Kabel vom Seilspannungssensor zum Seilzugsensor bzw. zu einer Auswerteeinheit zurückgeführt.
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Eine Weiterentwicklung dieser Vorrichtung wird in der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2011 051 861 U1 beschrieben. Diese neue Vorrichtung nutzt ebenfalls einen Seilspannungssensor, verwendet aber das Messseil zur Signalübertragung und ist somit nicht auf ein separat am Seilspannungssensor mitzuführendes Kabel angewiesen.
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Ein in der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2004 014 184 U1 beschriebener Seilzugsensor nutzt modulare Vorsatzteile, die auf den Seilaustritt des Seilzugsensors montiert werden. Diese erfüllen unterschiedliche Funktionen, zu denen die Führung des Messseils, dessen Reinigung und Befreiung von Schmutz und Eis zählen. Auch ein Vorsatzteil zur Heizung des Messseils ist aufgeführt. Dieses kann mit einem Vorsatzteil zum Abstreifen von Eis kombiniert werden und soll auf diesem Weg ein zuverlässiges Ein- und Ausfahren des Messseils auch bei feuchtkalter Witterung gewährleisten.
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Ferner ist aus der deutschen Patentschrift
DE 16 23 246 A ein Seilzugsensor bekannt, der über eine interne Heizvorrichtung mit Thermostatsteuerung verfügt. Mit dieser Heizvorrichtung lassen sich Änderungen der Umgebungstemperatur kompensieren und die mechanischen Bauteile des Seilzugsensors, insbesondere die verwendete Radanordnung, auf einer konstanten Temperatur halten. Auf diesem Weg sollen thermische Formänderungen der mechanischen Komponenten und daraus resultierende Messungenauigkeiten verhindert werden.
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Der Nachteil dieser Vorrichtungen besteht darin, dass das Messseil trotz Seilspannungsüberwachung reißen kann. Hierfür muss das Messseil lediglich im Bereich des Seileintritts in den Seilzugsensor festgefroren sein und sich gleichzeitig das Messobjekt, an dem das Messseil befestigt ist, von dem Seilzugsensor fortbewegen. Zudem können nach längerem Stillstand des Seilzugsensors Wassertropfen, die am ausgezogenen Messseil festgefroren sind, oder längere Bereiche an vereistem Messseil, ein vollständiges Einfahren des Messseils verhindern. Derartig ausgeprägte Vereisungen können nicht durch eine sensorinterne, der Temperaturkompensation dienende Heizvorrichtung verhindert werden. Auch können sie nicht ohne weiteres abgestreift werden, da die Rückstellmechanismen, die ein Einziehen des Messseils bewirken, hierfür in der Regel zu schwach sind. Bei entsprechend stärker dimensionierten Rückstellmechanismen besteht die Gefahr, dass das Messseil aufgrund zu großer Belastung reißt.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuartigen Seilzugsensor mit beheiztem Messseil zur Verfügung zu stellen, wodurch ein Festfrieren von Wasser am Messseil verhindert wird.
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LÖSUNG DER AUFGABE
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Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale der aufgeführten Schutzansprüche.
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Ein erfindungsgemäßer Seilzugsensor dient zur Erfassung linearer Wegstrecken. Er besteht aus einem Gehäuse, welches einen Seilaustritt enthält. Durch diesen Seilaustritt wird ein Messseil über eine Seilbefestigung, welche an einem bewegten Objekt fixiert ist, aus dem Sensor heraus- oder in ihn hineinbewegt. Ein mechanischer Rückstellmechanismus, der sich am Gehäuse befindet, erzeugt eine näherungsweise konstante, auf das Messseil wirkende Einzugskraft, die das Messseil bei nicht wirkender Auszugskraft auf eine im Gehäuse befindliche Seiltrommel meist einlagig aufwickelt. Am Gehäuse befindet sich zudem ein Signalgeber. Dieser wandelt die Drehbewegung der Seiltrommel, welche bei einlagiger Wicklung des Messseils zu dessen Linearbewegung proportional ist, in ein Messsignal um.
