DE102020130064A1 - Flurförderzeug mit einem Kraftsensor im Neigezylinder - Google Patents

Abstract

Flurförderzeug mit einem Antriebsteil (12) und einem Lastteil, das ein um eine Neigeachse neigbares Hubgerüst (HG) und ein an dem Hubgerüst (HG) angeordnetes Lasttragmittel aufweist, wobei eine Neigung (β) des Hubgerüsts (HG) durch mindestens einen Neigezylinder (NZ) einstellbar ist, an welchem mittels mindestens eines Kraftsensors ein Messsignal zur Ermittlung von im Neigezylinder wirkenden Kräften erzeugt wird, wobei der Kraftsensor mit einer Recheneinheit in Verbindung steht, welche mittels eines gemessenen Lastwerts und des erzeugten Messsignals des Kraftsensors bei Erreichen eines kritischen Wertes eine Warnung an den Bediener ausgibt, wobei der Kraftsensor als magnetisch induktiver Sensor ausgebildet ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flurförderzeug mit einem Antriebsteil und einem Lastteil, das ein um eine Neigeachse neigbares Gerüst aufweist.
• Aus DE 10 2010 050 683.4 ist ein Flurförderzeug mit einem Verformungssensor im Neigezylinder bekannt geworden. Der Verformungssensor dient zur Messung einer auf den Neigezylinder wirkenden Kraft. Es ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, an der der Wert der gemessenen Kraft anliegt und die aus der gemessenen Kraft und einem Abstand zwischen Neigezylinder und Neigeachse ein auf die Neigeachse wirkendes Lastmoment bestimmt. Als Verformungssensor ist vorgesehen, einen Bolzen als einen Lastmessbolzen vorzusehen. Auch kann ein Einpresssensor vorgesehen sein, der mit seiner zylindrischen Außenkontur zur Erfassung der Dehnung in eine Bohrung in das zu erwartende Bauteil eingepresst wird. Weiterhin wird vorgeschlagen, für den Verformungssensor einen Dehnungsmessstreifen vorzusehen.
• Der Erfindung liegt die Aufgaben zugrunde, ein Flurförderzeug bereitzustellen, dessen Kraftsensor auf einfache Weise die am Neigezylinder wirkenden Kräfte erfasst.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Flurförderzeug mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
• Das erfindungsgemäße Flurförderzeug nutzt die Merkmale aus Anspruch 1. Das Flurförderzeug weist ein Antriebsteil und ein Lastteil auf, das ein um eine Neigeachse neigbares Hubgerüst und ein an dem Hubgerüst angeordnetes Lasttragmittel aufweist. Eine Neigung des Hubgerüsts wird durch mindestens einen Neigezylinder eingestellt. Der Neigezylinder weist mindestens einen Kraftsensor auf, der ein Messsignal zur Ermittlung einer für die Stärke der in dem Neigezylinder wirkenden Kräfte erzeugt. Ferner weist das Flurförderzeug eine Recheneinheit auf, die dazu ausgebildet ist, das Messignal des Kraftsensors auszuwerten und gemeinsam mit einem gemessenen Lastgewicht und dem erzeugten Messsignal des Kraftsensors ein Lastmoment zu errechnen und beim Erreichen eines kritischen Werts eine Warnung an einen Bediener auszugeben. Erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der Kraftsensor als magnetisch induktiver Sensor ausgebildet ist. Magnetisch induktive Sensoren messen die Veränderung der magnetischen Eigenschaften in einem magnetischen Material. Die Veränderungen sind durch Krafteinwirkung hervorgerufen und geben so einen kraftabhängigen Messwert. Der magnetisch induktive Sensor wird auch als magnetoelastischer Sensor bezeichnet, der einen Zusammenhang zwischen mechanischer Spannung und (magnetischer) Permeabilität erfasst. Besonderer Vorteil von magnetisch induktiven Sensoren ist, dass hierfür keine geschwächten Strukturen bereitgestellt werden müssen. Ein weiterer Vorteil von magnetisch induktiven Sensoren als Kraftsensoren besteht darin, dass es eine Vielzahl von möglichen Anbringungspositionen für den Kraftsensor gibt.
