DE3820680A1 - Waagenanordnung mit einer pyramidenwaage zur ermittlung von kraeften und momenten, insbesondere in windkanaelen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Waagenanordnung mit einer Pyramidenwaage zur Ermittlung von Kräften und Momenten, insbesondere in Windkanälen, mit einer Momenten- und einer Kraftmeßebene, einer Stützanordnung zur Abstüt­ zung eines Prüflings oberhalb der Momentenmeßebene, Ge­ lenkstützen zur Abstützung der Momentenmeßebene auf der Kraftmeßebene, Abstützung der Kraftmeßebene auf einem Fundament, einem Grundrahmen oder dergl. sowie mit an beiden Meßebenen angeordneten Kraftmeßeinrichtungen für die Kraft- und Momentenmessung.

Für Windkanalmessungen sind Mehrkomponentenmeßeinrich­ tungen bekannt, mit denen die in den drei Raumachsen wirkenden Kräfte, z. B. Auftrieb, Widerstand und Sei­ tenkraft und die an den Achsen auftretenden Momente, nämlich Nick-, Roll- und Giermoment, gemessen werden können. Bekannt sind Plattformwaagen, Jochwaagen und Pyramidenwaagen. Bei sehr genauen Meßeinrichtungen ist man bestrebt, die zu ermittelnden Kräfte und Momente möglichst einzeln zu erfassen, um eine gegenseitige Be­ einflussung auszuschalten und Meßfehler zu vermeiden.

Bei einer bekannten Pyramidenwaage (DE-PS 29 26 213) sind zwei in der Momentenmeßebene ermittelte Meßwerte gekoppelt, d. h. die Meßwerte für das Nick- und das Giermoment werden aus der Addition bzw. Subtraktion von zwei Kraftmeßwerten gewonnen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Waagen­ anordnung mit einer Pyramidenwaage, insbesondere zur Ermittlung von Kräften und Momenten in Windkanälen zu schaffen, bei der alle Momente aus jeweils einem gemes­ senen Wert ermittelt werden können und die leicht auf unterschiedliche Prüflinge, z. B. Flugzeuge oder Flug­ zeugmodelle und Kraftfahrzeuge umstellbar ist. Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angege­ benen Merkmale gelöst. Die Ansprüche betreffen auch vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Durch die erfindungsgemäße Waagenanordnung ist es bei Pyramidenwaagen möglich, alle Momente in den drei Raum­ achsen, nämlich Nick-, Roll- und Giermoment, an jeweils einer einzigen Kraftmeßeinrichtung mit hoher Genauig­ keit zu erfassen. Eine Verkopplung von Meßwerten ist nicht mehr erforderlich.

Durch die Anordnung eines Stützrahmens an der Kraftmeß­ ebene ist es möglich, die Kraftmeßdosen und Lenker für die Momentenmeßebene auf einfache Weise abzustützen. Der Stützrahmen kann darüber hinaus mit einer Aufnahme­ vorrichtung für einen Prüfling versehen werden, der nicht mit der Momentenmeßebene in Verbindung steht, so daß eine solche Anordnung auch als Plattformwaage wirkt bzw. verwendbar ist. Die Kraftmeßdosen an der Kraftmeß­ ebene werden in diesem Fall entsprechend geschaltet und die Kräfte und Momente in der für Plattformwaagen be­ kannten Weise ermittelt. Die Waagenanordnung mit Stütz­ rahmen ist für beliebige Pyramidenwaagen verwendbar.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfol­ genden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Momentenmeßebene einer Pyramidenwaage mit Kraftmeßeinrichtungen, Lenkeranordnungen und Kniehebel in der Draufsicht,

Fig. 2 Waagenanordnung mit einer kombinierten Pyrami­ den-/Plattformwaage, Stützrahmen an der Kraft­ meßebene und Aufnahmevorrichtung für einen Prüfling in Seitenansicht.

In Fig. 1 ist in einer Draufsicht eine dreieckförmige Momentenmeßebene M einer Pyramidenwaage erkennbar, die als steifer Rahmen oder ähnlich ausgebildet sein kann. An den Ecken ist die Momentenmeßebene über nicht darge­ stellte Gelenkstützen, welche in Richtung der Kanten eines dreiseitigen Pyramidenstumpfes verlaufen auf ei­ ner Kraftmeßebene abgestützt. In der Mitte der Momen­ tenmeßebene M kann eine Stütze 8 zur Aufnahme eines im virtuellen Zentrum der Pyramidenwaage angeordneten Prüflings, z. B. eines Flugzeugmodells, befestigt sein.

An der Momentenmeßebene M sind Kraftmeßdosen R 1, R 2 zur Ermittlung von Roll- und Nickmoment angeordnet. Das Nickmoment wird aus den Meßwerten der Kraftmeßdose R 1, das Rollmoment an der Kraftmeßdose R 2 ermittelt. Der Kraftangriff auf dem Prüfling erfolgt hierbei in Rich­ tung des Pfeiles Pf.

Die Wirkungsrichtungen der beiden Kraftmeßdosen verlau­ fen vorzugsweise im Winkel von 90° zueinander. Sie lie­ gen jeweils in der Momentenmeßebe und schneiden das Lot durch das virtuelle Zentrum der Waage. Die Momente er­ geben sich unmittelbar aus dem Signal der Kraftmeßdose bzw. der an der Meßdose angezeigten Kraft und dem senk­ rechten Abstand des virtuellen Zentrums von der Momen­ tenmeßebene.

An der Momentenmeßebene M sind zwei erste Parallellen­ ker L 1 angeordnet, die das um die Hochachse wirkende Giermoment (Pfeil G) aufnehmen und auf einen Kniehebel oder Dreieckshebel KH weiterleiten. Ein Parallellenker ist hierbei mit dem Drehpunkt D, der andere mit einem ersten Ende E 1 des Kniehebels KH gelenkig verbunden. Die Parallellenker L 1 können an Eckpunkten der Momen­ tenmeßebene, wie dargestellt, oder an beliebigen ande­ ren Punkten der Meßebene angeordnet sein.

Der Kniehebel KH ist an seinem Drehpunkt D und an einem zweiten Ende E 2 mit einer zweiten Parallellenkeranord­ nung L 2 im Winkel von vorzugsweise 90° gelenkig verbun­ den. Einer der beiden Parallellenker L 2 ist fest mit einem Abstützpunkt verbunden, während der zweite Paral­ lellenker auf eine weitere Kraftmeßdose R 3 wirkt. An der Kraftmeßdose R 3 kann aus dem Meßsignal der Dose und dem Abstand a der beiden Parallellenker L 2 unmittelbar das Giermoment ermittelt werden.

Die Kraftmeßdosen R 1- R 3 können an einem Fundament, an der Kraftmeßebene oder an einem mit der Kraftmeßebene verbundenen Stützrahmen abgestützt sein (siehe auch Fig. 2) .

Die Lenker der beiden Parallellenkeranordnungen L 1 und L 2 sind in Kraft- bzw. Längsrichtung steif ausgebildet. An ihren Enden weisen sie geeignete Gelenke auf. Längen und Abstände der Lenker werden zweckentsprechend ge­ wählt.

Die Parallellenker L 1 und L 2 und der Kniehebel KH kön­ nen in der gleichen Ebene wie die Momentenmeßebene M angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, diese Ele­ mente in unterschiedlichen, vorzugsweise parallelen Ebenen, insbesondere auch übereinander, anzuordnen. Die Verbindungselemente zwischen Momentenmeßebene M, Paral­ lellenkern L 1, L 2 und Kniehebel KH sind dann entspre­ chend ausgebildet.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Waagenanordnung mit einer Pyramidenwaage, die mit einer Plattformwaage kombiniert ist, in Seitenansicht. Die Anordnung weist eine Kraft­ meßebene K, eine Momentenmeßebene M, ein virtuelles Zentrum Z und eine Stütze 8 zur Abstützung eines im virtuellen Zentrum Z angeordneten Prüflings P, z. B. eines Flugzeugmodells, auf. Die Momentenmeßebene M ist über Gelenkstützen GS mit der Kraftmeßebene K verbun­ den. Die Kraftmeßebene K ist über Gelenkstützen GS und die Kraftmeßdosen RX auf einem Fundament F oder dergl. abgestützt. Die Lenker L 1, L 2 sowie der Kniehebel KH sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht einge­ zeichnet. Sie können z. B. unterhalb der Momentenmeß­ ebene M angeordnet sein.

Die Kraftmeßebene K weist einen steifen, bis etwa zur Höhe der Momentenmeßebene reichenden Stützrahmen SR auf, an dem die Kraftmeßdosen R 1- R 3 der Momentenmeß­ ebene M sowie ein am Kniehebel KH angreifender Paral­ lellenker L 2 (nicht dargestellt) abgestützt sind. Der Stützrahmen SR besteht z. B. aus einer zweckentspre­ chend ausgebildeten Träger- oder Rohrkonstruktion, die alle an der Kraftmeßebene K auftretenden Kräfte aufneh­ men und übertragen kann. Er kann die Kraftmeßebene all­ seitig umschließen. In der horizontalen Ebene wird die Kraftmeßebene K durch den Stützrahmen SR und Kraftmeß­ dosen RX, die über Gelenkstützen mit dem Stützrahmen verbunden sind, nach außen abgestützt.

