EP1224145B1

EP1224145B1 - System zum steuern der bewegungen einer lasthebevorrichtung

Info

Publication number: EP1224145B1
Application number: EP00969555A
Authority: EP
Inventors: Gerd Münnekehoff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-10-30
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2003-08-06
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: WO2001032547A1; ATE246661T1; EP1224145A1; US7070061B1; AU7923200A; DE50003221D1; DE29919136U1; ES2203522T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lasthebevorrichtung, mit einem Steuersystem insbesondere einer an einer Laufschienenkonstruktion geführten Kran-Laufkatze, bezüglich ihrer Bewegungen in einer durch Koordinatenachsen definierten horizontalen Ebene, wobei die Lastliebevorrichtung ein - zumindest in Ruhelage schwerkraftbedingt - vertikal ausgerichtetes Tragelement aufweist, und der Lasthebevorrichtung zur Ausführung der Bewegungen mindestens eine motorische Antriebsvorrichtung zugeordnet ist, die jeweils in Abhängigkeit von einer das Tragelement in im wesentlichen horizontaler Richtung beaufschlagenden, insbesondere manuell aufzubringenden, mittels einer Sensoreinrichtung erfaßbaren Kraft ansteuerbar ist.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein solches System, bei dem die Lasthebevorrichtung ein flexibles, aufwickelbares, pendelfähiges Tragelement aufweist, das in Ruhelage schwerkraftbedingt vertikal ausgerichtet ist.

Es sind Kranbahnen mit einer in nur einer Koordinatenrichtung hin- und herbeweglichen Laufkatze (Einschienenbahn) sowie auch mit einer über eine Fläche hinweg in zwei Koordinatenrichtungen beweglichen Laufkatze (Laufkran) bekannt Dabei ist die Laufkatze selbst an einer Schiene geführt, und diese Schiene ist dann gegebenenfalls an weiteren Schienen mit zu ihrer Längserstreckung senkrechter Bewegungsrichtung geführt. Die Lasthebevorrichtung bzw. Laufkatze weist in vielen Fällen ein flexibles, aufwickelbaren Tragelement, beispielsweise ein Tragseil oder eine Kette, auf, welches im Ruhezustand schwerkraftbedingt vertikal ausgerichtet ist Es werden oftmals auch starre, stangenartige Tragelemente verwendet. Mit der Lasthebevorrichtung kann eine Last in vertikaler Raumrichtung gehoben oder gesenkt werden, indem das Tragelement auf- oder abgewickelt bzw. insgesamt vertikal bewegt wird.

Bei vielen solchen Kranbahnen ist die Laufkatze freibeweglich über entsprechende Freilauflager, beispielsweise Rollen, geführt Hierbei müssen die horizontalen Bewegungen der Laufkatze von der Bedienungsperson manuell über das Tragelement veranlaßt werden, indem die Laufkatze mit dem Tragelement bzw. der daran hängenden Last in die entsprechende Richtung gezogen oder geschoben wird. Im Falle eines flexiblen Tragelementes können je nach Höhe der Last große Auslenkungen des Tragelementes erforderlich sein, bevor sich die Laufkatze überhaupt bewegt. Zum Ende der jeweiligen Bewegung kommt es oft auch zu einem unerwünschten Überschwingen, d.h. zu einer ungewollten Weiterbewegungen der Laufkatze über die jeweils gewünschte Position hinaus und gegebenenfalls sogar relativ hart gegen einen Endanschlag der jeweiligen Tragschiene. Es ist daher oft erforderlich, daß die Laufkatze über das Tragelement auch abgebremst und gegebenenfalls sogar wieder etwas zurückgezogen werden muß. Hierzu ist dann eine relativ weite umgekehrte Auslenkung des Tragelementes erforderlich. Aus alledem resultiert eine schlechte, umständliche, zeit- und müheaufwendige Handhabung.

Es sind auch Kranbahnen mit motorisch angetriebenen Laufkatzen bekannt. Dabei wird üblicherweise der Laufkatzenantrieb von einem Führerstand bzw. einer Handtastatur aus über entsprechende, z.B. elektrische Schaltmittel gesteuert. Auch hierbei treten Probleme auf. Vor allem resultieren aus jeder Geschwindigkeitsänderung, d.h. aus jedem Beschleunigungs- und Bremsvorgang, Pendelbewegungen der an dem Tragelement hängenden Last. In ungünstigen Fällen können solche Bewegungen so stark werden, daß z.B. ein freistehender Kran sogar wegkippen kann.

Um ein System zum Steuern einer Lasthebevorrichtung, insbesondere ein System zum Steuern der Bewegung einer an einer Laufschienenkonstruktion geführten Kran-Laufkatze mit einem vertikal ausgerichteten Tragelement, zu schaffen, das auf steuertechnisch einfache Weise eine besonders komfortable Bedienung bei gleichzeitig hoher Sicherheit gewährleistet, ist es aus der DE-A-198 25 312 bekannt, der Lasthebevorrichtung zur Ausführung der Bewegungen mindestens eine motorische Antriebsvorrichtung zuzuordnen, die jeweils in Abhängigkeit von einer das Tragelement in im wesentlichen horizontaler Richtung beaufschlagenden Kraft ansteuerbar ist. Diese insbesondere manuell aufzubringende Kraft wird in dem bekannten System mittels einer Sensoreinrichtung erfaßt Die Bedienungsperson braucht somit nur noch eine geringfügige Manipulationskraft direkt an der Last oder im Bereich der Lastaufnahmeeinrichtung aufzubringen, wodurch sich die Hebevorrichtung mit der Last selbstätig motorisch in die entsprechende Richtung bewegt Ohne Krafteinwirkung bleibt die Last sofort stehen. Die Last kann daher sehr feinfühlig und genau manipuliert und plaziert werden.

Die jeweilige Kraft kann in dem bekannten System unmittelbar, z.B. mittels DMS-Technik (DMS = Dehnungsmeßstreifen), erfaßt werden, was sich vor allem bei Verwendung eines starren Tragelementes anbietet, wo die jeweilige Manipulationskraft über das starre Tragelement nahezu ohne Auslenkungen auf eine im Bereich der Lasthebevorrichtung angeordnete Sensoreinrichtung übertragen werden kann.

Dehnungsmeßstreifen finden auch in einem bekannten Steuersystem gemäß der GB-A-2 110 428 und in einem bekannten Hebesystem gemäß der WO 98/43911 Anwendung. Das erstgenannte Dokument offenbart dabei ein Steuersytem für eine Lasthebevorrichtung, in dem ein Tragelement durch manuelle Eingaben in eine Leitsteuerung in X- und Y-Achsrichtungen gesteuert werden kann. Das zweitgenannte Dokument beschreibt ein manuell betätigtes pneumatisches Hebesystem, in dem als Kraftaufnehmer neben Dehnungsmeßstreifen auch piezoelektrische Sensoren offenbart sind.

Alternativ zu derartigen technischen Lösungen ist bekanntermaßen vor allem bei Verwendung eines flexiblen und daher pendelfähigen Tragelementes eine indirekte Krafterfasssung vorgesehen, indem von der jeweiligen Manipulationskraft abhängige, gegenüber der Vertikalen aufgezwungene Auslenkungen des Tragelementes erfaßt werden. Hierzu ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, mit der Auslenkungen des Tragelementes relativ zur Vertikalen erfaßt werden, und die dann in Abhängigkeit von der Richtung und vorzugsweise auch von dem Grad der Auslenkung Steuersignale zum Ansteuern der Antriebseinrichtung der Lasthebevorrichtung erzeugt. Die Sensoreinrichtung des bekannten Systems weist eine Meßeinheit auf, die einerseits einen mit dem Tragelement verbundenen Auslenkkörper sowie andererseits mindestens einen Abstandssensor umfaßt Der Abstandssensor ist horizontal in einem bestimmten, mittels der Manipulationskraft veränderbaren Abstand neben dem Auslenkkörper gehaltert. Es liegt somit eine wegabhängige Krafterfasssung vor. Ein Nachteil dieses bekannten Systems besteht aber darin, daß die Bedienkräfte lastabhängig sind, d.h. bei größeren Lasten, z.B. bei Lasten über 100 kg, muß eine höhere Manipulationskraft aufgebracht werden als bei kleineren Lasten, um das Tragelement gegenüber der Vertikalen um ein- und denselben Betrag auszulenken.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem der genannten Art, insbesondere durch die Art der Gestaltung der Krafterfassung durch die Sensoreinrichtung, in einfacher und preiswerter Weise hinsichtlich seines Bedienkomforts zu verbessern, insbesondere derart, daß damit bei hoher Positioniergenauigkeit und rascher Positioniergeschwindigkeit eine lastunabhängige Steuerung, erfolgen kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Sensoreinrichtung derart ausgebildet und in bezug auf das Tragelement angeordnet ist, daß die Kraft wegfrei erfaßt wird, wobei die Sensoreinrichtung eine Meßeinheit mit einem Gehäuse und mit einem mit dem Tragetement in Verbindung stehenden Meßkörper und mit mindestens einem der jeweiligen Koordinatenachse bzw. der zugehörigen Antriebseinrichtung zugeordneten Kraftaufnehmer aufweist, der in Berührung mit dem Meßkörper steht.

Unter "wegfrei" wird dabei verstanden, daß die Teile der Sensoreinrichtung relativ zueinander keine makroskopisch registrierbaren Wege zurücklegen. Als wegfreie Kraftaufnehmer können erfindungsgemäß mit Vorteil an sich bekannte Dehnungsmeßstreifen-Kraftaufnehmer, magnetoelastische, piezoelektrische oder faseroptische Kraftaufnehmer zur Anwendung kommen.

Für eine vorteilhafte Handhabung kann die Sensoreinrichtung bezüglich der Erzeugung der Steuersignale derart ausgelegt sein, daß eine Bewegung der Lasthebevorrichtung in eine bestimmte Koordinatenrichtung durch eine etwa gleichgerichtete, der gewünschten Bewegungsrichtung im wesentlichen entsprechende Kraft des Tragelementes bewirkt wird. Die Sensoreinrichtung kann derart feinfühlig ausgelegt sein, daß bereits eine sehr geringe Kraft, wie sie beispielsweise bei einer nur sehr geringen Auslenkung eines flexiblen Tragelementes in einem maximalen Winkelbereich von nur etwa 0 bis 3° zur Vertikalen auftritt, einen motorischen Antrieb in die entsprechende Richtung auslöst. Dabei kann die Antriebsgeschwindigkeit von der Höhe der Kraft abhängig gesteuert werden (geringere Geschwindigkeit bei geringerer Kraft und größere Geschwindigkeit bei stärkerer Kraft).

Bei Verwendung eines flexiblen Tragelementes, wie eines Seiles, erhöht sich mit zunehmender Last die Spannung des Tragelementes (Seilspannung) was sich vorteilhaft auf die Wirkung des Tragelementes auf die wegfreien Kraftaufnehmer auswirkt, an denen es anliegt. Damit das System anspricht, sind somit keine großen Austenkungswinkel des Tragelementes gegenüber der Vertikalen notwendig.

Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Manipulationskraft nicht nach einer linearen, sondern vielmehr nach einer progressiven Kurve in die Geschwindigkeit umgesetzt wird. Hierdurch werden ein langsames Anfahren und sanftes Abbremsen erreicht sowie Schwingungen beim Anfahren und Abbremsen vermieden.

Vorteilhafterweise genügt auch bei relativ großer Last eine relativ geringe, im wesentlichen horizontal wirkende Manipulationskraft, die somit sehr einfach und ohne besondere Kraftanstrengung manuell von einer Bedienungsperson aufgebracht werden kann. Auch ein positionsexaktes Anhalten ist leicht möglich, da bei Erreichen der gewünschten Position durch bloßes Loslassen der motorische Antrieb sofort stehenbleibt, weil die Manipulationskraft zu Null wird.

Die vorliegende Erfindung eignet sich für einachsige, bevorzugt aber für zweiachsige Ausführungen von Kranbahnen. Bei der zweiachsigen Ausführung kann erfindungsgemäß erreicht werden, daß zwei den beiden Koordinatenrichtungen in einer Ebene (X, Y) zugeordnete Antriebe einzeln oder gleichzeitig angesteuert werden, so daß durch Überlagerung der Antriebe auch alle beliebigen Bewegungen in zu den Koordinatenachsen schrägen Richtungen möglich sind, indem das Tragelement ebenfalls genau in die jeweilige gewünschte Bewegungsrichtung mit Kraft beaufschlagt bzw. ausgelenkt wird.

Des weiteren kann auch ein in einem Winkelbereich um eine vertikale Achse schwenkbar gelagerter Ausleger vorgesehen sein, dem ebenfalls eine motorische Antriebsvorrichtung zugeordnet sein kann, die jeweils in Abhängigkeit von einer das Tragelement in im wesentlichen horizontaler Richtung beaufschlagenden, insbesondere manuell aufzubringenden, mittels einer Sensoreinrichtung erfaßbaren Kraft ansteuerbar ist.

Aufgrund der durch die Erfindung erreichten, sehr komfortablen Bedienungsart eignet sich dieses System insbesondere zur Verwendung in Kombination mit sogenannten Gewichtsbalancem. Dabei ist die Lasthebevorrichtung derart ausgebildet, daß die an dem Tragelement hängende, praktisch "schwebende" Last durch geringe, manuell in vertikaler Richtung aufgebrachte Kräfte gehoben oder gesenkt werden kann. Durch Kombination mit der vorliegenden Erfindung kann somit die schwebende Last unabhängig von deren Gewicht durch sehr geringe Kräfte beliebig im Raum manipuliert, d.h. vertikal und/oder horizontal bewegt werden. Eine solche kombinierte Ausführungsform kann daher als "Drei-Koordinatenbalancer" oder als "Raumbalancer" bezeichnet werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung enthalten.

Anhand von bevorzugten, in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung nun genauer erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine vereinfachte Perspektivdarstellung einer Kranbahn mit einer längs einer horizontalen Bewegungsachse X-X beweglichen Lasthebevorrichtung (Laufkatze),
Fig. 2: eine Kranbahn in einer Ausführung mit in Richtung von zwei Koordinatenachsen X-X und Y-Y über eine horizontale Fläche hinweg beweglicher Lasthebevorrichtung,
Fig. 3: eine vergrößerte Seitenansicht in Pfeilrichtung III gemäß Fig. 2 mit zusätzlicher Darstellung einer Last und einer Bedienungsperson,
Fig. 4: einen Vertikalschnitt durch eine Hauptkomponente einer Sensoreinrichtung des Steuersystems,
Fig. 5: einen Horizontalschnitt in der Ebene V-V gemäß Fig. 4,
Fig. 6: ein Kraft-/Geschwindigkeitsdiagramm für eine bevorzugte Ausführung mit progressiver Umsetzung von Kraft in Geschwindigkeit,
Fig. 7: in Analogie zu Fig. 4, einen Vertikalschnitt durch eine Hauptkomponente einer ersten Ausführung einer Sensoreinrichtung eines erfindungs-gemäßen Steuersystems,
Fig. 8: in Analogie zu Fig. 5, einen Horizontalschnitt in der Ebene VIII-VIII gemäß Fig. 7,
Fig. 9: einen seitlichen Schnitt durch eine erste Ausführung eines um mindestens eine vertikale Achse drehbaren Auslegers eines erfindungsgemäßen Steuersystems,
Fig. 10: eine Draufsicht auf den in Fig. 9 dargestellten Ausleger,
Fig. 11: einen seitlichen Schnitt durch eine zweite Ausführung eines um mindestens eine vertikale Achse drehbaren Auslegers eines erfindungsgemäßen Steuersystems,
Fig. 12: eine Draufsicht auf den in Fig. 11 dargestellten Ausleger,
Fig. 13: in Analogie zu Fig. 7, einen Vertikalschnitt durch eine Hauptkomponente einer zweiten Ausführung einer Sensoreinrichtung eines erfindungs-gemäßen Steuersystems,
Fig. 14: einen seitlichen Schnitt durch eine dritte Ausführung eines um mindestens eine vertikale Achse drehbaren Auslegers eines erfindungsgemäßen Steuersystems,
Fig. 15: eine Draufsicht auf den in Fig. 14 dargestellten Ausleger,
Fig. 16: einen seitlichen Schnitt durch eine vierte Ausführung eines um mindestens eine vertikale Achse drehbaren Auslegers eines erfindungsgemäßen Steuersystems,
Fig. 17: einen seitlichen Schnitt durch eine fünfte Ausführung eines um mindestens eine vertikale Achse drehbaren Auslegers eines erfindungsgemäßen Steuersystems.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind dieselben Teile auch stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß sie in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben werden.

In Fig. 1 ist zunächst beispielhaft eine Kranbahn 1 in einer Ausführung als Einschienenbahn dargestellt. Hierbei ist eine Laufschienenkonstruktion 2 mit einer sich horizontal und insbesondere geradlinig erstreckenden Laufschiene 4 vorgesehen, an der eine Lasthebevorrichtung 6, insbesondere eine sogenannte Laufkatze 8, in Richtung einer horizontalen Koordinatenachse X-X hin- und herbeweglich geführt ist. Die Laufschienenkonstruktion 2 ist über Halteelemente 10 an einer nicht dargestellten Gebäudedecke und/oder gesonderten stationären Trägem 12 (vgl. Fig. 2) befestigt.

