DE102017126182A1

DE102017126182A1 - Kraftmessvorrichtung mit Dynamikkompensation

Info

Publication number: DE102017126182A1
Application number: DE102017126182.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Welzel; Frank Rainer Mussgnug
Original assignee: Brosa AG
Current assignee: Brosa AG
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2037-11-10
Also published as: DE102017126182B4

Abstract

Es wird offenbart eine Kraftmessvorrichtung zur Bestimmung des Gewichts eines (hängenden) Gegenstands, wie z.B. eines Müll- oder Fracht-Containers, während einer dynamischen Handhabung des Gegenstands, die ein Anheben, Absetzen und/oder Umsetzen des Gegenstands, insbesondere ohne einen Stopp, umfasst, wobei die Kraftmessvorrichtung aufweist: einen Messkörper, in welchen ein oder mehrere Kräfte einleitbar sind und der sich unter Krafteinwirkung elastisch verformt; einen Kraftsensor, wobei der Kraftsensor so am Messkörper angebracht ist, dass der Kraftsensor eine Verformung des Messkörpers während der Krafteinwirkung erfasst und in entsprechende zeitabhängige erste elektrisches Signal umwandelt; einen Beschleunigungssensor, der vorzugsweise am Messkörper angebracht ist, wobei der Beschleunigungssensor während der dynamischen Handhabung Beschleunigungen des Gegenstands erfasst und in entsprechende zweite elektrische Signal umwandelt; und eine Auswertungseinrichtung, die die ersten und zweiten Signale empfängt und die eingerichtet ist, basierend auf dem ersten Signal eine Gewichtskraft des Gegenstands zu bestimmen und basierend auf dem zweiten Signal, das insbesondere zeitgleich zum ersten Signal erfasst wurde, eine Beschleunigung des Gegenstands zu bestimmen, die durch die dynamische Handhabung verursacht wird, wobei die Auswertungseinrichtung ferner eingerichtet ist, eine Masse des Gegenstands zu bestimmen, indem ein Quotient aus der so bestimmten Gewichtskraft und einer Summe aus der Erdbeschleunigung und der so bestimmten Beschleunigung gebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftmessvorrichtung bzw. einen Kraftaufnehmer zur Bestimmung des Gewichts eines hängenden Gegenstands, wie z.B. eines Müll- oder Fracht-Containers, während einer dynamischen Handhabung desselben, wie z.B. während eines Umschlagvorgangs, bei dem der Container angehoben, abgesetzt und/oder umgesetzt wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Spreader für einen, vorzugsweise maritimen, Kran.
Herkömmliche Kraftaufnehmer weisen einen Messkörper auf, der vorzugsweise aus Stahl hergestellt ist und der an einer oder mehreren Stellen hinsichtlich seiner Materialstärke geschwächt ist, um dort membranartige, dünnere (Mess-)Zonen auszubilden, wo eine Messzelle bzw. ein (Kraft-)Sensor angeordnet werden kann, um durch mechanische Verformung hervorgerufene Dehnungen und/oder Stauchungen zu messen. Aus den Dehnungen und/oder Stauchungen kann auf die Kraft zurückgeschlossen werden, die die Verformung verursacht.
Je nach Anwendung werden entweder sogenannte Messachsen (siehe z.B. DE 103 02 349 B3 , DE 103 02 352 A1 , WO 2008/110360 A1 oder DE 102 454 768 A1 ), Messhülsen (wie z.B. EP 2 538 189 A1 ) oder Messringe (wie z.B. DE 10 2009 022 043 A1 ) oder EP 2 251 661 A2 ) eingesetzt. Die herkömmlichen Messachsen, Messhülsen und Messringen weisen in der Regel einen zylindrischen Körper auf. Die Messhülsen sind Hohlzylinder, in welche herstellerseitig oder kundenseitig bereitgestellte (Maschinen-)Achsen, vorzugsweise formschlüssig, einführbar sind. Die Messachsen sind ein- oder mehrteilige (Voll-)Zylinder, die in kundenseitig vorgegebene Bauräume (Maschinengestell, z.B. Kopf eines Krans) eingeführt werden. Ein klassisches Anwendungsbeispiel ist die Messung von Kräften, die z.B. auf Seilrollen wirken, wie sie z.B. bei Aufzügen oder Kränen eingesetzt werden.
Es sind Kraftmessvorrichtungen bekannt, mit denen das Gewicht z.B. eines ISO-genormten (Fracht-)Containers genau bestimmt werden kann. Zu diesem Zweck muss der Container aber ruhig an einem Seil eines Krans, wie z.B. eines Ship-to-Shore-Krans (STS-Kran), hängen, um eine Verfälschung des Messsignals sicher ausschließen zu können, die üblicherweise während einer Bewegung des Containers hervorgerufen wird.
In den Dokumenten DE 10 2009 022 343 A1 und EP 2 251 661 A2 werden derartige herkömmliche Kraftmessvorrichtungen in Form von sogenannten „Kraftmessringen“ offenbart.
Diese Kraftmessringe werden auf sogenannte „Twistlocks“ (Drehverriegelungen) aufgesetzt, aufgesteckt oder aufgeschoben. Twistlocks sind Verriegelungseinrichtungen, die in die genormten Eckbeschläge der ISO-genormten (Fracht-)Container eingeführt und dort durch Drehung um ihre Längsachse verriegelt werden, wodurch eine formschlüssige Verbindung zwischen den Eckbeschlägen des Containers und den Twistlocks hergestellt wird. Twistlocks sind ebenfalls in den o.g. Dokumenten gezeigt.
Die Twistlocks sind häufig Teil eines sogenannten „Spreaders“ bzw. eines Container-Geschirrs. Spreader werden z.B. in Umschlagbahnhöfen und Hafenterminals eingesetzt. Spreader stellen generell Hebezeuge von Hubvorrichtungen wie z.B. Kränen dar, mit denen z.B. die ISO-genormten Container umgeschlagen werden. Spreader sind häufig an Container-Brücken bzw. -Geschirren zu beobachten und werden von oben auf den Container aufgesetzt. Ein Container-Geschirr bzw. eine Container-Brücke umfasst einen teleskopierbaren Rahmen, der auf eine spezifische Länge (20', 30', 40' oder 45') des Containers einstellbar ist (spread, Englisch für „Spreizen“), um so in die vier oberen Eckbeschläge des Containers einzugreifen und sich dort durch Drehen der Twistlocks mit dem Container verriegeln lässt. Außerdem gibt es Spreader, die sich auch im sogenannten Zwillingsbetrieb nutzen lassen. Im Zwillingsbetrieb können zwei Container gleichzeitig umgeschlagen werden.
Generell sind ferner Sensoren bekannt, die z.B. eine Kraft, einen Druck, eine Neigung, eine Beschleunigung oder andere physikalische Größen messen können.
