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Vorrichtung zum Messen von Kräften an Flugzeugen Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Messen von Kräften, mittels Dehnungsmeßstreifen -, an einem
im wesentlichen rotationssymmetrischen, auf Biegung beanspruchten Achskörper in
einem Flugzeug, der wenigstens zwei an ihn angeschlossene und um die Achse des Achskörpers
gegeneinander schwenk- und drehbare Baugruppen verbindet; insbesondere betrifft
die Erfindung eine solche Meßvorrichtung an einem Achsrohr zwischen Rad und Federbein.
Die neue Vorrichtung ist insbesondere eine weitere Ausgestaltung der Erfindung nach
Patent...(Patentanmeldung P 24 30 705), deren Offenbarung als vollinhaltlich in
die Beschreibung der vorliegenden Erfindung einbezogen anzusehen ist.
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Man unterscheidet zwei Arten von Meßverfahren, nämlich das unmittelbare
Messen der Verformung eines Bauteiles, der an der
Kraftübertragung
teilnimmt (Krafthauptfluß), und andererseits, das Abgreifen und übertragen der Verformung
eines tragenden Bauteiles auf einen im Kraftnebenfluß liegenden Meßkörper, dessen
Verformung dann durch Dehnungsmeßstreifen in auswertbare Signale umgesetzt wird.
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In der Anordnung nach Patent...(Patentanmeldung P 24 30 705) wird
in den Krafthauptfluß ein Meßkörper in Form eines Rohres oder einer Hülse eingebracht,
der die Dehnungsmeßstreifen als Signalgeber trägt. Ein solcher Meßkörper muß zwar
auch die zu messenden Kräfte voll übertragen, kann aber zugleich nach anderen Kriterien
ausgewählt werden als die übrigen Bauteile und auch zur Bestimmung des Kraftnullpunktes
unter Last (Betriebslast) gedreht werden. Auch die vorliegende Erfindung befaßt
sich mit der Messung der Verformung eines im Krafthauptfluß liegenden Bauteiles.
Sie ist auf geringen Platzbedarf, auf eine Vereinfachung der Meßanordnunx und auf
eine Senkung der dafür aufzuwendenden Kosten gerichtet.
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Die erfundene Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Flächen
für den Kraftangriff der Baugruppen einen deutlichen axialen Abstand voneinander
haben und daß der Achskörper im Bereich dieses Abstandes als eine im Krafthauptfluß
liegende Meßstrecke gestaltet ist, auf die Dehnungsmeßstreifen aufgeklebt sind.
Während in bekannten Meßvorrichtungen zum Messen der die Biegung des als Rohr ausgebildeten
Achskörpers eines Flugzeugrades verursachenden Kräfte die Verformung des Achsrohres
in komplizierter Weise auf einen Meßkörper übertragen und erst dort durch Dehnungsmeßstreifen
in elektrische Signale umgesetzt werden3 geschieht dieses Umsetzen in der neuen
Vorrichtung in Dehnungsmeßstreifen, die unmittelbar auf den funktionell notwendigen
Achskörper aufgeklebt sind. Die Erfindung kann auch mit anderen Worten beschrieben
werden: Ein notwendiger Bauteil wird eben nicht nur als Bauteil, sondern zugleich
als Meßkörper für die Aufnahme der Dehnungsmeßstreifen benützt, wobei aber die Messung
nicht etwa der Ermittlung der Festigkeit dieses Bauteils und seiner Verformung gilt,
sondern
der Ermittlung der auf diesen Körper wirkenden Kräfte, z.B.
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Gewichte.
