DE2101961A1

DE2101961A1 - Auf Scherbelastungen ansprechender Meß wandler

Info

Publication number: DE2101961A1
Application number: DE19712101961
Authority: DE
Inventors: Eric Belmont Lockery Harry Edward Sudbury Mass Laimins (V St A ) M
Original assignee: BLH Electronics Inc
Current assignee: BLH Electronics Inc
Priority date: 1970-01-19
Filing date: 1971-01-16
Publication date: 1971-07-29
Also published as: JPS541188B1; GB1332149A; US3620074A; FR2075713A5

Description

Auf Scherbelaatungen ansprechender Meßwandler,

Die Erfindung "bezieht sich auf Verbesserungen auf dem Gebiet der Präziaionsmeasungen von lasten, wie beispielaweiae aolohen, die am Fahrwerk eines Flugzeuges und dergleichen wirksam sind und insbesondere betrifft die Erfindung einen neuen und verbesserten, an Bord einea Flugzeugea eingebauten Gewichtameßwandler, der auf Soherbelastungen anspricht und der einen derartigen Aufbau hat, daß ein auf andere Weise nloht ausgeschaltetes und unerwünschtes Ansprechen duroh eine niohtgleiohförmige Biegung ausgeschaltet wird, wie aie bei Aohsen von ungleichförmiger Dioke auftritt.

Ea ist bekannt, durch Feststellung des Gewichtes an jeder Stelle, an der sioh das Flugzeug auf dem Boden abstützt, das Gesamtgewicht des Flugzeuges zu messen und den Schwerpunkt des Flugzeuges zu berechnen. Früher benötigte man hierzu Wiegeblöoke oder Waagebühnen oder ea wurden direkte Meaaungen an den Einzelfahrwerken vorgenommen. Bei neueren Entwicklungen vmrden an Bord des Flugzeuges eingebaute Meßgeber verwendet, die an den Fahrwerkachsen angeordnet wurden. Mit diesen Meßgebern wurden die zugehörigen Schaltungen und die Inatrumente, die daa Gewicht und den Schwerpunkt berechnen und anzeigen, in daa Flugzeug eingebaut, um den Flugbetrieb sicherer und wirt-

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schaftlicher zu machen. Ea wurde gefunden, daß auch die neuesten, an Bord eines Plugzeuges eingebauten Meßeinriohtuhgen bezüglich der Genauigkeit verbesserungsbedürftig sind. Insbesondere müssen Fehler ausgeschaltet werden, die durch ein Anspreohen auf bestimmte äußere Kräfte hervorgerufen werden, die sich von denen unterscheiden, die lediglich durch das Gewicht des Flugzeuges erzeugt werden. Insbesondere erfolgt oft ein störendes Anspreohen auf bestimmte Seitenbelastungen, die duroh solche Faktoren hervorgerufen werden wie enges Kurven, Wind, Unebenheiten oder Neigungen des Bodens, ungleicher Reifenversohleiß oder ungleicher Reifendruck. Die zulässige Fehlergrenze bei der Berechnung des Flugzeugsohwerpunktes ist manchmal außerordentlich-gering und zwar wegen der großen Gefahr, die durch falsohe Werte entstehen kann, da bei vielen Flugzeugen nur geringe Abweichungen zulässig sind«

In der US-Patentschrift 3 426 586 ist ein an Bord des Flugzeuges eingebauter Meßwandler beschrieben, der Dehnungsmeßstreifen aufweist und der außerordentlich genau auf solohe Belastungskräfte anspricht, die eine Scherbeanspruchung der Radaohsen des Flugzeugfahrwerkes hervorrufen. Daa gewünschte Ergebnis besteht darin, daß das Anspreohen des Meßwandlers genau die wahren Gewiohtereaktionen kennzeichnen soll, da diese sehr gut von unerwünschten Kräften getrennt werden können, die sioh selbst als Biegebelastungen darstellen anstatt als Scherkräfte, die gemessen werden. Die Abtrennung der Scherkräfte wird dadurch unterstützt, daß ein geeichtes, auf Soherkräfte ansprechendes Element an der Radachse mittels im Abstand voneinander angeordneten Klemmstücken befestigt wird und vorzugsweise mittels Klemmstücken, die 3ioh mit der Aohse in einem Linienkontakt befinden. Ein geeignetes, auf Soherbelaatungen ansprechendes Meßelement weist ein deformierbares Rohr auf, welohes im Inneren mit Dehnungsmeßstreifen ausgerüstet ist, um lediglich auf

die

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die Scharwirkungen anzusprechen, die durch daa Gewicht erzeugt werden. Die Meßstreifen oder Meßfühler sind entweder gekreuzte Meßatreifen oder sind in einer Differentialineßachaltung angeordnet, so daß das Ansprechen auf Scherbelastungen optimiert wird. Wandler, die für sehr genaue Messungen innerhalb Achsen geeignet sind, die einen gleichförmigen Querschnitt längs des Bereiches aufweisen, in denen der Wandler angeordnet ist, können jedoch in nachteiliger Weise zu fehlerhaften Anzeigen führen und zwar hauptsächlich durch ein unerwünschtes Ansprechen auf Biegekräfte statt auf Scherkräfte, wenn die Achsen einen nicht gleichförmigen Querschnitt haben oder wenn die Wirkung der Achsen ungleichförmig ist und zwar durch Einflüsse benachbarter oder umgebender Bauteile. Duron die erfindungsgemäße technische Lehre werden diese Fehler ausgeschaltet und zwar durch Meßwandler, die mechaniaoh so aufgebaut sind, daß aufgrund ihres Aufbaues ein duroh Biegebelastungen hervorgerufenes Ansprechen ausgeschaltet wird. Ein derartiges Ansprechen kann bei der Verwendung der Wandler in nichtgleiohförmigen Achsen auftreten und dieses Ansprechen kann elektrisch nicht kompensiert oder ausgeschaltet werden.

