Vorrichtung für das Messen veränderlicher Belastungen.
Die Erfindung hezieht sieh auf Bela stungsmessvorrichtungen, und sie ist zum Anzeigen und erforderlichenfalls zum Aufzeichnen der Zugkraft eines Vortriebssystems, einer Gewichtsbelastung, einer Torsionsbelastung oder dergi elehen vorgesehen. Es ist praktiseh ziem- lieb schwierig, veränderliche Belastungen, wie z. B. eine Zugkraft genau zu messen. Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung, welche solche Messungen in zweckmässiger Weise ermöglicht. Es lassen sich übereinstimmende Ergebnisse ohne die Notwendigkeit von zahlreichen Eiehungen erzielen, ferner ist eine ERnablesung oder eme Fernaufzeichnugn ohne Schwierigkeit möglich.
Die Vorrichtung arbeitet hydraulisch und arbeitet aneh unter Bedingungen zufriedenstellend, wo einige Undichtigkeiten bestehen; ausserdem ist sie praktisch frei von widrigen Reibungsinflüssen. Wo es sich um rasch ändernde Belatungen handelt, kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass sie nur Mittelwerte ergibt, da sie auf versebiedene Dämpfungsgrade gebracht werden kann; oder sie kann derart sein, dass sie auf raseh än deren Belastungen ansprieht.
Die Vorriehtung dient selbst zweckmässig dazu, Belastungen aufzuzeichnen, da eine erhebliche Kraft zn diesem Zweck zur Verfügung steht, und es kann irgendwelche passende Aufzweichnungsmanometer-Vorrichtung als Empfänger benutzt werden. Die nachtstehend beschrieben, ist die Vorriehtung derart ausgedaeht, dass sie für die Messung der Zugkraft von schinken, wie Luftfahrezeugmaschinen, geeignet ist, wobei angenommen wird, dass die Ala- schine auf einer passenden Bettung angeordnet ist, und ihre Zugkraft frei übertragen zu können.
Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie arbeitet, ohne eine nierk- liehe Bewegung der gemessenen Kraftquelle zu ergeben.
Die Erfindung bezieht sieb auf eme Vorriehtung für das Messen veränderlieher Belastungen, mit einem festen Element, das eine Kammer mit einer kreisförmigen Öffnung bildet, mit einem starren kreisförmigen Wand- element, das koaxial in der Öffnung angeordnet ist, mit einer biegsamen Membran, die sieh zwischen dem Rand des Wandelementes und dem Rand der Öffnung erstreckt, wobei das Wandelement und die Membran eine axial bewegliche wand einer hydraulischen Druckkammer bilden, mit SIitteln für das Anzeigen des Druckes in der Kammer und mit Mitteln, um die veränderliche Belastung auf das Wandelement zu übertragen.
Erfindungsgemäss ist eine so] ehe Vorriehtung gekennzeichnet durch Mittel, um in die lianinier über eine einen ungehinderten Durch fluss gestattende Förderleitung Druekmittel kontinuierlich, unabhängig von Druekveränderungen zn fördern, dureh Ventilmittel, um das Entweiehen von Druekmittel aus der Kammer beim ansprechen auf axiale Bewegungen der Wand zu steuern, und dadureh, dass die Membran unmittelbar an der Wand abgestützt ist.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf der beiliegenden Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 ist eine teilweise schematische Schnittdarstellung des Hauptteils der Vorrichtung;
Fig. 2 ist eine gleiche Darstellung derselben in etwas grösserem Massstab, welche auch einen Prüfrahmen in Teilansicht zeigt, und
Fig. 3 ist ein Schnitt des Ventils in grösserem Massstab.
Die dargestellte Vorrichtung ist eine Ausführungsform für das Anzeigen der Zugkraft einer Flugzeugantriebsmaschine, welche an einem Prüfrahmen (von welchem ein Teil bei 1A, Fig. 2, gezeigt ist) derart angeordnet ist, dass eine unmittelbare horizontale Zugkraft vom Rahmen auf diese Vorrichtung übertragbar ist. In Fig. 2 geht das Drahtseil 1 über eine lose Scheibe 1B am Maschinenprüfrahmen, so dass die Zugkraft der Maschine (deren Richtung durch den Pfeil 10 angezeigt ist) eine gleichmässige Spannung im Drahtseil erzeugt. Die Enden des Drahtseils 1 sind an radial vorstehenden Ansätzen 2A einer kreisförmigen, starren Metallband 2 befestigt, welche durch Rippen 2B versteift ist.
Die Wand 2 ist eine bewegliche Wand und bildet den einen Teil einer hydraulischen Druckkammer 3, deren verbleibenden Teil ein fester Bauteil 4 in der Form eines durch Arme 4A an einer festen Unterlage 4B verankerten hohlen Kreiszylinders bildet, wobei die Teile 4, 4ft, 4B die Reaktionsstelle für die zu messende Belastung bilden. Der Bauteil 4 trägt mittels Bolzen 5, an welchen sich Abstandsteile befinden, eine Deckplatte 6, mit welcher eine Ventilanordnung kombiniert ist. Die Bolzen 5 gehen aussen an der Wand 2 vorbei, wirken jedoch als Führung für diese, indem gabelförmige Ansätze 2C an der Wand 2 die Bolzen umgreifen, wobei zwischen den Ga belschenkeln und den Bolzen normalerweise ein freier Zwischenraum vorhanden und diese Teile gewöhnlich nicht miteinander in Berührung stehen.
Die gabelförmigen Enden der Ansätze 2C liegen ferner zwischen Anschlä- gen 5A und SB, um zu starke Bewegungen der Wand 2 zu verhindern, z. B. weun die Vorrichtung ausser Gebrauch ist oder wem der hydraulische Druck fehlen würde.
Von einer Verlängerung 61 der Platte 6 hängt ein Aufhängedraht 7 herab, der mit der Wand 2 an einer Stelle in der Nähe des Schwerpunktes der Wand verbunden ist, so dass bei horizontaler Anwendung der Vorrichtung (wie im beschriebenen Fall) das Gewicht der Wand 2 aufgenommen ist und deren andere Befestigungen entlastet sind, womit einem Bestreben zum Neigen oder Senken begegnet ist.
In die Kammer 3 führt eine Druekleitung 8 von einer bei 8A angedeuteten hydraulischen Pumpe, welche Leitung kein Ventil oder dergleichen aufweist und daher eine dauernde unbehinderte Zufuhr von Druels mittel gewährleistet. Durch eine Leitung 9 ist die Kammer 3 ferner mit einem Druck messinstrument 9A verbunden, welches eine Einteilung für das Anzeigen der Zugkraft, z. B. in kg, aufweist. Dieses Messinstrument kann durch ein Flüssigkeits- Säulenmanometer oder durch irgendeine Einriehtung ersetzt sein, welche Flüssigkeitsdruck anzeigt. Die Druckmittelquelle ist derart, dass eine kontinuierliche Förderung unabhängig vom DrucL aufrechterhalten wird.
Es wurde in dieser Hinsicht als zweckmässig gefunden, als Pumpe 89 eine Zahnradpumpe anzuwenden, welche eine konstante Druckmittelmenge im ganzen erforderlichen Druckbereich zu fördern imstande ist.
Die Wand 2 ist auf der Ilmenfläche mit einer Membran 2D aus gummiertem Gewebe versehen, deren innerer Randteil durch einen Ring 2E festgeklemmt ist, während der ETm- fangsrandteil, der sich iiber die ebene Fläche der Wand 2 hinaus erstreckt, am Mantel des Zylinders 4 durch einen Ring 4C festgeklemmt ist, der auch die Anschläge 5A aufweist oder trägt. Es ergibt sich somit ein nicht lmter- stützter, biegsamer, ringförmiger Randteil der Membran 2D, der eine verhältnismässig kleine Fläche besitzt, die aber genügt, damit sich die Wand 2 non den geringen erforderlichen Betrag bewegen und während der Betätigung frei schwimmen kann.
Durch die Formgebung des später beschriebenen Ventilkörpers lässt sich erreichen, dass die Betriebslage der Wand 2 derart ist, dass die am Ring 4C anliegende Befestigungsebene der membran 2D die gleiche ist wie die, in weleher die ebene Fläche der Wand 2 liegt; diese Bedingung wird in nerhall > sehr kleiner Grenzen, z. B. 1/4 mm, im ganzen Belastungsbereich aufrechterhalten.
Das Ergebnis dieser Anordnung besteht darin, dass, wenn der unabgestützte Randteil der Membran 9D durch den Druck in der Kammer 3 ausgebaucht wird, dessen Querschnitt symmetrisch bleibt, so dass die Zugspannung im Gewebe ausgeglichen ist und somit ein konstantes Verhältnis zwischen den Kräften an den inneml und äussern Rändern der Mcm- bran aufrechterhalten wird, so dass die Genauigkeit der Messung nicht beeinflusst wird.
die Ansätze 2C zwischen ihren Anschlägen 51, SB können benutzt werden, um anzuzeigen, dass die Wand 2 in der gewünschten Lage sich befindet.
Durch die Platte 6 wird das Ventil getragen (siehe Fig. 3). Von der obersten Stelle der Kammer 3 führt eine Leitung 10 und ein Rohr 11 und die Aussenseite der vorstehend beschriebenen Teile in ein Ventilgehäuse 12, das auf der Aussenseite der Platte 6 angeordnet ist. In diesem Gehäuse 12 befindet sich eine Bohrung 13 angeschlossen an das Rohr 11, die in einem Ventilsitz endigt, der mit einem Ventil körper 14 auf einer Ventilstange 14A zusammenwirkt, deren inneres Ende den Ventilkörper in der Bohrung 13 führt und deren äusseres Ende als Stossstange für den Ventilkörper 14 wirkt.
Die Stange 14A ist dicht mit einem flexiblen Diaphragma 15 ver hl den, um Undichtigkeiten zn verhindern; das Diaphragma begrenzt eine Kammer 16, von welcher eine Abfluüleitung 16A das hydraulische Druckmittel zum ursprünglichen Vorratsbehälter zurückleitet. In der Kammer 16 befindet sich eine Druckfeder 18, die bestrebt ist, das Ventil zu öffnen.
Au der Platte 6 ist ein Schwingarm oder Hebel 19 so frei als möglich drehbar gelagert, dessen Ende durch eine Einstellsehraube 19A gegen die Ventilstange 14A anliegt. Zwischen dem Hebel 19 und einem kugelförmigen Lagerkörper in der bitte der Wand 2 befindet sich eine Stossstange 20, die ein kugeliges Ende zur Lagerung im Lagerkörper besitzt und frei am Hebel 19 angelenkt ist, z. B. mit einer Sehneidenlagerung. Auf den Hebel 19 wirkt eine kleine Druckfeder 19B ein, um das Lagerspiel aufzunehmen und eine feine Ein. stellung der ursprünglichen Lage des Ventilkörpers zu erreichen.
Es ist ersichtlich, dass die Bewegungen der Wand 2 durch das Hebelverhältnis vervielfacht werden, und diese vergrösserte Bewegung wird auf den Ventilkörper übertragen.
Zwischen die Wand 2 und die Platte 6 eingesetzte Druekfedern 21 drücken die Wand 2 gegen die Kammer 3, das heisst in demselben Sinne, in welchem die zu messende Belastung wirkt. Diese Vorbelastung, welche bei der ursprüngliehen Einstellung und Eichung der Vorrichtung in Rechnung gestellt werden kann, hat gewisse Vorteile, von welchen der eine darin besteht, die Vorrichtung in Tätigkeit zu setzen, sobald hydraulischer Druck zugeführt wird, sogar wenn noch keine Be lastung von aussen angewendet wird. Sie erleichtert auch die Einstellung irgendeiner ursprünglichen Nullstellung.
Die Wirkungsweis der Vorrichtung ist wie folgt: Es sei angenommen, dab die Pumpe Szi läuft und irgendwelche in der Kammer 3 angesammelte Luft durch die Leitung 10, das Rohr 11 am Ventil 14 vorbei, und durch die Ablassleitung 161 oder ein für diesen Zweck vorgesehenes Entlüftungsorhr 16B ausgesto ssen ist. Wenn das hydraulische System von Luft befreit ist, drückt das Druckmittel in der Kammer 3 die Wand 2 auswärts gegen den Widerstand der Federn 21 (wobei die Wirkung der kleineren Federn 18, 19B vernachlässigt sind) und öffnet gleichzeitig das Ventil 14 so weist, dass die von der Pumpe geförderte Menge gerade abströmt, so dass eine weitere Druckerhöhung in der Kammer 3 verhindert ist.
Das Messinstrument 9A, sofern es bei druckloser Kammer in einer Nullstellung eingestellt ist, wird nun eine Belastung anzeigen, welche derjenigen der Federn entspricht. Wenn nun eine Zugkraft angewendet wird, durch welche die Drahtseile 1 gespannt werden, bewegt diese die Wand 2 einwärts, wobei der Ventilkörper 14 sich gleichzeitig gegen die Schliesslage bewegt, bis der Druck in der Kammer 3 genau der Zugkraftbelastung widersteht, die nun an dem Messinstrument 9A abgelesen werden kann.
Das Ventil ist stets selbsttätig so eingestellt, dass es die durch die Pumpe geförderte Menge bei dem durch das Messinstrument gezeigten Druck hindurchlässt. Bei den in der Zeichnung gezeigten Verhältnissen sind die Bewegungen der Wand 2 über den ganzen Wirkungsbereich der Vorrichtung äusserst klein, indem Belastimgen von wenigenKilogrammen bis zu beispielsweise 1000 Kilogramm Wandbewegungen in der Grössenordnung von etwa 1/40 mm entsprechen. Eine Veränderung der Zugkraft bewirkt augenblicklich eine Bewegung der Wand 2 und eine sofortige entsprechende Bewegung des Ventilkörpers mit einer entsprechenden Druckänderung.
Es ist ersichtlich, dass der Kammerdruck nicht von irgendeinem festen Zufuhrdruck von der Pumpe 8A und auch nicht von einer äussern Drucksteuerung abhängig ist. Der Druck wird nur dreh das Ventil 14 gesteuert, dessen Lage eine Funktion der zu messenden Kraft ist.
Wenn die Vorrichtung in der beschriebenen Weise konstruiert ist, ist sie äusserst genau und empfindlich und frei von Verzögerung. Wenn äusserst rasche Veränderungen der Belastung zu erwarten sind, kann in dem hydraulischen System eine Drosselung vorhanden sein, z. B. durch Wahl von kleinen Bohrungen für einen Teil oder die ganze Leitung 9, um die Änderungen des Druckes auf das Messgerät zu dämpfen, und auf diese Weise kann es möglich sein, Mittelwert-Ab- lesungen zu erhalten.
Für die Konstruktion der Vorrichtung mag noch erwähnt werden, dass als wirksame hydraulische Fläche der beweglichen ,Yaud diejenige einzusetzen ist, welche durch den mittleren Durchmesser des unabgestützten Ringteils der Membran 2D bestimmt ist. Es ist also wegen der symmetrisehell Deformation dieses unabgestützten Ringteils nicht der Aussendurehmesser des Ringteils massgebend.
Device for measuring variable loads.
The invention relates to load measuring devices, and it is intended to display and, if necessary, record the tensile force of a propulsion system, a weight load, a torsional load or the like. In practice, it is quite difficult to deal with changing loads, such as B. to measure a tensile force accurately. The present invention relates to a device which makes such measurements possible in an expedient manner. Consistent results can be obtained without the need for numerous measurements, and reading or remote recording is possible without difficulty.
The device operates hydraulically and still works satisfactorily under conditions where there are some leaks; in addition, it is practically free from adverse frictional influences. In the case of rapidly changing loads, the device can be designed in such a way that it only yields average values, since it can be brought to various degrees of damping; or it can be such that it responds to stresses and strains.
The device itself is expediently used to record loads, since considerable force is available for this purpose, and any suitable recording manometer device can be used as a receiver. As described below, the device is designed in such a way that it is suitable for measuring the tensile force of hams, such as aircraft machine tools, assuming that the alachine is arranged on a suitable bedding and can freely transmit its tensile force.
An important advantage of the invention is that it works without producing a kidney movement of the measured power source.
The invention relates to a device for measuring varying loads, comprising a solid element defining a chamber with a circular opening, with a rigid circular wall element coaxially arranged in the opening, with a flexible membrane, which see extends between the edge of the wall element and the edge of the opening, the wall element and the membrane forming an axially movable wall of a hydraulic pressure chamber, with means for indicating the pressure in the chamber and with means for transmitting the variable load to the wall element .
According to the invention, such a Vorriehtung is characterized by means to continuously convey pressure means into the lianinier via a conveying line permitting an unimpeded flow, regardless of pressure changes, by valve means to prevent pressure means from escaping from the chamber when responding to axial movements of the wall to control, and in that the membrane is supported directly on the wall.
An embodiment of the subject matter of the invention is shown in the accompanying drawing.
Fig. 1 is a partially schematic sectional view of the main part of the apparatus;
Fig. 2 is a similar representation of the same on a somewhat larger scale, which also shows a test frame in partial view, and
Fig. 3 is a section of the valve on a larger scale.
The device shown is an embodiment for displaying the tensile force of an aircraft propulsion machine, which is arranged on a test frame (part of which is shown at 1A, FIG. 2) in such a way that a direct horizontal tensile force from the frame can be transferred to this device. In Fig. 2, the wire rope 1 goes over a loose pulley 1B on the machine test frame, so that the tensile force of the machine (the direction of which is indicated by the arrow 10) generates a uniform tension in the wire rope. The ends of the wire rope 1 are attached to radially projecting lugs 2A of a circular, rigid metal band 2 which is stiffened by ribs 2B.
The wall 2 is a movable wall and forms one part of a hydraulic pressure chamber 3, the remaining part of which is a solid component 4 in the form of a hollow circular cylinder anchored to a solid base 4B by arms 4A, the parts 4, 4ft, 4B being the Form a reaction point for the load to be measured. The component 4 carries a cover plate 6 with which a valve arrangement is combined by means of bolts 5 on which there are spacers. The bolts 5 go past the outside of the wall 2, but act as a guide for this, in that fork-shaped lugs 2C on the wall 2 encompass the bolts, with a free space between the Ga belschenkeln and the bolts usually present and these parts usually not in each other Standing touch.
The fork-shaped ends of the lugs 2C also lie between stops 5A and SB in order to prevent excessive movements of the wall 2, e.g. B. when the device is out of use or who would lack the hydraulic pressure.
A suspension wire 7 hangs down from an extension 61 of the plate 6 and is connected to the wall 2 at a point near the center of gravity of the wall, so that when the device is used horizontally (as in the case described) the weight of the wall 2 is absorbed and whose other fastenings are relieved, with which a tendency to incline or lower is countered.
A pressure line 8 leads into the chamber 3 from a hydraulic pump indicated at 8A, which line has no valve or the like and therefore ensures a permanent, unimpeded supply of pressure medium. Through a line 9, the chamber 3 is also connected to a pressure measuring instrument 9A, which is a division for displaying the tensile force, for. B. in kg. This measuring instrument can be replaced by a liquid column manometer or by any device which shows liquid pressure. The pressure medium source is such that a continuous delivery is maintained regardless of the pressure.
In this regard, it has been found to be expedient to use a gear pump as the pump 89 which is capable of delivering a constant quantity of pressure medium in the entire required pressure range.
The wall 2 is provided on the ilm surface with a membrane 2D made of rubberized fabric, the inner edge part of which is clamped by a ring 2E, while the peripheral edge part, which extends beyond the flat surface of the wall 2, passes through the jacket of the cylinder 4 a ring 4C is clamped, which also has or carries the stops 5A. This results in a non-supported, flexible, ring-shaped edge part of the membrane 2D, which has a relatively small area, but which is sufficient for the wall 2 to move as little as required and to float freely during actuation.
The shape of the valve body described later makes it possible to achieve that the operating position of the wall 2 is such that the fastening plane of the membrane 2D resting on the ring 4C is the same as that in which the flat surface of the wall 2 lies; this condition is within> very small limits, e.g. B. 1/4 mm, maintained throughout the load area.
The result of this arrangement is that when the unsupported edge part of the membrane 9D is bulged by the pressure in the chamber 3, its cross-section remains symmetrical, so that the tensile stress in the tissue is balanced and thus a constant ratio between the forces on the inneml and the outer edges of the membrane is maintained so that the accuracy of the measurement is not affected.
the lugs 2C between their stops 51, SB can be used to indicate that the wall 2 is in the desired position.
The valve is carried by the plate 6 (see Fig. 3). From the top of the chamber 3, a line 10 and a pipe 11 and the outside of the parts described above lead into a valve housing 12, which is arranged on the outside of the plate 6. In this housing 12 there is a bore 13 connected to the tube 11, which ends in a valve seat which cooperates with a valve body 14 on a valve rod 14A, the inner end of which guides the valve body in the bore 13 and the outer end as a push rod for the valve body 14 acts.
The rod 14A is sealed with a flexible diaphragm 15 to prevent leaks; the diaphragm delimits a chamber 16 from which a discharge line 16A returns the hydraulic pressure medium to the original reservoir. In the chamber 16 there is a compression spring 18 which tries to open the valve.
On the plate 6, a swing arm or lever 19 is mounted so that it can rotate as freely as possible, the end of which rests against the valve rod 14A through an adjusting tube 19A. Between the lever 19 and a spherical bearing body in the please of the wall 2 is a bumper 20, which has a spherical end for storage in the bearing body and is freely hinged to the lever 19, for. B. with a tendon bearing. A small compression spring 19B acts on the lever 19 in order to absorb the bearing play and a fine one. position to achieve the original position of the valve body.
It can be seen that the movements of the wall 2 are multiplied by the lever ratio, and this increased movement is transmitted to the valve body.
Compression springs 21 inserted between the wall 2 and the plate 6 press the wall 2 against the chamber 3, that is to say in the same sense in which the load to be measured acts. This preload, which can be taken into account during the original setting and calibration of the device, has certain advantages, one of which is to put the device into operation as soon as hydraulic pressure is applied, even if there is no external load is applied. It also makes it easier to set any initial zero position.
The operation of the device is as follows: Assume that the pump Szi is running and any air accumulated in the chamber 3 passes through the line 10, the pipe 11 past the valve 14, and through the discharge line 161 or a vent pipe provided for this purpose 16B is expelled. When the hydraulic system is freed of air, the pressure medium in the chamber 3 pushes the wall 2 outwards against the resistance of the springs 21 (the effect of the smaller springs 18, 19B being neglected) and at the same time opens the valve 14 so that the Amount conveyed by the pump just flows off, so that a further increase in pressure in the chamber 3 is prevented.
The measuring instrument 9A, if it is set in a zero position when the chamber is depressurized, will now display a load which corresponds to that of the springs. If a tensile force is now applied by which the wire ropes 1 are tensioned, this moves the wall 2 inwards, the valve body 14 simultaneously moving towards the closed position until the pressure in the chamber 3 withstands exactly the tensile force load that is now being applied to the measuring instrument 9A can be read.
The valve is always automatically adjusted so that it allows the amount delivered by the pump to pass through at the pressure indicated by the measuring instrument. With the conditions shown in the drawing, the movements of the wall 2 are extremely small over the entire effective range of the device, with loads of a few kilograms up to, for example, 1000 kilograms corresponding to wall movements of the order of magnitude of about 1/40 mm. A change in the tensile force immediately causes a movement of the wall 2 and an immediate corresponding movement of the valve body with a corresponding change in pressure.
It can be seen that the chamber pressure is not dependent on any fixed supply pressure from the pump 8A, nor is it dependent on any external pressure control. The pressure is only controlled by turning the valve 14, the position of which is a function of the force to be measured.
When the device is constructed as described, it is extremely accurate and sensitive and free from lag. If extremely rapid changes in the load are to be expected, there may be a restriction in the hydraulic system, e.g. B. by choosing small bores for part or all of the line 9 in order to attenuate the changes in pressure on the measuring device, and in this way it may be possible to obtain mean value readings.
For the construction of the device it should be mentioned that the effective hydraulic surface of the movable, Yaud, is to be used which is determined by the mean diameter of the unsupported ring part of the membrane 2D. Because of the symmetrical deformation of this unsupported ring part, the outer diameter of the ring part is not decisive.