DE2430705C3

DE2430705C3 - Vorrichtung zum Messen von Kräften in Bauwerken

Info

Publication number: DE2430705C3
Application number: DE19742430705
Authority: DE
Inventors: Herbert 6381 Seulberg Kampf; Egwin 6000 Frankfurt Leiber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-26
Filing date: 1974-06-26
Publication date: 1980-02-07
Also published as: DE2430705A1; DE2430705B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Kräften in Bauwerken (stationären Bauwerken oder Fahrzeugen) durch Messen der Verformung eines Meßkörpers, durch den die zu messenden Kräfte von einem Bauteil des Bauwerkes auf einen anderen übertragen werden, wobei der Meßkörper ein Rohr ist, das innen und außen zylindrische Wandflächen als Kraftübertragungsfiächen aufweist, und das Rohr so angeordnet ist, daß die von Bauteil zu Bauteil durch das Rohr zu übertragenden Kräfte senkrecht auf die Kraftübertragungsflächen einwirken, und der eine Bauteil an den innenliegenden Kraftübertragungsflächen und der andere Bauteil an den außenliegenden Kraftübertragungsflächen angreift

Eine derartige Vorrichtung beschreibt das deutsche Gebrauchsmuster 19 11 759 als Vorrichtung zur Messung und Überwachung der Vorspannung von Wälzlagern. Dabei ist das Rohr notwendiger Bauteil der Vorrichtung, und die Messung ist nicht auf die auslösenden äußeren Kräfte gerichtet, sondern auf die innere Spannung dieses Bauteils an der Stelle der Meßfühler. Diese bekannte Einrichtung zur Einstellung der Vorspannung eines Wälzlagers läßt sich wahrscheinlich nur für das jeweils der Überwachung unterworfene Lager eichen.

In den deutschen Patentschriften 1160 666 und 12 06 173 sind Meßvorrichtungen, nämlich Kraftaufnehmer beschrieben, die eine genaue Gewichtsmessung gestatten und in denen die Verformung von Körpern gemessen wird, durch die die Kraft hindurchgeleitet wird, die von dem zu messenden Gewicht verursacht ist. Der technische Aufwand und auch der Platzbedarf sind verhältnismäßig hoch. In einer anderen Kraftmeßvorrichtung (US-PS 34 26 586) liegt die Meßvorrichtung nicht im Fluß de- zu messenden Kräfte, sondern in einem Kraftnebenschluß. Eine solche Kraftmeßvorrichtung läßt sich verhältnismäßig einfach ausführen und auch leicht vorhandenen Konstruktionen anpassen, doch ist ihre Genauigkeit gering.

Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der vorgenannten Nachteile. Insbesondere soll die Meßvorrichtung, also der Kraftaufnehmer, bei geringerem technischen η Aufwand und geringerem Plat/bedarf genaue Meßergebnisse liefern.

Dieses Ziel wird mit der Erfindung in einer Meßvorrichtung der eingangs genannten Gattung dadurch erreicht, daß die innenliegenden Kraftübertra gungsflächen gegenüber außenliegenden um die Breite eines von radialem Kraftangriff freien Arigfiffsbereichs längs der Achse des Rohres versetzt angeordnet sind und die Verformung des Abgriffbereichs meßbar ist.

Während also bei der LagervorspannüberwachungS'

einrichtung nach dem deutschen Gebrauchsmuster 19 11 759 die angreifenden Kräfte unübersichtlich und Undefiniert Verteilt und auch dort zu erwarten sind, wo sich die Dehnungsmeßstreifen befinden, wird mit der

Erfindung die reproduzierbare Messung durch das Schaffen einer kraftangriffsfreien Zone erreicht Diese Anordnung läßt sich dort mit Vorteil anwenden, wo der außen am Rohr angreifende Körper um den innen angreifenden herum schwenkbar oder drehbar sein muß oder kann. In bevorzugter Ausführungsform sind die Flächen des Rohres, an denen die genannten Bauteile angreifen, ratiorissymmetrisch zur Rohrachse angeordnet; vorzugsweise sind sie zylindrische oder kegelige Flächen. Die Bauteile können aber auch so mit dem Rohr gekuppelt sein, daß sie in Richtung der Rohrachse wirkende Kräfte übertragen, die über den Verformungsgriffbereich fließen. In diesem Falle wird der Bereich des Verformungsabgriffes unter der axial wirkenden Last in Achsrichtung gedehnt oder gestaucht

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert

Die Zeichnung zeigt maßstäblich verkleinert und etwas vereinfacht einen Achsenschniü durch das Achsrohr eines Flugzeugfahrwerks einschlieiJiich der in der unmittelbaren Nachbarschaft des Achsrohres gelegenen Teile. Das Meßkörperrohr ist dabei in einem Teilschnitt und in einer Teilansicht dargestellt

Der nur zum Teil gezeigte Körper 10 eines Rades eines Flugzeugfahrwerkes ist um die geometrische Achse 11 drehbar gelagert die zugleich die Achse des rotationssymmetrischen Achsrohres 12 ist, das bei auf dem Boden stehendem Flugzeug im wesentlichen rechtwinklig und waagerecht von dem Flugzeugfederbein absteht das man sich in der Zeichnung links gelegen zu denken ist Die äußere Umfangsfläche 14 des Achsrohres ist im wesentlichen zylindrisch, die aus Festigkeitsgründen übliche Verstärkung des Achsrohres an ihrer am Federbein gelegenen Wurzel ist durch Verstärkung der Rohrwand nach innen also zur Achse 11 hin erreicht Das Rad bzw. der Radkörper ist in bekannter Weise an seinen beiden Nebenenden auf Wälzlagern (hier Kegelrollenlager) 15 und 16 mittelbar auf dem Achsrohr 12 gelagert Die Meßvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Kraftübsrtragungs- und Meßkörperrohr 17, einer Lagerbüchse 18 und zwei Achsschubhülsen 19 und 20. Die Aufgabe der Lagerbüchse 18 besteht im wesentlichen darin, die nötigen Flächen für die Anlage am Kraftüber'.ragungsrohr 17 zu schaffen, ohne daß es nötig wäre, die Außenmantelfläche des Achsrohres 12 zu verändern. Das Achsrühr hat in herkömmlicher Weise tragende Zonen (Zylindermantelflächen) 21 und 22 und dazwischen eine schwache Ausnehmung 23. Um eine solche normalerweise bereits vorhandene Form des Achsrohres der Meßvorrichtung anzupassen, wird eine Hülse 18 der gezeigten Form auf das Achsrohr 12 geschoben und in dieser Lage gesichert Symmetrisch zur Mittenebene 24 des Rades 10 hat das Kraftübcrtragungs- und Meßrohr 17, also der Meßkörper, auf seiner Innenwand ringförmig, zylindrische Kraftübertragungsflächen 25 und 26, die infolge einer Ausdehnung 27 des Mittelabschnittes als Felder Stehengeblieben sind. An den kräftigen Mittelteil 28 des Rohres 17 schließen in Achsrichtung beiderseits Abgriffsbereiche 29 und 30 an, die eine gegenüber dem Mittelteil und den anschließenden Aüßenteilen 31 und 32 verringerte Wändstärke haben, in radialer Richtung nicht abgestützt sind und wodurch bei Belastungen die gewollten elastischen Verformungen dieser Teile des Rohres 17 erreicht Werden können. Von diesen Rohrabschnilten oder 'bereichert 29, 30 wird die Verformung mittels Verformungsmeßwandlern (Meßstreifen 33) abgegriffen. Auf Kraftüberiragungsflächen 36 und 37 der kräftigen Endabschnitte 31 und 32 des Rohres 17 sitzen die Wälzlager 15 und 16. Der mittlere Abschnitt 28 des Rohres 17 hat keine Berührung mit dem Radkörper 10; an ihm greift nur das Achsrohr 12 vermittels der Büchse 18 und der Hülsen 19 und 29 an. Die EndabschnitU; des Rohres 17 haben dagegen keine Berührang mit der Lagerbüchse 18 oder den damit verbundenen Teilen, sondern nur mit den zum Rad 10

ίο gehörenden Teilen, hier also mit den Lagern 15 und 16.

Demzufolge müssen alle radialen Kräfte zwischen dem Achsrohr 12 und dem Rad 10 durch die Abgriffsbreiche oder Meßstrecken 29 und 30 übertragen werden.

Die Hülsen 19 und 20 sind fest mit der Lagerbüchse 18

li und damit mit dem Achsrohr 12 verbunden, und zwar so, daß die einander zugewandten Stirnflächen dieser beiden Hülsen 19 und 20 an entsprechenden Radialflächen des Mittelabschnittes 28 des Rohres 17 ohne Spiel anliegen. Infolgedessen werden Kr?',e, die in der einen oder anderen Richtung der Achse Ji ν,-irkcn, auf den Mittelteil 28 des Rohres 17 übertragen. Der Mittelteil des Rohres 17 ist in Achsrichtung unverschieblich sowohl mit dem Achsrohr '12 als auch mittels der Ringnrutern 34 und 35 mit dem Rad 10 verbunden. Die in Richtung der Achse wirkenden Kräfte werden infolgedessen vom Achsrohr 12 auf den Mittelteil 28 und von dort über die beiden Abgriffbereiche 29 und 30 und die Rohrendstücke 31 und 32 auf das R-~d 10 übertragen. Wenn der eine der Bereiche 29 oder 30 auf Druck beansprucht wird, beispielsweise 29, ist der jeweilige andere (im Beispiel der Bereich 30) entlastet Die dadurch entstehenden Verformungen werden von anderen, nicht dargestellten, auf den Bereichen 29 und 30 angebrachten Dehnungsmeßstreifen erfaßt und in

» elektrische Signale umgesetzt

Wenn es in erster Linie auf das Erfassen der radial zur Achse 11 wirkenden Kräfte ankommt, kam es nützlich sein, die Wandstärke der Bereiche 29 und 30 oder nur eines von ihnen auf dem Umfang unterschiedlich zu

ίο gf ,talten. So ist es z. B. möglich, sowohl die Innenwand als auch die Außenwand dieser Bereiche je nach Bedarf zylindrisch, elliptisch, oval oder anders zu gestalten. Dabei können beispielsweise die in der Meßstellung oben und unten liegenden Abschnitte der Meßzonen 29

·»■■· und 30 kräftiger als die Seitenwandabschnitte, also die im wesentlichen senkrecht verlaufenden Teile sein, wodurch die Verformungszonen innerhalb jedes der Bereiche 29 und 30 verlagert werden und die Seitenwandbereiche (in denen in der Zeichnung die

ϊ» Meßstreifen gezeigt sind) der stärkeren Verformung unterliegen.

Bp· piner neuen Konstruktion können Achsrohr und Meßrohr einander unmittelbar angepaßt werden, so daß auf ein Adapterrchr, wie es das Rohr 18 '.st verzichtet

ν· werden kann.

Die Hülse 20 kann auf die Lagerbüchse 18 bzw. auf das Achsrohr aufschraubbar gemacht werden; wenn sich die andere, i.i Achsrichtung innen gelegene Hülse 19 auf einen Achsrohrflansch oder einem anderen Teil des Federbeins in Achsrichtung abstützt, kann der mittlere Teil 28 des Meßkörperrohres zwischen den Hülsen 19 und 20 fest eingespannt werden. Eine solche Verspannung beeinträchtigt die Wirkungsweise nicht, denn die Meßbereiche werden davon nicht erfaßt

Wenn die mit dem Radkörper verbundenen Teile an den äußeren Rohrenden nur lose und im werentlichen spielfrei anliegen, werden Axialkräfte stets nur von einem Meßbereich oder nur einer Meßzone übertragen

und nur als Druck- oder Stauchkfäfte. Wenn beispiels^ weise das Achsrohr vom Federbein eine nach rechts (in der Zeichnung) gerichtete Kraft erfährt, wird diese von der Hülse 19 auf den Mittelteil 28 übertragen, nicht jedoch von der Hülse 20, denn die StoBstellen können in der dargestellten Ausführungsform nur Druckkräfte übertragen, nicht jedoch Zügkräfte, Wenn eine gleichap tige Verbindung zwischen dem Radkörper und den Außenteilen 31 und 32 des Meßrohres besteht, (keine Zugkraftübertragung), wird nur die MeBzone 30 zusätzlich belastet und nur auf Druck. Wenn die Verbindungen zwischen dem Radkörper und den Meßrohraußenteilen 3l und 32 so gestaltet sind, daß sie auch Zugkräfte übertragen können, nehmen beide Meßzonen in der weiter oben beschriebenen Weise an der Kraftübertragung und Verformung teil.

Im Gegensatz zu Anordnungen, in denen der Meßkörper im Kraftnebenschluß liegt, ist hier (Meßkörper im Krafthauptschluß) das Eichen des nicht im Bauwerk befindlichen Meßkörpers möglich und sinnvoll. Für die Richtung der drei orthogonalen Achsen wirkenden Kräfte können die Nullabgriffe der Meßanordnung bei entlasteter Meßvorrichtung, also hier während eines Fluges des Flugzeuges vorgenommen

werden. Wenn das Meßrohr um seine Achse 11 drehbar angeordnet ist, läßt sich der elektromechanische Nullpunkt auch im Boden bestimmen: Die Dehnungsmeßstreifen werden üblicherweise paarweise Und dabei kreuzweise diagonal wie in der Zeichnung gezeigt,-aufgeklebt; das Paar liegt so in der Zone größter Schubverformung, wobei der eine der beiden Streifen gedehnt und der andere gestaucht wird* Durch Drehen des Rohres um 180° um die Achse 11 kehren sich diese Belastungen und Verformungen in den Meßstreifen um. Diese Wirkung kann zu Zwecken der Kompensation und der Bestimmung des Nullpunktes ausgenutzt werden.

Wenn genügend Platz zur Verfugung steht oder wenn es auf die Drehbärkeit des Meßrohres nicht ankommt, kann das Rohr auch eine andere Form als die

Beschriebene haben, z. B. einen käsienförrnigen,
eckigen oder quadratischen Querschnitt; Die Meßzöne kann im Bereich der Seitenwände eine andere Stärke als im oberen und unteren Gurtbereich aufweisen. Der Mittelteil des Rohres kann auch fest mit dem Achsrohr verbunden sein, z. B. verschraubt sein. In diesem Falle sind die Achsschubhülsen 19 bzw. 20 entbehrlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen von Kräften in Bauwerken (stationären Bauwerken oder Fahrzeugen) durch Messen der Verformung eines Meßkörpers, durch den die zu messenden Kräfte von einem Bauteil des Bauwerkes auf einen anderen übertragen werden, wobei der Meßkörper ein Rohr ist, das innen und außen zylindrische Wandflächen als Kraftübertragungsflächen aufweist, und das Rohr so angeordnet ist, daß die von Bauteil zu Bauteil durch das Rohr zu übertragenden Kräfte senkrecht auf die Kraftübertragungsflächen einwirken, und der eine Bauteil an den innenliegenden Kraftübertragungsflächen und der andere Bauteil an den außenliegenden Kraftübertragungsflächen angreift, dadurch gekennzeichnet, daß die innenliegenden Kraftüber! ragungsflächen (25,26) gegenüber außenliegenden (36, 37) um die Breite eines von radialem Kraftangriff freien Abgriffbereichs (29,30) längs der Achse (11) des Rohres (17) versetzt angeordnet sind und die Verformung des Abgriffbereichs (29, 30) meßbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektromechanischen Nullpunktbestimmung das Meßrohr (17) um seine Achse (!1) drehbar und in einer bestimmten Drehlage feststellbar angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungsflächen (25, 26; 36,37) des Rohres (17), an de en die Bauteile (12,18; 10,15,16) angreifen, zy.'^;ndrische Flächen sind.

4. Vorrichtung nach Anspru \ 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungsflächen (25, 26; 36, 37) des Rohres (17), an denen die Bauteile (12,18; Ϊ0,15,16) angreifen, kegelige Flächen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch I und 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriffbereich (29, 30) die Form eines Zylinderrohr- oder Kegelrohrabschnittes hat, auf dessen innerer oder äußerer Umfangsfläche ein bzw. mehrere Verformungsmt:3-wandler (33) liegt bzw. liegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Verformungsmeßwandler Dehnungsmeßstreifen (33) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß auf der Länge des Rohres (17) mit Abstand voneinander zwei Abgriffsbereiche (29, 30) vorgesehen sind, deren jedem Flächen zur Kraftübertragung zwischen den beiden Bauteilen zugeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der Rohrachse gesehen die dem einen Bauteil zugeordneten Kraftübertragungsflächen zwischen den Abgriffsbereichen liegen und die dem anderen Bauteil zugeordneten außerhalb.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffsbereiche symmetrisch zu einer zur Rohrachse rechtwinkligen Ebene (24) liegen.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhr (17) und die lauteile (12, 18, 19) mit normal zur Achse (11) Hegenden Flächen ineinander greifen.

11. Verwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10 als Kraftübertragungsglied zwischen Bauteilen, die in bezug zueinander Um die Rohrachse drehbar sind.

12. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 11 in Flugzeugen.

13. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 12 zur Gewichtsmessung in Fahrwerksrädern.

14. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 12 in Flügelanschlußbeschlägen odrr Flügelgelenken.