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Dokumentenidentifikation DE69221057T2 29.01.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0535339
Titel Lastmomentanzeigevorrichtung
Anmelder JLG Industries Inc., McConnellsburg, Pa., US
Erfinder Gray, Gregory G., Hagerstown, Maryland 21740, US
Vertreter Strehl, Schübel-Hopf, Groening & Partner, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69221057
Vertragsstaaten DE, GB, IT, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 12.08.1992
EP-Aktenzeichen 921137477
EP-Offenlegungsdatum 07.04.1993
EP date of grant 23.07.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.01.1998
IPC-Hauptklasse B66C 23/90
IPC-Nebenklasse B66F 17/00   

Beschreibung[de]
Umfeld der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Lastmoment-Anzeigesystem für eine an einem Ausleger angebrachte Materialhandhabungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere eine Lastmoment-Anzeigeeinrichtung, die den Bediener warnt, wenn das maximale Lasthubvermögen erreicht wird oder erreicht worden ist, so daß ein Umkippen oder ein Strukturfehler verhindert wird. Es sei bemerkt, daß in bestimmten Einrichtungen abhängig von ihrer Konstruktion vor dem Umkippen Strukturfehler auftreten und umgekehrt.

Wenngleich sich die folgende Beschreibung auf einen auf einem Lastwagen befestigten Kran bezieht, bei dem die Last über ein Lastseil zum Ausleger übertragen wird, hat die Erfindung auch Anwendungen bei anderen Materialhandhabungsgeräten, die eine Lasthubeinrichtung aufweisen, bei der das maximale Lasthubvermögen von Belang ist. Die Erfindungsgedanken können beispielsweise für Gabelstapler, Personalaufzüge oder Arbeitsbühnen, Greifbagger, Erdbohrer, Greifer oder Förderkübel, an der Last befestigte Elektromagnet-Zusatzeinrichtungen usw. verwendet werden. In ähnlicher Weise betrifft die Erfindung selbstfahrende oder nicht selbstfährende Maschinen mit oder ohne ausfahrbare Hilfsstützen, Maschinen mit feststehenden oder teleskopartigen Auslegern sowie Maschinen, die mehr als einen Hubzylinder aufweisen, wie beispielsweise gegliederte Ausleger oder Ausleger mit doppelten Hubzylindern. Die erfindungsgemäßen Fühler können auf diese Weise in jedem Zylinder eingerichtet werden, der die Struktur und damit die Last trägt. Beispielsweise kann der Dehnungsfühler gemäß der vorliegenden Erfindung auch für ein Linearstellglied oder einen pneumatisch betätigten Zylinder verwendet werden.

2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Bei einem auf einem Sockel, wie beispielsweise einem Lastwagen, eingerichteten Kran bestehen stets Bedenken, daß der Kran beim Heben einer zu großen Last infolge des um die Drehachse des Kranauslegers herum erzeugten großen Moments umkippt oder daß beim Kran ein Strukturfehler auftritt. Das erzeugte Moment ist eine Funktion der Auslegerlänge, des Auslegerwinkels und der gehobenen Last. Wie zu erwarten ist, kann sich das beim Heben einer bestimmten Last erzeugte Moment bei Verwendung eines teleskopartigen Auslegers recht schnell ändern, wenn der Ausleger teleskopartig ein- oder ausgefahren wird, während er gleichzeitig um seine Achse gedreht wird und der Auslegerwinkel damit geändert wird.

Es ist dementsprechend sehr wichtig, daß sich der Kranbeführer dieser Parameter bewußt ist, um zu gewährleisten, daß das maximale Hubvermögen des Krans. nicht überschritten wird. Um den Kranbeführer bei der Wahrnehmung dieser Funktion zu unterstützen, wurde eine Anzahl von Anzeigesystemen erzeugt, um dabei zu helfen, das Erreichen einer kritischen Krananordnung zu erkennen. Diese Anzeigesysteme werden gemeinhin als Lastanzeigesysteme, Überlast-Schutzsysteme, Lastsicherheits-Anzeigeeinrichtungen, Nennkapazitäts-Anzeigeeinrichtungen und Lastmoment-Anzeigesysteme (LMI-Systeme) bezeichnet.

Die vorhergehend erwähnten Systeme bestehen im allgemeinen aus einigen aber nicht immer allen der folgenden Dinge: einer Einrichtung zum Erfassen des Gewichts der gehobenen Last, einer Einrichtung zum Bestimmen der Auslegerlänge und des Auslegerwinkels sowie einer Einrichtung zum Liefern von Drehinformationen. Alle diese Faktoren sollten alle zulässigen Belastungen für das System berücksichtigen, die Berechnung maximaler Belastungen auf einer kontinuierlichen Grundlage ist jedoch, wie vorhergehend bemerkt, selbst bei einer hochentwickelten Programmierung schwierig.

