DE3330508A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewichtsbestimmung einer an einem ende eines auslegers aufgehaengten last - Google Patents

Description

McConnellsburg, Penn. V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung einer an einem Ende eines Auslegers aufgehängten Last

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewichtsbestimmung einer an einem Ende eines Auslegers aufgehängten Last sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In der US-PS 2319 299 wird eine Vorrichtung zur Lastmessung beschrieben, welche die Durchbiegung eines Balkens verwendet, um die Last zu messen, die am entfernten Ende eines Auslegers aufgehängt ist. Die Durchbiegung eines Meßbalkens ist proportional der Last, die am Ende des Hauptauslegers aufgehängt ist, und durch Messen dieser Durchbiegung kann die Größe einer Last bestimmt werden. Im typischen Fall besteht der bekannte Aufbau aus einem Ausleger, der vertikal durch einen Hydraulikzylinder schwenkbar ist, der den Ausleger über den Gesamtbereich seiner Schwenkbewegung stützt. Der Ausleger umfaßt einen Teil eines Hydraulikkrans oder dgl. und enthält am entfernten Ende eine Flaschenzuganordnung zum Heben von Lasten. Der zum Messen der Last verwendete Biegebalken ist am unteren Ende des Auslegers dergestalt befestigt, daß er sich proportional zur Größe der Last am Ende des Hauptauslegers durchbiegt.

Postscheckkonto: Karlsruhe 76979-754 Bankkonto: Deutsche Bank AG Villingen (BLZ 69470039) 146332

Weiterhin ist eine Vorrichtung zum Messen der Größe einer Last bekannt, die in einem Vorratsbunker oder Behälter untergebracht ist und aus einem Dehnungsmesser besteht, der an den Auflagestützen eines Großtankbehälters angebracht werden kann. Der Dehnungsmesser besteht aus besonderen Metallen, deren Impedanz proportional zu den an den Auflagestützen des Behälters angreifenden Belastungskräften schwankt- Diese Impedanzänderung wird elektrisch gemessen und zu einer Gewichtsmessung verarbeitet. Ein derartiger Dehnungsmesser wird von Kisler Morse Corporation hergestellt und ist im Handel erhältlich.

Die US-PS 3 490 015 beschreibt eine Vorrichtung zur Lastmessung, die ein Dynamometer .am entfernten Ende eines Lasthebe-Auslegers verwendet, das die daran aufgehängte Last mißt.

Die US-PS 2 030 529 beschreibt eine Vorrichtung zur Lastmessung, die eine Rollenanordnung verwendet, um die ein Lasthebe-Kabel geführt wird, um die am Kabel hängende Last zu messen. Die US-PS 3 756 423 beschreibt eine Vorrichtung zur Lastmessung mit einer Lastzelle, welche direkt die an einem Hebekabel an-0 greifende Last mißt, und die an dem Lasthebeende des Auslegers angeordnet ist. Weiterhin wird bei einer handelsüblich verfügbaren Vorrichtung eine Druckwandler in dem den Lasthebe-Ausleger stützenden Hydraulikzylinder untergebracht. Der Druckwandler mißt den Flüssigkeitsdruck im Hubzylinder und setzt diese Messung in elektrische Signale um, die dann als Gewichtsgrößen ausgewertet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Größe der an einem Ausleger angreifenden Last zu schaffen, wobei Wirtschaftlichkeit mit Zuverlässigkeit und Unempfindlichkeit gegen Umgebungsbedingungen des Arbeitsplatzes miteinander verbunden werden sollen. Da die bisher bekannten Vorrichtungen an ausgesetzten Außenstellen des