Es ist eines der Ziele der Erfindung, einen neuen und verbesserten Dehnungsmeßstreifen-Meßwandler zu schaffen, der mit der Fahrzeugachse zusammenarbeitet und der bezüglich der Achse neuartig ausgebildet ist, um genaue Messungen der Radreaktionskräfte in senkrechten, auf das Gewicht bezogenen Richtungen durchzuführen und zwar unabhängig von Seitenbelastungen und zugeordneten unerwünschten Biegemomenteffekten. Dieser Meßwandüer ist insbesondere bei Achsen mit nichtgleichförmigen Querschnitten geeignet«

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen neuen, auf Schp.rbelastungen ansprechenden Meßwandler zu schaffen, der

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in fester Lage an einem Lastaufnahmebauteil montiert ist, der ungleichförmige Charakteristiken aufweist, was zu nicht gleichförmigen Biegungen führt, wobei dieser Wandler eine physikalische Asymmetrie aufweist, die bewirkt, daß dieser in der Art und Weise des Lastaufnahmebauteils gebogen wird, um unerwünschte, duroh Biegungen hervorgerufene Reaktionen auszuschalten.

Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, einen billigen, an Bord eines Flugzeuges eingebauten Meßwandler zu schaffen, der derart bemessen und ausgerichtet ist, daß eine physikalische Asymmetrie erzeugt wird, durch die ein fehlerhaftes Ansprechen, welches durch ein nicht gleichförmiges Biegen einer zugeordneten Achse erzeugt wird, unterdrückt wird.

Erfindungsgemäß wird das Gewioht, welohee von jedem Rad eines Flugzeuges getragen wird, duroh einen Dehnungsmeßstreifen-Meßwandler festgestellt, der innerhalb der konischen, hohlen Aohse, die eine nicht gleichförmige Dioke aufweist, montiert isti wobei das elastisch deformierbare Meßgeberelement für den Wandler an in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Stellen duroh zwei Klemmstücke getragen wird, und mit Oberflächen-Dehnungsmeßstreifen ausgerüstet ist, die derart angeordnet und elektrisoh geschaltet sind, daß die Scherwirkungen in der Aohse festgestellt werden. Der Meßgeber, der seibat eine hohle, rohrförmige Form aufweiaen kann, ist so ausgebildet, daß dieser eine physikalische Asymmetrie aufweist, die in einer speziellen Weise wirksam ist, wenn der Meßgeber zusammen mit der. Achse, an der er befestigt ist, verbogen wird. Die Asymmetrie 1st an diejenige der nicht gleichförmigen Achse derart angepaßt, daß das Meßgeberelement im wesentlich keine Scherung aufweist, die duroh eine Biegung der Aohse hervorgerufen wird, mit der zusammen

sich

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sich der Meßgeber notwendigerweise aufgrund seiner Montage -verbiegt. Eine Asymmetrie dieser Art wird dadurch erzielt, daß sich der Querschnitt des Meßgebers entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich in axialer Richtung verändert oder durch eine entsprechende axiale Verschiebung dea Meßgeberelementes von einer Mittelstellung relativ zu seinen im Abstand voneinander angeordneten Halterungen oder dadurch daß bei der Herstellung Materialien verwendet werden, die unterschiedliche Elastizitätsmodulen aufweisen oder dadurch, daß eine Montage mittels Klemmstüoken erfolgt, die unterschiedlich stark sind oder eine unterschiedliche Festigkeit haben oder beispielsweise duroh eine Kombination, der im vorstehenden aufgeführten Maßnahmen. Die Dehnungs- (I meßstreifen, die an dem Meßgeberelement befestigt sind, sprechen sowohl auf Biegewirkungen als auoh auf reine Scherwirkungen an. Durch die kombinierte Wirkung einer entsprechenden Schaltung der Meßstreifen in eine Brücke, derart, daß die Neigung entsteht, ein Ansprechen auf Biegebeanspruchungen auszuschalten, und einer mechanischen Ausbildung des Meßgeberelementes derart, daß dieses keine Scherwirkungen zeigt, wenn die nioht gleiohförmige Aohse gebogen ist, zeigt der Brüokenausgang ganz genau die Radreaktionskräfte an, die durch das Dlugzeuggewicht hervorgerufen werden, ohne daß Fehlerkomponenten angezeigt werden, die sich ins-· besondere aus Seitenbelastungen ergeben. , Jj

Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen;

Fig. 1 eine Radgruppe eines Flugzeugfahrgestells, wobei getriohelt die Biege- und Soherauslenkungen dargestellt sind und zwar zusammen mit dem Biegemoment und Soherkraftdiagramm,

Fig. 2

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Fig. 2 eine Schnittansicht eines in der Achse montierten Meßwandlers, der in einer nicht gleichförmigen konischen hohlen Achse angeordnet ist, die im wesentlichen einer reinen Scherbeanspruohung unterworfen ist,

Fig. 3 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 eine Ansicht der inneren zylindrischen Oberfläche des in den Fig. 2 und 3 dargestellten Wandlers mit dem gekreuzten auf Scherung ansprechenden Dehnungsmeßstreifen,

Fig. 5 eine Brüokenschaltung für die in Fig. 4 dargestellten Dehnungsmeßstreifen,

Fig. 6 eine Schnittansioht eines in einer Achse montierten Heßwandlers, wobei die Achse eine gleichförmige Dicke aufweist und im wesentlichen einer reinen Biegung unterworfen ist,

Fig. 7 eine Schnittanaicht des Wandlers und der nicht gleichförmigen Achse, die in Fig. 2 dargestellt sind, wobei die Achse einer nicht gleichförmigen Biegung unterworfen ist,

Fig. 8 eine Schnittansioht, eines verbesserten, auf Soherbelastungen ansprechenden Heßwandlers, mit dem physikalisch die Biegewirkung kompensiert wird, die durch eine nicht gleichförmige Biegung einer koniaohen hohlen Aohse erzeugt wird,

Fig. 9 eine Schnittansioht eines konischen, auf Scherbeanspruohungen ansprechenden Meßwandlers, der selbst eine nicht gleichförmige Biegung der konischen hohlen Achse kompensiert,

Fig.10 eine Sohnittansioht eines Wandlers, der in Fig. 9 dargestellten Art, wobei Einzelheiten der Klemmstüoke und deren Anordnung gezeigt sind,

Fig. 11

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Fig.11 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 11-11 der Fig. 10,

Fig.12 eine Ansicht einer inneren zylindrischen Oberfläche der in den Fig. 10 und 11 gezeigten Wandler mit den an dieser Oberfläche befestigten Dehnungsmeßstreifen, die in Differentialmeßschaltung geschaltet sind,

Fig.13 eine Brückenschaltung für die Meßstreifen, die in den Fig. 10 und 11 gezeigt sind und

Fig.H eine Schnittansicht eines Meßgebers mit diskontinuierlich sich verändernder Dioke und mit Klemmstüoken, wie sie in Fig. 10 gezeigt sind,

Der in Fig. 1 dargestellte Doppelradsatz 19 und 20 bildet einen Teil des Fahrwerkes und nimmt einen gewissen Teil der Belastung auf, die bei Flugzeugfahrwerken auf eine Anzahl von Einheiten verteilt ist. Die üblicherweise rohrförmig ausgebildete Achse 21 und Strebe 22 übertragen eine naoh unten gerichtete Kraft 23 des am Boden stehenden Flugzeuges auf die Räder und von dort auf die Bodenoberflache. Die Radreaktionen auf die senkrechte Belastung sind duroh die Kraftpfeile 24 und 25 gekennzeichnet und diese Reaktionekräfte sind normalerweise gleioh. Zusätzlich zu den naoh unten geriohteten Kräften, die das Flugzeuggewioht darstellen, welches für die Messung von Interesse ist, können die Radreaktionskräfte unerwünschte Seitenkomponenten aufweisen. Diese unerwünschten Seltenkomponenten sind durch die Pfeile 26 und 27 gekennzeichnet. Diese Seitenkomponenten sind unvermeidbar und ergeben sich aus" derartigen Faktoren wie enge Kurven, Windlaat, Neigungen oder Unregelmäßigkeiten des Bodena, beim Parken auftretende Spannungen, ungleiche Reifendrucke oder ungleiche Reifenabnutzung und dergleiohen. Die Auslenkung der Aohshälften 21 gibt die Einwirkungen sowohl des Biegemomentes als auch der Soherbean- '

spruohung

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spruchung wider. Biegemomente erzeugen eine Auslenkung, wie sie gestrichelt bei 29 gezeigt iat. Das Biegemoment verändert sich mit dem Ort entlang der Längsachse der Achse 21. Dieses Biegemoment stellt die senkrechte Last multipliziert mit dem Abstand zwischen diesem Ort und dem Druckmittelpunkt dee Reifens auf dem Boden dar plus irgend eine Seitenbelastung multipliziert mit dem Reifenradius. Wie bereits dargelegt, können sich die Seitenbelastungen verändern und der Radius des Reifens und der Druokmittelpunkt des Reifens oder der IPußpunkt des Reifens können sich ebenfalls verändern. Die Biegemomentkurve 30 zeigt "Veränderungen mit dem Abstand des Ortes, wobei lediglich die senkrechten Reaktionskräfte 24 und 25, die konstant sind, in Betracht gezogen werden. Die Biegemomentkurven 31 und 32 zeigen das Gesaintbiegemoment, welches durch die kombinierte Wirkung dieser senkrechten Kräfte und der horizontalen Seitenlasten 26 und 27 hervorgerufen wird. Wenn Wandler, die auf Biegemomente ansprechen, verwendet werden, so ist deren axiale Anordnung außerordentlich kritisch und der Anteil, der durch die Seitenlasten erzeugt wird, kann nicht· ausgeschieden werden, so daß die Messung erhebliche Fehler aufweisen kann, wenn diese zur Darstellung des wahren Plugzeuggewiohtes verwendet wird. Ganz im Gegensatz hierzu charakterisiert jedooh die Scherkraftkurve 33 die Kräfte in senkrechter Richtung, die für die Gewichtsmessung von Interesse sind und die das Gewicht darstellen, falls äie von den anderen äußeren Kräften abgetrennt werden können.

Basierend auf der Erkenntnis der zuletzt genannten Vorteile wird ein auf Scherbeanspruchung ansprechender Meßwandler 34 (Pig. 2) in jeder Hälfte der hohlen zylindrischen Achse 21 angeordnet, um lediglich die Scherwirkungen festzustellen, die durch die gewiohtsbedingten Kräfte erzeugt werden, die in senkrechter Richtung wirksam sind.

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Die Achse ist» weil sie konisch verläuft, nicht gleiahfb'rmig und dieaer konische Verlauf ist in Pig. 2 übertrieben dargestellt und tritt in Pig« 1 nioht in Erscheinung. Pas Meßgeberelement weist im Abstand voneinander angeordnete starre Endabachnitte 35a und 35b auf und zwar an jedem Ende eines elastisch deformierbaren, rohrförmigen Meßgeberabaohnittee 35c, der verhältnismäßig dünne Wandungen hat. Jeder der starren Endabachnitte ist für oich innerhalb der konischen Aohse duroh getrennte ringförmige Klemmatüoke 36 und 3? befestigt. Diese Klemmatüoke haben im wesentlichen einen Mnienkontakt mit der inneren * Oberfläche 21a der Achse. Dieser Mnienkontakt verläuft um die Umfange der Klemmstüoke herum. Wegen des im wesentlichen dreieokförmigen Quersohnittes der Klemmstück» können die inneren TJofänge dieser ringförmigen Klemmatüoke feat mit den starren Endabschnitten verbunden werden und können diese Endabsohnitte in fester Lage gegenüber der Innenseite, der Achse .halten. Biese Klemmstücke können von der Art sein» wie sie in der US-Patentachrift 3 426 586 beschrieben sind. Die Klemmstüoke können aber auch den noch zu beschreibenden verbesserten Aufbau aufweisen. Diese Klemmstüoke aind axial einstellbar, um diese Klemmatüoke radial auszudehnen und um diese innerhalb der Achae zu verriegeln. Zwei gekreuzt übereinander liegende Wideratandsdehnungsmeßstreifen aind an der inneren Oberfläche dea deformierbaren rohrförmigen Abschnittes 35o befestigt und zwar an jeder von zv/ei gegenüberliegenden Stellen längs eines horizontalen Durchmessers. An diesen Stellen aprechen die Dehnungsmeßstreifen auf duroh Scherung hervorgerufenene Oberflächendeformationen an. In Pig. 4· ist eine Abwicklung 35c¹ der inneren Meßgeberoberfläche dargestellt. Einer der gekreuzten Meßstreifen 39 weist ein erstes Widerstandadrahtnetz 39a auf, welches in einer Richtung unter einem Winkel von 45° zur längaaohae dea Meßgebers verläuft und ein zweitea Drahtnetz 39b, welches senkrecht zum ersten verläuft. Der

andere

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andere Meßatreifen 40 weiat zueinander aenkrecht verlaufende Drahtnetze 4Öa und 40b auf, die ihrerseits ebenfalls unter einem Winkel τοη 45° zur Längaaohae dea Me ßgebera verlaufen.

Eine der beiden Debnungameßbrücken SB1, die in Mg. 5 dargestellt sind, enthält die im vorstehenden erwähnten Meßatreifen. Die Brüoke SB2 ist für einen Wandler vorgesehen» der in der benachbarten Achshälfte oder dergleichen angeordnet ist und dieae Brücke ist gleich aufgebaut. Die Dehnungsmeßstreifen der Paare sindin benachbarten Armen der Brüoke SB1 eingeschaltet und diejenigen HehnungsMeßstreifen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Meßgebers, wenn dieser einer Soherb'eanspruchung unterzogen wird, entweder gleichzeitig gedehnt oder gleichzeitig komprimiert werden, sind in gegenüberliegenden Diagonalen der Brüoke angeordnet* Es sei nunmehr der reine Scherzustand, der in Pig. 2 dargestellt ist, betrachtet. Der Dehnungsmeßstreifen 39a und der diametral gegenüberliegende Dehnungsmeßstreifen 40a werden gleichzeitig gedehnt, während die anderen Dehnungsmeßstreifen 39b und 40b gleichzeitig zusammengedrückt werden. Die Brückenauagangaleitungen 42 führen ein elektrisches Ausgangssignal , welches die vertikalen Kräfte kennzeichnet, die auf das Gewicht bezogen sind. Die Eingangs leitungen 43 sind in üblicher Weise mit einer Spannungsquelle verbunden.

Insoweit, als die Messung der reinen, auf daa Gewicht bezogenen Soherwirkung betrachtet wird, iat es nioht von Bedeutung, daß die Lastaufnahmeachse, die den Meßgeber trägt, koniaoh ausgebildet ist und eine niohtgleiohförraige Dicke hat. Ea iat jedoch beabeiohtigt, daß unerwünschte, durch Biegung hervorgerufene Wirkungen, wie sie durch unerwünschte Seitenbelaatungen erzeugt werden, elektrisch seibat in der Brüoke ausgeschaltet werden. Bei einer Aohse mit gleichförmiger

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miger Dicke, wie "beispielsweise bei der in Fig. 6 dargestellten Ach3e 21 tritt eine derartige elektrische Auslöschung in vorteilhafter Weiae bei einer Biegung ein. Der gleiche Meßgeber mit den gleichen Klemmatücken wie in Pig« 2 ist in Pig. 6 dargestellt. Eine gleichförmige senkrechte Verbiegung der Achse 21 und des Meßgeberabsohnittes 35c längs der gleichförmig gebogenen neutralen Achse NA bewirkt, daß beide Meßstreifen in jeder Einheit in gleicher Weise gedehnt werden und die Brücke bleibt abgeglichen und es wird kein Ausgangssignal erzeugt. Eine reine Biegung der neutralen Achse in einer horizontalen Ebene bewirkt, daß beide Meßstreifen in einer der Einheiten 39 ' und 30 gedehnt und in der anderen zusammengedrückt werden, was dazu führt, daß' die Brücke nicht aus dem Gleichgewicht herausgebracht wird und daß kein fehlerhaftes Ausgangssignal erzeugt wird.

