DE3240713A1

DE3240713A1 - Vorrichtung zum messen mehrerer kraftkomponenten

Info

Publication number: DE3240713A1
Application number: DE19823240713
Authority: DE
Inventors: Hans W. 8890 Aichach Häfner
Original assignee: Pfister GmbH
Current assignee: Pfister GmbH
Priority date: 1981-11-07
Filing date: 1982-11-04
Publication date: 1983-05-19
Also published as: GB2113854A; GB2113854B; DE3240713C2

Description

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Anlage zum Patentgesuch
der Pfister GmbH, Augsburg

vom 28. Oktober 1982

Vorrichtung zum Messen mehrerer Kraftkomponenten

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen mehrerer Kraftkomponenten, insbesondere von Kraftkomponenten, die auf Kräften eines strömenden Mediums beruhen, welche auf ein Messobjekt wirken, bestehend aus einem Objektträger, einem Lagerungssystem,, in dem der Objektträger schwenk-, dreh- sowie horizontal und vertikal beweglich geführt und in jeder dieser Richtungen durch wenigstens eine Kraftmeßeinrichtung gehalten ist.

Aus der DE-OS 26 24 647 ist eine Vorrichtung zum Messen mehrerer Kraftkomponenten bekannt, welche ein Lagerungssystem für den Objektträger aufweist, das aus drei Führungsanordnungen besteht. Zwischen diesen drei Führungsanordnungen sind hydrostatische Lager vorgesehen, die eine Bewegung des Objektträgers nach allen Richtungen hin zulassen» Da sowohl Objektträger als auch die Führungsanordnungen von Kraftmeßeinrichtungen gehalten werden, können alle Kraftkomponenten der auf das Meßobjekt einwirkenden Kräfte erfaßt und ermittelt werden.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine derartige Vorrichtung zum Messen mehrerer Kraftkomponenten sowohl hinsichtlich der Meßgenauigkeit zu verbessern als auch im Hinblick auf den konstruktiven Aufbau zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Führung des Objektträgers als Zylinder ausgebildet ist, der im Lagerungssystem in der Z-Achse dreh- und längsbeweglich hydrostatisch geführt ist, und daß der Zylinder sowohl mit einem Drehantrieb als auch mit einer Drehwinkelmeßeinrichtung in Verbindung steht.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird sehr vorteilhaft bei hoher Meßgenauikeit eine insgesamt besonders gedrängte bzw. kompakte Bauweise der Meßvorrichtung erreicht, die dazu auch noch im konstruktiven Aufbau einfacher und kostengünstiger ist als die bisher bekannten Vorrichtungen zum Messen mehrerer Kraftkomponenten.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Drehantrieb über einen mit ihm verbundenen Drehmomentenarm mit einer Kraftmeßeinrichtung verbunden. Durch diese Maßnahme können die auf den Drehmomentenarm wirkenden Kräfte bzw. Momente mit geringem Aufwand besonders genau gemessen werden.

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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung eines in der Zeichnung schematich dargestellten Ausführungsbeispieles.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Messen mehrerer Kraftkomponenten gemäß der Erfindung im Längsschnitt

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie A - B in Fig. 1

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung zum Messen mehrerer Kraftkomponenten besteht aus einem als Führung ausgebildeten Zylinder 1, der an seinem oberen Ende ein kastenförmig ausgebildetes Gehäuse 2 aufweist, in dem ein kugelförmiger Objektträger 3 zwischen hydrostatischen Lagern 4 dreh- und schwenkbeweglich gelagert ist. Der Zylinder 1 ist seinerseits wiederum in Schwenklagern 5 und 6 in der Z-Achse dreh- und längsbeweglich hydrostatisch geführt. Das Schwenklager 5 ist seinerseits ebenfalls in hydrostatischen Lagern 7 in horizontaler Richtung beweglich geführt. Am Führungszylinder 1 ist ein Zahnradkranz 8 befestigt, der über ein Zahnrad 9 und Getriebe 10 mit einem Antriebsmotor 11 in Verbindung steht« Oieser aus den Antriebselementen 8, 9_S 10 und 11 bestehende Drehantrieb

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ist unter Zwischenschaltung eines Lagers 12 auf einen Drehmomentenarm 13 angeordnet, der, wie Figur 2 zeigt, seinerseits in einem hydrostatischen Lager 14 vertikal, d.h. parallel zur Z-Achse beweglich geführt ist. Das hydrostatische Lager 14 ist an einem zylindrischen Gehäuse 15 außen angeordnet, das die beiden hydrostatischen Schwenklager 5 und 6 miteinander verbindet.

Nach unten hin ist der Führungszylinder 1 durch einen Deckel 16 abgeschlossen, der sich über ein hydrostatisches Lager 17 mit Fortsatz 18 auf einem Querträger 19 abstützt, welcher an seinem rechten Ende mit einem Steg 20 nach unten hin schwenkbeweglich gehalten ist.

Um die im Betrieb der MeGvorrichtung gemäß der Erfindung auf das mit dem Objektträger 3 fest verbundene, in der Zeichnung nicht dargestellte MeQobjekt wirkenden Kraftkomponenten bzw. Momente MX, MY, MZ, rückwirkungsfrei erfassen und messen zu können, sind am Gehäuse 2 Meßwertgeber 21, 22 und 23 angeordnet, die mit dem Objektträger 3 über übertragungselemente 24, 25 und 26 und Momentenarme 27, 28 in Verbindung stehen. Mit Hilfe der Meßwertgeber 21, 22 und 23 können sehr vorteilhaft die Kraftvektoren X, Y 1, Y2 und Z sowie die Momente MX, MY um die vertikale Achse und das Moment MZ um die horizontale Achse genau erfaßt und ermittelt werden. Als Meßwertgeber

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können hierfür sehr vorteilhaft an sich bekannte, auf Druck oder Zug wirkende elektromechanische Dehnungsmeßstreifenkraftaufnehmer oder piezo-elektrische Druckkraftaufnehmer verwendet werden.

