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"Vorrichtung zun. Messen von Kräften in Bauwerken " Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Messen-von Kräften in Bauwerken durch Messen der Verformung
eines Meßkörpers, durch den die zu messenden Kräfte von einem Bauteil des Bauwerks
auf einen anderen Bauteil übertragen werden. Der Begriff "Bauwerktg soll hier ganz
allgemein verstanden werden; er soll insbesondere auch nicht stationäre Bauwerke
umfassen, zumal gerade in diesen die Kräfte stark schwanken können. Dies gilt beispielsweise
für Fahrzeuge -und Flugzeuge; bei denen die Kraftmessungen für die Ermittlung von
Belastungen und Beladungen sowie zur Bestimmung von Schwerpunktlagen besondere Bedeutung
hat. Zu den im wesentlichen durch Ladung und Lastverteilung bestimmten statischen
Kräften können dgnamische Kräfte hinzukommen,für deren Erfassung ebenfalls ein Bedarf
besteht.
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Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise in
den
deutschen Patentschriften 1 160 666 und 1 206 173 (internationale Klasse G 01g)
beschrieben. In anderen Meßvorrichtungen (beispielsweise V.St.A.- Patentschrift
3 426 586) werden die zu messenden Kräfte nicht von der Meßvorrichtung übertragen;
die Meßvorrichtung liegt vielmehr im Kraftnebenschluß zu den die Kräfte übertragenden
Bauteilen, d .h., daß die für die Signalerzeugung erforderliche Verformung des Meßkörpers
nicht un mittelbar von dz ru messenden Kräften erzeugt, sondern von der Verhornung
der tragenden Bauteile abgeleitet wird. Die eingangs bcschriebene Kraftmeßvorrichtung
gestattet das Erreichen hoher Genauigkeit nur mit einem großen technischen Aufwand.
Die im Neben schluß liegende Kraftmeßvorrichtung ist einfacher o.uszuführen und
läßt sich auch leichter vorhandenen KonstrX>itionen anpassen, jedoch ist die
unvermeidliche Fehlanpassung und deren Veränderung eine Quelle zusätzlicher Ungenauigkeiten.
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Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der vorgenannten und der sonst
bekannten sowie der für den Fachmann erkennbaren Nachteile der b ekan n t en Kraftmeßvorri
chtun gen Die neue Meßvorrichtung , deren Meßkörper im Krafthauptschluß liegt, soll
insbesondere wenig Platz beanspruchen und sich dadurch leicht an bestimmte Formen
der im Kraftschluß liegenden Hauptteile anpassen lassen. Sie läßt sich vor allem,
wenn auch nicht ausschließlich, als Kraftmeßvorrichtung zur Gewichtsmessung von
Flugzeugen verwenden,in deren Fahrwerke, vornehmlich Räder, sie eingebaut wird.
Sie kann aber auch in Flügelanschlußbeschläge und in die Flügelgelenke von Schwenkflügel
flugzeugen eingebaut werden.
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Die erfundene Vorrichtung zum Messen von Kräften in Bauwerken durch
das Messen der Verformung eines Meßkörpers, durch den die zu messenden kräfte von
einem Bauteil des Bauwerks auf einen anderen Bauteil übertragen werden, zeichnet
sich dadurch aus,daß der Meßkörper ein Rohr ist, das so zwischen die beiden Bauteile
gesetzt ist, daß der eine Bauteil im Inneren des Rohres und der andere Bauteil außen
am Rohr angreift, wobei die Kräfte normal zur Rohrwand und entlang der Rohrwand
zueinander versetzt
wirken, und daß in dem längs des Rohres zwischen
den beschriebenen Kraftangriffszonen liegenden Bereich des Rohres der Vcrformungsabgriff
angeordllet ist. Diese Anordnung läßt sich vor allem überall da mit Vorteil anwenden,
wo der außen am Rohr angreifende-Körper um den innen angreifenden herum schwenkbar
oder drehbar sein muß oder sein kann. In bevorzugter Ausführungsforn sind daher
die Flächen des Rohres, an denen die genannten Bauteile angreifen, rotationssymmetrisch
zur Rohrachse angeordnet; vorzugsweise sind sie zylindrische oder kegelige Flächen.
Die Bauteile können aber auch so mit dem Rohr gekuppelt sein, daß sie in Richtung
der Rohrachse wirkende KräS-te übertragen, die über den Verf ormungsabgriffbereich
fließen.
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In diesem Falle wird der Bereich des Verformungsabgriffes unter der
ax;al wirkenden Last in Achsrichtung gedehnt oder gestaucht.
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Die Erfindung einschließlich ihrer weiteren Merkmale wird nachstehend
an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher
erläutert.
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Die Zeichnung zeigt maßstäblioh verkleinert und etwas vereinfacht
einen Achsenschnitt durch das Achsrohr eines Blugzeugfahrwerkes einschließlich der
in der unmittelbaren Nachbarschaft des Achsrohres gelegenen Teile. Das Meßkörperrohr
ist dabei iin einem Deilschnitt und in einer Teilansicht dargestellt.
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Der nur zum Teil gezeigte Körper 10 eines Rades eines Blugzeugfahrwerkes
ist um die geometrische Achse 11 drehbar gelagert, die zugleich die Achse des rotationssymmetrischen
Achsrohres 12 ist, das bei auf dem Boden stehendem Flugzeug im wesentlichen rechtwinKlig
und waagerecht von dm Flugzeugfederbein absteht, das man sich in der Zeichnung links
gelegen zu denken hat. Die äußere Umfangsfläche 14 des Achsrohres ist im wesentlichen
zylindrisch, die aus Festigkeitsgründen übliche Verstärkung des Achsrohres an ihrer
am Bederbein-~--gelegenen
Wurzel ist durch Verstärkung der Rohrwand
nach innen also zur Achse 11 hin erreicht. Das Rad bzw. der Radkörper ist in bekannter
Weise an seinen beiden Nabenenden auf Wälzlagern (hier Kegelrollenlager) 15 und
16 mittelbar auf dem Ach->rohr 12 gelagert. Die Neßvorrichtung besteht im wesentlichen
alls einem Kraft-iibertragungs- und Meßkörperrohr 17, einer Lagerbüchse 18 und zweier
Achsschubhülsen 19 und 20. Die Aufgabe der Lagerbüchse 18 besteht im wesentlichen
darin, die nötigen Flachen für die Anlage am Kraftübertragungsrohr 17 zu schaffen,
bohne daß es nötig wäre, die Außenmantelfläche des Achsrohres 12 zu verändern. Das
Achsrohr hat in herkömmlicher Weise tragende Zonen (Zylindermantelflächen) 2:1 und
22 und dazwischen eine schwache Ausnehlnung 23. TTnl eine solche normaler-feise
bereits vorhandene Form des Achsrohres der Meßvorrichtung anzupassen, wird eine
Hülse 18 der gezeigten Form auf das Achsrohr 12 geschoben und in dieser Lage gesichert.
Symmetrisch zur Mittenebene 24::des Rades 10 hat die Kraftübertragungshülse 17,also
der Meßkörper, auf seiner Innenwand ringförmige, zglindrische Anlageflächen 25 und
26, die infolge einer Ausdrehung 27 des Mittelabschnittes als Felder st-ehen geblieben
sind. An den kräftigen Mittelteil 28 des Rohres 17 schließen in Achsrichtung beiderseits
Bereiche 29 und 30 an, die eine gegenüber dem Mittelteil und den anschließenden
Außenteilen 31 und 32 verringerte Wandstärke haben, in radialer Richtung nicht abgestützt
sind und wodurch bei Belastungen die gewollten elasschen Verformungen dieser Teile
des Rohres 17 erreicht werden können. Von diesen Rohrabschnitten oder -bereichen
29, 30 wird die Verformung mittels Meßstreifen 33 abgegriffen. Auf den Auseenumfæ1gen
der kräftigen Endabschnitte 31 und 32 des Rohres 17 sitzen die Wälzlager 15 und
16. Der mittlere Abschnitt 28 des Rohres 17 hat keine Berührung mit dem Radkörper
lO; an ihm greift nur das Achsrohr 12 vermittels der Büchse 18 und der Hülse 19
und 20 an. Die Endabschnitte des Rohres 17 haben dagegen keine Berührung mit der
Lagerbüchse 18 oder den damit verbundenen Teilen, sondern nur mit den zum Rad 10
gehörenden Teilen, hier also mit den Lagern 15 und 16. demzufolge müssen
alle
radialen Kräfte zwischen dem Achsrohr 12 und dem Rad 10 durch die Abgriffsbereiche
oder Meßstrecken 29 und 30 übertragen werden.
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Die Hülsen 19 und 20 sind fest mit der Lagerbüchse 18 und damit mit
dem Achsrohr 12 verbunaen, und zwar so, daß die einander zugewandten Stirnflächen
dieser beiden Hülsen 19 und 20 an entsprechenden Radialflächen des Mittelabschni-ttes
28 des Rohres 17 olme Spiel anliegen. Infolgedessen werden Kräfte, die in der einen
oder anderen Richtung der Achse 11 wirken, auf den N-ittelteil 28 des Rohres 1'7
übertragen. Der Iiit;tel teil des Rohres 17 ist in Achsrichtung unverschieblich
sowohl mit dem Achsrohr 12 als auch .inittels der Ringmuttern 34 und 35 mit dem
Rad 10 verbunden. Die in Richtung der Achse wirkenden Kräfte werden infolgedessen
vom Achsrohr 12 auf den Mittelteil 28 und von dort über die beiden Abgriffbereiche
29 und 30 und die Rohrendstücke 31 und 32 auf das Rad 10 übertragen. Wenn der eine
der Bereiche 29 oder 30 auf Druck beansprucht wird, beispielsweise 29, ist der jeweils
andere (im Beispiel der Bereich 30) entlastet. Die dadurch entstehenden Verformungen
werden von anderen nicht dargestellten,auf den Bereichen 29 und 30 angebrachten
Dehnungsmeßstreifen erfaßt und in elektrische Signale uitigesetzt.
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Wenn es in erster Linie auf das Erfassen der radial zur Achse 11 wirkenden
Kräfte ankommt, kann es nützlich sein, die Wandstärke der Bereiche 29 und 30 oder
nur eines von ihnen auf dem Umfang unterschiedlich zu gestalten. So ist es z.B.
möglich, sowohl die Innenwand als auch die Außenwand dieser Bereiche je nach Bedarf
zylindrisch, elliptisch, oval oder anders zu gestalten. Dabei können beispielsweise
die in der Meßstellung oben und unten liegenden Abschnitte der Meßzonen 29 und 30
kräftiger als die Seitenwandabschnitte, also die im wesentlichen senkrecht verlaufenden
Teile selen, wodurch die Verformungszonen innerhalb jedes der Bereiche 29 und 30
verlagert werden und die Seitenwandbereiche (in denen in der Zeichnung die Meßstreifen
gezeigt sind) der stärkeren Verformung unterliegen.
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Bei einer neuen Konstruktion können Achsrohr und Meßrohr einander
unmittelbar angepaßt werden, so daß auf ein Adapterrohr, wie es das Rohr 18 ist,
verzichtet werden kann.
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Die Hülse 20 kann auf die Lagerbüchse 18 bzw. auf das Achsrohr auf
schraubbar gemacht werden; wenn sich die andere, in Achsrichtung innen gelegene
Hülse 19 auf einen Achsrohrflansch oder einen anderen Teil des Federbeins in Achsrichtung
abstützt, kann der mittlere Teil 28 des Meßkörpe rohres zwischen den Hülsen 19 und
20 fest eingespannt werden. Eine solche Verspannung beeinträchtigt die Wirkungsweise
offensichtlich nicht, denn die Meßbereiche werden davon nicht erfaßt.
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Wenn die mit dem Radkörper verbundenen Teile an den äußeren Rohrenden
nur lose und im wesentlichen spielfrei anliegen, werden Axialkräfte stets von nur
einem Meßbereich oder nur einer Meßzone übertragen und nur als Druck- oder StaucSçräfte.
Wenn beispielsweise das Achsrohr vom Federbein eine nach rechts (in der Zeichnung)
gerichtete Kraft erfährt, wird diese von der Hülse 19 auf den Mittelteil 28 übertragen,
nicht jedoch von der Hülse 20, denn die Stoßstellen können in der dargestellten
Ausführungsform nur Druckkräfte übertragen, nicht jedoch Zugkräfte.
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Wenn eine gleichartige Verbindung zwischen dem Radkörper und den Außenteilen
31 und 32 des Meßrohres besteht, (keine Zugkraftübertragung), wird nur die Meßzone
30 zusätzlich belastet und nur auf Druck. Wenn die Verbindungen zwischen dem Radkörper
und den Meßrohraußenteilen 31 und 32 so gestaltet sind, daß sie auch Zugkräfte übertragen
können, nehmen beide Meßzonen in der weiter oben beschriebenen Weise an der Kraftübertragung
und Verformung teil.
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Im Gegensatz zu Anordnungen, in denen der Meßkörper im Kraftnebenschluß
liegt, ist hier (Meßkörper im KrafthauptschluB) das Eichen des nicht im Bauwerk
befindlichen Meßkörpers möglich und sinnvoll. Für die in Richtung der drei orthogonalen
Achsen wirkenden Kräfte können die Nullabgriffe der Meßanordnung
bei
entlasteter Meßvorrichtung, also hier während eines Fluges des Flugzeuges vorgenommen
werden. Wenn das Meßrohr um seine Achse 11 drehbar angeordnet ist , läßt sich der
elektromechanische Nullpunkt auch am Boden bestimmen. Die Dehnungsmeßstreifen werden
üblicherweise paarweise und dabei kreuzweise diagonal,wie in der Zeichnung gezeigt,
aufgeklebt; das Paar liegt so in der Zone größter Schubverformung, wobei der eine
der beiden Streifen gezogen und der andere gestaucht wird. Durch Drehen des Rohres
iini 1800 um die Achse 11 kehren sich diese Belastungen und Verformungen in den
Meßstreifen um. Diese W-irkung kann zu Zwecken der Kompensation und der Bestimmung
des Iltll punktes ausgenutzt werden.
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Wenn genügend-Platz zur Verfügung steht oder wenn es auf die Drehbarkeit
des Meßrohres nicht ankommt, kann das Rohr auch eine andere Form als die beschriebene
haben, z.B. einen hastenförmigen, rechteckigen oder quadratischen Querschnitt. Die
Meßzone kann im Bereich der Seitenwände eine andere Stärke als im oberen und unteren
Gurtbereich aufweisen. Der Mittelteil des Rohres kann auch fest mit dem Achsrohr
verbunden sein,z.B. verschraubt sein.
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In diesem Falle sind die Achsschubhülsen 19 bzw. 20 entbehrlich.
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Im Zweifel sind alle hier beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale
für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination erfindungswesentlich. Schutz
wird begehrt für das, was objektiv schutzfähig ist.
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Patentan sprüche: Bezugszeichenliste: