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Die Erfindung betrifft einen Manipulator, insbesondere Großmanipulator für Autobetonpumpen, mit einem Mast, der einen um eine Hochachse drehbaren Drehschemel und zumindest ein Mastsegment, vorzugsweise eine Mehrzahl von Mastsegmenten aufweist, wobei wenigstens ein Mastsegment an wenigstens einem Knickgelenk gegenüber dem Drehschemel mittels eines Antriebsaggregates verschwenkbar ist, wobei ein Sensor an dem Mastsegment angeordnet ist und ein einer Deformation des Mastsegments entsprechendes Deformationssignal liefert.
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Ein solcher Manipulator ist aus der WO 2014 / 165889 A1 bekannt. Der hier beschriebene Sensor erfasst die Deformation eines Mastsegmentes des Manipulators und liefert ein Deformationssignal. Dieses Deformationssignal kann beispielsweise zur aktiven Reduzierung der Schwingungen des Manipulators verwendet werden.. Der zur Erfassung des Deformationssignals verwendete Sensor ist als Dehnungssensor in Form eines Dehnmessstreifens beschrieben.
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Der Dehnungssensor wird im Stand der Technik typischerweise auf das Mastsegment aufgeklebt. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass das Ankleben sowie die anschließende Kalibrierung des Dehnmessstreifens sehr aufwendig sind und nur von speziell geschultem Personal durchgeführt werden kann. Im Rahmen der Fertigung kann dieser Vorgang noch durch entsprechend ausgebildetes Personal sicher durchgeführt werden. Bei Reparatur und Wartung, insbesondere bei Austausch eines beschädigten Sensors ist ggf. ein erneutes Verkleben des Sensors erforderlich. Es ist praktisch kaum möglich, mit dem zur Verfügung stehenden Servicepersonal eine solche Reparatur fachgerecht durchzuführen. Außerdem würde ein entsprechender Austausch des angeklebten Dehnmessstreifens sehr zeitaufwendig sein, sodass der betroffene Manipulator eine hohe Ausfallzeit während der Reparatur hätte.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Manipulator anzugeben, der die beschriebenen Nachteile behebt und eine einfache Montage des Sensors in der Fertigung und einen einfachen Austausch des Sensors während der Wartung und Reparatur ermöglicht.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Manipulator gemäß Anspruch 1. Demnach ist der Sensor in einem Sensorgehäuse angeordnet ist, welches mit dem Mastsegment fest verbunden ist, wobei die Deformation des Mastsegmentes über eine Verbindung zwischen Sensorgehäuse und Mastsegment so in das Sensorgehäuse eingekoppelt wird, dass der Sensor eine der Deformation des Mastsegments entsprechende Deformation des Sensorgehäuses erfasst. Die Deformation des Mastsegmentes wird in eine Deformation des Sensorgehäuses transformiert und von dem im Gehäuse befindlichen Sensor erfasst. Die Deformation des Sensorgehäuses folgt der Deformationen des Mastsegmentes, so dass der (im Gehäuse geschützte) Sensor gleichsam indirekt die Deformation des Mastsegmentes erfasst. Die Anordnung des Sensors in dem Sensorgehäuse ermöglicht dabei eine einfache Möglichkeit der Montage und Demontage des Sensors. Die erforderliche Kalibrierung findet bei der Herstellung der durch Sensorgehäuse und Sensor gebildeten Einheit statt. Diese Einheit wird im Reparaturfall einfach ausgetauscht, was mit minimalem Aufwand möglich ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorgehäuse zwischen dem Knickgelenk und einer Anlenkung des Antriebsaggregates an dem Mastsegment angeordnet ist. Dieser Bereich eignet sich besonders das Sensorgehäuse an dem Mastsegment anzuordnen, da hier die Deformation des Sensorgehäuses ein besonders gutes, der dynamischen Deformation des Mastsegmentes entsprechendes Deformationssignal liefert.
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Das Mastsegment ist typischerweise durch ein abgeschlossenes Hohlprofil mit Obergurt und Untergurt gebildet. Das Sensorgehäuse kann dabei zweckmäßig mit dem Obergurt verbunden werden. Die Anordnung des Sensorgehäuses am Obergurt des Mastsegmentes bietet den Vorteil, dass hier die Streckung des Obergurtes durch den Sensor einfach und sicher erfasst werden kann, wodurch dieser ein besonders geeignetes und korrektes Deformationssignal liefert.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Mastsegment durch ein abgeschlossenes Hohlprofil mit Obergurt und Untergurt gebildet ist, wobei das Sensorgehäuse mit dem Untergurt verbunden ist. Die Anordnung des Sensorgehäuses am Untergurt des Mastsegmentes bietet den Vorteil, dass hier die Stauchung des Untergurtes durch den Sensor zuverlässig erfasst werden kann, wodurch dieser ebenfalls ein geeignetes Deformationssignal liefert.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Mastsegment durch ein abgeschlossenes Hohlprofil mit einer ersten Seitenwand und einer zweiten Seitenwand gebildet ist, wobei das Sensorgehäuse mittig zwischen den beiden Seitenwänden angeordnet ist. Die Anordnung des Sensorgehäuses mittig zwischen den Seitenwänden des Mastsegmentes bietet den Vorteil, dass hier z.B. Querschwingungen, d.h. Deformationen in horizontaler Richtung, des Mastsegmentes keinen Einfluss auf die Messung des Sensors haben, da sich an dieser Stelle quasi eine sogenannte neutrale Faser befindet. Durch die mittige Anordnung zwischen den Seitenwänden ist somit die Längsstreckung des Obergurtes oder die Längsstauchung des Untergurtes ohne den Einfluss von Querverformungen erfassbar.
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Weiter vorteilhaft ist eine mögliche Ausgestaltung, bei der die Verbindung zwischen Sensorgehäuse und Mastsegment durch mehrere Befestigungsstellen gebildet ist. Diese Befestigungsstellen sorgen für eine feste Verbindung des Sensorgehäuses mit dem Mastsegment.
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Von besonderem Vorteil ist gemäß einer Ausgestaltung, dass die Befestigungselemente an den Befestigungsstellen zur Befestigung des Sensorgehäuses an dem Mastsegment vorgesehen sind. Mittels dieser Befestigungselemente lässt sich das Sensorgehäuse sehr einfach bei der Montage mit dem Mastsegment verbinden. Auch die Demontage bei Reparaturen, insbesondere bei dem Austausch des Sensors, ist sehr einfach möglich indem die Befestigungselemente an den Befestigungsstellen einfach gelöst werden.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der die Befestigungselemente als Schraube-Gewinde-Anordnung ausgebildet sind. Diese Ausbildung der Befestigungselemente als Schraube und als ein die Schraube aufnehmendes Gewinde stellt eine einfache und schnell lösbare Verbindung zwischen dem Sensorgehäuse und dem Mastsegment bereit. Die Befestigungselemente können als Sechskant-Gewindeschrauben ausgebildet sein oder als Gewindestifte, die mit Muttern am Mastsegment befestigt werden. Um bei Bedarf das Anzugsdrehmoment zu erhöhen, können auch Kontermuttern verwendet werden. Die Befestigungselemente können auch als Blindnietmuttern ausgeführt werden, die in Durchgangsbohrungen oder Sacklochbohrungen im Mastsegment gequetscht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Befestigungsstelle ein Innengewinde aufweisendes Sackloch aufweist. Die Ausbildung eines Sackloches an einer Befestigungsstelle hat den Vorteil, dass das Mastsegment hierdurch keine durchgehende Öffnung aufweist. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn das Mastsegment als abgeschlossenes Hohlprofil ausgebildet ist, da hierdurch das Innere des Hohlprofils zuverlässig von der Umwelt abgetrennt ist. Da die Oberflächen des Hohlprofils von innen nicht bearbeitet sind, muss das Hohlprofil dicht verschlossen sein, damit keine von außen nicht unbedingt sichtbare Korrosion innerhalb der Mastsegmente auftreten kann.
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Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung, dass wenigstens eine Befestigungsstelle eine Aufschweißung am Mastsegment umfasst. Da die Wandstärke des Mastsegmentes nicht ausreichen könnte, um an den Befestigungsstellen ausreichend lange Schrauben zu verwenden, um das erforderliche Anzugsdrehmoment für die Verbindung des Sensorgehäuses mit dem Mastsegment sicherzustellen, ist durch die Aufschweißung am Mastsegment eine wirksame Verstärkung des Mastsegmentes im Bereich der Befestigungsstellen vorgesehen. Außerdem können längere Schrauben zur Befestigung verwendet werden, die durch die Aufschweißung und in die Wand des Mastsegments reichen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aufschweißung wenigstens ein Innengewinde aufweisendes Loch aufweist. Durch die Ausbildung eines Innengewindes in der Aufschweißung kann ein notwendiges Anzugsdrehmoment für die Verbindung zwischen Sensorgehäuse und Mastsegment durch die Verwendung ausreichend langer Schrauben sichergestellt werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Befestigungselemente dazu ausgebildet sind, die Deformation des Mastsegmentes in das Sensorgehäuse einzukoppeln, also zu übertragen. Über die Befestigungselemente ist eine einfache Möglichkeit gegeben die Deformation des Mastsegments in das Sensorgehäuse einzukoppeln, sodass der Sensor im Sensorgehäuse ein der Deformation des Mastsegmentes entsprechendes Deformationssignal liefert.
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Weiter vorteilhaft ist eine mögliche Ausgestaltung, bei der mindestens zwei Befestigungsstellen einen Abstand zueinander am Mastsegment definieren, wobei der Sensor dazu ausgebildet ist, eine Deformation des Mastsegments zwischen diesen Befestigungsstellen zu ermitteln, d.h. die Deformation des Mastsegmentes wird anhand der daraus resultierenden relativen Verlagerung der Befestigungsstellen erfasst. Durch die Vorgabe eines definierten Abstandes zwischen zwei Befestigungsstellen kann die Deformation des Mastsegmentes zwischen diesen Befestigungstellen ermittelt werden und Rückschlüsse auf die Deformation des gesamten Mastsegmentes gezogen werden.
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Von besonderem Vorteil ist eine Ausführung, bei der das Sensorgehäuse zwei Verschraubungsklötze umfasst, über die eine Einkopplung der Deformation des Mastsegmentes in das Sensorgehäuse erfolgt. Mit den zwei Verschraubungsklötzen ist eine einfache Möglichkeit gegeben, die Deformation des Mastsegmentes in das Sensorgehäuse einzukoppeln. Die Verschraubungsklötze verändern ihre Stellung abhängig von der Deformation des Mastsegmentes und lassen so Rückschlüsse auf die Deformation des Mastsegmentes durch den Sensor im Sensorgehäuse zu. Im einfachsten Falle bilden die beiden Verschraubungsklötze das Sensorgehäuse im Sinne der Erfindung. Zusätzlich können Gehäuseelemente vorgesehen sein, die die beiden Verschraubungsklötze miteinander verbinden und/oder Wandungselemente, die den Sensor ganz oder teilweise umgeben und diesen so von der Umgebung abschirmen.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei welcher der Sensor als Dehnungsmessstreifen ausgebildet ist. Die Verwendung eines Dehnungsmessstreifens ist besonders geeignet zur Erfassung des Deformationssignals, da hierdurch die dynamische Deformation des Mastsegmentes schnell und einfach zu erfassen ist.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnungen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den folgenden Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Einander entsprechende Gegenstände sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
- 1 einen erfindungsgemäßen Manipulator auf Autobetonpumpe,
- 2 einen erfindungsgemäßen Manipulator in Seitenansicht,
- 3 ein Mastsegment eines erfindungsgemäßen Manipulators in Draufsicht,
- 4 einee Detailansicht eines erfindungsgemäßen Manipulators,
- 5 eine Detailansicht eines Mastsegmentes eines erfindungsgemäßen Manipulators in weiterer Detailansicht,
- 6 eine schematische Seitenansicht eines Mastsegmentes eines erfindungsgemäßen Manipulators,
- 7 einen erfindungsgemäßen Sensor mit Sensorgehäuse in Draufsicht,
- 8 einen erfindungsgemäßen Sensor mit Sensorgehäuse in Seitenansicht,
- 9 einen erfindungsgemäßen Sensor mit Sensorgehäuse in Detailansicht,
- 10 einen erfindungsgemäßen Manipulator mit Sensorgehäuse,
- 11 a einen erfindungsgemäßen Manipulator mit Sensorgehäuse,
- 11b einen erfindungsgemäßen Manipulator mit Sensorgehäuse in Detailansicht,
- 12 einen erfindungsgemäßen Sensor mit Sensorgehäuse in Detailansicht,
- 13 eine schematische Seitenansicht eines Mastsegmentes eines erfindungsgemäßen Großmanipulators.
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In 1 dargestellt ist ein erfindungsgemäßer Manipulator 1, insbesondere Großmanipulator für Autobetonpumpen, mit einem ausfaltbaren Mast 2, der einen um eine Hochachse 3 drehbaren Drehschemel 4 und eine Mehrzahl von Mastsegmenten 5, 5a, 5b aufweist. Die Mastsegmente 5, 5a, 5b sind über Knickgelenke 6, 6a, 6b mit dem jeweils benachbarten Mastsegment 5, 5a, 5b oder dem Drehschemel 4 schwenkbeweglich verbunden. Um eine Schwenkbewegung zwischen den Mastsegmenten 5, 5a, 5b oder dem Drehschemel 4 einzuleiten weist der Mast Antriebsaggregate 7 in Form von Hydraulikzylindern auf. Die Hydraulikzylinder 7 sind über Anlenkpunkte 10 an den Mastsegmenten 5, 5a, 5b bzw. dem Drehschemel 4 angelenkt und mit Koppelgliedern in Form von Druckstangen und Umlenkhebeln verbunden. Der Drehschemel 4 des Mastes 2 ist drehbeweglich mit dem Fahrgestell 24 der Autobetonpumpe verbunden. Das durch das Ausfalten und die Bewegung des Knickmastes 2 erzeugte Kippmoment wird von dem Fahrgestell 24 auf einer mittels Stützauslegern 25 vergrößerten Standfläche am Untergrund abgestützt. Hierzu weist das Fahrgestell 24 mehrere Stützausleger 25 auf, die von einer Fahrstellung aus, in der die Stützausleger 25 nicht über Außenmaße des Fahrgestells 24 hinausragen, in eine Abstützstellung ganz oder teilweise ausgeklappt bzw. ausgefahren werden können. In 1 sind die Stützausleger 25 ausgeklappt bzw. ausgefahren dargestellt. In dieser Stellung stützt der Stützausleger 25 die Autobetonpumpe ab. Im hinteren Bereich der als Fahrzeug ausgebildeten Arbeitsmaschine ist eine als Betonpumpe dienende Dickstoffpumpe 26 angeordnet. Über diese Dickstoffpumpe 26 lässt sich Beton entlang des ausgeklappten Knickmastes 2 durch nicht gezeigte Fördererleitungen fördern und mittels Mastbewegungen des Knickmastes 2 am Mastende verteilen.
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Die 2 zeigt einen Mast 2 eines Manipulator 1 in der Seitenansicht, wobei die Mastsegmente 5, 5a, 5b des Mastes 2 zusammengefaltet dargestellt sind. Der Mast 2 weist einen Drehschemel 4 auf, der über ein erstes Knickgelenk 6 mit dem ersten Mastsegment 5 schwenkbeweglich verbunden ist. Die weiteren Mastsegmente 5a, 5b sind über weitere Knickgelenke 6a, 6b mit den benachbarten Mastsegmenten 5, 5a, 5b schwenkbeweglich verbunden. Um eine Schwenkbewegung zwischen dem ersten Mastsegment 5 und dem Drehschemel 4 zu bewirken, ist ein als Hydraulikzylinder ausgebildetes Antriebsaggregat 7 im Bereich des Knickgelenks 6 angeordnet und über einen Anlenkpunkt 10 mit dem ersten Mastsegment 5 verbunden. Der Hydraulikzylinder 7 taucht hierzu in das als Hohlprofil ausgebildete Mastsegment 5 ein. Das Mastsegment 5 ist, wie bei Großmanipulatoren üblich, aus einem Obergurt 11 und einem Untergurt 12 sowie zwei zwischen diesen beiden Gurten seitlich angeordneten Seitenwänden 13, 14 gebildet. Der Obergurt 11 und der Untergurt 12 sowie die Seitenwände 13, 14 bestehen in der Regel aus zusammengeschweißten Metallblechen. Im Bereich des Antriebsaggregates 7 ist der Untergurt 12 am ersten Mastsegment 5 ausgespart, sodass der Hydraulikzylinder 7 in das Hohlprofil des Mastsegmentes 5 eintaucht und von innen am Anlenkpunkt 10 mit dem Mastsegment 5 verbunden ist. Damit keine Feuchtigkeit über die Aussparung in das Kastenprofil des Mastsegmentes 5 eindringen kann, sind rechts und links des Anlenkpunktes 10, also vom Knickgelenk 6 aus gesehen vor und hinter dem Anlenkpunkt 10 des Antriebsaggregates 7 am Mastsegment 5 zwei Schottwände 27, 28 zur Abdichtung des Hohlprofils und zur Verstärkung des Mastsegmentes 5 vorgesehen. Diese Schottwände 27, 28 reichen vom Obergurt 11 bis zum Untergurt 12 und von der einen Seitenwand 13 bis zur anderen Seitenwand 14, sodass das als Hohlprofil gebildete Mastsegment 5 dicht verschlossen ist, damit keine Korrosion innerhalb des Mastsegmentes 5 auftreten kann. Oberhalb der Aussparung im Untergurt 12, also oberhalb des Antriebsaggregates 7 ist erfindungsgemäß ein Sensorgehäuse 9 angeordnet. Das Sensorgehäuse 9 lässt sich an dieser Stelle einfach mit Durchgangsbohrungen befestigen, da die Dichtheit des Hohlprofils des Mastsegmentes 5 hiervon nicht betroffen ist. Dieses Sensorgehäuse 9 ist mit dem Obergurt 11 des Mastsegmentes 5 also fest verbunden, wobei die Verformung des Obergurtes 11 über eine Verbindung zwischen dem Sensorgehäuse 9 und dem Mastsegment 5 so in das Sensorgehäuse 9 eingekoppelt wird, dass ein im Sensorgehäuse 9 befindlicher Sensor 8 eine der Deformation des Mastsegmentes 5 entsprechende Deformation des Sensorgehäuses 9 erfasst. Hierdurch kann der Sensor 8 ein der Deformation des Mastsegmentes 5 entsprechendes Deformationssignal liefern. Das Sensorgehäuse 9 ist zwischen dem Knickgelenk 6 von Drehschemel 4 und erstem Mastsegment 5 und der Anlenkung 10 des Antriebsaggregates 7 am Mastsegment 5 angeordnet. An dieser Stelle ist ein der Deformation des Mastsegmentes 5 entsprechendes Deformationssignal durch den im Sensorgehäuse 9 befindlichen Sensor 8 erfassbar.
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Die 3 zeigt eine Draufsicht auf das erste Mastsegment 5 des Knickmastes 2, wobei hier die Unterseite mit dem Untergurt 12 im Vordergrund ist. In dieser Darstellung bildet der Obergurt 11 die Rückseite des Mastsegmentes 5 und ist daher nur im Bereich der Aussparung für das Antriebsaggregat 7 (hier nicht dargestellt) zu sehen. Aus dieser Perspektive ist die Sicht auf das am Obergurt 11 befestigte Sensorgehäuse 9 durch die Aussparung frei. Der Sensor 8 befindet sich somit zwischen dem Knickgelenk 6 und der Anlenkung 10 des Antriebsaggregates 7 (hier nicht dargestellt) auf der Innenseite des Obergurtes 11. Das Sensorgehäuse 9 ist in etwa mittig zwischen der ersten Schottwand 27 und zweiten Schottwand 28 angeordnet. Diese Stelle eignet sich besonders, um ein der Deformation des Mastsegmentes 5 entsprechendes Deformationssignal zu erfassen. Außerdem ist das Sensorgehäuse 9 an dieser Stelle gegen äußere Einflüsse wie Wasser, Schmutz oder mechanische Fremdeinwirkung geschützt.
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Aus der 4 ist eine Detailansicht auf den Manipulator 1 ersichtlich. Genauer gezeigt sind hier das Knickgelenk 6 zwischen Drehschemel 4 und erstem Mastsegment 5 sowie die Anlenkung 10 des Antriebsaggregates 7 zur Verschwenkung des ersten Mastsegmentes 5 gegenüber dem Drehschemel 4. Wie bereits oben beschrieben, taucht der Hydraulikzylinder 7 durch eine Aussparung im Untergurt 12 in das Hohlprofil des Mastsegmentes 5 ein. Dies ist durch die strichpunktierten Umrisse des Hydraulikzylinders 7 im Bereich des ersten Mastsegmentes 5 angedeutet. Das Antriebsaggregat 7 ist von innen an dem ersten Mastsegment 5 im Hohlprofil am Anlenkpunkt 10 drehbeweglich befestigt. Oberhalb der Aussparung im Untergurt 12 befindet sich das Sensorgehäuse 9, welches an der Innenseite des Obergurtes 11 befestigt ist. Das Sensorgehäuse 9 ist somit zwischen dem Knickgelenk 6 und der Anlenkung 10 des Antriebsaggregates 7 am Mastsegment 5 angeordnet. Zur Abdichtung des als Hohlprofil gebildeten Mastsegmentes 5 sind im Bereich der Aussparung Schottwände 27, 28 vorgesehen, die den Eintauchbereich des Antriebsaggregates 7 in das Hohlprofil des Mastsegmentes 5 abdichten. Diese Schottwände 27, 28 sorgen außerdem für eine Stabilisierung des Hohlprofils, welches durch den Obergurt 11 und den Untergurt 12 sowie die beiden Seitenwände 13, 14 gebildet ist. Das Sensorgehäuse 9 befindet sich vorzugsweise mittig zwischen den beiden die Mastsegmentstruktur verstärkenden Schottwänden 27, 28.
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Die 5 zeigt eine weitere Detailansicht des Mastsegmentes 5. Hier ist der bereits aus 3 ersichtliche Bereich zwischen Anlenkpunkt 10 des Antriebsaggregates 7 (hier nicht dargestellt) und Knickgelenk 6 genauer dargestellt. Wie durch die Aussparung im Untergurt 12 zu erkennen ist, befindet sich das Sensorgehäuse 9 an der Innenseite des Obergurtes 11. Es ist etwa mittig zwischen den das Hohlprofil abdichtenden Schottwänden 27, 28 angeordnet. Weiterhin ist zu erkennen, dass das Sensorgehäuse 9 durch zwei Befestigungsstellen 15, 16 mit dem Mastsegment 5 verbunden ist. Das Sensorgehäuse 9 kann auch noch mehr Befestigungsstellen aufweisen, im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Wahl von zwei Befestigungsstellen 15, 16 wie im Folgenden näher beschrieben von besonderem Vorteil. Diese zwei Befestigungsstellen 15, 16 sind auf der strichpunktiert angedeuteten Mittellinie 29 zwischen den beiden Seitenwänden 13, 14 angeordnet. Hierdurch ist das Sensorgehäuse 9 in der neutralen Faser montiert, in welcher Querschwingungen des Mastes 2 keinen Einfluss auf die Messung des Sensors 8 haben. Diese Stelle ist besonders geeignet, um ein der Deformation des Mastsegmentes 5 entsprechendes Deformationssignal durch den im Sensorgehäuse 9 befindlichen Sensor 8 zu erfassen. Außerdem lässt sich an dieser Stelle das Sensorgehäuse einfach über ein Sensorkabel 30 verkabeln. Über dieses Sensorkabel 30 kann das vom Sensor 8 erzeugte Deformationssignal an eine Steuereinheit für die Mastbewegung übertragen werden, um anhand des Deformationssignals z.B. eine aktive Schwingungsdämpfung durchzuführen. Das Sensorgehäuse 9 umfasst vorzugsweise eine eigene Elektronik, sodass das Deformationssignal direkt, beispielsweise über einen CAN-Bus, übertragen werden kann.
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6 zeigt einen Manipulator 1 schematisch dargestellt. Der Knickmast 2 ist hier aus Gründen der Übersichtlichkeit mit nur einem Mastsegment 5 gezeichnet. Dieses Mastsegment 5 ist über das Knickgelenk 6 schwenkbeweglich mit dem Drehschemel 4 verbunden. Der Hydraulikzylinder 7, welcher die Schwenkbewegung des Mastsegmentes 5 im Knickgelenk 6 am Drehschemel 4 bewirkt, ist über den Anlenkpunkt 10 mit dem Mastsegment 5 verbunden. Zwischen dem Obergurt 11 und dem Untergurt 12 des Mastsegmentes 5 ist die neutrale Faser 31 des Mastsegmentes 5 strichpunktiert angedeutet. Durch die auf das Ende des Mastsegments 5 wirkende Schwingung 32, angedeutet durch einen Doppelpfeil, kommt es vor allem zu einer Stauchung 33, angedeutet durch einen Doppelpfeil, des Untergurtes 12 zwischen dem Anlenkpunkt 10 des Antriebsaggregates 7 und dem Knickgelenk 6. Außerdem kommt es durch die Schwingung 32 zu einer Streckung 34 des Obergurtes 12, in diesem Bereich, angedeutet durch einen Doppelpfeil. Lediglich die angedeutete neutrale Faser erfährt keine Stauchung oder Streckung, sondern lediglich eine Durchbiegung. Die Anordnung des Sensorgehäuses 9 im Bereich zwischen dem Knickgelenk 6 und dem Anlenkpunkt 10 des Antriebsaggregates 7 ist daher besonders geeignet, die Durchbiegung, also die Deformation, des Mastsegmentes 5 durch die auf das Mastsegment 5 wirkende Schwingung 32 zu erfassen. Ein entsprechendes Sensorgehäuse 9 kann auch an einem der anderen Mastsegmente 5a, 5b angeordnet sein, damit der dortige Sensor 8 ein der Deformation des jeweiligen Mastsegmentes 5a, 5b entsprechendes Deformationssignal liefert. Dies kann die Steuerung und das Schwingungsverhalten des Mastes 2 weiter verbessern.
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Aus der 7 geht ein Sensor 8 mit Sensorgehäuse 9 in Draufsicht hervor. Der angedeutete Sensor 8 ist sicher in dem Sensorgehäuse 9 auf einer biegsamen Struktur angeordnet und kann so die Deformation des Sensorgehäuses 9 erfassen. Durch die Verbindung des Sensorgehäuses 9 mit dem jeweiligen Mastsegment 5, 5a, 5b über die zwei Befestigungsstellen 15, 16 kann hierdurch ein der Deformation des jeweiligen Mastsegmentes 5, 5a, 5b entsprechendes Deformationssignal von dem Sensor 8 erfasst werden. An den Befestigungsstellen 15, 16 sind Befestigungselemente 17, 19 in Form von Gewindestiften 17 und Muttern 19 vorgesehen. Über diese Befestigungselemente 17, 19 lässt sich das Sensorgehäuse 9 mit dem Mastsegment 5, 5a, 5b an den Befestigungsstellen 15, 16 koppeln. Die Befestigungsstellen 15, 16 definieren einen Abstand zueinander am Mastsegment 5, 5a, 5b, der vorzugsweise entlang der Mittellinie 29 des Mastsegmentes 5, 5a, 5b verläuft. Der Sensor 8 erfasst die Deformation des Mastsegmentes 5, 5a, 5b zwischen diesen beabstandeten Befestigungsstellen 15, 16, um ein die Deformation des Mastsegmentes 5, 5a, 5b entsprechendes Deformationssignal zu erhalten. Die Befestigungselemente 17, 19 können auch als Sechskant-Gewindeschrauben 35 ausgebildet sein, die direkt im Mastsegment 5, 5a, 5b, insbesondere in einem ein Innengewinde 18 aufweisenden Sackloch 20, verschraubt werden. Auch durch diese Schraube-Gewinde-Anordnung kann eine sichere Verbindung zwischen dem Sensorgehäuse 9 und dem Mastsegment 5, 5a, 5b erreicht werden. Die Befestigungselemente 17, 18, 19, 35 sind ausgebildet, dass sie die Deformation des Mastsegmentes 5 in das Sensorgehäuse 9 einkoppeln. Das Sensorgehäuse 9 umfasst hierzu zwei Verschraubungsklötze 22, 23, über die eine Einkopplung der Deformation des Mastsegmentes 5, 5a, 5b in das Sensorgehäuse 9 erfolgt. Hierzu sind die Verschraubungsklötze 22, 23 über die Befestigungselemente 17, 18, 19, 35 an den Befestigungsstellen 15, 16 mit dem Mastsegment 5, 5a, 5b fest verbunden. Der hier gezeigte Sensor 8 ist als Dehnungsmessstreifen ausgebildet und weist zwei Sensorgabeln auf, durch die eine Veränderung der Position der Verschraubungsklötze 22, 23 zueinander einfach erfasst werden kann, wodurch der Sensor 8 ein der Deformation des Mastsegmentes 5, 5a, 5b entsprechendes Deformationssignal liefert. Dieses Signal wird zur Steuerung der Mastbewegung und zur Schwingungsdämpfung über das angedeutete Sensorkabel 30 an eine Steuereinheit für die Mastbewegung übertragen.
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Die 8 zeigt einen am durchgeschnitten dargestellten Mastsegment 5 montierten Sensor 8 mit Sensorgehäuse 9 in einer Seitenansicht. Das Sensorgehäuse 9 ist über die Gewindestifte 17 und die Muttern 19 an den Befestigungsstellen 15, 16 mit dem Mastsegment 5 fest verbunden, wodurch die Deformation des Mastsegmentes 5 in das Sensorgehäuse 9 angekoppelt wird, sodass der Sensor 8 eine der Deformation des Mastsegmentes 5 entsprechende Deformation des Sensorgehäuses 9 erfasst. Das Sensorgehäuse 9 kontaktiert das Mastsegment 5 an den Befestigungsstellen 15 und 16 über die Verschraubungsklötze 22 und 23, welche die Deformation des Mastsegmentes 5 in das Sensorgehäuse 9 einkoppeln. Über eine Veränderung der Position der Verschraubungsklötze 22, 23 zueinander kann der im Sensorgehäuse 9 angeordnete Sensor 8 ein der Deformation des Mastsegmentes 5 entsprechendes Deformationssignal liefern.
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9 zeigt einen montieren Sensor 8 mit Sensorgehäuse 9 in Detailansicht aus Sicht der Mittellinie 29. Die Befestigungsstellen 15, 16 fluchten aus dieser Sicht und die Gewindestifte 17 und Muttern 19 sind hier hintereinander angeordnet. Die hier gezeigte Ausgestaltung zeichnet sich besonders dadurch aus, dass Querschwingungen des Mastsegmentes 5 kaum Einfluss auf das Deformationssignal haben, da durch die Befestigung entlang der Mittellinie 29 die Querempfindlichkeit des Sensors 8 reduziert wird.
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Die 10 zeigt beispielhaft eine mögliche Anordnung des Sensorgehäuses 9 an dem ersten Mastsegment 5. Das Sensorgehäuse 9 ist zwischen dem Knickgelenk 6 und der Anlenkung 10 des Antriebsaggregates 7 an der Unterseite des Untergurtes 12 angeordnet. Da die Wandstärke des Untergurtes 12 nicht ausreicht, um ein ausreichendes Anzugsdrehmoment über die Befestigungselemente an den Befestigungsstellen 15, 16 zu erzeugen, sodass die Deformation des Mastsegmentes 5 eine entsprechende Deformation des Sensorgehäuses 9 hervorruft, ist eine Aufschweißung 21 im Bereich der Befestigungsstellen 15, 16 am Mastsegment 5 vorgesehen. Die Aufschweißung 21 ist an dem Untergurt 12 des Mastsegmentes 5 aufgebracht und erhöht die Wandstärke in diesem Bereich. Um eine geeignete Kontaktfläche zur Verbindung des Sensorgehäuses mit dem Mastsegment 5 zu erhalten, sollte die Aufschweißung 21 plangeschliffen, vorzugsweise poliert, werden. Die erhöhte Wandstärke macht es möglich Sacklochbohrungen 20 mit Innengewinde 18 in der Aufschweißung 21 und dem Untergurt vorzusehen. Die Sacklochbohrungen 20 haben den Vorteil, dass das Hohlprofil des Mastsegmentes 5 nach innen dicht bleibt und hierdurch keine Korrosion im Hohlprofil auftreten kann. Außerdem lassen sich einfache Seckskant-Gewindeschrauben 35 zur Befestigung des Sensorgehäuses 9 an dem Mastsegment 5 verwenden.