Wie oben erwähnt, kommt es z.B. bei der Handhabung von ISO-genormten (Fracht-) Containern mit z.B. Ship-to-Shore-Kränen (STS-Kränen) während der Bewegung, d.h. während des dynamischen Umschlagvorgangs, aufgrund von Trägheit zu dynamischen Kraftkomponenten, die eine Messung der Gewichtskraft des Containers verfälschen können. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass durch die Bewegung eine dynamische Kraft bzw. eine dynamische Kraftkomponente verursacht wird. Während des Umschlags der Container werden die Container in allen drei Raumrichtungen (XYZ) gleichzeitig bewegt. Diese Bewegungen verfälschen das Kraftsignal, da mit den eingangs erwähnten Kraftaufnehmern nicht zwischen der Gewichtskraft (im statischen Zustand) und einer dynamisch erzeugten Kraft (z.B. Trägheitskraft) unterschieden werden kann.
Die Gewichtskraft ist aber eine entscheidende Größe, die z.B. zu Abrechnungszwecken (Müllentsorgung, Frachtkosten, etc.) oder aus Sicherheitsgründen („Snag-Load“-Erkennung) möglichst genau und so schnell und früh wie möglich zu bestimmen ist.
Für eine sichere Bestimmung des Gewichts war es bisher erforderlich, dass der Gegenstand, der durch ein Hebezeug eines Krans aufgenommen, bewegt und wieder abgesetzt wird (z.B. Be-/Entladung eines Container-Schiffs, Be/Entladung eines Lasters mit Containern, Entleeren eines Müll/Flaschen-Containers, Umsetzvorgänge mit einem Gittermast/Mobil-Kran, etc.), zuerst angehoben wird und dann eine gewisse Zeit abgewartet werden muss, bis Schwingungen des Gegenstands ausreichend abgeklungen sind und der Gegenstand soweit in Ruhe ist, dass sein Gewicht ausreichend genau bestimmt werden kann. Dies dauert lang.
Im Bereich der Be/Entladung von Containern bei Schiffen dauert ein Umschlagvorgang (Anheben, Bewegen und Absetzen eines Containers) üblicherweise 70-90s. Aktuell wartet man nach dem Anheben 5-10s mit der weiteren Bewegung des Containers, um nach Ablauf dieser Zeit das Gewicht zu bestimmen. Erst wenn das Gewicht bestimmt ist, wird mit der eigentlichen (horizontalen) Bewegung begonnen. Die Gewichtskraft wird z.B. benötigt, um ein unbeabsichtigtes Verhaken des Containers früh- bzw. rechtzeitig zu erkennen, bevor der Kran beschädigt wird. Die Zykluszeit vergrößert sich also um die Wartezeit, was zu erheblichen Leistungseinbußen führen kann.
Andere Lösungen kommen ohne Wartezeit aus. Ein Beispiel ist in der WO 2010/020378 A1 offenbart.
Bei anderen Lösungen wird das Gewicht des Containers mittels einer entsprechenden Software während einer Bewegungsphase berechnet, in welcher sich der Container nahezu konstant bewegt und Schwingungsvorgänge abgeklungen sind. Schwingungen treten z.B. beim Anheben des Containers auf. Beim Anheben werden z.B. die Hubseile des Krans gedehnt und der Container auf eine (vertikale) Geschwindigkeit von bis zu 4 m/s oder mehr beschleunigt. Das gesamte System (Container + Seil + Hebezeug + etc.) gerät dadurch in Schwingung. Nach dem Ende des Anhebens dauert es einige Sekunden, bis diese Schwingungen abgeklungen sind, so dass es mitunter sehr lange dauert, bis das Gewicht (mittels eines Algorithmus) aus dem Kraftsignal bestimmbar ist. In manchen Fällen ist das Gewicht überhaupt nicht bestimmbar. Das Gewicht ist dann nicht bestimmbar, wenn der Umschlagvorgang selbst sehr kurz ist, so dass die Schwingungen nicht abklingen, oder wenn es keine Phasen gibt, in denen das Kraftsignal ausreichend konstant ist. Das Kraftsignal ist z.B. dann nicht konstant, wenn während des horizontalen Bewegens weitere vertikale (Ausweich-)Bewegungen erforderlich sind. Ferner ruft selbst die Beschleunigung in der horizontalen Richtung (nach dem Ende des Anhebens) Schwingungen hervor.
Das oben Gesagte gilt natürlich nicht nur für die Be/Entladung von Fracht-Containern, sondern generell bei Umsetzvorgängen, bei denen Kräne eingesetzt werden, um den Gegenstand von einem Quellort (vertikal) anzuheben, (horizontal) zu bewegen und (vertikal) an einem Zielort abzusetzen. Es versteht sich, dass sich die vertikalen und horizontalen Bewegungen oft auch überlagern, was die Gewichtsbestimmung nicht einfacher macht.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kraftmesseinrichtung, ein verbessertes Kraftmesssystem sowie ein Hebezeug für einen Kran vorzusehen, die diese Nachteile überwinden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kraftmessvorrichtung zur Bestimmung des Gewichts eines (hängenden) Gegenstands, wie z.B. eines Müll- oder Fracht-Containers, während einer dynamischen Handhabung des Gegenstands, die ein Anheben, Absetzen und/oder Umsetzen des Gegenstands, insbesondere ohne einen Stopp, umfasst, wobei die Kraftmessvorrichtung aufweist: einen Messkörper, in welchen ein oder mehrere Kräfte einleitbar sind und der sich unter Krafteinwirkung elastisch verformt; einen Kraftsensor, wobei der Kraftsensor so am Messkörper angebracht ist, dass der Kraftsensor eine Verformung des Messkörpers während der Krafteinwirkung erfasst und in entsprechende zeitabhängige erste elektrisches Signal umwandelt; einen Beschleunigungssensor, der vorzugsweise am Messkörper angebracht ist, wobei der Beschleunigungssensor während der dynamischen Handhabung Beschleunigungen des Gegenstands erfasst und in entsprechende zweite elektrische Signal umwandelt; und eine Auswertungseinrichtung, die die ersten und zweiten Signale empfängt und die eingerichtet ist, basierend auf dem ersten Signal eine Gewichtskraft des Gegenstands zu bestimmen und basierend auf dem zweiten Signal, das insbesondere zeitgleich zum ersten Signal erfasst wurde, eine Beschleunigung des Gegenstands zu bestimmen, die durch die dynamische Handhabung verursacht wird, wobei die Auswertungseinrichtung ferner eingerichtet ist, eine Masse des Gegenstands zu bestimmen, indem ein Quotient aus der so bestimmten Gewichtskraft und einer Summe aus der Erdbeschleunigung und der so bestimmten Beschleunigung gebildet wird.
Durch das Hinzufügen eines Beschleunigungssensors kann die dynamische Kraftkomponente (rechnerisch) aus dem Kraftsignal des Kraftsensors separiert werden. Aus der Kombination des Kraftsensors mit dem Beschleunigungssensor ergeben sich somit Vorteile für die Genauigkeit des (Gewichts-)Kraftsignals bei dynamischen Anwendungen. Das Gewicht kann dynamikkompensiert bereits während der Bewegung des Gegenstands bestimmt werden.
