DE4035197A1

DE4035197A1 - Anordnung induktiver kraftsensoren am fahrwerk eines flugzeuges

Info

Publication number: DE4035197A1
Application number: DE19904035197
Authority: DE
Inventors: Klaus Schult; Norbert Patzig; Lothar Duening
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: VDO LUFTFAHRTGERAETE WERK GMBH, 6000 FRANKFURT, DE
Priority date: 1990-07-07
Filing date: 1990-11-06
Publication date: 1992-01-09

Description

Zum Bestimmen der Kräfte, die am Fahrwerk eines Flugzeuges wirken, werden induktive Kraftsensoren verwendet. Ein ein zelner Kraftsensor besteht aus zwei mit Abstand zueinander angeordneten Halteelementen, die auf einer Achse liegen. Zusätzlich weist der Kraftsensor eine Meßzunge auf, die von einem der Halteelemente getragen wird und zwischen den bei den Halteelementen angeordnet ist. Zwei mit Abstand auf einer gemeinsamen Achse angeordnete Sensorspulen, die von dem anderen Halteelement getragen werden, sind beidseitig zu der Meßzunge angeordnet. Die Meßzunge kann alle sechs Freiheitsgrade zwischen den Spulen ausführen, erzeugt aber ein Meßsignal nur als Folge einer Hubbewegung in Richtung der Spulenachse.

Aus der US-PS 42 69 070 ist eine Anordnung induktiver Scherkraftsensoren am Fahrwerk eines Flugzeuges bekannt. Die induktiven Scherkraftsensoren sind an dem Drehbalken angeordnet. Bei der bekannten Anordnung der induktiven Scherkraftsensoren können durch Torsion in der Meßstrecke große Meßfehler entstehen. Ursachen hierfür sind beispiels weise bei Vierradfahrwerken der unterschiedliche Reifen druck, unebene Fahrbahnen oder Parken mit verwundenen Fahr werken. Bei Zweiradfahrwerken können die Radlagerreibung und die angezogenen Bremsen beim Parken den großen Meßfeh ler hervorrufen. Das von den einzelnen Scherkraftsensoren abgeleitete Signal wird folglich stark verfälscht.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung nach der US PS 42 69 070 besteht darin, daß der Scherungsanteil einer Biegung durch die induktiven Kraftsensoren detektiert wird und sich damit nur ein geringes Nutzsignal ableiten läßt.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung induk tiver Kraftsensoren am Fahrwerk des Flugzeuges zu schaffen, die ein hohes Nutzsignal mit großer Genauigkeit liefert.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der kenn zeichnenden Teile der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.

Erfindungsgemäß ist die Achse, auf der die beiden Sensor spulen liegen, in Richtung der Achse der Halteelemente an geordnet und die Achse der Halteelemente verläuft in Rich tung der Kraftflußwirkung, die an dem zu vermessenden Fahr werkabschnitt wirkt. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung detektieren die induktiven Kraftsensoren unmittelbar die Dehnung-/Stauchung der am Fahrwerk wirkenden Kräfte. Insbe sondere treten bei der Erfindung keine Meßfehler auf, wenn die Schubstange oder der Stützbalken Torsionskräften unter worfen ist. Demgegenüber kann der Sensor nach dem Stand der Technik in dieser Anordnung in Kraftflußrichtung kein Nutzsignal erzeugen.

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung verläuft die Spulenachse in Richtung der Halteelemente und die Achse der Halteelemente ist quer zur Kraftflußrichtung angeordnet. In diesem Fall sind die Kraftsensoren beispielsweise an dem Drehbalken des Fahrwerks montiert, so daß aus dem Dehnungs-Stauchungs-Anteil einer Biegung in der Meßstrecke ein Nutzsignal erzeugt wird. Die Kraftsensoren können somit in vorteilhafter Weise auch an den bisherigen Montagestellen und Befestigungsaugen des Fahrwerkes montiert werden, was aufgrund der erfindungsgemäßen Spulenachsenorien tierung ein hohes Nutzsignal liefert. Bei dieser erfindungsgemäßen An ordnung wird das Nutzsignal nicht oder nur unwesentlich durch Scherung und Torsionskräfte verfälscht.

Nach Weiterbildungen der Erfindung sind die induktiven Kraftsensoren im Inneren der Schubstange angeordnet. Bevorzugt sind die induktiven Kraftsensoren an Halteringen mit Montageaussparungen befestigt. Je nach Anwendungsfall können die Kraftsensoren innen oder außen an den zu ver messenden Fahrwerkabschnitten ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, die induktiven Kraftsensoren zur Fehlerkompensation an mehreren Fahrwerkab schnitten wie der Schubstange, dem Drehbalken paarweise auszubilden.

Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in der Zeich nung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung eines induktiven Kraftsensors nach der Erfin dung in bezug auf Halteelemente;

Fig. 2 eine Anordnung induktiver Kraftsensoren außen an der Schubstange eines Flugzeug-Fahrwerks;

Fig. 3 eine Anordnung induktiver Kraftsensoren im Inneren einer Schub stange des Fahrwerkes;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Schubstange mit Halteringen zur Auf nahme von induktiven Kraftsensoren;

Fig. 5 eine Anordnung induktiver Kraftsensoren am Drehbalken eines Vierradfahrwerkes; und

Fig. 6 eine Anordnung induktiver Kraftsensoren an der Schubstange eines Vierradfahrwerkes.

Fig. 1 zeigt einen induktiven Kraftsensor im Schnitt, der von zwei Halteelementen 2, 3 getragen wird. Der induktive Kraftsensor, be stehend aus einer Meßzunge 1 und zwei Sensorspulen 8, 9 ist zwischen den beiden Halteelementen 2, 3 angeordnet. Die Meßzunge 1 wird durch Haltearme 4 und die Sensorspulen 8, 9 durch Haltearme 5 getragen.

In Fig. 1 ist durch die Schnittdarstellung jeweils nur einer der beiden Haltearme 4, 5 erkennbar, die krallenartig ineinandergreifen und gleichzeitig die Sensorspulen 8, 9 bzw. die Meßzunge 1 tragen.

Die Halteelemente 2, 3 sind durch Querbohrungen 6 und Bolzen 11 mittels Schrauben 12 an Befestigungsaugen eines Fahrwerkabschnitts (in Fig. 1 nicht dargestellt) befestigt. Das von den Sensorspulen 8, 9 abgegebene Signal wird über einen elektrischen Anschluß 14 abgegriffen.

Erfindungswesentlich in Fig. 1 ist, daß die Achse der beiden Spulen 8, 9 in Richtung der Achse 10 angeordnet ist, auf der die Halteele mente 2, 3 liegen. In Fig. 1, 2 (3, 4) und 6 fällt die Achse der Spulen 8, 9 mit der Achse 10 gemäß Fig. 1 mit der Richtung der Kraft wirkung zusammen. Je nach Anwendungsfall kann die Spulenachse auch parallel zu der Achse 10 der Halteelemente 2, 3 verlaufen. Beim Stand der Technik verläuft die Spulenachse im Vergleich zu der Erfin dung senkrecht zu der Achse 10.

Die Erfindung kann an allen Ausführungsformen von Flugzeug fahrwerken zur Anwendung gelangen. Hierbei weist ein Vier radfahrwerk eine Schubstange und einen sogenannten Drehbal ken und ein Zweiradfahrwerk ebenfalls eine Schubstange auf, welche meßtechnisch gemäß der Erfindung genutzt werden kön nen (Fig. 2, 3, 5 und 6).

Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines Fahrwerkes. Die Räder 18 des Fahrwerkes sind über eine Tragstange 17 miteinander verbunden. An der Tragstange 17 greift die Schubstange 16 (Strut) des Fahrwerkes an. Die Schubstange 16 ist im Inne ren vorzugsweise und bekanntermaßen hohl und weist einen Hohlraum 19 auf. An der Schubstange 16 sind in dem in Fig. 2 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel radial nach außen ge richtete Befestigungsaugen 15 für die Kraftsensoren vorge sehen. D. h. Fig. 2 und 6 zeigt eine Ausführungsform der Außenmontage der induktiven Kraftsensoren. Die Kraftsenso ren sind mittels den Halteelementen 2, 3 an den Befesti gungsaugen 15 angeschraubt. Wie in Fig. 1 sind die indukti ven Kraftsensoren durch einen Faltenbalg 13 vor Umweltein flüssen geschützt.

