DE102016104592A1

DE102016104592A1 - Column component with integrated force sensor

Info

Publication number: DE102016104592A1
Application number: DE102016104592.6A
Authority: DE
Inventors: Steffen Glöckle
Original assignee: Weber Hydraulik GmbH Germany
Current assignee: Weber Hydraulik GmbH Germany
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2017-09-14

Abstract

Angegeben wird ein Stützenbauteil, insbesondere Hydraulikzylinder, zur Abstützung mobiler Arbeitsmaschinen, mit einem integrierten Kraftsensor zur Bestimmung auf das Stützenbauteil wirkender Stützkräfte, bei dem das Stützenbauteil einen sich in Richtung seiner Längsachse erstreckenden, länglichen Endabschnitt aufweist, der an seinem Ende ein Anschlussteil trägt. Hierbei weist das Stützenbauteil einen sich in Richtung seiner Längsachse erstreckenden, länglichen Endabschnitt auf, der an seinem Ende ein Anschlussteil trägt. Das Anschlussteil besitzt einen Zapfen, der axial beweglich in eine als Aufnahme für den Zapfen dienende Ausnehmung im Endabschnitt des Stützenbauteils eingesteckt ist. Der integrierte Kraftsensor ist in einem Bereich der Ausnehmung hinter dem Zapfen angeordnet, und zwar derart, dass eine Endfläche des Zapfens unter Stützkraftwirkung gegen den Kraftsensor drückt. Durch diese zweiteilige Anordnung ist der mechanisch empfindliche Kraftsensor im unbelasteten Zustand sicher geschützt vor Querschlägen und Stößen in seiner Aufnahme untergebracht, wie sie etwa beim Rangieren oder einer Demontage eines Stützfußes oder der ganzen Stützstruktur auftreten können.Disclosed is a support member, in particular hydraulic cylinder, for supporting mobile work machines, with an integrated force sensor for determining supporting forces acting on the support member, wherein the support member has an elongated end portion extending in the direction of its longitudinal axis, which carries a connection part at its end. In this case, the support member has a longitudinal end portion extending in the direction of its longitudinal axis, which carries a connection part at its end. The connecting part has a pin which is inserted axially movable in a serving as a receptacle for the pin recess in the end portion of the support member. The integrated force sensor is arranged in a region of the recess behind the pin, in such a way that an end face of the pin presses against the force sensor under supporting force action. This two-part arrangement of the mechanically sensitive force sensor is safely protected in the unloaded state of cross passages and shocks housed in his recording, as they can occur when maneuvering or dismantling a support leg or the whole support structure.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stützenbauteil, insbesondere Hydraulikzylinder, zur Abstützung mobiler Arbeitsmaschinen, mit einem integrierten Kraftsensor zur Bestimmung auf das Stützenbauteil wirkender Stützkräfte, wobei das Stützenbauteil einen sich in Richtung seiner Längsachse erstreckenden, länglichen Endabschnitt aufweist, der an seinem Ende ein Anschlussteil trägt. The present invention relates to a support member, in particular hydraulic cylinder, for supporting mobile work machines, with an integrated force sensor for determining supporting forces acting on the support member, wherein the support member has an elongated end portion extending in the direction of its longitudinal axis, which carries at its end a connecting part.

Bei Arbeitsmaschinen wie Kranfahrzeugen, statisch aufgestellten Kränen, Arbeitsbühnen, Drehleitern oder dergleichen, ist eine sichere Abstützung gegenüber dem Untergrund erforderlich. Hierzu sind in der Regel Stützausleger vorgesehen, die zur Abstützung ausgefahren und abgesenkt werden können und zum Transport eingefahren werden. Die Abstützung selbst erfolgt in der Regel über an den Stützauslegern vertikal angeordnete Hydraulikzylinder, die zur Abstützung ausgefahren werden. In working machines such as crane vehicles, statically mounted cranes, work platforms, turntable ladders or the like, a secure support against the ground is required. For this purpose support legs are usually provided, which can be extended and lowered for support and retracted for transport. The support itself is usually carried out on the support arms vertically arranged hydraulic cylinders, which are extended for support.

Zur Ermittlung des Schwerpunkts der Arbeitsmaschine einschließlich einer etwaigen Traglast und damit des Kipppunkts der Arbeitsmaschine ist es bekannt, die an den Stützauslegern bzw. deren vertikalen Stützelementen auftretenden Stützkräfte zu messen. Hierzu können an den Stützauslegern Biegemesssensoren vorgesehen sein und/oder an den vertikalen Stützelementen, wie etwa Hydraulikzylindern, können Kraftsensoren angeordnet sein. In order to determine the center of gravity of the working machine, including any load and thus the tipping point of the working machine, it is known to measure the supporting forces occurring on the support arms or their vertical support elements. For this purpose, bending measuring sensors can be provided on the support arms and / or force sensors can be arranged on the vertical support elements, such as hydraulic cylinders.

Aus der Schrift WO 2010/057634 A1 ist beispielsweise ein Kraftaufnehmer für Stützelemente bekannt, der in einen Gelenkkopf für einen Stützfuß integriert ist. From the Scriptures WO 2010/057634 A1 For example, a force transducer for supporting elements is known, which is integrated in a condyle for a support leg.

Verschiedene andere Anordnungen von Kraftsensoren an der Stützstruktur einer Arbeitsmaschine sind beispielsweise in der DE 20 2014 000 335 U1 gezeigt. Hiernach kann ein Kraftsensor unter anderem in die horizontale Stützstruktur eines Auslegers, in den Stützfuß eines Abstützelements unterhalb eines Kugelgelenks oder in der Kolbenstange des Abstützfußes integriert sein. Nachteilig an den im Stand der Technik gezeigten Bauformen bzw. Anordnungen der Sensoren ist, dass das mechanisch empfindliche Kraftmesssystem Querkraftbelastungen und Schlägen ausgesetzt ist, etwa beim Rangieren oder der Demontage eines Stützfußes.Various other arrangements of force sensors on the support structure of a work machine are for example in the DE 20 2014 000 335 U1 shown. According to this, a force sensor can be integrated inter alia in the horizontal support structure of a cantilever, in the support leg of a support element below a ball joint or in the piston rod of the outrigger. A disadvantage of the designs or arrangements of the sensors shown in the prior art is that the mechanically sensitive force measuring system is exposed to transverse force loads and impacts, for example when maneuvering or disassembling a support foot.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Stützenbauteil mit einem integrierten Kraftsensor anzugeben, welcher einerseits eine zuverlässige Bestimmung von auf das Stützenbauteil wirkenden Stützkräften ermöglicht, welcher andererseits besser geschützt vor Querkraftbelastungen und Stößen ist. An object of the invention is to provide a support member with an integrated force sensor, which on the one hand enables a reliable determination of acting on the support member supporting forces, which on the other hand better protected against transverse force loads and shocks.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. The object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments are given in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Stützenbauteil weist einen sich in Richtung seiner Längsachse erstreckenden, länglichen Endabschnitt auf, der an seinem Ende ein Anschlussteil trägt. Ein solches Anschlussteil kann beispielsweise ein Gelenkkopf oder eine Öse sein, mit denen das Stützenbauteil an der Stützstruktur eines Arbeitsgeräts befestigt oder mit einem bodenseitigen Stützenfuß gelenkig verbunden ist. Außerdem umfasst das Anschlussteil einen Zapfen, der axial beweglich in eine als Aufnahme für den Zapfen dienende Ausnehmung im Endabschnitt des Stützenbauteils eingesteckt ist. Der integrierte Kraftsensor ist in einem Bereich der Ausnehmung hinter dem Zapfen angeordnet und zwar derart, dass eine Endfläche des Zapfens unter Stützkraftwirkung – direkt oder indirekt, d.h. über weitere Zwischenstücke – gegen den Kraftsensor drückt. The support member according to the invention has an elongated end portion extending in the direction of its longitudinal axis, which carries a connection part at its end. Such a connection part may for example be a joint head or an eyelet, with which the support member is attached to the support structure of a working device or hingedly connected to a bottom-side column foot. In addition, the connecting part comprises a pin which is inserted axially movable in a serving as a receptacle for the pin recess in the end portion of the support member. The integrated force sensor is disposed in a region of the recess behind the pin in such a way that an end face of the pin under supporting force action - directly or indirectly, i. via further intermediate pieces - presses against the force sensor.

Durch diese zweiteilige Anordnung ist der mechanisch empfindliche Kraftsensor im unbelasteten Zustand sicher geschützt vor Querkräften und Stößen in seiner Aufnahme untergebracht, wie sie etwa beim Rangieren oder einer Demontage eines Stützfußes oder der ganzen Stützstruktur auftreten können. Der Zapfen des Anschlussteils ist passgenau in die als Aufnahme dienende Ausnehmung im Endabschnitt des Stützenbauteils eingesetzt und von dieser geführt, sodass Querkräfte im angehobenen, also unbelasteten Zustand direkt vom Stützenbauteil aufgenommen werden und im abgesenkten Zustand im Wesentlichen nur axial gerichtete Stützkräfte über die Endfläche des Zapfens auf den Kraftsensor wirken können. This two-part arrangement of the mechanically sensitive force sensor is safely protected in the unloaded state from lateral forces and shocks housed in his recording, as they may occur when maneuvering or dismantling a support leg or the whole support structure. The pin of the connecting part is accurately inserted into the serving as a receptacle recess in the end portion of the support member and guided by this, so that lateral forces are absorbed in the raised, ie unloaded condition directly from the support member and in the lowered state substantially only axially directed supporting forces on the end face of the pin can act on the force sensor.

Der Kraftsensor selbst kann beispielsweise in an sich bekannter Weise als Federkörper-Kraftaufnehmer mit einem unter Einwirkung der Stützkraft elastisch verformbaren Verformungskörper ausgebildet sein, welcher über einen entsprechenden elektrischen Messkreis ein stützlastabhängiges Messsignal erzeugt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kommt als Kraftsensor eine Kraftmessdose an sich bekannter Bauart zum Einsatz, wobei eine entsprechende Schnittstelle zu der Endfläche des Zapfens vorgesehen wird. The force sensor itself can be designed, for example, in a manner known per se as a spring-body force transducer with a deformation body elastically deformable under the action of the support force, which generates a support load-dependent measurement signal via a corresponding electrical measuring circuit. In a preferred embodiment comes as a force sensor, a load cell of known type used, with a corresponding interface is provided to the end face of the pin.

Zapfen und Aufnahme des Stützenbauteil sind vorzugsweise so ausgebildet, dass der Zapfen in seiner als Aufnahme dienenden Ausnehmung zwischen einer Stützposition, in der seine Endfläche gegen den Kraftsensor drückt, und einer unbelasteten Position, so viel Spiel in axialer Richtung hat, dass er in der unbelasteten Position nicht mehr an dem Kraftsensor anliegt, also zwischen der Endfläche des Zapfens und dem Kraftsensor ein Spalt entsteht. Hierdurch wird sichergestellt, dass, insbesondere bei während des Transports angehobener Stütze, auf das Anschlussteil wirkende Querkräfte und Stöße nicht auf den Kraftsensor übertragen werden können, sodass dieser noch besser geschützt ist. Das axiale Spiel braucht hierbei nur wenige Millimeter zu betragen, vorzugsweise zwischen 1 und 10 mm.Spigot and receiving the support member are preferably formed so that the pin in its serving as a recess between a support position in which its end face presses against the force sensor, and an unloaded position, so much play in the axial direction that he has in the unloaded Position is no longer applied to the force sensor, so between the end face of the pin and the force sensor, a gap is formed. This ensures that In particular, when raised during transport support, acting on the connector transverse forces and shocks can not be transferred to the force sensor, so that it is even better protected. The axial play here needs to be only a few millimeters, preferably between 1 and 10 mm.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung verläuft die Endfläche des Zapfens konisch nach innen hin zu und liegt an einer korrespondierend geformten Kontaktaufnahmefläche des Kraftsensors an. Der Hintergrund dieser Ausführungsform ist, dass je nach Geometrie des Stützauslegers bei der Abstützung auch in einem gewissen Umfang Querkräfte zugelassen werden können. Beispielsweise kann ein maximal zulässiger Querkraftanteil bei 15 oder 20 % der auftretenden Stützkräfte liegen. Die konisch verlaufenden Anlageflächen von Anschlussteil und Kraftsensor sorgen in diesem Fall dafür, dass die zulässigen Querkräfte nicht an der Innenwand der Ausnehmung anliegen, sondern die volle Stützkraft möglichst mittig auf den Kraftsensor geleitet wird. Hierdurch wird die Messgenauigkeit auch im Hinblick auf einen zulässigen Querkraftanteil erhöht. Außerdem verhindern die konisch zulaufenden Anlageflächen, dass sich unter Querkrafteinwirkung der Zapfen aufgrund seines radialen Spiels in der Aufnahme verklemmen kann.In an advantageous development, the end surface of the pin extends conically inwards towards and abuts against a correspondingly shaped contact-receiving surface of the force sensor. The background of this embodiment is that depending on the geometry of the support arm in the support also lateral forces can be allowed to a certain extent. For example, a maximum permissible transverse force component can be 15% or 20% of the supporting forces that occur. The tapered contact surfaces of the connection part and force sensor in this case ensure that the permissible transverse forces do not rest against the inner wall of the recess, but the full support force is directed as centrally as possible on the force sensor. As a result, the measurement accuracy is increased with regard to a permissible transverse force component. In addition, prevent the tapered contact surfaces that can jam under transverse force of the pin due to its radial clearance in the recording.

Der Neigungswinkel der konisch geformten Anlageflächen beträgt hierbei vorzugsweise weniger als 15°, weiter bevorzugt weniger als 10° und höchst vorzugsweise zwischen 6° und 8°. Bei der bevorzugten Ausführungsform bilden die konisch zulaufenden Anlageflächen des Anschlussteils einen stumpfen Kegel, laufen also in Richtung des Kraftsensors hin zu einer Spitze zu. Ebenso wäre jedoch auch die umgekehrte Form, also ein trichterförmiges Zulaufen der Anlageflächen von dem Kraftsensor weg möglich und liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung.The angle of inclination of the conically shaped contact surfaces is in this case preferably less than 15 °, more preferably less than 10 ° and most preferably between 6 ° and 8 °. In the preferred embodiment, the tapered contact surfaces of the connecting part form an obtuse cone, ie they run in the direction of the force sensor towards a tip. Likewise, however, the inverted shape, ie a funnel-shaped inflow of the contact surfaces away from the force sensor would be possible and is within the scope of the present invention.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist des Weiteren vorgesehen, dass sich der Kraftsensor rückseitig, also auf seiner dem Anschlussteil abgewandten Seite, in axialer Richtung gegen eine Schulter an der Innenwandung der Ausnehmung abstützt. Die Innenabmessung der Ausnehmung verringert sich an der Schulter stufenförmig und bildet einen hinter dem Kraftsensor befindlichen Hohlraum. Dieser Hohlraum kann einerseits zur Verlegung von elektrischen Anschlussleitungen für den Kraftsensor genutzt werden. Andererseits ermöglicht dieser Hohlraum, je nach Bauart des verwendeten Kraftsensors auch eine rückseitige, für die Kraftmessung erforderliche Verformbarkeit des Kraftsensors. Der Kraftsensor, der insbesondere flachzylindrisch bzw. dosenförmig ausgebildet sein kann, wird somit rückseitig nur im Bereich seiner Außenwandung abgestützt, während auf seiner vorderen, dem Anschlussteil zugewandten Kraftaufnahmefläche, die Krafteinleitung in etwa mittig erfolgt. In a preferred embodiment, it is further provided that the force sensor is supported in the axial direction against a shoulder on the inner wall of the recess on the rear side, ie on its side facing away from the connecting part. The internal dimension of the recess is reduced stepwise at the shoulder and forms a cavity located behind the force sensor. This cavity can be used on the one hand for laying electrical connection lines for the force sensor. On the other hand, this cavity, depending on the type of force sensor used, also enables a backside deformability of the force sensor required for the force measurement. The force sensor, which may be formed in particular flachzylindrisch or can-shaped, is thus supported on the back side only in the region of its outer wall, while on its front, the connection part facing force receiving surface, the force is applied approximately centrally.

Insbesondere kann somit in Verlängerung der Ausnehmung eine Längsbohrung mit gegenüber der Ausnehmung reduziertem Durchmesser vorgesehen sein, welche als Durchführung für eine elektrische Signalleitung dienen kann. In particular, a longitudinal bore with reduced diameter relative to the recess can thus be provided in the extension of the recess, which can serve as a passage for an electrical signal line.

Das Anschlussteil kann vorzugsweise einen von dem Stützenbauteil wegweisenden Gelenkkopf aufweisen, der zur gelenkigen Verbindung eines Stützfußes bzw. einer Stützplatte dient. Über ein solches, von dem Gelenkkopf und einer entsprechenden am Stützfuß vorgesehenen Gelenkpfanne gebildetes Kugelgelenk ermöglicht den Ausgleich von Bodenunebenheiten bei der Abstützung des Arbeitsgeräts. The connecting part may preferably have a condyle head facing away from the support member, which serves for the articulated connection of a support foot or a support plate. About such, formed by the condyle and a corresponding provided on the support leg socket joint ball joint allows the compensation of bumps in the support of the implement.

Vorzugsweise ist außerdem vorgesehen, dass das Anschlussteil durch ein am Endabschnitt des Stützenbauteils befestigtes Sicherungselement gegen Herausrutschen aus der Ausnehmung gesichert ist. Ein solches Sicherungselement kann beispielsweise ein Gewindering, eine Überwurfmutter oder ein einfacher Sicherungsring sein. Das Sicherungselement wird hierbei um einen sich zwischen dem Zapfen und dem Gelenkkopf verjüngenden Halsbereich des Anschlussteils gelegt und an dem Endabschnitt des Stützenbauteils arretiert. Das Sicherungselement verhindert einerseits ein Herausfallen des Anschlussteils aus der Ausnehmung unter Schwerkraftwirkung, wenn die Stützstruktur, in die das Stützenbauteil verbaut wird, wie beispielsweise einen Stützausleger eines Kranfahrzeugs, zum Transport angehoben wird oder wenn beispielsweise wegen eines festgefrorenen Stützfußes beim Einfahren Zugkräfte auf das Anschlussteil ausgeübt werden. Andererseits begrenzt das Sicherungselement die axiale Beweglichkeit des Zapfens in seiner Aufnahme und bestimmt damit dessen axiales Spiel.Preferably, it is also provided that the connection part is secured by a secured to the end portion of the support member securing element against slipping out of the recess. Such a securing element may for example be a threaded ring, a union nut or a simple locking ring. In this case, the securing element is placed around a neck region of the connection part which tapers between the pin and the condyle and is locked on the end section of the support element. On the one hand, the securing element prevents the connection part from falling out of the recess under the action of gravity when the support structure in which the support member is installed, for example a support arm of a crane vehicle, is lifted for transport or if tensile forces are exerted on the connection part when retracting, for example because of a frozen support leg become. On the other hand, the securing element limits the axial mobility of the pin in its receptacle and thus determines its axial play.

Bei einer bevorzugten Bauform ist weiterhin vorgesehen, dass der Zapfen gegenüber der Ausnehmung durch mindestens eine Dichtung, beispielsweise einen O-Ring, gegen eindringende Fremdstoffe wie Feuchtigkeit oder Schmutz gedichtet ist. Der Zapfen ist vorzugsweise mit Spielpassung in die als Aufnahme dienende Ausnehmung eingesetzt. Die Dichtung füllt dieses umfangsseitige Spiel zwischen Innenwand der Ausnehmung und Zapfen aus, sodass in diesen Zwischenraum keine Fremdstoffe eindringen können. In a preferred embodiment, it is further provided that the pin is sealed against the recess by at least one seal, for example an O-ring, against ingress of foreign substances such as moisture or dirt. The pin is preferably inserted with clearance in the serving as a receptacle recess. The seal fills this circumferential clearance between the inner wall of the recess and pin, so that no foreign matter can penetrate into this space.

In der bevorzugten Ausführungsform ist das Stützenbauteil als Hydraulikzylinder, genauer gesagt als ein Zylinder/Kolben-Aggregat, ausgebildet und dessen länglicher Endabschnitt, in den Kraftsensor Anschlussteil eingesetzt sind, wird durch die Kolbenstange des Zylinder/Kolben-Aggregats gebildet. Eine hydraulische Abstützung bzw. ein hydraulischer Antrieb zur Linearverstellung von Stützen bei der Abstützung einer Arbeitsmaschine stellen den häufigsten Anwendungsfall und größten Einsatzbereich für die vorliegende Erfindung dar. Neben einem hydraulischen Antrieb können jedoch auch andere Arten von Linearantrieb zur Stützenverstellung eingesetzt werden, wie etwa ein Gewindetrieb oder ein Zahnstangenantrieb, sodass auch entsprechend ausgebildete Stützenbauteile ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen. In the preferred embodiment, the support member is formed as a hydraulic cylinder, more specifically as a cylinder / piston unit, and its elongated end portion, are inserted into the force sensor connector, is formed by the piston rod of the cylinder / piston unit. A hydraulic support or a hydraulic drive for the linear adjustment of supports in the support of a working machine represent the most common application and the largest field of application for the present invention. In addition to a hydraulic drive, however, other types of linear drive can be used for support adjustment, such as a screw or a rack drive, so that also trained support members are also within the scope of the present invention.

Eine vorteilhafte Wirkung der vorliegenden Erfindung ergibt sich insbesondere dadurch, dass der Zapfen des Anschlussteils von den Innenwänden der Ausnehmung axial geführt wird. Querkräfte auf das Anschlussteil werden im Wesentlichen von der Führung aufgenommen. Im belasteten Zustand werden lediglich aufgrund des Spiels zwischen Zapfen und Aufnahme geringe Querkräfte auf den Kraftsensor übertragen. Im unbelasteten Zustand ist der Kraftsensor vor unzulässigen Belastungen wie seitlichen Schlägen geschützt. An advantageous effect of the present invention results in particular from the fact that the pin of the connecting part is axially guided by the inner walls of the recess. Transverse forces on the connecting part are essentially absorbed by the guide. In the loaded state, only slight lateral forces are transmitted to the force sensor due to the clearance between the pin and the receptacle. In the unloaded state, the force sensor is protected against impermissible loads such as side impacts.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigt: Further advantages and embodiments are explained below with reference to the figures. Showing:

1 eine schematische Ansicht eines Kranfahrzeugs mit seitlichen Stützauslegern und hydraulischen Stützen, bei denen die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommt und 1 a schematic view of a crane vehicle with lateral support arms and hydraulic supports, in which the present invention is used and

2 einen Längsschnitt durch den Endabschnitt der Kolbenstange des in 1 verwendeten Hydraulikzylinders. 2 a longitudinal section through the end portion of the piston rod of in 1 used hydraulic cylinder.

Das in 1 schematisch gezeigte Kranfahrzeug weist seitlich ausgefahrene Stützausleger 1 auf, an deren freiem Ende jeweils eine hydraulische Stütze angeordnet ist. Die vertikal verlaufende hydraulische Stütze umfasst einen Hydraulikzylinder 2 mit einer nach unten gerichteten Kolbenstange 3, an deren unterem Ende in eine entsprechende Ausnehmung ein Anschlussteil 5 mit einem Gelenkkopf eingesetzt ist. In der Ausnehmung der Kolbenstange befindet sich oberhalb des Anschlussteils 5 außerdem ein Kraftsensor 4, mit dessen Hilfe ein zu einer Stützkraft proportionales oder zumindest von einer Stützkraft abhängiges Messsignal erzeugt werden kann. Ein solcher Kraftsensor wird häufig auch als Kraftaufnehmer bezeichnet. Das Anschlussteil 5 bildet eine kugelgelenkige Verbindung zu einem Stützfuß 6, indem der Gelenkkopf des Anschlussteils 5 von einer in dem Stützfuß 6 ausgebildeten Gelenkpfanne aufgenommen ist. This in 1 schematically shown crane vehicle has laterally extended support boom 1 on, at the free end of each hydraulic support is arranged. The vertical hydraulic support comprises a hydraulic cylinder 2 with a downwardly directed piston rod 3 , At the lower end in a corresponding recess a connection part 5 is inserted with a condyle. In the recess of the piston rod is located above the connection part 5 also a force sensor 4 , with the aid of which a proportional to a support force or at least dependent on a support force measurement signal can be generated. Such a force sensor is often referred to as a force transducer. The connection part 5 forms a ball-joint connection to a support foot 6 by the condyle of the connection part 5 from one in the support foot 6 trained joint socket is added.

Die Stützausleger 1 sind in herkömmlicher Weise seitlich ausfahrbar oder ausschwenkbar, sodass das Kraftfahrzeug bei ausgefahrenen bzw. ausgeschwenkten Stützauslegern durch Ausfahren der Hydraulikzylinder 2 seitlich abgestützt werden kann. Zum Transport werden die Stützausleger hingegen in eine Transportstellung eingeschoben bzw. eingeschwenkt.The support arms 1 are laterally extendable or swung out in a conventional manner, so that the motor vehicle in extended or swung-out support arms by extending the hydraulic cylinder 2 can be supported laterally. For transport, however, the support arms are pushed or pivoted into a transport position.

In 2 ist ein Schnitt durch den Endbereich der Kolbenstange 3 der in 1 gezeigten hydraulischen Stütze 2 dargestellt. Die Kolbenstange 3 weist eine axiale Längsbohrung 3a auf, die in einem vorderen Bereich 3b als Aufnahme für das Anschlussteil 5 dient. Der hintere Bereich des Anschlussteils 5 ist als Zapfen 5a ausgebildet, der in die von der Längsbohrung 3a geschaffene Aufnahme 3b mit Spielpassung eingesetzt ist. Der Zapfen 5a weist zwei umfangsseitige Ringnuten auf, in die Dichtungsringe 8 eingesetzt sind, die ein Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz in den Ringspalt zwischen Zapfen 5a und Innenwand der Aufnahme 3b verhindern. In 2 is a section through the end portion of the piston rod 3 the in 1 shown hydraulic support 2 shown. The piston rod 3 has an axial longitudinal bore 3a on that in a front area 3b as a receptacle for the connection part 5 serves. The rear area of the connection part 5 is as a cone 5a formed in the of the longitudinal bore 3a created recording 3b is inserted with clearance. The pin 5a has two circumferential annular grooves in the sealing rings 8th are used, the penetration of moisture and dirt into the annular gap between pins 5a and inner wall of the recording 3b prevent.

Oberhalb des Zapfens 5a befindet sich in dem von der Längsbohrung 3a gebildeten Aufnahmeraum ein Kraftsensor in Form einer Kraftmessdose 4. Oberhalb der Kraftmessdose 4 verkleinert sich der Durchmesser der Längsbohrung 3a an einer Stufe 3c. An der von der Stufe 3c gebildeten Schulter stützt sich die Kraftmessdose in ihrer Aufnahme 3a nach oben hin an der Kolbenstange 3 ab. Die Endfläche 5b des Zapfens 5a läuft unter einem Steigungswinkel von etwa 7° nach innen hin konisch zu und steht in Anlage zu einer entsprechend konisch ausgeformten Kraftaufnahmefläche 4a der Kraftmessdose 4.Above the pin 5a is located in the of the longitudinal bore 3a formed receiving space a force sensor in the form of a load cell 4 , Above the load cell 4 the diameter of the longitudinal bore decreases 3a at a stage 3c , At the of the stage 3c formed shoulder supports the load cell in their recording 3a upwards on the piston rod 3 from. The endface 5b of the pin 5a Runs conically towards the inside at a pitch angle of about 7 ° and is in abutment with a correspondingly conically shaped force-receiving surface 4a the load cell 4 ,

Das nach unten weisende Ende des Anschlussteils 5 bildet einen halbkugelförmigen Gelenkkopf 5c, der zur gelenkigen Verbindung mit dem Stützfuß 6 dient. Zwischen Zapfen 5a und Gelenkkopf 5c verjüngt sich das Anschlussteil 5 und bildet einen Hals, um den ein Gewindering 7 liegt. Der Gewindering 7 ist mit einem Außengewinde versehen, welches in ein zugehöriges Innengewinde am unteren Ende der Aufnahme 3b eingeschraubt ist und so einen unteren Endanschlag für den Zapfen 5a bildet. Das Anschlussteil 5 wird somit durch den Gewindering 7 am Herausfallen gehindert, etwa beim Anheben des Stützenfußes 6 mittels des Hydraulikzylinders 2. The downward facing end of the connector 5 forms a hemispherical condyle 5c , for articulated connection with the support foot 6 serves. Between cones 5a and condyle 5c the connection part tapers off 5 and forms a neck around which a threaded ring 7 lies. The threaded ring 7 is provided with an external thread, which in an associated internal thread at the lower end of the receptacle 3b is screwed in and so a lower end stop for the pin 5a forms. The connection part 5 is thus through the threaded ring 7 prevented from falling out, such as when lifting the column foot 6 by means of the hydraulic cylinder 2 ,

Zwischen seinem von dem Gewindering 7 gebildeten unteren Endanschlag und seiner Stützposition, in der er unter Stützkraftwirkung gegen die Kraftmessdose 4 anliegt, ist der Zapfen 5a mit einigen Millimetern Spiel axial beweglich in der Aufnahme 3b gehalten. Ein Sicherungsring 9, der in eine Ringnut in der Innenwand der Längsbohrung 3a unterhalb der Kraftmessdose 4 eingesetzt ist, hält die Kraftmessdose 4 gegen ihren von der Schulter 3c gebildeten oberen Endanschlag. Wird die Kolbenstange 3 hydraulisch in den Zylinder 2 eingefahren, so rutscht das Anschlussteil 5 unter seinem Eigengewicht und der Gewichtskraft des Stützfußes 6 in der Aufnahme 3b nach unten gegen den von dem Gewindering 7 gebildeten unteren Anschlag, sodass sich zwischen der Kraftaufnahmefläche 4a der Kraftmessdose 4 und der Endfläche 5b des Zapfens 5a ein kleiner Zwischenraum bildet, der dafür sorgt, dass Schläge und Stöße gegen das Anschlussteil 5 bzw. den Stützfuß 6 nicht auf die Kraftmessdose übertragen werden können. Between his from the threaded ring 7 formed bottom end stop and its supporting position in which he under supportive force against the load cell 4 is applied, is the pin 5a with a few millimeters of play axially movable in the receptacle 3b held. A circlip 9 placed in an annular groove in the inner wall of the longitudinal bore 3a below the load cell 4 is inserted, holds the load cell 4 against her from the shoulder 3c formed upper end stop. Will the piston rod 3 hydraulically in the cylinder 2 retracted, so slips the connector 5 under its own weight and the weight of the support foot 6 in the recording 3b down against that of the threaded ring 7 formed lower stop, so that between the force receiving surface 4a the load cell 4 and the endface 5b of the pin 5a forms a small gap, which ensures that impacts and shocks against the connection part 5 or the support foot 6 can not be transferred to the load cell.

Das massive Anschlussteil 5 ist somit in seiner Aufnahme 3b „schwimmend“ gelagert und hat nur unter Stützkrafteinwirkung Kontakt mit dem Kraftaufnehmer 4. Durch die zweiteilige Trennung des Kraftaufnehmers 4 und des kraftübertragenden Anschlussteils 5 wird auf einfache Weise ein effektiver Schutz des empfindlichen Kraftaufnehmers vor Schlägen und Stößen, die etwa beim Rangieren oder bei der Montage des Stützfußes 6 auftreten können, gewährleistet. The massive connection part 5 is thus in its recording 3b Stored "floating" and has contact only with support force contact with the force transducer 4 , Due to the two-part separation of the force transducer 4 and the power transmitting connector 5 In a simple way, effective protection of the sensitive load cell from shocks and impacts, such as when maneuvering or during assembly of the support leg 6 can occur.

Der Zapfen 5a des Anschlussteils 5 und dessen Aufnahme 3b haben im Ausführungsbeispiel einen kreisrunden Querschnitt, da dies fertigungstechnisch am einfachsten zu realisieren ist und eine drehfeste Aufnahme im Ausführungsbeispiel nicht erforderlich ist. Ganz allgemein können der Zapfen und die korrespondierende Aufnahme aber jede denkbare Querschnittsform aufweisen, beispielsweise rechteckig, polygonal oder sternförmig bzw. gezahnt.The pin 5a of the connection part 5 and its recording 3b have in the embodiment a circular cross-section, as this manufacturing technology is the easiest to implement and a non-rotatable recording in the embodiment is not required. Quite generally, however, the pin and the corresponding receptacle can have any conceivable cross-sectional shape, for example rectangular, polygonal or star-shaped or toothed.

Oberhalb der Kraftmessdose setzt sich die Längsbohrung durch die Kolbenstange 3 mit durch die Stufe 3c verringertem Durchmesser fort und bildet einen Aufnahmeraum 3d, durch den beispielsweise elektrische Anschlussleitungen (nicht gezeigt) zum Anschluss der Kraftmessdose 4 verlegt werden können. An der Kraftmessdose 4 sind hierzu in ihrem oberen Bereich elektrische Steckkontakte 10 vorgesehen, auf die ein entsprechender elektrischer Steckverbinder aufgesteckt werden kann. Above the load cell, the longitudinal bore sits through the piston rod 3 with through the stage 3c reduced diameter and forms a receiving space 3d , through which, for example, electrical connection lines (not shown) for connecting the load cell 4 can be moved. At the load cell 4 are for this purpose in their upper part electrical plug contacts 10 provided, on which a corresponding electrical connector can be plugged.

Die Kraftmessdose 4 dient als Kraftaufnehmer zur Messung von Druckkräften und kann beispielsweise durch einen Federkörper-Kraftaufnehmer mit Ringtorsionsfeder gebildet werden. Hierbei ist innerhalb der Kraftmessdose 4 ein torusförmiger Verformungskörper angeordnet, der an seiner Innenseite mit Kraft beaufschlagt und an seiner Außenseite am Gegenlager der Kraftmessdose 4 befestigt ist. Durch die Belastung erfährt die Ringtorsionsfeder eine Torsion, durch die sie an der Oberseite gestaucht und an der Unterseite gestreckt wird. Über Dehnmessstreifen, die an der Ober- und Unterseite der Ringtorsionsfeder befestigt sind, kann diese Verformung gemessen werden. Bei einer anderen Bauform kann die Kraftmessdose 4 auch durch einen Hohlkörper-Dehnzylinder gebildet werden. Neben Federkörper-Kraftaufnehmern mit Dehnmessstreifen können auch andere Arten von Kraftaufnehmern, wie etwa Piezo-Kraftaufnehmer oder Widerstandskraftaufnehmer, im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. The load cell 4 serves as a force transducer for measuring compressive forces and can be formed for example by a spring body force transducer with ring torsion spring. This is within the load cell 4 arranged a toroidal deformation body, which is acted upon on its inner side with force and on its outer side on the thrust bearing of the load cell 4 is attached. Due to the load, the ring torsion spring undergoes a torsion, by which it is compressed at the top and stretched at the bottom. About strain gauges, which are attached to the top and bottom of the ring torsion spring, this deformation can be measured. In another design, the load cell 4 also be formed by a hollow body expansion cylinder. In addition to spring body force transducers with strain gauges, other types of force transducers, such as piezo force transducers or resistance force transducers, can be used in the context of the present invention.

