DE2349662A1

DE2349662A1 - Vorrichtung zum messen von betaetigungskraeften mit hilfe von dehnungsmessstreifen

Info

Publication number: DE2349662A1
Application number: DE19732349662
Authority: DE
Inventors: Holger Strand
Original assignee: Saab Scania AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1972-10-18
Filing date: 1973-10-03
Publication date: 1974-05-09
Also published as: FR2209099B1; SE368369B; IT994830B; DE2349662C3; US3832895A; GB1408351A; CH561130A5; CA976633A; JPS49100798A; DE2349662B2; AU6149673A; FR2209099A1; NL7313397A

Description

DIPL-ING. HANS W. SCHÖNING
PATENTANWALT

HAMBURG 1 Mönckebergstraße 31

(am Rathausmarkt) 2349662

Telefon (0411] 33 80 85

SÄAB-SCANIA

S-581 88 Linköping/Schweden

Anwalteakte* 3253

Torrichtang zum Hessen von Betätigungen kräften mit Hilfe von

Die Erfindung betrifft eine Vorrlebtmig mvm Heseea von Kräften mit einem Steuere tab _f w@lofe©2? an elaar Basi$3 befestigt und so angeordnet ist, Sa§ @r in einsr zvm unbelasteten Stab senkrechten Besiigsefesis© ctasSi eise Be tätigungskraft belastet werden kann

zugsweise rechtwinklig 2ueinan

nenten enthält» Zum Steuerstafc

mit Hrahtwicklungen

in Richtungen der

sind, wenn aan den Steuerstalb

Federelementen angebrachten

zwei Barückenkreisen siisammeßg®segeltet ^

sehe Ausgangssignale gewonnen

den Kraftkomponenten proportional

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EIq solcher St euer stat» für die Betätigung von Höben- und Seitenrudern eines Flugzeuges ist in der ÜSA-Patentachrift 5 447 766 beschrieben und dargestellt„ An diesem Steuerstab sind zwei flexibel verformbare Federstreifen angebracht, die sicfe in Längeriobtuag das Steuerstabes erstrecken und issuer dann vevformt werden _s wenn der Steuer·» stab einer Biegung unterworfen wird. Die lederteile» an denen die Dehnungsmeßstreifen befestigt sind, liegen In Bbenen, die sieb zueinander senkrecht Suren die LS&gsaohae des Steueretabes in Richtung der angreifenden Kraftkomponente erstrecken· Ber .Aufbau usä Si© At&sdeftnung der

Pederelemsnte in üängsslotituni; des Steuererfordert eisen rela'tiv lmng®n ^tab mit relativ gr©ß@a DiircBmasesr, ^eispielswels® -» wia der genanateu Patentschrift sia @nte@bm©a ->■ ©la©a Sta"b_e dar mit der Banü ergriffen unü betätigt

in
eine

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Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines besonders kurzen Miniatur-SteueretabeSi der mit den Fingern bedienbar ist und nur ein Minimum an verformbaren !Federelementen enthält, die eich außerhalb des eigentlichen Stabe« befinden»

solcher Miniatur-Steuerstab soll eich bei sigbarer Hysterese durob eine hone Genauigkeit der elektrischen Ausgangssignale auszeichnen* welche proportional au den Betätigungskraftkoaponenten sind·

Diese Aufgabe wird erfindungsgemMJä dac-ursb gelost, daß der Steuerstab so beweglich gelagert wird, ü&B er sieh in Richtungen, die parallel zur Besmgsebene sind, verschieben lädt. Der Stab wird mit einem Hebelana versehen_s der so ausgerichtet ist, daß er sich bei unbelastete Stab parallel zur Bezugsebene in einer ersten Ebene erstreckt₉ die durch den Steuerstab hindurchgeht und eine der Betätigungakraftkomponenten enthält₉ Di© Anzahl ü<bt verformbaren Pederelemente vermindert sieh @tsf am W©2?t ®it3n» Dieses Pad er element ist ein ebener IäagXiü"ö©3? f@d@s^> streifen, welcher in einer Siwaittn Wsme liegte ti± niet senkrecht zur Bezugsebene und parallel'0m? Zweiten Betätigung ekraftkomponente erstreckt· In der Mitt© ist

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Federstreifen fest mit dem freien Ende des Hebelarmes verbunden und so gelagert, daß er sich bezüglich der Hebelarmbasis in der ersten, nicht aber in der zweiten Ebene frei flexibel parallel zur Bezugsebene verformen kann. Ferner ist der Federstreifen an seinen Enden bezüglich der Hebelarmbasis so gelagert, daß er sich in der zweiten Ebene, nicht aber in der ersten Ebene, frei flexibel parallel zur Bezugsebene verformen kann. Zwei Dehnungsmeßstreifen sind an jeder Seite einer jeden Streifenseite links und rechte des Hebelarmes angebracht. Tür die Anzeige der Größe der einen Betätigungskraftkomponente bilden vier Dehnungsmeßstreifen, die in Paaren gerade voreinander an beiden Seiten des Streifens der entsprechenden Streifenhälften angeordnet sind, einen ersten vollständigen Brückenkreis· Für die Anzeige der Größe der zweiten Betätigungskraftkomponente dienen vier weitere Dehnungsmeßstreifen, die paarweise an gegenüberliegenden Seiten und Hälften des Streifens angeordnet und zu einem vollen Brückenkreis zusammengeschaltet sind.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranechalicht ist.

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In den Zeichnungen Beigen:

eine schematische perspektivische Darstellung eines mit den Fingern bedienbaren, die Kraft einleitenden Steuerstabes, der mit einer erfindungsgeraäßen Heßanordnung verbunden ist, .

Fig. 2 zwei schematische Draufsichten auf ein und 3

flexibel verformbares Federelement der er»

findungsgemäßen Meövozurichtung, deren Dehnungsmeßstreifen sich verformen, wenn man den Steueretab mit zwei ungleichen Betätigung^ kraftkomponenten beaufschlagt und

Fig. 4 Bwei vollständige Brtickenkreise für die und 5

Dehnungsmeßstreifen der erfindungsgemäßen

Vorrichtung unter Angabe der in positiver oder negativer Richtung auftretenden Widerstandsänderung en durch zwei Betätigungekraftkomponenten» ₍

Die Fig· 1 zeigt einen Miniatur-Steuerβtab, der an seinem oberen Ende einen Fingergriff 2 trägt, an dem eine Betätigungskraft Sj₁ in einer Bezugsebene 3» mit der der unbelastete Steuerstab eine Senkrechte bildtt, angreifen kann* Die Betätigungskraft Sj₁ läßt eich in...

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awei Betätigungskraftkomponenten Sy und S₂ unterteilen, die in der gleichen Ebene senkrecht aufeinander stehen. Im unteren Teil verläuft der Steuerstab frei durch eine Bohrung 4 in einem Sockel 5. Zum Sockel 5 gehören zwei mit Abstand parallel zueinander und parallel zur Bezugsebene 3 angeordnete Platten 6,7« zwischen denen ein zylindrischer Flansch 8 liegt, der mit dem unteren Ende des Steuerstäbeβ 1. verbunden ist. Zur Lagerung des Steuerstabes 1 dienen zwei Kugellegerringe 9,10, die dem Stab die Möglichkeit geben, sich innerhalb der Ausnehmung 4 parallel zur Bezugsebene 3 zu bewegen.

Unmittelbar Über dem Sockel 5 befindet sich, am Steuerstab 1 ein Hebelarm 11, der bei unbelastetem Steuerstab so liegt, daB er sich parallel zur Bezugsebene 3 in einer ersten Ebene 12 erstreckt, die duroh den Steuerstab 1 hindurchgeht und auch die Betätigungskraftkomponente Sy enthält. Das andere Ende dee Rebelarmes trägt eine flexibel verformbare Feder. Bei dieser Feder handelt es sich um einen planen länglichen Streifen 13» dessen Breite der Höhe des Hebelarmes 11 entspricht. Der Federstreifen 13 ist so ausgerichtet, daß er in einer zweiten Ebene 14 liegt, die sich parallel zum Steuerstab erstreckt und auch die zweite Betätigungskraftkomponente

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S_z enthält. Der lederstreifen 13 ist in der Hitte an der vom Steuerstab abgelegenen Seite fest mit dem Ende 15 des Hebelarmes ,11 verbunden. Der Federstreifen ist hier mit zwei Achszapfen 16,17 versehen« die am Schnittpunkt der Ebenen 12 und 14 nach oben und unten zeigen und symmetrisch zum Federstreifen jeweils ein Kugellager 18 tragen. Der äußere !laufring des Kugellagers liegt beweglich in einer Rinne 19» die sich parallel zur ersten Ebene 12 erstreckt und am Sockel 5 angebracht ist» Der Federstreifen ist ferner an seinen Enden mit Achszapfen 20,21 versehen, die in identischer Weise wie die Achs* zapfen 16,17 angebracht sind und sich parallel zu diesen erstrecken und ebenfalls Kugellager 22 tragen. Diese Kugellager 22 sind in Rinnen 23 beweglich, die sich parallel zur zweiten Ebene 14 erstrecken und am Sockel 5 vorgesehen sind. Auf die Seiten des Federstreifens 13 sind parallel zur zweiten Ebene 14 acht Dehnungsmeßstreifen 24,25,26,27 und 28,29,30,31 aufgeklebt. Die Dehnungsmeßstreifen liegen sowohl in Längst als auch in Höhen* richtung symmetrisch zur geometrischen Hitte des Feder-Streifens· Jeweils zwei ffeßstreif en sind an jeder Federstreifenhälfte 32,33 bzw. 34,35 an der dem Hebelarm 11 zugewandten und auch der abgewandten Seite angeordnet. Die Meßstreifen 24,27 und 25,26, die sich im oberen Bereich

