DE2624647C2 - Vorrichtung zum Messen der auf ein Meßobjekt wirkenden Kräfte und Momente eines strömenden Mediums - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der auf ein Meßobjekt wirkenden Kräfte und Momente eines strömenden Mediums gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch.

Die US-PS 36 13 443 zeigt eine derartige Vorrichtung, bei der der Objektträger mit einer tragenden Fläche unbeweglich verbunden ist und diese sich mit standbeinartigen Elementen auf einem System von äußerst starren, unelastischen Meßwertgebern abstützt. Sowohl eine Basis als unterste Ebene als auch eine darüberliegende zweite Systemebene sind jeweils mit mehreren Meßwertgebern versehen, während eine Objektträgerebene noch eine kegelgelagerte Anordnung einer Drehscheibe mit Drehscheibenmotor und Vorgelege benötigt. Bei der bekannten Vorrichtung wird großer Wert auf eine möglichst starre Konstruktion gelegt.

Die FR-PS 12 93 164 offenbart eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der der Objektträger ein in einer Flüssigkeit schwimmender Ponton ist, welcher durch elastische Elemente mit begrenzter Bewegungsfreiheit verankert ist. Eine derartige Anordnung schließt eine freie Beweglichkeit des Meßsystems um einen definierter. Mittelpunkt aus.

Die DE-PS 6 84 307 beschreibt eine Mehrkomponentenwaage, bei der ein einzelner hydraulischer Kolben e.~. auf einer Kugelkalotte angeordnet ist, so daß er sich in einer Ebene senkrecht zur Richtung der Kraft bewegen kann. Hierdurch wird jedoch nicht erreicht, daß ein mit der Waage verbundenes Objekt zusammen mit der Mehrkomponentenwaage um einen definierten Mittelpunkt frei beweglich verschwenkt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß der Objektträger in allen Richtungen frei beweglich ist, für jede Richtung nur eine Kraftmeßeinrichtung erforderlich ist und eine gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Kraftmeßeinrichtungen vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs.

Durch die Verwendung von drei ineinandergreifenden Führungsanordnungen mit hydrostatischen Lagern ergibt sich eine praktisch freie, reibungslose Bewegung des Objektträgers. Kraftmeßeinrichtungen sind nur zwischen dem Objektträger und der ersten Führungsanordnung bzw. zwischen den Führungsanordnungen erforderlich, so daß drei Dehnungsmeßstreifenkraftaufnehmer für eine exakte Messung ausreichen.

Im Gesamtaufbau ergibt sich als weiterer Vorteil eine optimale Steifheit der Konstruktion bei bestem dynamischen Verhalten und hoher Genauigkeit. Ohne Schwierigkeiten Jassen sich beliebige Meßfunktionen wie das Drehen der Gesamtmeßeinrichtung während der Messung im Strömungskanal um eine Achse oder die allseitige, kugelförmige Verschwenkung um einen exakt definierbaren Mittelpunkt mit Messungen verschiedener Momente um andere Achsen kombinieren. Auch eine räumliche Verschiebung der gesamten Meßvorrichtungen mit dem daran befestigten Objekt im Strömungsquerschnitt ist ohne weiteres möglich.

Weiterhin ist der Auf- und Abbau des zu messenden Objektes einfach, unkompliziert, zeitsparend und erfordert von den ausführenden Personen keine besondere Ausbildung oder Spezialkenntnisse.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Objektträger mit einem Meßobjekt in einem Windkanal, teilweise in Schnitt und Ansicht, und

F i g. 2 eine Vorrichtung zum Messen mehrerer Kraftkomponenten sowie von Momenten, teilweise in Schnitt und Ansicht.

F i g. 1 zeigt in einer Prinzipdarstellung einen Objektträger 1 mit einem aufgebauten Meßobjekt 9 in einem Windkanal 10. Das Meßobjekt 9 ist im gezeigten Bei- , spiel das Modell der Karosserie eines Kraftfahrzeuges. Die Strömung im Windkanal 10 ist mit den Pfeilen 11 angedeutet.

In Fig.2 ist ein Objektträger 12 mit einem kraftschlüssig daran angeordneten Strömungsmodell 13 in Form eines Flugzeugmodelles zu erkennen. Der Objekt träger 12 ist über hydrostatische Lager 14 in einer ersten Führungsanordnung 15 derart gleitend gelagert, daß er eine rein vertikale Bewegung Zausführen kann. Er ist mit Hilfe des Dehnmeßstreifenkraftaufnehmers 16 über ein Hebeigestänge 17 mit der ersten Führungsanordnung 15 verbunden. Die erste Führungsanordnung 15 ist ihrerseits mit hydrostatischen Lagern 17' in einer zweiten Führungsanordnung 18 derartig gleitend gelagert, daß sie eine Bewegung in horizontaler Ebene in beliebiger Richtung ausführen kann. Sie ist jedoch über Dehnungsmeßsireifenkraftaufnehmer 19, 19' (von denen in der Ebene der Figur nur 19 erkennbar ist) mit der zweiten Führungsanordnung in den zwei Richtungen x, 1 mit der zweiten Führungsanordnung verbunden. Diese zweite Führungsanordnung ist ihrerseits über hydrostatische Lager 20 in einer dritten Führungsanordnung

21 derart gelagert, daß sie eine Schwenkbewegung um den Mittelpunkt M, welcher im gezeigten Beispiel in der Achse des Objektträgers 12 liegt, kugelförmig nach allen Richtungen hin ausführen kann. Jedoch wird die zweite Führungsanordnung an der freien Bewegung gehindert, weil sie mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifenkraftaufnehmern 22, 22' — von denen jedoch in F i g. 2 nur 22 zu sehen und dargestellt ist — in zwei annähe rnd senkrecht aufeinander stehenden Ebenen, deren Schnittlinie :m gezeigten Ausführungsbeispiel durch den Mittelpunkt Mgeht, mit der dritten Führungsanordnung 21 verbunden ist Diese dritte Führungsanordnung 21 ist ihrerseits ortsfest angeordnet

Mit der Meßanordnung nach F i g. 2 kann man die Kraftvektoren x,y und z, und damit jede beliebig gerichtete Kraft im Raum messen, und zusätzlich noch das Moment M\ um eine vertikale Achse sowie das Moment M2 um eine horizontale Achse.

Die Dehnungsmeßstreifenkraftaufnehiuer können durch andere Kraftmeßeinrichtungen, wie piezoelektrisehe Druckkraftaufnehmer ersetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Messen der auf ein Meßobjekt wirkenden Kräfte und Momente eines strömenden Mediums mit einem Objektträger, welcher in einem eine Bewegung in Richtung der Kraftkomponenten oder Momente zulassenden Lagerungssystem angeordnet und in jeder dieser Richtungen von einer Kraftmeßeinrichtung gehalten ist, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß der Objektträger (12) in hydrostatischen Lagern (14) in einer erste." Führungsanordnung (15) in vertikaler Richtung geführt und mit einem Dehnmeßstreifenkraftaufnehmer (16) mit der ersten Führungsanordnung (15) verbunden ist, daß die erste Führungsanordnung (15) ihrerseits in hydrostatischen Lagern (17') in einer zweiten Führungsanordnung (18) derart gleitend gelagert ist, daß sie Bewegungen in einer horizontalen Ebene in beliebigen Richtungen ausführen kann, daß die erste Führungsanordnung (15) über Dehnungsmeßstreifenkraftaufnehmer (19,19') in zwei Richtungen (x, y) mit der zweiten Führungsanordnung (18) verbunden ist, und daß diese zweite Führungsanordnung (18) ihrerseits mit hydrostatischen Lagern (20) in einer dritten Führungsanordnung (21) derart gelagert ist, daß sie eine Schwenkbewegung um den Mittelpunkt (M) kugelförmig nach allen Richtungen ausführen kann, daß die zweite Führungsanordnung (18) mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifenkraftaufnehmern (22, 22') in zwei annähernd senkrecht aufeinander stehenden Ebenen, deren Schnittlinie durch den Mittelpunkt (M) geht, mit der dritten Führungsanordnung (21) verbunden ist, und daß diese dritte Führungsanordnung'(21) ihrerseits ortsfest angeordnet ist.