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Einrichtung zur Lastmessung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Lastmessung.
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Es ist häufig von großer Bedeutung, daß die gesamte Belastung, die
von einem Konstruktionsteil aufzunehmen ist, und auch das Zentrum der angreifenden
Schwerkraft eines Flugzeugs genau bekannt sind. Im Lufttransportwesen z. B. ist
es für die ordnungsgemäße Beladung von Flugzeugen wesentlich, das genaue Angriffszentrum
der Schwerkraft an dem Flugzeug und auch das Gewicht des Flugzeugs und seiner Ladung
zu kennen. Ein anderes Beispiel sind Lastkraftwagen, bei denen die Last an den verschiedenen
Achsen des Fahrzeugs genau bekannt sein muß, um die Übereinstimmung mit den Lastenbeschränkungen
sicherzustellen. Es wurden bereits Debaungsmeßstreifen in Brtickenschaitungen zur
Bestimmung solcher Lastfaktoren verwendet. Es wurden die verschiedensten Verfahren
verwendet, um die Dehnungsmeßstreifen in richtiger Lage an einer oder
mehreren
Achsen eines solchen Lastkraftwagens oder Flugzeugs anzubringen Die Dehnungsmeßstreifen
sind gewshalich sehr empfindlich, und die Anbringung solcher Dehnungsmeßstreifen
bringt Schwierigkeiten mit sich. Bei vielen bisher bekannten Verfahren zur Bestimmung
der Lastfaktoren miissen die 1)ehnungsmeßstreifen nach der Anbringung sorgfältig
geeicht werden, es müssen Leitungen angelötet oder angeschweißt werden, es muß Zement
angerührt werden, und außerdem ist der Schutz der Dehnungsmeßstreifen schwierig.
Bei Ausfällen müssen die obengenannten Schritte nochmal durchgeführt werden, was
zu einem zeitraubenden und teuren Verfahren führt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Einrichtung zur Bestimmung des Gewichts eines Fahrzeugs zu schaffen, bei der der
Austausch eines Wandlers sehr einfach ist, Die Einrichtung zur Messung einer Last
soll innerhalb eines hohlen Konstruktionsteile montierbar sein, um eine Messung
der ton dem Teil getragenen Last zu ermöglichten Die zu schaffende einrichtung soll
außerdem einen lastbalken und eine Halterung aufweisen, die so ausgebildet sind,
daß die Halterung in dem Inneren eines hohlen Konstruktionsteils verbleiben kann,
wahrend der Lastbalken lösbar davon gehalten ist. Die Wandleranurdnung soll vorher
eichbar sein, so daß keine neue Eichung der Einrichtung, vhn der der Wandler ein
Teil ist, erforderlich ist, wenn ein Austausch des Wandlers notwenig wird. Aufgabe
der Erfndung ist außerdem die Schaffung einer verbesserten kraftübertragenden
Einrichtung,
die in dem Inneren eines hohlen Konstruktionsteils anbringbar ist und Kräfte auf
Dehnungsmeßstreifen auf den Tastbalken übertragt, der von der Einrichtung gehalten
ist. Bei der Anordnung bewirken Scher. kräfte auf das Konstruktionsteil, daß Ausgangssignale
erzeugt werden.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch zwei
Federscheiben, die jeweils äußere Ringe, zentrale Naben und Speichen aufweisen,
die Nabe und Ring miteinander verbinden, durch Halterungen für die Scheiben, die
sich an jedem der Ringe befinden, nicht mit den Enden der Speichen fluchten und
die dazu dienen, den Ring innerhalb eines Konstruktionsteils zu halten, durch einen
langgestreckten Lastbalken mit Endabschnitten und einem dazwischenliegenden zentralen
Abschnitt, durch Mittel, die lösbar den ersten Endabschnitt in der Nabe der ersten
Federscheibe und den anderen Endabschnitt in der Nabe der zweiten Federscheibe halten,
und durch eine DehnungsmeBeinrichtung mit mehreren Dehnungsmeßstreifen, die auf
dem mittleren Abschnitt des lastbalkens angeordnet sind, Die erfindungsgemäße Einrichtung
weist also ein Paar von zylindrischen Federscheiben in Form von nRädern auf, die
wenigstens zwei radiale Speichen enthalten, die eine innere Nabe halten. Von den
Naben ist ein Tastbalken lösbar gehalten, an dem Dehnungsmeßstreifen befestigt sind.
