DE3830108C2 - Neigungsgeber - Google Patents
NeigungsgeberInfo
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- B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
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Description
Die Erfindung betrifft einen Neigungsgeber, der bei
Überschreiten eines vorgegebenen Neigungswinkels
unabhängig von der Richtung der Neigung ein Signal gibt,
enthaltend
- (a) eine konkav-konische Auflagefläche, deren Kegel winkel 180°-2β ist, wenn β der besagte vorgegebene Neigungswinkel ist
- (b) eine auf der Auflagefläche aufliegende Kugel, die bei einem kleineren als dem vorgegebenen Neigungs winkel sich über der Kegelspitze der konischen Auflagefläche befindet, und
- (c) von der Kugel gesteuerte Mittel zur Signalgabe, wenn die Kugel bei Überschreiten des besagten vorgegebenen Neigungswinkels von der besagten Kegelspitze zum Rand der Auflagefläche hin rollt,
- (d) wobei es sich um die Mittel zur Signalabgabe um Fühler handelt, die im Bereich der in ihrer Ruhestellung befindlichen Kugel angeordnet sind.
Durch die DD-PS 20 08 196 ist ein Neigungsgeber bekannt,
bei welchem eine Kugel auf einer konkav-konischen
Auflagefläche rollt. Der Kegelwinkel der konischen
Auflagefläche ist das 180°-Komplement zu einem
vorgegebenen Grenzwinkel der Neigung. Die Erzeugenden der
konischen Auflagefläche bilden daher bei horizontaler
Anordnung des Neigungsgebers mit der Horizontalen einen
Winkel, der diesem Grenzwinkel entspricht. Wenn die
Neigung geringer ist als der Grenzwinkel, liegt die Kugel
unter dem Einfluß der Schwerkraft in dem tiefsten Bereich
der Auflagefläche, also im Bereich der Kegelspitze der
Auflagefläche. Wird der Grenzwinkel der Neigung über
schritten, dann rollt die Kugel aus der Kegelspitze heraus
zum Rand der Auflagefläche. Die Auflagefläche ist von
einem Kontaktring umgeben. Die Auflagefläche ist
metallisch und bildet einen zweiten Kontakt. Durch die zum
Rande rollende Kugel werden die beiden Kontakte mit
einander verbunden. Dadurch wird ein Signal erzeugt. Diese
Signalerzeugung ist unabhängig von der Richtung der
Neigung im Azimut.
Dieser bekannte Neigungsgeber hat verschiedene Nachteile:
Einmal ist die Kontaktkraft sehr gering. Die Kontaktkraft
zwischen der Kugel und dem Kontaktring ist gleich dem
Gewicht der Kugel multipliziert mit dem Sinus der Winkel
differenz von Neigungswinkel und Grenzwinkel, wenn der
Neigungswinkel größer als der Grenzwinkel ist. Diese
Winkeldifferenz ist sehr klein. Ein weiterer Nachteil des
bekannten Neigungsgebers besteht darin, daß der Gefahren
zustand "zu große Neigung" durch eine Kontaktgabe
signalisiert wird. Wenn die Spannung zwischen den
Kontakten wegfällt, dann wird der Gefahrenzustand nicht
signalisiert.
Weiterhin ist aus der FR-PA 80 06 079 ein Neigungsgeber
bekannt, bei dem oberhalb der in ihrer Ruhestellung
befindlichen Kugel ein als induktiver Näherungsgeber
ausgebildeter Fühler angeordnet ist. Mit Hilfe dieses
induktiven Näherungsgebers soll ein Signal ausgelöst
werden, wenn die Kugel ihre Ruhestellung verläßt. Infolge
der unvermeidbaren erheblichen Hysterese des induktiven
Näherungsgebers ist jedoch die Schaltzeit dieses
Neigungsgebers verhältnismäßig groß, und zwar
insbesondere dann, wenn der Raum, in dem sich die Kugel
befindet, mit einer Dämpfungsflüssigkeit ausgefüllt ist.
Das die Kugel aus einem ferromagnetischen Material
hergestellt ist, können starke von außen auf den
Neigungsgeber einwirkende Magnetfelder, wie sie in
elektrischen Anlagen oft auftreten, zu Funktionsstörungen
und sogar zur Funktionsunfähigkeit des Neigungsgebers
führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Neigungs
geber der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein
weitgehend verzögerungsfreies sauberes Signal erhalten
wird und bei Ausfall der Versorgungsspannung des
Neigungsfühlers ein dem Gefahrenfall entsprechendes Signal
erzeugt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
- (e) der Fühler einen elektrisch leitenden Stift enthält, der unter dem Einfluß einer Feder im Bereich der Kegelspitze isoliert über die konische Auflagefläche hinausragt,
- (f) die Auflagefläche von einem elektrisch leitenden Körper gebildet ist, der mit einer ersten Anschlußklemme verbunden und gegenüber dem Stift isoliert ist,
- (g) die Kugel elektrisch leitend ist und in ihrer Mittelstellung über die Kegelspitze eine Verbindung zwischen dem die Auflagefläche bildenden Körper und dem Stift herstellt, während diese Verbindung unterbrochen ist, wenn die Kugel zum Rand der Auflagefläche rollt, und
- (h) der Stift mit einer zweiten Anschlußklemme verbunden ist.
Auf diese Weise wird durch einen Fühler ein Signal
gegeben, welches das Vorhandensein der Kugel im Bereich
der Kegelspitze signalisiert. Dieses Signal ist nicht
abhängig von einem mehr oder weniger starken Kontakt
zwischen Kugel und einem die Auflagefläche umgebenden
Kontaktring, wie auch von der Hysterese eines induktiven
Näherungsfühlers. Das Signal ist bis zu dem Grenzwinkel
unabhängig von dem Neigungswinkel. Es kann dafür gesorgt
werden, daß dieses Signal ausreichend stark und eindeutig
ist. Wenn der Grenzwinkel überschritten wird und die Kugel
zum Rand rollt, fällt das Signal des Fühlers weg. In
diesem Fall wird ein Gefahrenzustand signalisiert. Ein
Gefahrenzustand wird aber auch signalisiert, wenn das
Signal des Fühlers wegfällt, weil die Stromzufuhr zu dem
Fühler unterbrochen ist. Der Neigungsgeber spricht daher
stets zur sicheren Seite hin an. Aufwendige und auch
störanfällige Schaltungen zur Umwandlung von induzierten
Spannungen in auswertbare Signale sind nicht erforderlich.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter
ansprüche.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend
unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher
beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten
Ausführungsform eines Neigungsgebers.
Fig. 2 zeigt in konstruktiver Darstellung einen Schnitt
durch einen Neigungsgeber ähnlich Fig. 1.
Fig. 3 ist eine zugehörige Draufsicht mit abgenommenem
Deckel.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist mit 10 ein Gehäuse
bezeichnet. Das Gehäuse 10 ist aus Metall. Das Gehäuse
bildet eine zylindrische Kammer 12. Der Boden der
zylindrischen Kammer 12 bildet eine trichterförmige oder
konkav-konische Auflagefläche 14. Die Innenwandung der
Kammer 12 ist vergoldet mit einer Goldschicht 16. Die
Goldschicht 16 ist über das Gehäuse 10 mit einem Kontakt
18 verbunden. Der Konuswinkel der konkav-konischen
Auflagefläche 14 ist gleich 180° - 2β, wenn β ein
Grenzwinkel der Neigung ist, bei dessen Überschreitung
der Neigungsgeber ansprechen soll. Der Konuswinkel kann
beispielsweise 170° sein, wenn der Grenzwinkel β = 5° ist.
Bei genau waagerecht angeordnetem Neigungsgeber bilden
dann die Erzeugenden der konischen Auflagefläche mit der
Horizontalen einen Winkel von 5°.