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Die 11a und 11b zeigen eine zur Ausgestaltung gemäß 10 alternative Ausführung der Aufschweißung 21. Hier sind an den Befestigungsstellen 15, 16 separate Aufschweißungen 21 vorgesehen. In die Aufschweißungen 21 und den Untergurt 12 des Mastsegmentes sind Sacklochbohrungen 20 mit einem Innengewinde 18 eingebracht. In diese Sacklochbohrungen 20 sind Sechskant-Gewindeschrauben 35 eingeschraubt, um die Verbindung zwischen dem Mastsegment 5 und dem Sensorgehäuse 9 herzustellen, über welche die Deformation des Mastsegmentes 5 auf das Sensorgehäuse 9 übertragen wird. Die zwei separaten Aufschweißungen 21 bewirken, dass die Deformation des Mastsegmentes 5 im Bereich der Aufschweißung nicht durch eine durchgehende, massive Aufschweißung, reduziert bzw. verfälscht wird, so dass trotz der Aufsschweißungen 21, 22 ein gutes Deformationssignal von dem Sensor 8 im Sensorgehäuse 9 erfasst werden kann, dass der Deformation des Mastsegments 5 entspricht. Das so gemessene Deformationssignal lässt sich besonders gut für die Schwingungsdämpfung des Mastes 2 einsetzen. Besonders geeignet für die Erfassung eines Deformationssignals an einem Mastsegment 5 ist ein Sensor 8 mit einem Dehnungsmessbereich von etwa 2500 µε.
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12 zeigt eine Variante zur Anbringung des Sensors 8 bzw. des Sensorgehäuses 9, bei der für die Verschraubung zusätzlich Kontermuttern 36 auf der dem Sensor 8 bzw. dem Sensorgehäuse 9 gegenüberliegenden Seite des Gurtbleches des Mastsegmentes 5 verwendet werden. Die Verwendung der Kontermuttern 36 hat den Vorteil, dass das Anzugsdrehmoment der Verschraubung mit den Schrauben 17 oder Muttern 19 verringert werden kann, wodurch die Verwindung des Sensors 8 bzw. des Sensorgehäuses 9 bei der Montage reduziert wird. Die Kontermuttern 36 können mit einem hohen Drehmoment angezogen werden, ohne den Sensor 8 oder das Sensorgehäuse 9 einem übermäßigen Drehmoment auszusetzen.
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13 zeigt eine weitere Variante zur Positionierung des Sensors 8 oder des Sensorgehäuses 9 im Bereich des Mastes 2. Die in dieser Figur dargestellte Mastkinematik des ersten Knickgelenkes 6 entspricht der Kinematik des Mastes 2 des Manipulators 1 aus der 1. Hier ist der Sensor im Sensorgehäuse 9 an dem Umlenkhebel 38 des Mastes 2 im Bereich des Knickgelenkes 6 angeordnet. Bei dem Umlenkhebel 38 handelt es sich um einen Drei-Punkt-Hebel, der bei aufgestelltem Mast 2, wie er in 13 dargestellt ist, durch den Zwei-Punkt-Hebel 37 stark auf Biegung beansprucht wird. Somit bewirken Schwingungen des Mastes 2 auch eine Verformung des Umlenkhebels 38, insbesondere im Bereich des Verbindungsbolzens zwischen dem Zwei-Punkt-Hebel 37 und der mittleren Anlenkung des Drei-Punkt-Hebels 38, die mit einem Sensor im Sensorgehäuse 9 an der in 13 dargestellten Position aufgenommen werden kann. Für die Ermittlung der Mastschwingungen mit einem solchen Sensor kommen auch die Umlenkhebel im Bereich der weiteren Knickgelenke 6a, 6b in Betracht, wenn beispielsweise am Mastgelenk 6 keine Umlenkhebel der Mastkinematik vorhanden sind und / oder am Mastsegment 5 kein geeigneter Montageort für den Sensor bzw. das Sensorgehäuse 9 vorhanden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Manipulator
- 2
- Mast
- 3
- Hochachse
- 4
- Drehschemel
- 5
- Mastsegment, 5a, 5b, weitere Mastsegmente
- 6
- Knickgelenk, 6a, 6b weitere Knickgelenke
- 7
- Antriebsaggregat
- 8
- Sensor
- 9
- Sensorgehäuse
- 10
- Anlenkung
- 11
- Obergurt
- 12
- Untergurt
- 13
- erste Seitenwand
- 14
- zweite Seitenwand
- 15
- erste Befestigungsstelle
- 16
- zweite Befestigungsstelle
- 17
- Schraube (Befestigungselement)
- 18
- Innengewinde (Befestigungselement)
- 19
- Mutter (Befestigungselement)
- 20
- Loch, Sackloch (Befestigungselement)
- 21
- Aufschweißung
- 22
- erster Verschraubungsklotz
- 23
- zweiter Verschraubungsklotz
- 24
- Fahrgestell
- 25
- Stützausleger
- 26
- Dickstoffpumpe
- 27
- erste Schottwand
- 28
- zweite Schottwand
- 29
- Mittellinie
- 30
- Sensorkabel
- 31
- neutrale Faser
- 32
- Schwingung
- 33
- Stauchung
- 34
- Streckung
- 35
- Seckskant-Gewindeschrauben
- 36
- Kontermuttern
- 37
- Zwei-Punkt-Hebel
- 38
- Drei-Punkt-Hebel