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des Federstreifens 13 befinden, sind miteinander zu einem vollständigen Brüekenkreis 36 zusammengeschaltet, wie ihn die Pig. 4 und 5 zeigen» Die Meßetreifen 28,29 und 30,31 im unteren Bereich des 2?ed erstreif ens sind miteinander zu einem zweiten vollständigen Brückenkreis 37 aueenuaengesehaltet» wie er ebenfalls in den Pig. 4 unfl 5 gezeigt ist» Die zwei Brüekensebaltungen sind in bekannter Weise an eine Spannungsquelle 38 und einen Verstarker angeschlossen, welch letzterer nicht in den Zeichnungen dargestellt ist*

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung soll nun ausführlicher "beschrieben werden unter der Annahme, daß man den Steuerstab 1 mit einer Bet&tigungskraft Sj₅ an dem Pingergriff 2 beaufschlagt« Diese Kraft wird Über den Steuerstab nach unten übertragen und erreicht über den Hebelarm 11 die Blattfeder 13» wo die Belastung von den drei Lagern in der Mitte und an den Enden absorbiert wird und sich die Blattfeder flexibel verformt. Das während der übertragung der Betätigungskraft am Steuerstab erzeugte Drehmoment wird vom Sockel 5 über den Plansch 8 und die Kugellagerringe 9 und 10 aufgenommen. Die Verformung des PederStreifens verursacht positive oder negative Widerstand sand erungen der Dehnungsmeßstreifen,

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so daß elektrische Ausgangssignale an den Brückenkreisen gewonnen werden, die der Belastung und somit der Betätigungskraft proportional sind.

Zwecks "besseren Verständnisses sei nun angenommen, daß die Betätigungskraft in der Bezugsebene 3 in Betätigungskraftkomponenten S^ und S„ unterteilt wird« Die Verformungen des 3Ped erstreifens und damit die dadurch verursachten Widerstandsänderungen der Meßstreifen sollen jetzt getrennt für jede einseine Betätigungskraftkomponente betrachtet werden,,

Die Pig_a 2 zeigt die Belastung des Pederstreifens durch die Betatigungskraftkomponente S^₀ Diese Komponente wird in den Endlagern 22 und 23 des Pederstreifens durch Reaktionskräfte Ry aufgenommen* Diese Endlager ermöglichen den Federstreifenenden sich einerseits in einer Ebene zu drehen, die sich parallel zur Bezugsebene 3 erstreckt, und sich andererseits parallel zur Bezugsebene in Richtung der zweiten Ebene 14 zu bewegen« Die Mittellager 18, 19 ermöglichen andererseits eine Bewegung des Mittelabschnittea des Pederstreifens parallel zur Bezugsebene in der ersten Ebene 12. Auf diese Weise erfolgt eine nahezu ideale Verformung des Federstreifene ohne hindern-

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de Einflüsse und demzufolge eine sehr genaue Proportionalität zwischen der Betätigungskraftkomponente und den Belastungen in den Meßstreifen. Das Symbol der Belastungen und damit der Widerstandsänderungen in den einzelnen Meßstreifen bei einer Belastung des Steuerstabes durch die Kraftkomponente Sy ist in der Fig. 4 angegeben. Aufgrund des symmetrischen Aufbaues des Steuerstabes und der Anordnung der Meßstreifen wird der Absolutwert der Belastungen in Plus- und Minusrichtungen gleich„ Es ergibt sich daher keine Spannungsänderung an der Brücke 37» während die Brücke 36 die Spannungsänderung als Ausgangssignal darstellt, welches exakt der Komponente Sy proportional ist.

Fig. 3 zeigt die Blattfeder duroh die Betätigungakraftkomponente S₂ belastet» Diese Komponente wird mit einer Reaktionskraft R_z nahe der Mittellager 18,19 des Federstreifens aufgenommen· Das erzeugte Drehmoment wird ausgeglichen durch Reaktionen R_n an den Bndlagern 22,23 . des Federstreifens. Da sowohl das Mittellager als auch die Endlager dem lederstreifen die Möglichkeit geben, sich in einer Ebene zu drehen, die parallel zur Bezugsebene 3 verläuft, ergibt sich hler eine nahezu ideale Verbiegung ohne behindernde Einflüsse und demzufolge eine

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sehr genaue Proportionalität zwischen der Betätigungskraft·- koiaponente und den Belastungen 5er Meßstreifen«

Pig» 5 zeigt die Symbole der Belastungen und damit der Widerstandsänderungen für die verschiedenen Meßstreifen "bei einer Belastung des Pederstreifens durch die Kraftkomponente Sg₉ Die Brücke 36 zeigt keinerlei SpanuungsSnderungen, während die Brücke 37 ein Ausgangs signal in Fora einer Spannungsänderung liefert₉ die exakt der Kraftkomponente S₂ proportional ist» Verständlicherweise erfolgt die Unterteilung der Verformungen und Belastungen für die zwei Kraftkomponenten der Betätigungskraft nicht in Wirklichlceitf doch ergibt sich eine gleichzeitig flexible Deformation am lederstreifen durch "beide Kraftkomponenten, wobei dann die eine Meßstreifenbrücke 36 Signale bezüglich der SröSe der einen Kraftkomponente Sy und die andere Meßstreifenbrücke 3? Signale bezüglich der anderen Kraftkomponente S₂ liefert· Die Ausgangssignale der Brücken sind somit stets den Größen der Betätigungskraf tkomponenten proportional«

Obwohl vorstehend nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt wurde, ist es offensichtlich, daß die Erfindung nicht auf diese

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spezielle Ausführungsform beschränkt ißt, sondern daß durchaus Variationen und Modifikationen möglich sind, die für den Fachmann naheliegen und von den Ansprüchen mit umfaßt werden sollen₀

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Claims

Patentanspruch

Vorrichtung zum Hessen von Kräften mit einem Steuerstab, welcher an einer Basis befestigt und so angeordnet ist, daß er in einer sum unbelasteten Stab senkrechten Bezugsebene durch eine Betätigungskraft belastet werden kann, welche zwei vorzugsweise rechtwinklig zueinander gerichtete Kraftkomponenten enthält, und ferner mit Federelementen, welche Dehnungsmeßstreifen tragen, die bei Belastung des Steuerstabes in den Richtungen der Kraftkomponenten flexibel verformbar sind, wobei die Heßetreifen zu zwei Brückenkreisen zusammengeschaltet sind, an denen elektrische Ausgangssignale entstehen, die den beiden Kraftkomponenten proportional sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstab (1) parallel sur Bezugsebene (3) beweglich gelagert und mit einem Hebelarm (11) verbunden ist, der sich bei unbelastetem Steuerstab (1) parallel zur Besugsebene (3) in einer ersten Ebene (12), die durch den Steueretab (1) hindurchgeht und die eine Betätigungskraftkomponente (S₇) enthält, erstreckt, daß als einziges Federelement ein ebener länglicher Federstreifen (13) vorgesehen ist, der in einer zweiten Ebene (14) liegt, die eich parallel zum Steuerstab (1) erstreckt und die zweite

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Betätigungskraftkomponente (S₂) enthält, wobei dieser Federstreifen (13) Iu seiner Mitte mit dem vom Steueratab (1) abgelegenen Ende (15) des Hebelarmes (11) verbunden und bezüglich der Basis (5) so angeordnet ist, daß er sich in seiner Mitte frei parallel zur Bezugsebene in der ersten Ebene (12), nicht aber in der zweiten Ebene (14) verformen kann, daß der lederstreifen (13) sich an seinen Enden frei parallel zur Bezugsebene in der zweiten Ebene (14) nicht aber in der ersten Ebene (12) verformen kann, daß an jeder Federstreifenseite (32,33) an beiden Federstreif enhölften (34,35) beidseits des Hebelarmes (11) Dehnungsmeßstreifen (24,28,26,30,35,29,27,31) angeordnet sind und daß zur Anzeige der Größe der einen Betätigungskraftkomponente (Sy) vier Meßstreifen (24,25,26,27) paarweise einander gegenüber an beiden Seiten (32,33) des Federstreifens (13) an den entsprechenden Federstreifenhälften (34,35) zu einem ersten vollen Brückenkreis (36) zusammengeschaltet sind, und daß zur Anzeige der Größe der zweiten Betätiguagskraftkomponeute (S₂) vier Meßstreifen (28,29,30,31) paarweise an den beiden Seiten (32,33) und an beiden Hälften (34,35) des Pederatreifens (13) angeordnet und zu einem zweiten vollen Brückenkreis (37) zusammengeschaltet sind«

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