WO2010057634A1

WO2010057634A1 - Kraftaufnehmer für stützelemente

Info

Publication number: WO2010057634A1
Application number: PCT/EP2009/008238
Authority: WO
Inventors: Otto Pfeffer
Original assignee: Brosa Ag
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2010-05-27
Also published as: DE202009018421U1; DE102008058758A1

Abstract

Mit einem Arbeitszylinder koppelbarer Kraftaufnehmer (10) zur Bestimmung von Zug- und/oder Druckkräften (F), die durch einen Arbeitszylinder, vorzugsweise einen Hydraulikzylinder, insbesondere in Form von Abstützkräften ausgeübt werden, wobei der Kraftaufnehmer (10) einen Abschnitt (12) aufweist, der im Wesentlichen kugelförmig und zur Aufnahme in einer Gelenkpfanne ausgebildet ist, wobei der kugelförmige Abschnitt (12) auf einer einem Kolben (20) zugewandten Seite in einen im Wesentlichen ringförmigen Flanschabschnitt (14) übergeht, der angepasst ist, an einen Kolben (20) des Zylinders angebracht zu werden, wobei eine dem Kolben (20) zugewandte Innenfläche des ringförmigen Flanschabschnitts (14), die sich an einen Übergangsbereich (16) zwischen dem Flanschabschnitt und dem kugelförmigen Abschnitt (12) anschließt, zur Aufnahme eines elektrischen Messsystems (30) angepasst ist.

Description

Kraftaufnehmer für Stützelemente

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen mit einem Arbeitszylinder kombinierbaren Kraftaufnehmer zur Bestimmung von Zug- und/oder Druckkräften, die durch den Arbeitszylinder, vorzugsweise einen Hydraulikzylinder, insbesondere in Form von Stützkräften ausgeübt werden. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Arbeitszylinder mit einem entsprechenden Kraftaufnehmer, der kolbenseitig montiert ist. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung einen Stützfuß mit einem entsprechenden Hydraulikzylinder.

[0002] Im Stand der Technik sind Messachsen bekannt, die in einem Gelenk eines Stützauslegers für schweres Arbeitsgerät, wie zum Beispiel eines Lastkraft- wagens mit integrierter Betonpumpe, zwischen einem horizontal orientierten Schubholm und einem vertikal orientierten Stützzylinder angeordnet sind. Solche Messachsen sind gegenüber parasitären Kräften anfällig, insbesondere bei einer Krafteinleitung schräg zur Längsachse des Stützzylinders. Exemplarisch ist eine derartige Messachse in der EP 1 675 760 Bl beschrieben.

[0003] Ein weiterer Ansatz zur Bestimmung von Abstützkräften zum Zwecke einer Kippsicherung eines mobilen Arbeitsgeräts ist in der DE 101 10 176 Al beschrieben. Dort wird in jedem Stützfuß unterhalb des Abstütztellers (oder darin) mindestens ein Kraftsensor (Messring) angeordnet, wobei jeder Kraftsensor in einem elektrischen Messkreis zur Abgabe eines stützlastabhängigen Messsignals angeordnet ist. Eine Überwachungseinrichtung umfasst eine Auswerteelektronik, die in vorgegebenen Abtastzyklen mit stützfußbezogenen Stützlast-Messwerten sowie zu deren Vergleich mit mindestens einem vorgegebenen stabilitätsbestimmenden Schwellenwert beaufschlagbar ist. Dadurch ist es möglich, eine Echtzeitüberwachung der Stützlast im Bereich der einzelnen Stützfüße in einem engen Zeitraster zu ermöglichen, so dass auch dynamische Effekte und Trägheitseffekte beim Betrieb des Arbeitsgeräts in die Überwachung einbezogen werden können. Es werden speziell zwei Varianten offenbart. Bei einer ersten Variante wird unterhalb eines herkömmlichen Fußtellers ein ringförmiger Kraftaufnehmer mit integriertem, elektrischem Messsystem befestigt. Unterhalb des ringförmigen Kraftaufnehmers wiederum wird ein weiterer Fußteller montiert. Diese erste Variante dient zur Nachrüstung von konventionellen Stützfüßen. Die zweite Variante hat den ringförmigen Kraftaufnehmer zwischen einem kolbenaufnehmenden Element und dem Fußteller in integrierter Form montiert, so dass der Kraftaufnehmer gegenüber Umwelteinflüssen gesichert ist.

[0004] Problematisch bei den eben genannten Ansätzen (Messachse und ringförmigem Kraftaufnehmer) ist die große Anfälligkeit gegenüber parasitären Effekten. Parasitäre Effekte können insbesondere auftreten, wenn der Stützzylinder maximal ausgefahren ist. Parasitäre Effekte können auch auftreten, wenn eine Krafteinleitung mit einem größeren Winkel relativ zur Längsachse des Stützzylinders erfolgt. [0005] Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Kraftaufnehmer vorzusehen, der gegenüber parasitären Effekten weniger anfällig ist.