Die Lasthebevorrichtung 6 weist in den dargestellten und im folgenden beschriebenen ersten Ausführungsbeispielen ein flexibles und daher aufrollbares sowie demzufolge pendelfähiges Tragelement 14 auf, welches hier beispielhaft als Tragseil (Stahlseil) dargestellt ist, jedoch auch z.B. von einer Kette gebildet sein kann. An seinem einen, unteren Ende weist das Tragelement 14 eine Lastaufnahmeeinrichtung 16, im einfachsten Fall beispielsweise einen Haken oder dergleichen, auf; es kann sich hierbei auch um Unterdrucksauger, Greifer, Palettengabeln und dergleichen handeln. Anderendig ist mit dem Tragelement 14 eine motorische Auf- und Abwickeleinrichtung 18 verbunden (vgl. Fig. 4). Damit kann über das Tragelement 14 die Lastaufnahmeeinrichtung 16 mit einer Last 20 (Fig. 3) in vertikaler Raumrichtung Z-Z bewegt, d.h. angehoben oder abgesenkt werden.

In Fig. 2 ist die Kranbahn 1 beispielhaft in einer zweiten Ausführung als Laufkran dargestellt. Dabei besteht die Laufschienenkonstruktion 2 einerseits aus der die Lasthebevorrichtung 6 in Koordinatenrichtung X-X führenden Laufschiene 4 sowie andererseits aus weiteren Schienen 22, wobei diese weiteren Schienen 22 ortsfest über die Halteelemente 10 befestigt sind, und wobei die Laufschiene 4 in einer zweiten horizontalen Koordinatenrichtung Y-Y an den Schienen 22 hin- und herbeweglich geführt ist. Die beiden Koordinatenrichtungen X-X und Y-Y sind senkrecht zueinander angeordnet und bilden eine Ebene X-Y. Somit ist die Lasthebevorrichtung 6 beliebig über die gesamte von der Laufschienenkonstruktion 2 überdeckte Fläche bewegbar.

Der Lasthebevorrichtung 6 ist für ihre Bewegungen in Richtung X-X und/oder Y-Y mindestens eine motorische Antriebseinrichtung 23a (Fig. 1) zugeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 2 ist für die beiden Bewegungsrichtungen X-X sowie Y-Y jeweils eine entsprechende Antriebseinrichtung 23a und 23b vorgesehen, die jedoch jeweils in den Zeichnungsfiguren - einschließlich der entsprechenden Wirkverbindungen (in Form unbezeichneter Pfeile) - nur schematisch (in Blockdarstellung) dargestellt ist. Zur Ansteuerung der bzw. jeder Antriebseinrichtung 23a, 23b ist in diesen Ausführungsbeispielen ein spezielles Steuersystem vorgesehen, wobei die bzw. jede Antriebseinrichtung 23a, 23b in Abhängigkeit von einer - ausgehend von der sich schwerkraftbedingt in Ruhelage selbstätig einstellenden vertikalen Ausrichtung - aufgezwungenen Auslenkung des Tragelementes 14 ansteuerbar ist. Hierzu weist das System eine spezielle Sensoreinrichtung 24 auf, wozu insbesondere auf die Fig. 4 und 5 hingewiesen wird. Mit dieser Sensoreinrichtung 24 können Auslenkungen des Tragelementes 14 relativ zur Vertikalen 26 sehr feinfühlig erfaßt werden. Die Sensoreinrichtung 24 erzeugt dann in Abhängigkeit von der Richtung sowie vorzugsweise auch von dem Grad (Winkelmaß) der Auslenkung Steuersignale zum Ansteuem der jeweiligen Antriebseinrichtung 23a, 23b der Lasthebevorrichtung 6. Die Sensoreinrichtung 24 ist vorzugsweise bezüglich der Erzeugung der Steuersignale derart ausgelegt, daß eine Bewegung der Lasthebevorrichtung 6 in eine bestimmte Koordinatenrichtung, z.B. ± X und/oder ± Y, durch eine etwa gleichgerichtete, der gewünschten Bewegungsrichtung im wesentlichen entsprechende Auslenkung des Tragelementes 14 bewirkt wird.

Dies ist in Fig. 3 beispieihaft anhand von eingezeichneten Pfeilen veranschaulicht. Wird beispielsweise von einer Bedienungsperson 28 manuell das Tragelement 14 mittels der Last 20 und/oder der Lastaufnahmeeinrichtung 16 in Pfeilrichtung 30 mit einer Manipulationskraft F beaufschlagt und dadurch entsprechend der Bewegungsrichtung -Y um einen Winkel α aus der Vertikalen 26 in eine geringfügig schräge Ausrichtung 32 ausgelenkt, so bewirken die von der Sensoreinrichtung 24 erzeugten Ansteuersignale einen Antrieb der Lasthebevorrichtung 6 genau in der Bewegungsrichtung -Y, d.h. in Pfeilrichtung 34. Entsprechend würde eine umgekehrte Kraft F bzw. Auslenkung in Pfeilrichtung 36 einen Antrieb in Pfeilrichtung 38, d.h. in Bewegungsrichtung +Y bewirken. Entsprechendes gilt auch für die Bewegungsachse X-X sowie auch für Bewegungen in beiden Achsen, d.h. für überlagerte Bewegungen schräg zu den Koordinatenachsen.

Gemäß Fig. 4 und 5 weist die Sensoreinrichtung 24 eine Meßeinheit 40 mit einem Gehäuse 41 auf. Im dargestellten (Vergleichs-)Beispiel, bei dem eine indirekte Krafterfassung über eine kraftproportionale Auslenkung des Tragelementes 14 vorgesehen ist, besitzt die Meßeinheit 40 einerseits einen mit dem Tragelement 14 verbundenen Auslenkkörper 42 sowie andererseits mindestens einen der jeweiligen Koordinatenachse X-X bzw. Y-Y - und damit der zugehörigen Antriebseinrichtung 23a, 23b - zugeordneten Abstandssensor 44a, 44b. Der Auslenkkörper 42 sitzt derart längsverschiebbar auf dem Tragelement 14, daß einerseits das Tragelement 14 in Richtung der vertikalen Achse Z-Z relativ zu dem in dieser Achsrichtung im wesentlichen ortsfest gehaltenen Auslenkkörper 42 zwecks Heben oder Senken der Last bzw. der Lastaufnahmeeinrichtung 16 beweglich ist, sowie andererseits der Auslenkkörper 42 bei Auslenkungen des Tragelementes 14 relativ zu den Abstandsensoren 44a, 44b zur Veränderung des zur Erzeugung der Ansteuersignale erfaßbaren Abstandes mitgenommen wird. Jeder Abstandssensor 44a, 44b ist hierzu horizontal in einem bestimmten Abstand neben dem Auslenkkörper 42 gehaltert.

Für die Ausführung mit Bewegungsmöglichkeit der Lasthebevorrichtung 6 in zwei Koordinatenrichtungen X und Y weist die Meßeinheit 40 - wie dargestellt - zwei entsprechend den beiden Koordinatenachsen in einem Winkel von 90° zueinander angeordnete Abstandssensoren 44a, 44b auf. Dabei ist der Auslenkkörper 42 zweckmäßigerweise als kreiszylindrischer Körper ausgebildet und in einem hohlzylindrischen Aufnahmegehäuse 41 angeordnet, wobei die Sensoren 44a, 44b in der Wandung dieses Aufnahmegehäuses 41 gehaltert sind. Der Auslenkkörper 42 ist hierdurch in seiner Ruhelage (genau vertikal ausgerichtetes Tragelement 14) von einem gleichmäßigen Ringspalt 46 umgeben. Die lichte Weite dieses Ringspaltes 46 wird von den Sensoren 44a, 44b jeweils meßtechnisch erfaßt und dann in die Ansteuersignale umgesetzt. Hierzu sind die Abstandssensoren 44a, 44b mit einer nur schematisch dargestellten, insbesondere elektronischen Auswerteeinheit 47 verbunden, die ihrerseits die Steuersignale für die Antriebseinrichtungen 23a, 23b anhand der jeweiligen Sensor-Ausgangssignale erzeugt.