Insbesondere kann das Gewicht bereits direkt nach dem Ende des Anhebevorgangs bestimmt werden, selbst wenn der Gegenstand noch schwingt, ohne dass die Bewegung des Gegenstands unterbrochen werden muss. Schwingungen zeichnen sich generell durch Beschleunigungen aus, so dass die Schwingungen im Ausgangsignal (Gewichtskraft) nicht mehr erscheinen.
Eine frühe Bestimmung des Gewichts ist speziell für eine Snag-Load-Erkennung von großem Vorteil, weil bereits direkt nach dem Anheben ein Zustand erkannt werden kann, in welchen sich die Last unbeabsichtigt verfangen hat. In diesem Fall steigt das Kraftsignal von einem oder mehreren Kraftmessvorrichtungen sprunghaft an. Sobald ein voreingestellter Schwellenwert (z.B. +/- 5 oder 10% des Gewichts), der mit der initial bestimmten Gewichtskraft verknüpft ist, überschritten wird, kann z.B. eine Notaus-Funktion ausgeführt werden, so dass der Container, das Hebezeug und/oder der Kran nicht beschädigt werden.
Ferner ist es möglich, die Gewichtskraft bei jedem Umsetzvorgang zu bestimmen, ohne dass die Bewegung zum Zwecke der Gewichtsbestimmung unterbrochen werden muss. Auch wenn das Kraftsignal während des gesamten Umsetzvorgangs nie einen ausreichend langen, konstanten Zustand einnimmt, kann das Gewicht dennoch bestimmt werden. Die Umschlagszyklen sind kurz. Die Betriebssicherheit ist hoch.
Der Beschleunigungssensor ist direkt mit dem Messkörper verbunden. In diesem Fall ist der Beschleunigungssensor direkt dem Kraftsensor zugeordnet. Somit ist auch eine unmittelbare örtliche Zuordnung zwischen der Kraft und der Beschleunigung gegeben.
Generell kann der Beschleunigungssensor die Beschleunigungskomponenten entweder in allen Raumrichtungen gleichzeitig messen. Alternativ kann für jede Raumrichtung ein eigener Beschleunigungssensor vorgesehen werden.
Vorzugsweise ist die Auswertungseinrichtung an dem Messkörper angebracht und/oder in den Messkörper integriert.
Auf diese Weise wird ein hoher Integrationsgrad erreicht. Die Kraftmessvorrichtung selbst liefert ein dynamikkompensiertes Kraftsignal, welches von einer übergeordneten Steuerung (z.B. der Kransteuerung) direkt, d.h. sofort ohne weitere Berechnungen, verwendet werden kann, z.B. für ein Notabschaltung im Falle einer „snag load“.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kraftmesseinrichtung ein Kraftmessring, wobei der Messkörper ringförmig ausgebildet ist, um ein kraftführendes Element, vorzugsweise einen Twistlock, durch sich hindurch zu führen.
Kraftmessringe sind besonders gut zum Einsatz mit Twistlocks, insbesondere in maritimer Umgebung, geeignet.
Alternativ oder ergänzend kann die Kraftmesseinrichtung als eine Kraftmessachse oder eine Kraftmesslasche implementiert sein.
Vorzugsweise ist die Auswertungseinrichtung ferner eingerichtet, zumindest eine der folgenden Funktionen zu implementieren: einen Betriebsstundenzähler; eine Bestimmung eines Lastkollektivs, eine Bestimmung einer Anzahl von Lastzyklen; eine Bestimmung einer Anzahl von Überlasten; eine Meldung über ein Erreichen eines kritischen Betriebszustands; oder eine Warnung vor dem Erreichen des kritischen Betriebszustands; wobei der kritische Betriebszustand vorzugsweise ein voreingestelltes Lastkollektiv, eine voreingestellte Anzahl von Lastzyklen, eine voreingestellte Anzahl von Überlasten, ein voreingestelltes Lastkollektiv und/oder eine voreingestellte kritische Überlast ist.
Wenn man die Auswertungseinrichtung mit der erforderlichen Intelligenz versieht, können zusätzliche Funktionen, insbesondere sicherheitsrelevante Funktionen, direkt in die Kraftmessvorrichtung integriert werden. Dadurch wird wiederum der Integrationsgrad erhöht. Aufgaben die üblicherweise von einer übergeordneten, externen Maschinensteuerung (z.B. der Kransteuerung) übernommen wurden, übernimmt die Kraftmessvorrichtung. Gefahrenzustände können schneller erkannt und beseitigt werden. Zusatzinformationen, wie z.B. die Betriebsstunden oder das Lastkollektiv, können direkt bereitgestellt werden.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein System mit mindestens einer Kraftmessvorrichtung gemäß der Erfindung, wobei die Auswertungseinrichtung eingerichtet ist, die dynamikkompensierte Gewichtskraft des Gegenstands während der dynamischen Handhabung periodisch, insbesondere mit einer Abtastfrequenz des Beschleunigungssensors, zu bestimmen und die periodisch bestimmten Gewichtskräfte zeitabhängig, zumindest vorübergehend, in einem Speicher der Auswertungseinrichtung zu speichern.
Das System weist insbesondere mehrere der Kraftmessvorrichtungen auf, wobei vorzugsweise jede der Kraftmessvorrichtungen einen eigenen, physisch mit dem jeweiligen Messkörper verbundenen Beschleunigungssensor aufweist. Die Kraftmessvorrichtungen sind vorzugsweise so relativ zu dem Gegenstand angeordnet, so ihre Signale einfach aufsummiert werden, um das (dynamikkompensierte) Gesamtgewicht instantan zu bestimmen.
Das System kann eingerichtet sein, mit einer übergeordneten Steuerung (z.B. der Kransteuerung) zu kommunizieren. Die übergeordnete Steuerung verfügt über zusätzliche Informationen, wie z.B. Beginn und Ende des Anhebens oder Absenkens der Last, die für nachgelagerte Funktionen, wie z.B. die Snag-Load-Erkennung, von Bedeutung sind.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Auswertungseinrichtung ferner eingerichtet ist, nach einem Ende der Handhabung basierend auf den gespeicherten zeitabhängigen Gewichtskräften eine mittlere Gewichtskraft des Gegenstands zu bestimmen.
Obwohl die Auswertungseinrichtung das Gewicht bereits in nahezu Echtzeit bestimmt, kann es, abhängig von der Anwendung (z.B. Entsorgung von Müll, der in einem Container gesammelt wurde), von großem Interesse sein, das Gewicht möglichst genau zu bestimmen, z.B. weil verbundene Kosten gewichtsabhängig sind. In diesem Fall kann das System das aufgezeichnete Gewicht über die Zeit mitteln, um zu einem möglichst genauen Gesamtgewicht zu kommen, das einer Abrechnung zugrundegelegt werden kann.
Ferner kann das System mehrere der Kraftmessvorrichtungen umfassen, die gleichzeitig messen und verteilt an den Gegenstand koppelbar sind, wie oben bereits erwähnt.
Anwendungsspezifisch können sich mehrere der Kraftmessvorrichtungen auch einen, vorzugsweise einzigen, Beschleunigungssensor teilen.
Bei der Handhabung der Fracht-Container ist es eigentlich wegen der Mehrpunktaufhängung des Hebezeugs nahezu ausgeschlossen, dass sich ein angehängter Container um seine eigene Achse zu drehen beginnt während der Bewegung des Containers. Deshalb kann es ausreichend sein, nur einen oder einige wenige Beschleunigungssensoren für mehrere Kraftsensoren vorzusehen, die sich diesen bzw. diese Beschleunigungssensoren dann teilen. In diesem Fall kann jeder der Beschleunigungssensoren auch entfernt zu seinem ihm zugeordneten Kraftsensor angeordnet werden, z.B. am Maschinengestell des Hebezeugs, während die Kraftsensoren bei den Twistlocks angeordnet sind, wie es nachfolgend noch näher erläutert werden wird.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Hebezeug für einen Kran mit einem System gemäß der Erfindung, wobei die Kraftmessvorrichtungen so angeordnet sind, dass sie ausschließlich Kräfte erfassen, die durch den Gegenstand hervorgerufen werden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm einer Kraftmessvorrichtung;
2 eine perspektivische Ansicht eines Kraftmessrings;
3 eine perspektivische Ansicht eines Twistlocks mit montiertem Kraftmessring;
4 eine perspektivische Ansicht eines Spreaders;
5 eine perspektivische Ansicht einer Kraftmessachse;
6 ein Hardware-Diagramm einer Auswertungseinrichtung;
7 Verläufe von Kraftsignalen gemäß dem Stand der Technik;
8 Verläufe von Kraftsignalen im Fall eines „Snag loads“; und
9 Verläufe von dynamikkompensierten Kraftsignalen im Vergleich zum herkömmlichen Gewichtssignal der 7.

1 zeigt ein Blockdiagramm einer Kraftmessvorrichtung 10 gemäß der Erfindung. Die Kraftmessvorrichtung 10 umfasst einen Messkörper 12, mindestens einen Kraftsensor 14, einen Beschleunigungssensor 16 und eine Auswerteeinrichtung 18. Üblicherweise weist die Kraftmessvorrichtung einen einzigen Kraftsensor 14 und einen einzigen Beschleunigungssensor 16 auf, die einander zugeordnet sind und die insbesondere direkt mit dem Messkörper 12 verbunden sind. Ferner kann die Kraftmessvorrichtung 10 eine Schnittstelle (I/O) 20 umfassen.
Generell ist die Kraftmessvorrichtung 10 dauerfest ausgelegt. Insbesondere ist sie zur Messung von Zug- und/oder Druckkräften eingerichtet.
Der Auswerteeinrichtung 18 (vergleiche 1) kann ein integrierter Verstärker vorgeschaltet sein. Die Schnittstelle 20 kann z.B. als CANopen, optional CANopen safety, PROFINET, optionalPROFINET PROFIsafe ausgeführt.
Insbesondere ist die Kraftmessvorrichtung 10 z.B. von -40°C bis +80°C temperaturkompensiert.
Vorzugsweise ist die Kraftmessvorrichtung 10 mit einer EMV-Festigkeit von 200 V/m implementiert.
Der Messkörper 12 wird nachfolgend am Beispiel eines Kraftmessrings 22 näher betrachtet werden. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kraftmessrings 22, wie er in dem Dokument DE 10 2009 022 343 A1 beschrieben ist. Der Kraftmessring 22, wie er bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann dem Kraftmessring dieses Dokuments entsprechen, wobei ferner der Beschleunigungssensor 16 und die Auswertungseinrichtung 20 vorgesehen sind. Der Kraftmessring 22 stellt allgemein einen Kraftaufnehmer dar, in den zu messende Kräfte eingeleitet werden.
Der (Mess-)Körper 12 der 2 lässt sich in stirnseitige Endabschnitte 24, 26 und einen dazwischen angeordneten und mit den Abschnitten 24, 26 verbundenen Mantelabschnitt 28 aufteilen. Der obere Endabschnitt 24 weist eine, vorzugsweise ebene, Stirnfläche 30 auf. Der untere Endabschnitt 26 weist eine, vorzugsweise ebene, Stirnfläche 31 auf. Der in axialer Richtung (d.h. entlang einer Längsachse 23) zentral angeordnete Mantelabschnitt 28 ist mit seiner radial außenliegenden Mantelfläche 32 im Wesentlichen zylinderförmig bzw. ringförmig ausgebildet. Der Körper 12 ist in seinem Inneren entlang seiner Längsachse 23 hohl ausgebildet. Ansonsten ist der Körper 12 massiv, und vorzugsweise einstückig, ausgebildet. Der Körper 12 wird insbesondere aus Edelstahl hergestellt. Andere verformbare Materialien können verwendet werden.
Aus den Stirnflächen 30, 31 steht axial eine Mehrpunktauflage (hier eine Dreipunktauflage) 34 in Form von jeweils drei Auflagepunkte 36 hervor. Die Dreipunktauflage 34 auf der Stirnfläche 31 des unteren Endabschnitts 26 ist durch ihre Auflagepunkte 36 deckungsgleich angeordnet, wenn man den Kraftmessring 22 in der Längsrichtung betrachtet. Dies ist in 2 mittels gepunkteter Hilfslinien 38 für ein sich entsprechendes Paar der Auflagepunkte 36 exemplarisch dargestellt.
Die Auflagepunkte 36 stellen generell Krafteinleitungspunkte dar, wo der Kraftmessring 22 während einer Anwendung auch gelagert wird.
Die Oberflächen der Auflagepunkte 36 sind vorzugsweise ballig ausgebildet, d.h. sie stehen konvex aus den Stirnflächen 30, 31 vor.
Der in 2 gezeigte Kraftmessring 22 misst bzw. erfasst Stauchungen/Dehnungen in Kraftmesszonen 41, die in Form von radialen Vertiefungen bzw. Sacklöchern 42 in der Mantelfläche 32 vorgesehen sind. An deren Böden 44 ist jeweils mindestens ein Kraftsensor 14 angebracht. In 2 sind exemplarisch zwei Dehnungsmessstreifen (DMS) 48 als Kraftsensoren 14 gezeigt. Es können mehr oder weniger DMS 48 pro Zone 41 verwendet werden. Andere Kraftsensoren 14, die ebenfalls die (elastische) Verformung des Körpers 12 erfassen, können alternativ oder ergänzend eingesetzt werden.