Theoretisch kann ein von der Mittellinie der Drehung des Auslegers zum Hakenblock verlaufender Lastradius auf der Grundlage der Auslegerlänge und der Winkelinformation berechnet werden. Daraufhin wird eine Lastkarte erzeugt, die für jede Anordnung eines bestimmten Lastradius und einer bestimmten Auslegerlänge ein maximales Hubvermögen zeigt. Daher kann ein Kranbeführer durch Vergleichen des Gewichts der tatsächlich gehobenen Last mit dem maximalen Hubvermögen für den geeigneten Kran bestimmen, ob dieses Vermögen erreicht oder überschritten ist und korrigierende Maßnahmen einleiten, um das Umkippen des Krans oder das Auftreten eines Strukturfehlers beim Kran auszuschließen.

Bei Lastanzeigesystemen muß der Kranbeführer die Krananordnung bestimmen und dann die Lastkarte heranziehen, um das maximale Hubvermögen zu bestimmen. Dieser manuelle Vorgang nimmt viel Zeit in Anspruch, beruht in hohem Maße auf dem Bediener und ist in Situationen nicht sehr nützlich, in denen sich die Krananordnung schnell ändert. In LMI-Systemen wird die Krananordnung andererseits automatisch bestimmt und das auf dieser Anordnung beruhende maximale Hubvermögen auf einer fortlaufenden Grundlage berechnet. Das auf einer fortlaufenden Grundlage stattfindende Berechnen der Last für jeden Raumpunkt in bezug auf das maximale Hubvermögen erzeugt einen schwer zu bewältigenden Rechenaufwand.

Gegenwärtig werden bei der Mehrzahl im Handel erhältlicher LMI-Systeme entweder Druckfühler im Hubzylinder, ein Zugmesser im Lastseil, eine Lastzelle nach Art eines Kettenglieds am unbenutzten Ende des Lastseils oder ein Kabel zum Heben des Auslegers verwendet. Bei anderen LMI-Systemen wird entweder eine Lastzelle nach Art eines Seilscheibenstifts oder nach Art eines Lastbügels verwendet, um die Last zu messen. Die letzten beiden Lastmeßtechniken herrschen bei Systemen vor, hei denen ein Auslesen des Gewichts der Last vorgesehen ist. Jede der vorhergehend erwähnten Techniken zum Messen einer Last ist mit einer Anzhl von Nachteilen verbunden, die nachfolgend beschrieben werden.

Bei den meisten teleskopartigen Auslegern wird mindestens ein Zylinder verwendet, um den Ausleger anzuheben und abzusenken. Es ist daher eine weitverbreitete Technik, die Last zu messen, die durch den Zylinder nach unter übertragen wird. Bei diesem System sind em oder mehrere Druckwandler an dem Zylinder angebracht, um den Druck innerhalb des Zylinders zu messen. Zuerst haben diese Systeme nur den Druck auf der Kolbenseite des Zylinders gemessen. Dies erwies sich aus zwei Gründen als unannehmbar. Erstens bewirkt nicht jedes durch die Lastkarte bestimmte maximale Hubvermögen die Erzeugung des gleichen Drucks im Hubzylinder. Zweitens erzeugt das Bewegen des Auslegers mit einer in der Luft hängenden Last gegenüber dem Fall, in dem der Ausleger ortsfest gehalten ist und die Last mit der Winde gehoben wird, sehr unterschiedliche Drücke.

Das erste Problem kann dadurch gelöst werden, daß dem Kran ein Längen- und Winkelfühler hinzugefügt wird und die Eingangssignale von diesen Fühlern verwendet werden, um für eine bestimmte maschinelle Anordnung ein maximales Hubvermögen zu bestimmen. Die Lösung dieses zweiten Problems war jedoch schwieriger zu erreichen. In vielen der Druckmeßsysteme wird ein zweiter Druckfühler auf der Stangenseite des Hydraulikzylinders verwendet. Durch Subtrahieren des Signals auf der Seite der Stange vom Signal auf der Seite des Kolbens würde der Fehler theoretisch beseitigt werden. Durch diese Lösung können die durch die Bewegung des Kolbenkopfs im Zylinder erzeugten Nichtlinearitäten jedoch nicht korrigiert werden. Reibung, ungleiche Ölvolumina und Änderungen der Ölviskositat tragen jeweils zu den Nichtlinearitäten bei. Weiterhin wird durch das Vorsehen von zwei Fühlern die Möglichkeit von Fühlerfehlern verdoppelt und die Anahl der Systemkomponenten, die versagen können, erhöht. Schließlich besteht ein weiterer Nachteil des vorhergehend erwähnten Lastmeßsystems darin, daß der Druck auf der Zylinderseite der Sicherheits-Halteventile gemessen werden muß. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, daß ein unkontrolliertes Absinken des Auslegers auftreten kann, falls die Hydraulikleitung oder der Fühler beschädigt ist.