Eine derartige Selbstauslöschung wird jedooh nicht erzielt, wenn die Achse konisch ist oder in axialer Richtung tatsächlich oder effektiv ungleichförmig ist. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß sich eine Nichtgleichförmigkeit der Achse in axialer Richtung aus einer konischen oder ähnlichen Porm der Achse ergeben kann. Hersteller verwenden diese Formen um sowohl Metall als auch Gewicht einzusparen, wo- ' ä bei die gleichen Spannungen aufrecht erhalten werden. Eine derartige üngleichförmigkeit kann sich jedooh auch duroh umgebende Hülsen , Bundabschnitte und so weiter, ergeben, die den Lagern zugeordnet sind. Eine Ungleichförmigkeit kann auch durch sogenannte Endeffekte erzeugt werden, die sich durch angrenzende dickere Verlängerungen oder dergleichen ergeben. Die Ungleichförmigkeiten der Achse in axialer Richtung führen zu einer ungleichförmigen Biegung, wie sie vergrößert in Pig. 7 dargestellt ist. Bei dieser ungleichförmigen Verbiegung sind die Achse und der Meßgeber und die neutrale Aohse NA ein wenig in der Nähe des dickeren linken

Abschnittes

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Abschnittes der Achse 21 gebogen -und sind erheblich näher in der Nähe des dünneren rechten Abschnittes dieser Achse gebogen. Unter diesen Bedingungen sind jedoch die Meßstreifen offensichtlich nicht in gleicher Weise beansprucht und dies führt zu einer Unabgeglichenheit der Brücke und ea ergeben sich Meßfehler» Bei der Bestimmung des Flugzeuggewichtes und bei der Peststellung des Schwerpunktes eines Flugzeuges können Fehler, die durch diese Effekte hervorgerufen werden, so erheblich sein, daß eine derartige Messung nicht zulässig ist.

Bei der verbesserten Ausführungsform, die in Fig. 8 dargestellt ist, ist der Meßgeber 35a derart ausgebildet, daß die Fehler., die durch die nicht gleichförmige Biegung entstehen, ausgeschaltet sind. Das Einspannen des Meßgebers innerhalb der konischen Achse 21 erfolgt in der gleichen Weise wie vorher beschrieben, Der Meßwertgeber 35a ist jedoch anders dimensioniert. Das elastisch deformierbare rohrförmige Element 35c¹ ist in Längsrichtung zum dünneren Ende der Achse hin verschoben. Zu diesem Zweck ist der linke, starre Endabschnitt 35a langer als der rechte starre Endabschnitt 35b, so daß der rohrförmige Abschnitt 35C weder zwischen diesen starren Endabschnitten zentriert ist noch näher am dickeren Ende der Achse liegt. Es sei bemerkt, daß sich die starren Endabschnitte 35a¹ und 35b' nicht wesentlich verbiegen sondern dazu dienen, den deformierbaren Rohrabschnitt gegenüber den Ebenen der Klemmstücke 36A und 37A auszurichten. Die dargestellten unterschiedlichen Abschnitte 4-4 und 45 der getragenen Enden des rohrförmigen Abschnittes 35c' von den Klemmatücktragebenen 36A und 37A kennzeichnen die Längsverschiebung des rohrförmigen Abschnittes in Richtung zum dünneren Ende der Aohse 21 hin. Die spezielle Strecke einer derartigen Längsverschiebung, die die gewünschte optimale Selbstaualöschung ergibt, kann empirisch bestimmt werden oder kann berechnet werden. Diese Selbstaua-

löaohung

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löschung muß nicht absolut vollständig sein, um einen wesentlichen Fortschritt zu erzielen. Wenn die Verschiebung bei der Halterung des Meßgebers für eine spezielle nicht gleichförmige Achse, für die dieser Meßgeber bestimmt ist, richtig gewählt oder genau dimensioniert ist, so werden, wenn die Achse einer reinen Biegebeanspruchung unterzogen wird, die einander gegenüberliegenden beiden inneren Enden der beiden starren Endabschnitte nicht sehr stark in Bezug aufeinander ausgelenkt. Dies ist eine überraschende Erscheinung. Wenn der Meßgeberabschnitt unendlich dünn wäre, so daß die einander gegenüberliegenden inneren Enden der atarren Endabschnitte im wesentlichen gegeneinander anliegen würden, so träte keine Soherwirkung ä am Meßgeber auf mit Ausnahme des Falles, daß die Aohae selbst einer Scherwirkung unterworfen wird. Bei einer Biegung tritt keine Scherverschiebung auf, wenn die Längen 44 und 45 für die in Frage stehende Achse richtig gewählt sind. Wie bereits dargelegt, ist es nicht wesentlich, daß j diese Längen die theoretisch exakt ermittelten Werte aufweisen, oder daß der Meßgeber unendlich dünn ist, um einen erhebliohen Vorteil und eine erhebliche Verbesserung zu erzielen. Wenn die in Fig. 8 dargestellte Achse 21 nicht gleichförmig verbogen wird, so erleidet der Meßgeber 35o· dadurch lediglich eine sehr geringe Soherbeanapruohung und die Dehnungsmeßstreifen 39 und 40 epreohen nicht in , J fehlerhafter Weise an und erzeugen keinen Brüokenausgang, ™ wenn keine durah das Gewioht erzeugte Scherwirkung vorhanden ist.

Fig. 9 zeigt einen Meßgeberabschnitt 35c", der zwar in Längsrichtung zentriert angeordnet ist, jedoch selbst konisch ausgebildet ist. Diese konische Ausbildung ist ein Gegenstück zur konischen Ausbildung der Aohse 21 und der koniaohe Verlauf erfolgt in derselben Richtung wie : bei der Aohse. Wenn die Nichtgleichförmigkeit des Meßgebers in axialer Richtung statt durch eine Versetzung, wie es

in

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in Pig. 8 gezeigt ist, durch eine konische Ausbildung erzielt wird, so werden die gleichen Ergebnisse erhalten. Es wird im wesentlichen keine Scherbeanspruchung im Meßgeber 35c" festgestellt, wenn die Achse 21 gebogen wird. Wenn die theoretisch exakte konische Ausbildung verwendet wird, so kann man den Meßgeberabschnitt quer zur neutralen Achse NA aufschneiden und feststellen, daß keine Scherverschiebung durch die Biegung der Aohae auftritt. Der Grad, bia zu welohem sich die konische Ausbildung dem theoretischen Wert annähert, hängt von der Größe der gewünschten oder erforderlichen Verbesserung ab. Die konische Ausbildung kann empirisch ermittelt werden und zwar daduroh, daß ein Wandler eingebaut wird und daß die konische Ausbildung des Meßgebers abgeändert wird, um diesen an die Erfordernisse anzupassen, die sich bei der Biegung ergeben. Vorzugaweiae iat die dargestellte verjüngte Ausbildung eine konische Ausbildung, ao daß die Biegeeffekte in senkrechten und horizontalen Ebenen unterdrückt werden. Eine kreisförmige Ausbildung dea Meßgebers iat jedoch nicht weaentlioh, wenn es sich hauptsächlich um eine Biegung in lediglich einer dieser·Ebenen handelt. Im letzteren Fall erfolgt die konische oder aioh verjüngende Ausbildung wenigstens in der in Frage stehenden Ebene.

Die bisher betrachteten Dehnungsmeßstreifen waren hauptsächlich gekreuzte Dehnungsmeßstreifen, die vorzugsweise längs der horizontalen Achse eiiB s rohrförmigen Meßgebers gekreuzt sind. Eine andere Messung der Scherkraft ist durch die Verwendung einer Differentialschaltung von Dehnungsmeßstreifen möglich. Eine derartige Differentialschaltung von Dehnungameßatreifen ist bei den Wandlern vorgesehen, die in den Fig. 10 bis 14 dargestellt sind. Es sei auf Fig. 10 bezug genommen. Die nichtgleiohförmige konische hohle Aohae 46 ist im Inneren mit einem entsprechenden konischen hohlen rohrförmigen Meßgeber 47 ausgerüstet. Dieser sioh

verjüngende

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verjüngende hohle Meßgeber 47 ist in entsprechenden Grenzen elastisch deformierbar. Die Klemmstücke 48 und 49, die die Enden des Meßgebers 47 gegenüber der Achse tragen, weisen diametral gegenüberliegende Hälften 48a und 48b, 49a und 49b, auf. Jeder dieser Hälften wirkt nach Art eines Kniegelenkes und kann einzeln axial mittels eines Schraubenbolzen 56 zusammengedrückt werden, um diese Hälfte radial auszudehnen und um den Meßwertgeber festzulegen. Gleichzeitig ist dadurch eine radiale Einstellung des zugeordneten Endes des Meßwertgebers möglich. Doppelt gewölbte, aneinander anliegende Federelemente, wie beispielsweise die Elemente 48b' und 48b" erhöhen die gewünschte Wirkung. j

Die Enden 47a und 47b des Meßgebers 47 werden fest in den Klemmstücken 48 und 49 gehalten. Die Enden und die Klemmstücke können entweder integral ausgebildet sein oder die Enden können fest mit den Hülsen 48c und 49o der Klemmstücke verbunden sein. Die zuletzt genannte Anordnung iat in Pig. 10 gezeigt und diese Anordnung dient zur empirischen Bestimmung der optimalen axialen Anordnung des Meßgebers. Eine Verjüngung ist zwischen den Enden des Meßgebers 47 vorgesehen und diese Verjüngung verläuft in Richtung der Verjüngung der Tragachse. Vier Dehnungsmeßstreifen 50 bis 53 sind an der inneren Oberfläche 47c des elastisoh deformierbaren Meßgeberabschnittes an zwei oberen und unte- * ren, einander gegenüberliegenden Stellen angeordnet, wie es dargestellt ist. An diesen Stellen sprechen die Dehnungsmeßstreifen auf bestimmte Dehnungen und Zusammenpressungen an. Die Drähte dieser Dehnungsmeßstreifen sind im wesentlichen gegenüber der Mittelachse des Meßgebers ausgerichtet, wie es durch die Drähte 50a und 51a in Fig. 12 dargestellt ist. Fig. 12 zeigt eine Abwicklung der Oberfläche 47c Fig. 13 zeigt eine Brückenschaltung, in der die Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind. Die Ausgangsspannung wird an den Leitungen 54 abgenommen und die Anschlüsse 55"

sind

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sind mit einer Spannungsquelle verbunden. Wenn der Meßgeber 47 einer reinen Seherbelaatung unterzogen wird, so können die Dehnungsmeßstreifen 50 und 51 einer Kompression und einer Dehnung unterzogen werden, während die Dehnungsmeßstreifen 52 und 53 einer Spannung und einer Kompression unterzogen werden und zwar derart, daß aioh die Brüoke nicht mehr im Gleichgewicht befindet und daß ein gewünschtes, auf das Gewicht bezogenes Ausgangsβignal erzielt wird. Üblicherweise wird erwartet, daß eine Biegung der Aohse bewirkt, daß die Dehnungsmeßstreifen 50 und 52 in gleicher Weise zusammengedrückt werden, während die Dehnungsmeßstreifen 51 und 53 in gleicher Weise gedehnt werden, und dadurch entsteht kein fehlerhafter Ausgang an der Brüoke. Die Ungleiohförmigkeit, die die Aohse aufweist, bewirkt jedoch, daß sich diese Beanspruchungen unterscheiden und daß ein fehlerhaftes Ausgangssignal erzeugt wird, wenn nicht die sioh verjüngende Gestaltung des Meßgebers bewirkt, daß die Ausgänge die gleichen oder im wesentlichen die gleichen sind und daß die Brüoke kein fehlerhaftes Signal erzeugt« In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die Dehnungsmeßstreifen an den dickeren Stellen etwa die gleichen Widerstandsänderungen aufweisen, wie die Dehnungsmeßstreifen an den dünneren Stellen, wenn der sioh verjüngende Abschnitt des Heßgebers an die nicht gleichförmige Biegung der eich verjüngenden Aohse angepaßt ist. Eine in Längsrichtung vorgenommene Voreinstellung des sich verjüngenden Meßgebers in den Hülsen 48o und 49o kann ebenfalls die gleiche Art der Selbstkompensation hervorrufen und diese Einstellung kann zusätzlich zur konischen oder sich verjüngenden Ausbildung vorgenommen werden oder kann eine getrennte Maßnahme sein, um durch Biegung erzeugte Fehler eu unterdrücken.

In Fig. 14 verjüngt sioh der Meßgeber 47' nioht gleichförmig sondern weist eine diskontinuierliche Änderung von einer Wandungsdicke zu einer anderen Wandungedicke auf, wobei

diese

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diese Änderung im gleichen Sinne erfolgt wie die Dickenänderung einer den Meßgeber umgebenden Achse. Die Ausrichtung der Längsachse des Meßgebers 4-7' ist ein Hauptfaktor bei der Bestimmung der Größe der Unterdrückung der durch eine Biegung hervorgerufenen Fehler bei dieser Ausführungaform. Gekreuzte Dehnungsmeßstreifen können bei den in Mg. 10 bis H dargestellten Ausführungsformen ebenfalls verwendet werden. Im Fall von unerwünschten durch Biegebeanspruchungen hervorgerufenen AusgangsSignalen in auf Scherbeanspruchungen ansprechenden Wandlern_f die an Bord des Flugzeuges eingebaut sind» wobei diese Biegebeanspruchungen durch Seitenbelastungen erzeugt werden_f können Verbeaserungen im Bereich zwischen 10 und 20 : 1 durch die Erfindung erzielt werden, wodurch ein Ansprechen auf oder eine Empfindlichkeit gegen derartige Seitenbelastungen ausgeschaltet wird.

Es können Abänderungen, Ergänzugen und Kombinationen durohgeführt werden, die im Rahmen der Erfindung liegen. Das Befestigen oder Einspannen des Meßgebers kann in anderer Weise erfolgen als mittels der beschriebenen radial ausdehnbaren Klemmstücke und eine Befestigung des Meßwertgebers kann an der Außenseite einer Achse erfolgen oder an einem anderen Hauptlasttragbauteil. In diesem Fall muß die Aohse nicht hohl sein und ein Meßgeber oder mehrere Meßgeber können außerhalb an in Längsrichtung im .Abstand von einander angeordneten Bolzen angeordnet sein und zwar vorzugsweise in der gleichen horizontalen Ebene, in der die Längsachse der nichtgleichförmigen Achse liegt. Die Dehnungsmeßstreifen müssen nicht an der Innenseite eines hohlen Meßgeberelementes befestigt sein und das Meßgeberelement muß nicht rohrförmig ausgebildet sein, obwohl diese Ausführungsform bevorzugt ist. Der Meßgeber kann in bestimmten Anordnungen derart ausgebildet sein, daß er wie bei bekannten Meßwandlern ausgebildet ist und dieser Meßwandler kann beispielsweise

eine.

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eine ringförmige Meßgebereinheit sein oder eine parallelogrammförmige Meßgebereinheit, wobei dieser Meßgeber derart angeordnet ist, daß dieser lediglich dann anspricht, wenn der asymmetriaohe tragende Bauteil einer Scherbelaatung unterzogen wird. Die physikalische Asymmetrie, die beaohrie-"ben wurde, um die Einflüsse einer Biegung auszuschalten oder auf ein Minimum herabzusetzen, kann auch dadurch ereielt werden, daß Materialien unterachiedlicher Festigkeiten entweder für verschiedene Teile des Meßgebers oder für die verschiedenen Klemmstücke verwendet werden. Die Effekte, die erzielt werden, sind mit denen vergleichbar, die erzielt werden, wenn der Meßgeber im diokeren Bereioh der Tragachse selbst dioker ist und/oder wenn der Meßgeber gegenüber der Stelle, an der die Tragachse dicker ist, verschoben ist. Eine Messung wird vorzugsweise mittels Wideretandsmeßstreifen durchgeführt, obwohl andere Meßelemente, wie zum Beispiel magnetostriktive Meßelemente oder Meßelemente nach Art eines Differentialtranaformatora bei einigen Ausführungaformen verwendet werden können.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

(J* Aus Scherung ansprechender Wandler, der an im Abstand voneinander angeordneten Stellen montiert ist, an denen sowohl gewünschte Schereffekte als auch unerwünschte, ungleichförmige Biegewirkungen erzeugt werden, die asymmetrisch sind, wobei eine geringere Biegung an der einen Stelle und eine größere Biegung an der anderen Stelle erzeugt wird, gekennzeichnet durch eine asymmetrisohe Kombination eines elastisch deformierbaren Meßgebers und von Einrichtungen, mit denen der Meßgeber zwischen diesen im Abstand voneinander angeordneten Stellen montiert ist, wobei der Meßgeber den Scher- und Biegewirkungen an diesen Stellen ausgesetzt ist und wobei die Asymmetrie der Kombination einen physikalischen Aufbau von Teilen dieser Kombination in der Nähe der einen dieser Stellen aufweist, die von der in der Nähe der anderen Stellen verschieden ist, und wobei diese verschiedenen Teile, wenn sie diesen Biegewirkungen ausgesetzt sind, derart zusammenwirken, daß die Soherung in dem Meßgeber verringert wird, wobei Meßeinriohtungen, die auf durch Scherung erzeugte Verformungen des Meßgebers anspreohen, vorgesehen sind.

2« Meßwandler naoh Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Asymmetrie dieser Kombination eine größere physikalische Steifheit der Kombination an einer dieser Stellen aufweist.

3· Meßwandler naoh Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Asymmetrie dieser Kombination eine physikalische Verschiebung des Meßgebers um eine größere Streoke von der einen dieser Stelle als von der anderen umfaßt.

4· Meßwandler naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageeinrichtung im wesentlichen starre Elemente zum Tragen des Meßgebers an jeder der beiden im Abstand

voneinander

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voneinander angeordneten Stellen aufweist und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um jedes starre Element an einem Lastaufnahmebauteil an den entsprechenden Stellen zu befestigen.

5. Meßwandler naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Heßgeber in Richtung zwischen den im Abstand voneinander angeordneten Stellen erstreokt und kürzer ist als der Abstand zwischen diesen Stellen, und daß der Heßwertgeber in der Nähe einer dieser Stellen eine größere Steifheit aufweist.

6* Meßwandler naoh Anapruoh 5, daduroh gekennzeichnet, daß der Meßgeber in der Nähe einer dieser Stellen dicker ist.

7» Meßwandler naoh Anspruch 5$ daduroh gekennzeichnet, daß das Ende des deformierbaren Meßgebers in der Nähe der einen Stelle von dieser Stelle einen größeren Abstand hat als das gegenüberliegende Ende von der anderen Stelle,

6* Heßwandler naoh Anspruch 4» daduroh gekennzeichnet, daß der Meßgeber ein rohrförmiges Element aufweist, daß die Meßeinrichtungen Widerstandsdehnungsstreifen sind, die auf Oberflächen dieses rohrförmigen Elementes befestigt sind und die in eine Brücke eingeschaltet sind, die nioht abgeglichen ist, wenn die Dehnungsmeßstreifen auf eine Seherbeanspruchung dieses rohrförmigen Elementes in einer Riohtung quer zur Achse dieses Elementes ansprechen, daß die Montage einrichtungen im wesentlichen starre Endabsohnitte aufweisen, die mit dem rohrförmigen Element verbunden sind und daß der Absohnitt des rohrförmigen Elementes zwischen diesen Endabschnitten kurzerist als der Abstand zwischen den Stellen und daß sioh das rohrförmige Element in einer Riohtung zwischen diesen Stellen erstreokt,

9. Meßwandler naoh Anspruch 8, daduroh gekennzeichnet, daß die Befestigungseinriohtungen radial ausdehnbare Klemm-

atüoke

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stücke aufweisen» mit denen jedes der starren Endabschnitte innerhalb einer hohlen Achse befestigt werden kann, die an der einen Stelle dicker ist als an der besagten anderen Stelle.

10.. Meßwandler nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt des rohrförmigen Elementes zwischen den Endabschnitten einen im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt wenigstens längs eines Teiles hat, an dem die Meßstreifen befestigt sind und daß der starre Endabschnitt an einer der Stellen sich von dieser Stelle zu dem rohrförmigen Element über eine Strecke hin erstreckt die größer ist als die, über die sioh der andere Endabsohnitt zwischen der anderen Stelle und dem rohrförmigen Element erstreckt.

11. Auf Scherung ansprechender Heßwandler, gekennzeichnet durch eine fahrzeugachse, die an einer Stelle eine geringere Biegung erfährt und an einer anderen, im axialen Abstand angeordneten Stelle eine größere Biegung, eine asymmetrische Kombination eines elastisch d-eformierbaren Meßgebers mit Einrichtungen, mit denen der Meßgeber an der Achse an jeder der im Abstand voneinander angeordneten Stellen montiert ist, wobei der Meßgeber einer Scherbelastung und der nicht gleiohförmigen Biegung an den beiden Stellen ausgesetzt ist, wobei die Asymmetrie dieser Kombination einen physikalischen Aufbau von Teilen der Kombination in der Nähe der einen Stelle umfaßt, die sich vom physikalischen Aufbau in der Nähe der anderen Stelle unterscheidet und wobei diese verschiedenen Teile oder Absohnitte beim Auftreten einer Biegung derart zusammenwirken, daß die Soherbeanspruohung im Meßgeber vermindert wird und wobei Meßeinrichtungen vorgesehen sind, die auf duroh Soherung verursachte Deformationen des Meßgebers ansprechen.

12.

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12. Meßwandler nach Anspruch 11, daduroh gekennzeichnet, daß die Achse an der einen Stelle dioker und an der anderen Stelle dünner iat und dadurch die Neigung hat, sich nicht gleichförmig zu biegen und daß die Asymmetrie der Kombination eine physikalische Verschiebung des Meßgebere umfaßt, die von einer der Stellen größer ist als von der anderen.

13. Meßwandler naoh Anspruch 11, daduroh gekennzeichnet, daß die Aohee hohl und an der einen Stelle dioker als an der anderen iat und daduroh die Neigung hat, sich nicht gleichförmig zu biegen und daß die Montageeinrichtungen radial ausdehnbare Klemmatüoke aufweisen, mit denen der Meßgeber Innerhalb der hohlen Aohae an dieaen Stellen befestigt wird, daß die Meßeinrichtungen Dehnungsmeßstreifen aufweisen, die am Meßgeber befestigt sind, und die auf Oberflächenspannungen des Meßgebers anapreohen, daß eine elektrische Brüokenschaltung vorgesehen ist, die Spannungsquellenanschlüsse und Ausgangsanschlüaae aufweist, daß die Wideratandaatreifen in dieae Brücke als Arme derart eingeschaltet sind, daß diese Brüoke bei Deformationen unabgegliohen ist, die durch Soherung erzeugt werden und daß diese Brüoke bei Deformationen abgeglichen bleibt, die duroh Biegung erzeugt werden·

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