Kraftmessung

Der chaotische Hauptfaden

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Kraftmessung

Beitragvon stinkstiefel » Mi 9. Aug 2017, 10:55

hi, ich suche nach einer möglichkeit, kurzfristig an günstige druckkraftmesssensoren (messbereich bis 400 500 N, toleranz mehr oder weniger egal) zu kommen. ich will mir ein paar messschuhsohlen zur aufnahme der betätigungskräfte von seitenruderpedalen beim segelflugzeug bauen. sprich, zwei platten mit 2 3 sensoren dazwischen und nach außen einer verschraubung als anschlag, zum an den fuß schnallen. jetzt bin ich allerdings erst recht spät dazu gekommen, mich mit dem projekt zu befassen und brauche das material bereits kommenden montag, womit die 5€ sensoren aus china schon mal weg fallen. also klein, billig und dann auch noch möglichst schnell :p
eine idee war, eine elektrische personenwaage zu fleddern, da ist allerdings die frage in wiefern sich die kraftaufnehmer da zerstörungsfrei bergen lassen... habt ihr vielleicht noch andere ideen oder hinweise? danke schonmal

gruß stinkstiefel

EDIT: ähm sorry fürs posten im falschen bereich, kann den beitrag bitte jemand verschieben? (allgemeine diskussion?)
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Re: Kraftmessung

Beitragvon RMK » Mi 9. Aug 2017, 12:22

hol Dir doch so eine 12-EUR-Waage im nächsten Mediamarkt und schraub das Ding auf, dann kannst
es einschätzen. Sollte aber relativ gut machbar sein.
Vorsicht, manche Waagen haben nur eine Mechanik drin, die das Gewicht in eine Drehbewegung
einer Zahnscheibe umwandeln und dann mittels Lichtschranke zählen.... :)

andere Möglichkeit: zwei dieser "Kofferwaagen" an die Pedale hängen und fest irgendwo am Gestänge
antüdeln, dann gibts halt keine computergesteuerte Auswertung, sondern nur das "ablesen und aufschreiben" :)

http://www.ebay.de/itm/Digitale-Kofferw ... 2781924551
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Re: Kraftmessung

Beitragvon ludwig » Mi 9. Aug 2017, 12:32

Das Problem ist, dass man an den Pedalen bzw. am Gestänge nichts verändern darf, man also auch keine Kofferwaage einhängen kann, weil das ein Eingriff in die Steuerung wäre. Deswegen kam uns die Idee mit den "Doppelten Schuhsohlen", weil das keine Veränderung am Flugzeug ist sondern nur eine am Piloten :D
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Re: Kraftmessung

Beitragvon Bastelbruder » Mi 9. Aug 2017, 12:44

Problem sind die Ankerpunkte der notwendigen Mechanik. dann wird die Schuhsohle gleich mal ziemlich dick.

Es gibt doch diesen schwarzen Schaumstoff zum ESD-Schutz, nicht die graphitbeschichtete PU-Bröselvariante sondern der durchgängig schwarze PE/PP-Schaum. Der dürfte als druckabhängiger Widerstand mit etwas Litzendrahtgeflecht (darüber noch eine Selbstklebefolie) auf beiden Seiten ziemlich reproduzierbare Werte absondern. Vielleicht paßt das sogar IN die Schuhe.
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Re: Kraftmessung

Beitragvon ludwig » Mi 9. Aug 2017, 14:38

Hm das klingt sogar ganz witzig. Wie sieht das mit der Temperaturabhängigkeit bzw mit anderen potenziallen Störfaktoren von dieser Meßmethode aus? Könnte sich der Schaumstoff nicht durch einmaliges applizieren eines Druckes dauerhaft verformen?
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Re: Kraftmessung

Beitragvon Robert » Fr 11. Aug 2017, 10:55

Wie siehts aus mit Dehnungsmessstreifen direkt auf das Gestänge geklebt?
Müsste man einmal kalibrieren, sollte dann aber sehr zuverlässige Messwerte liefern.
Ob das eine graviernde Änderung am Lfz. ist weiß ich nicht, die Dinger werden aber alle Nase lang an verschiedene Flugzeugteile geklebt.
Zumindest lassen sie sich spurlos wieder zurück bauen.

Wozu sollen die Messwerte eigentlich dienen? Evtl. reicht es ja die Auslenkung und den Staudruck zu messen und mit Wissen über das Ruder die Kraft die auf es wirkt auszurechnen. Betätigungskraft folgt dann über die Übersetzung der Züge.
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Re: Kraftmessung

Beitragvon stinkstiefel » Do 17. Aug 2017, 00:20

hi,

also DMS auf dem gestänge wären halt wieder eine bauliche veränderung an der steueranlage(soweit mir bekannt ist) und sind an und für sich kein problem, müssen aber zugelassen werden. und ja, anhand von ruderausschlag und flugzustand könnte man das rudermoment und daraus die wirkenden kräfte berechnen, da die rudermomente für verschiedene anstell- und schiebewinkel des seitenruders bekannt sind. ziel der ganzen übung ist allerdings mal zu schauen, welche betätigungskräfte denn überhaupt so in einem normalen flug auftreten. dafür müsste man entweder zu jedem zeitpunkt die anströmverhältnisse und den genauen seitenruderausschlag kennen(vllt über drehpoti am ruder, wäre dann aber halt auch wieder gefrickel am flugzeug selbst) oder aber die kräfte direkt an den pedalen messen.

wir haben es letztendlich so in etwa gemacht, wie von bastelbruder vorgeschlagen. pro pedal 3 platinen, zwischen zweien je eine lage schaum, die kontaktflächen und schaum je als veränderlicher widerstand in einer wheatstonebrücke verdrahtet und die oberste platte kann dann mittels eines riemens oder so am fuß befestigt werden. zur schaltung selbst müsste ludwig was sagen, da ich mich mit der eigentlichen elektrotechnik nicht so auskenne.
habe das ding heute morgen mit gewichten kalibriert. der effekt ist vorhanden und grundsätzlich auch brauchbar deutlich, messbare spannungsänderungen ergeben sich zwischen 10 und 40 kg was auch der interessante bereich ist. allerdings treten nach starker belastung des schaums deutliche hysteresen der spannung über der aufgebrachten kraft auf, außerdem ist die spannungsänderung zeitabhängig, wahrscheinlich weil sich der schaum bei belastung langsam weiterstaucht, sodass man bei einer bestimmten kraft eine degressiv wachsende spannungs-zeit-kurve hat. nichtsdestotrotz werden wir die dinger mal ausprobieren, wir haben ja sowohl optische auswertung über ein lcd display, als auch eine SD karte, auf der der ganze spaß für nachträgliche auswertung mitgemeiselt wird, und schauen mal, was der aufbau taugt.
vielen dank für eure tipps!

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Re: Kraftmessung

Beitragvon stinkstiefel » Do 17. Aug 2017, 00:21

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Re: Kraftmessung

Beitragvon Geistesblitz » Do 17. Aug 2017, 01:13

Wie siehts aus mit Piezoelementen? Da gehen vielleicht schon die flachen Billigsummer aus Grußkarten, bei Ebay oder so sollte man doch mit sowas zugeschmissen werden, oder?
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Re: Kraftmessung

Beitragvon ludwig » Do 17. Aug 2017, 01:24

Die Elektronik ist an sich unspektakulär. Wir haben halt zwei kraftabhängige Widerstände mit zwei 1kOhm Widerständen zu ner wheatstoneschen Meßbrücke verwurstet an der ein Differenzverstärker hängt, der das Ergebnis wiederum in den ADC eines Arduino Nano kotzt. Ein wenig nervig war halt die Dimensionierung des meßverstärkers, weil sich der Widerstand des Kraftsensors über mehrere Dekaden, also von mehreren Megaohm im Ruhezustand über mehrere 100kOhm bei wenig Kraft bis zu 10 Ohm bei richtig viel Kraft bewegt. Experimente mit einem Logarithmierer haben leider auch nicht die entsprechenden Ergebnisse geliefert.

Ich finde es interessant, dass es funktioniert, ich bin auch überrascht, dass es besser funktioniert als gedacht, aber brauchbar messen kann man damit wahrscheinlich nicht so richtig.

@Geistesblitz: Gaben Piezoelemente auch bei statischen Lasten eine Kraft aus oder nur bei Änderung der Kraft?
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Re: Kraftmessung

Beitragvon sysconsol » Do 17. Aug 2017, 07:18

Zuverlässig nur bei Änderung.
Da so ein Piezo ja ein Kondensator ist, bleibt die Spannung stehen.
Allerdings sollte man sich darauf eben nicht verlassen -> Entladung.
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Re: Kraftmessung

Beitragvon Bastelbruder » Do 17. Aug 2017, 07:44

Megohm ohne Last - da hat die Kupferelektrode auf Grund von Luftblasen einfach keine Verbindung zum Schaum. Deshalb habe ich Metallgeflecht mit drübergelegter Klebefolie empfohlen. Nach kurzer Belastung bleibt die Verbindung bestehen.

Die Ladungsverstärker von Piezosensoren müssen regelmäßig genullt werden weil selbst bei allerteuerster Profitechnik Zeitkonstanten im Minutenbereich auftreten. Auch wird völlig konstante Temperatur während des Meßzyklus vorausgesetzt. - Piezos sind sehr steif und deshalb in Maschinen an fast beliebiger Position einbaubar. Aber für statische Kraftmessung vollkommen ungeeignet.

Das andere Problem bei unserer speziellen Anwendung ist die mechanische Bauhöhe aller Wiegesensoren, da müssen verwindungssteife Platten mit irgendeiner Hebeltechnik verwurstet werden...

Noch eine Idee: Zwei Kondensatorplatten (Platinenmaterial sollte gehen) mit irgendwelchen isoliert angebrachten Federn dazwischen. Kapazitätsmessung ist mit Mikroprofessoren ohne zusätzliche Elektronik ebenfalls möglich. Das Problem sind die Federn.
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Re: Kraftmessung

Beitragvon ferdimh » Do 17. Aug 2017, 11:21

Druckluft?!
Also:
die aufgedoppelte Schuhsohle bekommt ein Luftpolster zwischen Schuh und neuer Sohle, der Druck des Polsters wird gemessen? Alternativ kann man den Stunt sicher auch mit Hydraulik reißen, das federt weniger...
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Re: Kraftmessung

Beitragvon sysconsol » Do 17. Aug 2017, 11:26

Wiegesensoren - da kann man doch aus geeignetem Material eine Platte fräsen, wo man einen Steg für einen DMS hat.
Die Platte liegt auf dem Pedal, der Schuh drückt mit einem kurzen Stößel auf den Steg.

Aber ein Wasserkissen zur Druckmessung klingt besser.
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Re: Kraftmessung

Beitragvon Geistesblitz » Do 17. Aug 2017, 15:45

Ich hab noch die ganze Elektronik aus einer Personenwaage herumliegen, mit vier Sensoren. Das sind so runde Metallteile, die wie eine sehr steife Feder wirken und Dehnmessstreifen angeklebt haben. Würde sowas vielleicht helfen?
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Re: Kraftmessung

Beitragvon ludwig » Fr 18. Aug 2017, 00:34

Joa im Nachhinein hätte man da noch mehr draus machen können. Allerdings ist der Kollege Stinkstiefel nach dem Tipp mit dem ESD Schaum vom Bastelbruder mit dem Kopf durch die Wand gerannt. Ich bin mal gespannt, ob er brauchbare Messwerte aus dem Verhau bekommt.

Geistesblitz, genau so was hätten wir wohl gebraucht, aber jetzt ist zu spät, die sind heute schon mit dem gepfuschten Verhau los gefahren.
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Re: Kraftmessung

Beitragvon Geistesblitz » Fr 18. Aug 2017, 12:01

Naja, aber vielleicht für das nächste Mal? Könnte wetten, dass die ESD-Schaumlösung auf Dauer nicht so der Bringer ist, vielleicht zerbröselt das Zeug schon bald. Ich kann das ganze Zeug ja einfach mal mitbringen, wenn ich das nächste Mal oben bin.
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Re: Kraftmessung

Beitragvon ludwig » Mo 21. Aug 2017, 13:21

Ich weiß nicht, ob es eine Fortführung des Ganzen nächstes Jahr gibt. Das ganze Geraffel ist ja des Genossen Stinkstiefels Beitrag zum Idaflieg-Sommertreffen auf dem Akademische Fliegergruppen in Zusammenarbeit mit dem DLR Freiflugmessungen (und getränkebasierte Vernetzung) Durchführen.

Ob nächstes Jahr noch mal so Messflüge zu diesem Thema geplant sind, weiß ich nicht... Vielleicht möchte der Kollege hier mal berichten. Ich wäre auch gespannt ob die zusammengepfuschte Kraftmeßzelle zusammen mit meinem Drahtverhau brauchbare Ergebnisse gebracht hat...
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Re: Kraftmessung

Beitragvon Harley » Mo 21. Aug 2017, 20:38

Hi,

Kraftmessung leichtgemacht:

Eine Messzelle vom Chinesen (die hier geht bis 10Kg, gibts auch größer) für 7.-€:
Bild->zoom

Einfach zwischen zwei Aluplatten mit einem HX711 Messwandler gespaxt:
Bild->zoom

Edit: ja, meine Fräse hat Wellen gemacht... ist aber schon gefixt! :mrgreen:

Dann noch nen Arduino und zwei Bibliotheken (HX711 und fürs Display):
Bild->zoom

Anzeige in Newton, geht wenn man will auf 2 Stellen hinterm Komma genau ...

Nochmal Edit: noch nen OpenLog Datenlogger auf Micro-SD (4.-€), dann kann man gleich eine CSV Datei schreiben.
Der HX711 macht im Fast-Modus 80 Messwerte pro Sekunde.
Bild->zoom


Gruß, Harley
Zuletzt geändert von Harley am Mo 21. Aug 2017, 20:49, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Kraftmessung

Beitragvon Bastelbruder » Mo 21. Aug 2017, 20:43

Den Brocken mit Kövulfix unter die Schlappen bäppen und mit Higheels in den Steuersitz klettern... :shock:
Irgendwie hab ich mir das Thema Luftfahrt etwas anders vorgestellt. Werde bei meinem nächsten Flugplatzbesuch mal auf das allgemein verwendete Schuhwerk achten.
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Re: Kraftmessung

Beitragvon Harley » Mo 21. Aug 2017, 20:51

Das ist ja nur eine Designstudie ... :lol:
Kann man sicher auch filigraner aufbauen :ugeek:
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Re: Kraftmessung

Beitragvon bastelheini » Mo 21. Aug 2017, 21:07

Hey Ho, kannst du mal die Bezugsquelle für den Logger durchgeben? Danke!
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Re: Kraftmessung

Beitragvon ludwig » Mo 21. Aug 2017, 23:33

Harley, GENAU so eine Anordnung mit der Kraftmeßzelle war da ja mein feuchter Traum. Es scheiterte nur daran, dass wir erst kurz vor knapp angefangen haben uns überhaupt darüber Gedanken zu machen, sodass die Kraftmeßzellen vom Chinesen nicht rechtzeitig angekommen wären.

Und nein, normalerweise klettert man nicht mit derart modifizierter Kleidung in Flugzeuge. So was macht man tatsächlich nur, wenn man in Zusammenarbeit mit dem DLR an fliegendem Gerät rum misst um Erkenntnisse für neue (Segel-)Flugzeugprototypen zu sammeln. Und um euch zu beruhigen: Diese Meßaufbauten werden von Prüfern des Luftfahrtbundesamtes vorher geprüft.
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Re: Kraftmessung

Beitragvon Nello » Mo 21. Aug 2017, 23:54

ludwig hat geschrieben:Und um euch zu beruhigen: Diese Meßaufbauten werden von Prüfern des Luftfahrtbundesamtes vorher geprüft.

Oha! Das ist ja mal richtig Ernst! Ich will natürlich Fotos von dem Flieger!
Aber im Ernst: Ich verstehe nicht, wieso man sich um den Kraftaufwand an diesen beschissenen Hakenpedalen Gedanken macht, die man aus dem Fußgelenk bedienen muss. Statt dessen wieder die Old-School-Pedale a la Schleicher einzuführen, die man aus dem Knie heraus richtig treten konnte, wäre ergonomisch um Klassen besser. Ein bisschen mehr Kraft ist dann gar kein Thema mehr.
Ja, braucht mehr Platz. Aber das ist dann eben die Herausforderung an den Ingenieur. Oder Bastler ...
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