Fig. 3 zeigt im Vergleich zu Fig. 2 und 6 die Innenmontage der induktiven Kraftsensoren. Erfindungswesentlich in bezug auf die Anordnung der induktiven Kraftsensoren nach Fig. 2, 3 und 6 ist, daß die Achse der beiden Sensorspulen in Rich tung der Achse 25 des Schubstange 16 verläuft. D. h. die Er findung ergibt sich durch Zusammenwirken der Anordnung, daß die Achse der Sensorspulen 8, 9 in Richtung der Achse 10 der Halteelemente 2, 3 verläuft (vgl. Fig. 1) und gleich zeitig in Richtung der Achse 25 der Schubstange 16 angeord net ist. Folglich verlaufen erfindungsgemäß die drei Achsen aus der Achse der Sensorspulen 8, 9, der Achse 10 der Hal teelemente 2, 3 und die Achse 25 der Schubstange 16 paral lel zueinander und fallen je nach Ausführungsbeispiel zu sammen. Ist ein Kraftsensor auf der Achse 25 (nicht darge stellt) der Schubstange 16 angeordnet, fallen alle drei Achsen zusammen.

Gemäß Fig. 3 sind die induktiven Kraftsensoren an eingear beiteten oder eingesetzten Halteringen 21 im Inneren der Schubstange 16 befestigt. Die Halteringe 21 sind in axialer Richtung, bezogen auf die Achse 25, mit Abstand angeordnet und nach der Ausführungsform nach Fig. 3 einstückig mit der Schubstange 16 verbunden. Die Schubstange 16 in Fig. 3 kann eine Schubstange eines Vierradfahrwerkes sein.

Fig. 4 zeigt die Halteringe 21 im Inneren der Schubstange 16 in der Draufsicht bzw. in einem Schnitt quer zu der Schubstange 16. Die Halteringe 21 weisen eine zentrische, großflächige Bohrung und radiale Montageaussparungen 23 auf, um die induktiven Kraftsensoren mit kleinen Durchmes sern einführen zu können und Werkstoffspannungen kleinzu halten. Die induktiven Kraftsensoren werden an den Halte elementen 2, 3 und zugehörigen Befestigungspunkten 22 mit Hilfe von Adaptern befestigt. Vorzugsweise liegt je ein Paar von Befestigungspunkten auf oder parallel zur Achse 24 der Tragstange 17 und einer Achse 26, die senkrecht zu der Achse 24 und zu der Achse 25 verläuft. Durch diese Anord nung werden Meßfehler durch Biegung eliminiert.

Die nach den Fig. 2, 3 und 6 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung stellen auf das Befestigen von vier indukti ven Kraftsensoren ab. Je nach Anwendungsfall können jedoch auch ein, bei Zentralbefestigung, oder zwei Kraftsensoren oder mehrere Kraftsensoren verwendet werden. Bei der Zen tralbefestigung hat der Sensor alle Freiheitsgrade der Meßunempfindlichkeit. Diese sind Torsion, Scherung und Bie gung. Bevorzugt arbeiten zwei gegenüberliegende Kraftsenso ren elektrisch zusammen, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß auftretende Meßfehler, die vom Durchbiegen der Schub stange 16 herrühren, gegenseitig aufhebbar und damit korri gierbar sind. Die erfindungsgemäße Anordnung der induktiven Kraftsensoren am Fahrwerk eines Flugzeuges kann unabhängig davon erfolgen, ob das Profil der Schubstange 16 zylin drisch ist. Vorzugsweise sind die induktiven Kraftsensoren, bezogen auf den Querschnitt der Schubstange 16, unter 180°- oder 90°-Winkeln angeordnet, wenn zwei oder vier Kraftsen soren Anwendung finden.

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung verläuft die Spulenachse, auf der die beiden Sensorspulen 8, 9 liegen, in Richtung der Achse 10 der Halteelemente 2, 3 und zusätz lich ist die Achse 10 der Halteelemente 2, 3 quer zur Kraftflußrichtung angeordnet, die an dem zu vermessenden Fahrwerksabschnitt wirkt. Hierdurch ist es möglich, die in duktiven Kraftsensoren erfindungsgemäß auch am Drehbalken eines Flugzeugfahrwerkes anzuordnen (Fig. 5). Zwar liegt auch in diesem Fall die Spulenachse parallel zu der Achse des Drehbalkens, doch wird das Nutzsignal aus dem Dehnungs- Stauchungsanteil einer Biegung in der Meßstrecke erzeugt. Hierbei wird der Vorteil ausgenutzt, daß bei Biegungen an dem Drehbalken das Meßsignal, das auf die Dehnung oder Stauchung zurückgeht, gegenüber dem Nutzsignal, das auf grund der Scherung entsteht, einen höheren Anteil aufweist.

Die induktiven Kraftsensoren können überall am Umfang eines Abschnittes des Fahrwerkes angeordnet werden, d. h. bevor zugt oben und/oder unten, jedoch nicht auf der neutralen Biegelinie, wenn der Dehnungs-Stauchungsanteil einer Bie gung ermittelt werden soll. Die induktiven Kraftsensoren können bei der erfindungsgemäßen Anordnung beliebig um die Achse 10 gedreht montiert werden, was die Einbaumöglichkei ten erhöht.

Bei einer senkrechten Anordnung oben und/oder unten an einem Biegebalken (z. B. Drehbalken eines Flugzeugfahrwer kes) hat der Sensor sein größtes Meßsignal und alle auf die Meßaufgabe bezogenen Freiheitsgrade der Meßunempfindlich keit. Dieses sind Torsion, Scherung und Querbiegung, wie sie bei Wendemanövern an Flugzeugfahrwerken entstehen.

Claims

1. Anordnung induktiver Kraftsensoren am Fahrwerk eines Flugzeuges, die aus zwei mit Abstand zueinander angeordne ten Halteelementen, die auf einer Achse liegen, einer Meß zunge, die von dem einen Halteelement getragen wird und zwischen den beiden Halteelementen angeordnet ist, und zwei mit Abstand auf einer gemeinsamen Spulenachse angeordneten Sensorspulen besteht, die von dem anderen Halteelement ge tragen werden und beidseitig zu der Meßzunge angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse, auf der die beiden Sensorspulen (8, 9) liegen, in Richtung der Achse (10) der Halteelemente (2, 3) verläuft, und daß die Achse (10) der Halteelemente (2, 3) in Richtung der Kraftfluß richtung angeordnet ist, die an dem zu vermessenden Fahr werkabschnitt wirkt.

2. Anordnung induktiver Kraftsensoren am Fahrwerk eines Flugzeuges, die aus zwei mit Abstand zueinander angeordneten Halteelementen, die auf einer Achse liegen, einer Meßzunge, die von dem einen Halteelement getragen wird und zwischen den beiden Halteelementen angeordnet ist, und zwei mit Abstand auf einer gemeinsamen Spulenachse angeordneten Sen sorspulen besteht, die von dem anderen Halteelement getragen werden und beidseitig zu der Meßzunge angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse, auf der die beiden Sensorspulen (8, 9) liegen, in Richtung der Achse (10) der Halteelemente (2, 3) verläuft, und daß die Achse (10) der Halteelemente (2, 3) quer zu der Kraftflußrichtung angeordnet ist, die an dem zu vermessenden Fahrwerkabschnitt wirkt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiven Kraftsensoren außen an der Schubstange (16), dem Drehbalken (27) bzw. der Radachse des Fahrwerks befestigt sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiven Kraftsensoren im Inneren der Schubstange (16) oder des Drehbalkens (27) am Fahrwerk befestigt sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft sensoren an zwei Halteringen (21) befestigt sind, die mit Abstand axial in der Schubstange (16) oder dem Drehbalken (27) angeordnet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteringe (21) bevorzugt radiale Montageaussparungen (23) aufweisen.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiven Kraftsensoren zum Aufbau eines gesamten Systems an Dreh balken (27) bzw. Schubstangen (16) der Fahrwerke innen oder außen befestigt sind.