Die Anordnung ist so ausgestaltet, daß Scherkräfte, die an dem Konstruktionsteil
angreifen, proportionale Ausgangssignale an den Dehnungsmeßstreifen erzeugen, Passende
Befestigungseinrichtungen
in Form von Einstellschrauben dienen
zur Halterung des Tastbalkens in genauer Lage innerhalb der Federscheiben. Die Federsebeiben
oder Räder" selbst sind mit wenigstens zwei angespitzten stählernen Einstellschrauben
versehen, die fest gegen die Innenwandung des hohlen Konstruktionsteils gezogen
werden können und so die gesamte Anordnung in genauer Lage halten, ohne daß ein
Verschieben oder Verrutschen der Scheiben erfolgen kann, wenn das gonstruktionsteil
belastet wird. Die Schrauben zur Halterung der Federscheiben sind so in bezug zu
den radialen Speichen angeordnet, daß die zu messenden Kräfte ordnungsgemäß von
den Speichen zu den Dehnungsmeßstreifen uebertragen werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Schutzscheiben
an dem Inneren des Konstruktionsteils angeklebt und dabei so angeordnet, daß daran
die gehärteten stäblernen Feststellschrauben der Federscheiben angreifen.
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Die Anordnung ist so getroffen, daß die hohe Scherfestigkeit der Klebung
eine relative Bewegung zwischen Scheibe und Achse oder Welle verhindert, während
die Schrauben ein Schleifen der Federscheiben relativ zu den Schutzscheiben verhindern.
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Das Konstruktionsteil wird so gegen irgendwelche Zerstörungen geschützt,
die sich aufgrund der Marken ergeben könnten, die von den Feststellschrauben hinterlassen
werden.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert
werden.
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Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine bevorzugte Ausfllhrungsform
der erfindungsgemäßen Lastmeßeinrichtung, Fig. iA zeigt schematisch den Tastbalken,
wie er durch Scherkräfte in der Achse deformiert wird, Fig. 13 zeigt schematisch
die Brückenschaltung der Dehnungsmeßstreifen, Fig. 10 zeigt in verkleinertem Maßstab
die Anordnung der Einrichtung gemäß Fig. 1 innerhalb der Achse eines Flugzeugs,
Fig. 2 ist ein Puerschnitt durch ein Konstruktionsteil, wie beispielsweise eine
Achse, wobei sich die hinterste Federscheibe gemäß Fig. 1 in ihrer Lage in dem Inneren
des hohlen Konstruktionsteils befindet, Fig. 3 zeigt im Querschnitt den Tastbalken
und die haltenden Naben der Einrichtung gemäß Fig. 1, Fig. 4 zeigt im verringertem
Maßstab von der Seite eine weitere Ausführungsform des Scheibenteils der Einrichtung,
wobei die Scheibe nur zwei Einstellschrauben und zwei Speichen aufweist.
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Aus den Zeichnungen und insbesondere aus den Fig. 1 und 2 ergibt
sich, daß zur Halterung eines ersten Tastbalkens eine Federscheibe 10 dient, die
im wesentlichen die Form eines abschnitts eines rechtwinkligen Zylinders hat und
aus diesem
Grund als Scheibe bezeichnet wird Die Federscheibe 10
weist zwei in Umfangsrichtung sich erstreckende Schlitze 10A auf, durch die jeweils
angespitzte Einstellschrauben ii geschraubt sind. Jede der Einstellschrauben 11
kann in radialer Richtung eingestellt und dann durch Feststellschrauben 13 und 14
festgezogen werden, die durch eine Verbreiterung 10B des äußeren Ringes der Federscheibe
10 geschraubt sind. Die Federscheibe 10 besteht vorzugsweise aus Metall, wie beispielsweise
Stahl oder Aluminium, und läßt sich als federnde Einrichtung ansehen.
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Die Federscheibe 10 weist vier sich radial erstreckende Speichen
12 auf, die in den vier Quadranten der Bederscheibe angeordnet sind und zur Halterung
einer zentralen Nabe 15 dienen. Von besonderer Bedeutung ist, daß die Eins@ellschrauben
11 zwischen benachbarten Speichen, also nicht in der Nähe der Speichen, liegen.
Die zentrale Nabe 15 ist mit vier radialen Schlitzen 15A versehen, die jeweils mittels
der zugeordneten Einstellschrauben 16 geschlossen werden können, die quer zu den
radialen Schlitzen 15A eingeschraubt sind. Die axiale Öffnung in der Nabe 15 ist
in der Lage, ein Ende 20A des Tastbalkens 20 aufzunehmen. Die Einstellschrauben
16 können dann festgezogen werden, so daß die Nabe daß Ende 20A umgreift und irgendeine
relative Bewegung zwischen der Federscheibe 10 und dem Ende des Tastbalkens verhindert.
Wie am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist der Lastbalken in seinem æntralen Bereich
rechteckförmig mit flachen Oberflächen, die zur Anklebung der Dehnungsmeßstreifen
dienen.
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Eine zweite Federscheibe 30 ist im wesentlichen gleich ausgebildet
wie die Federscheibe 10, sie dient zur Haltung des zweiten Endes 203 des Tastbalkens
20. Die Federscheibe 30 weist Schlitze 30A, Speichen 32, Einstellechrauben 31, 33,
34 und Schlitze 35A in einer zentralen Nabe 35 auf.
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Diese Teile stimmen mit den entsprechenden Teilen der Federscheibe
10 überein. Das rechte Ende (Fig. 3) des Dastbaiens 20 ist größer als das linke
Ende 20A. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Lastbalken in axialer Richtung
(von rechts nach links in Fig. 3) in die Naben 15 und 35 einsetzbar ist.
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In der Praxis ist die Nabe 15, die die kleinste Öffnung aufweist,
weiter von dem offenen Ende einer Achse oder eines Tragelements als die Nabe 35
weg angeordnet. Auf diese Weise ist eine Anbringung der Einrichtung in einer Achse
vereinfacht.
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Die Einrichtung soll innerhalb einer Achse angeordnet werden, und
zwar zwischen einem Unterstützngspunkt der Achse und dem Angriffspunkt der Last
an der Achse, Im Falle der Verwendung bei einem Flugzeug ist die Einrichtung ungefähr
in der Mitte zwischen der vertikalen Stütze und dem Rad angeordnet, wie das in Fig,
1C erkennbar ist.
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An den Tastbalken 20 sind vier Dehnungsmeßstreifen 41 bis 44 in der
in Fig. 3 gezeigten Anordnung angeklebt. Die Dehnungsmeßstreifen sind elektrisch
zu einer Wheatstone'schen Brücke gemäß Fig. 1B zusammengeschaltet. Eine Speisequelle
46 ist Uber Leitungen 47 und 48 an die Dehnungsmeßstreifen 41 bis 44 in der in Fig.
IB gezeigten Weise angeschlossen. Ausgangsleitungen 49 und 50 sind an die gegenüberliegenden
Diagonalen der Brücke angeschlossen,
Die Schaltung und die Anordnung
der Dehnungsmeßstreifen sind so ausgelegt, daß dann, wenn eine Achse 18 belastet
wird, die Schaltung gemäß Fige 2 ein Ausgangssignal liefert, das proportional zu
den Scherkreften in der Acbse ist.
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Die Federscheiben 10 und 30 definieren ein Paar paralleler Scherebenen,
da sie unbeweglich innerhalb der Achse gehalten sind. Wenn die Achse belastet wird,
wird daher der Tastbalken in der in Fig. 1A dargestellten Weise deformiert, was
zu Ausgangssignalen an der Brückenschaltung führt. Aufgrund der Tatsache, daß di
FEderscheiben gegen relative Bewegung in bezug zu der Achse 18 fest gehalten und
in der in Fig. 1C dargestellten Weise angeordnet sind, erzeugt die Schaltung gemäß
Fig 13 usgangssignale aufgrund von Differenzen zwischen den Biegemomenten an den
Anordnungsstellen der Federscheiben.
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Die gegen Verschiebungen gehaltenen Federscheiben sind praktisch in
Scherebenen angebracht, oder sie bilden diese Ebenen. Die Ausgangssignale sind daher
proportional. lediglich der vertikalen Komponente der an der Achse angreifenden
Last, und die Signale der Dehnungsmeßstreifen, die von der Beaufschlagung eines
Moments lediglich an einem Ende der Achse herrühren, heben sich auf.