Um auch die in vertikaler Richtung auf das MeQobjekt und damit auf den Objektträger 3 wirkenden Kräfte genau erfassen bzw. messen zu können_s ist am unteren linken Ende der in der Zeichnung dargestellten Meßeinrichtung gemäß der Erfindung ein Meßwertgeber 29 vorgesehen, der über ein Verbindungselement 30 mit dem Querträger 19, Fortsatz 18, Lager 17 und Deckel 16 mit dem Führungszylinder 1 in Verbindung steht. Da der über den Drehantrieb mit dem Führungszylinder 1 in Verbindung stehende Drehmomentenarm 13 im hydrostatischen Lager IA parallell zur Z-Achse reibungsfrei geführt ist_f können mit Hilfe des Meßwertgebers 29, die auf das Meßobjekt in vertikaler Richtung wirkenden Kräfte sehr genau gemessen bzw. ermittelt werden. Der Meßwertgeber 29 kann hierbei gegebenenfalls auch sehr vorteilhaft unmittelbar unterhalb des Fortsatzes 18 vorgesehen werden, so daß Querträger^ Verbindungselemente etc. entfallen können. Zur Messung der auf das Meßobjekt in horizontaler Richtung wirkenden Kräfte sind wenigstens zwei Meßwertgeber 31 vorgesehen, die über Verbindungselemente 32 am Schwenklager 5 (vorzugsweise um einen Winkel von 90 ° gegeneinander versetzt) angreifen, in dem der Zylinder 1 mit Objektträger 3 geführt ist.

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Ferner kann mit Hilfe des aus den Elementen 8, 9, 10 und 11 bestehenden Drehantriebes sehr vorteilhaft der Führungszylinder 1 mit dem Objektträger 3 und dem daran befestigten MeOobjekt um die Z-Achse beliebig gedreht werden. Um auch die auf das Meßobjekt wirkenden Kräfte erfassen und messen zu können, welche auf den Führungszylinder 1 übertragen werden und in Drehrichtung um die Z-Achse wirken, ist sehr vorteilhaft im Drehantrieb eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Drehwinkelmesseinrichtung integriert. Auch für die Messung der Kräfte, die über den Führungszylinder 1 und Drehantrieb auf den Drehmomentenarm 13 übertragen werden, 1st eine Kraftmeßeinrichtung 33 vorgesehen, die, wie Fig. 2 zeigt, im Drehmomentenarm 13 integriert ist.

Die Meßvorrichtung gemäß der Erfindung dient vor allem zum Ermitteln aerodynamischer Kräfte, die beispielsweise auf ein in einem Windkanal geprüftes MeQobjekt wirken, das beispielsweise ein Flugmodell, ein Bauelement der Luft- und Raumfahrt, sowie ein Modell von Kraftfahrzeugen, Hochbauten und/oder Teilen davon sein kann.

Die Meßvorrichtung gemäß der Erfindung, wie sie insbesondere in der Zeichnung dargestellt ist, ermöglicht somit einerseits sehr vorteilhaft eine sehr genaue, insbesondere rückwirkungsfreie Messung aller auf das Meßobjekt wirkenden Kräfte und zeichnet sich darüberhinaus auch durch die kompakte und damit raumsparende Bauweise besonders aus.

Claims

28. Oktober 1982 '..* : ·^:· ·^:° Pfister

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Patentansprüche

( 1„/ Vorrichtung zum Messen mehrerer Kraftkomponenten, Insbesondere von Kraftkomponenten die auf Kräften eines strömenden Mediums beruhen, welche auf ein Meßobjekt wirken, bestehend aus einem Objektträger, einem Lagerungssystem, in dem der Objektträger schwenk-, dreh- sowie horizontal- und vertikal beweglich geführt und in jeder dieser Richtungen durch wenigstens eine Kraftmeßeinrichtung gehalten ist_s dadurch gekennzeichnet _t daß die Führung des Objektträgers (3) als Zylinder (1) ausgebildet ist, der Im Lagersystem (5„ 6) in der Z-Achse dreh- und langsbeweglich hydrostatisch geführt Ist, und daß der Zylinder (1) sowohl mit einem Drehantrieb (8, 9, 10 _sll) als auch mit einer DrehwinkelmeQeinrichtung in Verbindung steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet; daß der Drehantrieb (8, 9, 10, 11) über einen mit Ihm verbundenen Drehmomentenarm (13) mit einer Kraftmeßeinrichtung (33) verbunden ist oder als solche ausgebildet ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daS der Drehmomentenarm (13) entlang wenigstens einer hydrostatischen Lagerfläche (14) parallel zur Z-Achse geführt ist.
4. Vorrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) an seinem oberen Ende ein kastenförmig ausgebildetes Gehäuse (2) aufweist, in dem ein kugelförmiger Objektträger (3) zwischen hydrostatischen Lagern (4) dreh- und schwenkbeweglich gelagert und durch Momentenarme (27, 28) über Meßwertgeber (21, 22, 23) gehalten ist.