-
Die Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer mit zumindest einem unter Krafteinwirkung verformbaren Federkörper und einer Messeinrichtung zur Erfassung der Verformung des Federkörpers sowie mit einem Messverstärker, welcher dazu eingerichtet ist, ein Signal der Messeinrichtung aufzubereiten. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung einer Kraft mit einem Kraftaufnehmer, wobei der Kraftaufnehmer zumindest einen Federkörper aufweist, welcher unter Krafteinwirkung verformt wird und bei welchem mit einer Messeinrichtung die Verformung des Federkörpers erfasst wird, wobei mit einem Messverstärker ein Signal der Messeinrichtung aufbereitet wird. Vorrichtungen und Verfahren dieser Art werden beispielsweise in Prüf- und Werkzeugmaschinen zur Erfassung von Kräften und Drehmomenten verwendet. Darüber hinaus werden Kraftaufnehmer dieser Art in Fahrzeugen und Baumaschinen eingesetzt.
-
Aus der Praxis sind Kraftaufnehmer der eingangs genannten Art bekannt. Ein solcher Kraftaufnehmer kann in einer Prüf-maschine, einem Hebezeug, einem Fahrzeug oder einer Waage eingesetzt werden. Der Kraftaufnehmer enthält eine Messeinrichtung, welche ein elektrisches Signal erzeugt, welches proportional zur aufgebrachten Kraft ist. In der Prüfmaschine bzw. dem Hebezeug, dem Fahrzeug oder der Waage befindet sich eine Einrichtung zur Signalauslese, welche den Messwert erfasst und weiterverarbeitet. Bei Verschleiß oder Beschädigung des Kraftaufnehmers kann dieser einfach ersetzt werden.
-
Dieser bekannte Kraftaufnehmer weist jedoch den Nachteil auf, dass der Kraftaufnehmer bei der Lagerung oder dem Transport beschädigt werden kann, beispielsweise durch Vibration, Sturz, Feuchtigkeit oder Temperatureinwirkung. Die erhaltenen Messwerte können dann unbemerkt von der tatsächlich einwirkenden Kraft abweichen und auch mit größeren Fehlern behaftet sein.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Kraftaufnehmer und ein Verfahren zur Erfassung einer Kraft anzugeben, welcher gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren eine geringere Fehleranfälligkeit aufweisen.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
-
Erfindungsgemäß wird ein Kraftaufnehmer vorgeschlagen, welcher zumindest einen unter Krafteinwirkung verformbaren Federkörper aufweist. Der Federkörper kann beispielsweise ein Zug-/Druckstab-Federkörper sein. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Membran-Federkörper verwendet werden. In wiederum anderen Ausführungsformen kann der Federkörper ein Biegebalken, eine Ringtorsionsfeder, ein S-förmiger Federkörper oder ein Hohlkörper-Dehnzylinder sein. Länge und Querschnitt des Federkörpers sind so gewählt, dass die Verformung unter Krafteinwirkung im erwarteten Messbereich innerhalb vorgebbarer Toleranzen bleibt, so dass die Verformung einerseits mit einfachen Mitteln erfassbar ist und andererseits eine dauerhafte plastische Verformung und damit Zerstörung des Federkörpers vermieden wird. Der Federkörper kann aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt sein.
-
Die Messeinrichtung zur Erfassung der Verformung des Federkörpers kann beispielsweise zumindest ein Dehnungsmessstreifen sein oder einen solchen enthalten. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Messeinrichtung alternativ oder zusätzlich eine piezoresistive Beschichtung, einen elektrodynamischen Aufnehmer, eine kapazitive Messeinrichtung und/oder ein Piezoelement enthalten oder daraus bestehen. Die Erfindung lehrt nicht die Verwendung einer bestimmten Messeinrichtung als Lösungsprinzip. Wesentlich ist lediglich, dass die Verformung des Federkörpers mit hinreichender Genauigkeit erfasst wird und ein die Verformung des Federkörpers repräsentierendes elektrisches Signal erzeugt wird.
-
Erfindungsgemäß weist der Kraftaufnehmer weiterhin einen Messverstärker auf, welcher dazu eingerichtet ist, ein Signal der Messeinrichtung aufzubereiten. Die Aufbereitung kann beispielsweise darin bestehen, dass das Rohsignal der Messeinrichtung verstärkt wird, durch zumindest einen Tiefpassfilter und/oder zumindest einen Hochpassfilter und/oder zumindest einen Bandpassfilter das Signal-/Rauschverhältnis verbessert wird und/oder eine Normierung auf einen vorgebbaren Strom- oder Spannungsbereich erfolgt. Der Messverstärker kann in an sich bekannter Weise aus Halbleiterbauelementen diskret oder als integrierte Schaltung zusammengesetzt sein.
-
Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, dass der Kraftaufnehmer zumindest ein weiteres Element enthält, welches ausgewählt ist aus einem Temperaturfühler und/oder einem Luftfeuchtefühler und/oder einem mikromechanischen Beschleunigungssensor und/oder einem A/D-Wandler und/oder einem Halbleiterspeicher und/oder einem Mikrocontroller und/oder einem Mikroprozessor und/oder einem Zeitgeber. Diese Merkmale erlauben, mit dem Kraftaufnehmer zusätzlich Umgebungsbedingungen zu erfassen, wie beispielsweise Temperatur und/oder Feuchte, Vibrationen oder Stöße oder, nach Integration der Beschleunigung über die Zeit, auch eine Bewegungsgeschwindigkeit oder eine Lage des Kraftaufnehmers.
-
Die genannten Elemente können erfindungsgemäß zusammen mit dem Federkörper, der Messeinrichtung und dem Messverstärker in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
-
Der erfindungsgemäße Kraftaufnehmer kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung die Umgebungsbedingungen bei der Lagerung und/oder dem Transport überwachen, beispielsweise Temperatur, Feuchte und/oder einwirkende Beschleunigung. Hierdurch könen vorzeitige Alterung und/oder Beschädigung frühzeitig erkannt werden, so dass der Kraftaufnehmer nicht mehr verwendet wird, wenn sich dieser außerhalb seiner ursprünglichen Spezifikation befindet. Sofern die Temperatur und/oder die Luftfeuchte Einfluss auf den in einer Prüfmaschine vermessenen Prüfling oder den vorgesehenen Messablauf haben, können diese Werte mit dem erfindungsgemäßen Kraftaufnehmer unmittelbar erfasst werden, ohne dass es weiterer Sensorik bedarf. Sofern der von der Messeinrichtung bei einer vorgebbaren Krafteinwirkung erzeugte Messwert von der Lage des Kraftaufnehmers abhängt, kann durch zweifache Integration der Daten des mikromechanischen Beschleunigungssensors die Lage des Kraftaufnehmers erfasst und das Messsignal um den Einfluss der Lage korrigiert werden.
-
Es ist bekannt, dass Kraftaufnehmer der genannten Art ihre Eigenschaften einerseits durch Alterung über die Zeit und andererseits durch fortgesetzte Krafteinwirkung bzw. Lastwechsel verändern. Daher werden bekannte Kraftaufnehmer von Zeit zu Zeit durch Belasten mit einer Normkraft und Auslese der sich hieraus ergebenden Messwerte kalibriert bzw. geeicht. Diese Kalibrierung erfolgt in der Regel in festen Zeitintervallen. In Abhängigkeit der Lagerungsbedingungen und der Einsatzhäufigkeit und der Einsatzbedingungen können diese Zeitintervalle entweder zu lang oder zu kurz sein. Der erfindungsgemäße Kraftaufnehmer erlaubt es in einigen Ausführungsformen der Erfindung, aus der Temperatur und/oder der Luftfeuchte und/oder der auf den Kraftaufnehmer einwirkenden Beschleunigung und/oder der Anzahl der Lastwechsel und/oder der einwirkenden Kraft und/oder der Zeit seit der letzten Kalibrierung ein von den Einsatzbedingungen und Lagerbedingungen abhängiges Intervall der Neukalibrierung zu bestimmen, sodass der Benutzer immer dann auf die Neukalibrierung hingewiesen wird, wenn diese tatsächlich erforderlich ist. Wird beispielsweise ein Kraftaufnehmer einer Überlast ausgesetzt, kann dies von der integrierten Sensorik mittels des Mikrocontrollers bzw. Mikroprozessors erfasst werden. In gleicher Weise kann erfasst werden, wenn der Kraftaufnehmer herunterfällt und dadurch eine Beschleunigungsspitze erfährt oder ungünstigen Lagerbedingungen ausgesetzt ist, beispielsweise sehr hohen Temperaturen. Sobald Zweifel an der Zuverlässigkeit des Kraftaufnehmers bestehen, kann der Benutzer darauf hingewiesen werden, den Kraftaufnehmer entweder neu zu kalibrieren oder bei irreparablen Schäden auszusondern.
-
In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist der Kraftaufnehmer eine erste Schnittstelle auf, welche dazu eingerichtet ist, Messwerte der Temperatur und/oder der Feuchte und/oder der Zeit und/oder der Beschleunigung und/oder der Lage und/oder vom Messverstärker aufbereitete, die einwirkende Kraft repräsentierende Daten auszugeben. Weiterhin kann über die erste Schnittstelle eine Seriennummer oder eine Typenbezeichnung übertragen werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können auch Fehlermeldungen ausgegeben werden, beispielsweise wenn die Zuverlässigkeit des Kraftaufnehmers aufgrund eines Schadens in Zweifel steht. Die über die erste Schnittstelle ausgegebenen Daten können von einer Prüf-maschine, einem Hebezeug, einem Fahrzeug, einer Baumaschine oder einer Waage bestimmungsgemäß verwendet werden, um die jeweils zugedachte Messaufgabe zu erfüllen. Darüber hinaus können die über die erste Schnittstelle ausgegebenen Daten in einigen Ausführungen der Erfindung über ein Computernetzwerk übertragen und in einer Datenbank abgelegt werden. Dies ermöglicht einem Benutzer des Kraftaufnehmers oder dem Hersteller von Kraftaufnehmern die Überwachung der Betriebs- und Lagerbedingungen der Kraftaufnehmer im Feld. Sofern die erste Schnittstelle bidirektional ist, kann über das Computernetzwerk eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Nachkalibrierung an den Kraftaufnehmer versandt werden.
-
Der Kraftaufnehmer kann in einigen Ausführungsformen darüber hinaus weiterhin eine zweite Schnittstelle enthalten, welche dazu eingerichtet ist, das Signal der Messeinrichtung ohne weitere Aufbereitung durch den Messverstärker auszugeben. Ein solcher Kraftaufnehmer ist abwärtskompatibel zu bekannten Prüf- und Werkzeugmaschinen, Fahrzeugen, Hebezeugen oder Baugeräten. Wenn die Elektronik der Maschine bereits selbst einen Messverstärker enthält und nur einen einfachen, an sich bekannten Kraftaufnehmer erwartet, kann eine solche bekannte Werkzeugmaschine mit der zweiten Schnittstelle des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers verbunden werden. Eine moderne Maschine, welche in der Lage ist, neben der Kraft auch Messwerte für Temperatur, Feuchte, Lage, Zustand und/oder Beschleunigung zu erfassen, kann mit der ersten Schnittstelle verbunden werden, welche zusätzliche Daten und/oder Daten in einem anderen Format bereitstellt.
-
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die erste Schnittstelle eine digitale Schnittstelle sein und die zweite Schnittstelle kann eine analoge Schnittstelle sein.
-
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die erste Schnittstelle ausgewählt sein aus einer Funkschnittstelle und/oder einer Ethernet-Schnittstelle und/oder einer USB-Schnittstelle und/oder einer CAN-Bus-Schnittstelle. Eine Funkschnittstelle kann ausgewählt sein aus einer WLAN-Schnittstelle, einer GSM- oder LTE-Schnittstelle, einer NFC-Schnittstelle oder einem anderen, an sich bekannten Funkstandard.
-
In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält der Kraftaufnehmer weiterhin einen elektrischen Energiespeicher. Somit kann der Kraftaufnehmer dazu eingerichtet sein, Temperatur und/oder Feuchte und/oder eine auf den Kraftaufnehmer einwirkende Beschleunigung und/oder die Zeit und/oder eine Anzahl von auf das Federelement einwirkenden Lastwechseln fortlaufend erfassen, auch dann, wenn der Kraftaufnehmer nicht mit einer Maschine verbunden ist und beispielsweise in einem Schrank oder Lagerregal abgelegt ist. Wird der Kraftaufnehmer nach einer vorgebbaren Lagerzeit wieder benutzt, so sind die Lagerbedingungen und die Lagerzeit bekannt, sodass der Benutzer auf eine möglicherweise erforderliche Neukalibrierung oder Beschädigung des Kraftaufnehmers während der Lagerung hingewiesen werden kann. Der Kraftaufnehmer weist somit einen Online-Zustand auf, in welchem er mit einer Prüf-maschine, einem Hebezeug, einem Fahrzeug, einer Baumaschine oder einer Waage verbunden ist und bestimmungsgemäß verwendet wird. Im Online-Zustand kann die elektrische Energieversorgung über eine Kabelverbindung durch die Prüf-maschine, das Hebezeug, das Fahrzeug, die Baumaschine oder die Waage erfolgen. Daneben weist der Kraftaufnehmer einen Offline-Zustand auf, in welchem er nicht mit einer Prüf-maschine, einem Hebezeug, einem Fahrzeug, einer Baumaschine oder einer Waage verbunden ist. Im Offline-Zustand kann die elektrische Energieversorgung über den einen elektrischen Energiespeicher erfolgen.
-
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Kraftaufnehmer zumindest einen ersten Betriebszustand und zumindest einen zweiten Betriebszustand aufweisen, wobei im ersten Betriebszustand der elektrische Energieverbrauch und die Anzahl ausführbarer Funktionen größer ist als im zweiten Betriebszustand. Der zweite Betriebszustand kann insofern auch als Stand-by-Zustand verstanden werden. Hierdurch kann die Entladung des elektrischen Energiespeichers reduziert sein, sodass die Umgebungsbedingungen bei der Lagerung des Kraftaufnehmers auch bei längerer Lagerzeit zuverlässig erfasst werden können. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann ein zeitlicher Abstand zwischen der Erfassung zweier Messwerte im ersten Betriebszustand geringer sein als im zweiten Betriebszustand.
-
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Kraftaufnehmer dazu eingerichtet sein, vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand zu wechseln, wenn über eine vorgebbare Zeitspanne keine Beschleunigung und/oder keine Änderung der einwirkenden Kraft erfasst wird. Darüber hinaus kann der Kraftaufnehmer dazu eingerichtet sein, vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand zu wechseln, wenn eine Beschleunigung und/oder eine Änderung der einwirkenden Kraft erfasst wird. Der Benutzer muss somit nicht aktiv einen Stand-by-Zustand herbeiführen, sondern der Kraftaufnehmer erkennt selbsttätig Zeiten der Nichtbenutzung. In diesen Zeiten der Nichtbenutzung kann es beispielsweise hinreichend sein, Temperatur, Beschleunigung und Feuchte in größeren Zeitabständen zu erfassen und die Erfassung anderer Messwerte vollständig zu deaktivieren.
-
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt
- 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers im Schnitt.
- 2 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers.
- 3 zeigt die Erfassung unterschiedlicher Messgrößen in unterschiedlichen Betriebszuständen des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers.