Auslegers angebracht sind, sind sie empfindlich gegen Beschädigung und Einwirkungen nachteiliger Umgebungsbedingungen. Dies trifft insbesondere für diejenigen Vorrichtungen zu, die am entfernten Ende des Auslegers angeordnet sind. Die Vorrichtung zur Lastmessung soll zuverlässig sein und nicht durch Schwankungen der Maschinenkennwerte während des Betriebs beeinflußt werden. Da die Viskosität der Druckmedien und die Durchbiegung des Auslegers mit den Betriebsbedingungen und den Umgebungsbedingungen schwanken, neigen Vorrichtungen zur Lastmessung, die mit Messung des Flüssigkeitsdrucks unter der Auslegerdurchbiegung arbeiten, naturgemäß zu Meßabweichungen aufgrund von Schwankungen der Viskosität, der Umgebungstemperatur und anderer veränderlicher Werte. Daneben soll die Möglichkeit des nachträglichen Einbaus an bestehenden Hebeeinrichtungen im Feldeinsatz geschaffen werden, was bei den bekannten Vorrichtungen nach dem Stand der Technik wirtschaftlich nicht möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Lastmessung einen Dehnungsmesser enthält, der außen an der den Lasthebeausleger stützenden Kolbenstange angeordnet ist. Der Dehnungsmesser mißt kontinuierlich den Druckzustand der Kolbenstange und erzeugt elektrische Analogsignale, die an eine externe Datenverarbeitungseinrichtung übertragen werden, wo die Dehnungsmessung als Gewicht der Last ausgewertet wird. Der Dehnungsmesser dient daher zur Messung der Größe der am Ende des Auslegers hängenden Last über die proportionale Druckbelastung der den Ausleger stützenden Kolbenstange. Die Kolbenstange wirkt in zweifacher Weise, zunächst als Bewegungsorgan für den Lasthebe-Ausleger in einer vertikalen Ebene, und als Bestandteil einer Lastmeßvorrichtung. Es können mehrere Dehnungsmesser an der Kolbenstange befestigt werden, und anhand der von diesen mehreren Dehnungsmessern erzeugten Daten wird ein Mittelwert gebildet, um die Auswirkungen einer

Lastunwucht, des Windeinflusses oder sonstiger veränderlicher Einflüsse auszugleichen, welche die Genauigkeit der einzelnen Messungen beeinflussen könnten.

Das Verfahren zum Messen der an einem Lasthebe-Ausleger hängenden Last gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß mindestens ein Dehnungsmesser an den Außenflächen der den Lasthebe-Ausleger stützenden Kolbenstange befestigt wird, daß eine elektrische Einrichtung mit dem Dehnungsmesser verbunden wird, um die Belastungsmessungen in der Kolbenstange als Gewicht der von der Kolbenstange gestützten Last auszuwerten.

Die oben beschriebenen Nachteile der Vorrichtungen nach dem Stand der Technik werden erfindungsgemäß dadurch ausgeschaltet, daß der Dehnungsmesser an der Kolbenstange des Hubzylinders angebracht wird. Dieser Einbauort ist verhältnismäßig gegen Berührungsbeschädigungen und Umwelteinflüsse geschützt. Außerdem ist der Druckzustand der Kolbenstange verhältnismäßig unempfindlich gegen Temperaturschwankungen oder Änderungen der Betriebskennwerte der Auslegeranordnung. Darüber hinaus kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung an bestehenden Hebezeugen 0 im Feldeinsatz nachgerüstet werden, da der Anbau der Vorrichtung gemäß der Erfindung keine Änderung der Standardteile des Hebezeugs erfordert.

Anhand der Figuren wird ein Ausführungsbexspiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Seitenriß einer zusammengebauten Hebevorrichtung bestehend aus einem Ausleger, einem den Ausleger stützenden Hydraulikmotor und zwei gemäß der Erfindung angebrachten Dehnungsmessern,

Fig. 2 eine auseinandergezogene Darstellung des Dehnungsmessers mit herausgenommenen Befestigungsschrauben,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung, teilweise im Schnitt, durch die Kolbenstange des Hydraulikmotors in der Nähe der Dehnungsmesser. Eine Montageschablone zur genauen Ausrichtung der Dehnungsmesser auf der Kolbenstange ist sichtbar.

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung, teilweise im Schnitt, einer Kolbenstange, an die Dehnungsmesser gemäß der Erfindung angebaut sind.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht die Lasthebe-Vorrichtung aus einem länglichen Ausleger 4 mit einem Lasthebe-Ende 6, einem gegenüberliegenden Ende 8, das schwenkbar an einem Kran-Unterwagen oder dgl. befestigt ist. Selbstverständlich besitzt der Ausleger 4 am Lasthebe-Ende 6 eine (nicht gezeigte) Einrichtung wie z.B. einen Flaschenzug oder eine Plattform zum Heben einer Arbeitslast. Vorrichtungen dieser allgemeinen Art befinden sich an Kränen, Arbeitsplattformen usw. Die Lasthebe-Einrichtung 2 umfaßt weiterhin einen Hydraulikmotor 10, bestehend aus einer Kolbenstange 12 und einem Hydraulikzylinder 14, wie sie herkömmlicherweise in der Industrie verwendet werden. Die Kolbenstange 12 ist mit einem Ende 16 fest am Ausleger 4 zwischen seinen beiden Enden verbunden, und das gegenüberliegende Ende der Kolbenstange 16 verläuft in den Hydraulikzylinder

14. Es ist ersichtlich, daß die Kolbenstange unter dem Einfluß der Hydraulikflüssigkeit das Anheben und Absenken des Auslegers 4 unter Steuerung des Kranführers bewirkt. Im Fall der dargestellten Ausfuhrungsform sind zwei Dehnungsmesser 18 an der Kolbenstange 12 in der Nähe des Punktes befestigt, an dem die Kolbenstange mit dem Ausleger verbunden ist. Elektrische Leitungen 20 sind an die Dehnungsmesser 18 angeschlossen und bilden

— 8 —
die elektrischen Ein- und Ausgänge der Dehnungsmesser.

In Fig. 2' ist einer der Dehnungsmesser 18 vergrößert perspektivisch dargestellt; er umfaßt einen im allgemeinen rechteckigen Hauptkörper mit in Längsrichtung vorstehenden Auflageschenkein 22. Zwei Befestigungsschrauben 26 werden verwendet, um den Dehnungsmesser 18 an der Kolbenstange zu befestigen, und sie erstrecken sich durch die Öffnungen 2 0 in die Kolbenstange, wie im folgenden noch erklärt wird. Der Dehnungsmesser 18 stellt einen handelsüblich erhältlichen Bauteil dar, der in der Industrie vorzüglich dazu verwendet wird, das Volumen von Behältern wie Tanks, Becken oder Silos zu überwachen. Insbesondere werden Dehnungsmesser der allgemein bekannten Art verwendet, um das Volumen in einem zylindrischen Behälter durch Messen der Zugbelastung der Auflageteile des Behälters zu bestimmen. Normalerweise ist jeder Auflageteil mit einem oder mehreren Dehnungsmessern versehen, um einen Mittelwert der Belastungen zu bilden und Wind- und Wärmeeinflüsse auszugleichen. Beim Aufbau der Dehnungsmesser werden zwei Halbleiterkristelle miteinander verklebt. Nach Befestigung des Dehnungsmessers an einem Körper erzeugt jegliche Druckbelastung an diesem Körper auch eine Druckbelastung des Dehnungsmessers, so daß in den Kristallen Widerstandsänderungen erfolgen, die direkt proportional zur Druckbelastung sind. Es sind elektrische Bausteine verfügbar, die den elektrischen Ausgangswert eines Dehnungsmessers aufgrund von Widerstandsänderungen verarbeiten und ein Lastgewicht auswerten können. Die Dehnungsmesser sind aus einem Material hergestellt, das an den Ausdehnungskoeffizienten des Materials angepaßt ist, an dem die Dehnungsmesser befestigt werden sollen. Ein Dehnungsmesser dieser allgemein bekannten Art ist z.B. ein Modell 503 Microcell, hergestellt von Kisler-Morse Corporation, Bellevue, Washington.

333050S

_ 9 —

Wie in Fig. 3 dargestellt, sind Dehnungsmesser 18 an gegenüberliegenden Seiten der Kolbenstange 12 befestigt und werden durch eine Montageschablone 28 in geeigneter Stellung positioniert, die ein gebogenes Innenprofil 30 aufweisen, das der Krümmung der Kolbenstange entspricht. Es werden zwei Dehnungsmesser 18 verwendet, um eine eventuelle Unwucht der Last, Wind- und Wärmeeinflüsse auszugleichen und damit die Meßgenauigkeit zu erhöhen. Nach Positionierung der Dehnungsmesser 18 auf gegenüberliegenden Seiten der Kolbenstange mit Hilfe der Montageschablone 28 werden in die Kolbenstange zwei Gewindebohrungen eingebracht. Sodann werden Schrauben 24 eingesetzt, um den Dehnungsmesser 18 an der Kolbenstange zu befestigen, und die Montageschablone 28 wird entfernt, wie in Fig. 4 dargestellt.

Für den Fachmann ist ersichtlich, daß die Kolbenstange 12 durch die Belastung des Auslegers 4 gegen den vom Hydraulikmotor 10 auf die Kolbenstange ausgeübten Druck der Hydraulikflüssigkeit zusammengepreßt wird. Die Höhe der Druckbelastung der Kolbenstange 12 ist direkt proportional der Last, die an das Lasthebe-Ende 6 des Auslegers 4 angehängt wird. Beim Zu-0 sammenpressen der Kolbenstange messen die Dehnungsmesser 18 das Ausmaß der Druckbelastung und erzeugen ein elektrisches Analogspannungssignal proportional zu diesem Druck. Typische handelsübliche Elektronikbausteine können den Analogausgang der Dehnungsmesser 18 auswerten und laufend das vom Ausleger 4 gehobene Gewicht anzeigen. Der Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung liegt darin, daß die Dehnungsmesser 18 an bestehenden Geräten nachgerüstet werden können, da sie auf der Außenseite der Kolbenstange 12 angebracht werden. Weiterhin ist für den Fachmann ersichtlich, daß die Dehnungsmesser fern vom Lasthebe-Ende des Auslegers und an einem verhältnismäßig geschützten Einbauort untergebracht sind, um die Beschädigungsmöglichkeiten zu reduzieren. Weiterhin ist aus Fig. 1 ersichtlich, daß die Dehnungs messer 18 unabhängig von Schwankungen der Viskosität des Mediums

im Hydraulikmotor 10 und verhältnismäßig unabhängig von Schwankungen der Umgebungstemperatur arbeiten. Aufgrunddessen erzeugt die Vorrichtung gemäß der Erfindung genaue Meßergebnisse. Zu beachten ist auch, daß die Lasthebe-Vorrichtung mit den oben beschriebenen Lastfühlern wesentlich billiger ist als vergleichbare herkömmliche Einrichtungen zur Bestimmung der vom Ausleger 4 gehobenen Last, da die Fühleranordnung äußerlich befestigt wird.' Die Kolbenstange 12 erfüllt auch eine doppelte Funktion, einerseits als Bewegungsorgan für den Ausleger und andererseits als Bestandteil der Lastmeß-Vorrichtung.

110

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE

   / 1 J Verfahren zur Gewichtsbestiitimung einer an einem Ende (6) eines Auslegers (4) aufgehängten Last, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stange (12) dergestalt am Ausleger befestigt wird, daß im wesentlichen das Gesamtgewicht der Last übertragen wird und die Stange in einen zusammengepreßten Zustand versetzt, daß ein Dehnungsmesser (18) an der Außenfläche der Stange (12) angebracht wird, um die Größe der Druckbelastung zu messen, die durch das Gewicht der Last auf die Stange übertragen wird, und um einen dem Gewicht entsprechenden Ausgangswert zu erzeugen, und daß an dem Dehnungsmesser (18) eine Schaltung zur Auswertung des Ausgangswertes als Größe der am Ausleger ( 4) aufgehängten Last angeschlossen wird.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Auslegeraufbau, gekennzeichnet durch einen Ausleger (4) mit einem freien Ende (6), an dem eine Last aufgehängt ist, durch einen Hydraulikmotor (10) zum Abstützen des Auslegers, mit einem kammerförmigen Teil (14) und einer KoI-benstange (12), die in dem kammerformigen Teil untergebracht und mit einem Ende am Ausleger befestigt ist, und durch einen Dehnungsmesser (18), der an der Außenfläche der Kolbenstange (12) zum Messen der Größe der Druckbelastung in der Kolbenstange angebracht ist.

   Postscheckkonto: Karlsruhe 76979-754 Bankkonto- Deutsche Bank AG Villingcn (BLZ 694/0039) 14R332
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger ein unteres Ende (8) aufweist, das dem die Last hebenden Ende (6) gegenüberliegt und das schwenkbar dergestalt verankert ist, daß der Ausleger eine Schwenkbewegung um das untere Ende in einer vertikalen Ebene ausführt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine elektrische Schaltung zum Auswerten der Größe der Druckbelastung in der Kolbenstange als proportionale Größe zum Gewicht der am Ausleger aufgehängten Last.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange ein Mittelsegment aufweist, das außerhalb des kammerförmigen Teils liegt, wobei der Dehnungsmesser am Mittelsegment der Kolbenstange befestigt ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange unter dem Einfluß des im kammerförmigen Teil vorhandenen Druckmediums zum Schwenken des Auslegers um sein unteres Ende bezüglich des kammerförmigen Teils aus- und einfahrbar ist.