[0006] Diese Aufgabe wird mit einem Kraftaufnehmer zur Bestimmung von Zug- und/oder Druckkräften gelöst, die durch einen Arbeitszylinder, vorzugsweise einen Hydraulikzylinder, insbesondere in Form von Abstützkräften ausgeübt werden können, wobei der Kraftaufnehmer einen Körper aufweist, der einen im Wesentlichen kugelförmig, zur Aufnahme in einer Gelenkpfanne eines Abstütztellers ausgebildeten Abschnitt und einen im Wesentlichen ringförmigen Flanschabschnitt aufweist, wobei der Flanschabschnitt angepasst ist, mit einem Kolben des Arbeitszylinders verbunden zu werden, wobei eine, insbesondere dem Kolben zugewandte Innenfläche des ringförmigen Flanschabschnitts, die sich an einen Übergangsbereich zwischen dem Flanschabschnitt und dem kugelförmigen Abschnitt anschließt, zur Aufnahme eines elektrischen Messsystems angepasst ist.

[0007] Durch die kugelförmige Ausgestaltung des Körpers des Kraftaufnehmers können Unebenheiten im Untergrund nahezu vollständig kompensiert werden, da der Abstützteller beliebig um die Kugel gedreht werden kann. Die Krafteinleitungsrichtung ist im Wesentlichen koaxial zur Längsachse des Kraftaufnehmers bzw. des Arbeitszylinders orientiert. Der Arbeitszylinder hat seine Längsachse koaxial mit der Längsachse des Kraftaufnehmers ausgerichtet. Selbst wenn ein Abstützteller eines Stützauslegers auf einem geneigten Untergrund steht, ist die Krafteinleitungsrichtung doch immer dieselbe. Der Abstützteller weist dazu vorzugsweise eine pfannenartige Ausnehmung zur Aufnahme des kugelförmigen Körpers des Kraftaufnehmers auf.

[0008] Weil die Kraft zwischen dem Kraftaufnehmer und dem Arbeitszylinder bzw. der Kolbenstange des Arbeitszylinders gemessen wird - und nicht wie bei den Messachsen gemäß dem Stand der Technik in Gelenkpunkten der Stützausleger selbst -, ist eine Flächenpressung, die zu parasitären Messeffekten führt, insbesondere wenn Dehnungsmessstreifen (DMS) verwendet werden, verringert, wenn es zu einer Krafteinleitung schräg zur bevorzugten Krafteinleitungsrichtung (in der Regel parallel zur Längsachse) kommt. Parasitäre Effekte kommen weniger stark zum Tragen.

[0009] Ferner ist es bevorzugt, wenn ein Außendurchmesser des ringförmigen Flanschabschnitts im Wesentlichen gleich einem Außendurchmesser des Kolbens ist.

[0010] Da der Kraftaufnehmer in der Regel direkt am Kolben bzw. an einer Kolbenstange angebracht wird, ist ein nahezu deckungsgleicher Querschnitt der Verbindungsflächen wünschenswert, so dass es zu keinen Überhängen kommt, die schlimmstenfalls eine Hubbewegung des Zylinders stören bzw. verhindern. Probleme mit der Abdichtung ergeben sich somit auch nicht.

[0011] Ferner ist es von Vorteil, wenn sich der Flanschabschnitt senkrecht zu einer Längsachse des Arbeitszylinders, und somit zur Mittelachse des Kraftaufnehmers, erstreckt.

[0012] Auf diese Weise bildet sich eine Art Steg zwischen dem kugelförmigen Abschnitt und einem äußeren Bereich des ringförmigen Flanschabschnitts aus, der sich hervorragend als Anbringungsort für das elektrische Messsystem eignet. Hier finden die größten Verformungen (Dehnungen und Stauchungen) statt, so dass ein zufriedenstellend großes Messsignal insbesondere bei der Verwendung von DMS erzeugt werden kann. Es versteht sich, dass neben DMS auch andere elektrische Messsysteme verwendet werden können. Die DMS können aufgeklebt oder gesputtert werden.

[0013] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Flanschabschnitt mehrteilig ausgebildet und weist einen äußeren Flanschmantel und ein inneres, vorzugsweise mit einem T-förmigen Querschnitt ausgebildetes, Stempelelement auf, welches in einem Innenhohlraum des Flanschmantels, vorzugsweise mittels eines Gegenhalters, derart fixierbar ist, dass ein, in einem zusammengebauten Zustand des Flanschabschnitts im Wesentlichen axial orientiertes, Stützglied des Stempelelements mittig, vorzugsweise bündig, an einem Boden des Innenraums anliegt und dass ein im Wesentlichen radial orientiertes Membranglied des Stempelelements, an welches das Stützglied mittig und im Wesentlichen senkrecht anschließt, an eine in Umfangsrichtung verlaufende, nach innen vorstehende Stufe des Flanschmantels anliegt, wobei das elektrische Messsystem an dem Membranglied angebracht wird.

[0014] Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die DMS geschützt im Inneren des Stützfußadapters sitzen, der den Arbeitszylinder mit dem Abstützteller verbindet. Die Krafteinleitung erfolgt zentriert im Bereich des Stempelelements. Die Membran des Stempelelements kann kleinste Veränderungen detektierbar machen. Es werden gute Messsignale bei guter Auflösung, d.h. hoher Linearität, erzielt. Das Messsystem ist gegenüber äußeren Umwelteinflüssen geschützt und trotzdem auf einfache Weise zu warten und austauschbar. Selbst schräge Krafteinleitungen lassen sich gut erfassen und führen zu wenigen bis gar keinen parasitären Störungen.

[0015] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform definieren der kugelförmige Abschnitt und der Flanschabschnitt einen halbseitig offenen Raum, der in einem am Zylinder montierten Zustand durch den Kolben im Wesentlichen verschlossen wird.