Eine entsprechende elektrische Schaltung zum Auslesen des Kraftaufnehmers kann entweder extern angeordnet und über entsprechende elektrische Signalleitungen mit dem Kraftaufnehmer verbunden sein oder alternativ oberhalb des Kraftaufnehmers in dem darüber befindlichen Aufnahmeraum 3d angeordnet sein. Hierbei liegt es ebenso im Rahmen der vorliegenden Erfindung, eine entsprechende Steuer- und Ausleseelektronik schnurlos, also batteriebetrieben und mittels Funkanbindung mit einer übergeordneten Überwachungseinheit kommunizierend auszubilden. A corresponding electrical circuit for reading the force transducer can either be arranged externally and be connected via corresponding electrical signal lines to the force transducer or alternatively above the force transducer in the receiving space above it 3d be arranged. It is also within the scope of the present invention to form a corresponding control and read-out electronics cordless, ie battery-operated and communicating by means of radio connection with a higher-level monitoring unit.

Neben einer Anwendung in einem Hydraulikzylinder für eine hydraulische Stütze kann die erfindungsgemäße Messanordnung auch bei anderen Arten von Stützenbauteilen verwendet werden, wie etwa mittels Gewindeantrieb oder Zahnstangenantrieb betätigte Stützen. Derartige Stützenbauteile können bei allen Arten von Arbeitsmaschinen, insbesondere bei mobilen Arbeitsgeräten, bei denen eine Abstützung erforderlich ist, zum Einsatz kommen.Besides being used in a hydraulic cylinder for a hydraulic support, the measuring arrangement according to the invention can also be used in other types of support components, such as threaded or rack-actuated supports. Such support components can be used in all types of work machines, especially in mobile work equipment, where a support is required.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2010/057634 A1 [0004]
DE 202014000335 U1 [0005]

Claims

Support member, in particular hydraulic cylinder, for supporting work machines, with an integrated force sensor ( 4 ) for determination on the support member ( 2 . 3 ) supporting forces, wherein the support member ( 2 . 3 ) extending in the direction of its longitudinal axis, elongate end portion ( 3 ), which at its end a connection part ( 5 ) carries, characterized in that the connecting part ( 5 ) a pin ( 5a ) which is axially movable in a receiving ( 3b ) for the pin ( 5a ) serving recess ( 3a ) in the end section ( 3 ), and that the force sensor ( 5 ) in a region of the recess ( 3a ) behind the pin ( 5a ) is arranged such that an end surface ( 5b ) of the pin under supporting force against the force sensor ( 4 ) presses.

Support member according to claim 1, wherein the pin ( 5a ) in its recording ( 3b ) between a support position in which its end surface ( 5b ) against the force sensor ( 4 ), and an unloaded position has so much backlash in the axial direction that it is no longer in the unloaded position on the force sensor ( 4 ) is present.

Support member according to claim 1 or 2, wherein the end surface ( 5b ) of the pin ( 5a ) conically and on a correspondingly shaped force receiving surface ( 4a ) of the force sensor ( 4 ) is present.

Support member according to one of the preceding claims, wherein the force sensor ( 4 ) is designed as a load cell.

Support member according to one of the preceding claims, in which the force sensor ( 4 ) back in the axial direction against a shoulder ( 3c ) on the inner wall of the recess ( 3a ) is supported.

Support member according to one of the preceding claims, wherein the connecting part ( 5 ) one of the support member ( 3 ) groundbreaking condyle ( 5c ) for the articulation of a support foot ( 6 ) having.

Support member according to one of the preceding claims, wherein the connecting part ( 5 ) by a secured to the end portion fuse element ( 7 ) against slipping out of the recess ( 3a ) is secured.

Support member according to one of the preceding claims, wherein the pin ( 5a ) opposite the recess ( 3a ) by at least one seal ( 8th ), preferably O-ring seal, sealed against ingress of foreign matter.

Support member according to one of the preceding claims, which is used as a hydraulic cylinder ( 2 ) is formed and whose elongated end portion by a piston rod ( 3 ) is formed.

Support member according to one of the preceding claims, wherein the pin ( 5 ) from the inner walls of the recess ( 3a ) is axially guided.

Support member according to one of the preceding claims, wherein the end portion in extension of the recess ( 3a ) a longitudinal bore ( 3d ) with respect to the recess ( 3a ) of reduced diameter, which serves as a passage for an electrical signal line.