-
Anhand der 1 und 2 wird nachfolgend eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers 1 näher erläutert. Der Kraftaufnehmer 1 enthält ein Gehäuse 2. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Gehäuse 2 eine zylindrische Grundform aufweisen. Kraftaufnehmer dieser Art werden daher vereinzelt auch als Kraftmessdosen bezeichnet. Selbstverständlich kann das Gehäuse 2 aber auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise polyedrisch. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Gehäuse 2 quaderförmig sein.
-
Der Kraftaufnehmer 1 enthält einen unter Krafteinwirkung verformbaren Federkörper 20. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Federkörper 20 als Zug-/Druckstab-Federkörper ausgestaltet. Diese Ausführungsform des Federkörpers ist lediglich beispielhaft zu sehen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können andere Bauformen Verwendung finden, beispielsweise ein Membran-Federkörper, ein Biegebalken oder eine andere, an sich bekannte Form. Erfindungswesentlich ist, dass der Federkörper 20 unter Krafteinwirkung elastisch verformt wird. Material, Querschnitt und Dimensionierung des Federkörpers 20 sind daher so gewählt, dass dieser im angestrebten Messbereich einerseits eine hinreichend starke Verformung aufweist und andererseits nicht durch plastische Verformung irreparabel beschädigt wird.
-
Der Federkörper 20 weist ein erstes Ende 201 und ein gegenüberliegendes zweites Ende 202 auf. Über die ersten und zweiten Enden 201, 202 wird die zu messende Kraft auf den Federkörper 20 aufgebracht. Hierzu können in einigen Ausführungsformen der Erfindung am ersten und zweiten Ende 201, 202 jeweils Innengewinde, Stehbolzen, Passbohrungen oder andere, an sich bekannte Befestigungselemente bereitstehen.
-
Die Verformung des Federkörpers wird mittels einer Messeinrichtung 3 erfasst. Die Messeinrichtung 3 kann zumindest einen Dehnungsmessstreifen enthalten oder daraus bestehen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Messeinrichtung 3 eine piezoresistive Beschichtung, einen kapazitiven Sensor, einen mikromechanischen Sensor oder einen anderen, zur Erfassung einer Längenänderung geeigneten Sensor aufweisen. Die Messeinrichtung 3 ist dazu eingerichtet und bestimmt, ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches die Längenänderung des Federkörpers 20 repräsentiert.
-
Das von der Messeinrichtung 3 erzeugte elektrische Signal wird einem Messverstärker 4 zugeführt, welcher dazu eingerichtet ist, das Signal der Messeinrichtung 3 aufzubereiten. Beispielsweise kann der Messverstärker 4 eine Verstärkung, eine Impedanzwandlung, eine Rauschunterdrückung oder eine andere, an sich bekannte Signalverarbeitung durchführen. Das so aufbereitete analoge elektrische Signal kann sodann einem optionalen A/D-Wandler 44 zugeführt werden. Das digitalisierte Signal kann in einem Speicher 45 abgelegt oder über eine erste Schnittstelle 51 ausgegeben werden. Die erste Schnittstelle 51 kann eine Funkschnittstelle sein, beispielsweise WLAN, Bluetooth, ZigBee, NFC, GSM, LTE oder einem anderen, an sich bekannten Standard entsprechen. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Schnittstelle 51 eine kabelgebundene Schnittstelle sein, beispielsweise USB, RS232, ein analoges Strom- oder Spannungssignal oder ein anderes, an sich bekanntes Datenformat. Der Speicher 45 kann ein Halbleiterspeicher sein, beispielswese ein nichtflüchtiger Halbleiterspeicher wie Flash oder ein EEPROM. Zur Steuerung der Datenerfassung und Datenübertragung kann der Kraftaufnehmer 1 einen Mikrocontroller bzw. Mikroprozessor 5 enthalten, auf welchem eine entsprechende Software ausgeführt wird.