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Im Bereich des axialen Abstandes, den dieKraftangriffsflächen haben,
kann vorteilhafterweise ein freier Raum zwischen dem Achskörper und den ihn aufnehmenden
Teilen der Baugruppen tür die Aufnahme der Meßstrecke belassen sein. Es ist weiterhin
möglich,- im genannten Bereich zwischen den Kraftangriffsflächen die Außenmantelfläche
des Achskorpers für die Aufnahme der Dehnungsmeßstreifen abzuflachen. Es können
auch mehrere abgeflachte Stellen im Bereich einer Radialebene oder auch axial versetzt
vorhanden sein. Der Konstrukteur ist, - allgemein gesprochen -, frei in der Wahl
der Gestalt des Achskörpers im Meßstreckenbereich, wenn die erforderliche Festigkeit
des Achskörpers gewährleistet ist. Die räumliche Anordnung von Dehnungsmeßstreifen
zur Erlangung von Signalen, die als Maße für Spannungen oder Druckspannungen brauchbar
sind, gibt es Vorbilder. Die vorgenannten abgeflachten Stellen können bei spielsweise
bei Bedarf in den Bereich der größten, zu erwartenden Dehnungen gelegt werden. Wenn
Biegekräfte übertragen werden, die in einer senkrechten Ebene liegen, ist es zweckmäßig,die
abgeflachten Stellen in den senkrecht verlaufenden Teil der Außenmantelfläche des
Achskörpers zu legen.
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Bei Ausbildung des Achskörpers als Achsrohr ist es auch möglich, die
Dehnungsmeßstreifen auf die Meßstrecke an der Innenwand des Achsrohres zu kleben.
Sowohl bei dieser Innenanordnung als auch bei der Anordnung äuf der Außenfläche
des Achskörpers wird der Achskörper so gestaltet, daß die elastische Verformung
auf die Maßstrecke konzentriert ist, um hier deutliche Signale von den Dehnungsmeßstreifen
zu erhalten.
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Der Achskörper, beispielsweise ein in ein Federbein gestecktes Achsrohr,
kann drehbar gestaltet werden, so daß er zu Eichzwecken, vor allem zur Kraftnullpunktbestimmung,
um beispielsweise 1800 gedreht werden kann. Die Erfindung ist auch bei Zwillingsradfahrwerken
anwendbar, in denen beiderseits des
Federbeines wenigstens ein Rad
angeordnet ist. In diesem Falle kann erfindungsgemäß der Achskörper waagerecht durch
das Federbein hindurchgeführt sein, so daß seine beiden Enden überkragen und so
je ein Rad oder ein Doppelrad aufnehmen können.
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Die Erfindung ist auch anwendbar auf Flügelanschlüsse, auf Flügelgelenke
von Schwenkflügelflugzeugen sowie auf Anschlüsse und Drehachsen von Leitwerken,
Ruderorganen und Klappen.
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Die Erfindung wird nachstehehd anhand eines Ausführungsbeispieles,
nämlich in Anwendung der Erfindung audas ein Flugzeugfahrwerksrad mit dem dazu gehörigen
Federbein verbindende Achsrohr unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Achsenschnitt durch das Achsrohr und
die dem Achsrohr benachbarten Teile von Rad und Federbein und Fig. 2 einen Radialschnitt,
der in der Ebene II-II der Fig. 1 zu denken ist, wobei jedoch die zum Rad gehörigen
Teile nicht dargestellt sind.
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Das Achsrohr 10 sitzt (in der Zeichnung rechts) im Federbeinkopf 12
und steckt mit dem wesentlichen Teil seiner Länge (links) in der Nabe eines Flugzeugrades
14. An den beiden Enden 16 und 18 der Nabenbohrung sitzen in entsprechenden Ausnehmungen
20 und 22 die Außenringe 24 bzw. 26 der Rädlager 28, 30, die hier Kegelrollenlager
ind. Im dargestellten Falle sitzen die Innenringe 32 und 34 der Rad lager auf einer
auf das Achsrohr 10 geschobenen Anpaß- und Kraftübertragungshülse 36, denn es handelt
sich hier um eine mit der Meßvorrichtung nach der Erfindung nachgerüstete Anordnung.
Die Hülse 36 dient in erster Linie der Anpassung an bereits vorher festgelegte Teile.
Das bedeutet, daß die Hülse nicht notwendiger Teil einer Neukonstruktion sein muß.
Sie nimmt zwar ähnlich einem Meßrohr auch an der Kraftübertragung teil, jedoch geschieht
der Meßabgriff
nicht an ihr, sondern bei 38 am Achsrohr selbst.
Die Kraftübertragung zwischen dem Rad 14 und dem Achsrohr 10 geschieht im Bereich
der durch die Zeichnung ausreichend offenbarten zylindrischen Felder 40 und 42.
Die andere Hälfte des das Biegemoment verursachenden Kräftepaares greift jenseits
des Ortes der Dehnungsmeßstreifen 38 an, nämlich im Bereich der Einspannung des
Achsrohres 10 in der Bohrung 46 des Körpers 44 des Federbeinkopfes. Die Biegungsstelle
38 liegt also zwischen den beiden Resultierenden der Angriffskräfte des Rades und
des Federbeines am Achsrohr. Für das Anbringen der Dehnungsmeßstreifen ist am Außenumfange
des Achsrohres zwischen den beiden Baugruppen 14 und 12 ein freier Ringraum 48 belassen.
Die Riqform dieses Raumes ist nicht zwingend. Wichtig ist, daß die Dehnungsmeßstreifen
in einem Bereich liegen, der von störenden Finflüssen der Kraftangriffsflächen freigehalten
ist, so daß ein eindeutiger und möglichst auch linearer Verlauf von Spannung zu
Dehnung erreicht wird.
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Die Abflachung, die auf den Bereich beschränkt sein kann, in dem die
Dehnungsmeßstreifen liegen, kann wie bei 50 gezeigt, eben sein. Es ist aber auch
möglich, sanftere Übergänge zu schaffen, so daß die Außenmantelfläche etwa elliptischen
oder kreisförmigen Querschnitt hat und/oder in axialer Richtung eine von der Geraden
abweichende Kontur aufweist oder ebenfalls allmählich auf den vollen Querschnitt
übergeht.
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Es kann unter Umständen zweckmäßig sein, die Dehnungsmeßstreifen sicht
auf die Außenmantelfläche, sondern auf die Innenwandfläche des Rohres (etwa bei
52) zu kleben.
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In einer besonders gnstigen Ausführungsform ist das Achsrohr zu Eich-
und Justierzwecken um seine Längsachse drehbar. Dazu ist vorgesehen, daß die Verriegelungsvorrichtung,
die im Betrieb ein Verdrehen des Achsrbhres gegenüber dem Federbein verhindert,
leicht lösbar ist, so daß das Rohr von Hand gedreht werden kann.
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Eine solche Anordnung erlaubt die Bestimmung des Nullpunktes der Meßeinrichtung
im Betrieb, d.h. während das Flugzeug auf
seinen Rädern steht. Es
braucht also nicht aufgebockt zu werden.
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Zur Nullpunktbestimmung wird das Achsrohr um seine Achse um 1800 gedreht,
so daß an den Dehnungsmeßstreifen eine Kraftumkehr erfolgt, durch die Kraftnullpunktsabweichungen
festgestellt und korrigiert werden können.
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Die neue Meßanordnung erlaubt die Kräftemessung im trieb; sie ist
aber auch für Prüfstandszwecke geeignet. Die Eichung des Achskörpers kann unabhängig
vom Flugzeug vorgenommen werden. Ein erheblicher Vorteil der Erfindung besteht in
der Möglichkeit, den Achskörper samt Meßstreifen geeicht und einbaufertig zu bevorraten.
Die Hauptanwendung besteht im Messen des Flugzeuggewichtes durch Einbau der Meßvorrichtung
in die Radachsen.
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Außer den rein statischen Gewichtskräften lassen sich aber auch damit
dynamische Kräfte, beispielsweise Landestöße im Fahrwerk messen.
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Im Zweifel sind alle hier beschriebenen. und/oder dargestellten Merkmale
für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination erfindungswesentlich. Schutz
wird begehrt für das, was objektiv schutzfähig ist.
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Patentansprüche: Bezugszeichenliste: