DE2349662C3

DE2349662C3 - Vorrichtung zum Messen von Kräften an einem Steuerstab

Info

Publication number: DE2349662C3
Application number: DE2349662A
Authority: DE
Inventors: Holger Goeteborg Strand (Schweden)
Original assignee: Saab Scania AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1972-10-18
Filing date: 1973-10-03
Publication date: 1975-11-27
Also published as: FR2209099B1; SE368369B; IT994830B; DE2349662A1; US3832895A; GB1408351A; CH561130A5; CA976633A; JPS49100798A; DE2349662B2; AU6149673A; FR2209099A1; NL7313397A

Description

^{3 4}

sich in zwei BeiatiguugsJtraflkoniponenten S_v und S_t die Bdcsnine von den did Lasern in der Mitte und

unterteilen, die in der gleichen Ebene senkrecht auf- an den Enden aufgenommen wird und sich die Blart-

einander stehen. Im untere« Teil verläuft der Steuer- feder ilexibel verformt. Das w ährend der Übertragung

stab frei durch eine Bohrung 4 it. einem Sockel 5. der Betätigungskraft am Steuerstab erzeugte Dreh-

Zum Sockel 5 gehören swei mit Abstand parallel zu- 5 moment wird "vom Sockel 5 über den Flansch 8 und

einander und parallel rar Beiugscbene 3 angeordnete die Kugeilaserrinae 9 und 10 aufgenommen. Die Ver-

Platten 6,7. zwischen denen ein zylindrischer Flansch 8 formung des Federstreifens verursacht positive oder

liegt, der mn dem unteren Ende des Sieuersiahes 1 negative Widerstandsanderungen der Dehnungsmeß-

verbunden ist. Zur Lagerung des Steuerstabes 1 die- streifen, so daß elektrische Ausgangssignale an den

nen zwei Kugellagerringe 9, 10, die dem Stab die io Brückenkreisen gewonnen werden, die der Belastung

Möglichkeit geben, sich innerhalb der Ausnehmung 4 und somit der Betatigungskraft proportional sind,

parallel zur Bezugsebene 3 zu bewegen. " Zwecks besseren Verständnisses sei nun angenom-

Unmittelbar über dem Sockel 5 befindet sich am men. daß die Betäügungskraft in der Bezugsebene 3 Steuersiab I ein Hebelarm 11, der bei unbelastetem in Betätigungskraftkomponenten S_y und S_z~untericüt Steuerstab 1 so liegt, daß er sich parallel zur Bezugs- _l5 wird. Die Verformungen des Federstreifens und daebene 3 in einer ersten Ebene 12 erstreckt, die durch mit die dadurch verursachten Widerstandsanderungen den Steuerstab 1 hindurchgeht und auch die Betäti- der Meßstreifen sollen jetzt getrennt für jede einzelne gungskraftkomponente Λ\ enthält. Das andere Ende Betäügungskraftkomponente betrachtet werden,
des Hebelarmes trägt eine flexibel verformbare Fe- Die Fig. 2 zeigt die Belastung des Federstreifens der. Bei dieser Feder handelt es sich um einen 30 durch die Betätigungskraftkomponente 5_y. Diese planen länglichen Streifen 13, dessen Breite der Komponente wird In den Endlagern 22 und 23 des Höhe des Hebelarmes Il entspricht. Der Federstrei- Federstreifens durch Reaktionskräite R^ aufgenomfen 13 ist so ausgerichtet, daß er in einer zweiten men. D:ese Endlager ermöglichen den Federareifen-Ebene 14 liegt, die sich parallel zum Steuerstab er- enden sich einerseits in einer Ebene zu drehen, die streckt und auch die zweite Betäligungskraftkompo- 15 sich parallel zur Bezugsebene 3 erstreckt, und sich nente Sr enthält. Der Federstreifen 13 ist in der andererseits parallel zur Bezugsebene in Richtung Mitte an der vom Steuerstab abgelegenen Sei«e fest der zweiten Ebene 14 zu bewegen. Die Mittellager mit dem Ende 15 des Hebelarmes H verbunden. Der 18. 19 ermöglichen andererseits'eine Bewegung des Federstreifen ist hier mit zwei Achszapfen 16,17 ver- Mittelabschnktes des Federstreifens parallel" zur Besehen, die am Schnittpunkt der Ebenen 12 und 14 30 zugsebene in der ersten Ebene 12. Auf diese Weise nach oben und unten zeigen und symmetrisch zum erfolgt eine nahezu ideale Verformung des Feder-Federstreifen jeweils ein Kugellager 18 tragen. Der Streifens ohne hindernde Einflüsse und demzufolge äußere Laufring des Kugellagers liegt beweglich in eine sehr genaue Proportionalität zwischen der Beeiner Rinne 19, die sich parallel zur ersten Ebene 12 täüsungskraftkomponente und den Belastungen in erstreckt und am Sockel 5 angebracht ist. Der Feder- 33 den Meßstreifen. D3s Symbol der Belastungen und streifen ist ferner an seinen Enden mil Achszapfen damit der Widerstandsanderungen in den einzelnen 20, 21 versehen, die in identischer Weise wie die Meßstreifen bei einer Belastung des Steuerstabes Achszapfen 16.17 angebracht sind und sich parallel durch die Kraftkomponente S-. ist in der Fig. 4 anzu diesen erstrecken und ebenfalls Kugellager 22 tra- gegeben. Auf Grund des symmetrischen Aufbaues gen. Diese Kugellager 22 sind in Rinnen 23 beweg- 40 des Steuerstabes und der Anordnung der Meßstreifen Hch, die sich parallel zur zweiten Ebene 14 erstrecken wird der Absolutwert der Belastungen in Plus- und und am Sockel 5 vorgesehen sind. Auf die Seilen des Minusrichtungen gleich. Es ergibt sich daher keine Federstreifens 13 sind parallel zur zweiten Ebene 14 Spannungsänderung an der Brücke 37, während die acht Dehnungsmeßstreifen 24, 25, 26, 27 und 28, 29, Brücke 36 die Spannungsänderung als Ausgangs-30, 31 aufgeklebt. Die Dehnungsmeßstreifen liegen 45 signal darstellt, welches exakt der Komponente S₁-sowohl in Längs- als auch in Höhenrichtung symme- proportional ist.

irisch zur geometrischen Mitte des Federstreifens. F i g. 3 zeigt die Blattfeder durch die Betätigungs-Jeweils zwei Meßstreifen sind an jeder Federstreifen- krafikomponenie S₁ belastet. Diese Komponente hälfte 32. 33 bzw. 34, 35 an der dem Hebelarm Il wird mit einer Reaktionskraft R₂ nahe der Mittellager zugewandten und auch der abgewandten Seite auge- 50 18. 19 des Federstreifens aufgenommen. Das erzeugte ordnet. Die Meßstreifen 24, 27 und 25, 26, die sich Drehmoment wird ausgeglichen durch Reaktionen/?., im oberen Bereich des Federstreifens 13 befinden. an den Endlagern 22. 23 des Federstreifens. Da sosind miteinander zu einem vollständigen Brücken- wohl das Mittellager als auch die Endlager dem Fekreis 36 zusammengeschaltet, wie ihn die F i g. 4 derstreifen die Möglichkeit geben, sich in einer Ebene und 5 zeigen. Die Meßstreifen 28, 29 und 30, 3Tim 55 zu drehen, die parallel zur Bezugsebene 3 verläuft. unteren Bereich des Federstreifens sind miteinander ergibt sich hier eine nahezu ideale Verbiegung ohne zu einem zweiten vollständigen Brückenkreis 37 zu- behindernde Einflüsse un-j demzufolge eine sehr gesammengeschaltet. wie er ebenfalls in den F i g. 4 naue Proportionalität zwischen der Betätigungskraft- und 5 gezeigt ist. Die zwei Brückenschaltungen sind komponente und den Belastungen der Meßstreifen.
in bekannter Weise an eine Spannungsquelle 38 und 60 Fi g. 5 zeigt die Symbole der Belastungen und daeinen Verstärker angeschlossen, welch letzterer nicht mit der Widerstandsänderungen für die verschiedein den Zeichnungen dargestellt ist. nen Meßstreifen bei einer Belastung des Federstrei-

Die Arbeitsweise der Meßvorrichtung soll nun aus- fens durch die Kraftkomponente S₁. Die Brücke 36

führlicher beschrieben werden unter der Annahme, zeigt keinerlei Spannungsänderungen, während die

daß man den Steuerstab 1 mit einer Betatigungskraft 65 Brücke 37 ein Ausgangssignal in Form einer Span-

S_M an dem Fingergriff 2 beaufschlagt. Diese Kraft nungsänderung liefert, die exakt der Kraftkomponente

wird über den sfeuerstab nach unten übertragen und S_z proportional ist. Verständlicherweise erfolgt die

erreicht über den Hebelann 11 die Blattfeder IS, wo Unterteilung der Verformungen und Belastungen für

die zwei Kraftkomponenten der Betätigungskraft nicht in Wirklichkeit, doch ergibt sich eine gleichzeitig flexible Deformation am Federstreifen durch beide Kraftkomponenten, wobei dann die eine Meßstreifenbrücke 36 Signale bezüglich der Größe der einen Kraftkomponente S_Y und die andere Meßstreifenbrücke 37 Signale bezüglich dar anderen Kraftkomponente 5_Z liefert. Die Ausgaagssignale der Brücken sind somit stets den Größen der Betätigungskraft-S komponenten proportional.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

ebene durch eine Betätigungskraft belastet werden kann, und ferner mit Federeiementen, welche Dehnungsmeßstreifen tragen, die bei Belastung des Steuerstabes in den Richtungen der Kraftkomponen-5 ten flexibel verformbar sind, wobei die Meßstreifen zu zwei Brückenkreisen zusammengeschart« sind, an denen elektrische Ausgangssignale entstehen, die den beiden Kraftkomponenten proportional sind.

Ein solchei Steuerstab für die Betätigung von

Vorrichtung zum Messen von Kräften an einem
Steuerstab, welcher an einer Basis befestigt und
so angeordnet ist, daß er in einer zum unbelasteten Stab senkrechten Bezugsebene durch eine Betätigungskraft belastet werden kann, und ferner
mit Federelementen, welche Dehnungsmeßstreifen io Höhen- und Seitenrudern eines Flugzeuges ist in der tragen, die bei Belastung des Steuerstabes in den USA.-Patentschrift 34 47 766 beschrieben-und dar-Richtungen der Kraftkomponenten flexibel ver- gestellt Ah diesem Steuerstab sind zwei flexibel verformbar sind, wobei die Meßstreifen zu zwei formbare Federstreifen angebracht, die sich in Längs-Brückenkreisen zusammengeschaltet sind, an richtung des Steuerstabes erstrecken und immer dann denen elektrische Ausgangssignale entstehen, die 15 verformt werden, wenn der Steuerstab einer Biegung den beiden Kraftkomponenten proportional sind, unterworfen wird. Die Federteile, an denen die Dehdadurch gekennzeichnet, daß der Steuer- nungsmeßstreifen befestigt sind, liegen in Ebenen, stab (1) parallel zur Bezugsebene (3) beweglich die sich zueinander senkrecht durch die Längsachse gelagert und mit einem Hebelarm (11) verbunden des Steuerstabes in Richtung der angreifenden Kraftist, der sich bei unbelastetem Steuerstab (1) par- ao komponente erstrecken. Der Aufbau und die Ausallel zur Bezugsebene (3) erstreckt und von einer dehnung der verformbaren Federelemente in Längsersten, zum Hebelarm (11) parallelen Ebene (12), richtung des Steuerstabes erfordert einen relativ die durch den Steuerstab (1) hindurchgeht und in langen Stab mit relativ großem Durchmesser, beider eine Betätigungskraftkomponente (S_Y) Hegt, spielsweise — wie der genannten Patentschrift zu geschnitten wird, daß als einziges Federelement as entnehmen — einen Stab, der mit der ganzen Hand ein ebener länglicher Federstreifen (13) vorge- ergriffen und betätigt wird.

sehen ist, der in einer zweiten Ebene (14) liegt, Die verformbaren Federelemente gemäß der vor-

die sich parallel zum Steuerstab (1) erstreckt und erwähnten Patentschrift lassen sich nicht mit einem die parallel zur zweiten Betätigungskraftkompo- verkleinerten Steuerstab verwenden, den man beinente (S₂) ist, daß dieser Federstreifen (13) in 30 spielsweise nur mit den Fingern ergreift und betätigt, seiner Mitte mit dem vom Steuerstab (1) abgele- Der am Stab selbst und in seiner Nähe verfügbare genen Ende (15) des Hebelsarmes (11) verbunden Raum wäre viel zu klein, um eine solche Ausbildung und bezüglich der Basis (5) so angeordnet ist, daß zu ermöglichen.

er sich in seiner Mitte frei parallel zur Bezugs- Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines

ebene (3) in der ersten Ebene (12), nicht aber in 35 besonders kurzen Miniatur-Steuerstabes, der mit den der zweiten Ebene (14) verformen kann, daß der Fingern bedienbar ist und nur ein Minimum an ver-Federstreifen (13) sich an seinen Enden frei, par- formbaren Federelementen enthält, die sich außerallel zur Bezugsebene (3) und in der zweiten halb des eigentlichen Stabes befinden.
Ebene (14), nicht aber in der ersten Ebene (12) Ein solcher Miniatur-Steuerstab soll sich bei ver-

verformen kann, daß an jeder Federstreifenseite 40 nachlässigbarer Hysterese durch eine hohe Genauig-(32, 33) an beiden Federstreifenhälften (34, 35) keit der elektrischen Ausgangssignale auszeichnen, beidseits des Hebelarmes (11) Dehnungsmeßstrei- welche proportional zu den Betätigungskraftkompofen (24, 28, 26, 30, 35, 29, 27, 31) angeordnet nenten sind.

sind, daß zur Anzeige der Größe der einen Be- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

tätigungskraftkomponente (5_y) vier Meßstreifen 45 im Anspruch angegebenen Mittel gelöst.
(24 bis 27) paarweise einander gegenüber an bei- Die nachfolgende ausführliche Beschreibung und

die Zeichnungen erläutern eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines mit den Fingern bedienbaren, die Kraft einleitenden Steuerstabes, der mit einer Meßanordnung verbunden ist,

F i g. 2 und 3 zwei schematische Draufsichten auf

den 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 50 der zweiten Betätigungskraftkomponente (S₂) vier Meßstreifen (28 bis 31) paarweise an den beiden Seiten (32, 33) und an beiden Hälften (34, 35) de- Federstreifens (13) angeordnet und zu einem

zweiten vollen Brückenkreis (37) zusammenge- 55 ein flexibel verformbares Federelement der Meßvorschaltet sind. richtung, deren Dehnungsmeßstreifen sich verfor

men, wenn man den Steuerstab mit zwei ungleichen Betätigungskraftkomponenten beaufschlagt und

F i g. 4 und 5 zwei vollständige Brückenkreise für ⁶° die Dehnungsmeßstreifen der Vorrichtung unter Angäbe der in positiver oder negativer Richtung auftretenden Widerstandsänderungen durch zwei Betätigungskraftkomponenten.

Die Fjg. 1 zeigt einen Miniatur-Steuerstab 1, der

)ie Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mes- 65 an seinem oberen Ende einen Fingergriff 2 trägt, an von Kräften an einem Steuerstab, welcher an dem eine Betätigungskraft S_M in einer Bezugsebene 3, :r Basis befestigt und so angeordnet ist, daß er in mit der der unbelastete Steuerstab eine Senkrechte :r zum unbelasteten Stab senkrechten Bezugs- bildet, angreifen kann. Die Betätigungskraft S_M läßt