In dem Gehäuse 10 liegt eine Kugel 20. Die Kugel 20 ist
ebenfalls vergoldet. Bei horizontaler Lage des Neigungs
gebers liegt die Kugel 20, wie dargestellt, in der Mitte
an der tiefsten Stelle der Auflagefläche 14, also im
Bereich der Kegelspitze des von der Auflagefläche 14
definierten Kegels. Wenn der Neigungsgeber nach
irgendeiner Richtung geneigt wird, dann verringert sich in
dieser Richtung der Winkel zwischen der Erzeugenden der
konischen Auflagefläche 14 und der Horizontalen, bis
schließlich bei einem dem Grenzwinkel β entsprechenden
Neigungswinkel diese Erzeugende horizontal liegt. Bis zu
diesem Punkt bleibt die Kugel 20 noch in ihrer Position in
der Mitte der Auflagefläche 14. Bei einer weiteren Neigung
des Neigungsgebers senkt sich die Erzeugende unter die
Horizontale. Die Kugel 20 rollt jetzt längs der
Erzeugenden aus der Mittellage heraus, bis sie an der
zylindrischen Innenfläche des Gehäuses 10 zur Anlage
kommt. Dazu ist nur ein ganz geringes Überschreiten des
Grenzwinkels erforderlich. Ebenso rollt die Kugel 20
sofort wieder in die Mittelstellung zurück, wenn der
Grenzwinkel β wieder unterschritten wird. Die Bewegung der
Kugel 20 bei Über- und Unterschreiten des Grenzwinkels β
zeigt eine sehr geringe Hysterese. Die Bewegung der Kugel
20 aus der Mittellage heraus bei Überschreiten des
Grenzwinkels der Neigung erfolgt unabhängig von der
Richtung der Neigung. Die Kugel 20 bewegt sich lediglich
jeweils in Richtung dieser Neigung.
Im Bereich der Spitze der konkav-konischen Auflagefläche
14 ist eine Bohrung 22 vorgesehen. Durch diese Bohrung 22
erstreckt sich mit Abstand von der Wandung der Bohrung ein
Stift 24. Der Stift 24 besitzt einen Bund 26. An dem Bund
26 liegt eine Feder 28 an. Die Bohrung 22 erweitert sich
zu einem zylindrischen Hohlraum 30 von größerem Durch
messer. In dem Hohlraum 30 sitzt ein topfförmiges Isolier
stück 31 aus Kunststoff. In dem "Boden" des topfförmigen
Isolierstücks 31 ist eine Bohrung, in welcher der Stift 24
geführt ist. Der Bund 26 liegt unter dem Einfluß der Feder
28 an dem Boden des topfförmigen Isolierstücks 31 an, wenn
die Kugel 20 aus der Mittellage zur Seite gerollt ist. Der
Stift 24 ragt dann ein Stück aus der Bohrung 22 heraus.
Wenn sich die Kugel 20 in der Mittellage befindet, wie
dargestellt, dann wird der Stift 24 gegen die Feder 28
nach unten gedrückt.
Der Stift 24 besteht aus elektrisch gut leitendem Metall
und ist zur Erzielung eines besseren Kontaktes auf der
Oberfläche vergoldet. Die Kontaktkraft zwischen dem Stift
22 und der Kugel 20 wird durch die Vorspannung der Feder
28 bestimmt. Das Gewicht der Kugel 20 ist so gewählt, daß
es den Stift 24 sicher niederdrücken kann. Zu diesem Zweck
ist die Kugel 20 so groß, daß sie in dem Gehäuse 10 gerade
eine den Stift 24 freigebende Bewegung ausführen kann. Die
Kugel 20 ist auch aus einem relativ schweren Metall herge
stellt. Damit liegt die Kugel 20 stets auch mit einer
ausreichenden Kontaktkraft auf der Auflagefläche 14 auf.
Ein zweiter Kontakt 32 ist mit einem federnden Golddraht
34 verbunden. Der Stift 24 ist über die Feder 28
elektrisch leitend mit dem Golddraht 34 verbunden.
Wenn die Kugel 20 in ihrer Mittellage ist, ist somit ein
Stromkreis geschlossen von dem Kontakt 18 über das Gehäuse
10 und die Goldschicht 16, die Kugel 20, den Stift 24 und
den Golddraht 34 zu dem Kontakt 32. Wenn der Neigungs
winkel des Neigungsgebers den Grenzwinkel β überschreitet
und die Kugel 20 aus ihrer Mittellage gegen die Wandung
der Kammer 12 rollt, wird der Kontakt zwischen der Kugel
20 und dem Stift 24 unterbrochen. Damit wird der Strom
kreis geöffnet.
Ein geöffneter Stromkreis signalisiert somit einen
Gefahrenzustand, z.B. eine unzulässige Neigung eines
Autokranes. Das gleiche Signal erscheint, wenn die
Stromzufuhr zu dem beschriebenen Stromkreis z.B. durch
Bruch einer Zuleitung unterbrochen wird.
Eine konstruktive Ausführung eines Neigungsgebers ist in
Fig. 2 und 3 dargestellt.
Der Neigungsgeber von Fig. 2 enthält ein Gehäuse 50 aus
Kunststoff mit einem Bodenteil 52 von quadratischer
Grundform, einen Mantelteil 54 und einen Deckelteil 56.
Bodenteil 52 und Mantelteil 54 sind durch Schrauben 58
miteinander verbunden. Deckelteil 56 und Mantelteil 54
sind durch Schrauben 60 miteinander verbunden. Zwischen
dem Bodenteil 52 und der unteren Stirnfläche des Mantel
teils 54 ist ein Dichtring 62 angeordnet. Zwischen dem
Deckelteil 56 und der oberen Stirnfläche des Mantelteils
54 ist ein Dichtring 64 angeordnet. Auf der Innenseite
bildet das Mantelteil 54 eine Schulter 66. Zwischen der
Schulter 66 und dem Bodenteil 52 ist ein Kontaktteil 68
aus Metall gehalten. Das Kontaktteil 68 weist auf der
Oberseite eine konkav-konische Auflagefläche 70 auf. Die
Auflagefläche 70 ist mit einer elektrisch leitenden
Schicht 72, z.B. einer Goldschicht, versehen. Zwischen dem
Rand der Kontaktfläche 70 und der Schulter 66 ist eine
Dichtung 74 angeordnet. Auf der Kontaktfläche 70 und der
Schicht 72 ist eine Kugel 76 angeordnet. Wenn der
Neigungsgeber im wesentlichen horizontal angeordnet ist,
liegt die Kugel 76 in der Mitte auf der Auflagefläche im
Bereich der Spitze des durch die konkav-konische
Auflagefläche definierten Kegels. Wenn ein Grenzwert des
Neigungswinkels überschritten wird, rollt die Kugel 76 aus
dieser Mittellage etwas nach außen und legt sich an die
Innenwandung des Mantelteiles 54 an.
In dem Bodenteil 52 ist auf der Oberseite eine Vertiefung
78 vorgesehen. Eine entsprechende Vertiefung 80 ist auf
der Unterseite des Kontaktteils 68 angebracht. Die Schicht
72 ist mit einer (nicht dargestellten) ersten Anschluß
klemme verbunden. Die Kugel 76 ist eine vergoldete Metall
kugel, die mit der elektrisch leitenden Schicht 72 in
elektrischem Kontakt ist. In dem Kontaktteil 68 ist im
Bereich der Kegelspitze der Kontaktfläche 70 eine zentrale
Bohrung 84 angebracht. Die Bohrung 84 erweitert sich zu
einem Hohlraum 86 von größerem Durchmesser. In dem Hohl
raum 86 sitzt ein topfförmiges Isolierstück 88. Ein Stift
90 aus elektrisch leitendem Material erstreckt sich durch
eine Dichtung 92 in der Bohrung 84 und durch eine Bohrung
92 des Isolierstücks 88. Der Stift 90 weist einen Bund 94
auf. Eine vorgespannte Wendelfeder 96 liegt an dem Bund 94
an und stützt sich an einem Vorsprung 98 des Bodenteils
ab. Der Vorsprung 98 führt den unteren Teil des topf
förmigen Isolierstücks 88 und ist von einer Ringnut 100
umgeben, in welche das offene Ende des topfförmigen
Isolierstücks 88 hineinragt. Die Wendelfeder 96 ist mit
einer (nicht dargestellten) zweiten Anschlußklemme
verbunden. Das Innere des Gehäuses 50 ist mit einer
viskosen Dämpfungsflüssigkeit gefüllt.
