用于确定在支承结构的支承元件上的支承力的测量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于确定在支承结构的支承元件上的支承力的测量系统，具有：至少一个测量元件，其与在支承力作用下能形变的形变体连接，用于形成传感器，并且发出与支承力成比例的信号，支脚，其包含传感器并且与支承元件以可运动方式连接，其中支承元件包含电线缆连接，该线缆连接构建为引导电能并且用于将与支承力成比例的信号传输给机器中的分析装置，其特征在于，支脚中的支承元件和传感器具有电磁接口，测量元件借助电磁接口通过电磁感应从机器供给电能并且与支承力成比例的信号从测量元件借助电磁感应传输至支承元件的线缆连接。
【专利说明】用于确定在支承结构的支承元件上的支承力的测量系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测量系统，其具有用于检测支承结构中的支承力的测力传感器，尤其用于检测在支承元件中的支承力，支承元件形成支承结构的一部分。支承结构应用于静止架设的起重机、被支承的做功机器、可行驶的起重车辆、可行驶的起吊车、钻探车辆、自行式滑架等，其以下称作做功机器或机器。
【背景技术】
[0002]在图1中示意性地示出了起重车辆1，其用于固定位置并且在工作期间伫立于支承元件2上，所述支承元件在也称作支脚。支承元件2位于可外伸的支架3的底部区域中，该支架固定在车辆的框架44上。支架3中的每个都可以构造为可伸缩支架，该支架可以从框架44利用外部力辅助或不用外部力辅助借助线性运动而置于其侧向从车辆中伸出的工作位置中。也可能的是，将支架3可枢转地构造，使得支架3必要时利用外部力辅助通过围绕竖直的或水平的轴线枢转运动而可以运动到从车辆侧向伸出的工作位置中。支架的端部区域也可以通过组合的枢转和伸缩运动而移动到工作位置中。在该情况下，支架本身可长度调节(可伸缩)并且在其一端部上可枢转地安置在车辆上。在另一种构型中，支架也可以具有多个翻折联杆，使得支架随着折叠运动可以翻折到工作位置中。伸缩运动、枢转运动以及组合的运动形式在此要由术语“外伸运动(被抽出或伸出)”涵盖。
[0003]在使用位置处，整个起重车辆(一般而言为机器)优选以液压方式借助支承元件2被提升，其中支承元件2可以事先以液压方式外伸到其支架3上。车轮只要有于是通常并不与地面接触，但至少减轻负荷。
[0004]如果测量通过支承元件垂直地传递到地面的力，则尤其在举升负荷时可以确定整个系统(即所支承的机器包括承载负荷在内)的重量分布并且由此确定整个系统的重心。测量值构造为被用于确定机器或起重机的倾倒点。用于测量支承力的可能性在于，在每个支承元件的力线中定位测力传感器。该测力传感器于是输出对应于相应的支承力的信号，该信号例如以前面所述的方式来分析。
[0005]Liebherr的申请EP2159428示出了用于将传感器与起重机联接或连接的解决方案。该解决方案使用在中央管上的滑动触头连接来传输信号。利用该解决方案只能实现单极解决方案。于是，起重机的车辆质量体必须被用作第二极。然而，这在潮湿地面的情况下或在下雨时会导致传导电流和故障，因此就此而言该信号会被加重故障负担。此外，原则上危险在于缸体内连接被敞开的滑动触头中断。
[0006]此外，单线连接对于需要多极连接的常见技术而言并不适合。这样，对于可靠连接如Canbus需要至少五个极,但也对于4_20mA技术需要两个极或三个极的连接。
实用新型内容
[0007]本实用新型的任务是提出一种牢固的支承力测量系统，其具有用于可运动的可外伸的支承元件的力传感器，该支承力测量系统可靠地提供与支承元件所承载的负荷(支承力)对应的信号。
[0008]该任务通过具有独立权利要求的特征的支承力测量装置来解决。
[0009]在根据本实用新型的形式中，用于测量在尤其可运动的做功机器的支承结构的可运动的支承元件上的支承力的支承力测量装置具有至少一个测量元件，其与在支承力作用下可形变的形变体连接并且发出与支承力成比例的信号，以及具有用于将与支承力成比例的信号传输给分析装置的至少一个电连接。支承元件和/或支承结构具有至少一个在静止位置与工作位置之间可调节的区段，其中在测量元件与分析装置之间的相对位置变化。电连接是线缆，其使支承元件或支承结构的相对彼此可调节的区段连接，该线缆跟随支承元件或支承结构的区段的相对位置的调节而改变其长度并且自动地返回到其初始长度。
[0010]通过使用多芯线缆可以将传感器的多个端子同时与分析装置连接，由此可以同时进行能量供给和测量值截取。也可以同时检测多个测量值，例如支承力和温度。此外，通过线缆的连接与滑动触头连接相比更为可靠，该滑动触头连接始终受到小的磨损。
