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Die Erfindung betrifft eine Rollwaage zum Messen der Momente und
Kräfte eines im Windkanal in Umdrehung versetzten Modells, insbesondere eines Flugkörpers,
die im Innern des Modells angeordnet ist und zusammen mit dem Modell mittels eines
Winkelgestänges von einer Antriebsquelle in Umdrehung versetzt und bei der zwischen
dem an der Rollwaage befestigten Teil der Halterung und dem Rollwaagengehäuse zumindest
eine elastische Verbindung besteht, welche die Ermittlung des Rollmoments und der
Kraft in Richtung der Längsachse des Modells mittels Meßstreifen ermöglicht und
hinter welcher Biegestäbe zur Messung des Giermoments und des Kippmoments vorgesehen
sind.
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Es ist bekannt, derartige Rollwaagen zu Windkanalmessungen von Flugniodellen
zu verwenden und Mehrkomponenten-Rollwaagen so auszubilden, daß eine gleichzeitige
Messung der aus den aerodynamischen Kräften resultierenden Roll-, Nick- und Giermomente
ermöglicht wird.
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Hierbei ist vorgesehen, daß in einem gabelförmigen Aufnahmearm ein
kreuzförmiges Bauelement angeordnet ist, welches zwei Wälzlagerpaare aufweist.
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In dem einen Wälzlagerpaar ist das kreuzförmige Bauelement zur Momentenermittlung
um die Nickachse drehbar aufgehängt. Das in der Richtung des Ausschlages eingeleitete
Moment wird hierbei durch Torsionselemente aufgenommen. Die Torsionselemente sind
in dem kreuzförmigen Bauelement durch Bolzen gegen Verdrehung gesichert und ferner
über geschlitzte Halteplatten gegenüber dem gabelförmigen Aufnahmearm verdrehsicher
angeordnet.
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Die geschlitzten Halteplatten sind dabei zu beiden Seiten des gabelförmigen
Aufnahmearmes fest angeordnet.
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Das andere Wälzlagerpaar ermöglicht die Momentenermittlung um die
Gierachse. Die beiden Wälzlager sind in je einem Seitenteil angeordnet und weisen
eine geschlitzte Halteplatte auf. In die geschlitzten Halteplatten greifen die in
Achsrichtung der Wälzlager liegenden Torsionselemente ein, die ebenfalls in dem
kreuzförmigen Bauelement durch Bolzen verdrehsicher angeordnet sind.
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Der gabelförmige Aufnahmearm dieser bekannten Anordnung ist hohl
ausgebildet und nimmt die Elemente zur Torsionsmessung und zur Messung der Kraft
in Richtung der Längsachse des Modells auf.
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Bei dieser Anordnung besteht der Mangel, daß insbesondere zur Messung
der Nick- und Giermomente eine große Anzahl von Bauelementen einander zugeordnet
werden müssen und somit eine relativ aufwendige Mehrkomponenten-Rollwaage mit unerwünschtem
großem Bauvolumen geschaffen wird.
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Ferner ist es erforderlich, daß bei der vorgenannten Anordnung der
Schwerpunkt des zu untersuchenden Modells mit der zugeordneten Rollwaage ein Punkt
der Rotationsachse sein muß, um eine fehlerfreie Messung zu ermöglichen. Bei einer
Abweichung von der Rotationsachse werden die durch das Nick-bzw. Giermoment an den
Torsionsstäben hervorgerufenen Torsionsspannungen von den durch die Fliehkräfte
sich ergebenen Biegespannungen überlagert und beeinträchtigen das Meßergebnis.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine mechanisch einfache Anordnung
von Biegestäben zum Messen der Momente bei Rollwaagen zu schaffen, die eine gegenseitige
Beeinflussung ausschalten und damit eine
Meßwertverfälschung vermeiden sowie eine
Abweichung des Modellschwerpunkts von der Rotationsachse ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das
Rollwaagengehäuse über ein Pendellager mit dem Halteteil verbunden ist und zum Messen
des Gier- und Kippmoments die Biegestäbe zwischen dem Rollwaagengehäuse und dem
Halteteil so angeordnet sind, daß sie mit dem Halteteil fest verbunden und am Rollwaagengehäuse
in der Meßrichtung über Führungselemente gehalten sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die
Biegestäbe an dem dem Rollwaagengehäuse zugewandten Ende quer zur Meßrichtung beiderseits
in Form einer Führungsfläche abgefacht sind und daß als Führungselement Kugeln angeordnet
sind. Hierdurch ist es möglich, die Reibung zwischen den Biegestäben und den Führungselementen
klein zu halten.
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Weiterhin ist vorgesehen, daß die Führungselemente einstellbar sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Mehrkomponenten-Rollwaage, Fig.2
einen Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie
III-III der Fig. 1, Fig.4 einen Querschnitt nach Linie W-IV der Fig. 1 und F i g.
5 eine Meßanordnung im Windkanal in schematischer Darstellung.
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Die Rollwaage wird im Innern des zu untersuchenden Modells 1 angeordnet
und von einem Antriebsaggregat 2 über ein Winkelgestänge 3 angetrieben. Als Verbindungsteil
zur Rollwaage dient eine Welle 4, die über Lager 5 in einer Hülse 6 angeordnet ist.
Die Welle 4 besitzt an ihrem Ende einen Zapfen7, der formschlüssig mit einem Torsionselement
8 verbunden ist. Das Torsionselement 8 wird im wesentlichen durch schmale Stege
9 gebildet, die Dehnungsstreifen 10 aufweisen. Das Torsionselement 8 wird durch
die am Modell 1 auftretenden Rollelemente entsprechend tordiert.
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An das Torsionselement 8 schließt sich zur Messung der axialen Verschiebung
ein elastisches Element 11 an, das über eine Schraube 12 mit der Hülse 6 verbunden
ist und Dehnungsstreifen 13 trägt.
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Die Hülse 6 ist über ein als Welle ausgebildetes Halteteil 14 mit
dem eigentlichen Rolwaagengehäuse 16 verbunden, wobei ein Pendelkugellager 15 als
Verbindungselement zwischengeschaltet ist.
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Außerdem sind zur Messung des Gier- und Kippmomentes zwischen dem
Rollwaagengehäuse 16 und dem Halteteil 14 zwei Biegestäbe 17 und 18 außermittig
angeordnet. Die Biegestäbe 17 und 18 sind durch einen Flansch 19 mit dem Halteteil
14 verbunden und besitzen eine entsprechende Endausbildung 20 und 21, um das gegenseitige
Verdrehen zu verhindern.
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An dem anderen Ende besitzen die Biegestäbe 17 und 18 parallele Führungsflächen
22 bzw. 24, die durch als Führungselemente dienende Kugeln 23 bzw.
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25 gehalten sind, um eine Auslenkung des Biegestabes 17 bzw. 18 nur
in der Meßrichtung zu ermöglichen. Die Kugeln 23 und 25 sind in einem Lagerbock
29 einstellbar angeordnet, der über einen
Flansch 30 mit dem Rollwaagengehäuse
fest verbunden ist. Die Führungsflächen 22 und 24 sind um 90° versetzt angeordnet,
so daß jeder Biegestab 17 bzw.
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18 einer Meßrichtung zugeordnet ist. An dem dem Halteteil 14 zugekehrten
Ende der Biegestäbe 17 und 18 sind entsprechend den Führungsflächen 22 und 24 Dehnungsmeßstreifen
26 und 27 angeordnet. so daß nur die Durchbiegungen der Biegestäbe 17 und 18 senkrecht
zu ihrer Auslenkrichtung gemessen werden.
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Auf diese Weise können die Verfälschungen der Meßergebnisse durch
die in den Biegestäben 17 und 18 auftretenden Durchbiegungen infolge von Fliehkräften
ausgeschaltet werden.
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Durch die am Modell 1 auftretenden Kipp- und Giermomente wird das
Rollwaagengehäuse 16 um den Drehpunkt 28 des Pendelkugellagers 15 verschwenkt und
die Biegestäbe 17 und 18 in ihren Meßrichtungen beansprucht. Die als Kugeln 23 und
25 ausgebildeten Führungselemente wirken in Verbindung mit dem Pendelkugellager
15 selbstjustierend.
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Im Regelfall wird der Schwerpunkt des Modells 1 mit dem Drehpunkt
28 der Rollwaage bzw. des Pendelkugellagers 15 zusammenfallen. Es lassen sich aber
auch bei Abweichungen überlagerungsfreie Messungen durchführen. Ebenso ist es möglich,
richtige Meßergebnisse zu erhalten, wenn der Modellschwerpunkt sich nicht auf der
Rotationsachse befindet, da die Fliehkräfte über das Pendelkugellager 15 vom Halteteill4
aufgenommen werden, ohne die Biegestäbe 17 und 18 zu belasten.
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Gemäß Fig. 5 ist eine Meßanordnung im Windkanal dargestellt, wobei
ein um einen Winkel 31 verstellbares Winkelgestänge 3 über die Rollwaage mit dem
zu untersuchenden Modell 1 verbunden ist und durch ein Antriebsaggregat 2 über eine
Verbindungswelle 32 angetrieben wird. Die Verbindungswelle32 besitzt ferner eine
Kupplung 34 und trägt einen Kol-
lektor 33 zur Abnahme der Meßströme der Dehnungsmeßstreifen.