DE722579C - Anordnung zur Bestimmung der an Koerpern auftretenden Kraefte und Momente nach mehreren Komponenten - Google Patents

Description

• Anordnung zur Bestimmung der an Körpern auftretenden Kräfte und Momente nach mehreren Komponenten Die gebräuchliche Art, Mehrkomponentenmessungen auszuführen, ist bis jetzt, Hlebel-bzw. Balkenwaagen zu verwenden. Der konstruktive Aufbau derartiger Waagen ist sehr kompliziert. Auch mit hydraulischen Meßkolben hat man Mehrkomponentenmessungen durchgeführt. Bei derartigen Anordnungen ist die Forderung, daß jeder einzelne Meßkolben über 6 Freiheitsgrade verfügt, im allgemeinen nur durch besondere Hilfseinrichtungen zu befriedigen. Lediglich bei den bekannten hydraulischen Meßdosen, bei denen eine Druckflüssigkeit durch einen ebenen Spalt austritt, ist sie ohne weitere Maßnahmen erfüllt, weil sie eine Verschiebung zwischen Ober- und Unterteil in bezug auf 5 Freiheitsgrade zulassen. Der 6. Freiheitsgrad ist durch die Wirkungsrichtung der Kraft senkrecht zur Spaltebene in der Meßdose festgelegt.
• Die zwei Verschiebungen in dieser Ebene sind durch die Seitenbeweglichkeit dter Meßdose gegeben. Eine Drehung um die Wirkungslinie ist in keiner Weise beschränkt.
• Aber auch Drehungen senkrecht zur Wirkungslinie sind um kleine Winkel möglich.
• Durch die an sich geringen Abmessungen dieser hydraulischen Meßdosen und durch den Fortfall aller Hilfseinrichtungen - zur Erreichung der erforderlichen Freiheitsgrade ermöglichen diese Meßdosen die Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung, welche gestattet, die Messungen der auf leinen Punkt bezogenen Kräfte und Momente völlig zu trennen.
• Der erwähnte geringe Raumbedarf der MeBdose ermöglicht nämlich eine Anordnung, bei der das Moment um einen bestimmten Punkt getrennt von den Kräften gemessen werden kann, während man les sonst meist aus verschiedenen Kraftmessungen durch Differenzbildung errechnen muß. Diese Trennung ist deshalb wichtig, weil das Moment vielfach sehr klein gegenüber den Kräften ist und daher bei der Berechnung aus Kraftdifferenzen nur sehr unsicher zu ermitteln ist. Diesen Nachteil vermeidet die Anordnung nach der Erfindung, indem die Kraftmeßdosen so gelegt werden, daß sich ihre Wirkungslinien im Momentenpunkt - schneiden, während die Wirkungslinie der Momentenmeßdose nicht durch diesen Punkt geht. Dadurch werden die Momenten dosen von den Kräften nicht beeinflußt, und bei geeigneter Anordnung der Momentendose werden auch umgekehrt die Kraftmeßdosen nicht von den Momenten beeinflußt.
• Als Beispiel sei diese Anordnung in Fig. 1 für eine Dreikomponentenwaage erläutert, bei der die Kräfte alle in leiner Ebene liegeil.
• Auf einen Körper wirkt leine Kraft, die man sich im Punkte P konzentriert denken kann, die sich in die beiden zueinander senkrechten Komponenten A und W zerlegen läßt, und ein Moment M um den Momentenpunkt P hat.
• Zur Messung der drei Größen A, W, M sind drei Meßdosen angeordnet, von denen zwei so liegen, dab ihre Wirkungslinien (Richtung der von den Meßdosen aufgenommenen Kräfte) sich im Punkte P schneiden. Da von den durch diese beiden Meßdosen aufgenommenen Kräften kein Moment auf den Punkt P ausgeübt wird, so kann das vorhandene Moment durch die dritte Meßdose unbeeinflußt durch die Kraftkomponenten gemessen werden. Sind die von Iden Meßdosen gemessenen Kräfte K1, K2, K3 und die Winkel ihrer Wirkungslinie mit der Richtung der A-Komponenten α1, α2, α3, so ergeben sich die Kraftkomponenten zu A = K1 cos α1 + K2 cos α2 - K3 cos α3 und W = K1 sin α1 - K2 sin α2 - K3 sin α3.
• Das Moment ergibt sich zu M = !C a, wobei a den Abstand des Punktes P von der Wirkungslinie der dritten Meßdose bezeichnet.
• Durch besondere Anordnung kann man den Zusammenhang zwischen den Meßdosenkräften und den Kraftkomponenten noch vereinfachen. Ordnet man z. B. die Meßdosen so an, daß α1=α2=α und α3=90°-α ist, so wird A = (K1 + K2) cos α - K3 sin α, W = (K1 - K2) sin α - K3 cos α.
• Macht man α1=α2=α und α3=90°, so geht K3 nur in die Komponente W, nicht aber in die Komponente A ein. Es ist A = (K1 + E2) cos a, W = (K1 - K.2) sin a.
• Umgekehrt verschwindet bei a3 =0 der Einfluß von K3 auf W.
• Schließlich kann die Erfindung noch dadurch weiter ausgestaltet werden. da 1?> die Momentenmeßdose durch zwei Meßdosen ersetzt wird, auf die gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete Kräfte wirken und demnach ein reines Moment übertragen wird. Auf diese Weise erhält man die Kraftkomponenten vollständig unabhängig von der Momentenmessung. Die Anordnung ist in Fig. 2 gezeigt Der Körper ist wieder durch die beiden Meßdosen K1 und K2 getragen, deren Wirkungslinien sich im Momentenpunkt P schneiden Zur Aufnahme des Moments dienen die beiden gleich großen Meßdosen K3 und , welche durch die Ölleitung L verbunden sind, so daß in beiden Dosen der gleiche Druck herrscht und somit die gleiche Kraft K3=K4=K erzeugt wird. Ist der Abstand der Wirkungslinien dieser beiden Meßdosen', so ist das Moment M=Kl. Die Wirkungslinien dieser beiden Meßdosen sind parallel zueinander und haben einen endlichen Abstand voneinander. Im übrigen ist die Lage beliebig Im allgemeinen Fall einer beliebigen Lage der zu messenden Kräfte im Raum braucht man 6 Komponenten, nämlich 3 Kräfte ulld 3 Momente. Analog zu den obigen Ausführungen müssen sich dann die Wirkungslinien der 3 Kraftmeßdosen im Momentenpunkt schneiden.
• Konstruktiv ergeben sich im Einzelfall verschiedene Vereinfachungen. So z. B. kann man einzelne Dosen zu Mehrfachdosen, wie sie bereits vorgeschlagen worden sind, zusammenziehen.

Claims (2)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Anordnung zur Bestimmung der an Körpern auftretenden Kräfte und Momente nach mehreren Komponenten mit hydraulischen Kraftmeßdosen, bei denen ein Druckmittel durch einen ebenen Spalt tritt, dadurch gekennzeichnet. daß die Wirkungslinien der Kräfte, die von den Kraftmeßdosen aufgenommen werden, sich alle in einem Punkt schneiden, während die Wirkungslinie der Momentenmeßdose nicht durch diesen Punkt geht.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ersatz der Momentenmeßdose durch zwei Meßdosen, auf -die gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete Kräfte wirken und demnach ein reines Moment übertragen wird.