[0011]优选地，可调节的区段与液压的活塞/缸体装置连接并且线缆穿通活塞/缸体装置的缸体室地布置。
[0012]优选地，线缆一方面与流体密封的电流引导装置穿过缸体壁来连接，而另一方面与流体密封的电流引导装置穿过活塞以电学和机械方式牢固连接。
[0013]优选地，线缆在多件式可伸缩保护管中引导，其中可伸缩保护管的相应端部侧的段与活塞或缸体底部连接。
[0014]优选地，线缆具有初始形状，线缆跟随松弛应变而自动返回到初始形状，其中初始形状为螺旋形、螺线形、波纹形、锯齿形或环形或具有这些基本形状的组合。例如，所需的弹性可以通过线缆外罩、线缆本身的相应构型或通过使用相应的预形变的膜线缆来实现。
[0015]优选地，线缆的初始形式尤其是线缆的螺旋形初始形状在此与缸体的内直径匹配地形变，以便引导线缆。
[0016]同样，线缆优选卷绕到自动的上卷器，该上卷器在弹力下并且优选在中部区段开始从两侧卷起线缆。
[0017]优选地，线缆为多芯的。以此方式，不同信号可以同时被传输给用于分析，信号除了支承力测量信号之外可以是温度信号等。
[0018]优选地，支承结构具有可水平外伸的支架和/或安置在支架端部上以液压方式可竖直调节的支承元件，其中形变体与测量元件一起安置在支架和/或支承元件上。尤其优选地，支承元件具有带有活塞杆的液压缸，其中形变体形成活塞杆的一区段。
[0019]可替选地或附加地，支承元件具有支脚，用于支撑在地面上，其中形变体安置在活塞杆与支脚之间的连接区段中，或形成连接区段。优选地，连接区段是球形联杆而形变体是球形联杆的组成部分。
[0020]优选地，形变体的构型选择为使得形变体在支承力方向上可变形而在相对的横向方向上是硬的。
[0021]优选地，分析装置可以检测支架的外伸长度并且利用支承力的相关测量值来计算以便确定机器的重心位置。
[0022]附加地，支架在外伸的位置中被测力螺栓支承，该测量螺栓检测支架的机器侧的负荷。[0023]优选地，支架借助一个或多个活塞/缸体装置以液压方式来调节并且线缆穿通活塞/缸体装置地布置。
[0024]在另一种根据本实用新型的形式中，用于测量在尤其可运动的做功机器的支承结构的可运动的支承元件上的支承力的支承力测量装置具有至少一个测量元件，其与在支承力作用下可形变的形变体连接以形成传感器并且发出与支承力成比例的信号，以及具有含有传感器的并且与支承元件可运动地连接的支脚。支承元件包含电线缆连接，其构造为用于传导电能并且用于将与支承力成比例的信号传输给机器中的分析装置。支脚中的支承元件和传感器具有电磁接口，测量元件借助电磁接口通过电磁感应从机器供给电能并且与支承力成比例的信号从测量元件借助电磁感应传输至支承元件的线缆连接。
[0025]在该装置中，除了可靠的线缆连接之外使用一接口，其耐腐蚀且对湿气不敏感，并且也允许如在安装部位本身处更换传感器或支脚例。
[0026]优选地，测量元件与一电路连接，该电路包含用于存储电能的可充电的缓冲存储器，其用于支承力测量和传送与支承力成比例的信号。
[0027]优选地，机器中的分析装置匹配，以便随着传送与支承力成比例的信号在时间上错移地在用于对缓冲存储器充电的充电运行与用于测量支承力的测量运行之间切换，其中切换循环时间上受控地或与缓冲存储器的充电状态或支承力的测量值的大小有关。
[0028]可替选地并且同样优选地，能量的传输和与支承力成比例的信号的传送可以同时进行，其方式是:调制过的交流电压作为信号的载波通过电磁接口来传输。
[0029]优选地，传感器可更换地安装在支脚中。由此可以在维护工作中不需分离或重新连接地更换传感器或者为了匹配测量而进行匹配，例如与其他测量领域匹配或添加温度测量匹配。
[0030]优选地，支脚具有球形盘，其支承在传感器上，其中支承元件具有联杆球，其容纳在球体盘中。电磁接口的支脚侧的部分可以下沉地安装在球体盘的凹进部中并且电磁接口的支撑元件侧的部分可以下沉地安装在联杆球的凹进部中，使得这两个部分彼此无接触地对置。
[0031]支承力测量装置的其他有利的扩展方案前面已描述并且在此方面详细地参考实施形式。
[0032]在另一种根据本实用新型的形式中，用于测量在尤其可运动的做功机器的支承结构的支承元件上的支承力的支承力测量装置具有至少一个测量元件，其与在支承力作用下可形变的形变体连接用于形成传感器，并且发出与支承力成比例的信号，以及具有含有传感器且与支承元件可运动地连接的支脚。支脚具有用于电能的存储器以及无线电发射器，其与传感器连接并且构建为以无线方式将由传感器检测的与支承力成比例的信号传送给机器中的无线电接收器。
[0033]在本实用新型的该形式中，可以使用多通道的、必要时可扩展的系统，使得将支承力、温度、充电状态或功能等的测量值通知分析装置。该系统可非常简单地改装，因为在机器的控制站中仅需要一个持续的能量供给装置，其通常本来就有。
[0034]优选地，用于电能的存储器是可充电的存储器，并且支脚设置有充电装置，借助充电装置可以对存储器充电。可以考虑如下解决方案:其中可以使用不可重复充电的存储器；在通常情况下工作持续时间长到以便在合适的费用和保护环境的情况下通过使用不可充电的电流存储器以足够的频度发送测量信号。
[0035]优选地，机器中的无线电接收器与分析装置连接，该分析装置将与支承力信号成比例的信号折算成支承负载。
[0036]优选地无线电发射器和无线电接收器分别作为无线电发射器和接收器构造和构建为彼此通信。优选地，无线电发射器和无线电接收器构建为用于借助无线电波传输数据，彼此根据预给定的协议耦合并且检验信号来源和至机器的接收器的正确传送。
[0037]优选地，用于电能的存储器与充电装置连接，该充电装置具有用于连接电流源的充电插座或通过电磁感应无接触地传输电能的接口。后述扩展方案尤其可以在脏的安装部位环境中无短路地工作，因为没有电接触部露出。
[0038]优选地，支脚具有用于监控用于电能的存储器的充电状态的装置，其构造为借助无线电发射器将关于充电状态的数据传送给机器的无线电接收器。
[0039]支脚优选具有无线电发射器的天线，其布置在凹进部中并且优选以塑料浇注。
[0040]优选地，支脚在其上侧承载发光装置，优选LED，其由无线电发射器控制以便通过灯光符号显示工作状态。灯光符号可以通过灯光颜色或发光间隔、尤其是持续灯光和具有不同频率的闪光来区分并且优选显示不同的工作状态如尤其是准备工作、故障、无线电接触中断、存储器的充电状态。
[0041]该扩展方案具有如下优点:尤其同样可以向机器操作员和在驾驶室中不一定看到的其他人员提醒做功机器的有危险的运行状态的警告。
[0042]优选地，无线电接收器安置在机器驾驶员的控制站中并且具有屏幕，在屏幕上示出测量值和/或由测量值计算的值如尤其在运动起重机的情况下起重机支架的允许的外伸长度和角度值。
[0043]尤其，发光装置以及所描述的功能详细而言也可以应用在本实用新型的其他形式中。
[0044]从本实用新型来看，也要关注如下借助图2所示的关于横向力方面的问题。
[0045]在利用支承元件提升车辆并且在提升负载时，车辆框架44、支架3和支承元件2形变，使得伫立于地面的支承元件2的端部或支脚在水平方向d上要彼此远离，如在图2中所示。但该运动部分通过在地面与支脚2之间的摩擦系数不为零的方式来防止。由此，在支承元件之间形成水平反应力，其在所有被力线经过的部件中产生弯曲矩。
[0046]测量技术的问题现在在于，每个实际测力传感器或力传感器不仅在测力传感器或力传感器针对其所构造的力方向上作出反应，而且或多或少地针对所有其他方向上作用于其的力和力矩作出反应。例如为了检测利用支承元件所支承的车辆或起重机的重心位置，仅竖直力、支承力是重要的。
[0047]在上面所描述的应用中出现的水平力尤其是在各个支承元件上的水平力为要测量的竖直力的在测量技术上有关的干扰成分。
[0048]困难的是找到测力传感器在车辆或起重机上的合适安装位置。围绕起重机或起重车辆，使用条件常常是恶劣的。
[0049]线缆连接和传感器暴露于污物。此外，支承元件在外伸的状态中也暴露于由机器和车辆和紧邻周围环境中的重型设备运行而产生的机械应力和潜在碰撞。由此，不允许限制或妨碍安全性和工作能力。[0050]本实用新型提供了对所述的困难的解决方案。
[0051]利用本实用新型，测力传感器集成到支承元件中，使得其牢固地集成到该结构中并且同时提供可靠的信号。
[0052]这样，测力传感器在本实用新型的一种形式中构造为，使得其容易地安装在支承部的端部上，经受较少的由于横向力和力矩引起的影响并且可以良好地对抗环境影响，如湿气和污物。
[0053]但，测力传感器也可以在另一部位处集成到支承元件的力线中，这样例如在活塞杆的任意部位处。
[0054]由于这里所描述的应用通常为安全相关的应用，所以此外重要的是，测力传感器的测量技术上的特征在长时间上保持不变并且对功能安全性的最低要求被满足。
[0055]此外，这样的配备支脚的车辆通常使用在露天。在那里，例如车辆侧面在阳光下，使得在该侧面上的支脚被加热，而其他支脚在阴影中。由此，会形成极大温差，其会使测量传感器中的所测量的形变或应变尤其是所测量的电阻值(即力)歪曲。
[0056]有利地，测力传感器可以包含附加的温度测量，这样其例如可以承载温度敏感的电阻，其能够实现直接在测量传感器上的温度补偿。特别有利的是，承载负载测量电阻的传感器紧邻地也具有温度测量电阻。
[0057]存在许多不同的车辆，其具有需要使用支脚的机构。因此，在支脚上也预期并且检测到不同的最大支承负载。为了能够在相应的标称负载范围上实现精确测量，测力传感器要设计为，其能够尽可能地发出在整个标称负载范围中均匀变化的信号。为此有利的是，传感器在不建立导电连接的情况下能够被更换。
[0058]此外，为了避免储备许多不同的传感器(其分别针对标称负载范围而匹配)，有利的是，使用唯一的标准测量元件并且传感器的变形体在其几何结构上与测量任务即标称负载范围匹配。
[0059]在形变体的构型方面的匹配可以非常良好地计算并且也可制造，因为优选转动件的直径(缸体直径)被匹配，这在实践中能容易且精确地实现。
[0060]在本实用新型的另一种扩展方案中，与不同负载的匹配设计为，不同的套筒通过标准变形体被罩住，所述套筒通过增加横截面于是形变较少并且这样可以消除较高负载。
[0061]在本实用新型的另一扩展方案中，可考虑的是，将力传感器集成到支架的水平支承结构中，以便改善测量结果的精确度。为此，传感器可以以同形变体连接的测量元件形式并且例如通过焊接或压配安装到支承结构中，以便测量支承力。
[0062]该扩展方案可以通过增强结构来实现，该增强结构附加地施加到支承结构上并且与此连接，使得传感器作为集成元件而被容纳。
[0063]在此，有利的是，整个增强部在其安置到支承元件上之前可作为组件而被测定和测试。
[0064]为此有利的是，增强结构围绕测力传感器限定地减弱，以便在此能够实现最大且限定的应变的位置用以消除、测量在测量位置处的力线或负载。
[0065]与不同负载的匹配于是例如构造为使得附加结构不同强度地实施，或限定的减弱不同地实施。
[0066]在本实用新型的另一扩展方案中，力传感器集成到最下部的支承板、球形联杆之下的支承元件的支脚中。为此传感器放置在球形容纳部之下，该球形容纳部可变换。
[0067]通过具有不同球直径的不同插接部可以迅速地针对相应的起重车辆进行匹配。
[0068]传感器可以是力传感器，其记录形变体上的应变即长度变化。这可以是电阻应变片，其测量应变，或是耦接的膜，其在力影响下应变、拱曲或变形。在此，也可以使用光学方法，特别是具有纤维，所述测量方法可以测量应变。一般而言，不同的方案在此是可能的。
[0069]另一用于检测支承力的方法可以是液压测量元件，其测量作为压力的所闭合的活塞室的压力并且折算成力输出。在测量数据通过无线电被传送时，能量供给也可以通过将车辆质量作为第二极的情况下借助在车辆上的单极或者双极连接来实现。
[0070]但传感器也可以实现为可运动的力测量轴，其根据外伸的状态或外伸的长度或宽度和角度来分析可运动的机器的可外伸的支架的起作用的支承力。在此，例如，得到的轴弯曲或轴承力、在轴的支承部处的轴向力被分析。
[0071]力传感器也可以是SAW传感器或带有RFID功能的传感器，其作为振荡回路通过波来激励并且随后独立地发出谐振响应。为此，会需要每个支脚一起发出经编码的地址以防止测量值的混淆。
[0072]在此情况下，力传感器优选可以通过无线例如电感性连接由支脚和其球形联杆查询。
[0073]为此，合适的发射和接收装置集成到支脚的球体和容纳板中，其实现测量值的传输或驱动传感器的能量的传输。
[0074]在本实用新型的另一种扩展方案中，每个力传感器与分析装置借助安装在其机器侧的收发器通信，该收发器通过相互发射和回发与校验算法结合地按规定传输数据。
[0075]特别有利的是，通过支脚到起重机(机器)的监控装置(分析装置)的双线实施，其承担能量供给，并且其中同时测量信号以模拟或数字方式时钟控制地调制到供给电压或供给电流上。
[0076]可选地，连接五极地构造为CAN总线，或通过无线电经由多个通道实现。
[0077]在通过无线电传输时，尤其是可简单地在旋转式起重机上的起重机舱中的显示是可改装的，因为滑动触头接触部不需要。仅需要电流供给装置，并且具有接收单元和显示器的分析装置可以简单改装、放置在起重机驾驶员的视野中。
[0078]在分析装置上或在每个支承板上的发光装置可以现场以视觉方式确认、显示正确的连接和安装。
[0079]为了简单操作和安装传感器系统，脚部板从上部利用可旋紧的闭合件封闭，或上部敞开并且仅简单地锁止，以及要不然在运输期间在车辆上紧固在充电和运输装置中。
[0080]在本实用新型的一种扩展方案中，力传感器集成到支脚的活塞杆中。
【专利附图】
【附图说明】