• In einer möglichen Ausgestaltung ist der Kraftsensor auf einem Verbindungsbolzen zwischen Neigezylinder und Fahrzeugrahmen angeordnet. Alternativ kann der Kraftsensor auch an einer Befestigungslasche des Neigezylinders angeordnet sein. Ebenfalls ist es möglich, den Kraftsensor in einer Kolbenstange des Neigezylinders anzuordnen. Zudem kann der Kraftsensor auch an einem Gabelkopf der Kolbenstange des Neigezylinders vorgesehen sein. Auch ist es möglich, den Kraftsensor an einem Verbindungsbolzen zwischen Kolbenstange des Neigezylinders und dem Hubgerüst anzuordnen. Der Kraftsensor kann auch an einem Zylinder des Neigezylinders angeordnet sein. Die Verwendung eines magnetisch induktiven Sensors erlaubt es, diesen an jeder kraftleitenden Struktur des Flurförderzeugs anzubringen und dort die auftretenden Kräfte zu messen. Grundsätzlich ist es auch möglich, mehr als einen Kraftsensor an unterschiedlichen Stellen vorzusehen, beispielsweise um genauere Messwerte zu erzielen oder unterschiedliche Belastungen für den Neigezylinder genau zu erfassen.
• In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, das an dem Fahrzeug angreifende Lastmoment unter Berücksichtigung eines sich mit der Neigung ändernden Abstandes zwischen dem Lastschwerpunkt und der Neigeachse zu berücksichtigen. Anstatt die sich mit der Neigung ändernde Lage des Lastschwerpunkts zu berücksichtigen ist es auch möglich, einen mittleren Abstandswert für den Abstand zwischen Neigeachse und Lastschwerpunkt anzusetzen.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
• 1 die schematische Ansicht eines Flurförderzeugs mit einem Neigezylinder NZ,
• 2 eine geometrisch bemaßte Darstellung für die angreifenden Momente und Kräfte,
• 3a und 3b Änderungen in der Geometrie durch eine Betätigung des Neigezylinders.
• 1 zeigt ein Flurförderzeug 10 mit einem Antriebsteil 12 und einem Hubgerüst HG. Das Antriebsteil 12 besitzt ein vierrädriges Fahrwerk und eine überdachte Fahrerkabine 14. Das Hubgerüst HG besitzt ein in der Höhe verstellbares Lasttragmittel 16, mit dem eine Last gehoben und abgesetzt werden kann.
• Das Hubgerüst HG ist mit einer Neigevorrichtung 18 ausgestattet. Die Neigevorrichtung 18 besitzt einen Neigezylinder NZ, mit dem das Hubgerüst um einen Winkel β vor und zurück geneigt werden kann, wobei sich die Neigung hierbei auf eine vertikale bezieht. Die Hubvorrichtung 18 umfasst zusätzlich zu dem Neigezylinder noch ein Mastlager ML, in dem das Hubgerüst schwenkbar gelagert ist. Der Neigezylinder NZ wirkt zwischen dem schwenkbaren Hubgerüst HG und einem Fahrzeugrahmen FR des Antriebsteils 12.
• Erfindungsgemäß ist der Neigezylinder mit einem magnetisch induktiven Sensor ausgestattet, der einen Signalwert für eine auf den Neigezylinder NZ wirkende Kraft erfasst. Der gemessene Signalwert liegt an einer Recheneinheit an, die dazu ausgebildet ist, die anliegende Kraft F_NZ bevorzugt digital zu verarbeiten. Letztlich ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, um einen Näherungswert für das durch die Last verursachte Lastmoment MLO zu berechnen. Der magnetisch induktive Sensor beruht mit seinem Messprinzip auf einem magnetoelastischen Effekt, wonach sich durch den Einfluss der Kraft die magnetische Permeabilität µ verändert. Durch die veränderte Permeabilität ändert sich auch der beispielsweise zwischen einer primären und einer sekundären Spule übertragene magnetische Fluss, was im Ergebnis beispielsweise zu einer Spannungsänderung führt. Auf diese Weise kann mit einer sehr hohen Robustheit und zugleich einer hohen Empfindlichkeit sehr genau die angreifende Kraft gemessen werden. Außerdem bietet der Rückgriff auf den magnetoelastischen Effekt die Möglichkeit, auf eine mechanische Schwächung beispielsweise für eine Messung des Verformungsweges zu verzichten. Bei dem magnetoelastischen Effekt werden von dem Kraftsensor Änderungen in der mechanischen Spannung erfasst, die zu Änderungen in der magnetischen Permeabilität führen.
• 2 zeigt die für die Bestimmung am Flurförderzeug relevanten Maße bei dem Kippmoment. Der Abstand der Vorderräder des Flurförderzeugs 10 bildet den Momentanpol (MP), um den das Flurförderzeug im Falle einer Überlast nach vorne kippt. Der Beladungszustand ist durch das Lastmoment M_L0 gegeben, das sich aus der Gewichtskraft der Last F_G,L=M_L·g und dem Abstand Y_LG des Lastschwerpunkts des Lastgewichts LG zum Momentanpol MP zusammensetzt. $$M_{L0}=F_{G,L}\cdot y_{L0}$$