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Die Dehnungsmeßstreifen sind durch aus Metall bestehende Bälge 51
(beispielsweise aus Stahl) geschützt, die an Flansche 52 und 53 des Tastbalkens
20 angelötet sind, In einem Ende 20B befindet sich eine passende Oeffnung 54, durch
die Leitungen 47 und 48 und Ausgangsleitungen 49 und 50 laufen. An das Ende 20B
ist eine Dichtkappe 55 angelötet, so daß fitr die Dehnungsmeßstreifen eine hermetisch
gekapselte, dichte Kammer gebildet ist.
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Bei einigen Anwendungsfallen ist es von Bedeutung, daß die Enden
der Einstellschrauben 11 und 31 die Wandung der Achse unheschädigt lassen. Aus diesem
Grunde sind in der in Fig. 2 dargestellten Weise Unterlegscheiben 19 aus wärmebehandeltem
Federstahl an die Wandung der Achse an den Stellen angeklebt, an denen die angespitzten
binstellschrauben 11 und 31 angreifen. In der Praxis werden die Einstellschrauben
11 so festgezogen, daß die FDderscheiben 10 und 30 durch die Druckkräfte der Einstellschrauben
vorbelastet sind, wobei die Tiefe, mit der sich die Einstellschrauben eingraben,
durch das beaufschlagte Drehmoment, den Winkel der konischen Spitzen und die Federkonstanten
der Federscheiben bestimmt ist. In der Praxis wird die Einrichtung in der angegebenen
Weise eingebaut, und sie verbleibt dann in dieser Lage in dem Fahrzeug.
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Im Fall des Ausfalls eines Dehnungsmeßstreifens wird nur der Tastbalen
ausgebaut. Das Ersatzteil kann daher vorher geeicht werden, und es brau@ht lediglich
in die Federscheiben eingesetzt zu werden, ohne daß ein Lösen dieser Federscheiben
erforderlich istç In der Praxis wurde gefunden, daß dadurch, daß die Einstellschrauben
11 und 31 rund um den Umfang der Federscheiben 10 und 30 in der Mitte zwischen benachbarten
Speichen 12 oder 32 angeordnet sind, die Bederscheiben eine beträchtliche Verwindung
d Biegung aufnehmen und doch ausreichend fest bleiben können, um Deformationen der
Achse als Dehnung auf die Dehnungsmeßstreifen zu übertragen. Bei der in Fig, T dargestellten
Ausführungsform dienen nur zwei Speichen zur Halterung der Nabe im Z@ntr@@ der Scheibe,
während zwei
Einstellschrauben dazu dienen, die Federscheibe innerhalb
eines Konstruktionsteils zu haltern. Bei der Ausfiihrungsform gemaß Fig. 4 wird
eine Anordnung aus Schlitzen und Schrauben ähnlich wie bei der Fig. 2 dazu verwendet,
um den Lastbalken in der habe zu halten. Zu beachten ist, daß die die Federscheibe
haltenden Schrauben in Fig. 4 zwischen den Speichen angeordnet sind, wie das auch
bei der vorherigen usführungsform der Fall ist Die beschriebene Erfindung stellt
eine Lastmeßeinrichtung dar, die nach Einbau in ein hohles Konsüruktionsteil einen
Meßwert für die von dem Konstruktionsteil aufgenommene Last liefert. Die Federscheiben
wiken als Federn und sind so in ihrer Lage festgehalten, daß eine Verschiebung innerhalb
einer Achse vermieden ist. Die Ausgangssignale sind somit proportional der relativen
Verschiebung zweier cherflSchen, die von den Federscheiben in der Achse definiert
sind. Die Federscheiben können aus den verschiedensten Naterialien, wie beispielsweise
Stahl oder Aluminium, hergestellt sein. Die eigene Befestigung des Tastbalkens vereinfacht
den usbau und den genauen Austausch des Tastbalkens. Vor allem macht die erfindungsgemäße
Einrichtung die Verwendung vorgeeichter Anordnungen von Vehnungsmeßstreifen möglich,