[0016] Auf diese Weise kann ein Raum zwischen dem Kraftaufnehmer und einem Zylinder bzw. Kolben definiert werden, der gegenüber äußeren Umwelteinflüssen abgeschottet ist. Verunreinigungen, Nässe, Temperaturschwankungen und dergleichen haben nahezu keine Auswirkungen auf das elektrische Messsystem. Das elektrische Messsystem ist vorzugsweise hermetisch gegenüber der Außenwelt abgeschottet. Nichtsdestotrotz kann eine Wartung oder ein Austausch des elektrischen Messsystems auf einfache Art und Weise geschehen, wenn der Kraftaufnehmer beispielsweise an die Kolbenstange angeschraubt ist. Zum Austauschen bzw. Warten des elektrischen Messsystems müssen lediglich die entsprechenden Schrauben gelöst werden, um den kugelförmigen Kraftaufnehmer von der Kolbenstange zu lösen. Danach ist das elektrische Messsystem frei zugänglich.

[0017] Auch ist es von Vorteil, wenn der kugelförmige Abschnitt im Inneren um eine Mittelachse des Kraftaufnehmers eine Ausnehmung aufweist.

[0018] Durch die Gestalt der Ausnehmung, die sich in diesem Sinne innen im Kraftaufnehmer befindet, kann die Materialstärke insbesondere im Bereich des Übergangsbereichs beliebig gewählt und geformt werden. Die Materialstärke in diesem sich dehnenden und/oder staufenden Bereich des Kraftaufnehmers hat Einfluss auf die Linearität sowie die Hysterese des Messsignals.

[0019] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind der kugelförmige Abschnitt und der Flanschabschnitt einstückig ausgebildet.

[0020] Eine einstückige Ausbildung des kugelförmigen Abschnitts und des Flanschabschnitts des Kraftaufnehmers vereinfachen deren Herstellung und Bearbeitung. Wenn der Kraftaufnehmer insbesondere aus Vollmaterial hergestellt wird, wie zum Beispiel Edelstahl, können entsprechende Formen bzw. Ausnehmungen leicht herausfräst werden.

[0021] Optional kann ferner ein elektrisches Kraftmesssystem umfasst sein, das vorzugsweise Dehnungsmessstreifen aufweist, wobei das Messsystem an einer innenseitigen Fläche des ringförmigen Flanschabschnitts angebracht ist, die senkrecht zu einer Mittelachse des Körpers orientiert ist, und zwar in einem Bereich, der vorzugsweise außerhalb eines Übergangsdurchmessers liegt.

[0022] Wenn das Messsystem an diesem Ort angebracht wird, können die besten Messsignale erzeugt werden. Dies sind nämlich die Orte der größten Dehnung und/oder Stauchung. [0023] Ferner kann der Flanschabschnitt einen zylinderförmigen Körper aufweisen, der mindestens zwei in axialer Richtung verlaufende Öffnungen zur Aufnahme des elektrischen Messsystems aufweist.

[0024] Hier wird das Messprinzip ähnlich einer Kraftmessdose ausgenutzt. Es können beliebig viele Messzonen in den Körper des Flanschabschnitts integriert werden. Die DMS, die an der Innenwand der Messzonen befestigt werden, sind gegenüber äußeren Einflüssen geschützt. Der Kraftaufnehmer ist vorzugsweise mehrteilig aufgebaut, was sich in einer einfacheren Herstellung der einzelnen Komponenten bemerkbar macht. Das elektrische Messsystem lässt auf einfache Weise von außen an den Innenwandungen der Messzonen anbringen. Je nach Anzahl und Form der Messzonen lässt sich die Form eines mittig verbleibenden Kernstücks des Flanschabschnitts variieren, womit die Größe des Messsignals beeinflusst werden kann.

[0025] Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Kraftaufnehmer kolbenseitig an einem Arbeitszylinder, insbesondere einem Hydraulikzylinder, montiert.

[0026] Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein derartiger Hydraulikzylinder bei einem Stützfuß für ein mit Stützauslegern versehenes Arbeitsgerät verwendet.

[0027] Vorzugsweise weist dieser Stützfuß ferner einen Abstützteller auf, der eine Gelenkpfanne hat, die zur Aufnahme des kugelförmigen Körpers angepasst ist, wobei der Kraftaufnehmer die einzige Verbindung zwischen einer Kolbenstange und dem Stützteller ist.

[0028] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. [0029] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf einen ersten Kraftaufnehmer gemäß der vorliegenden Erfindung, der an einen Arbeitszylinder gekoppelt ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht des isolierten Kraftaufnehmers der Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang einer Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt durch einen zweiten Kraftaufnehmer gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 einen Querschnitt eines Flaschabschnitts des zweiten Kraftaufnehmers gemäß der Fig.4;

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Kraftaufnehmers gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines weiteren, teilweise geschnitten dargestellten Kraftaufnehmers gemäß der vorliegenden Erfindung.

[0030] Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Kraftaufnehmers gemäß der vorliegenden Erfindung, der nachfolgend generell mit 10 bezeichnet wird. Nachfolgend werden identische Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ähnliche Merkmale werden mit ähnlichen Bezugszeichen versehen.

[0031] Die in der in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers 10 ist dazu geeignet, an einen Stützausleger eines mobilen Arbeitsgeräts montiert zu werden, wie es exemplarisch in der deutschen Patentanmeldung DE 101 10 176 Al mit dem Titel "Mobiles Arbeitsgerät mit Standsi- cherheitsüberwachung" offenbart ist, die am 2. März 2001 eingereicht wurde und auf die hier in vollem Umfang Bezug genommen wird. Die DE 101 10 176 zeigt einen mit einem Hydraulikzylinder betriebenen Stützausleger eines mobilen Arbeitsgeräts, zum Beispiel einer Betonpumpe. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist zum Beispiel auch auf Stützausleger für Autokräne und Ähnliches anwendbar.