Der in 2 gezeigte Kraftmessring weist exemplarisch drei Messzonen 41 auf, weil eine Dreipunktauflage 34 verwendet wird. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass zwischen zwei axial benachbarten Auflagepunkte 36 der Stirnflächen 30 und 31 jeweils eine Kraftmesszone 41 angeordnet ist. Die Kraftmesszone 41 ist vorzugsweise axial mittig zwischen den axial benachbarten Auflagepunkte 36 angeordnet. Es können mehr oder weniger Kraftmesszonen 41 verwendet werden. Die Zonen 41 können auch anderen Orten des Körpers 12 angeordnet werden. Vorzugsweise werden Orte gewählt, wo eine Kraftflussdichte besonders hoch ist, wenn der Körper 12 belastet wird.
Die DMS 48 sind vorzugsweise in Form einer Wheatstone'schen Brücke verschaltet. Die DMS 48 können aufgeklebt oder gesputtert werden.
Ein hier nicht näher gezeigter, abgewandelter Kraftmessring 22, der ebenfalls bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, ist in dem Dokument EP 2 251 661 A2 offenbart.
Ferner ist in 2 ein Beschleunigungssensor 16 angedeutet, der z.B. in Umfangsrichtung zwischen zwei der Messzellen 41, vorzugsweise auf axial gleicher Höhe wie die Messzellen 41, angebracht ist. Der Beschleunigungssensor 16 ist radial außen an der Mantelfläche 32 angebracht und steht mit der Auswerteeinrichtung 18 in Verbindung, um Signale, insbesondere Beschleunigungssignale, an die Auswertungseinrichtung 18 zu übertragen. Die Beschleunigungssignale werden durch eine (beschleunigte) Bewegung des Kraftmessrings 22 hervorgerufen.
Es versteht sich, dass ein oder mehrere Beschleunigungssensoren 16 eingesetzt werden können, wobei ein einziger Beschleunigungssensor 16 ausreichend ist. Die Auswertungseinrichtung 18 kann ebenfalls radial außen am Kraftmessring 22 angebracht werden. Bevorzugt ist jedoch eine integrierte Bauweise, bei der die Auswertungseinrichtung 18 in einer hier nicht näher bezeichneten und gezeigten Aussparung im Körper 12 (geschützt) angeordnet ist.
Auch die Kraftsensoren 14 stehen mit der Auswertungseinrichtung 18 in Verbindung, um Kraftsignale zu übertragen. Die Kraftsensoren 14 übertragen die Kraftsignale, die durch die (elastischen) Verformungen der Messzonen 41 hervorgerufen werden, an die Auswertungseinrichtung 18. Die Kraftsignale werden z.B. das Gewicht eines Gegenstands hervorgerufen, der an dem Messring 22 hängt, wie es nachfolgend näher erläutert werden wird.
Der Kraftmessring 22 bietet durch seine Mehrpunktauflage 34 entscheidende Vorteile. Die Kraft fließt optimal durch die Messzonen 41 und erlaubt dadurch eine hohe Messgenauigkeit. Kundenanforderungen (maximale Nennlast, Dimensionierung des Körpers 12 usw.) können flexibel, individuell und einfach umgesetzt werden. Einsätze unter schwierigsten Umweltbedingungen (z.B. maritimes Umfeld) sind dank der kompakten und robusten Bauweise kein Problem.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Twistlock 50, wie er eingangs bereits näher erklärt wurde. Ein Kraftmessring 22, der wie in Zusammenhang mit 2 erläutert aufgebaut sein kann, wirkt mit dem Twistlock 50 zusammen. Der Ring 22 ist auf den Twistlock 50 aufgesteckt.
Der Twistlock 50 weist einen zylinderförmigen Abschnitt 52 (Bolzenabschnitt) auf, an dessen einen Ende ein Verriegelungszapfen 54 vorgesehen ist. Die Funktionsweise des Verriegelungszapfens 54 wird unter Bezugnahme auf 4 noch näher erläutert werden. Am gegenüberliegenden Ende des Abschnitts 52 ist ein Abschlusselement 56 vorgesehen. Das Abschlusselement 56 kann durch eine Mutter implementiert sein, die auf den zylindrischen Abschnitt 52 aufgeschraubt wird, um den Kraftaufnehmer 22 zwischen sich und einem Betätigungsnocken anzuordnen. Über den Nocken wird der Twistlock zwischen seiner verriegelten und entriegelten Stellung mittels eines nicht näher gezeigten Aktuators aufgrund eines Signals von einer übergeordneten Maschinensteuerung (z.B. Kransteuerung) gedreht. Der Kraftmessring 22 wird in einem benutzten Zustand durch den angehängten Gegenstand in axialer Richtung gegen das Abschlusselement 56 gedrückt, insbesondere durch die Gewichtskraft eines angehängten Containers 66 (hier nicht gezeigt).
In 3 ist der Kraftmessring 22 ferner mit einem Anschlussträger 60 versehen, an dem, falls der Träger 60 nicht direkt am Messkörper 12 platziert ist, die für den elektrischen Anschluss notwendigen Elemente (Stecker bzw. Kabel) anbringbar sind. Insbesondere nimmt der Anschlussträger 60 die Auswerteeinrichtung 18 auf, sofern die Auswerteeinrichtung 18 nicht im Messkörper 12 selbst platziert ist.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer praktischen Anwendung der Kraftmessvorrichtung 10 der Erfindung. Der Twistlock 50 der 3 ist in ein Hebezeug für einen Kran, hier in einen Spreader 60 der eingangs erwähnten Art, mindestens einmal integriert. Vorzugsweise ist an jeder Ecke des hier nicht näher bezeichneten Gestells des Spreaders 60 jeweils ein Twistlock 50 mit einem erfindungsgemäßen Kraftmessring 22 vorgesehen. Jeder der Twistlocks 50 ist eingerichtet, in einen der Eckbeschläge 64 des Containers 66 einzugreifen, wie es oben beschrieben ist. Die Eckbeschläge 64 weisen dazu entsprechende Öffnungen 68 auf. Bei dem Container 66 handelt es sich vorzugsweise um einen ISO-genormten Fracht-Container.
Der Spreader 62 weist z.B. teleskopierbare Arme 70, 72 auf, die in der X-Richtung ein- und ausgefahren werden können, um Container 66 unterschiedlicher Längen (einfach oder mehrfach) greifen zu können. Die Arme 70, 72 sind in einem Basisgestell 74 des Spreaders 62 gelagert. Das Basisgestellt 74 wird auch als Kopfblock („head block“) bezeichnet.
Das Basisgestell 74 hängt an Seilen 76 und ist über die Seile 76 mit einem nicht dargestellten Kran verbunden. Die Seile 76 sind um Seilrollen 78 gewunden. Die Seilrollen 78 sind im Basisgestellt 74 gelagert, vorzugsweise über Kraftmessachsen 80, auf die nachfolgend noch näher eingegangen werden wird.
Ein hier nicht näher bezeichneter Lagerblock der Seilrollen 78 kann ebenfalls über Kraftmessvorrichtungen 10, insbesondere Kraftmessachsen 80, mit dem Basisgestell 74 verbunden sein. Diese zusätzlichen Kraftmessvorrichtungen 10, insbesondere die Kraftmessachsen 80, sind insbesondere gemäß der Erfindung ausgebildet, d.h. sie sind mit Kraftsensoren 14 und Beschleunigungssensoren 16 versehen.
Ferner sind in 4 vier sogenannte „Flipper“ 114 gezeigt, die jeweils an den äußeren Enden der Arme 72 vorgesehen sind. Jeder Flipper 114 ist um eine Schwenkachse 84 von vertikal oben nach vertikal unten verschwenkbar. Ein zu diesem Zweck erforderlicher Motorantrieb (nicht dargestellt) ist ebenfalls vorgesehen. Beim Aufsetzen des Spreaders 62 auf dem Container 66 werden die Flipper 82 in eine untere Fangstellung gedreht, so dass sie den Spreader 62 in eine exakt vorherbestimmte Stellung über der Containeroberseite ziehen, damit die Twistlocks 50 (mit den Ringen 22 gemäß der Erfindung) zentriert von oben in die Öffnungen 68 eingeführt werden können. Danach werden die Verriegelungszapfen 54 der Twistlocks 50 gedreht, wodurch der Container 66 am Spreader 62 verriegelt wird.
5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Kraftmessvorrichtung 10 in Form einer Kraftmessachse 80, die in 4 eingesetzt werden kann. Der Körper 12 der Kraftmessachse 80 ist im Wesentlichen massiv ausgebildet. Auch die Kraftmessachse 80 ist mit mindestens einem Kraftsensor 14 und mindestens einem Beschleunigungssensor 16 sowie einer Auswertungseinrichtung 18 versehen. Die Kraftmessachse 80 der 4 kann zur Lagerung der Seilrollen 78 sowie zur Verbindung des Lagerblocks mit dem Basisgestell 74 in 4 verwendet werden.
Es versteht sich, dass die Kraftmessvorrichtung 10 generell auch durch andere Typen von Kraftaufnehmern, wie z.B. durch eine Kraftmesslasche, implementiert sein kann.
Obwohl es bevorzugt ist, dass jede Kraftmessvorrichtung 10 mit ihrem eigenen Beschleunigungssenor 16 versehen ist, ist es bei einer systematischen Anwendung des Erfindungsgedanken generell möglich, den Beschleunigungssensor 16 vom Messkörper 12 zu separieren, wie bereits oben erwähnt. Ferner können sich mehrere Kraftmessvorrichtung 10 ein- und denselben Beschleunigungssensor 16 (funktional) teilen.
Im Anwendungsbeispiel der 4 könnten die vier Kraftmessringe 22, die auf die entsprechenden Twistlocks 50 aufgeschoben sind, z.B. mit nur einem einzigen Beschleunigungssensor 16 jeweils eine erfindungsgemäße Kraftmessvorrichtung 10 bilden. Dieser eine Beschleunigungssensor 16 wird in diesem Fall vorzugsweise entfernt von den jeweiligen Messkörpern 12 angeordnet, z.B. am Basisgestell 74. Dieser Beschleunigungssensor 16 überträgt dann seine Beschleunigungsdaten (verdrahtet oder drahtlos) an die jeweiligen Auswertungseinrichtungen 18, die üblicherweise in die entsprechenden Messkörper 12 integriert sind oder an diesen angebracht sind. Die Auswertungseinrichtungen 18 bestimmen dann die dynamikkompensierten Kräfte und geben entsprechende dynamikkompensierte Ausgangssignale, vorzugsweise über ihre Schnittstellen 20, (verdrahtet oder drahtlos) an eine übergeordnete Steuerung (nicht gezeigt) aus.
Im nachfolgenden wird die systematische Anwendung der Kraftmessvorrichtung 10 näher betrachtet werden.
6 stellt ein Hardware-Konfigurationsdiagramm der Auswertungseinrichtung 18 dar.
Die individuellen Funktionen der Auswertungseinrichtung 18 werden durch eine erste Verarbeitungsschaltung 90 implementiert. Die erste Verarbeitungsschaltung 90 umfasst z.B. mindestens einen Prozessor 92 und optional einen ersten Speicher 94.
In dem Fall, wo die Verarbeitungsschaltung 90 zumindest einen ersten Prozessor 92 und zumindest einen ersten Speicher 94 umfasst, werden die individuellen Funktionen der Auswertungseinrichtung 18 durch Software, Firmware oder eine Kombination der Software und der Firmware implementiert. Die Software und/oder die Firmware ist bzw. sind als ein (Computer-)Programm beschrieben. Die Software und/oder die Firmware ist bzw. sind in dem zumindest ersten Speicher 94 gespeichert.
Der Prozessor 92 implementiert die individuellen Funktionen der Auswertungseinrichtung 18 durch Lesen und Ausführungen eines Programms, das in dem zumindest ersten Speicher 94 gespeichert ist. Der Prozessor 92 kann eine CPU (Zentrale Verarbeitungseinheit), ein zentraler Prozessor, eine Verarbeitungseinheit, eine arithmetische Einheit, ein Mikroprozessor oder ein Mikrocomputer sein.
Der erste Speicher 94 ist z.B. ein nicht flüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher, wie z.B. ein RAM, ein ROM, ein Flashspeicher, ein EPROM oder ein EEPROM.
In dem Fall, wo die Verarbeitungsschaltung 90 eine zweckgebundene Hardware ist, ist die Verarbeitungsschaltung 90 z.B. eine einzelne Schaltung, eine zusammengesetzte Schaltung, ein programmierter Prozessor, ein parallel-programmierter Prozessor, ein ASIC, ein FPGA oder eine Kombination davon. Jeder der Funktionen der Auswertungseinrichtung 18 wird z.B. durch die Verarbeitungsschaltung 90 implementiert. Die individuellen Funktionen der Auswertungseinrichtung 18 können z.B. kollektiv durch die Verarbeitungsschaltung 90 implementiert sein.
In Bezug auf die individuellen Funktionen der Auswertungseinrichtung 18 könnte ein Teil davon durch eine zweckgebundene Hardware implementiert sein und ein anderer Teil davon könnte durch Software oder Firmware implementiert sein.
7 zeigt ein Beispiel für Signalverläufe, wie sie mit herkömmlichen Kraftmessringen der eingangs erwähnten Art, das heißt ohne Berücksichtigung von dynamischen Kraftkomponenten beziehungsweise ohne Beschleunigungssensoren 16, erzeugt werden. Gezeigt sind die vier Kraftsignale (TWL1-TWL4), die von hier nicht näher gezeigten und bezeichneten herkömmlichen Kraftmessringen erzeugt werden, die z.B. an die Twistlocks 50 eines Containerhebezugs (vergleiche 4) gekoppelt sind. Das (Gesamt-) „Gewicht“ stellt die Summe der vier Kraftsignale TWL1-TWL4 dar.
Im Beispiel der 7 wird ein Gegenstand, wie zum Beispiel ein Container 66, angehoben, gegebenenfalls bewegt und dann wieder abgesetzt. Das Gewicht des Containers 66 beträgt exemplarisch 30 Tonnen.
In einer ersten Phase P1 wird der Container 66 angehoben. Die Phase P1 erstreckt sich vom Zeitpunkt t1 bis t2. An die erste Phase P1 schließt sich eine zweite Phase P2 an, die von t2 bis t3 dauert. Während der zweiten Phase P2 schwankt das Gewicht stark (ca. 27 Tonnen - 36 Tonnen). In der dritten Phase P3, die sich an die zweite Phase P2 anschließt und die von t3 bis t4 dauert, ist die Schwingung der Phase P2 abgeklungen und das Gewicht annähernd konstant. In der letzten Phase P4, die sich wiederum an die Phase P3 anschließt und die von t4 bis t5 dauert, kommt es wiederum zu Schwingungen. Zum Zeitpunkt t5 wird der Container 66 wieder abgestellt. Der entsprechende Umschlagvorgang, der von t1 bis t5 dauert, ist dann abgeschlossen.
Der Verlauf des Gewichts in der 7 ist ausschließlich in der dritten Phase P3 annähernd konstant. Der konstante Verlauf kann sich in zwei verschiedenen Szenarien einstellen.
Der konstante Verlauf stellt sich zum Beispiel ein, wenn der Container 66 nach dem Anheben für längere Zeit gar nicht bewegt wird. In diesem Fall wird der Container 66 in der ersten Phase P1 angehoben und hängt in den Phasen P2 und P3 in Ruhe am Kranseil. Zum Zeitpunkt t4 bzw. in der Phase P4 wird z.B. der Absetzvorgang eingeleitet, der zum Zeitpunkt t5 endet.
In einem anderen Szenario erfolgt das Anheben während der Phase P1, eine (horizontale) Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit während der Phasen P2, P3 und teilweise P4, wobei das Absetzen am Ende der Phase P4 erfolgt.
In beiden Fällen beziehungsweise Szenarien stellt sich der annähernd konstante Verlauf während der dritten Phase P3 in der 7 für das Gewicht ein. Das erste Szenario ist exemplarisch für die (zusätzliche) Zeitdauer, die benötigt wird, um die Gewichtskraft des Containers 66 zu bestimmen, bevor der eigentliche Umsetzvorgang, das heißt die horizontale Bewegung, begonnen werden kann, insbesondere wenn eine Snag-Load-Erkennung durchzuführen ist. Im zweiten Szenario kann die Gewichtskraft erst für die dritte Phase P3 sicher durch einen entsprechend eingerichteten Algorithmus bestimmt werden, der üblicherweise als Eingangsgröße eine nahezu konstantes Kraftsignal für eine gewisse Zeitdauer (t4 - t3) benötigt, um einen verlässlichen Wert für das Gewicht berechnen zu können. Erst dann ist eine Snag-Load-Erkennung möglich. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass im zweiten Szenario während der Phase P2 keine Snag-Load-Erkennung möglich ist.
8 zeigt Signalverläufe im Falle eines „Snag loads“, die wiederum mit herkömmlichen Kraftaufnehmern ohne Beschleunigungssensoren und ohne Dynamikkompensation aufgenommen wurden. Der Vorgang des Anhebens beginnt zum Zeitpunkt t1 und ist zum Zeitpunkt t2 abgeschlossen, wo das Signal des Gewichts nicht länger ansteigt und in ein nahezu kontantes Signal bei ca. 25 Tonnen übergeht. Zum Zeitpunkt t3 verhakt sich die Last („Snag load“), was sich darin äußert, dass die Signale TWL3 und TWL4, die auf der gleichen Stirnseite des Containers 66 angeordnet sind, unerwartet ansteigen. Damit steigt auch die Kurve des Gewichtes zum Zeitpunkt t3 an. Sobald das Gewicht um einen voreingestellten Toleranzwert vom zuvor bestimmten Gewichtswert (25 Tonnen) abweicht, eine kontinuierliche Überwachung vorausgesetzt, ist dies ein klarer Indikator für einen „Snag load“. Dann muss der Bewegungsvorgang sofort beendet bzw. umgekehrt werden.
9 zeigt einen dynamikkompensierten Verlauf der Kurve des Gewichts unter den Bedingungen der 7, die auf Signalen basierend mit Kraftmessvorrichtungen 10 gemäß der Erfindung gewonnen werden. Die Kraftmessvorrichtungen 10 weisen die Beschleunigungssensoren 16 auf, sodass die Schwingungen schon während der Phase P2 kompensiert werden.
In der 9 ist zusätzlich zur dynamikkompensierten Gewichtskurve die Kurve des Gewichts der 7 zum Vergleich eingeblendet. Man erkennt, dass bereits direkt nach dem Ende des Vorgangs des Anhebens (Zeitpunkt t2) das Gewichtssignal ausreichend konstant ist, um das Gewicht unmittelbar nach dem Ende des Anhebevorgangs zu bestimmen. Somit kann ein Verhaken frühzeitig erkannt werden, indem zum Beispiel lediglich die Abweichung vom so bestimmten Gewicht beobachtet wird.
Im Weiteren wird exemplarisch die Berechnung der Gewichtskraft des Containers 66 beschrieben. Diese setzt sich aus der eigentlichen Gewichtskraft (1) und einer dynamischen Komponente (2), (3) zusammen, die durch die Bewegung des Containers 66 verursacht wird. Diese beiden Kräfte werden zur Verbesserung des Messsignals getrennt, $F_{G} = m * a_{G}$
$a_{G} = g + a_{M}$
$F_{G} = m * (g + a_{M})$
$m = \frac{F_{G}}{g + a_{M}}$
wobei g die Erdbeschleunigung ist und die Indizes „G“ für „gesamt“ und M für „Messung“ stehen. Im Beispiel des obigen Spreaders 62 (vgl. 3) ist a_M = a_Z (Z-Komponente der Beschleunigung).
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht nur speziell für die Handhabung von Fracht-Containern geeignet ist, sondern auch beim Umsetzen anderer Gegenstände, wie zum Beispiel Müll-Containern oder anderen Lasten, durch Kräne, wie zum Beispiel Ladekräne für Nutzfahrzeuge, Gittermastkräne, Mobilkräne, STS-Kräne, Portalkräne und dergleichen.
Die oben erwähnte Dynamikkompensation ist umso besser, je zeitsynchroner das Kraftsignal und das Beschleunigungssignal erfasst werden. Deshalb werden bevorzugt Analogsensoren sowohl für die Kraftsensoren 14 als auch die Beschleunigungssensoren 16 eingesetzt. Die Signale dieser Analogsensoren sind kontinuierlich, sodass für jeden Wert des Kraftsignals der zeitlich entsprechende (d.h. zeitsynchrone) Wert der Beschleunigung vorliegt.
Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung auch bei Verwendung von digitalen Sensoren implementiert werden. Digitale Sensoren weisen eine gerätespezifische Abtastfrequenz auf, sodass die Zeitsynchronisierung der Kraftwerte und der Beschleunigungswerte entsprechend einzustellen ist.
Auch versteht es sich, dass die Werte nicht absolut zeitsynchron sein müssen. Kleinere Abweichungen von zum Beispiel +/- 5 Millisekunden werden sich wahrscheinlich nicht nachteilig auf die Dynamikkompensation auswirken.
Bezugszeichenliste

10: Kraftmessvorrichtung
12: Messkörper
14: Kraftsensor
16: Beschleunigungssensor
18: Auswertungseinrichtung
20: Schnittstelle
22: Kraftmessring
23: Längsachse/-richtung
24, 26: stirnseitige Endabschnitte
28: Mantelabschnitt
30, 31: Stirnflächen
32: Mantelfläche
34: Mehrpunktauflage
36: Auflagepunkt
41: Kraftmesszone
42: Vertiefung/Sackloch
44: Boden von 42
48: DMS (Dehnungsmessstreifen)
50: Twistlock
52: zylindrischer Abschnitt von 50
54: Verriegelungszapfen
56: Abschlusselement
58: Betätigungsnocken
60: Anschlussträger
62: Spreader (Hebezeug für Kran)
64: Eckbeschlag
66: Container
68: Öffnung in 64
70, 72: Arme von 62
74: Basisgestell
76: Seil
78: Seilrolle
80: Kraftmessachse
82: Flipper
84: Schwenkachse von 82
90: Verarbeitungsschaltung
92: Prozessor
94: Speicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10302349 B3 [0003]
DE 10302352 A1 [0003]
WO 2008/110360 A1 [0003]
DE 102454768 A1 [0003]
EP 2538189 A1 [0003]
DE 102009022043 A1 [0003]
EP 2251661 A2 [0003, 0005, 0055]
DE 102009022343 A1 [0005, 0047]
WO 2010/020378 A1 [0013]

Claims

Kraftmessvorrichtung (10) zur Bestimmung des Gewichts eines hängenden Gegenstands, wie z.B. eines Müll- oder Fracht-Containers (66), während einer dynamischen Handhabung des Gegenstands, die ein Anheben, Absetzen und/oder Umsetzen des Gegenstands, insbesondere ohne einen Stopp, umfasst, wobei die Kraftmessvorrichtung (10) aufweist: einen Messkörper (12), in welchen ein oder mehrere Kräfte einleitbar sind und der sich unter Krafteinwirkung elastisch verformt; einen Kraftsensor (14), wobei der Kraftsensor (14) so am Messkörper (12) angebracht ist, dass der Kraftsensor (14) eine Verformung des Messkörpers (12) während der Krafteinwirkung erfasst und in entsprechende zeitabhängige erste elektrisches Signal umwandelt; einen Beschleunigungssensor (16), der vorzugsweise am Messkörper (12) angebracht ist, wobei der Beschleunigungssensor (16) während der dynamischen Handhabung (zeitdiskret) Beschleunigungen des Gegenstands erfasst und in entsprechende zweite elektrische Signal umwandelt; und eine Auswertungseinrichtung (18), die die ersten und zweiten Signale empfängt und die eingerichtet ist, basierend auf dem ersten Signal eine Gewichtskraft des Gegenstands zu bestimmen und basierend auf dem zweiten Signal, das insbesondere zeitgleich zum ersten Signal erfasst wurde, eine Beschleunigung des Gegenstands zu bestimmen, die durch die dynamische Handhabung verursacht wird, wobei die Auswertungseinrichtung (18) ferner eingerichtet ist, eine Masse des Gegenstands zu bestimmen, indem ein Quotient aus der so bestimmten Gewichtskraft und einer Summe aus der Erdbeschleunigung und der so bestimmten Beschleunigung gebildet wird.
Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswertungseinrichtung (18) an dem Messkörper (12) angebracht oder in den Messkörper (12) integriert ist.
Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kraftmesseinrichtung (10) ein Kraftmessring (22) ist und wobei der Messkörper (12) ringförmig ausgebildet ist, um ein kraftführendes Element, vorzugsweise einen Twistlock (50), durch sich hindurch zu führen.
Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kraftmesseinrichtung (10) eine Kraftmessachse (80), Kraftmesshüse, Kraftmessdose oder eine Kraftmesslasche ist.
Kraftmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Auswertungseinrichtung (18) ferner eingerichtet ist, zumindest eine der folgenden Funktionen zu implementieren: einen Betriebsstundenzähler; eine Bestimmung eines Lastkollektivs, eine Bestimmung einer Anzahl von Lastzyklen; eine Bestimmung einer Anzahl von Überlasten; eine Meldung über ein Erreichen eines kritischen Betriebszustands; oder eine Warnung vor dem Erreichen des kritischen Betriebszustands; und wobei der kritische Betriebszustand vorzugsweise ein voreingestelltes Lastkollektiv, eine voreingestellte Anzahl von Lastzyklen, eine voreingestellte Anzahl von Überlasten, ein voreingestelltes Lastkollektiv und/oder eine voreingestellte kritische Überlast ist.
System mit mindestens einer Kraftmessvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Auswertungseinrichtung (18) eingerichtet ist, die Gewichtskraft des Gegenstands während der dynamischen Handhabung periodisch mit einer Abtastfrequenz des Beschleunigungssensors (16) zu bestimmen und die periodisch bestimmten Gewichtskräfte zeitabhängig in einem Speicher der Auswertungseinrichtung (18) zu speichern.
System nach Anspruch 6, wobei die Auswertungseinrichtung (18) ferner eingerichtet ist, nach einem Ende der Handhabung basierend auf den gespeicherten zeitabhängigen Gewichtskräften eine mittlere Gewichtskraft des Gegenstands zu bestimmen.
System nach Anspruch 6 oder 7, das mehrere der Kraftmessvorrichtungen (10) umfasst, die gleichzeitig und verteilt an den Gegenstand koppelbar sind.
System nach Anspruch 8, wobei sich mehrere der Kraftmessvorrichtungen (10) einen, vorzugsweise einzigen, Beschleunigungssensor teilen.
System nach Anspruch 9, wobei der Beschleunigungssensor, den sich die mehreren Kraftmessvorrichtungen teilen, entfernt zu den mehreren Kraftsensoren, vorzugsweise an einem Hebezeug, angeordnet ist.
System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei jedem der Kraftmessvorrichtungen (10) ein eigener Beschleunigungssensor zugeordnet ist, der an dem jeweiligen Messkörper (12) angebracht ist, und wobei die Auswertungseinrichtung (18) eingerichtet ist, die ersten und/oder die zweiten Signale, vorzugsweise permanent, miteinander zu vergleichen, um bei einer spontan auftretenden Abweichung der Signale untereinander, einen Alarm auszulösen, der ein unbeabsichtigtes Hängenbleiben des Gegenstands signalisiert.
Hebezeug für einen Kran mit einem System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kraftmessvorrichtungen so angeordnet sind, dass sie ausschließlich Kräfte erfassen, die durch den Gegenstand hervorgerufen werden.