Gemäß Fig. 4 weist die Meßeinheit 40 im oberen Bereich des Aufnahmegehäuses 41 eine ortsfeste Führung 48 für das Tragelement 14 auf, um so das Tragelement 14 seitlich gegen Auslenkungen abzustützen. Die Führung 48 kann von einer Durchführöffnung gebildet sein, die einen derart an den Querschnitt des Tragelementes 14 angepaßten Öffnungsquerschnitt aufweist, daß das Tragelement 14 zwar vertikal relativbeweglich, aber horizontal in diesem Fixpunkt ortsfest geführt ist. Dieser Fixpunkt bildet somit Schwenkachsen für die Auslenkungen des unterhalb liegenden (hängenden) Abschnitts des Tragelementes 14.

Jede Antriebseinrichtung 23a, 23b ist bevorzugt als drehzahlgesteuerter Motor, insbesondere mit einem auf die Tragschienenkonstruktion 2 wirkenden Fahrantrieb, ausgebildet. Mit Vorteil kann es sich z.B. um einen Reibradantrieb handeln. Selbstverständlich können alternativ dazu beispielsweise auch Zahnradtriebe oder Zahnriemen vorgesehen sein.

Wie sich aus dem Diagramm in Fig. 6 ergibt, wird bevorzugt die Manipulationskraft F bzw. die daraus resultierende Auslenkung des Tragelementes entsprechend einer progressiven Kennlinie 50 in die Antriebsgesschwindigkeit v umgesetzt. Dies wird durch entsprechende Auslegung bzw. Programmierung der elektronischen Auswerteeinheit 47 erreicht, die eine Anpassung der Kennlinie und damit des Ansprechverhaltens des Systems an unterschiedliche Lasthebe-Aufgaben ermöglicht. Die Vorteile dieser progressiven Kennlinie 50 mit flachem Anfangsanstieg bestehen vor allem in einem sanften, weitgehend ruckfreien Anlaufen und Anhalten der Lasthebevorrichtung 6 und der Vermeidung von Schwingungen beim Anlaufen und Abbremsen, wobei dennoch auch hohe Geschwindigkeiten möglich sind. Würde demgegenüber die Umsetzung anhand einer - in Fig. 6 gestrichelt angedeuteten - linearen Kennlinie 52 erfolgen, so würde daraus ein ruckartiges, Pendelschwingungen erzeugendes Anlaufen/Abbremsen resultieren. Ein entsprechend flacherer Anstieg einer linearen Kurve hätte vor allem den Nachteil, daß auch mit einer hohen Kraft F nur eine relativ geringe Geschwindigkeit bewirkt werden könnte, was dazu führen kann, daß das System bei geringfügigen (kurzen) Auslenkungen nicht reagiert.

Das System kann bevorzugt in Kombination mit einem sogenannten Gewichtsbalancer eingesetzt werden. Dabei ist bevorzugt dem Tragelement 14 für dessen vertikale Bewegungen in Achsrichtung Z-Z ein (nicht zeichnerisch dargestellter) drehmomentengesteuerter Antrieb zugeordnet, der jeweils lastabhängig ein konstantes Drehmoment derart erzeugt, daß die Last 20 in vertikaler Richtung in jeder beliebigen Lage statisch gehalten wird, d.h. praktisch schwebt. Hierbei bewirken dann geringe, insbesondere manuell aufgebrachte, vertikal nach oben oder unten wirkende Kräfte (= Laständerungen) wegen des konstanten Drehmomentes automatisch ein Heben oder Senken der Last 20. Hieraus resultiert eine sehr einfache und komfortable Manipulation einer vermeintlich schwebenden Last im Raum durch sehr geringe Kräfte auch in vertikalen Richtungen.

Eine erfindungsgemäße Ausführung eines Systems zum Steuern einer Lasthebevorrichtung 6 ist beispielhaft zunächst in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Anstelle der oben beschriebenen Sensoreinrichtung 24, die auf der Messung eines Abstands beruht, ist eine Sensoreinrichtung 25 vorgesehen, die derart ausgebildet und in bezug auf das Tragelement 14 angeordnet ist, daß die Kraft F, die zur Steuerung des Systems aufgebracht wird, insbesondere eine im Bereich einer am freien, unteren Ende des Tragelementes 14 angeordneten Lastaufnahmeeinrichtung 16 angreifende Kraft F, wegfrei erfaßt wird.

Die Sensoreinrichtung 25 weist wie beim vorstehend dargestellten Beispiel wiederum eine Meßeinheit auf, die hier mit dem Bezugszeichen 39 bezeichnet ist. Die Meßeinheit 39 umfaßt ein Gehäuse 41, in dem sich jedoch hier kein Auslenkkörper 42, sondern ein mit dem Tragelement 14 verbundener Meßkörper 43 und mindestens ein, in der dargestellten Ausführung jeweils zwei, der jeweiligen Koordinatenachse X-X, Y-Y bzw. der zugehörigen Antriebseinrichtung 23a, 23b zugeordnete(r) Kraftaufnehmer 45a, 45b, 45c, 45d befinde(t)/(n). Jeder der Kraftaufnehmer 45a, 45b, 45c, 45d steht dabei in permanenter Berührung mit dem Meßkörper 43. Bei dem Tragelement 14 handelt es sich wiederum um ein flexibles, aufwickelbares Tragelement, wie ein Seil, das über drei Führungsrollen 43a, 43b, 43c des Meßkörpers 43 läuft. Der Meßkörper 43 ist in Richtung der vertikalen Achse Z-Z ortsfest angeordnet und das Tragelement 14 ist zwecks Heben oder Senken einer Last 20 durch eine von den gegeneinander jeweils um 120° versetzen Führungsrollen 43a, 43b, 43c gebildete zentrische Öffnung in dem Meßkörper 43 längsverschiebbar in Richtung der vertikalen Achse Z-Z relativ zu dem Meßkörper 43 beweglich.

Die weiteren Details der Wirkungsweise der Sensoreinrichtung 25 (beispielsweise Ansprechen der Sensoreinrichtung 25 bei Auslenkung des Tragelements 14 gegenüber der Vertikalen 26, Größe und Richtung der in der Steuereinrichtung 47 für die Antriebseinrichtungen 23a, 23b erzeugten Signale, Art der verwendeten Antriebseinrichtungen 23a, 23b, Möglichkeit der Ausbildung der Lasthebevorrichtung 6 als Gewichtsbalancer, nichtlineare Kennlinie usw.) stimmen mit den vorstehend beschriebenen Ausführungen des Steuersystems überein. Deswegen sind in einem Block der Blockdarstellung von Fig. 1 die Meßeinrichtung 40 und die Meßeinrichtung 39 als Altemativen angegeben. Dadurch, daß aber die Kraftaufnehmer 45a, 45b, 45c, 45d der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung 39 im wesentlichen spaltfrei an dem Meßkörper 43 anliegen, ist einerseits keine lastabhängige Manipulationskraft zur Erzeugung eines Steuersignals notwendig, andererseits kann das System auch unter härteren Umweltbedingungen eine gleichbleibend hohe Funktionssicherheit gewährleisten. Die wegfreie Krafterfassung gewährleistet somit auch eine erhöhte Zuverlässigkeit des Systems, indem für die Sensoreinrichtung 25 eine geringere Verschmutzungsgefahr - und damit Möglichkeit zur langzeitlich negativen Beeinflussung der Empfindlichkeit - besteht, als in dem Fall, daß der/die Kraftaufnehmer 44a, 44b in einem bestimmten Abstand (Ringspalt 46) neben einem Auslenkkörper 42 gehaltert ist/sind.

Als weglosen Kraftaufnehmer 45a, 45b, 45c, 45d kann die Sensoreinrichtung 25 mit Vorteil mindestens einen Dehnungsmeßstreifen-Kraftaufnehmer aufweisen. Dehnungsmeßstreifen- (DMS-)Kraftaufnehmer sind die wichtigsten Vertreter der elektrischen Kraftaufnehmer. Im einfachsten Fall werden zur Herstellung eines solchen DMS-Aufnehmers auf einen elastischen Hohlzylinder vier Dehnungsmeßstreifen (DMS) geklebt. Wird der Zylinder durch eine Belastung gestaucht, verändern sich die Widerstände der DMS. Die vier DMS werden in einer Wheatstone-Brücke zusammengeschaltet. Anstelle rohrförmiger (hohlzylindrischer) Verformungskörper können auch stabförmige Verformungskörper eingesetzt werden. Vorteilhaft ist dabei insbesondere, daß sich DMS-Kraftaufnehmer für statische und für dynamische Messungen sowie für Nennkräfte im Bereich von 5 N bis 20 MN eignen.

Des weiteren kann die Sensoreinrichtung 25 als Kraftaufnehmer 45a, 45b, 45c, 45d mindestens einen magnetoelastischen Kraftaufnehmer aufweisen. Die Wirkungsweise eines solchen magnetoelastischen Kraftaufnehmers beruht auf dem magnetoelastischen Effekt von ferromagnetischen Materialien, wonach sich deren Permeabilität unter Krafteinwirkung ändert. Die sich daraus ergebende Induktivitätsänderung einer Spule mit einem aus dem ferromagnetischen Material bestehenden Kern, auf den die Kraft einwirkt, ändert direkt einen Strom, der durch die Spule fließt. Da der Strom direkt gemessen werden kann, sind keine Meßverstärker erforderlich, was derartige Kraftaufnehmer insbesondere für einen Einsatz unter robusten Betriebsbedingungen prädestiniert.

In der Sensoreinrichtung 25 können als weglose Kraftaufnehmer 45a, 45b, 45c, 45d mit Vorteil auch piezoelektrische Kraftaufnehmer eingesetzt werden. Grundlage für diese piezoelektrischen Kraftaufnehmer ist der piezoelektrische Effekt, nach dem auf bestimmten Kristallen Ladungen auftreten, wenn diese mechanisch beansprucht werden. Quarzkristalle haben dabei die höchste Konstanz ihrer Eigenschaften und die beste Isolation, weshalb sie für Meßzwecke am besten geeignet sind. In einem piezoelektrischen Kraftaufnehmer (Meßdose) wirkt die Kraft auf zwei Piezokristalle, die mechanisch hintereinander, elektrisch aber parallel liegen. Auf diese Weise kann eine erforderliche Isolierung einer zwischen den beiden Piezokristallen angeordneten mittleren metallischen Elektrode gegenüber einem als zweite Elektrode dienenden metallischen Gehäuse ohne weiteren Aufwand nur mittels der beiden Piezokristalle erreicht werden. Die Ausgangs-(Signal-)größe eines piezoelektrischen Kraftaufnehmers ist eine Ladung, die von einem Ladungsverstärker in eine entsprechende Spannung umgewandelt wird. Der Vorteil der Verwendung dieser Kraftaufnehmer zeigt sich hauptsächlich bei schnellen dynamische Messungen, bei denen es auf kleine Baugröße und Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen ankommt. Piezoelektrische Kraftaufnehmer besitzen außerdem eine sehr gute Auflösung und geringe Meßunsicherheit.

Schließlich besteht auch die Möglichkeit, daß die Sensoreinrichtung 25 als Kraftaufnehmer 45a, 45b, 45c, 45d mindestens einen faseroptischen Kraftaufnehmer aufweist. Bei einem solchen Aufnehmer erfolgt entweder die Erfassung oder die Übertragung des Meßwerts mittels einer Lichtleitfaser. Je nach Funktion der Faser unterscheidet man intrinsische und extrinsische faseroptische Aufnehmer. In einem intrinsischen faseroptischen Aufnehmer dient die Faser selbst als das empfindliche Element, in dem die Wandlung der Meßgröße (Kraft F) in ein optisches Signal erfolgt. Beispielsweise entsteht bei seitlicher Krafteinwirkung auf eine mit einem dünnen Draht umwickelte optische Faser ein Verlust des durchgeleiteten Lichtstroms, der über Photodetektoren durch eine Auswerteelektronik erfaßt werden kann. In einem extrinsischen faseroptischen Sensor ist der primäre Zweck die möglichst störungsfreie Übertragung des Meßwertes vom Meßort zu einem Auswerteort. Die Wandlung der Meßgröße in ein optisches Signal erfolgt dabei am Meßort außerhalb der Faser, z.B. mittels integriert-optischer oder mikro-optischer Komponenten. So kann die zu messende Kraft die Öffnungsweite einer Blende für einen Lichtstrom steuern, während ein anderer Teil des Lichtstromes als Referenzsignal unverändert bleibt. Die Auswerteelektronik vergleicht dann die beiden Lichtströme und erzeugt daraus strekenneutral eine Kraftanzeige. Der Einsatz von faseroptischen Aufnehmem ist besonders dann angebracht, wenn meßtechnisch "schwierige" Umgebungsbedingungen herrschen, etwa starke elektrische oder magnetische Störfelder, hohe Temperaturen, explosive oder korrosive Atmosphären.

Zwei vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind auch in den Fig. 9 und 10 sowie 11 und 12 dargestellt. Für beide Ausführungen ist dabei charakteristisch, daß das erfindungsgemäße System zum Steuem der Lasthebevorrichtung einen um einen Winkel ϕ (Fig. 10 und 12) um eine vertikale Achse W-W (Fig. 9 und 11) schwenkbar gelagerten Ausleger 54 aufweist.

Dem Ausleger 54 kann, wie in Fig. 10 und 12 jeweils schematisch angedeutet - was allerdings nicht notwendigerweise erforderlich ist - eine motorische Antriebseinrichtung 23c zugeordnet sein, die jeweils in Abhängigkeit von einer das Tragelement 14 in im wesentlichen horizontaler Richtung beaufschlagenden, insbesondere manuell aufzubringenden, mittels der Sensoreinrichtung 25 erfaßbaren Kraft F ansteuerbar ist. Auch diese Antriebseinrichtung 23c kann - wie die anderen Antriebseinrichtungen 23a, 23b - mit Vorteil als Servomotor, insbesondere mit Reibrad-, Zahnrad- oder Zahnriemenantrieb ausgebildet sein.

Die Sensoreinrichtung 25 kann dabei mit Vorteil außerdem derart ausgelegt sein, daß eine Bewegung der Lasthebevorrichtung 6 in Richtung einer Auslenkung um den Winkel ϕ (Pfeil mit dem Bezugszeichen 56) durch eine etwa in der gleichen gewünschten Bewegungsrichtung aufgebrachte Kraft F bewirkt wird. Auch die Antriebsgeschwindigkeit v der Antriebsvorrichtung 23c kann wiederum - wie oben dargestellt - in Abhängigkeit von der Größe der jeweils aufgebrachten Kraft F gesteuert werden, und zwar vorzugsweise anhand einer progressiven Kurve 50 mit einem flachen Anfangsanstieg, wie sie Fig. 6 zeigt

Dadurch, daß die Meßeinheit 39 vier entsprechend den beiden Koordinatenachsen X-X, Y-Y in einem Winkel von 90° zueinander angeordnete wegfreie Sensoren 45a, 45b, 45c, 45d aufweist, können in der elektronischen Auswerteeinheit 47 anhand der jeweiligen Sensor-Ausgangssignale gleichzeitig - je nach der Wirkungsrichtung der angreifenden Kraft F in den vier durch die Koordinatenachsen X-X, Y-Y gebildeten Quadranten - Steuersignale sowohl für die linearen Antriebseinrichtungen 23a, 23b als auch für die Antriebseinrichtung 23c zum Verschwenken des Auslegers 54 erzeugt werden.

Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn das Gehäuse 41 der Meßeinrichtung 39 gegenüber dem Meßkörper 43 verdrehbar ist und der Meßkörper 43 und das Gehäuse 41 derart an dem Ausleger 54 befestigt sind, daß beim Verschwenken des Auslegers 54 um den Winkel ϕ um die vertikale Achse W-W das Gehäuse 41 um denselben Winkel derart verdreht wird, daß das Gehäuse 41 mit den weglosen Kraftaufnehmem 45a, 45b, 45c, 45d relativ zur Laufschienenkonstruktion 2 seine Winkelausrichtung beibehält.

Diese winkelgetreue Mitführung des Gehäuses 41 bewirkt, daß bei jedem Winkel ϕ, um den der Ausleger 54 verschwenkt wird, eine einfache Signalauswertung durch die elektronische Auswerteeinheit 47 möglich ist, da die Paare der Kraftaufnehmer 45a, 45b und 45c, 45d jeweils immer im selben Winkel zu den horizontalen Hauptachsen X-X, Y-Y des Raumes - beispielsweise, wie aus Fig. 10 und 12 besonders deutlich wird - einerseits achsparallel und andererseits rechtwinklig zu den Achsen X-X, Y-Y ausgerichtet sind.

Zur Mitführung des Gehäuses 41 kann dabei je nach Ausführungsart mit Vorteil entweder eine einendig am Ausleger 54 und anderendig am Gehäuse 41 drehbeweglich angelenkte Koppelstange 58 (Fig. 9 und 10) bzw. auch ein entsprechender Zahnriementrieb 60 (Fig. 11 und 12), ein Kettentrieb oder dergleichen Verwendung finden. Ein solcher Zahnriementrieb 60 ist im übrigen auch der vergrößerten Darstellung in Fig. 7 zu entnehmen. Er verläuft parallel zu dem Ausleger 54 oberhalb der Sensoreinrichtung 25, deren Gehäuse 41 in Richtung auf den Ausleger 54 hin eine axiale rohrförmige Verlängerung 62 aufweist, die von dem Zahnriemen 60 umgriffen wird und über Wälzlager 64 an einem ebenfalls rohrförmigen Ansatzstück 66 am freien Ende des Auslegers 54 gehalten ist. Durch das Innere des Ansatzstücks 66 ist das Tragelement 14 über eine Umlenkrolle 68 geführt.

Bei den in Fig. 13 bis 17 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungen eines Systems zum Steuern einer Lasthebevorrichtung 6 ist im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Ausführungen das Halteelement 14 nicht als Seil sondern starr - als Stange - ausgebildet Im übrigen ist der Grundaufbau der Meßeinheit 39 im wesentlichen der gleiche wie der der oben beschriebenen Ausführung. Insofern wird auf die obigen diesbezüglichen Erläuterungen verwiesen. Unterschiede zur obigen Ausführung bestehen aber noch in der Lagerung des starren Halteelementes 14 und in einer speziellen Gestaltung eines Bediengriffes 70.

Das Halteelement 14 ist nicht über Führungsrollen 43a, 43b, 43c geführt, sondern besitzt vorzugsweise - wie dargestellt - zwei kugelartige Verdickungen 14a, 14b, die zu seiner Lagerung im Meßkörper 43 und im Ausleger 54 dienen.

Der rohrförmig ausgebildete Bediengriff 70 umgreift das Halteelement 14 und weist zwei voneinander isolierte hülsenartige Metallteile 70a, 70b auf, wie dies auch aus den Fig. 14 sowie 16 und 17 deutlich hervorgeht. Die Metallteile 70a, 70b werden durch Handübergriff der Bedienperson 28 elektrisch überbrückt, wodurch ein Stromkreis geschlossen wird, der eine im Ruhezustand des Systems eingeschaltete Sicherheitsblockierung abschaltet.

Der Bediengriff 70 ist des weiteren auch insbesondere zur Steuerung von vertikalen Bewegungen von an dem Tragelement 14 hängenden Lasten 20 ausgebildet. Durch geringe, manuell in vertikaler Richtung 26 aufgebrachte Kräfte kann eine Last 20 gehoben oder gesenkt werden. Die Krafterfassung erfolgt dabei mittels eines Sensors 72, durch den eine durch eine vertikale Bedienkraft bewirkte Abstandsveränderung einer Schiebehülse 74 detektiert und ein entsprechendes Signal an die elektronische Steuereinheit 47 abgegeben wird. Dieses Signal kann dort in analoger Weise wie dies mit den Signalen der wegfreien Sensoren 45a, 45b, 45c, 45d geschieht, in ein Steuersignal für eine Antriebsvorrichtung zur Vertikalbewegung der Last 20 umgesetzt werden. Derartige Antriebsvorrichtungen sind in Fig. 14, 15 und 17 mit dem Bezugszeichen 23d dargestellt Fig. 13, 16 und 17 enthalten exemplarisch in Form von Wirkungspfeilen eine Veranschaulichung des beschriebenen Signalflusses aus dem Griff 70, insbesondere von dessen Sensor 72 ausgehend, zur elektronischen Steuereinheit 47, wobei Fig. 17 exemplarisch in Form eines Wirkungspfeiles zusätzlich auch die Veranschaulichung des Signalflusses von der elektronischen Steuereinheit 47 zum Vertikalantrieb 23d enthält. Wie bereits erwähnt, kann durch eine solche Kombination mit der vorliegenden Erfindung somit die schwebende Last 20 unabhängig von deren Gewicht durch sehr geringe Kräfte beliebig im Raum manipuliert, d.h. vertikal und/oder horizontal bewegt werden. In der gezeigten Darstellung in Fig. 13 (des weiteren auch in Fig. 14 und 16) ist als Lastaufnahmevorrichtung 16 ein Haken vorgesehen, der sich unmittelbar unter dem Bediengriff 70 befindet.

Eine weitere, nicht dargestellte Ausführungsmöglichkeit der Meßeinrichtung 39 besteht darin, die Sensoreinrichtung 25 zur Erfassung der Steuerkräfte F für die Horizontalbewegung ebenfalls direkt im Bediengriff 70 anzuordnen. Vorzugsweise können dabei vier wegfreie Sensoren 45a, 45b, 45c, 45d zur quadrantengenauen Erfassung der Kräfte F durch Dehnungsmeßstreifen gebildet sein.

Fig. 14 und 15 zeigen in zwei verschiedenen Ansichten wiederum ein erfindungsgemäßes Steuersystem, und zwar mit einer dritten Ausführung des drehbaren Auslegers 54 und mit der zweiten Ausführung der Meßeinheit 39. Die Darstellungen in der Zeichnung sind analog zu denen der ersten Ausführung (Fig. 9 und 10) und der zweiten Ausführung (Fig. 11 und 12) gewählt. Der wesentlichste Unterschied der dritten Ausführung gegenüber den vorstehend beschriebenen Varianten besteht dabei darin, daß der Ausleger 54 aus zwei gelenkig miteinander verbundenen Armen 54a, 54b besteht. Der erste Arm 54a ist - wie in Fig. 10 und 12 für den Ausleger 54 dargestellt - um einen Winkel ϕ zwischen Arm 54a und X-X-Achse um die vertikale Achse W-W verschwenkbar, der zweite Arm 54b ist um einen Winkel ϕ1 zwischen Arm 54b und Arm 54a um eine vertikale Achse W1-W1 verschwenkbar. Beim Verschwenken der beiden Auslegerarme 54a, 54b erfolgt wie bei den ersten beiden Ausführungen eine mechanische Nachführung der Sensoreinrichtung 25 derart, daß die weglosen Kraftaufnehmer 45a, 45b, 45c, 45d relativ zur Laufschienenkonstruktion 2 bzw. zur den Achsen der X-Y-Ebene ihre Winkelausrichtung beibehalten. Insbesondere ist zur mechanischen Nachführung dabei ein Zahnriementrieb 60 - wie bei der zweiten Ausführung des Auslegers 54 - vorgesehen, wobei hier zwei Zahnriemen 60a, 60b - jeweils einer für jeden Arm 54a, 54b des Auslegers 54 zur Anwendung kommen.

Der Ausleger 54 ist an einer drehfest mit der Laufkatze 8 verbundenen Stange 76 vertikalbeweglich geführt, wobei zur Bewegung in der Z-Z-Richtung ein spezieller Antrieb 23d vorgesehen sein kann, der wie bereits erwähnt steuerbar und beispielsweise - ähnlich wie in Fig. 4 für das dort flexible Tragelement 14 dargestellt - mit einer motorischen Auf- und Abwickeleinrichtung 18 für ein Seil 78 verbunden sein kann. (Alle vorhandenen Antriebsvorrichtungen 23a, 23b und 23d sind in Fig. 14 und 15, sowie auch in den weiteren Figuren nicht nur schematisch, sondern gegenständlich dargestellt. Spezielle Antriebe 23c für die Winkelverstellung des Auslegers 54 bzw. von dessen Armen 54a, 54b sind nicht vorgesehen, da diese manuell erfolgt.)

Bei der in Fig. 16 dargestellten Ausführung eines erfindungsgemäßen Steuersystems ist der Ausleger 54 (in einer vierten Ausführung) ebenfalls aus zwei Armen 54a, 54b gebildet. Die Vertikalbeweglichkeit der Last 20 wird hier jedoch dadurch erreicht, daß der erste Arm 54a nicht nur um die vertikale Achse W-W in horizontaler Richtung, sondern auch in vertikaler Richtung verschwenkbar ist. Der Arm 54a besteht zu diesem Zweck aus zwei parallel zueinander angeordneten Schwenkhebeln 80a, 80b die einendig an einem mit der Laufkatze 8 verbundenen Halteteil 82 und anderendig an einem mit dem zweiten Arm 54b verbundenen Halteteil 84 drehbeweglich angelenkt sind.

Im Unterschied zu den bisher dargestellten Ausführungen des erfindungsgemäßen Systems ist bei diesem Ausführungsbeispiel keine mechanische, sondern eine elektrische, der Bewegung des Auslegers 54 in der X-Y-Ebene folgende Nachführung der Meßeinrichtung 39 bzw. Sensoreinrichtung 25 realisiert, die als "Nachführung über eine elektrische Welle" bezeichnet werden kann. Dabei sind als Einrichtungen zur Erzeugung von Signalen für die Winkel ϕ, ϕ1, um die die Auslegerarme 54a, 54b verschwenkt werden, in den jeweiligen Gelenkpunkten inkrementale Drehwinkelmeßscheiben (Encoder) 86, 88 vorgesehen, die koaxial zu den vertikal verlaufenden Schwenkachsen W-W, W1-W1 der Auslegerarme 54a, 54b angeordnet sind. Die den Schwenkwinkeln ϕ, ϕ1 der Arme 54a, 54b entsprechenden Signale werden der elektronischen Auswerteeinheit 47 zugeleitet, wo durch Addition bzw. Subtraktion ein resultierender Winkeiwert für einen Stellantrieb 23e zur Nachführung der weglosen Sensoren 45a, 45b, 45c, 45d berechnet wird. Bei diesem Stellantrieb 23e kann es sich vorzugsweise um einen Schrittmotor handeln. Die Nachführung kann dabei mit Vorteil z.B. über einen auf die Meßeinheit 39 wirkenden Zahnriementrieb 60, aber auch direkt vom Stellantrieb 23e auf die Meßeinheit 39 wirkend, geschehen.

Die Drehgelenke der Arme 54a, 54b an den vertikalen Achsen W-W, W1-W1 bzw. der Schwenkhebel 80a, 80b an den horizontalen (nicht näher bezeichneten) Achsen können mit Vorzug bei der Ansteuerung der Fahrantriebe 23a, 23b gebremst sein, damit beim Verfahren nicht durch die Massenträgheit der genannten Teile eine ungewollte Spontanbewegung auftritt.

Die Aktivierung von an den Drehgelenken befindlichen Feststellbremsen, die eine starre Relativlage der Arme 54a, 54b bzw. 80a, 80b zueinander bewirken, kann mit Vorteil ebenfalls über den Bediengriff 70 realisiert werden, und zwar insbesondere, indem die Bedienperson 28 durch Handübergriff die beiden, oben beschriebenen voneinander isolierten hülsenartige Metallteile 70a, 70b elektrisch überbrückt wodurch ein entsprechender Aktivierungs-Stromkreis geschlossen wird. Dies ist im übrigen bei allen Ausführungsbeispielen möglich, bei denen Drehgelenke vorgesehen sind.

Eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Steuersystems mit einem um eine vertikale Achse W-W drehbaren Ausleger 54 ist in Fig. 17 dargestellt. Diese Ausführung besitzt mehrere Gemeinsamkeiten mit der in Fig. 14 und 15 dargestellten Ausführung, jedoch ist der Ausleger 54 drehbeweglich über die Achse W-W direkt an der Laufkatze 8 angelenkt und nicht drehbeweglich an der vertikalen Stange 76. Es ist zwar ebenfalls eine vertikale Stange 76 vorhanden, an der jedoch die Lastaufnahmeeinrichtung 16 - in diesem Fall eine Gabel - vertikal geführt ist. Die vertikale Führung und Steuerung der Lastaufnahmevorrichtung 16 erfolgt dabei auf die gleiche Weise wie bei der in Fig. 14 und 15 dargestellten Ausführung über einen auf eine Abwickelvorrichtung 18 für ein Seil 78 wirkenden Vertikalantrieb 23d, der wiederum durch die elektronische Auswerteeinrichtung 47 ansteuerbar ist. Diese empfängt ihre Steuersignale wiederum aus der Meßeinrichtung 39 mit den weglos arbeitenden Sensoren 45a, 45b, 45c, 45d und aus dem Bediengriff 70, in dem sich ein Sensor 72 für die Vertikalsteuerung befindet. Der Bediengriff 70 und die Meßeinrichtung 39 bilden auch hier - wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungen - eine Einheit, die in diesem Fall aber an der drehbeweglich an der Laufkatze 8 angelenkten vertikalen Stange 76 befestigt ist Auch für diese Ausführung kann eine mechanische Nachführung der Sensoren 45a, 45b, 45c, 45d oder eine Nachführung nach der Art einer elektrischen Welle vorgesehen sein.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Dies betrifft insbesondere die Sensoreinrichtung 25; hier ist auch jede andere Ausführungsform geeignet, mit der Kräfte auf das Tragelementes 14 weglos erfaßbar und in Ansteuersignale umsetzbar sind. Die vorgesehenen Antriebe 23a, 23b, 23c können als elektrische, pneumatische und/oder hydraulische Motore ausgebildet sein. Die in den Beispielen nur schematisch dargestellte elektronische Auswerteeinheit 47 kann vorzugsweise in einen fahrbaren Teil des Systems, wie beispielsweise die Laufkatze 8, integriert sein.

Der Fachmann kann des weiteren das erfindungsgemäße Steuersystem durch geeignete technische Maßnahmen ergänzen. Hinsichtlich derartiger Möglichkeiten zur Steuerung von vertikalen Bewegungen der Last 20 wird dabei zusätzlich zu den vorstehenden Ausführungen in vollem Umfang insbesondere auf den Gegenstand der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung DE 299 02 364.8 verwiesen.

Ferner ist die Erfindung nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Bezugszeichen

1: Kranbahn
2: Laufschienenkonstruktion
4: Laufschiene
6: Lasthebevorrichtung
8: Laufkatze
10: Halteelemente
12: Träger
14: Tragelement
14a: Verdickung an 14
14b: Verdickung an 14
16: Lastaufnahmeeinrichtung
18: Abwickeleinrichtung
20: Last
22: Schiene
23a: Antriebseinrichtung (X-X)
23b: Antriebseinrichtung (Y-Y)
23c: Antriebseinrichtung für 54 (Rotation in X-Y-Ebene)
23d: Antriebseinrichtung (Z-Z)
23e: Antriebseinrichtung für 25 bzw. 39
24: Sensoreinrichtung
25: Sensoreinrichtung
26: Vertikale
28: Bedienperson
30: Kraftwirkungsrichtung
32: Ausrichtung von 14 (ausgelenkt)
34: Bewegungsrichtung von 14 bei 30
36: Kraftwirkungsrichtung
38: Bewegungsrichtung von 14 bei 36
39: Meßeinheit von 24
40: Meßeinheit von 24
41: Gehäuse von 39, 40
42: Auslenkkörper von 40
43: Meßkörper von 39
43a: Führungsrolle in 43 für 14
43b: Führungsrolle in 43 für 14
43c: Führungsrolle in 43 für 14
44a: Abstandssensor in 40
44b: Abstandssensor in 40
45a: wegfreier Sensor in 39
45b: wegfreier Sensor in 39
45c: wegfreier Sensor in 39
45d: wegfreier Sensor in 39
46: Ringspalt um 42
47: elektronische Auswerteeinheit
48: Führung von 40
50: Kennlinie v von F
52: Kennlinie v von F
54: Ausleger
54a: erster Auslegerarm
54b: zweiter Auslegerarm
56: Bewegungsrichtung von 54
58: Koppelstange
60: Zahnriementrieb
60a: erster Zahnriemen von 60
60b: zweiter Zahnriemen von 60
62: Verlängerung von 41
64: Wälzlager
66: Ansatzstück an 54
68: Umlenkrolle für 14
70: Bediengriff
70a: erstes Metallteil von 70
70b: zweites Metallteil von 70
72: Sensor in 70
74: Schiebehülse
76: Stange
78: Seil
80a: Schwenkhebel von 54a
80b: Schwenkhebel von 54a
82: Halteteil für 80a, 80b an 8
84: Halteteil für 80a, 80b an 54b
86: Encoder (Achse W-W)
88: Encoder (Achse W1-W1)

F: Kraft
v: Geschwindigkeit
W-W: Schwenkachse von 54 bzw. 54a
W1-W1: Schwenkachse von 54b
X: Raumkoordinate
X-X: Raumrichtung (horizontal)
X-Y: Raumebene (horizontal)
Y: Raumkoordinate
Y-Y: Raumrichtung (horizontal)
Z: Raumkoordinate
Z-Z: Raumrichtung (vertikal)

α: Auslenkungswinkel von 14
ϕ: Schwenkwinkel von 54 bzw. 54a
ϕ1: Schwenkwinkel von 54b

Claims

Lasthebevorrichtung (6), mit einem Steuersystem insbesondere einer an einer Laufschienenkonstruktion (2) geführten Kran-Laufkatze (8), bezüglich ihrer Bewegungen in einer durch Koordinatenachsen (X-X, Y-Y) definierten horizontalen Ebene (X-Y), wobei die Lasthebevorrichtung (6) ein - zumindest in Ruhelage schwerkraftbedingt - vertikai (Z-Z) ausgerichtetes Tragelement (14) aufweist, und der Lasthebevorrichtung (6) zur Ausführung der Bewegungen mindestens eine motorische Antriebsvorrichtung (23a, 23b, 23c) zugeordnet ist, die jeweils in Abhängigkeit von einer das Tragelement (14) in im wesentlichen horizontaler Richtung beaufschlagenden, insbesondere manuell aufzubringenden, mittels einer Sensoreinrichtung (25) erfaßbaren Kraft (F) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (25) derart ausgebildet und in bezug auf das Tragelement (14) angeordnet ist, daß die Kraft wegfrei erfaßt wird, wobei die Sensoreinrichtung (25) eine Meßeinheit (39) mit einem Gehäuse (41) und mit einem mit dem Tragelement (14) in Verbindung stehenden Meßkörper (43) und mit mindestens einem der jeweiligen Koordinatenachse (X-X; Y-Y) bzw. der zugehörigen Antriebseinrichtung (23a, 23b) zugeordneten Kraftaufnehmer (45a, 45b, 45c, 45d) aufweist, der in Berührung mit dem Meßkörper (43) steht.
Lasthebevorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lasthebevorrichtung (6) ein flexibles, aufwickelbares, pendelfähiges Tragelement (14) aufweist, das in Ruhelage schwerkraftbedingt vertikal (Z-Z) ausgerichtet ist.
Lasthebevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch einen um einen Winkel (ϕ) um mindestens eine vertikale Achse (W-W) schwenkbar gelagerten Ausleger (54).
Lasthebevorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (54) aus einem ersten Arm (54a), der um einen Winkel (ϕ) um eine erste vertikale Achse (W-W) verschwenkbar ist, und aus einem zweiten Arm (54b), der um einen Winkel (ϕ1) um eine zweite vertikale Achse (W-W) verschwenkbar ist, besteht.
Lasthebevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausleger (54) eine motorische Antriebseinrichtung (23c) zugeordnet ist, die jeweils in Abhängigkeit von einer das Tragelement (14) in im wesentlichen horizontaler Richtung beaufschlagenden, insbesondere manuell aufzubringenden, mittels der Sensoreinrichtung (25) erfaßbaren Kraft (F) ansteuerbar ist.
Lasthebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (25) eine das Tragelement (14) im Bereich einer am freien, unteren Ende des Tragelementes (14) angeordneten Lastaufnahmeeinrichtung (16) beaufschlagende Kraft (F) erfaßt.
Lasthebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (25) in Abhängigkeit von der Richtung und vorzugsweise auch der Größe dieser Kraft (F) in einer elektronischen Auswerteeinheit (47) erfaßbare Signale erzeugt, die Steuersignale zum Ansteuern von Antriebseinrichtung(en) (23a, 23b, 23c) der Lasthebevorrichtung (6) erzeugt.
Lasthebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (25) derart ausgelegt ist, daß eine Bewegung der Lasthebevorrichtung (6) in eine bestimmte Koordinatenrichtung (X und/oder Y und/oder ϕ) durch eine etwa in der gleichen gewünschten Bewegungsrichtung aufgebrachte Kraft (F) bewirkt wird.
Lasthebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung (23a, 23b, 23c) in Abhängigkeit von der Größe der jeweils aufgebrachten Kraft (F) gesteuert wird, und zwar vorzugsweise anhand einer progressiven Kurve (50) mit einem flachen Anfangsanstieg.
Lasthebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lasthebevorrichtung (6) über eine Fläche hinweg in Richtung von zwei zueinander senkrechten Koordinatenachsen (X-X und Y-Y) beweglich geführt ist, wobei jeder Achse (X-X; Y-Y) eine gesonderte motorische Antriebseinrichtung (23a, 23b) zugeordnet ist und beide Antriebseinrichtungen (23a, 23b) mittels der Sensoreinrichtung (25) ansteuerbar sind.
Lasthebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daßdieKraft(F)durchunmittelbare Kraftübertragung auf die Sensoreinrichtung (25) bei manuell bewirkten, kraftabhängigen, gegenüber der Vertikalen (26) aufgezwungenen Auslenkungen des Tragelementes (14) erfaßt wird.
Lasthebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (43) mit dem Tragelement (14) über Führungsrollen (43a, 43b, 43c) verbunden ist.
Lasthebevorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (43) in Richtung einer vertikalen Achse (Z-Z) ortsfest angeordnet ist und das Tragelement (14) zwecks Heben oder Senken einer Last (20) durch eine zentrische Öffnung über die Führungsrollen (43a, 43b, 43c) in dem Meßkörper (42) längsverschiebbar in Richtung der vertikalen Achse (Z-Z) relativ zu dem Meßkörper (43) beweglich ist.
Lasthebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (25) als Kraftaufnehmer (45a, 45b, 45c, 45d) mindestens einen Dehnungsmeßstreifen-Kraftaufnehmer, einen magnetoelastischen, einen piezoelektrischen oder einen faseroptischen Kraftaufnehmer aufweist.
Lasthebevorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (39) vier entsprechend den beiden Koordinatenachsen (X-X; Y-Y) in einem Winkel von 90° zueinander angeordnete Kraftaufnehmer (45a, 45b, 45c, 45d) aufweist.
Lasthebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die /jede Antriebseinrichtung (23a, 23b, 23c) motorisch, insbesondere als drehzahlgesteuerter Motor, vorzugsweise mit Reibrad- und/oder Zahnrad- und/oder Zahnriemenantrieb (60), ausgebildet ist.
Lasthebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lasthebevorrichtung (6) als Gewichtsbalancer ausgebildet ist.
Lasthetevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Tragelement (14) für dessen vertikale Bewegungen (Z-Z) ein drehmomentgesteuerter Antrieb (23d) zugeordnet ist, der jeweils lastabhängig ein konstantes Drehmoment derart erzeugt, daß die Last (20) in vertikaler Richtung (Z-Z) in jeder beliebigen Lage statisch gehalten wird und geringe, insbesondere manuell aufgebrachte, im wesentlichen vertikal wirkende Kräfte ein Heben oder Senken der Last (20) bewirken.
Lasthebevorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (41) der Meßeinrichtung (39) gegenüber dem Meßkörper (43) verdrehbar ist und der Meßkörper (43) und das Gehäuse (41) derart an einem/dem Ausleger (54) oder einem Auslegerarm (54b) befestigt sind, daß beim Verschwenken des Auslegers (54) oder von mehreren Auslegerarmen (54a, 54b) um einen/den Winkel (α) oder mehrere Teilwinkel (α, α1) um eine/die vertikale Achse (W-W) oder um mehrere vertikale Achsen (W-W, W1-W1) das Gehäuse (41) um denselben Winkel (α) oder um einen summarischen Winkel (α ± α1) derart verdreht wird, daß das Gehäuse (41) mit den Kraftaufnehmem (45a, 45b, 45c, 45d) relativ zur Laufschienenkonstruktion (2) seine Winkelausrichtung beibehält.
Lasthebevorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdrehung des Gehäuses (41) eine einendig am Ausleger (54) und anderendig am Gehäuse (41) drehbeweglich angelenkte Koppelstange (58) vorgesehen ist.
Lasthebevorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdrehung des Gehäuses (41) ein Riementrieb, wie ein Zahnriementrieb (60), ein Kettentrieb oder dergleichen vorgesehen ist.
Lasthebevorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdrehung des Gehäuses (41) ein eigener motorischer Antrieb (23e), wie ein Schrittmotor, vorgesehen ist.
Lasthebevorrichtung nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (23e) zur Verdrehung des Gehäuses (41) über eine/die elektronische Auswerteeinheit (47) ansteuerbar ist.
Lasthebevorrichtung nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung(en) zur Erzeugung von Signalen für den/die Winkel (ϕ, ϕ1), um den/die der Auslegers (54) oder die Auslegerarme (54a, 54b) verschwenkt werden, (eine) inkrementale Drehwinkelmeßscheibe(n) (Encoder 86, 88) vorgesehen ist/sind, die koaxial zu der/den vertikal verlaufenden Schwenkachse(n) (W-W, W1-W1) der Auslegerarme 54a, 54b angeordnet ist/sind, wobei das/die dem/den Schwenkwinkel(n) (ϕ, ϕ1) entsprechende(n) Signal(e) der elektronischen Auswerteeinheit (47) zugeleitet wird/werden, wo ein Winkel (ϕ, ϕ ± ϕ1) für den Antrieb (23e) zur Nachführung der Kraftaufnehmer (45a, 45b, 45c, 45d) berechnet wird.
Lasthebevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Auswerteeinheit (47) in einen fahrbaren Teil des Systems, wie beispielsweise in die Kran-Laufkatze (8), integriert ist.
Lasthebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (25) eine bauliche Einheit mit einem Bediengriff (70) bildet, insbesondere daß die Sensoreinrichtung (25) in einen Bediengriff (70) integriert ist.