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Anordnung zum Wiegen von Gegenständen großer Längen abmessungen Die
Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Wiegen von Gegenständen großer Längenabmessungen,
z. B. eines Flugzeuges, unter Abstützen des hierbei eine Waagenbrücke bildenden
Gegenstandes gegenüber einer Standfläche an mindestens zwei Punkten, denen zwischen
dem Gegenstand und der Standfläche wirkende Meßelemente zugeordnet sind.
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Die durch das Problem des Wiegens eines großen Flugzeuges verursachten
Fragen liegen der Erfindung zugrunde. Es ist nicht möglich, ein Flugzeug in der
Freiluft, d. h. vor den Hangaren, zu wiegen, weil hierzu völlige Windstille erforderlich
wäre. Bei den riesigen Flächen der heutigen Verkehrsflugzeuge würde der leiseste
Wind bereits einen derartigen Auftrieb verursachen, daß die Wägung dadurch empfindlich
gefälscht wäre.
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Es ist also unerläßlich, die Flugzeuge in den Hangaren zu wiegen.
Eine erste Lösung bestünde darin, eine Halle vorzusehen, in welcher eine an sich
bekannte große Brückenwaage vorgesehen wäre. Diese Lösung ist praktisch nicht realisierbar.
Die zu wiegenden Flugzeuge haben die verschiedensten Radabstände. Manche sind mit
Heck-, andere mit Bugrad versehen. Ferner läßt die Entwicklung des Flugzeugbaues
noch andere Gestaltungen offen. Eine diesen Anforderungen entsprechende Brückenwaage
müßte also sehr große Abmessungen aufweisen und gleichzeitig Lasten bis 150 t aufnehmen
können. Dazu kommt, daß eine Halle mit einer so großen Brückenwaage eine sehr teure
und sehr unwirtschaftliche Angelegenheit darstellt. Sie müßte nämlich wegen der
verschiedenen Flügelanordnungen sehr groß sein.
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Allein der hierzu beanspruchte Boden würde schon außerordentlich kostspielig
sein.
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Ferner muß noch erwähnt werden, daß Flugzeuge außerordentlich empfindliche
Konstruktionen sind.
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Man kann ein Flugzeug keineswegs irgendwo stützen und heben, sondern
darf es nur an den hierfür vorgesehenen Stützpunkten - gewöhnlich drei - anheben.
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Es sind bereits mehrere Lösungen dieses Problems bekannt, durch welche
die Flugzeuge in Hangaren gewogen werden können, ohne daß hierfür eine spezielle
Halle mit einer überdimensionierten Brückenwaage notwendig ist.
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Zu den bekannten Lösungen gehört eine Meßeinrichtung, bei welcher
das Gewicht des zu wiegenden Gegenstandes in mehreren Meßdosen piezoelektrisch verwertet
und summiert wird. Hierfür sind zwei Plattformen vorhanden, wobei die obere, welche
die Last tragen soll, mit im Waagenbau bekannten lenkerartigen Elementen (horizontalen
Bändern) mit der unte-
ren Plattform verbunden ist, derart, daß diese Elemente die
zwischen der oberen und unteren Plattform auftretenden horizontalen Kräfte aufnehmen.
Dadurch sollen die zwischen die Plattformen geschalteten Meßelemente von horizontalen
Kräften entlastet werden.
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Die aus der Belastung resultierenden Deformationen der oberen und
unteren Plattform haben jedoch erhebliche horizontale Kräfte auf die Meßzellen zur
Folge, die Lenker bleiben deshalb nicht genau horizontal, wodurch bei den zu erwartenden
erheblichen Horizontalkräften das Ergebnis verfälscht wird.
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Bei einer anderen bekannten Meßvorrichtung wirkt die Last auf drei
auf Biegung beanspruchte horizontale Federelemente ein, wobei die Biegungsspannungen
mit elektrischen Dehnungsmeßstreifen festgestellt werden. Auch hier überlagern horizontale,
auf die blattförmigen Federn wirkende Kräfte die reinen Biegespannungen.
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Nun müssen bekanntlich bei jeder Wägung nur vertikale Kräfte berücksichtigt
und schräge oder horizontale Kräfte ausgeschieden werden. Dies wird bei den Brückenwaagen
bekanntlich dadurch verwirklicht, daß die Brücke pendelnd auf den Waagehebeln gelagert
ist, so daß nur vertikale Kräfte gemessen werden.
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Verschiedene Umstände, wie z. B. kleine elastische Verformungen des
Fußbodens, auf dem die Hebeböcke abgestellt sind, kleine elastische Verformungen
der Ab stützpunkte des Flugzeuges beim Umsetzen der Last vom Fahrgestell auf die
Stützpunkte des Flugzeuges, und elastische Verformung der Hebeböcke
haben
zur Folge, daß in gehobener Stellung die zwischen die Hebeböcke und das Flugzeug
geschalteten Meßelemente nicht nur senkrechten und konzentrischen Belastungen unterliegen,
auch wenn, was aus vielen Gründen nur in gewissen Grenzen möglich ist, die Hebeböcke
präzis und senkrecht angesetzt wurden.
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Die auf Grund der geschilderten Ursachen an den Stützpunkten nicht
genau senkrecht gerichteten Einzelkräfte ergeben summiert somit nicht die Ges am
kraft (bzw. nicht das Gesamtgewicht) des zu wiegenden Flugzeuges.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht darin, das Flugzeug
selbst zur Waagebrücke zu machen.
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Durch diese Anordnung können störende Horizontalkräfte überhaupt
nicht entstehen, da das Flugzeug selbst zur pendelnden Waagebrücke gemacht wird.
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Durch die Auflösung in mehrere Säulen, auf welchen die Stützelemente
ruhen, und eine zweckmäßige und sehr genaue Anordnung von Dehnungsmeßstreifen wurde
versucht, die Störung durch Horizontalkräfte bei der elektrischen Summierung klein
zu halten.
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Bei einer Anordnung zum Wiegen von Gegenständen großer Längenabmessungen
werden die genannten Fehler dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß der Gegenstand
höchstens an einem einzigen, als Drehpunkt wirkenden Stützpunkt ortsfest und an
den übrigen Punkten pendelnd auf an sich bekannte bewegliche Stützkörper derart
gelagert ist, daß die diesen zugeordneten Meßelemente nur von annähernd senkrecht
einwirkenden Kräften beansprucht werden.
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Die dabei verwendeten Wälzgelenke sind an sich bei den üblichen Waagebrücken
bereits bekannt. Die in der Beschreibung erläuterten Ausführungsbeispiele der bei
der vorliegenden Erfindung angeordneten Pendelelemente sind somit nicht Gegenstand
des Patentbegehrens. Desgleichen können mit diesen Wälzgelenken ebenfalls an sich
bekannte Mittel zur Begrenzung - und/oder Anzeige - der Pendelanschläge der Stützkörper
verwendet werden.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen an schematischen Ausführungsbeispielen
erläutert. In den Zeichnungen stellt dar Fig. 1 ein unter einem Flugzeugflügel auf
einem Hebebock gelagertes, pendelndes Stützelement, Fig. 2 ein Stützelement mit
Auflager, Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsbeispiele von Stützelementen mit Auflagern,
Fig. 5 und 6 verschiedene Vorrichtungen zur Feststellung einer gefährlichen oder
die Genauigkeit beeinträchtigenden Schiefstellung des Stützelementes, Fig. 7 eine
pendelartige Anordnung zur Kontrolle der senkrechten Stellung des Hebebockes.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist im Flugzeugflügel 1 ein
Stützpunkt 2 eingebaut, welcher aus einer Platte mit halbkugelförmigem Aufsatz besteht.
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Der Stützpunkt 2 des Flugzeuges ruht auf dem Stützelement 3. Dieses
hat auf der dem Stützpunkt 2 zugekehrten Seite eine kugelige Vertiefung 4. Der Auflagefläche
6 des Auflagers 7 zugekehrt ist die konvexe Wälzfläche 5 des Stützelementes 3. Das
Stützelement 3 sowie das Auflager 7 sind in einem Hohlkörper 8 angeordnet, welcher
auf der oberen Fläche 9 der Spindel 10, zentriert durch einen Zapfen 11, aufliegt.
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Die Wälzflächen 4 und 5 des Stützelementes 3 sind so beschaffen,
daß der Stützpunkt 2 sich entweder in
einem indifferenten oder stabil pendelnden
Gleichgewicht befindet oder starr abgestützt ist, d. h. statt der Wälzfläche 5 am
Stützelement 3 kann eine ebene Fläche angebracht sein. In gleicher Weise ist der
zweite Flügel bzw. Bug oder Heck des zu wägenden Flugzeuges abgestützt.
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Zu jeder Abstützung gehört ein Meßelement. Es kann das Stützelement
3 selbst als Meßelement ausgebildet sein (z. B. mit frei gespannten oder angeklebten
Widerstandsdrähten), oder es kann an seiner Stelle das Auflager 7 als Meßelement
ausgebildet sein. eben so kann der Stützpunkt 2 selbst Meßelement sein. Das Meßelement
kann sich aber auch (nicht dargestellt) zwischen dem Hohlkörper 8 und dem Auflager
7 befinden oder beispielsweise als Unterlage 25 zwischen dem Stützpunkt 2 und dem
Flugzeug angeordnet sein.
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Es ist jedoch nicht notwendig, daß der Stützpunkt 2 oder das Stützelement
3 oder das Auflager 7 das vollständige Meßelement darstellen, es können vielmehr
diese Teile auch nur einen Bestandteil des Meßelementes bilden, beispielsweise nur
den Federkörper einer Federwaage, während sich die mechanische oder elektrische
Anzeigeeinrichtung außerhalb der genannten Teile befindet.
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Es ist auch ohne Bedeutung, ob die einzelnen Meßwerte am Einzelelement
direkt abgelesen und das Gesamtgewicht durch nachträgliche Addition der Werte errechnet
wird oder ob die einzelnen Meßelemente als Geberinstrument, z. B. elektrisch oder
hydraulisch, den Meßwert an ein summierendes Anzeige- oder Ausmeßinstrument weiterleiten.
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In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel für eine pendelnde
Abstützung dargestellt. Das Stützelement 3 hat eine obere kugelige Vertiefung 4.
Ihr Radius 12 beträgt ungefähr das 1,1fach bis 3fache des Radius 13 des am Flugzeug
befestigten Stützpunktes 2. Die untere Begrenzung des Stützelementes 3 bildet die
konvexe Wälzfläche 5, deren Radius 15 entweder so groß ist, daß sich der Stützpunkt
2 beim seitlichen Verschieben horizontal bewegt, sofern indifferente Pendelung erwünscht
ist, oder nur so groß ist, daß sich der Stützpunkt 2 bei seitlicher Verschiebung
hebt, sofern stabile Pendelung erwünscht ist.
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Hierbei ist angenommen, daß die Wälzfläche 5 des Stützelementes 3
konvex-sphärisch und daß die Auflagefläche 6 des Auflager 7 eben geformt sind. Ohne
erheblichen Einfluß auf die Stabilität können konvexe Kugelflächen und ebene vertauscht
werden, oder es können für eine bestimmte Stabilität konvex-konkave oder bikonvexe
Kugeiflächenpaare ausgewählt werden.
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Das Auflager 7 ist so ausgebildet, daß das Meßelement oder Teile
desselben darin Platz finden. Das Auflager 7 und ein Teil des Stützelementes 3 sind
zweckmäßig von einem zylindrischen Hohlkörper umgeben, welcher einmal die zentrische
Lage des Wälzflächenpaares 5/6 sichert und zum anderen die Pendelausschläge begrenzt.
Der untere Teil des Stützelementes ist kegelstumpfförmig. Der Winkel des Kegelstumpfes
ist so gewählt, daß ein Ausgleich von Ungenauigkeiten beim Ansetzen der Hebeböcke
und einer dadurch bewirkten Schiefstellung des Stützelementes möglich ist. Zum Erkennen
der Abweichungen des Stützelementes gegenüber seiner senkrechten Lage hat der Hohlkörper
8 den gleichen Durchmesser 17 wie ein Rand 14, der in geringem Abstand über dem
oberen Ende des Hohlkörpers 8 am Stützelement angebracht ist. Ein weiterer Rand
16 hat demgegenüber einen geringeren Durchmesser. Dieser ist so ausgewählt,
daß
bei der für einwandfreies Wiegen höchstzulässigen Abweichung von der senkrechten
Lage die Mantellinie des Randes 16 den Durchmesser 17 erreicht.
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In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Abstützelement
3 ist hierbei mehr tellerförmig. Am oberen Ende befindet sich die hohlkugelförmige
Vertiefung 4, unten im mittleren Teil die konvex-kugelige Wälzfläche 18. Daran schließt
sich eine kreisringartige Wälzfläche 19 an, deren Radius entweder gleichmäßig größer
ist als der der Wälzfläche 18 oder veränderlich nach außen zu größer wird.
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Hieran schließt dann eine Kegelfläche 20 an. Im Bereich der kugeligen
Wälzfläche 18 ist die Stabilität besonders gering. Daran anschließend steigt die
Stabilität radial (Zone 19) an, bis sie auf der Kegelfläche 20 ihr Maximum erreicht.
Die Auflagefläche 6 des Auflagers 7 ist kegelstumpfförmig begrenzt. Über diesen
Kegelstumpf greift zentrierend der Rand 21 des Stützelementes 3, mit vertikalem
Spiel 22 gegenüber der kreisringförmigen Fläche 23. Wenn der Zwischenraum 22 über
den ganzen Umfang gleichförmig verläuft, so zeigt dies an, daß das Stützelement
senkrecht ab stützt, während ein ungleichförmiger Zwischenraum eine schiefe Lage
anzeigt. Am Auflager 7 kann eine Libelle 24 angebracht werden.
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Das Meßelement 25 ist hier zwischen dem Stützpunkt 2 und dem Flugzeug,
gegebenenfalls fest, angebracht.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 dargestellt. Das Abstützelement
3 trägt einen Rand 26 mit einem Ansatz 27. Der Ansatz 27 greift mit geringem Spiel
in ein kräftiges Gehäuse 28. Auf dem Rand des Gehäuses 28 liegt ein Kontroliring
29, der gegenüber dem Ansatz 27 ebenfalls ein geringes Spiel hat.
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Das Meßelement 30 ist im Innern des Gehäuses angebracht. Die obere
Fläche 31 des Meßelementes ist konvex ausgeführt, während die dieser Fläche zugekehrte
Wälzfläche 32 des Stützelementes 3 eben ausgeführt ist. Das Gehäuse 28 sowie der
Rand 26 des Stützelementes 3 sind so kräftig ausgeführt, daß bei einem eventuellen
Bruch des Meßelementes (beispielsweise ein Federelement) die Last nur um die Höhe
des Zwischenraumes 33 absinken kann. Auch hier ist die Größe des Zwischenraumes
33 ein leicht erkennbares Maß für die richtige Stellung des Stützelementes. Steht
nämlich letzteres über das zulässige Maß hinaus schief, so berührt der Rand 26 den
Kontrollring29 und drückt ihn gegen das Gehäuse 28. Ein eventuelles Festklemmen
kann dann dadurch festgestellt werden, daß man versucht, am Griff 34 den Ring 29
zu drehen. Wenn der Ring sich nicht leicht drehen läßt, darf nicht gewogen werden.
An Stelle des Kontrollringes 29 kann auch (Fig. 5) ein gegenüber dem Gehäuse 28
durch eine Isolierschicht 35 isolierter Metallring36 angebracht werden. Eine Stromquelle
37 und ein optisches oder akustisches Signal 38 sind so angeordnet, daß bei Berührung
des Ringes 36 durch den Rand 26 das optische oder akustische Signal ausgelöst oder
die Ablesung verhindert wird. Je nach der Größe des Zwischenraumes 33 kann das Signal
erst beim Erreichen einer gefährlichen oder schon beim Erreichen einer die Genauigkeit
beeinträchtigenden Schiefstellung ausgelöst werden. Im Gehäuse 28 kann ferner eine
Winkellibelle 41 angebracht sein. Diese gestattet die Kontrolle der horizontalen
Auflage bzw. der senkrechten Stellung des Hebebockes.
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Bei der in Fig.6 dargestellten Ausführungsform, durch welche zwei
vorbestimmte Grenzwerte angezeigt werden, weist das Gehäuse 28 außer dem ebenen
oberen Rand 39 einzelne Nocken 40 auf. Der Rand 26 des Stützelementes 3 liegt in
senkrechter Stellung höher als das obere Ende der Nocken 40. Wird beim Schiefstehen
des Stützelementes 3 die Höhe der Nokken 40 gerade erreicht, aber noch nicht unterschritten,
so ist die Wiegung zulässig. Bei einer größeren Schiefstellung jedoch, sobald der
Rand 26 den Kontrollring 29 erreicht, nähert sich die Schiefstellung einem nicht
mehr zulässigen Wert.
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Die optischen und elektrischen Kontrollvorrichtungen der Schiefstellung
können natürlich entsprechend der technischen Gegebenheiten des Einzelfalles einzeln
oder miteinander verbunden angeordnet sein. Es kann somit bei der elektrischen Anordnung
(Fig. 5) durch den bei Kontaktgabe fließenden elektrischen Strom die Ablesung der
Waage, beispielsweise durch Ausschalten der Beleuchtungseinrichtung oder Zudeckung
der Skala, verhindert werden. An Stelle einer gewöhnlichen Libelle 24 oder Winkellibelle
41 kann (Fig. 7) eine nach Art eines Pendels ausgebildete Vorrichtung zur Anzeige
der waagerechten Lage des Hebebocks bzw. senkrechten Lage der Spindel angeordnet
sein. Diese Vorrichtung umfaßt einen Stab 42, der an einem Faden 43 in einer oberen
Führung 44 des Gehäuses 28 angehängt ist. Das untere Ende des Stabes ist von einer
ringförmigen Führung 45 umschlossen.
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Das Spiel zwischen der Bohrung der ringförmigen Führung 45 und dem
Durchmesser des Stabes 42 ist so bemessen, daß sie der zulässigen Schiefstellung
entspricht. Diese Bauelemente zur Anzeige der Neigung sollen hierbei im Gegensatz
zu den bekannten Nivelliervorrichtungen, mit deren Hilfe die Waage selbst in eine
waagerechte Lage gebracht werden soll, dazu dienen, daß die Kraftrichtung nur innerhalb
eines vorbestimmten Winkelbereiches gegenüber der Vertikalen auf das Meßelement
einwirkt. Wenn nämlich eine erhebliche Abweichung der Hebeböcke gegenüber der Vertikalen
auftritt, ergeben sich beim Anheben der Böcke außer der Hubbewegung horizontale
Verschiebungen. Überschreiten diese ein vorbestimmtes Maß, so ist es unter Umständen
trotz der pendelnden Stützelemente möglich, daß die seitliche Bewegungsmöglichkeit
nicht ausreicht und damit ein genaues Wiegen unmöglich wird.