[0032] Der Kraftaufnehmer 10 der Fig. 1 ist hier einstückig ausgebildet und weist einen Körper mit einem im Wesentlichen kugelförmigen Abschnitt 12, vorzugsweise aus Vollmaterial (z.B. Edelstahl), auf, an den ein ringförmiger Flanschabschnitt 14 koppelt. Zwischen dem kugelförmigen Abschnitt 12 und dem ringförmigen Flanschabschnitt 14 befindet sich ein mit dem Bezugszeichen 16 versehener Übergangsbereich, der sich im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse 18 erstreckt. Der Flanschanschnitt 14 wiederum koppelt entweder direkt oder indirekt an einen hier allgemein mit 20 bezeichneten Kolben bzw. an eine Kolbenstange eines hier nicht näher dargestellten Arbeitszylinders, wie zum Beispiel eines Hydraulikzylinders, an.

[0033] Der Kraftaufnehmer 10 ruht bei seiner Verwendung als Endstück einer Kolbenstange eines Stützauslegers üblicherweise in einem hier nicht gezeigten Pfannenelement (Abstützteller), wie es exemplarisch in der DE 101 10 176 Al gezeigt ist. Das Pfannenelement koppelt wiederum an einen hier ebenfalls nicht gezeigten Stützteller, der üblicherweise direkt auf dem Boden abgesetzt wird. In der Fig. 1 ist die durch den Boden ausgeübte Gegenkraft mit dem Bezugszeichen F gekennzeichnet. Durch die kugelförmige Ausgestaltung des Kraftaufnehmerkörpers erfolgt die Krafteinleitung üblicherweise im Wesentlichen entlang der Längsachse bzw. Mittelachse 18 des Kraftaufnehmers 10. Die Kraft F ist vorzugsweise koaxial zur Mittelachse 18 orientiert. Je nach Untergrund kann die Kraft aber auch schräg eingeleitet werden.

[0034] Ferner sind in der Fig. 1 im Bereich des Flanschabschnitts 14 optionale Durchgangsöffnungen 22 gezeigt, die vorzugsweise mit einem Innengewinde versehen sind, um zum Beispiel Schrauben zum Zwecke der Verbindung mit der Kolbenstange 20 einschrauben zu können.

[0035] In Fig. 2 ist eine isolierte Seitenansicht des Kraftaufnehmers 10 der Fig. 1 gezeigt. Der Übergangsbereich 16 weist eine Länge L parallel zur Mittelachse 18 auf. Der Übergangsbereich 16 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse 18. Der Durchmesser des Übergangsbereichs 18 ist mit D_Uber in der Fig. 2 bezeichnet.

[0036] Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie III-III der Fig. 2.

[0037] Der Flanschabschnitt 14 ist im Wesentlichen ring- bzw. zylinderförmig ausgebildet und weist hier einen Innendurchmesser Dmnen und einen Außendurchmesser Dausen auf. Der Kraftaufnehmer 10 weist hier innen eine einzige Ausnehmung 26 auf, die einen Innenraum 28 zur Aufnahme eines elektrischen Messsystems 30 definiert.

[0038] Das elektrische Messsystem 30 wird an einer Innenseite 31 des Flanschabschnitts 14 angebracht, die im eingebauten Zustand des Kraftaufnehmers 10 der Kolbenstange 22 gegenüberliegt. Die Innenfläche 31 ist hier senkrecht zur Mittelachse 18 orientiert. Eine schräge Orientierung ist aber auch möglich.

[0039] Das elektrische Messsystem 30 kann einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen 32 (DMS) aufweisen, die entweder aufgeklebt oder gesputtert werden. Die DMS 32 befinden sich örtlich bezüglich des Radius vorzugsweise zwischen dem Übergangsdurchmesser D_über und dem Innendurchmesser D_lnnen. Dieser Bereich des Kraftaufnehmers 10 ist stegförmig zwischen dem Flanschabschnitt 14 und dem kugelförmigen Abschnitt 12 ausgebildet. Man erkennt, dass der Kraftaufnehmer 10 an dieser Stelle eine vergleichsweise geringe Materialstärke aufweist, so dass sich bei Ausübung von Kräften, insbesondere parallel zur Mittelachse 18, dieser Bereich besonders stark verformt bzw. leicht verformen lässt. In diesem Bereich treten sowohl Dehnungen als auch Stauchungen auf. Auf diese Weise ist es möglich, mit einem DMS 32 Zug- und Druckkräfte zu messen. Das Signal ist linear bei hoher Auflösung und weist eine geringe Hysterese auf.

[0040] Die Materialstärke - und somit der Kraftfluss - in diesem Bereich des Kraftaufnehmers 10 lässt sich ferner durch weitere Ausnehmungen 34, 36 ändern. Es können beliebig viele bzw. tiefe Ausnehmungen in Richtung des Inneren des kugelförmigen Teils 12 vorgesehen werden. Vorzugsweise wird eine zylinderförmige Ausnehmung vorgesehen, die in der Fig. 3 mit einer Strichlinie 38 angedeutet ist. Die Ausnehmung gemäß der Strichlinie 38 ermöglicht im Wesentlichen eine konstante Materialstärke im Bereich des Flanschabschnitts 14 sowie des Übergangs 16, so dass die Kraftflussdichte in diesem Bereich relativ homogen ist. Kleine Kräfte rufen dann große Signalstärken hervor.

[0041] Des Weiteren ist in Fig. 3 ein Innengewinde der Durchgangsöffnung 22 schematisch angedeutet. Es versteht sich, dass der Kraftaufnehmer 10 der vorliegenden Erfindung auch auf eine andere Weise (Z.B. durch Schweißen) mit dem in der Fig. 3 nicht dargestellten Kolben 20 verbunden werden kann.

[0042] Es fällt jedoch auf, dass, wenn der Kolben bzw. die Kolbenstange 20 bündig an die Oberseite des in der Fig. 3 gezeigten Flanschabschnitts 14 anschließt, ein - abgesehen von den hier nicht dargestellten elektrischen Verbindungen zum elektrischen Messsystem 30 - hermetisch abgedichteter Innenraum 28 geschaffen wird. Der Innenraum 28, in welchem die DMS 32 angeordnet sind, ist gegenüber äußeren Umwelteinflüssen geschützt. So wird zum Beispiel vermieden, dass Nässe von außen eindringen kann. Die DMS 32 sind Temperaturschwankungen weniger stark ausgesetzt.

[0043] Bezug nehmend auf Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers 10' gezeigt, der hier mehrstückig ausgebildet ist. [0044] Der Kraftaufnehmer 10' der Fig. 4 weist einen halbkugelförmigen Abschnitt 12' auf, an den sich ein Übergangsbereich 16' einstückig anschließt. Der Übergangsbereich 16' weist an seinem dem (halb-) kugelförmigen Abschnitt 12' gegenüberliegenden Ende selbst einen flanschförmigen Abschnitt auf. Dieser flansch- förmige Abschnitt weist einen Außendurchmesser Dober auf.

[0045] Der Flanschabschnitt 14' hat einen zylinderförmigen Körper, der an seinem einen Längsende eine zylindrische Ausnehmung 40 aufweist, die zur Aufnahme des flanschförmigen Endes des Übergangsbereichs 16' ausgelegt ist. Sowohl die Ausnehmung 40 als auch das flanschförmige Ende des Übergangsbereichs 16' können mit entsprechenden Gewinden ausgebildet sein, um den Abschnitt 12' mit dem Flanschabschnitt 14' kraftschlüssig und formschlüssig zu verbinden. Die Ausnehmung 40 im Flanschabschnitt 14' weist dazu eine Tiefe To auf, die im Wesentlichen der Höhe des flanschförmigen Endes des Übergangsbereichs 16' entspricht.

[0046] Der Flanschabschnitt 14' der Fig. 4 weist ferner mindestens zwei Messöffnungen 42 mit einer jeweiligen Tiefe T_M gegenüber der Ausnehmung 40 auf. Die Messöffnungen 42 befinden sich radial außen liegend relativ zur Mittelachse des Flanschabschnitts 14' und erstrecken sich im Wesentlichen in Längsrichtung (d.h. vertikal in Fig. 4) des Flanschabschnitts 14'. Die Messöffnungen 42 definieren einen Kern 44 zwischen sich. Die Messöffnungen 42 sind vorzugsweise symmetrisch zur Mittelachse des Flanschabschnitts 14' angeordnet. Die Messöffnungen 42 dienen zur Aufnahme der DMS 32. Die DMS werden dazu an den Innenwandungen der Messöffnungen 42 angebracht. Die Innenwandungen der Messöffnungen 42 erstrecken sich im Wesentlichen entlang der Mittelachse M des Flanschabschnitts 14'. Die Messöffnungen 42 weisen hier einen kreisförmigen Querschnitt auf. Andere Querschnittsformen können gewählt werden. Nach außen hin sind die Messöffnungen 42 durch Außenwände 46 des Flanschabschnitts 14' begrenzt.

[0047] Der Flanschabschnitt 14' weist an seinem anderen, dem Kolben 20 zugewandten Ende einen zentral angeordneten, hülsenförmigen Vorsprung 48 auf. Der Vorsprung 48 steht aus einer deckelartigen, im Wesentlichen ebenen Oberfläche 50 des Flanschabschnitts 14' vor. Die Oberfläche 50 liegt üblicherweise bündig am Kolben an und dient der vorzugsweise flächigen Kraftübertragung vom Kolben in Richtung des kugelförmigen Abschnitts 12'.

[0048] Um den Kraftaufnehmer 10' mit dem Kolben zu verbinden, kann der hülsenförmige Vorsprung 48 ein außenumfängliches Gewinde 52 aufweisen. Andere Verbindungsarten sind möglich. Der hülsenförmige Vorsprung 48 ist insbesondere innen hohl ausgebildet. Dieser Hohlraum 54 bietet Platz zur Aufnahme eines Messverstärkers 56, der über hier nicht dargestellte Kanäle durch den Flanschabschnitt 14' mit den DMS 32 elektrisch verbunden sein kann. Der Messverstärker 56 ist in der Fig. 4 mit einer Strichlinie gezeigt.

[0049] Wenn der in der Fig. 4 nicht dargestellte Kolben 20 (vgl. Fig. 1) kraftschlüssig mit dem Flanschabschnitt 14' der Fig. 4 verbunden ist, erfolgt eine Kraftübertragung u.A. durch den Kern 44 auf den kugelförmigen Abschnitt 12' über den Übergangsbereich 16'. Der Kern 44 liegt im zusammengebauten Zustand des Kraftaufnehmers 10' vorzugsweise flächig am Übergangsbereich 16' an.

[0050] Es versteht sich, dass der in der Fig. 4 mehrteilig aufgebaute Kraftaufnehmer 10' alternativ auch einstückig aufgebaut sein könnte.

[0051] Bezug nehmend auf Fig. 5 ist eine Ansicht auf eine Unterseite des isoliert dargestellten Flanschabschnitts 14' der Fig. 4 gezeigt. Der Flanschabschnitt 14' der Fig. 4 wird hier aus Richtung des kugelförmigen Abschnitts 12' von "unten" betrachtet, ohne dass der kugelförmige Abschnitt 12' gezeigt ist.

[0052] Der Flanschabschnitt 14' weist die umlaufende Wandung 46 radial am weitesten außen liegend auf. Weiter innen im Bereich der Ausnehmung 40 (vgl. Fig. 4) befinden sich hier exemplarisch vier symmetrisch zur Mittelachse des Kraftaufnehmers 10' angeordnete Messöffnungen 42. Die DMS 32 sind hier vierfach pro Messöffnung 42 vorgesehen und sind an den Innenwandungen vorzugsweise symmetrisch angeordnet. Üblicherweise wird die Stauchung des Kernbereichs 44 gemessen.

[0053] In Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Kraftnehmers 10" gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.

[0054] Der Kraftaufnehmer 10" weist ebenfalls einen Flanschabschnitt 14", einen Übergangsbereich 16" und einen kugelförmigen Abschnitt 12" auf. Die Abschnitte 12" bis 16" sind einstückig miteinander ausgebildet.

[0055] Der Flanschabschnitt 14" ist wiederum mehrteilig ausgebildet. Der Flanschabschnitt 14" weist einen äußeren Flanschmantel 60 und einen inneres Stempelelement 62. Der Flanschmantel 60 ist einstückig mit dem Übergangsbereich 16" und dem kugelförmigen Abschnitt 12" ausgebildet. Das Stempelelement 62 kann einen T-förmigen Querschnitt aufweisen, der im Wesentlichen aus einem vertikalen Stützglied 64 und einem horizontalen Membranglied 66 gebildet wird. Das Membranglied 66 weist hier einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Das Stützglied 64 ist zylinderförmig ausgebildet. Das Stützglied 64 ist im eingebauten Zustand vorzugsweise koaxial zur Mittelachse M orientiert. Das Membranglied 66 ist dann im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse M orientiert. Das Stützglied kann zentriert angeordnet werden, mit einem Gewinde eingeschraubt, geklebt, etc werden.

[0056] Das Stempelelement 62 kann mittels eines Gegenhalters 68 im Flanschmantel 60 fixiert werden. Der Gegenhalter 68 kann ein Gewinde 70 aufweisen, welches mit einem Gewinde 72 (in Fig. 6 nicht dargestellt) im Innenraum 74 in Eingriff gebracht werden kann. Alternativ kann das Stempelelement 62 auch ohne Gegenhalter 68 direkt am Flanschmantel 60 fixiert werden, z.B. durch Verschweißen. Jedoch ist die Ausführungsform mit Gegenhalter 68 von größerem Vorteil, da sich das Stempelelement 62 so einfacher ausbauen lässt, z.B. um einen der DMS 32 auszutauschen, die an dem Membranglied 66 angebracht sind. [0057] Der Innraum 74 des Kraftaufnehmers 10" weist ein stufenförmiges Profil auf, dessen Radius sich mit zunehmender Tiefe relativ zum Flanschabschnitt 14" bzw. zum Übergangsbereich 16" hier sprungartig verjüngt. Das Profil weist zumindest eine Stufe 76 auf, die als in Umfangsrichtung umlaufender Anschlag für das Membranglied 66 des Stempelelements 62 dient. Der Gegenhalter 68 zwingt das Stempelelement 62 vorzugsweise gegen die Stufe 76 im Mantel 60.

[0058] Das untere, freie Ende des Stützglieds 64 liegt im zusammengebauten Zustand, vorzugsweise plan, an einem Vorsprung 78 im Boden 79 des Innenraums 74 an. Der Vorsprung weist insbesondere den gleichen Querschnitt wie das Stützglied 64 auf, um eine möglichst gute und zentrierte Kraftübertragung zu gewährleisten. Der Vorsprung 78 und das Stützglied 64 bilden eine Art Kraftübertragungssäule, die frei im unteren Teil des Innraums 74 steht und die im Falle einer Krafteinleitung (in Längsrichtung des Kraftaufnehmers 10") eine Auslenkung bzw. Verformung des Membranglieds 66 bewirkt, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform der Fig. 1. Diese Auslenkung der Membran kann von den DMS 32 registriert und in ein Messsignal umgewandelt werden. Die Signalleitungen sind aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit in der Fig. 6 nicht dargestellt. Die DMS 32 können auch auf der dem Stützglied 64 zugewandten Seite des Membranglieds 66 angeordnet werden. In beiden Varianten der Anordnung liegen die DMS 32 gegenüber der äußeren Umwelt geschützt.

[0059] Es versteht sich, dass der Vorsprung 78 nicht zwingend erforderlich ist. Auch muss der Querschnitt des Vorsprungs 78 nicht unbedingt gleich dem Querschnitt des Stützglieds 64 sein. Auch die den Innenraum 74 definierende Ausnehmung kann variiert werden. Sie kann z.B. entgegen der Darstellung der Fig. 6 auch nur im Flanschabschnitt 14" vorgesehen sein. Das Stempelelement 62 kann mehrteilig aufgebaut sein. Die Stufe 62 kann in Umfangsrichtung unterbrochen sein.

[0060] Fig. 7 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines weiteren Kraftaufnehmers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. [0061] Der Kraftaufnehmer 10 der Fig. 7 ist hier wieder einstückig ausgebildet und weist einen kugelförmigen Abschnitt 12, einen Flanschabschnitt 14 sowie einen Übergangsabschnitt 16 auf. Der Körper des Kraftaufnehmers 10 erstreckt sich im Wesentlichen in der axialen Richtung 18. Der Flanschabschnitt 14 umfasst hier wieder einen (einstückigen) Flanschmantel 80. Der Flanschabschnitt 14 und der Übergangsabschnitt 16 definieren in ihren jeweils radial innen liegenden Bereichen ein Revolvertrommel-ähnlich ausgebildetes Kernelement 80.

[0062] Das Kernelement 80 erstreckt sich in axialer Richtung 18 innerhalb des Flanschmantels 60 in Richtung des kugelförmigen Abschnitts 12, und zwar ausgehend vom Innenraum 28 bzw. 74. Eine Oberseite des Revolvertrommel- ähnlichen Kernelements 80 entspricht der Innenfläche 31 der Fig. 1. Das elektrische Messsystem 30, hier bestehend aus DMS 32, ist an der Innenfläche 31, d.h. der Oberseite des Kernelements 80, angebracht. Die Oberseite des Kernelements 80 liegt oberhalb einer Kontaktfläche des Flanschabschnitts 14 mit dem Arbeitszylinder bzw. Kolben 20, der in Fig. 7 durch zwei Strichlinien angedeutet ist. Die Innenfläche 31 ist also gegenüber der Kontaktebene zwischen dem Kraftaufnehmer 10 und dem Arbeitszylinder bzw. Kolben 20 in Richtung des Pfeils 84 in ein Inneres des Arbeitszylinders bzw. Kolbens 20 zurückversetzt. Damit ist auch das elektrische Messsystem 30 in Richtung des Arbeitszylinders 20 versetzt. Je weiter das elektrische Messsystem 30 von einem Kontaktpunkt zwischen dem kugelförmigen Abschnitt 12 und einem in der Fig. 7 nicht gezeigten Stützfußteller entfernt ist, desto geringere Messfehler stellen sich ein. Üblicherweise ist der Arbeitszylinder 20, wenn er bei einem mobilen Arbeitsgerät eingesetzt wird, im ausgefahrenen Arbeitszustand vertikal orientiert und mit einem horizontal orientierten Ausleger verbunden. Deshalb tendiert der Arbeitszylinder beim Aufbringen einer Stützkraft dazu, in der horizontalen Richtung, d.h. seitlich, auszuweichen. Dieses Bestreben, seitlich auszuweichen, resultiert üblicherweise in Biegemomenten im Bereich des Kraftaufnehmers 10, wo der Kontakt mit dem Untergrund stattfindet. Je näher das elektrische Messsystem 30 zum Untergrund angeordnet ist und je weiter das elektrische Messsystem 30 vom Arbeitszylinder 20 entfernt ist, desto größer sind diese Störeffekte. Deshalb wird das elektrische Messsystem 30 vorzugsweise soweit wie möglich in den Arbeitszylinder 20 hinein verlegt. [0063] Das elektrische Messsystem 30 ist hier zwischen Sacklöchern 86 angeordnet. Die Sacklöcher 86 erstrecken sich in axialer Richtung 18, ausgehend von der Oberseite 31 des Kernelements 80. Die Sacklöcher 86 sind in einem radial außen liegenden Bereich der Oberseite 31 angeordnet. Die Oberseite 31 fungiert bei Beaufschlagung mit einer Stützkraft wie eine Membran, da das Kernelement 80 dazu tendiert, sich in Richtung des Arbeitszylinders 20 zu bewegen, wohingegen der Arbeitszylinder 20 über den äußeren Rand des Flanschabschnitts 14 eine Bewegung in entgegengesetzter Richtung initiiert. Im Bereich des elektrischen Messsystems 30 kommt es zu einer Aufbiegung der Oberseite 31, die gemessen wird.

[0064] Die Fig. 7 zeigt also einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, da sie einen Kraftaufnehmer 10 zeigt, der zur Bestimmung von Zug- und/oder Druckkräften geeignet ist, die durch den Arbeitszylinder 20 in Form von Abstützkräften ausgeübt werden, wobei der Kraftaufnehmer 10 einen axial orientierten Körper aufweist, der einen im Wesentlichen kugelförmigen, zur Aufnahme in einem Abstützteller ausgebildeten Abschnitt 12 und einen im Wesentlichen ringförmig ausgebildeten Flanschabschnitt 14 aufweist, wobei der Flanschabschnitt 14 angepasst ist, mit dem Kolben 20 des Arbeitszylinders verbunden zu werden, wobei die, insbesondere dem Kolben zugewandte, Innenfläche 31 des ringförmigen Flanschabschnitts 14, die sich an den Übergangsbereich 16 zwischen den Flanschabschnitt 14 und dem kugelförmigen Abschnitt 12 anschließt, zur Aufnahme des elektrischen Messsystems 30 angepasst ist.

[0065] Vorzugsweise erstreckt sich der Flanschabschnitt 14 in einem an den Arbeitszylinder 20 montierten Zustand in axialer Richtung 18 in den Arbeitszylinder 20 hinein, so dass sich die Innenfläche 31 mit dem daran angebrachten elektrischen Messsystem 30 innerhalb des Arbeitszylinders 20 befindet.

[0066] Insbesondere der kugelförmige Abschnitt 12, der Übergangsabschnitt 16 und der Flanschabschnitt 14 sind einstückig ausgebildet, wobei der Flanschabschnitt 14 und der Übergangsabschnitt 16 ein radial innen angeordnetes zylindri- sches Kernelement 80 aufweisen, welches sich in axialer Richtung erstreckende Sacklöcher 86 aufweist, die in der Innenfläche 31 ausgebildet sind.

[0067] Bei einer besonderen Ausgestaltung sind die Sacklöcher 86 in Um- fangsrichtung in einem radial außen liegenden Bereich der Innenfläche 31 ausgebildet.

[0068] Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das elektrische Messsystem 30, vorzugsweise mittig, zwischen den Sacklöchern 86 angeordnet ist.

Claims

Patentansprüche

1. Mit einem Arbeitszylinder koppelbarer Kraftaufnehmer (10; 10'; 10") zur Bestimmung von Zug- und/oder Druckkräften (F), die durch den Arbeitszylinder, vorzugsweise einen Hydraulikzylinder, insbesondere in Form von Abstützkräften, ausgeübt werden, wobei der Kraftaufnehmer (10) einen axial orientierten Körper aufweist, der einen im Wesentlichen kugelförmigen, zur Aufnahme in einer Gelenkpfanne eines Abstütztellers ausgebildeten, Abschnitt (12) und einen im Wesentlichen ringförmig ausgebildten Flanschabschnitt (14) aufweist, wobei der Flanschabschnitt (14) angepasst ist, mit einem Kolben (20) des Arbeitszylinders verbunden zu werden, wobei eine, insbesondere dem Kolben (20) zugewandte, Innenfläche des ringförmigen Flanschabschnitts (14), die sich an einen Übergangsbereich (16) zwischen dem Flanschabschnitt (14) und dem kugelförmigen Abschnitt (12) anschließt, zur Aufnahme eines elektrischen Messsystems (30) angepasst ist.

2. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, wobei ein Außendurchmesser (D_aUßen) des ringförmigen Flanschabschnitts (14) im Wesentlichen gleich einem Außendurchmesser des Kolbens (20) ist.

3. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Flanschabschnitt (14") mehrteilig ausgebildet ist und einen äußeren Flanschmantel (60) und ein inneres, vorzugsweise mit einem T-förmigen Querschnitt ausgebildetes, Stempelelement (62) aufweist, welches in einem Innenhohlraum (74) des Flanschmantels (60), vorzugsweise mittels eines Gegenhalters (68), derart fixierbar ist, dass ein, in einem zusammengebauten Zustand des Flanschabschnitts (16") im Wesentlichen axial orientiertes, Stützglied (64) des Stempelelements (62) mittig, vorzugsweise bündig, an einem Boden (79) des Innenraums (74) anliegt und dass ein im Wesentlichen radial orientiertes Membranglied (66) des Stempelelements (62), an welches das Stützglied (64) mittig und im Wesentlichen senkrecht anschließt, an eine in Umfangsrichtung verlaufende, nach in- nen vorstehende Stufe (76) des Flanschmantels (60) anliegt, wobei das elektrische Messsystem (30) an dem Membranglied (66) angebracht wird.

4. Kraftaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner ein elektrisches Kraftmesssystem (30), das vorzugsweise Dehnungsmessstreifen (32) aufweist, umfasst, wobei das Messsystem (30) an einer innenseitigen Fläche (31) des ringförmigen Flanschabschnitts (14) angebracht ist.

5. Kraftaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kugelförmige Abschnitt (12) innen, um eine Mittelachse (18) herum, zumindest eine Ausnehmung (32, 34) aufweist.

6. Kraftaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kugelförmige Abschnitt (12) und der Flanschabschnitt (14) einstückig ausgebildet sind.

7. Kraftaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kugelförmige Abschnitt (12) und der Flanschabschnitt (14) einen halbseitig offnen Raum (28) definieren, der in einem am Arbeitszylinder montierten Zustand durch den Arbeitszylinder bzw. den Kolben (20) verschlossen ist.

8. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Flanschabschnitt (14) einen zylinderförmigen Körper aufweist, der mindestens zwei in axialer Richtung verlaufende Öffnungen (42) zur Aufnahme des elektrischen Messsystems aufweist, wobei die Öffnungen (42) vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet sind.

9. Arbeitszylinder, insbesondere Hydraulikzylinder, mit einem kolbensei tig montierten Kraftaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Stützfuß für ein mit Stützauslegern versehenes Arbeitsgerät, vorzugsweise einen Autokran, mit einem Hydraulikzylinder gemäß Anspruch 9.

11. Stützfuß nach Anspruch 10, der ferner einen Abstützteller aufweist, der eine Gelenkpfanne hat, die zur Aufnahme des kugelförmigen Körpers (12) ange- passt ist, wobei der Kraftaufnehmer (10) die einzige Verbindung zwischen einer Kolbenstange und dem Abstützteller ist.