Ein Zugmesser arbeitet unter Hindurchführen des Lasttragkabels durch eine Reihe von Seilscheiben, die dafür ausgelegt sind, die auf die mittlere Seilscheibe einwirkende Kraft zu messen. Das Gewicht der gehobenen Last kann auf der Grundlage dieser Information bestimmt werden. Zugmesser weisen drei wesentliche Nachteile auf Erstens reagiert das Lasttragkabel so auf die einwirkende Last, wie dies eine Feder tun würde. Auf diese Weise ist eine mit dem Berechnen der Last verbundene Verzögerungszeit jedesmal dann erhöht, wenn das Lastseil über eine Kabelscheibe läuft. Da die Anzahl der Seilscheiben erhöht ist, ist auch die Verzögerungszeit beim Bestimmen der Last erhöht. Zweitens ist die Spannung im durch das Zugmesser gemessenen Bereich des Kabels von der Anzahl der Seile abhängig, die um den Hakenblock und die Seilscheiben gewunden sind. Das System hängt daher davon ab, daß der Bediener die richtige Anordnung des Hakenblocks und der Seilscheiben eingibt. Falls der Bediener einen Fehler macht, bekommt er fehlerhafte Daten. Es besteht daher die Möglichkeit, das maximale Hubvermögen des Krans zu überschreiten, ohne eine Warnung zu erhalten. Schließlich wird das Kabel bei Benutzung eines Zugmessers jedesmal dann, wenn es um eme Seilscheibe läuft, abgenutzt und gezogen, und es verringert sich daher die erwartete Lebensdauer des Kabels.

Lastbügel sind die bisher wohl genaueste Einrichtung zum Bestimmen der durch einen Kran gehobenen Last. Da der Lastbügel jedoch mit dem Haken des Krans verbunden ist, ist es sehr schwierig, das durch den Lastbügel erzeugte Signal zum Bediener zurückzuführen. Eine drahtlose Übertragung ist die einzige praktisch verwendbare Lösung dieses Problems, dies ist jedoch eine unverhältnismäßig teure Konstruktionsoption für ein LMI- System. Weiterhin wird die Gesamtlänge der Hakenblock-Baugruppe durch den Lastbügel vergrößert.

Lastzellen nach Art von Kettengliedern werden häufig für Gitterauslegerkräne bevorzugt. Bei den meisten anderen Kranausführungen gibt es jedoch im Aufbau keinen Platz, an dem ein Lasttragkabel endet, es sei denn, es wird mit dem Hakenblock eine gerade Anzahl von Seilen verwendet. Für teleskopartig aufgebaute Kräne ist die Lastzelle nach Art eines Kettenglieds aus zwei Gründen nicht praktisch verwendbar. Erstens wird die Anzahl der durch den Hakenblock gezogenen Teile des Seils durch den Bediener am Einsatzort ständig so geändert, daß sie der gehobenen Last entspricht. Falls die Anzahl der Teile des Seils dementsprechend keine gerade Zahl ist, hat das Lasttragkabel keinen Endpunkt, und die Lastzelie nach Art eines Kettenglieds kann nicht verwendet werden. Selbst wenn die Lastzelle nach Art eines Kettenglieds verwendet werden würde, wäre sie zweitens unverhältnismäßig teuer, um das Signal von der Lastzelle vom Ende des teleskopartigen Auslegers zum Bediener zu beüördern.

Laststifte sind Wandler, die dafür ausgelegt sind, die durch den Stift übertragenen Kräfte zu messen. Sie sind am wirksamsten, wenn sie zusammen mit Kabelscheiben verwendet werden. Die Kabelscheiben tragen dazu bei, die Drehkräfte auszugleichen, die andernfalls eine große Hysterese bewirken würden, falls der Laststift beispielsweise als einer der lasttragenden Zylinderstifte verwendet würde. Bei Laststiften tritt in der Hinsicht das gleiche Problem auf wie beim Lastbügel und bei Lastzellen nach Art eines Kettenglieds, als es unverhältnismäßig teuer ist, das Signal vom Laststift einen teleskopartigen Ausleger entlang zum Bediener hin abwärts zu übertragen.

Mikrozellenfühler sind ebenfalls zum Messen der Last verfügbar. Diese Mikrozellen sind jedoch dafür ausgelegt, auf der Außenseite einer Struktur verwendet zu werden, und es ist unvermeidbar, daß sie der Umgebung ausgesetzt sind. Diese Mikrozellen sind insbesondere sehr empfindlich gegenüber Temperaturänderungen und insbesondere gegenüber Änderungen, die dadurch bewirkt werden, daß sie dem direkten Sonnenlicht ausgesetzt werden. Dementsprechend können bei Verwendung von Mikrozellen in der Kranumgebung unzuverlässige Gewichtsanzeigen erzeugt werden.

Im US-Patent 4 039 084 wird die Beanspruchung in einem hydraulischen Hubzylinder für einen Kran durch vier Dehnungsfühler, die an der Außenseite der Kolbenstange des Hydraulikzylinders oder an einer am Ende der Kolbenstange angebrachten Trageinrichtung befestigt sind, bestimmt. Die mit dieser Vorrichtung verbundenen Probleme bestehen darin, daß eine Vielzahl von Fühlern erforderlich ist und daß jeder der Fühler so befestigt ist, daß er der Umgebung ausgesetzt ist. Auf diese Weise können dessen Meßfähigkeiten dadurch verschlechtert werden, daß er dem Regen, Schnee und Sonnenlicht fortwahrend ausgesetzt ist. Wenn die Fühler weiterhin dem direkten Sonnenlicht ausgesetzt sind, kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Fühler und der diesen umschließenden Umgebung ebenfalls zu fehlerhaften Fühleranzeigen führen.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein LMI-System vorzusehen, das einerseits eine hohe Meßgenauigkeit aufweist und bei dem die Fühler andererseits gegenüber der Umgebung geschützt sind. Diese Aufgabe wird durch das System gemäß Anspruch 1 erfüllt.

Das später im einzelnen beschriebene LMI-System weist kurz gesagt folgendes auf eine Einrichtung zur Erzeugung eines einen Winkel zwischen dem Ausleger und dem Sockel des Krans angebenden ersten Signals, eine Einrichtung zur Erzeugung eines die Länge des Auslegers angebenden zweiten Signals sowie einen in der Kolbenstange des hydraulischen Hubzylinders des Krans eingebetteten Dehnungsfühler zur Erzeugung eines dritten die vom Kran gehobene Last anzeigenden Signals. Das System bestimmt weiterhin ein auf dem ersten und dem zweiten Signal beruhendes maximales Lasthubvermögen und vergleicht diesen Wert mit dem Gewicht, das mit dem dritten Signal verbunden ist, um die prozentuale Beziehung zwischen diesen beiden Werten zu bestimmen.

In seinen verschiedenen Ausführungsformen weist das vorliegende LMI-System die folgenden vorteilhaften Merkmale auf:

Es gibt einen Hinweis, wenn eine von einem Kran gehobene Last einen vorgegebenen Prozentsatz des maximalen Lasthubvermögens für eine spezielle Krananordnung übersteigt.

Es ist nicht für irrtümliche Angaben infolge von Nichtlinearitäten anfällig, die im hydraulischen Hubzylinder eines Krans auftreten.

Es gibt das Gewicht einer gehobenen Last an, ohne daß damit eine zeitliche Verzögerung verbunden ist.

Es weist eine vereinfachte und kostengünstige Einrichtung zum Übertragen eines die Last angebenden Signals auf.

Es enthält eine Gewichterfassungsvorrichtung, die gegenüber der Umgebung geschützt ist und die weniger anfällig gegenüber Fehlern ist, die infolge von Temperaturgradienten zwischen dem Fühler und der Oberfläche, an der er befestigt ist, auftreten.

Es ermöglicht das Einteilen des Kranaufbaus in abgeteilte Lastbereiche, wobei jeder Lastbereich ein damit verbundenes maaimales Hubvermögen aufweist.

Es deaktiviert die Arbeitsfunktionen des Krans, wenn das maximale Hubvermögen überschritten wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und der begleitenden Zeichnung deutlich werden, wobei:

Figur 1 eine seitliche Vorderansicht eines Krans mit einem teleskopartigen Ausleger entsprechend einer Ausführungsform des Lastmoment-Anzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

Figur 2 eine von der Seite betrachtete Vorderansicht der Kolbenstange ist, in der sich der Dehnungsfühler befindet;

Figur 3 eine Ansicht eines um 90º gedrehten Schnitts 3-3 aus Figur 2 ist;

Figur 4 eine Ansicht eines Schnitts 4-4 aus Figur 2 ist; und

Figur 5 ein Flußdiagramm der Funktionsweise des Programms des Prozessors ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In Figur 1 ist als Beispiel die in einem auf einem Lastwagen befestigten Kran verwendete Erfindung dargestellt, wenngleich der Erfindungsgedanke auch für verschiedene andere Gerätetypen verwendet werden könnte, wie vorhergehend erwähnt wurde. Wie in Figur 1 dargestellt ist, weist ein Kran 1 einen mit emem Lastwagenaufbau 5 verbundenen Sockelabschnitt 3 auf. Der Kran 1 weist ein Sockel-Auslegerelement 7 und zwei teleskopartig ausfährbare Auslegerelemente 9, 11 auf. Ein Lasttragkabel 13 hängt vom Auslegerelement 11 herab und ist an einer Last 15 befestigt.

Das Sockel-Auslegerelement 7 weist eine daran befestigte Kabeltrommel 17 auf. Die Kabeltrommel 17 weist einen daran befestigten Kabellängenfühler 19 auf, der ein der Gesamtlänge der Auslegerelemente 7, 9, 11 entsprechendes Signal erzeugt. Die Kabeltrommel 17 und der Kabellängenfühler 19 gehören zum Stand der Technik. Ein Beispiel einer automatischen Kabeltrommel mit einer darin aufgenommenen Möglichkeit zur Längenmessung ist das von A. J. Tinsley and Company, Ltd. hergestellte "MCP/200 Series System".

Am Sockel-Auslegerelement 7 ist auch eine bei 21 schematisch dargestellte Prozessoreinheit befestigt. Ein Winkelfühler 23 ist an der Prozessoreinheit 21 angebracht, die mit diesem elektrisch in Verbindung steht. Der Winkelfühler 23 erzeugt ein elektrisches Signal, das den Hebewinkel des Sockel-Auslegerelements 7 bezüglich des Kransockelabschnitts 3 angibt. Der verwendete Winkelfühler 23 gehört zum Stand der Technik, und ein solcher Fühler wird unter dem Handelsnamen "ACCUSTAR" vertrieben und von Lucas Sensing System, Inc. hergestellt.

Ein hydraulischer Hauptzylinder 25 verbindet den Sockelabschnitt 23 mit dem Sokkel-Auslegerelement 7 und wird verwendet, um die Auslegeranordnung anzuheben und abzusenken. Der hydraulische Zylinder 25 besteht aus einem Zylinder 27 und einer Kolbenstange 29.

Wie in den Figuren 3 - 4 dargestellt ist, ist ein Dehnungsfühler 31 zentral in ein Bohrloch 30 in der Kolbenstange 29 eingebettet. Der Dehnungsfühler 31 erfaßt die Deformationen im Bohrloch 30, wenn die Kolbenstange 29 der Kraft der Last 15 ausgesetzt ist. Der Dehnungsfühler 31 erzeugt dann ein elektrisches Signal für die Prozessoreinheit 21, das das Gewicht der Last 15 angibt.

Wenngleich die Kolbenstange 29 in der Anmeldungszeichnung als massiv dargestellt ist, sei bemerkt, daß der Erfindungsgedanke auch bei teilweise oder völlig hohlen Kolben mit teilweise oder völlig massiven End-Tragbereichen verwendet werden könnte. Bei einer solchen Anordnung könnte der Dehnungsfühler in den massiven Abschnitt des Tragbereichs eingebettet sein.

Wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, weist das Bohrloch 30 zwei Gegenbohrungsbereiche 33 und 35 mit veränderlichem Durchmesser auf, die konzentrisch zu einer durch den Kolben verlaufenden diametralen Achse C-C verlaufen. Die Gegenbohrung 33 ermöglicht es, daß der Dehnungsfühler 31 mittels eines (nicht dargestellten) Einführwerk zeugs in die Kolbenstange 29 eingeführt wird, wobei der Dehnungsfühler vorzugsweise, ohne ihn vorab zu beanspruchen, durch Pressen in die Gegenbohrung 35 eingepaßt wird. Ein an den Dehnungsfühler 31 angeschlossenes Kabel 39 tritt über eine kleinere Bohrung 37 aus und verläuft bis zur Prozessoreinheit 21, wodurch der Fühler 31 elektrisch mit der Prozessoreinheit 21 verbunden wird. Eine Zugentlastung 40 mit einer axialen Bohrung ist in der Bohrung 37 angeordnet, um die Möglichkeit einer Beschädigung des Fühlers 31 durch eine auf das Kabel 39 einwirkende Spannung zu verringern. Um das Einpressen des Dehnungsfühlers 31 in die Gegenbohrung 35 zu erleichtern, wird der Dehnungsfühler 31 typisch vor dem Einführen mit einer "Teflon"-Paste beschichtet. Der Dehnungsfühler 31 weist an seiner äußeren Umfangsfläche weiterhin einen geritfelten Abschnitt 41 auf, durch den der Reibungssitz des Dehnungsfühlers 31 innerhalb der Gegenbohrung 35 verbessert wird.

Die axiale Mitte des Fühlers ist als Mitte des geriffelten Abschnitts 41 festgelegt und ist so ausgerichtet, daß eine durch die mittlere Längsachse der Kolbenstange 29 verlaufende Längsebene LP auch durch die Mitte des geriffelten Abschnitts 41 verläuft.

Der spezielle Ort des Bohrlochs 30 in der Stange ist nicht kritisch, da die Stange über ihre ganze Länge im wesentlichen einem gleichmäßigen Druck ausgesetzt ist.

Wie in Figur 4 dargestellt ist, hat der Dehnungsfühler 31 zwei Vertiefüngen oder kleine Vorsprünge 43 an dessen äußerem Ende, um die richtige Ausrichtung des Dehnungsfühlers 31 in der Gegenbohrung 35 sicherzustellen. Die Vertiefüngen 43 sollten vorzugsweise innerhalb von plus oder minus 30 der Lastachse D-D angeordnet sein, welche die mittlere Längsachse der Kolbenstange 29 ist, um optimale Ergebnisse zu erreichen. Der Fühler könnte jedoch beispielsweise um 900 gedreht werden, wobei immer noch ein verwendbares Signal erhalten würde.

Wenn der Dehnungsfühler 31 wie vorhergehend beschrieben befestigt ist, werden die hydraulischen Unregelmäßigkeiten und Nichtlinearitäten, die auftreten, wenn versucht wird, den Zylinderdruck zu messen, innerhalb des Zylinders gelöst, und die Kolbenstange 29 und der Dehnungsfühler 31 sind nur den durch die Last 15 und das Gewicht der Bestandteile des Auslegers erzeugten Kräften ausgesetzt. Daher sind die Empfindlichkeit und der Genauigkeitsgrad der vorliegenden Erfindung zum Bestimmen der gehobenen Last erheblich größer als bei den nicht zum Stand der Technik gehörenden Techniken zum Messen von hydraulischen Drücken eines Hauptzylinders.

Weiterhin werden die Hauptschwächen von Zugmessern durch die Einrichtung des hier beschriebenen Dehnungsfühlers dadurch überwunden, daß er sofort auf das Einwirken einer Last auf den Träger reagiert, weshalb es keine mit dieser Einrichtung verbundene Verzögerungszeit gibt, wenn das Gewicht der Last bestimmt wird. Es ist auf diese Weise möglich, eine starke Überlastung zu messen und die Maschine anzuhalten, bevor die die Struktur beschädigende Last den Boden verläßt. Es ist weiterhin nicht erforderlich, daß der Bediener die Anzahl der um den Hakenblock und die Seilscheiben laufenden Seile in das System eingibt, wodurch eine mögliche Fehlerquelle für das System beseitigt wird.

Da der Dehnungsfühler 31 weiterhin in der Kolbenstange 29 befestigt ist, gibt es keinen Bedarf an einer teuren Kabeltrommel oder einer drahtiosen Übertragungseinrichtung, um das Dehnungsfühlersignal zur Prozessoreinheit 21 zu übertragen, die für zahlreiche der vorhergehend erörterten Gewicht-Bestimmungsvorrichtungen erforderlich ist. Dies liegt daran, daß sich der Dehnungsfühler 31 erheblich naher an der Prozessoreinheit 21 befindet und über eine einzige Kabellänge an diese angeschlossen ist.

Wenn der Dehnungsfühler 31 weiterhin, wie in der bevorzugten Ausführungsform beschrieben angeordnet ist, wird das Gewicht jeglicher zusätzlicher am Ausleger, an Tragarmen oder an Arbeitskörben angebrachter Gegenstände durch den Dehnungsfühler 31 automatisch erfaßt. Andererseits müßte der Bediener sich beispielsweise dort, wo ein Lastbügel verwendet wird, daran erinnern, das maximale Hubvermögen durch das Gewicht eines jeden zusätzlichen Gegenstands zu verringern, um zu gewährleisten, daß das richtige maximale Hubvermögen berechnet wurde.

Es ist auch in der Hinsicht wichtig, daß der Dehnungsfühler 31 in der Mitte der Kolbenstange 29 eingerichtet ist, als Temperaturgradienten zwischen dem Fühler und dem umgebenden Material minimiert werden. Solche Temperaturgradienten können irrtümliche Fehleranzeigen erzeugen und beispielsweise hervorgerufen werden, wenn der Fühler an der äußeren Fläche der Kolbenstange 29 befestigt ist und dem direkten Sonnenlicht ausgesetzt wird. Weiterhin wird durch Anordnen des Fühlers 31 in der Mitte der Kolbenstange ausgeschlossen, daß der Dehnungsfühler 31 irrtümlich eine Seitenbelastung des Auslegers mißt, die beispielsweise durch den Wind erzeugt wird.

Ein letztes wichtiges Merkmal des Dehnungsfühlers 31 besteht darin, daß er sicher in die Kolbenstange 29 eingefügt werden kann, ohne die ANSI-Sicherheitsnormen (Sicherheitsnormen des "American National Standards Institute") für den Hubzylinder zu verletzen. Es ist daher nicht erforderlich, den ganzen Kranaufbau erheblich umzukonstruieren.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen LMI-Systems wird nun Bezug nehmend auf Figur 5 beschrieben. Wenn der Kran 1 die Last 15 hebt, liefern der Kabellängenfühler 19 und der Winkelfühler 23 Signale zur Prozessoreinheit 21, wie in Schritt 51 angegeben ist. In Schritt S2 bestimmt die Prozessoreinheit 21 den vom Drehzentrum des Auslegers zum Hakenblock verlaufenden Radius und fährt damit fort, einen bestimmten Lastbereich, in dem der Kran 1 arbeitet, auf der Grundlage des berechneten Radius und der Auslegerlänge zu kennzeichnen. In Schritt S3 liest die Prozessoreinheit 21 eine im Speicher abgelegte Lastbereichskarte. Die Lastbereichskarte kennzeichnet abgeteilte Lastbereiche für bestimmte Kombinationen der Auslegerlänge und des Radius. Mit jeder Lastzone ist ein maximales Lasthubvermögen verbunden. Die Prozessoreinheit 21 liest auf diese Weise das entspre chende maxmäle Lasthubvermögen aus der Lastbereichskarte und vergleicht in Schritt S4 diesen Wert mit der Last, die durch das vom Dehnungsfühler 31 empfangene Signal angegeben wird. Falls die vom Dehnungsfühler 31 angegebene Last beispielsweise kleiner ist als 90 % des maximalen Lasthubvermögens, kehrt das Programm zu Schritt S2 zurück. Falls die durch den Dehnungsfühler 31 angegebene Last größer oder gleich 90 % und kleiner als 100 % des maximalen Hubvermogens ist, werden eine erste Warnlampe 45 und ein erstes Horn 47 eingeschaltet. Falls die angegebene Last größer oder gleich 100 % ist, werden eine zweite Warnlampe 49 und ein zweites Horn 51 eingeschaltet. Falls die angegebene Last schließlich größer oder gleich 105 % ist, werden alle Überlastungsfünktionen des teleskopartigen Ausfahrens des Auslegers, des Hochziehens der Last und des Absenkens des Auslegers deaktiviert. Die bestimmten Prozentsätze des maximalen Lasthubvermögens können nach Wunsch geändert werden und können die als Beispiel angegebenen 90 % und 105 % überschreiten oder unterschreiten.

Ein wichtiger Vorteil des Einteilens der Lastkaate in abgeteilte Bereiche besteht darin, daß die Prozessoreinheit 21 das maximale Hubvermögen nicht für jeden Raumpunkt auf der Grundlage des Kranaufbaus als stetige Funktion berechnen muß. Statt dessen muß der Computer nur bestimmen, in welchem Bereich die Maschine arbeitet. Solange der Kran 1 auf diese Weise in diesem Bereich arbeitet, braucht die aktuelle Last nur mit einem maximalen Hubvermögen verglichen zu werden, bis sich der Kran in eine andere Zone der Lastkarte bewegt. Hierdurch wird die Rechenbelastung für die Prozessoreinheit 21 erheblich verringert.

Es wird verständlich sein, daß weniger hochentwickelte Steuerungen zufriedenstellend sein können, wenngleich die dargestellte Prozessoreinheit 21 im offenbarten System bevorzugt wird. Es könnten beispielsweise bei einer Ausleger-Hubeinrichtung mit einem einzigen Arm, die eine einzige Nennleistungsfahigkeit hat, ein Fühler und ein Analogvergleicher zum Liefern eines Vergleichswerts dieses Typs, der eine Überlastungsanzeige auslöst, ausreichend sein. Der erfindungsgemäße Dehnungsfühler kann mit anderen Worten zum Verhindern eines Struktürfehlers oder eines Umkippens mit einer Vielzahl von Einrichtungen und Steuerungen verwendet werden.

Bei einer komplexeren Einrichtung sind möglicherweise höherentwickelte Steuerungen erwünscht. Es kann beispielsweise vorteilhaft sein, die Ausrichtung oder die Drehposition des Auslegers, die Winkelbeziehung zusätzlicher Auslegerelemente oder die Länge dieser Elemente zu messen. In diesem Fall würden die für diese Merkmale gespeicherten Werte während des Betriebs mit Meßwerten verglichen werden. Wenn die Einrichtung mit einem Hauptausleger und einem äußeren Hilfsausleger versehen ist, können Dehnungsfühler für ein genaues Messen der aufjeden Kolben wirkenden Last in den Hubkolben eines oder beider Ausleger befestigt sein.

Es sei bemerkt, daß die Erfindung abgeändert werden kann und in Verbindung mit Hubeinrichtungen anderer Typen, wie pneumatischen Hubzylindern oder Linearstellgliedern, verwendet werden kann, wenngleich spezielle Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden. Im letzten Fall wäre der Dehnungsfühler in einen massiven Bereich des in Längsrichtung beweglichen Lastelements des Stellglieds, das mit einem Kolben vergleichbar ist, eingebettet.


Anspruch[de]

1. Lastmoment-Anzeigesystem für Förderzeug mit einer Trageinrichtung (3), einer relativ zu dieser bewegbaren Hubeinrichtung (7-11) und einer Zylinderanordnung (25) mit einem Zylinder (27) und einer mindestens teilweise massiven Kolbenstange (29) zum Heben und Senken der Hubeinrichtung (7-11), umfassend

einen Dehnungsfühler (31) zur Erzeugung eines das Gewicht einer Last (15) an der Hubeinrichtung (7-11) angebenden Signals,

eine Einrichtung (21) zur Speicherung eines das maximale Lasthubvermögen der Hubeinrichtung (7-11) angebenden Wertes,

eine Einrichtung (21), die das Signal mit dem Wert vergleicht, um zu bestimmen, ob das von dem Signal angegebene Gewicht der Last einen vorgegebenen Prozentsatz des das maximale Lasthubvermögen angebenden Wertes überschreitet, und

eine Einrichtung (21) zur Ausgabe eines Ausgangssignals aufgrund des vorgegebenen Prozentsatzes, wobei das Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Prozentsatz des maximalen Lasthubvermögens ein Alarmsignal auslöst und/oder die Hubeinrichtung abschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungsfühler (31) in einen massiven Teil der Kolbenstange (29) eingebettet ist.

2. System nach Anspruch 1, wobei der Dehnungsfühler (31) mittig in die Kolbenstange (29) eingebettet ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hubeinrichtung einen schwenkbar gelagerten Ausleger (7-11) mit meßbarem Winkel und meßbarer Länge aufweist, wobei die den Wert speichernde Einrichtung eine Prozessoreinheit (21) mit einer in ihrem Speicher vorhandenen Lastbereichskarte umfäßt, in der einzelne maximale Lasthubvermögen mit speziellen Kombinationen aus Auslegerwinkel und 4änge korreliert sind, und wobei die Prozessoreinheit (21) aus der Lastbereichskarte das maximale Lasthubvermögen des Auslegers (7-11) in einem bestimmten Lastbereich ermittelt.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Dehnungsfühler (31) in ein Querbohrloch (30) in der Stange (29) eingebettet und an einem in Längsrichtung mittleren Abschnitt seines Umfangs mit einer geriffelten Außenfläche (41) versehen ist, die auf eine durch die Kolbenstange (29) verlaufende erste Längsebene (LP) ausgerichtet ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Dehnungsfühler (31) in einem die Stange (29) diametral durchsetzenden eine Bohrlochachse (C-C) aufweisenden Bohrloch (30) mit einem mittleren Bohrungsabschnitt (35) und einer äußeren erweiterten Gegenbohrung (33) montiert ist, wobei der Fühler (31) in dem mittleren Bohrungsabschnitt (35) konzentrisch zu der Bohrlochachse (C-C) reibschlüssig montiert ist, und wobei die Berührungsflächen des mittleren Bohrungsabschnitts (35) und des Dehnungsfühlers (31) so dimensioniert sind) daß der Fühler (31) reibschlüssig in dem mittleren Bohrungsabschnitt (35) sitzt.

6. System nach Anspruch 5, wobei in zu der Gegenbohrung (33) entgegengesetzter Richtung ein Bohrungsabschnitt (37) verläuft, der einen kleineren Durchmesser aufweist als der mittlere Bohrungsabschnitt (35) und in dem eine Spannungsentlastung (40) zur spannungsfreien Aufnahme und Durchführung von Leitungen (39) von dem Dehnungsfühler (31) angeordnet ist.

7. System nach Anspruch 4, ferner umfassend eine am außen freiliegenden Ende des Fühlers (31) vorgesehene Ausricht-Einrichtung (43), die eine Drehung des Fühlers (31) in dem Bohrloch (30) in seine optimale Orientierung relativ zu einer zu der ersten Längsebene (LP) senkrechten zweiten Längsebene (D-D) der Kolbenstange (29) gestattet.

8. System nach einem der Ansprüche 3 bis 7, ferner umfassend eine Einrichtung (23) zur Erzeugung eines einen Winkel zwischen dem Ausleger (7-11) und der Trageinrichtung (3) angebenden ersten Signals, eine Einrichtung (19) zur Erzeugung eines eine Länge des Auslegers (7-11) angebenden zweiten Signals, eine erste Warnlampe (45) und eine erste Hupe (47), wobei die erste Lampe (45) und die erste Hupe (47) betätigt werden, wenn das Gewicht der Last entsprechend dem Ausgangssignal ≥ 90% aber < 100% des maximalen Lasthubvermögens ist.

9. System nach Anspruch 8, ferner umfassend eine zweite Warnlampe (49) und eine zweite Hupe (51), wobei die zweite Lampe (49) und die zweite Hupe (51) betätigt werden, wenn das Gewicht der Last entsprechend dem Ausgangssignal ≥ 100% des maximalen Lasthubvermogens ist.

10. System nach Anspruch 8 oder 9, wobei die eine Überlastung verursachenden Arbeitsfunktionen unmöglich gemacht werden, wenn das Gewicht der Last entsprechend dem Ausgangssignal ≥ 105% des maximalen Lasthubvermogens ist.







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