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Über das Messseil fließt ein Heizstrom zwischen Seilzugsensor und Messobjekt. Dadurch lässt sich bei tiefen Umgebungstemperaturen einem Vereisen des Messseils und der Seilzugmechanik entgegenwirken.
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Um ein Überhitzen des Messseils zu verhindern, wird der Heizstrom in Abhängigkeit der ausgezogenen Messseillänge und der Umgebungstemperatur geregelt. Die dafür benötigte Elektronik befindet sich ebenso wie die Elektronik, die der Erzeugung des Heizstroms dient, im Gehäuse des Seilzugsensors.
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Die Seiltrommel des Seilzugsensors, auf der das Messseil vorteilhafterweise einlagig aufgewickelt ist, besteht aus einem elektrisch isolierenden Material bzw. ist mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet. Auf diesem Weg ist die notwendige galvanische Trennung zwischen stromführendem Messseil und der Seilzugmechanik gewährleistet.
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Als Messseil wird ein einfaches, mehradriges Stahlseil verwendet, welches vorteilhafterweise zusätzlich von separaten Einzeladern umwickelt ist. Diese Einzeladern dienen der Leitung des Heizstroms und sind ummantelt. Zusätzlich ist das gesamte Messseil mit einem gleitfähigen Material ummantelt, vorzugsweise Flourethylenpropylen (FEP) oder Polyurethan (PUR).
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ANWENDUNGSGEBIET
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Der Seilzugsensor eignet sich für die Messung linearer Wegstrecken. Ein Beispiel wäre die Messung der zurückgelegten Strecke eines aus- oder einfahrenden Kranauslegers.
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ZEICHNUNGEN
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Figurenliste
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- 1 zeigt den erfindungsgemäßen Seilzugsensor in einer isometrischen Ansicht von vorne.
- 2 zeigt des erfindungsgemäßen Seilzugsensor aus 1 in einer isometrischen Ansicht von hinten.
- 3 zeigt den erfindungsgemäßen Seilzugsensor aus 1 in einem Teilschnitt von der Seite.
- 4 zeigt den Aufbau des Messseils des erfindungsgemäßen Seilzugsensors aus 1.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 wird der erfindungsgemäße Seilzugsensor S gezeigt. Der Seilzugsensor S dient der Erfassung linearer Wegstrecken. Er weist ein Gehäuse 1 auf, auf das ein Seilturm 4 montiert ist. In dem Seilturm 4 befindet sich eine Seildüse 7. Durch die Seildüse 7 verläuft das Messseil 2, an dessen einem Ende sich eine Seilbefestigung 3 befindet, mit deren Hilfe das Messseil 2 an einem Messobjekt fixiert und durch eine Kraft Fa ausgezogen werden kann. An den Seilzugsensor S ist ein Signalgeber 5, vorzugsweise ein Drehwinkelgeber montiert. Der Signalgeber 5 steht in Wirkverbindung mit der Seiltrommel 8 und erzeugt ein zu Drehbewegung und Drehrichtung der Seiltrommel 8 proportionales Ausgangssignal.
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2 zeigt die Rückseite des Seilzugsensors S, auf der ein Rückstellmechanismus 6 montiert ist. Er steht über eine im Gehäuse 1 befindliche Mechanik mit dem Messseil 2 in Wirkverbindung. Ein vorgespanntes Federpaket innerhalb des Rückstellmechanismus 6 erzeugt ein näherungsweise konstantes Rückstellmoment, welches in Form einer der Auszugskraft Fa entgegengerichteten Einzugskraft auf das Messseil 2 einwirkt.
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In 3 ist ein Teilschnitt durch den erfindungsgemäßen Seilzugsensor S dargestellt. Das Messseil 2 tritt durch den Seilturm 4 in das Gehäuse 1 des Seilzugsensors S ein und wird einlagig auf der Seiltrommel 8 aufgewickelt. Diese steht in Wirkverbindung mit dem Signalgeber 5 und über die Federwelle 9 mit dem Rückstellmechanismus 6. Zur galvanischen Trennung zwischen der Federwelle 9, dem Signalgeber 5 und dem den Heizstrom führenden Messseil 2, ist die Seiltrommel 8 aus elektrisch isolierendem Material hergestellt oder mit einem solchen Material beschichtet.
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Eine Elektronik 10, die zur Erzeugung des Heizstromes dient, ist im Gehäuse 1 des Seilzugsensors S untergebracht. Sie überträgt den Heizstrom mithilfe eines Schleifringkontakts auf das freie Ende des Messseils 2.
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4 zeigt den Aufbau des beheizbaren Messseils 2. Es besteht aus einem inneren, mehradrigen Stahlseil 11, um das sich zwei Einzeladern 12 winden. Diese leiten den Heizstrom, wobei der Heizstrom über eine der Einzeladern 12 vom Seilzugsensor S in Richtung Messobjekt und über die andere wieder zurück zum Seilzugsensor S geleitet wird. Die beiden Einzeladern 12 weisen eine elektrisch isolierende Ummantelung 13 auf. Zusätzlich ist das gesamte Messseil 2 mit einer gleitfähigen und verschleiß- und reibungsmindernden Schicht aus Flourethylenpropylen (FEP) oder Polyurethan (PUR) ummantelt 14.
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Die Wärmeentwicklung in den Einzeladern 12, auch Elektrowärme genannt, ist eine Folge des Heizstroms und damit des Elektronenflusses durch den idealisierten elektrischen Widerstand der Einzeladern 12. Dieser Elektronenfluss führt nach den Gesetzmäßigkeiten des Teilchenmodells zu Reibung zwischen den Elementarteilchen des Adermaterials und damit zu einer Umwandlung von elektrischer und mechanischer Energie in thermische Energie.
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Die freiwerdende Wärmenergie Q
w lässt sich hierbei nach folgender Gleichung berechnen:
I entspricht dem Heizstrom, R dem elektrischen Widerstand und t der Dauer des Stromflusses.
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Für die Temperaturdifferenz ΔT, um die sich die Einzeladern
12 erwärmen, gilt:
C
T entspricht der Wärmekapazität des Materials, aus dem die stromführenden Einzeladern
12 gefertigt sind.
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Die Ummantelungen 13 und 14, die elektrisch, nicht aber thermisch isolieren, führen die an den Einzeladern 12 freiwerdende Wärme nach außen ab und ermöglichen so die gewünschte Heizwirkung des Messseils 2. Ein Festfrieren von Wasser am Messseil 2 lässt sich somit ebenso verhindern, wie ein Einfrieren und Blockieren der Seilzugmechanik im Gehäuse 1 des Seilzugsensors S, da diese durch das Messseil 2 mit beheizt wird.
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Um ein Überhitzen bei eingezogenem Messseil 2 zu verhindern, sieht eine vorteilhafte Ausführungsform des Seilzugsensors S vor, den Heizstrom in Abhängigkeit der ausgezogenen Messseillänge zu regeln. Zusätzlich wird der Messstrom in Abhängigkeit der Außentemperatur geregelt. Die hierfür notwendige Elektronik ist Teil der Elektronik 10, die zur Erzeugung des Heizstroms genutzt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Messseil
- 3
- Seilbefestigung
- 4
- Seilturm
- 5
- Signalgeber
- 6
- Rückstellmechanismus
- 7
- Seildüse
- 8
- Seiltrommel
- 9
- Federwelle
- 10
- Elektronik
- 11
- Stahlseil
- 12
- Einzelader
- 13
- Ummantelung, Einzelader
- 14
- Ummantelung, Messseil
- Fa
- Auszugskraft
- S
- Seilzugsensor