  
• Für den statischen Fall muss dieses kleiner als durch das Flurförderzeug aufgebrachte Moment sein. Die Gewichtskraft des Flurförderzeugs F_G,FFZ greift im Schwerpunkt eines Flurförderzeugs an und besitzt den Abstand y_FFZO vom Momentanpol MP.
• Der magnetisch induktive Sensor stellt ein Messsignal bereit, das durch die Veränderung der magnetischen Eigenschaften der magnetischen Materialien hervorgerufen wird. Die magnetisch induktiven Sensoren geben so einen kraftabhängigen Messwert aus.
• Mittels eines magnetisch induktiven Sensors kann die im Neigezylinder (NZ) wirkende Kraft gemessen werden. Der magnetisch induktive Sensor kann dabei an verschiedenen Positionen am Neigezylinder angebracht werden.
1. i) auf dem Verbindungsbolzen zwischen Neigezylinder NZ und Fahrzeugrahmen FR,
2. ii) an der Befestigungslasche des Neigezylinders,
3. iii) an der Kolbenstange des Neigezylinders,
4. iv) am Gabelkopf der Kolbenstange des Neigezylinders NZ,
5. v) an den Verbindungsbolzen zwischen der Kolbenstange des Neigezylinders NZ und dem Hubgerüst HG.
• Grundsätzlich wird bevorzugt, nur einen Sensor am Neigezylinder vorzusehen. Es ist aber auch möglich, mehrere Sensoren an dem Neigezylinder vorzusehen, beispielsweise um genauere Messergebnisse zu erzielen.
• Betrachten wir in 3a das freigeschnittene Hubgerüst, so sind die wirkenden Kräfte durch das Mastlager ML und den Neigezylinder NZ vorgegeben. Das Mastlager ML dient dabei als Dreh- und Bezugspunkt für die Drehmomente und das am Mastlager wirkende Lastmoment $$M_{L1}=F_{G,L}\cdot y_{L1}.$$

  

  Das am Mastlager wirkende Lastmoment wird durch die Kraft F_NZ gehalten. Unter der Annahme, dass sich der Neigungszylinder näherungsweise horizontal zur Aufstandsfläche des Flurförderzeugs befindet, ergibt sich das Haltemoment zu $$M_{NZ1}=F_{NZ}\cdot y_{NZ1}=M_{L1},$$

  

  das dem am Mastlager wirkenden Lastmoment entspricht.
• Für das am Flurförderzeug wirkende Lastmoment ergibt sich dann näherungsweise aus $$M_{L0}=M_{L1}\cdot \frac{y_{L0}}{y_{L1}}=F_{NZ}\cdot y_{NZ1}\cdot \frac{y_{L0}}{y_{L1}},$$

  

  wobei der vertikale Abstand vom Mastlager zum Neigezylinder y_NZ1 aus den Konstruktionsdaten bekannt ist.
• Das so berechnete Lastmoment MLO kann mit dem maximal zulässigen Lastmoment verglichen werden und bei Erreichen eines kritischen Werts eine Warnung beispielsweise über ein optisches oder akustisches Anzeigegerät an den Bediener ausgegeben werden.
• In einer weiteren Ausgestaltung kann durch eine entsprechende Messeinheit der Hubweg h₃, das Lastgewicht F_G,L und der Neigewinkel β des Hubgerüsts erfasst und beispielsweise über Signalleitungen an die Messeinheit übermittelt werden.
• Mit bekannten Konstruktionsdaten kann aus dem Neigewinkel β die Winkelstellung γ (vgl. 3b) des Neigezylinders NZ bestimmt werden. Aus der Winkelstellung γ lässt sich der horizontal zur Aufstandsfläche wirkende Anteil der Kraft am Neigezylinder berechnen als: $$F_{Nz}\cdot \text{cos}\left(\gamma \right)$$

  

  Unter Verwendung der messtechnisch erfassten Gewichtskraft F_G,L wird der Abstand y_L0 des Restschwerpunkts zum Momentanpol (MP) durch $$y_{L0}=\frac{M_{L0}}{F_{G,L}}$$

  

  berechnet. Stand y_GR des Gabelrückens GR zum Momentanpol MP für den senkrechten Zustand des Hubgerüsts (β=0) ist aus den Konstruktionsdaten bekannt. Der neigungswinkelabhängige Abstand y_GR des Gabelrückens ergibt sich aus dem Neigungswinkel β des Hubgerüsts und dem Hubweg h₃ durch $$y_{GR0}=y_{GR0}^{*}+h_3\cdot sin\left(\beta \right)$$

  

  Damit lässt sich der Abstand des Lastschwerpunkts zum Gabelrücken y_L2 wie folgt berechnen: $$y_{L2}=y_{L0}-y_{GR0}=y_{GR0}^{*}+h_3\cdot sin\left(\beta \right)$$

  

  Über ein Anzeigegerät kann dieser Wert gegebenenfalls mit einer Warnung an den Bediener ausgegeben werden. Dieser Wert kann durch den Bediener oder auf elektronischem Weg mit den höchstzulässigen Werten verglichen werden. In der Regel sind die höchstzulässigen Werte in einem Lastdiagramm aufgetragen.
• Bezugszeichenliste

10

Flurförderzeug

12

Antriebsteil

14

Fahrerkabine

16

Lasttragmittel

18

Neigevorrichtung

HG

Hubgerüct

NZ

Neigezylinder

FR

Fahrzeugrahmen

ML

Mastlager

β

Neigung

i

Kraftsensor

ii

Befestigungslasche

iii

Kolbenstange

iv

Gabelkopf

v

Verbindungsbolzen

• 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 102010050683 [0002]

Claims (8)

1. Flurförderzeug mit einem Antriebsteil (12) und einem Lastteil, das ein um eine Neigeachse neigbares Hubgerüst (HG) und ein an dem Hubgerüst (HG) angeordnetes Lasttragmittel aufweist, wobei eine Neigung (β) des Hubgerüsts (HG) durch mindestens einen Neigezylinder (NZ) einstellbar ist, an welchem mittels mindestens eines Kraftsensors ein Messsignal zur Ermittlung von im Neigezylinder wirkenden Kräften erzeugt wird, wobei der Kraftsensor mit einer Recheneinheit in Verbindung steht, welche mittels eines gemessenen Lastwerts und des erzeugten Messsignals des Kraftsensors bei Erreichen eines kritischen Wertes eine Warnung an den Bediener ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor als magnetisch induktiver Sensor ausgebildet ist.
2. Flurförderzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (i) zwischen Neigezylinder (NZ) und Fahrzeugrahmen (FR) angeordnet ist.
3. Flurförderzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor an der Befestigungslasche (ii) des Neigungszylinder (NZ) angeordnet ist.
4. Flurförderzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor an einer Kolbenstange (iii) des Neigezylinders (NZ) angeordnet ist.
5. Flurförderzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor an einem Gabelkopf (iv) der Kolbenstange des Neigezylinders (NZ) angeordnet ist.
6. Flurförderzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor auf einem Verbindungsbolzen (v) zwischen Kolbenstange des Neigezylinders (NZ) und dem Hubgerüst (HG) angeordnet ist.
7. Flurförderzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor im Zylinder des Neigezylinders (NZ) angeordnet ist.
8. Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, das Lastmoment unter Berücksichtigung eines sich mit der Neigung ändernden Abstandswertes zwischen Lastschwerpunkt und Neigeachse zu bestimmen.

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