-
Wie dem Blockschaltbild gemäß 2 entnommen werden kann, kann der Kraftaufnehmer darüber hinaus weitere Elemente enthalten, beispielsweise einen Temperaturfühler 41. Der Temperaturfühler 41 kann ein Thermoelement oder ein Widerstandsthermometer sein oder solche enthalten. Weiterhin kann der Kraftaufnehmer einen Luftfeuchtefühler 42 enthalten, welcher die Luftfeuchte innerhalb des Gehäuses 2 des Kraftaufnehmers 1 erfasst oder in einigen Ausführungsformen der Erfindung auch außerhalb. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Kraftaufnehmer zumindest einen mikromechanischen Beschleunigungssensor 43 enthalten. Der Beschleunigungssensor 43 kann die Beschleunigung in einer oder mehreren Achsen erfassen. Schließlich kann der Kraftaufnehmer einen optionalen Zeitgeber 46 enthalten. Dieser kann die verstrichene Zeit erfassen, beispielsweise seit der letzten Kalibrierung oder Eichung oder seit der letzten Beaufschlagung des Federkörpers mit einer diesen verformenden Kraft.
-
Zur Energieversorgung des Mikrocontrollers, des Messverstärkers und der optionalen weiteren Komponenten steht eine Batterie oder ein Akkumulator 7 zur Verfügung. Dieser kann über die Schnittstelle 51 wieder aufgeladen werden, entweder drahtlos über eine induktive Ladevorrichtung oder kabelgebunden.
-
Weiterhin zeigt 2, dass der Kraftaufnehmer eine zweite Schnittstelle 52 enthält, welche dazu eingerichtet ist, das Rohsignal der Messeinrichtung 3 ohne weitere Aufbereitung durch den Messverstärker 4 auszugeben. Die zweite Schnittstelle 52 kann dazu vorgesehen sein, die Abwärtskompatibilität des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers sicherzustellen. Dieser kann somit als 1:1-Ersatz für bekannte Kraftaufnehmer in Maschinen eingesetzt werden, welche statt eines aufbereiteten digitalen Signals ein unbearbeitetes Rohsignal an ihren Messeingängen erwarten.
-
Die erfindungsgemäße im Kraftaufnehmer vorgesehene Sensorik ermöglicht einerseits eine erhöhte Messgenauigkeit, da beispielsweise der Einfluss von Temperatur und Feuchte mit dem Temperaturfühler 41 und dem Luftfeuchtefühler 42 erfasst werden kann, sodass der Einfluss dieser Größen auf die Messeinrichtung 3 und/oder die durchzuführende Messung bzw. den Prüfling berücksichtigt werden kann, ohne dass diese Daten vom Benutzer separat erfasst werden müssen.
-
In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist der Kraftaufnehmer zur Eigendiagnose fähig bzw. zu variablen Eich- oder Prüfintervallen im Sinne einer Condition-based Maintenance. Wird beispielsweise der Kraftaufnehmer bei unzulässigen Umgebungstemperaturen gelagert, so kann dieser über die erste Schnittstelle 51 beim darauffolgenden Einsatz statt einem Messwert eine Fehlermeldung ausgeben oder auch eine Fehlermeldung über alternative Schnittstellen signalisieren, beispielsweise eine LED. Gleiches gilt, wenn der Kraftaufnehmer bei der Lagerung oder dem Transport unzulässig hohen Beschleunigungswerten oder Vibrationen ausgesetzt wurde, welche eine Beschädigung der Messeinrichtung erwarten lassen. Auch in diesem Fall kann eine Fehlermeldung statt eines Messwertes ausgegeben oder der Fehlerfall anderweitig signalisiert werden.
-
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Anzahl der Lastwechsel erfasst werden, sodass eine Neukalibrierung nach einer vorgebbaren Anzahl von Lastwechseln oder auch nach einer vorgegebenen Zeit unabhängig von der Anzahl der Lastwechsel angezeigt wird. Der erfindungsgemäße Kraftaufnehmer kann somit eine höhere Zuverlässigkeit aufweisen und durch längere Eich- oder Prüfintervalle den zur Messung erforderlichen Aufwand reduzieren oder in Abhängigkeit der Einsatz- und Lagerbedingungen durch kürzere Eich- oder Prüfintervalle die Zuverlässigkeit erhöhen.
-
Um die Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers 7 zu verlängern, kann der Kraftaufnehmer insbesondere im offline-zustand einen ersten Betriebszustand und einen Betriebszustand aufweisen, wobei im ersten Betriebszustand der elektrische Energieverbrauch und die Anzahl ausführbarer Funktionen größer ist als im zweiten Betriebszustand. Das Umschalten vom ersten in den zweiten Betriebszustand und zurück kann entweder vom Benutzer manuell vorgenommen werden oder automatisiert, wenn beispielsweise eine Beschleunigung mit dem mikromechanischen Beschleunigungssensor 43 erfasst wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Kraftaufnehmer stets dann Messwerte mit hoher Frequenz erfasst, wenn dieser vom Benutzer bewegt wird.
-
Die unterschiedlichen Betriebszustände sind nochmals anhand der 3 näher erläutert. Wie die dritte Zeile der in 3 dargestellten Tabelle zeigt, erfasst der Kraftaufnehmer im Offline-Zustand in einem zweiten Betriebszustand alle 60 Sekunden ausschließlich Temperatur und relative Feuchte, solange keine Lageänderung erfolgt. Dies ist typischerweise dann der Fall, wenn der Kraftaufnehmer gelagert wird und nicht in Benutzung ist. Somit steht beim erneuten Einsatz eine Klimahistorie der Lagerung zur Verfügung, aus welcher die Alterung oder eine mögliche Beschädigung abgeschätzt werden kann.
-
Wird der Kraftaufnehmer bewegt, beispielsweise auf dem Versandweg zum Kunden oder um diesen in eine Werkzeugmaschine, eine Baumaschine, ein Hebezeug, ein Fahrzeug oder eine andere Vorrichtung einzubauen, so erkennt der Beschleunigungssensor eine Bewegung des Kraftaufnehmers. Der Beschleunigungssensor befindet sich noch immer im Offline-Zustand, jedoch in einem ersten Betriebszustand. In diesem Zustand werden Messwerte mit höherer Geschwindigkeit erfasst, beispielsweise im Abstand von 0,001 sec. Zu den Messwerten von Temperatur und Feuchte wird sodann noch die Beschleunigung erfasst und durch Integration ein Geschwindigkeitsvektor und die Lage des Kraftaufnehmers im Raum ermittelt. Nach dem Versand bzw. Einbau stehen somit Informationen zur Verfügung, ob der Kraftaufnehmer senkrecht oder waagreicht eingebaut ist oder in einem beliebigen Winkel. Dies kann je nach Bauform Einfluss auf die von der Messvorrichtung 3 erfassten Messwerte haben. Darüber hinaus liegen Informationen über schädigende Ereignisse vor, beispielsweise Stürze oder Übertemperaturen.
-
Wird der Kraftaufnehmer in Betrieb genommen, sodass der Federkörper 20 unter Krafteinwirkung verformt wird, so wird diese Verformung von der Messeinrichtung 3 erfasst. Auch diese Verformung wird von der Elektronik des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers erkannt, sodass der Kraftaufnehmer in den Online-Zustand wechselt. Auch im Online-Zustand werden Messwerte mit höherer Frequenz bzw. kürzerem zeitlichen Abstand ausgelesen. Im Ausführungsbeispiel beträgt dieser zeitliche Abstand wiederum 0,001 sec. Der Kraftaufnehmer erfasst nun neben der Beschleunigung, der Temperatur und der Feuchte auch noch die einwirkende Kraft.
-
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste“ und „zweite“ Ausführungsformen oder „erste“ und „zweite“ Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen bzw. Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