Das Gehäuse 50 ist in einem größeren Außengehäuse 102
angeordnet. Das Außengehäuse 102 hat im wesentlichen
quadratischen Grundriß. In einer Hälfte des Außengehäuses
102 sitzt das Gehäuse 50. Das Gehäuse 50 weist gegenüber
liegende Befestigungsflansche 104, 106 auf. Diese
Befestigungsflansche 104, 106 sind durch Schrauben 108 mit
dem Boden des Außengehäuses 102 verbunden. In der zweiten
Hälfte des Außengehäuses 102 ist eine Leitplatte 110
angeordnet und mit Schrauben 112 befestigt. Die
Leiterplatte 110 enthält die zugehörige Elektronik, die
mit den Anschlußklemmen des Gehäuses 50 verbunden ist.
In der dargestellten Lage ist der Stromkreis von der einen
Anschlußklemme über die elektrisch leitende Schicht 72,
die Kugel 76, den Stift 90 und die Wendelfeder 96 zu der
anderen Anschlußklemme geschlossen. Wenn der Neigungs
winkel des Neigungsgebers den Grenzwinkel überschreitet,
rollt die Kugel 76 aus der Mittellage zum Rand und gibt
den Stift 90 frei. Damit wird der Kontakt zwischen Kugel
76 und Stift 90 unterbrochen und der Stromkreis geöffnet.
Claims (3)
1. Neigungsgeber, der bei Überschreiten eines vorge
gebenen Neigungswinkels unabhängig von der Richtung
der Neigung ein Signal gibt, enthaltend
- (a) eine konkav-konische Auflagefläche (14), deren Kegelwinkel 180°-2β ist, wenn β der besagte vorgegebene Neigungswinkel ist,
- (b) eine auf der Auflagefläche (14) aufliegende Kugel (20), die bei einem kleineren als dem vorgegebenen Neigungswinkel sich über der Kegelspitze der konischen Auflagefläche (14) befindet, und
- (c) von der Kugel (20) gesteuerte Mittel zur Signal gabe, wenn die Kugel (20) bei Überschreiten des besagten vorgegebenen Neigungswinkels von der besagten Kegelspitze zum Rand der Auflagefläche (14) hin rollt,
- (d) wobei es sich um die Mittel zur Signalabgabe um
Fühler handelt, die im Bereich der in ihrer
Ruhestellung befindlichen Kugel angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß - (e) der Fühler einen elektrisch leitenden Stift (24) enthält, der unter dem Einfluß einer Feder (28) im Bereich der Kegelspitze isoliert über die konische Auflagefläche (14) hinausragt,
- (f) die Auflagefläche (14) von einem elektrisch leitenden Körper (16) gebildet ist, der mit einer ersten Anschlußklemme (18) verbunden und gegenüber dem Stift (24) isoliert ist,
- (g) die Kugel (20) elektrisch leitend ist und in ihrer Mittelstellung über der Kegelspitze eine Verbindung zwischen dem die Auflagefläche (14) bildenden Körper (16) und dem Stift (24) herstellt, während diese Verbindung unterbrochen ist, wenn die Kugel (20) zum Rand der Auflagefläche (14) rollt, und
- (h) der Stift (24) mit einer zweiten Anschlußklemme (32) verbunden ist.
2. Neigungsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stift (24) über die als Wendelfeder
ausgebildete Feder (28) mit der zweiten Anschlußklemme
(32) verbunden ist.
3. Neigungsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der die Auflagefläche bildende Körper
von einer elektrisch leitenden Schicht (16) auf einer
konkav-konischen Oberfläche (14) gebildet ist.
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- 1988-09-05 DE DE19883830108 patent/DE3830108C2/de not_active Expired - Fee Related
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