Am Stützrahmen SR ist eine für die Aufnahme eines Prüf­ lings geeignete Aufnahmevorrichtung A angebaut bzw. an­ baubar. Auf dieser Aufnahmevorrichtung kann ein Prüf­ ling P, z. B. ein Kraftfahrzeug, befestigt werden, wenn vorher die an der Momentenmeßebene M angeordnete Stütze 8 entfernt wird.

Mit dem Stützrahmen SR und der Aufnahmevorrichtung A ist die Waagenanordnung auch als Plattformwaage verwendbar. Die Momentenmeßebene ist in diesem Fall stillgelegt. Die Kraftmeßdosen RX an der Kraftmeßebene K werden so geschaltet, daß die gewünschten Kräfte und Momente aus den Meßwerten dieser Meßdosen ermittelt werden können. Die entsprechenden Schaltungen sind bekannt.

Bei der beschriebenen Waagenanordnung ist es zweck­ mäßig, die in horizontaler Richtung an der Kraftmeßebe­ ne K wirkenden Kraftmeßdosen RK am Stützrahmen SR mög­ lichst in Höhe der Aufnahmevorrichtung A bzw. möglichst nahe am Boden der Meßstrecke oder am Bezugspunkt der Plattformwaage anzuordnen, wie in Fig. 2 dargestellt. Hierdurch werden Fehler bei der Ermittlung von Kräften und Momenten weiter herabgesetzt.

Claims (6)

1. Waagenanordnung mit einer Pyramidenwaage zur Er­ mittlung von Kräften und Momenten, insbesondere in Windkanälen, mit einer Momenten- und einer Kraft­ meßebene, einer Stützanordnung zur Abstützung ei­ nes Prüflings oberhalb der Momentenmeßebene, Ge­ lenkstützen zur Abstützung der Momentenmeßebene auf der Kraftmeßebene, Abstützungen der Kraftmeß­ ebene auf einem Fundament, einem Grundrahmen oder dergl., sowie mit an beiden Meßebenen angeordneten Kraftmeßeinrichtungen für die Kraft- und Momenten­ messung, dadurch gekennzeichnet, daß zur direkten Erfassung von Roll- und Nickmoment die Momenten­ meßebene (M) durch zwei in der Ebene liegende, im Winkel von vorzugsweise 90° zueinander angeordnete Kraftmeßeinrichtungen, insbesondere Kraftmeßdosen (R 1, R 2), abgestützt wird, daß zur direkten Erfas­ sung des Giermoments (G) die Momentenmeßebene (M) zusätzlich durch eine erste Parallellenkeranord­ nung (L 1) abgestützt ist, daß die Parallellenker (L 1) mit einem Kniehebel (KH) verbunden sind, wo­ bei ein Lenker (L 1) am Drehpunkt (D) und ein zwei­ ter Lenker an einem ersten Ende (E 1) des Kniehe­ bels (KH) angreift, daß der Kniehebel (KH) an sei­ nem Drehpunkt (D) und an einem zweiten Ende (E 2) an einer zweiten Parallellenkeranordnung (L 2) ab­ gestützt ist, die in einem Winkel von vorzugsweise 90° zur ersten Parallellenkeranordnung (L 1) ange­ ordnet ist und daß ein Parallellenker (L 2) mit ei­ nem Festpunkt verbunden ist und der zweite Paral­ lellenker (L 2) auf eine dritte Kraftmeßdose (R 3) wirkt.

2. Waagenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Momentenmeßebene (M), die Paral­ lellenkeranordnungen (L 1, L 2) und der Kniehebel (KH) in der gleichen Ebene oder in unterschied­ lichen horizontalen Ebenen, auch übereinander, angeordnet sind.

3. Waagenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kraftmeßdosen (R 1- R 3) und ein Parallellenker (L 2) an der Kraftmeßebene (K) oder an Festpunkten am Grundrahmen oder Fundament (F) abgestützt sind.

4. Waagenanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeß­ dosen (R 1- R 3) der Momentenmeßebene sowie ein Pa­ rallellenker (L 2) auf einem Stützrahmen (SR) oder dergl. abgestützt sind, der mit der Kraftmeßebene (K) verbunden ist und der etwa bis zur Höhe der Momentenmeßebene (M) reicht.

5. Waagenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stützrahmen (SR) eine Aufnahme­ vorrichtung (A) für einen nicht mit der Momenten­ meßebene (M) in Verbindung stehenden Prüfling (P) aufweist und daß die Kraftmeßeinrichtungen (RX) an der Kraftmeßebene (K) so schaltbar sind, daß die auf die Kraftmeßebene (K) wirkenden Kräfte und Momente erfaßbar sind, so daß die Anordnung als Plattformwaage wirkt bzw. verwendbar ist.

6. Waagenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in horizontaler Richtung wirkenden Kraftmeßeinrichtungen (RX) an der Kraft­ meßebene (K) etwa in Höhe der Aufnahmevorrichtung (A) am Stützrahmen (8 R) angeordnet sind.