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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. Das hierfür verwendete Messseil ist dabei möglichst senkrecht und geradlinig aus dem Sensorgehäuse herauszuziehen. So lässt sich ein verschleißbehafteter Kontakt von Messseil und Seilaustritt vermeiden.
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Das Messseil wird durch ein bewegtes Objekt idealerweise senkrecht aus dem Sensorgehäuse heraus- bzw. über einen im Sensor integrierten Rückstellmechanismus in das Gehäuse hineingezogen. Dabei wird es meist einlagig auf einer Seiltrommel aufgewickelt. Kommt es zu Abweichungen vom ideal senkrechten Auszug, erfolgt eine Knickung des Messseils im Bereich des Seilaustritts, welche einen Kontakt von Messseil und Seilaustritt bewirkt. Im Bereich dieses Kontakts entstehen durch die Bewegungen des ein- bzw. ausfahrenden Messseils Materialschäden, sowohl am Seilaustritt als auch am Messseil selbst.
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In der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2013 105 959 U1 wird ein beweglich gelagerter Seilaustritt beschrieben, der einen schrägen Messseilverlauf ermöglichen soll. Hierfür beinhaltet der Seilaustritt eine Seilführung und ist über ein Kugelgelenk im Gehäuse des Seilzugsensors gelagert. Aus der
US 2012/0 266 480 A1 ist ein Seilzugsensor mit einer Spiralfeder bekannt.
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Nachteil dieses Auszugsmechanismus ist, dass hierbei zwar keine Knickung des Messseils am Seilaustritt – im zitierten Gebrauchsmuster Seilzugauslass genannt – selbst auftritt, dafür aber das Messseil am unteren Ende der Seilführung unter einem sehr kleinem Radius umgelenkt wird. Potenzielle Materialschäden werden somit nur örtlich verlagert, nicht effektiv verhindert.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Seilzugsensor zur Verfügung zu stellen, welcher durch ein flexibles Seilführungssystem Abweichungen von einem ideal senkrechten Seilauszug ermöglicht. Dies erlaubt ein fehler- und knickungsfreies Ein- und Ausfahren des Messseils in das bzw. aus dem Gehäuse des Seilzugsensors, wobei der für handelsübliche Seilzugsensoren typische Materialverschleiß an Messseil und Seilführung nahezu komplett unterbunden wird. Zudem wird mit der Erfindung ein größerer Auszugswinkel als bei handelsüblichen Seilzugsensoren realisiert.
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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, an das ein flexibles Seilführungssystem montiert ist. Durch dieses flexible Seilführungssystem wird ein Messseil über eine Seilbefestigung, welche an einem bewegten Objekt fixiert ist, aus dem Sensor heraus- oder in ihn hineinbewegt. Ein in der Regel mechanischer Rückstellmechanismus, der sich im oder am Gehäuse befindet, erzeugt eine konstante, auf das Messseil wirkende Einzugskraft, die es bei nicht wirkender Auszugskraft auf eine ebenfalls im Gehäuse befindliche Seiltrommel meist einlagig aufwickelt. Am Gehäuse befindet sich zudem ein Signalgeber. Dieser wandelt die Drehbewegung der Seiltrommel, welche bei einlagiger Wicklung zur Linearbewegung des Messseils proportional ist, in ein Messsignal um.
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Das flexible Seilführungssystem besteht aus mehreren Seilführungselementen und einer Spiralfeder. Zwei der Seilführungselemente sind starr und jeweils an den Enden des flexiblen Seilführungssystems angeordnet. Eines der starren Seilführungselemente ist im Sensorgehäuse fixiert, das andere frei beweglich. Ein Faltenbalg, der die beiden starren Seilführungselemente lose verbindet, schützt das flexible Seilführungssystem vor grobem Schmutz und schädigenden mechanischen Einflüssen.
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Die starren Seilführungselemente sind über ein flexibles Seilführungselement miteinander verbunden. Dieses hat eine schlauchförmige Gestalt und besteht idealerweise aus einem verschleißfesten Kunststoff, um Abrieb aufgrund des durchlaufenden Messseils zu vermeiden. Um das flexible Seilführungselement windet sich eine Spiralfeder, die formgebend auf das flexible Seilführungselement wirkt. Die Spiralfeder weißt eine progressive Wicklung auf, ihre Windungssteigung nimmt also kontinuierlich ab. Dadurch prägt die Spiralfeder dem gesamten flexiblen Seilführungssystem einen speziellen Verlauf ein, der die Komponenten des flexiblen Seilführungssystems und das durchlaufende Messseil vor Verschleiß schützt. Eine spezielle Ausführungsform sieht vor, eine zweifach progressive Spiralfeder zu verwenden. Bei dieser nimmt die Windungssteigung von beiden Enden zur Mitte hin je kontinuierlich ab.
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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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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt den erfindungsgemäßen Seilzugsensor in einer isometrischen Ansicht von vorne.
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2 zeigt den erfindungsgemäßen Seilzugsensor in einer isometrischen Ansicht von hinten.
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3 zeigt den erfindungsgemäßen Seilzugsensor in einer Frontansicht. Das Seilführungssystem ist durch einen Ausbruch sichtbar gemacht.
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4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Seilführungssystems bei senkrechtem Seilauszug.
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5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Seilführungssystems bei schrägem Seilauszug.
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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, an dem ein flexibles Seilführungssystem 6 montiert ist. Durch das flexible Seilführungssystem 6 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 4, vorzugsweise ein Drehwinkelgeber montiert. Der Signalgeber 4 steht in Wirkverbindung mit der Seiltrommel 7, welche in 3 abgebildet ist, und erzeugt ein zu Drehbewegung und Drehrichtung der Seiltrommel 7 proportionales Ausgangssignal.
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2 zeigt die Rückseite des Seilzugsensors S. Es ist ein Federantrieb 5 zu sehen, welcher als Rückstellmechanismus dient. Er steht über eine im Gehäuse 1 befindliche Mechanik in Wirkverbindung mit dem Messseil 2. Ein vorgespanntes Federpaket innerhalb des Federantriebs 5 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 der Verlauf des Messseils 2 durch den Seilzugsensor S dargestellt. Das Messseil 2 tritt an der Oberseite des flexiblen Seilführungssystems 6 in dieses ein und durchläuft es in Richtung der Seiltrommel 7, auf der es einlagig aufgewickelt wird.
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Eine vergrößerte Darstellung des flexiblen Seilführungssystems 6 bei senkrechtem Seilauszug zeigt 4. Kernbestandteil des flexiblen Seilführungssystems 6 ist eine Spiralfeder 8, die eine veränderliche Windungssteigung aufweist. Eine spezielle Ausführungsform sieht vor, eine zweifach progressive Spiralfeder zu verwenden. Deren Windungssteigung nimmt von ihren beiden Enden zur Mitte hin kontinuierlich ab. Mit der Windungssteigung nimmt ebenfalls von beiden Federenden aus jeweils die Federsteifigkeit ab und findet in der Federmitte ihr Minimum.
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Die Spiralfeder 8 umwindet ein flexibles Seilführungselement 9, durch welches das Messseil 2 verläuft. Das flexible Seilführungselement 9 hat eine schlauchförmige Gestalt und besteht vorzugsweise aus einem flexiblen, verschleißfesten Kunststoff. An beiden Enden der flexiblen Seilführung 9 ist je ein starres Seilführungselement 10, 11 fixiert, von denen eines 10 frei beweglich ist, während das andere 11 zusätzlich am Gehäuse fixiert ist. Ein Faltenbalg 12, der das flexible Seilführungssystem 6 vor grobem Schmutz und leichten mechanischen Beschädigungen schützt, verbindet die beiden starren Seilführungselemente 10, 11 lose miteinander und ist über Befestigungsringe 13, 14 an ihnen fixiert.
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Erfährt das Messseil 2 keinen ideal senkrechten Auszug, sondern erfolgt dieser unter einem Winkel W, so ergibt sich ein Seilverlauf, der dem aus 5 gleicht. Das Messseil 2 wird in dieser Zeichnung unter einem Winkel W von 90° ausgezogen. Das flexible Seilführungssystem 6 passt sich der Auszugsrichtung des Messseils 2 an, indem die Spiralfeder 8 einen Bogen mit einem Radius R ausprägt, der ein Vielfaches des Durchmessers des Messseils 2 beträgt. Aufgrund der progressiven Windungssteigung der Spiralfeder 8 ist der Radius R des Bogens veränderlich und in der Federmitte, dem Ort der geringsten Federsteifigkeit, am kleinsten. An den Enden der Spiralfeder 8, nimmt diese anstatt des bogenförmigen Verlaufs aufgrund der steigenden Federsteifigkeit einen zunehmend linearen Verlauf an.
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Das flexible Seilführungselement 9 nimmt den Verlauf der sie umgebenden und auf sie formgebend wirkenden Spiralfeder 8 an. Es weist bei einem Seilauszug unter einem Winkel W ebenfalls einen bogenförmigen Verlauf mit einem veränderlichen Radius R auf und verläuft zu den Enden hin zunehmend linearer, bis es schließlich komplett linear in die starren Seilführungselemente 10, 11 einläuft.
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Das Messseil
2 läuft aufgrund dieser speziellen Ausprägung des flexiblen Seilführungssystems
6 linear in die starren Seilführungselemente
10,
11 ein und erfährt erst im flexiblen Seilführungselement
9 eine bogenförmige Umlenkung. Dadurch wird ein verschleißbehafteter Punktkontakt zwischen Messseil
2 und dem Seileintritt, wie er bei handelsüblichen Seilzugsensoren vorkommt, vermieden und das Messseil
2 stattdessen nahezu verschleißfrei geführt. Bezugszeichenliste
| 1 | Gehäuse |
| 2 | Messseil |
| 3 | Seilbefestigung |
| 4 | Signalgeber |
| 5 | Vorspanneinheit |
| 6 | Flexibles Seilführungssystems |
| 7 | Seiltrommel |
| 8 | Mechanische Feder/Spiralfeder |
| 9 | Flexibles Seilführungselement |
| 10 | Freies starres Seilführungselement |
| 11 | Fixiertes starres Seilführungselement |
| 12 | Faltenbalg |
| 13 | Befestigungsring |
| 14 | Befestigungsring |
| Fa | Auszugskraft |
| R | Radius |
| S | Seilzugsensor |
| W | Seilauszugswinkel |
