DE4032332A1

DE4032332A1 - MEASURING DEVICE FOR DETECTING THE PENDULUM ANGLE

Info

Publication number: DE4032332A1
Application number: DE4032332A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Becker; Karl Knaack; Andreas Dipl Ing Duhme; Wilhelm Dr Ing Hesse
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1992-04-16
Anticipated expiration: 2010-10-10
Also published as: ATE102168T1; EP0485042B1; EP0485042A1; DE59101094D1; DE4032332C2

Abstract

The invention relates to a measuring device for registering the pendulum angle of a flexible holding means (2) for lifting apparatus, with a supporting element (1) arranged on a lifting mechanism, a cardanic joint (3) fastened between the supporting element and the holding means and having axes arranged at right angles to one another, and also measurement transducers allocated to the joint (3) and measuring the movement. In order to provide a measuring device of simple construction for registering the pendulum movement, which measuring device has a high accuracy, it is proposed that the measurement transducers be rotary encoders (4), and each rotary encoder (4) is connected with its measuring shaft (11) to a spindle (5, 5') of the joint (3) in order to directly receive the rotary movement of the spindles (5, 5'). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Erfassung des Pendelwinkels eines flexiblen Haltemittels für Hebeeinrichtungen mit einem an einer Hubvorrichtung angeordneten Tragelement, mit einem zwischen dem Tragelement und dem Haltemittel befestigten Gelenk kardanischer Art mit rechtwinklig zueinander angeordneten Achsen sowie dem Gelenk zugeordneten, die Bewegung abgreifenden Meßwertaufnehmern.The invention relates to a measuring device for detecting the Pendulum angle of a flexible holding device for lifting devices with a support element arranged on a lifting device, with a Joint fastened between the support element and the holding means gimbal type with axes arranged at right angles to each other as well the transducer assigned to the joint and tapping the movement.

Es ist in der Fördertechnik ein seit langem bestehendes Problem, das durch die Anfahr- und Abbremsbewegungen von Krananlagen hervorgerufene Pendeln der an Tragseilen hängenden Last zu unterdrücken. Eine Lösungsmöglichkeit besteht in der Anwendung von Regel- und Steuer- Verfahren zur Pendeldämpfung. Diese Verfahren wirken durch gezielte Katz- und Kranfahrbewegungen dem Pendeln der Last entgegen. Der Erfolg der Pendeldämpfung ist u. a. abhängig von der Meßsignalgüte des Meßwertaufnehmers. Im allgemeinen werden Genauigkeiten von mindestens 0,1° als notwendig betrachtet. It is a longstanding problem in conveyor technology that caused by the start-up and braking movements of crane systems To suppress the pendulum of the load hanging on the suspension cables. A Possible solutions are the use of regulating and control Pendulum damping method. These procedures work through targeted Trolley and crane movements to counter the load swinging. The success the pendulum damping is u. a. depending on the measurement signal quality of the Sensor. Generally, accuracies of at least 0.1 ° considered necessary.

Aus der DE-OS 21 15 587 ist eine Ladevorrichtung mit einer verfahrbaren Hubvorrichtung und einer Meßeinrichtung zur Erfassung des Pendelwinkels eines Tragseils bekannt. Die Meßeinrichtung ist an der Hubvorrichtung und einem über eine Unterflasche geführten Ende des Tragseils angeordnet. Die Pendelbewegung des Seils wird über zwei das Seil umgreifende Ringe auf je einen zugeordneten zweiarmigen Hebel übertragen. Die Hebel sind in 90° zueinander versetzten, senkrecht zum Seiltrum ausgerichteten Achsen nach Art einer Kardanlagerung aufgehängt. Jeder Hebel ist durch ein weiteres Gelenk mit einer quer zur Aufhängungsachse des Hebels ausgerichteten Schwenkachse getrennt. Durch diese Anordnung der Gelenke wird die Pendelbewegung des Seils in zwei Richtungskomponenten aufgeteilt. An dem oberen Ende sind die Hebel mit je einem Zahnsegment versehen, das in ein Zahnrad eingreift. Das Zahnrad sitzt auf einer parallel zur Achse des Hebels angeordneten Betätigungswelle eines Drehpotentiometers. Die Drehpotentiometer sind an eine Signalverarbeitung angeschlossen, die über die Widerstandsänderungen den Pendelwinkel bestimmt.From DE-OS 21 15 587 is a loading device with a movable Lifting device and a measuring device for detecting the pendulum angle a suspension cable known. The measuring device is on the lifting device and an end of the suspension cable that is led over a bottom block arranged. The pendulum movement of the rope becomes two over the rope encompassing rings on an assigned two-armed lever transfer. The levers are offset at 90 ° to each other, perpendicular to Axis-aligned axes suspended in the manner of a gimbal. Each lever is transverse to one another with a joint Suspension axis of the lever aligned pivot axis separately. By this arrangement of the joints becomes the pendulum motion of the rope in two Directional components divided. At the top end are the levers Provide one tooth segment each, which engages in a gear. The gear sits on a parallel to the axis of the lever Actuating shaft of a rotary potentiometer. The rotary potentiometers are on a signal processing connected via the Changes in resistance determined the pendulum angle.

Diese Meßeinrichtung erweist sich als nachteilig, da die Genauigkeit der Winkelmessung durch das Spiel in den vielen Lagerstellen der Achsen und zwischen dem Zahnsegment und dem Zahnrad, sowie der mangelnden Genauigkeit des Drehpotentiometers beeinträchtigt wird. Weiterhin verhindert die Reibung der Zahnpaarung sowie des Drehpotentiometers die Rückkehr des Drehpotentiometers in die Nullage und ermöglicht keine Erfassung von kleinen Änderungen der Meßgröße.This measuring device proves to be disadvantageous because the accuracy of the Angle measurement through the play in the many bearings of the axes and between the tooth segment and the gear, as well as the lack Accuracy of the rotary potentiometer is impaired. Farther prevents the friction between the tooth pair and the rotary potentiometer Return of the rotary potentiometer to the zero position and enables none Detection of small changes in the measured variable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine baulich einfache Meßeinrichtung zur Erfassung des Pendelwinkels zu schaffen, die eine hohe Genauigkeit aufweist. The invention has for its object a structurally simple Measuring device for detecting the pendulum angle to create a has high accuracy.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Meßeinrichtung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 mit den Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention in a measuring device Generic term of claim 1 with the measures of the characterizing Part of claim 1 solved. Further advantageous embodiments of the Invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß erzielt die Meßeinrichtung zur Erfassung des Pendelwinkels durch die Verwendung eines Gelenkes kardanischer Art mit kreuzförmig zueinander angeordneten Achsen und die unmittelbare Anordnung von Drehwinkelgebern an diese Achsen Meßsignale mit einer hohen Genauigkeit. Besonders vorteilhaft auf die Genauigkeit wirkt sich die spielarme Lagerung der Achsen des einfachen Kreuzgelenkes aus, sowie die spielfreie Verbindung zwischen den Achsen und den Meßwellen der Drehwinkelgeber über eine torsionssteife, flexible Kupplung. Die Anordnung der Drehwinkelgeber mit ihren Meßwellen in Verlängerung der zugehörigen Achse verhindert ein Verfälschen des Meßsignals durch eine winklige Lage der Achse und der Welle zueinander. Die Befestigung des Drehwinkelgebers über einen Zwischenflansch mit Aussparungen an dem Gelenkelement ermöglicht ein mechanisches Einstellen des Drehwinkelgebers auf den Nullpunkt nach einem Lösen der Kupplung von außen durch den Zwischenflansch. Die Verbindung zwischen dem unteren Gelenkelement und dem flexiblen Haltemittel mit einer Stange bedingt eine saubere Einleitung der Pendelbewegung des Haltemittels in das Gelenk. Die Verwendung von Leichtmetall, speziell Aluminium, für die Gelenkelemente in Verbindung mit ihrer nahezu reibungsfreien Lagerung erzielt über die dadurch geringen Trägheitskräfte eine Meßeinrichtung, die schnell auf eine Änderung der Meßgröße anspricht. Im Sinne der Erfindung können die Achsen auch aus Kunststoff gefertigt werden. Die Anordnung der Meßeinrichtung anstatt an dem lasttragenden Haltemittel an einem zusätzlich gespannten und mit der Pendelbewegung des Haltemittels gekoppelten Seil führt über eine geringere Belastung zu u. a. einer vorteilhafteren, kleineren Dimensionierung des Gelenkes und der Wälzlager. According to the invention, the measuring device for detecting the Pendulum angle by using a gimbal type joint axes arranged in a cross shape to each other and the immediate Arrangement of rotary encoder on these axes measurement signals with a high accuracy. The accuracy is particularly advantageous the low-play mounting of the axes of the simple universal joint, and the backlash-free connection between the axes and the measuring shafts of the Angle of rotation encoder via a torsionally rigid, flexible coupling. The Arrangement of the rotary encoder with their measuring shafts in extension of the associated axis prevents the measurement signal from being falsified by a angular position of the axis and the shaft to each other. The attachment of the Angle of rotation encoder via an intermediate flange with cutouts on the Joint element enables mechanical adjustment of the Angle of rotation encoder to the zero point after releasing the clutch from outside through the intermediate flange. The connection between the lower Joint element and the flexible holding means conditional with a rod a clean initiation of the pendulum movement of the holding means in the Joint. The use of light metal, especially aluminum, for the Joint elements in connection with their almost frictionless storage achieves a measuring device via the low inertia forces, which responds quickly to a change in the measured variable. In the sense of the Invention, the axes can also be made of plastic. The Arrangement of the measuring device instead of on the load-bearing holding means an additional tensioned and with the pendulum movement of the holding means coupled rope leads to a lower load u. a. one more advantageous, smaller dimensions of the joint and Roller bearing.

Ein zusätzlicher Vorteil der Meßeinrichtung liegt in der Anordnung des Seilabrißschalters an der Anschlußstange für das flexible Haltemittel. Hierdurch wird die Kopplung der Meßeinrichtung mit der pendelnden Last ständig überwacht. Die Führung der Achse in dem unteren Gelenkelement über ein Gleitlager ist wiederum spielarm ausgeführt. Auch vorteilhaft ist die Verwendung eines Winkelcodierers an sich bekannter Art als Drehwinkelgeber mit einer Auflösegenauigkeit besser als 0,1°. Das Meßprinzip des verwendeten Winkelcodierers beruht auf der Abtastung von äquidistanten Strichmarkierungen mit Hilfe optischer Sensoren. Die Strichmarkierungen befinden sich auf einer Scheibe, die mit der Meßwelle des Drehwinkelgebers verbunden ist. Die Genauigkeit des Winkelcodierers ist von der Anzahl der optischen Sensoren und der Strichmarkierungen abhängig. Die Meßsignale der Sensoren werden zu dem Pendelwinkel weiterverarbeitet.An additional advantage of the measuring device lies in the arrangement of the Cable break switch on the connecting rod for the flexible holding means. As a result, the coupling of the measuring device with the oscillating load constantly monitored. The guidance of the axis in the lower joint element In turn, a plain bearing is designed with little play. Also beneficial is the use of a rotary encoder known per se as Angle of rotation encoder with a resolution accuracy better than 0.1 °. The Measuring principle of the angle encoder used is based on the scanning of Equidistant line markings with the help of optical sensors. The Line markings are on a disc, with the measuring shaft of the rotary encoder is connected. The accuracy of the encoder depends on the number of optical sensors and the line markings dependent. The measurement signals from the sensors become the pendulum angle processed further.

Die nahezu reibungs- und spielfreie Lagerung der Meßwelle des Drehwinkelgebers in Verbindung mit dem ebenfalls nahezu reibungs- und spielfreien Kardangelenk ermöglicht die Messung auch von kleinen Pendelwinkeln mit hoher Genauigkeit und die Rückkehr des Drehwinkelgebers in seine Nullage ist gewährleistet.The almost frictionless and play-free mounting of the measuring shaft of the Angle of rotation in conjunction with the also almost friction and backlash-free universal joint enables the measurement of even small ones Pendulum angles with high accuracy and the return of the Angle of rotation encoder in its zero position is guaranteed.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen, erläutert. Es zeigtThe invention is based on the drawings Represent embodiments of the invention explained. It shows

Fig. 1 eine Prinzipskizze der Meßeinrichtung, Fig. 1 is a schematic diagram of the measuring device,

Fig. 2 einen Querschnitt eines Konstruktionsbeispieles, Fig. 2 shows a cross section of a construction example,

Fig. 3 eine Ausschnittsvergrößerung von Fig. 2 aus dem Bereich des Gelenks. Fig. 3 is an enlarged detail of Fig. 2 from the area of the joint.

Anhand der Fig. 1, die eine Prinzipskizze der Meßeinrichtung zur Erfassung des Pendelwinkels a zeigt, wird deren Funktionsweise näher erläutert. Die Meßeinrichtung ist zwischen einem Tragelement 1 und einem flexiblen Haltemittel 2 angeordnet und besteht im wesentlichen aus einem Gelenk 3, insbesondere einem einfachen Kreuzgelenk, sowie aus zwei Drehwinkelgebern 4. Eine Pendelbewegung des Haltemittels 2 wird auf das Gelenk 3 mit seinen kreuzförmig zueinander angeordneten Achsen 5 übertragen. Die Drehbewegung der Achsen 5 wird direkt von den Drehwinkelgebern 4 erfaßt und an eine nicht dargestellte Signalverarbeitungseinrichtung zur Bestimmung des Pendelwinkels weitergeleitet.With reference to FIG. 1, which shows a schematic diagram of the measuring device for detecting the pendulum angle a, its mode of operation is explained in more detail. The measuring device is arranged between a support element 1 and a flexible holding means 2 and essentially consists of a joint 3 , in particular a simple universal joint, and two rotation angle sensors 4 . An oscillating movement of the holding means 2 is transmitted to the joint 3 with its axes 5 arranged in a cross shape. The rotational movement of the axes 5 is detected directly by the rotary angle sensors 4 and passed on to a signal processing device (not shown) for determining the pendulum angle.

In Fig. 2 ist ein Konstruktionsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung im Querschnitt dargestellt. An einem Tragelement 1, das z. B. Bestandteil einer nicht dargestellten Katze eines Laufkranes ist, ist über eine Einstelleinrichtung 6 und ein quaderförmiges Gehäuse 7 die Meßeinrichtung befestigt. Mit Hilfe der Einstelleinrichtung 6 ist die Meßeinrichtung in X-Richtung (z. B. Kranfahrrichtung) und Y-Richtung (z. B. Katzfahrrichtung) auf eine lotrechte Ausrichtung des Haltemittels in Ruhelage justierbar. Das Tragelement 1 ist zusätzlich mit nicht dargestellten weiteren Einstelleinrichtungen an der Laufkatze winkelverstellbar befestigt. Die Meßeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Gelenk 3 kardanischer Art und zwei Drehwinkelgebern 4 mit einer Auflösegenauigkeit von 0,025°. Das Gelenk 3 ist aus zwei U-förmigen, die offenen Seiten einander zugewandten Gelenkelementen 8, 8′ aufgebaut, die über zwei kreuzförmig aneinander befestigte Achsen 5, 5′ miteinander verbunden sind. In Fig. 2 a construction example of the measuring device according to the invention is shown in cross section. On a support element 1 , the z. B. is part of a cat, not shown, of a traveling crane, the measuring device is attached via an adjusting device 6 and a cuboid housing 7 . With the aid of the setting device 6 , the measuring device can be adjusted in the X direction (e.g. crane travel direction) and Y direction (e.g. trolley travel direction) to a perpendicular alignment of the holding means in the rest position. The support element 1 is additionally fastened to the trolley in an angle-adjustable manner with further adjusting devices (not shown). The measuring device consists essentially of a joint 3 of cardanic type and two rotation angle sensors 4 with a resolution accuracy of 0.025 °. The joint 3 is composed of two U-shaped, the open sides facing each other joint elements 8 , 8 ', which are connected to each other via two cross-shaped axes 5 , 5 '.

An dem unteren Gelenkelement 8′ ist über eine Stange 12 ein flexibles Haltemittel 2, insbesondere ein über eine an einem Lastaufnahmemittel angeordnete Umlenkrolle geführtes und von einem Stillstandsmotor unter Spannung gehaltenes Seil, verbunden. An den Außenseiten der U-förmigen Gelenkelemente 8, 8′ sind in Höhe der Bohrungen für die Lagerung der Achsen 5, 5′ über einen Zwischenflansch 9 die Drehwinkelgeber 4 lösbar befestigt. Die Drehwinkelgeber 4 sind mit ihren Meßwellen 11 über eine torsionssteife, flexible Kupplung 10 mit den Achsen 5, 5′ verbunden.On the lower hinge element 8 ', a flexible holding means 2 , in particular a guided over a deflection roller arranged on a load-carrying means and held by a standstill cable, is connected via a rod 12 . U-shaped on the outer sides of the joint elements 8, 8 'of the holes for the mounting of the axles 5, 5 in height' the rotary encoder 4 is fixed via an intermediate flange 9 removably. The rotary encoder 4 are connected to their measuring shafts 11 via a torsionally rigid, flexible coupling 10 with the axes 5, 5 '.

Fig. 3 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung von Fig. 2 aus dem Bereich des Gelenks 3. Der Zwischenflansch 9 ist mit zwei Aussparungen 14 versehen. Die Aussparungen 14 sind derart angeordnet, daß die nicht dargestellten Madenschrauben für die Befestigung der Kupplung 10 an der Meßwelle 11 und einer Zwischenachse 13 von außen durch den Zwischenflansch 9 hindurch gelöst bzw. angezogen werden können. Hiermit ist eine Einstellung des Drehwinkelgebers 4 auf seine Nullage möglich. Die Zwischenachse 13 ist mit einem Ende in eine Bohrung der Achse 5 eingesteckt und mittels einer Schraube gegen Verdrehen gesichert. Die Achsen 5, 5′ sind über Kugellager 15, insbesondere Rillenkugellager, in Bohrungen der U-förmigen Gelenkelemente 8, 8′ gelagert. In dem unteren Gelenkelement 8′ ist eine Stange 12, an der das Haltemittel 2 befestigt ist, über ein Gleitlager 18 geführt. An dem oberen Ende der Stange 12 ist mittels einer Verschraubung eine Anschlagplatte 16 angeordnet, an der sich eine um die Stange 12 angeordnete Feder 17 abstützt. Das andere Ende der Feder 17 ist an einem Vorsprung des Gelenkelementes 8′ abgestützt. Unterhalb des Gelenkelementes 8′ ist ein Seilabrißschalter 19 angeordnet, der mit seinem Schaltkontakt in eine Aussparung in Form einer umlaufenden Nut der Stange 12 eingreift. In der Zeichnung ist die Stellung des Schalters bei Seilabriß eingezeichnet. Die Feder ist etwa so ausgelegt, daß bei einer Seilkraft ³ 30 N der Schalter betätigt wird. FIG. 3 shows an enlarged detail of FIG. 2 from the area of the joint 3 . The intermediate flange 9 is provided with two cutouts 14 . The recesses 14 are arranged such that the grub screws, not shown, for fastening the coupling 10 to the measuring shaft 11 and an intermediate axis 13 can be loosened or tightened from the outside through the intermediate flange 9 . This enables the rotary angle encoder 4 to be set to its zero position. One end of the intermediate axis 13 is inserted into a bore in the axis 5 and secured against rotation by means of a screw. The axes 5, 5 'are mounted on ball bearings 15 , in particular deep groove ball bearings, in bores of the U-shaped joint elements 8, 8 '. In the lower hinge element 8 'is a rod 12 to which the holding means 2 is attached, guided over a slide bearing 18 . At the upper end of the rod 12 , a stop plate 16 is arranged by means of a screw connection, on which a spring 17 arranged around the rod 12 is supported. The other end of the spring 17 is supported on a projection of the joint element 8 '. Below the hinge element 8 'a cable break switch 19 is arranged, which engages with its switching contact in a recess in the form of a circumferential groove of the rod 12 . In the drawing, the position of the switch is shown when the rope is broken. The spring is designed so that the switch is actuated at a rope force of ³ 30 N.

Claims

1. Measuring device for detecting the pendulum angle of a flexible holding means for lifting devices with a supporting element arranged on a lifting device, with a gimbal-type joint fastened between the supporting element and the holding means with axes arranged at right angles to one another as well as the joint assigned to the movement measuring transducers, characterized in that that the transducers are rotary encoders ( 4 ) and each rotary encoder ( 4 ) with its measuring shaft ( 11 ) with an axis ( 5, 5 ') of the joint ( 3 ) for immediately recording the rotational movement of the axes ( 5, 5 ').

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the measuring shafts ( 11 ) via torsionally rigid, flexible couplings ( 10 ) with the axes ( 5, 5 ') are connected.

3. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the rotary encoder ( 4 ) with their measuring shafts ( 11 ) in an extension of the associated axis ( 5, 5 ') are arranged.

4. Measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the joint ( 3 ) is a simple universal joint which consists of two bow-shaped joint elements ( 8, 8 '), the respective ends of which over the axes ( 5, 5 ') are connected, the axes ( 5, 5 ') are arranged in a cross shape to one another and are fastened to one another, and are mounted at the ends in roller bearings ( 15 ) in the joint elements ( 8, 8 ').

5. Measuring device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotary encoder ( 4 ) with its housing ( 7 ) via an intermediate flange ( 9 ) on the hinge element ( 8 ) and the intermediate flange ( 9 ) seen in the axial direction Height of the attachment of the coupling ( 10 ) on the axes ( 5, 13 ) has recesses.

6. Measuring device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a rope ( 2 ) acts on the measuring device, which on the one hand is stationary and on the other hand is guided over a deflection roller arranged on a load-carrying means and is tensioned via a standstill motor.

7. Measuring device according to one of claims 1 to 6, characterized in that between the holding means ( 2 ) and the joint ( 3 ) a rod ( 12 ) is arranged, the rod ( 12 ) in the direction of the holding means ( 2 ) via a plain bearing ( 18 ) in the joint element ( 8, 8 ') and supported by a spring ( 17 ) on the joint element ( 8 '), and on the joint element ( 8 ') at the level of a circumferential groove on the rod, a rope break switch ( 19 ) is arranged, a change between loading and unloading of the holding means ( 2 ) actuating the cable break switch ( 19 ) via the groove or the rest of the rod ( 12 ).

8. Measuring device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the joint elements ( 8, 8 ') are made of light metal.