Einsatzgebiete Messbolzen: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 24. Januar 2013, 17:24 Uhr

Lastmessbolzen im Kranbau

Lastmessbolzen werden im Kranbau hauptsächlich zum aktiven Schutz von Mensch und Maschine eingesetzt.

Anforderungen des Kranherstellers:

• Kippschutz
• Überlastschutz
• Standfestigkeitsprüfung
• Redundanz
• Stromsignal

Die Anforderungen des überlast- und Kippschutzes werden mittels eines Lastmessbolzens in der Seilung und eines Winkelgebers realisiert. In der Steuerung wird aus den Werten des Winkels und der Kraft das resultierende Moment ermittelt, welches maßgebend für die Kippsicherheit ist. Für den überlastschutz der Seile werden ausschließlich die Seilkräfte genutzt.

Die Standfestigkeitsprüfung erfolgt an den vier Abstützungen des Krans. Diese werden mit Lastmessbolzen ausgestattet. Die Steuerung ermittelt aus diesen vier Signalen die Lastverteilung des Krans.

Stromsignale und Redundanz werden durch zwei unabhängige integrierte Messverstärker und eine unabhängige Sensorverdrahtung gewährleistet. Die Wahl der Signalübertragung per Stromsignal ermöglicht die sichere Detektion von Kabelbruch und minimiert die Anfälligkeit des Signals gegen äußere Einflüsse.

Kraftmessung am Pneumatikzylinde

In der Automatisierungstechnik sind Pneumatikzylinder weit verbreitet. Sie dienen zum Positionieren, Halten und Verschieben der jeweiligen Güter. Bei bestimmten qualitätsrelevanten Produktionsabläufen muss zusätzlich die pneumatische Kraft präzise erfasst werden. Dies kann durch Messung des Druckes erfolgen. Die Bestimmung der Kräfte über die zugefügte Druckluft ist jedoch fehlerbehaftet. Zum einen können durch Haftreibung in den Zylindern zusätzliche Kräfte erzeugt werden - welche nicht am Werkstück anliegen. Auch die Messung von Zugkräften ist mit einfachen Pneumatikzylindern nicht möglich.

Die häufigste Kraftübertragung an einem Pneumatikzylinder ist der Gelenkkopf. Die Bolzenverbindungen mit dem Gelenkgegenkopf kann als Kraft-Messende Gelenksverbindung ausgeführt werden. Dazu wird einen Kraftmessbolzen anstatt des Gelenksbolzen eingesetzt. Es müssen keine zusätzlichen Umbauten und Montagen vorgenommen werden. Je nach Einbaulage des Kraftmessbolzens können verschiedene Kraftrichtungen ermittelt werden. Bei sicherheitsrelevanten Messeaufgaben kann der Messbolzen redundante ausgeführt werden.

Anwendungen:

• Kraft messen und überwachen bei pneumatischen Einpressvorgängen
• Überwachung von Schiebekräften in der Automatisierungstechnik
• Kraft messen bei pneumatische Greifern

Vorteile:

• Keine Umbaumaß nahmen
• Keine Haftreibung möglich
• Kann mit überlastabschaltung ausgestattet werden

Kippschutz beim Gabelstapler

Bei dieser Anwendung wird das Lastverhältnis der beiden Hinterräder verglichen. Dazu werden beide Radnaben als einschnittige Messbolzen mit Innenapplikation redundant ausgeführt. Die Einzellasten der Räder werden an die Steuerung weitergegeben.

Die Steuerung kann in zwei Stufen reagieren:

• Ausgeben eines Alarmsignals (Warnstufe)
• Stilllegen der Maschine (Endstufe)

Folgende Punkte können überwacht werden:

• Kippen nach vorn (Überladung (Momentenseitig))
• Kippen zur Seite

Messbolzen in der Landwirtschaft

Erntemaschinen wie beispielsweise Mähdrescher oder Kartoffelernter bearbeiten das Erntegut in der Maschine weiter. Dieser Prozess besteht aus Schritten wie Fördern, Vereinzeln, Sortieren und Trennen. Während dieses Prozesses gibt es verschiedene Messgrößen zu erfassen und zu regeln. Je nach Aufgabe eignen sich dazu verschiedene Arten von Messbolzen. Der Vorteil gegenüber klassischen Kraftsensoren liegt in der Nachrüstbarkeit für bestehende Systeme ohne Änderungen am Gesamtsystem und in der Nutzung als Konstruktionselement.

Der Messbolzen als Konstruktionselement benötigt keine zusätzliche Aufhängung und keine zusätzliche Krafteinleitung, sondern fügt sich als Bauteil in die Konstruktion ein. Dies reduziert gleichzeitig die Gesamtkosten des Messsystems.

Vorteile des Messbolzens:

• Nachrüstbarkeit in bestehende Systeme
• Nutzung des Messbolzens als Konstruktionselement

Einsatzgebiete:

• Regelung von Sieb- und Förderprozessen durch Lasterkennung
• Klemm- und Überlastschutz
• Aktive Schwingungsdämpfung (bei radlosen Düngerstreuern)

Messbolzen zur Kippsicherung von Anhängern

Heutige landwirtschaftliche Maschinen sind Investitionsgüter die für den Endnutzer sowohl einen Wettbewerbsvorteil, als auch ein gewisses Risiko darstellen. Ausfälle der Maschinen besonders in der Erntezeit können erhebliche Ertragsausfälle und Kosten verursachen.

Bei den Anhängern ist in den vergangen Jahren ein Trend in Richtung höherer Aufbauten zu verzeichen. Dieser Trend entstand durch stärkere Zugmaschinen und die gesetzlichen Einschränkungen zur Anhängerlänge und -breite. Für größere Zuladungen auf den Anhängern blieb nur die Höhe. Der Bau von höheren Anhängern führt zur Schwerpunktverlagerung und zur Minderung der Kippsicherheit.

Für die Kippsicherung des Anhängers werden Messbolzen in den Aufhängungen oder in die Achszapfen integriert. Die Lasten, die auf die einzelnen Messbolzen wirken, werden anschließend an die Steuerung weitergegeben. Mit diesen Informationen wird der Momentenzustand (Kippzustand) des Anhängers ermittelt und gegebenfalls eine Warnung ausgelöst.

Folgende Punkte können überwacht werden:

• Kippen des Anhängers
• Überladung des Anhängers

Die Steuerung kann in zwei Stufen reagieren:

• Ausgeben eines Alarmsignals bei Kippgefahr
• Warnung bei Überladung

Messbolzen bei Hubarbeitsbühnen

Der Haupteinsatzort für Kraftmessbolzen bei Hubarbeitsbühnen liegt in der Überwachung der zulässigen Maximallast.

Bisherigen Lösungen:

Gegenwärtige Lösungen überwachen die zulässige Maximallast mit mechanischen Endschaltern in einem Federsystem. Dies hat verschiedene Nachteile, zum einen liegen diese in der aufwendigen und schweren Konstruktion, zum anderen in einem gewissem Spiel welches für die Endschalter benötigt wird. Darüber hinaus bergen diese Endschaltersysteme für den Konstrukteur und den Hersteller immer ein gewisses Haftungsrisiko bei Unfällen, da der Überlastschutz auf der Baustelle leicht überbrückt werden kann.

Bei Hubarbeitsbühnen ohne Überlastschutz ist entweder die Arbeitshöhe begrenzt, oder die Konstruktion ist massiv ausgeführt um den maximalen Lastfall abzufangen.

Anforderungen des Kunden:

• optimale Ausnutzung der Konstruktion
• Vermeidung von Spiel
• Überbrückung der Sicherheitsüberwachung vermeiden
• Zweistufiges Warnsystem (1. Warnung, 2. Abschaltung)

Alternative Lösung durch Einsatz von Messbolzen: Die montierten Messbolzen werden so am Messverstärker verschaltet, dass das Gewicht momentenfrei gemessen werden kann. Am Messverstärker sind zwei Schaltschwellen eingestellt die jeweils einen Relaiskontakt schalten, den ersten bei einer eingestellten Warnlast, den zweiten bei Überlast zur Abschaltung der Maschine.

Optionen:

• Momentenüberwachung
• Redundante Ausführung der Sensorik
• CAN Messverstärker oder analoge Messverstärker

Kraftüberwachung im Theater

Derzeitige Theater und Bühnentechnik wird stetig ausgebaut und erweitert. Bestehende Anlagen wie zum Beispiel Aufzüge Vorhangsteuerungen und Bühnenaccessoires, werden erweitert beziehungsweise ersetzt. Um den gehobenen Anforderungen, welche durch den TÜV beziehungsweise andere behördliche Abnahmeinstitutionen entstehen, gerecht zu werden, sind lastüberwachende Einrichtungen notwendig.

Messbolzen bieten eine besonders einfache Möglichkeit bestehende Systeme nachzurüsten. Dazu werden die Bolzen der Seilrollen gegen geeignete Messbolzen ausgetauscht. Die Messbolzen können in einfacher und redundanter Ausführung gefertigt werden. Der integrierte Messverstärker wird in Stromausführung verwendet. Die Stromausführung bietet den Vorteil, dass zum einen das Lastsignal, und zum anderen eine Kabelbruchkontrolle erfasst werden kann.

Das ausgegebene Stromsignal befindet sich ohne Last bei 4 mA, wird der Messbolzen mit Nennlast belastet liefert der Messbolzen 20 mA. Kommt es zu einem Kabelbruch kann kein Strom fließen, es werden 0 mA geliefert. Die Steuerung kann einen Kabelbruchfehler ausgeben.

Vorteile des Messbolzens:

• Nachrüstung in bestehende Theateranlagen
• redundante Ausführungen werden vom TüV abgenommen

Einsatzgebiete:

• Direkte Montage in Umlenkrollen
• Kulissensteuerung
• Lastüberwachung in Aufzügen

Die Lastüberwachung bringt maximale Sicherheit für Künstler und Publikum.

Werkzeugüberwachung mit Messbolzen

Heutige Werkzeugmaschinen können 24 Stunden sieben Tage die Woche arbeiten. Probleme treten auf, wenn durch Fehler in der Zuführung oder Werkzeugbruch manuelle Hilfe nötig wird. Die Optimierung von Dreh- und Fräsprozessen ergänzt das Feld.

Um eine Werkzeugbruchkontrolle, Werkzeugoptimierung und Geschwindigkeitsoptimierung zu ermöglichen ist eine Sensorik unumgänglich. Ein ideales physikalisches Medium um Informationen über den Zustand des Automaten zu bekommen ist die Kraftmessung.

Bisherige Lösungen

In der Vergangenheit wurden oftmals Hydraulikdruck und elektrische Spannung als Indikator für den derzeitigen Zustand des Automaten genutzt. Diese nachgelagerten physikalischen Größen sind oft anfällig und unterliegen Störgrößen wie Verschleiß und Reibung.

Nachrüstung mit Kraftmessbolzen

Der nachträgliche Einsatz von Kraftsensorik ist nicht immer unproblematisch. Bestehende Konstruktionen die über Jahre optimiert wurden, sind nicht einfach auf Kraftsensorik umzurüsten. Kraftmessbolzen liefern hier eine einfache Möglichkeit Werkzeugbruchkontrolle und Werkzeugoptimierung in bestehende Systeme einzufügen. Dazu wird eine bestehende Drehmomentstütze und deren Arretierung mit einem Messbolzen versehen.

Vorteile:

• hohe Eigenfrequenz durch Steifheit des Messbolzens
• Möglichkeit der Werkzeug- bzw. Vorschuboptimierung
• direkte Prozessgrößenerfassung
• nachrüstbare Werkzeugüberwachung und Werkzeugbruchkontrolle

Lastüberwachung am Hallenkran

Frühere Hallenkräne waren mit elektronischen Lastüberwachungen ausgestattet. Dazu wurde der Strom im Antriebsmotor überwacht.

Umstellung der Motoren

Durch das Aufkommen von wechselrichter-gesteuerten Motoren, fiel diese Möglichkeit der Überlastkontrolle weg.

Nachrüstung mit Kraftmessbolzen

Bei Umstellung der derzeitigen Konstruktionen bieten sich Kraftmessbolzen an. Diese werden als Konstruktionselement in bestehende Aufhängung oder Seilscheiben integriert.

Die Elektronik kann wahlweise integriert, und sogar mit Schwellwerten voreingestellt werden. Die integriertes Scale Funktion, mit zusätzlichem Komfort bei der Systemeinstellung. Dies gilt Option bietet per Tastendruck die Einstellung des Kennwertes und die Anpassung der Schwellwerte.

Vorteile:

• nachrüstbar ohne Umbauten
• einfache Elektronik mit Schwellwertausgängen
• Kabelbruch Kontrolle möglich
• redundante Ausführung möglich

Messbolzen beim Segeln

Der Einsatz von Kraftsensorik im Segelsport wird hauptsächlich in der Trimmungsoptimierung vorgenommen.

Ziele des Seglers:

• Optimierung der Segelleistung
• Optimale Platzierung der Zurrpunkte

Bei der Optimierung der Takelung sollen möglichst keine Veränderungen im System vorgenommen werden.

Anforderung der Segler:

• keine Zusatzgeräte
• keine Verlängerung der Takelung
• keine zusätzliche Kabelverlegung

Diese Anforderungen werden durch Kraftmessbolzen, die die vorhanden Bolzen der Schäkel ersetzen, erfüllt Mit Hilfe eines Bluetooth Messverstärkers (GSV-3BT der Firma ME-Meßsysteme GmbH) werden die aktuellen Kraftwerte schnurlos an einen Laptop, PDA oder ein Bluetooth-fähiges Handy weitergegeben. Der Steuermann sieht die am Schäkel bzw. im Seil anliegenden Kräfte in Echtzeit. Dies ermöglicht eine Feinsttrimmung der Segel und eine Optimierung des Kurses. Die Laufzeit des Akkus hängt dabei von den Anforderungen des Kunden ab.

Vorteile des Sensorsystems:

• Kraftmessung in Echtzeit
• Keine Parameteränderung in Boot und Takellung
• Einfachste Montage
• Kabelloses System