DE4032332C2 - Meßeinrichtung zur Erfassung des Pendelwinkels - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Erfassung des Pendelwinkels eines flexiblen Haltemittels für Hebeeinrichtungen mit einem an einer Hubvorrichtung angeordneten Tragelement, mit einem zwischen dem Tragelement und dem Haltemittel befestigten Gelenk kardanischer Art mit rechtwinklig zueinander angeordneten Achsen sowie dem Gelenk zugeordneten, die Bewegung abgreifenden Meßwertaufnehmern.

Es ist in der Fördertechnik ein seit langem bestehendes Problem, das durch die Anfahr- und Abbremsbewegungen von Krananlagen hervorgerufene Pendeln der an Tragseilen hängenden Last zu unterdrücken. Eine Lösungsmöglichkeit besteht in der Anwendung von Regel- und Steuer- Verfahren zur Pendeldämpfung. Diese Verfahren wirken durch gezielte Katz- und Kranfahrbewegungen dem Pendeln der Last entgegen. Der Erfolg der Pendeldämpfung ist u. a. abhängig von der Meßsignalgüte des Meßwertaufnehmers. Im allgemeinen werden Genauigkeiten von mindestens 0,1° als notwendig betrachtet.

Aus der DE-OS 21 15 587 ist eine Ladevorrichtung mit einer verfahrbaren Hubvorrichtung und einer Meßeinrichtung zur Erfassung des Pendelwinkels eines Tragseils bekannt. Die Meßeinrichtung ist an der Hubvorrichtung und einem über eine Unterflasche geführten Ende des Tragseils angeordnet. Die Pendelbewegung des Seils wird über zwei das Seil umgreifende Ringe auf je einen zugeordneten zweiarmigen Hebel übertragen. Die Hebel sind in 90° zueinander versetzten, senkrecht zum Seiltrum ausgerichteten Achsen nach Art einer Kardanlagerung aufgehängt. Jeder Hebel ist durch ein weiteres Gelenk mit einer quer zur Aufhängungsachse des Hebels ausgerichteten Schwenkachse getrennt. Durch diese Anordnung der Gelenke wird die Pendelbewegung des Seils in zwei Richtungskomponenten aufgeteilt. An dem oberen Ende sind die Hebel mit je einem Zahnsegment versehen, das in ein Zahnrad eingreift. Das Zahnrad sitzt auf einer parallel zur Achse des Hebels angeordneten Betätigungswelle eines Drehpotentiometers. Die Drehpotentiometer sind an eine Signalverarbeitung angeschlossen, die über die Widerstandsänderungen den Pendelwinkel bestimmt.

Diese Meßeinrichtung erweist sich als nachteilig, da die Genauigkeit der Winkelmessung durch das Spiel in den vielen Lagerstellen der Achsen und zwischen dem Zahnsegment und dem Zahnrad, sowie der mangelnden Genauigkeit des Drehpotentiometers beeinträchtigt wird. Weiterhin verhindert die Reibung der Zahnpaarung sowie des Drehpotentiometers die Rückkehr des Drehpotentiometers in die Nullage und ermöglicht keine Erfassung von kleinen Änderungen der Meßgröße.

Aus der DE-OS 20 05 323 ist ein Motorsteuerungssystem für hängend beförderte Lasten bekannt, bei dem ein Geber zur Erzeugung von mit dem Motor zusammenwirkenden Rückkopplungssignalen vorgesehen ist, die sich als Funktion des Winkels ändern, den das Aufhängeteil mit der Vertikalen bildet. Je nach Ausgestaltung kann der Geber den Pendelwinkel oder die Änderungsgeschwindigkeit des Winkels messen.

Zum Dämpfen der Pendelbewegung hängender Lasten ist schließlich eine kardanische Aufhängung des Seiles am Hebezeug aus der DE-AS 12 71 942 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine baulich einfache Meßeinrichtung zur Erfassung des Pendelwinkels zu schaffen, die eine hohe Genauigkeit aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Meßeinrichtung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 mit den Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß erzielt die Meßeinrichtung zur Erfassung des Pendelwinkels durch die Verwendung eines Gelenkes kardanischer Art mit kreuzförmig zueinander angeordneten Achsen und die unmittelbare Anordnung von Drehwinkelgebern an diese Achsen Meßsignale mit einer hohen Genauigkeit. Besonders vorteilhaft auf die Genauigkeit wirkt sich die spielarme Lagerung der Achsen des einfachen Kreuzgelenkes aus, sowie die spielfreie Verbindung zwischen den Achsen und den Meßwellen der Drehwinkelgeber über eine torsionssteife, flexible Kupplung. Die Anordnung der Drehwinkelgeber mit ihren Meßwellen in Verlängerung der zugehörigen Achse verhindert ein Verfälschen des Meßsignals durch eine winklige Lage der Achse und der Welle zueinander. Die Befestigung des Drehwinkelgebers über einen Zwischenflansch mit Aussparungen an dem Gelenkelement ermöglicht ein mechanisches Einstellen des Drehwinkelgebers auf den Nullpunkt nach einem Lösen der Kupplung von außen durch den Zwischenflansch. Die Verbindung zwischen dem unteren Gelenkelement und dem flexiblen Haltemittel mit einer Stange bedingt eine saubere Einleitung der Pendelbewegung des Haltemittels in das Gelenk. Die Verwendung von Leichtmetall, speziell Aluminium, für die Gelenkelemente in Verbindung mit ihrer nahezu reibungsfreien Lagerung erzielt über die dadurch geringen Trägheitskräfte eine Meßeinrichtung, die schnell auf eine Änderung der Meßgröße anspricht. Im Sinne der Erfindung können die Achsen auch aus Kunststoff gefertigt werden. Die Anordnung der Meßeinrichtung anstatt an dem lasttragenden Haltemittel an einem zusätzlich gespannten und mit der Pendelbewegung des Haltemittels gekoppelten Seil führt über eine geringere Belastung zu u. a. einer vorteilhafteren, kleineren Dimensionierung des Gelenkes und der Wälzlager.

Ein zusätzlicher Vorteil der Meßeinrichtung liegt in der Anordnung des Seilabrißschalters an der Anschlußstange für das flexible Haltemittel. Hierdurch wird die Kopplung der Meßeinrichtung mit der pendelnden Last ständig überwacht. Die Führung der Achse in dem unteren Gelenkelement über ein Gleitlager ist wiederum spielarm ausgeführt. Auch vorteilhaft ist die Verwendung eines Winkelcodierers an sich bekannter Art als Drehwinkelgeber mit einer Auflösegenauigkeit besser als 0,1°. Das Meßprinzip des verwendeten Winkelcodierers beruht auf der Abtastung von äquidistanten Strichmarkierungen mit Hilfe optischer Sensoren. Die Strichmarkierungen befinden sich auf einer Scheibe, die mit der Meßwelle des Drehwinkelgebers verbunden ist. Die Genauigkeit des Winkelcodierers ist von der Anzahl der optischen Sensoren und der Strichmarkierungen abhängig. Die Meßsignale der Sensoren werden zu dem Pendelwinkel weiterverarbeitet.

Die nahezu reibungs- und spielfreie Lagerung der Meßwelle des Drehwinkelgebers in Verbindung mit dem ebenfalls nahezu reibungs- und spielfreien Kardangelenk ermöglicht die Messung auch von kleinen Pendelwinkeln mit hoher Genauigkeit und die Rückkehr des Drehwinkelgebers in seine Nullage ist gewährleistet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen, erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipskizze der Meßeinrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt eines Konstruktionsbeispieles,

Fig. 3 eine Ausschnittsvergrößerung von Fig. 2 aus dem Bereich des Gelenks.

Anhand der Fig. 1, die eine Prinzipskizze der Meßeinrichtung zur Erfassung des Pendelwinkels a zeigt, wird deren Funktionsweise näher erläutert. Die Meßeinrichtung ist zwischen einem Tragelement 1 und einem flexiblen Haltemittel 2 angeordnet und besteht im wesentlichen aus einem Gelenk 3, insbesondere einem einfachen Kreuzgelenk, sowie aus zwei Drehwinkelgebern 4. Eine Pendelbewegung des Haltemittels 2 wird auf das Gelenk 3 mit seinen kreuzförmig zueinander angeordneten Achsen 5 übertragen. Die Drehbewegung der Achsen 5 wird direkt von den Drehwinkelgebern 4 erfaßt und an eine nicht dargestellte Signalverarbeitungseinrichtung zur Bestimmung des Pendelwinkels weitergeleitet.

In Fig. 2 ist ein Konstruktionsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung im Querschnitt dargestellt. An einem Tragelement 1, das z. B. Bestandteil einer nicht dargestellten Katze eines Laufkranes ist, ist über eine Einstelleinrichtung 6 und ein quaderförmiges Gehäuse 7 die Meßeinrichtung befestigt. Mit Hilfe der Einstelleinrichtung 6 ist die Meßeinrichtung in X-Richtung (z. B. Kranfahrrichtung) und Y-Richtung (z. B. Katzfahrrichtung) auf eine lotrechte Ausrichtung des Haltemittels in Ruhelage justierbar. Das Tragelement 1 ist zusätzlich mit nicht dargestellten weiteren Einstelleinrichtungen an der Laufkatze winkelverstellbar befestigt. Die Meßeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Gelenk 3 kardanischer Art und zwei Drehwinkelgebern 4 mit einer Auflösegenauigkeit von 0,025°. Das Gelenk 3 ist aus zwei U-förmigen, die offenen Seiten einander zugewandten Gelenkelementen 8, 8′ aufgebaut, die über zwei kreuzförmig aneinander befestigte Achsen 5, 5′ miteinander verbunden sind.

An dem unteren Gelenkelement 8′ ist über eine Stange 12 ein flexibles Haltemittel 2, insbesondere ein über eine an einem Lastaufnahmemittel angeordnete Umlenkrolle geführtes und von einem Stillstandsmotor unter Spannung gehaltenes Seil, verbunden. An den Außenseiten der U-förmigen Gelenkelemente 8, 8′ sind in Höhe der Bohrungen für die Lagerung der Achsen 5, 5′ über einen Zwischenflansch 9 die Drehwinkelgeber 4 lösbar befestigt. Die Drehwinkelgeber 4 sind mit ihren Meßwellen 11 über eine torsionssteife, flexible Kupplung 10 mit den Achsen 5, 5′ verbunden.

Fig. 3 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung von Fig. 2 aus dem Bereich des Gelenks 3. Der Zwischenflansch 9 ist mit zwei Aussparungen 14 versehen. Die Aussparungen 14 sind derart angeordnet, daß die nicht dargestellten Madenschrauben für die Befestigung der Kupplung 10 an der Meßwelle 11 und einer Zwischenachse 13 von außen durch den Zwischenflansch 9 hindurch gelöst bzw. angezogen werden können. Hiermit ist eine Einstellung des Drehwinkelgebers 4 auf seine Nullage möglich. Die Zwischenachse 13 ist mit einem Ende in eine Bohrung der Achse 5 eingesteckt und mittels einer Schraube gegen Verdrehen gesichert. Die Achsen 5, 5′ sind über Kugellager 15, insbesondere Rillenkugellager, in Bohrungen der U-förmigen Gelenkelemente 8, 8′ gelagert. In dem unteren Gelenkelement 8′ ist eine Stange 12, an der das Haltemittel 2 befestigt ist, über ein Gleitlager 18 geführt. An dem oberen Ende der Stange 12 ist mittels einer Verschraubung eine Anschlagplatte 16 angeordnet, an der sich eine um die Stange 12 angeordnete Feder 17 abstützt. Das andere Ende der Feder 17 ist an einem Vorsprung des Gelenkelementes 8′ abgestützt. Unterhalb des Gelenkelementes 8′ ist ein Seilabrißschalter 19 angeordnet, der mit seinem Schaltkontakt in eine Aussparung in Form einer umlaufenden Nut der Stange 12 eingreift. In der Zeichnung ist die Stellung des Schalters bei Seilabriß eingezeichnet. Die Feder ist etwa so ausgelegt, daß bei einer Seilkraft ³ 30 N der Schalter betätigt wird.

Claims (8)

1. Meßeinrichtung zur Erfassung des Pendelwinkels eines flexiblen Haltemittels für Hebeeinrichtungen mit einem an einer Hubvorrichtung angeordneten Tragelement, mit einem zwischen dem Tragelement und dem Haltemittel befestigten Gelenk kardanischer Art mit rechtwinklig zueinander angeordneten Achsen sowie dem Gelenk zugeordneten, die Bewegung abgreifenden Meßwertaufnehmern, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertaufnehmer Drehwinkelgeber (4) sind und jeder Drehwinkelgeber (4) mit seiner Meßwelle (11) mit einer Achse (5, 5′) des Gelenkes (3) zur unmittelbaren Aufnahme der Drehbewegung der Achsen (5, 5′) verbunden ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwellen (11) über torsionssteife, flexible Kupplungen (10) mit den Achsen (5, 5′) verbunden sind.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkelgeber (4) mit ihren Meßwellen (11) in Verlängerung der zugehörigen Achse (5, 5′) angeordnet sind.

4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk (3) ein einfaches Kreuzgelenk ist, das aus zwei bügelförmigen Gelenkelementen (8, 8′) besteht, deren jeweilige Enden über die Achsen (5, 5′) verbunden sind, die Achsen (5, 5′) kreuzförmig zueinander angeordnet und aneinander befestigt sind, sowie an den Enden in Wälzlagern (15) in den Gelenkelementen (8, 8′) gelagert sind.

5. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkelgeber (4) mit seinem Gehäuse (7) über einen Zwischenflansch (9) an dem Gelenkelement (8) befestigt ist und der Zwischenflansch (9) in Achsrichtung gesehen auf Höhe der Befestigung der Kupplung (10) an den Achsen (5, 13) Aussparungen aufweist.

6. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Meßeinrichtung ein Seil (2) angreift, das einerseits ortsfest und andererseits über eine an einem Lastaufnahmemittel angeordnete Umlenkrolle geführt und über einen Stillstandsmotor gespannt ist.

7. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Haltemittel (2) und dem Gelenk (3) eine Stange (12) angeordnet ist, die Stange (12) in Richtung des Haltemittels (2) über ein Gleitlager (18) in dem Gelenkelement (8, 8′) geführt und über eine Feder (17) auf dem Gelenkelement (8′) abgestützt ist, sowie an dem Gelenkelement (8′) in Höhe einer umlaufenden Nut an der Stange ein Seilabrißschalter (19) angeordnet ist, wobei ein Wechsel zwischen Be- und Entlastung des Haltemittels (2) den Seilabrißschalter (19) über die Nut oder den Rest der Stange (12) betätigt.

8. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkelemente (8, 8′) aus Leichtmetall sind.