[0081]以下参照示意性附图更为详细地阐述了本实用新型。
[0082]在附图中:
[0083]图1以前视图示出了在起重车上的支承元件中的一个；
[0084]图2A示出了支架，其具有示意性出现的形变部和增强结构；
[0085]图2B示出了支架，其可围绕垂直轴线从车辆中枢转出；[0086]图2C示出了支架，其可围绕水平轴线从车辆中枢转出；
[0087]图3示出了带有传感器的可液压外伸的支架和在下脚部处具有传感器的支脚；
[0088]图4A-4G示出了穿过支脚的用于传感器的各种电耦接装置；
[0089]图5A示出了带有传感器元件和用于匹配于最大负荷的套筒的支脚的截面图以及传感器本体的放大图5B ；
[0090]图6A-6B示出了带有用于不同的球形联杆的传感器插接部的支脚；
[0091]图6C示出了与起重机控制装置无线连接的支脚；
[0092]图6D示出了与起重机控制装置无线电连接的支脚；
[0093]图7示出了在液压缸的活塞杆中具有传感器的支脚的示意性截面图；
[0094]图8示出了具有可安装的支脚的起重车，所述支脚通过无线电将测量值发送到起重机舱中；以及
[0095]图9示出了一种解决方案，其中力传感器由活塞/缸体装置与压力测量装置一起形成。
【具体实施方式】
[0096]根据图1，可转动的起重机I (起重机为本申请意义下的机器)具有基本框架或下部结构44，其固定在水平移动起重臂或支架3上。在支架3上安装支脚2，支脚可以限定地抬起起重机结构或整个车辆。
[0097]根据所悬挂的负载5、起重机支架(柱SB)的外伸的长度、所展开的延长部SC、起重机的自重和平衡重量8A的放置以及带支脚2的支架3的外伸的长度L，得到在起重机即将倾倒之如提升负载5的最闻负荷。
[0098]通过分析所有支承元件的支承力的方式，接近或达到最高负荷(也称作过载极限)可以向起重机驾驶员显示。
[0099]为此，在支承结构中设置传感器。
[0100]根据图2Α，力传感器在支承结构内可安置在不同的点上。例如，在支承元件中，在球4的区域中的支脚2，在支架3上在增强元件5上，或在支架3的托架辊子轴7中。本实用新型可应用于这些应用中，优选应用于传感器和分析装置相对彼此可运动的应用。
[0101]在图2Β中示出了如下解决方案，其中支架3可围绕竖直轴线从车辆中枢转出。支架3围绕其枢转的轴颈7可以实施为力测量轴。此外，其他力传感器如以下所描述的那样可以设置在支脚2的球4的区域中或设置在支承板9中并且以所描述的方式与起重机的分析装置连接。
[0102]在图2C中示出了如下解决方案，其中支架3可围绕水平轴线由液压缸300驱动地从车辆中枢转出。支架3和液压缸围绕其枢转的铰接点7可以实施为力测量轴。此外，其他力传感器如以下所描述的那样可以设置在支脚2的球4的区域中或设置在支承板9中并且以所描述的方式与起重机的分析装置连接。
[0103]在图3中示出了两个传感器，其在带有支架3和支脚2的支承结构6上可彼此冗余地工作，并且这样提高了起重机的安全性。
[0104]支承结构6在此基本上由水平的支架3和垂直的支脚2构成。起重机车辆如在图1中所示的那样通常在两个车辆侧面上各具有两个这样的装置，即在四个支架3上有总共四个支脚2。
[0105]以下仅分别描述了这样的支承结构，通过将结构相同的或径向构造的支承结构安置在其余车辆点上进行复制。
[0106]第一力传感器10为此在脚部上安置在球形联杆4之上，支承板9容纳该球形联杆。支脚2两件式地制造为带有可移动的活塞11的空心缸体。通过在压力P2下引导液压油13，使活塞杆11移动，直至支承板9与地面12接触并且抬起起重机。
[0107]力传感器10在此例如通过螺旋线缆14接触，螺旋线缆被穿过活塞缸体单元优选居中地穿过。测量信号于是通过密封的接触部15被传导至起重机控制装置或者起重机监控装置。
[0108]同样可能的是，支架3以液压方式通过活塞缸体单元16运动，该活塞缸体单元支承在支架3内，该支架3相对于这里未详细示出的起重机下部结构可以在辊子7或滑动支承板7B上伸入或伸出。
[0109]支架传感器17于是优选作为板5的组成部分例如通过焊接安置在支架3上。围绕支架传感器17的凹处将力线围绕或在支脚传感器集中并且改善测量信号。
[0110]类似于针对支脚2的实施，支架传感器17的线缆14B穿过液压油和穿过活塞缸体单元引导至起重机控制装置。此外可能的是，线缆14B与支脚2的线缆14电连接，使得线缆14B将力传感器10的测量值以及支脚传感器17的测量值引导至起重机I的分析装置(未示出)。
[0111]根据图4，线缆为此可以不同地构造:
[0112]图4A示出了线缆连接，其中线缆螺旋形地形成，并且包覆材料弹性回弹，并且在其初始形状上被预定义，使得总是尝试在负荷减轻时从该长度又回到其初始形状。
[0113]在此，包络形状如管(其也可以实施为伸缩管(未示出，参见图7)起辅助和引导作用，其中伸缩管的每个端部段固定在缸体或活塞杆上并且长度可变的保护罩围绕可弹性形变的(即自动回复到其初始形状的)线缆形成。
[0114]图4B示出了线缆连接，其中线缆通过未示出的装置在负荷减轻时被缠绕成卷。这可以是弹性预张紧的上卷起器。
[0115]图4C示出了线缆连接，其中线缆通过未示出的装置曲折形地绕制。
[0116]图4D示出了线缆连接，其中线缆以简单(螺旋)弹簧形式弹性地匹配于长度变化。线缆在此通过金属或纤维状的衬料或包封物增强，使得其将其螺旋形状如弹簧对称地与伸缩部匹配。
[0117]图4E示出了线缆连接，其中线缆手风琴形地预定义膜导体或带导体。为此，绝缘的印制导线也可以作为膜与弹簧弹性的载体材料连接，例如通过层压方法与印刷电路板材料连接。
[0118]图4F示出了线缆连接，其中线缆由各个弹性弹簧折叠元件组成，一旦减轻该连接负荷，则弹簧折叠元件通过预张紧向内卷起。
[0119]根据图5，测力传感器或力传感器构造为球形的联杆或球形联杆4的区段，并且基本上由防锈铁质形变体构成，其通过要测量的力引起的应变利用粘合到形变体上的电阻应变片或借助以薄层技术制造的应变敏感的电阻来检测。
[0120]为此，电阻可以直接放置在球体联杆之上，或安置在传感器本体20上，其与形变体连接并且优选与其焊接。在将支承力F引导到连接板21上时，传感器区或传感器本体20类似负荷F地变形，电阻变形，并且测量信号针对在球形联杆上的负荷可以用起重机控制装置分析。
[0121]在此，传感器装置和出现的应变与期望的力的匹配通过孔22的构型实现。传感器装置与起重机的最大负荷或支承几何结构进一步匹配在于，不同套筒23A、23B的球形联杆区段的连接直径22与强度上所匹配的连接板21A、21B连接。
[0122]通过选择套筒和板可以改变连接的刚度，使得传感器区的应变程度根据负载可匹配。
[0123]为了实现更高的功能安全性，在安置在传感器本体20上的电阻的布线方面也可有两个或更多个相同方式连接的惠更斯电桥在传感器本体上，其信号彼此被分离地分析并且在电子比较电路中被评估。
[0124]此外，与温度有关的电阻直接位于传感器本体上，借助其可以补偿温度对测量值的影响。
[0125]如果球形联杆4配合地构造，例如如在图5B中所示，则当测量电阻24定位在与球形联杆连接的测量膜25 (其为传感器本体20的组成部分)上时，通过支脚引导到传感器本体20中的水平力使得传感器区或传感器本体的在测量技术上可分析的形变。因此，用于检测由用于承载负载的支承元件传递的支承力的测力传感器可以构造为使得其补偿干扰性横向力。这样，这尤其通过如下方式来实现:将电阻适当地(例如交叉形地)布置在传感器本体20上。
[0126]测力传感器或力传感器具有在支承力和横向力下沿偏离于支承力的方向形变的测量区段(在此为测量膜25)或形变体，测力传感器或力传感器与测量区段或形变体一起形成支承元件的一部分。此外，多个布置在测量区段(测量膜25)上的电阻牢固地与测量区段连接，测量区段显示与应变成比例的反应并且优选彼此抵消其与横向力成比例的反应。
[0127]反应的消除可以通过将测量元件(在此为薄膜电阻)合适地布置在测量区段上和/或通过相应处理所测量的信号来实现。
[0128]图6(A，B，C，D)示出了用于起重机的支承结构的脚部板9，其例如可以如参照前面的图所描述地实施。
[0129]在根据图6的扩展方案中，用于球形联杆4的容纳区30可更换地构造。尤其是，为此传感器插接部31设置有分区段球形的面32，其将直径为Dl的球形联杆4的支承力引导到支脚9中的力传感器33上。
[0130]根据图6B，这样的传感器插接部31可与支脚9中的固定装置34卡锁，并且具有稍后要描述的、在此仅类似作为连接单元35示出的接口，测量数据通过该接口可以发出给起重机控制装置或分析单元。
[0131]第一力传感器10为此在脚部上安置在球形联杆4之上，支承板9容纳该球形联杆。
[0132]根据图6C，与力传感器10作用连接的传感器插接部31设置有连接单元35，该连接单元构造为无线电发射器并且通过无线电优选经由天线37将测量数据发送至分析单元或起重机控制装置。所需的能量供给可以无线地经由接收单元36例如经由电感性接口来输送。[0133]装置34用于将传感插接部31固定在支脚9中，装置38在此为上部半球体壳形式用于将支脚9固定在球形连杆4上。
[0134]根据按照图6D的一种实施形式，这样的传感器插接部31将支承力传递到双倍的冗余力传感器10上，所述力传感器将其测量数据转发给传感器分析装置SA。传感器分析装置SA无线地将测量数据从收发器50进一步提供给收发器51，该收发器51作为电感性接口中的接收器工作并且安置在球形联杆4中。收发器50、51 —起形成电感性接口。
[0135]在连接的范畴下，集成有线圈系统52A、52B，其还传输电能用于为力传感器10供电。在该实施形式中，力传感器完全不必双倍存在，其也可以仅仅为单个力传感器10，其与相应的电路SA连接，以便通过电感性接口 50、51传输其测量数据。
[0136]与线圈系统52B和力传感器10连接的电路SA还包含用于电能的存储器，其形式为蓄电池或电容器等。电能可以通过电感性接口 50、51来传输，以便接着驱动力传感器10来进行测量并且将测量信号处理成合适的信号用于传输至机器的分析装置或耦合输入到接口 50、51中。由此，接口 50、51例如可以交替地用于传输能量或者用于传输测量值。由此，可以利用简单的双芯线缆和/或简化的信号传输形式来工作。
[0137]另一实施形式在图7中示出，其中支脚2集成有力传感器10。根据图7，力传感器10在支脚2内集成或安装在活塞杆的内部的上端部上。活塞杆11的一区段形成形变体，在该形变体上安置有传感器(未示出)。传感器例可以具有图5A、5B中所示的形式。
[0138]线缆连接14在可伸缩保护管67内被容纳并且引导，并且因此受特别保护以免损伤。通过管保证了，线缆作为电信号连接始终在管系统内有序松弛地折叠或放置并且不会被夹住或挤压。
[0139]至力传感器10的线缆可以如图4A至图4G中所示地实施。
[0140]根据图7的扩展方案也可以变化，使得力传感器10固定在活塞杆10的与缸体内部连接的区段上。该布置具有如下优点:至力传感器10的电连接在缸体内部并且没有电线缆必须穿过活塞。
[0141]另一实施形式在图8中示出。起重机I具有支架3和支脚2。支承板9安置在支脚2上并且具有测量插接部31，其通过平齐地集成到支承板9中的天线37将支承力的测量值向分析单元38发送到起重机I的操作舱40。
[0142]由于测量数据无线地通过无线电传输，尤其在可转动的起重机结构情况下在起重机与框架44的转动连接的区域60中不需要其他电转动连接。
[0143]在支脚之间的无线电传输系统尤其可以设计为，使得信号传输双向地多次被检验，从而使得所发射的信号的信号传输特别安全。
[0144]此外，通过加密可以实现高精确性，这样例如汉明距离为H = 4。在无线系统内，每个发射和接收单元都具有明确的地址，使得不仅能够始终将正确的测量值与正确的支脚关联，而且也可以通过合适的装置自动地识别相应正确的支承板9否是安装在正确的支脚2上。
[0145]如果在所有支脚上使用相同支承板，则设置编程功能，利用其可以在分析装置中确定支脚与相应的支架的关联。当没有出现按规定的关联时，相应的安全查询可以防止/延迟/限制起重机的运行。也可能的是，支脚设置有作为支脚标志的RFID芯片，其包含用于相应支脚的标志。在安置支承板9之后，测量插接部31无线地检测支脚标志并且作为相应的支架的支承板在机器的分析装置处登记。RFID芯片和用于其检测的装置例如可以安装在球形联杆4或测量插接部31中，如在图6D中所示。
[0146]优选地，可改装整个系统，该系统由支脚板9和在操作舱40中可安置在操作员视野内的分析和告警单元70构成，分析和警告单元包含分析装置以及无线电连接系统。尤其是，支脚板9具有由能量存储器构成的专用电流供给装置，能量存储器通过充电端子41可充电，该充电端子也可以实施为防水电感性接口。分析和警告单元仅需要车载电流，其在操作舱40中通常本来就有提供(车载插座)。
[0147]可选地，所安置的测量系统或脚部板9具有发光装置39，其在正确运行、安置和受保护的无线电传输时以光学方式显示，该系统准备运行。发光装置39的光学显示器包括灯光符号，其可以通过灯光颜色或发光间隔、尤其是持续灯光和具有不同频率的闪光来区分并且优选显示不同的工作状态如尤其是准备工作、故障、无线电接触中断、存储器的低充电状态。
[0148]一旦脚部板9正确地安装和/或锁止在起重机的运输和充电凹口 40中，则在脚步板9上的充电端子41与起重机上的充电单元42连接。也可能的是，对脚部板原位再充电即在插接部中，这尤其可以通过便携再充电单元实现，其与要再充电的支脚的充电端子连接。在此，防水和放污物的连接如电感性连接是有利的。
[0149]图9示出了一种解决方案，其使用力传感器200来测量支承负载，力传感器测量在缸体室202中的液体的压力并且据此推断出通过活塞杆11施加到与缸体室202共同作用的测量活塞201上的支承力。为了测量压力，使用压力传感器91，该压力传感器与分析装置93连接，该分析装置具有天线92。压力或已计算出的力值的测量值可以由分析装置93通过无线电信号发送给机器的操作舱中的显示或分析装置(图8中的70)。优选地，传感器结构形式设置有温度测量装置(未示出)，其确定液体温度，使得在确定支承力时考虑该温度。
[0150]优选地，测量装置可以通过半透明盖板33发出关于正确安装或关于即将过载的光信号或作为对碰撞的警告的警告闪光。
[0151]支脚的结构形式与其余实施形式不同仅仅在于力传感器的结构形式。因此，这些实施也可以配备电感性接口或线缆连接、这种流体力学的力传感器200。
【权利要求】
1.一种用于确定在支承结构的支承元件上的支承力的测量系统，具有: 至少一个测量元件，其与在支承力作用下能形变的形变体连接，用于形成传感器，并且发出与支承力成比例的信号， 支脚，其包含传感器并且与支承元件以可运动方式连接，其中支承元件包含电线缆连接，该线缆连接构建为引导电能并且用于将与支承力成比例的信号传输给机器中的分析装置，其特征在于， 支脚中的支承元件和传感器具有电磁接口，测量元件借助电磁接口通过电磁感应从机器供给电能并且与支承力成比例的信号从测量元件借助电磁感应传输至支承元件的线缆连接。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，测量元件与如下电路连接，该电路包含用于存储电能的可充电的缓冲存储器，所述缓冲存储器用于支承力测量和传送与支承力成比例的信号。
3.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，机器中的分析装置匹配，以便随着传送与支承力成比例的信号在时间上错移地在用于对缓冲存储器充电的充电运行与用于测量支承力的测量运行之间切换，其中切换循环时间上受控地或与缓冲存储器的充电状态或支承力的测量值的大小有关。
4.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，通过调制过的交流电压作为信号的载波通过电磁接口来传输的方式，能量的传输和与支承力成比例的信号的传送同时进行。
5.根据上述权利要 求1至4中的一项所述的测量系统，其特征在于，传感器可更换地安装在支脚中。
6.根据上述权利要求1至4中的一项所述的测量系统，其特征在于，支脚具有球形盘，球形盘支承在传感器上，其中支承元件具有联杆球，联杆球容纳在球形盘中。
7.根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于，电磁接口的支脚侧的部分下沉地安装在球形盘的凹进部中并且电磁接口的支承元件侧的部分下沉地安装在联杆球的凹进部中，使得这两个部分彼此无接触地对置。
8.根据上述权利要求1至4中的一项所述的测量系统，其特征在于，支承元件具有可相对彼此调节的区段。
9.根据权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述支承元件为液压活塞/缸体装置形式，线缆穿通活塞/缸体装置地布设，线缆跟随活塞和缸体的相位对置的调节地改变其长度并且自动返回到其初始长度。
10.根据上述权利要求1至4中的一项所述的测量系统，其特征在于，线缆具有初始形状，线缆跟随松弛应变而自动返回到初始形状，其中初始形状为螺旋形、螺线形、波纹形、锯齿形或环形或具有这些基本形状的组合。
11.根据上述权利要求1至4中的一项所述的测量系统，其特征在于，线缆卷绕到自动的上卷器上，该上卷器在弹簧力下从两侧卷起线缆。
12.根据权利要求11所述的测量系统，其特征在于，线缆卷绕到自动的上卷器上，该上卷器在弹簧力下在中部区段开始从两侧卷起线缆。
13.根据上述权利要求1至4中的一项所述的测量系统，其特征在于，传感器由形变体形成，所述形变体作为测量元件形成电阻应变片或作为耦接的膜元件与电阻应变片一起形成，或 其中传感器作为液压力传感器由在缸体室中起作用的测量活塞形成并且其中缸体室中的压力作为支承力的测量值输出，或 其中传感器作为力测量轴分析可运动的机器的支架的起作用的支承力并且在此分析轴的弯曲或在轴的支承部 上的轴向力。
【文档编号】B66C13/16GK203824679SQ201420029052
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】赖因霍尔德·奥斯特, 克劳斯·哈尔莱, 斯特凡·阿门特 申请人:泰科思（深圳）传感器有限公司