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zum Messen von Kräften in Bauwerken Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Messen@von Kräften in Bauwerken durch Messen der Verf ormung eines Meßkörpers,
durch den die zu messenden Kräfte von einen Bauteil des Bauwerks auf einen anderen
Bauteil übertragen werden Der Begriff " Bauwerk " soll hier ganz allgemein verstanden
werden; er soll insbesondere auch nicht stationäre Bauwerke umfassen, zumal gerade
in dicsen 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 Bestinmung von Schwerpunktlagen besondere Bedeutung hat. Zu
den im wesentlichen durch Ladung und Lastverteilung bestimmten statischen Kräften
können dynamische Kräfte hinzukommen, für deren Erfassung ebenfalls ein B darf 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
426 585) 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 Sig nalerzeugung erforderliche Verformung des Meßkörpers
nicht unmittelbar von den zu messenden Kräften erzeugt, sondern von den Verformung
der tragenden Bauteile abgeleitet wird. Die eingangs beschriebene Kraftmeßvorrichtung
gestattet das Erreichen hoher Genauigkeit nur rmit einen großen technischen Aufwand.
Die im Neben schluß liegende Kraftmeßvorrichtung ist einfacher auszuführen und läßt
sich auch leichter urorhandenen Konstrulttionen anpassen, jedoch ist die unvermeidli.che
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 bekannten Kraftmeßvorrichtungen*Die
neue Ileßvorrichtung, deren I6jeßkörper 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 Kraftmeßvorri.chtung zur Gewichtsynessung von Flugzeugen verwenden,in deren
Fahrwerke, vornehmlich Räder, sie eingebaut wird. Sie kann aber auch in Flügelanschlußbeschläge
und in die Plügelgelenke von Schwenkflügelflugzeugen eingebaut werden.
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Die erfundene Vorrichtung zum Messen von Kräften in Bauwerken durch
das essen 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 Rohrrand und entlang der Rohrwand zueinander
versetzt
wirken, und daß in dem längs des Rohres zwischen den beschriebenen
Kraftangriffszonen liegenden Bereich des Rohres der Verformungsabgriff angeordnet
ist Diese Anordnung läßt sich vor allem überall da mit Vorteil anwenden, wo der
außen am Rohr zgreilende Körper um den innen angreifenden herum schwenkbar oder
drehbar sein muSB oder sein kann. In bevorzugter Ausfiihrungsform sind daher die
Flächen des Rohres, an denen die genannten Bauteile angreifen, rotationssmmetrisch
zur Rohr chse angeordnet; vorzugsweise sind sie sylindrische oder kegeli.-ge Flachen.
Die Bauteile können aber auch so mit dem Rohr gekuppelt sein, daß sie in Richtung
der Rohrachse wirkende Kräfte übertragen, die über den Verformungsabgriffbereich
fließen.
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In diesem Falle wird der Bereich des Verformungsabgriffes unter der
axial vlrken'den 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 maßstäblich verkleinert und etwas vereinfacht
einen hchsenschnitt durch das Achsrohr eines Flugzeugfahrwerkes ein schließl ich
der in der unmittelbaren Nachbarschaft des Achsrohres gelegenen Teile. Das Meßkörperrohr
ist dabei iin einem Teilschnitt und in einer Teilansicht dargestellt,.
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Der nur zum Teil gezeigte Körper 10 eines Rades eines Flugzeugfahrwerkes
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 dem 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 Federbein: --gelegenen
Wurzel ist durch Verstärkung der Rohrwand
nach innen also zur Achse 11 hin erreicht. Das Rad bzw. der Radkörper ått in bekannter
Weise an seinen beiden Nabenenden auf Wälzlagern (hier Kegelrollenlager) 15 und
16 mittelbar auf dem Achsrohr 12 gelagert. Die Meßvorrichtung besteht im wesentlichen
aus einem Kraftübertragungs- und MeBkörperrohr 17, einer Lagerbiichse 18 und zweier
Achsschubbülsen 19 und,20 Die Aufgabe der Lagerbüchse 18 besteht m wesentlichen
darin, die nötigen Flächen für die Anlage am Kraftübertragungsrohr 17 zu schaff
en, ohne daß es nötig wäre, die Außenmantelfläche des Achsrohres 12 zu verändern.
Das Achsrohr hat in herkömmlicher Weise tragende Zonen (Zlindermantelflächen) 81
und 22 und dazwischen eine schwache Ausnehmung 23. Um eine solche normaler-feise
bereits vorhandene Form des Achsrohres der Meßvorrichtung anzupassen, wird eine
Hülse 18 der gezeigten Form auf das Achsrohr 12 ge-schoben.und in dieser Lage gesichert.
Sym1netrisch zur Mittenebene 24 des Rades 10 hat die Kraftübertragungshülse 17,also
der Meßkörper, auf seiner Innenwand ringförmige, zlindrische Anlageflächen 25 und
26, die infolge einer Ausdrehung 27 des Mittelabschnittes als Felder stehen 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 elastaschen 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 Auseenumfängen
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
10; 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 lO
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 verbunden, und zwar so, daß die einander zugewandten Stirnflächen
dieser beiden Hülsen 19 und 20 an entsprechenden Radialflächen des Mittelabschmittes
28 des Rohres 17 ohne Spiel anliegen. Infolgedessen werden Kräfte, die in der einen
oder anderen Richtung der Achse 11 wirken, auf den Mittelteil 28 des Rohres 17 übertragen.
Der Mittelteil des Rohres 17 ist in Achsrichtung unverschieblich sowohl mit dem
Achsrohr 12 als auch mittels 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 Rohrends-tücke 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
(in 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 umgesetzt.
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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, sow-ohl die Innenwand als auch die Außenwand dieser Bereiche åe nach Bedarf
zylindrisch, elliptisch, oval oder anders zu gestalten. Dabei können beispielsweise
die in der Meßstellung oben und unten liegenden Abschnitte der Neßzonen 29 und 30
kräftiger als die Seitenwandabschnitte, also die im wesentlichen senkrecht verlaufenden
Teile sein, 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 aufschraubbar
gernacht werden; wenn sich die andere, in Achsrichtung innen gelegene Hülse 19 auf
einen Achsrohrflansch oder einem anderen Teil des Federbeins in Achsrichtung abstützt,
kann der mittlere Teil 28 des Vießkörperrohres zwischen den Hülsen 19 und 20 fest
eingespannt werden. Eine solche Verspannung beeinträchtigt die Wirkungsr,zeise offensichtlich
nicht, denn die Meßbereiche werden davon nicht erfaßt.
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Wenn die mit dem Radkörper verbundenen Teile an den äußeren Rohr enden
nur lose und im wesentlichen spielfrei anliegen, werden Axialkräfte stets von nur
einem Meßbereich oder nur einer McEssone übertragen -und nur als Druck- oder Stauchkräfte.
Wenn bei spielsweise 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 Hülsen 20, denn die Stoßstellen können in der dargestellten
Ausführungsform nur Druckkräfte übertragen, nicht j jedoch Zugkräfte.
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Wenn eine gleichartige Verbindung zwischen dem Radkörper und den Außenteilen
31 und 32 des rohres besteht, (keine Zugkraftiibertragung), 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 Meßz'onen in der weiter oben besclmiebenen Weise an der Kraftübertragung
und Verformung teil.
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Im Gegensatz- zu Anordnungen, in denen der Meßkörper im Kraftnebenschiuß
liegt, ist hier (Meßkörper im Krafthauptschluß) 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 Dehnungsmeß streifen 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
um 1800 um die Achse 11 kehren sich diese Belastungen und Verformungen in den Meßstreifen
um. Diese Wirkung kann zu Zwecken der Kompensation und der Bestimmung des Nullpunktes
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 kastenförmigen, 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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Patentansprüche: Bezugszeichenliste: