Elektronische Schwerpunktwaage

Konstruktion in FreeCAD
sauber definierter Auflagepunkt
hinterer Support optional höhenverstellbar
Anzeige und Bedienung über PC

Elektronische Schwerpunktwaage

Merkmale / Konstruktion / Software / Elektronik / Stückliste / Download

Für meine kleine Flotte von sehr unterschiedlichen Flugmodellen habe ich nach einer elektronischen Schwerpunktwaage gesucht. Natürlich habe ich mich gefragt, ob für 2-3 Einsätze im Jahr dieser Aufwand gerechtfertigt ist, aber der Komfort und der Spaß an der Sache haben zu einer klaren Entscheidung geführt. Leider konnten die mir bekannten DIY Bauvorschläge meine Anforderungen nur unvollständig erfüllen. Sie passten nicht auf die hohe Bandbreite von Rumpfbreiten, Flächentiefen und Gewichten meiner Flotte. Dazu hatte ich einen DIY Bauvorschlag probehalber mal nachgebaut und nennenswerte Probleme mit der Reproduzierbarkeit der Messergebnisse gesehen. Das lag nach meiner Analyse im Wesentlichen an der Konstruktion der Aufhängung der Auflagepunkte, die sich nicht reibungsarm an die Tragflächen der Flieger anpassen konnten. Dazu war keiner der Bauvorschläge in der Lage, den Schwerpunkt der Flieger in Fluglage zu bestimmen. Das mag bei extrem schlanken Rümpfen mit direkt gesteckten Flächen wie bei F3J etc. kein Problem sein, aber bei vielen originalgetreuen Fliegern führt das zu nennenswerten Fehlern. Und da ich sowieso neue Aufnahmen für meine Flieger konstruieren musste, habe ich mich entschlossen, den vollständigen Aufbau neu zu konstruieren und die oben besprochene Verbesserungen dabei umzusetzen.

Wesentliche Merkmale:

    • parametrische Konstruktion mit FreeCad (Anpassungen über ein Tabellenblatt)
    • Für Flächentiefen von 120mm bis >300mm anpassbar
    • Offene Breite zwischen den Stützen 30mm bis >150mm
    • Offene Höhe der Stützen 30mm bis >100mm
    • Lastaufnahmepunkte auf Kugelköpfen gelagert
    • hintere Stützen optional einzeln höhenverstellbar für Schwerpunkt in Fluglage und Toleranzausgleich
    • Spannungsversorgung über USB
    • Anzeige auf dem PC / Laptop
    • Wägezellen einzeln kalibrierbar
    • hohe Wiederholgenauigkeit der Schwerpunktmessung (0,2mm)
    • maximale Last >5kg
    • Kosten insgesamt < €30,-

Mechanische Konstruktion

Die Konstruktion habe ich mit FreeCAD durchgeführt. Und da die wesentlichen Kenngrößen parametrisch konstruiert sind, können die meisten Anpassungen an das eigene Flugzeugarsenal auch vom CAD Anfänger durchgeführt werden. Es müssen nur in der Konstruktion die Parameter in einer Tabelle (Spreadsheet) geändert werden. Die 3D-Konstruktion ändert sich dann automatisch. Danach wird die .stl Datei erzeugt und damit geht man dann in seinen Slicer und Drucker - fertig. Damit kann man den Abstand der Auflagepunkte und die offene Breite und Höhe für den Rumpf an seine Anforderungen anpassen. Wer möchte, kann auch noch die Stabiltät des Aufbaus über die Stärke und Breite der Arme beeinflussen.

   2022 01 18 11 20 22 FreeCAD 0.19
 SPuWa Assemby FreeCAD 0.19  2022 01 18 11 21 22 FreeCAD 0.19  2022 01 18 11 23 52 FreeCAD 0.19

 

Windows Software

Der Arduino Nano sendet die 24Bit Rohdaten mit einer Frequenz von ca. 10Hz über USB an den PC. Alles andere erledigt die Windows Software. Die Suche nach dem richtigen COM-Port passiert automatisch. Die beiden Wägezellen lassen sich einzeln kalibrieren. Am besten mit dem gleichen Gewicht in der Nähe der maximalen Last. Vorher sollte man den Nullpunkt setzen. Damit die Waage wirklich präzise arbeitet, muss sie sich einige Stunden aklimatisieren, bis der Nullpunkt nicht mehr wegläuft. Bei einer Auflösung von 100mg kann man das gut beurteilen.

 SPuWa

 

 

Elektronik

Die Elektronik ist durch den Verzicht auf Display und Bedienelementen extrem einfach. Die HX711 Module werden mit den Wägezellen mitgeliefert. Man braucht nur noch eine Arduino Nano V3.

Aufbauen kann man das auf einer Lochrasterplatine mit 5mm Abstandshaltern als Füße. Mit einem Arduine auf Pfostenleisten hat man genau die Höhe des Ausschnitts für die USB Buchse im Gehäuse.

Die Spannungsversorgung erfolgt über den USB-Anschluss.

 

SchwerPunktWaage Schaltplan  DSC02151 

 

Stückliste

 Bezeichnung

 Menge

 Bemerkung

 Aihasd Digitale Wägezelle Gewichtssensor 3KG + HX711
 2 Stk  
 Arduino Nano V3  1 Stk  
 Gummifüße selbstklebend  4 Stk  
 Senkkopfschraube M4x15mm  4 Stk  
 Senkkopfschraube M5 x 45mm  4 Stk  
 Rundstab 4mm
 2 Stk  
 Messingrohr 5x4.1  4 Stk  nur mit Höhenverstellung
 Gewindestange M4  2 Stk  nur mit Höhenverstellung
 Rändelrad M4xD17  2 Stk nur mit Höhenverstellung
Gummifüße selbstklebend  4 Stk  

 

Download

Und hier gibts nun alles, was man zum Nachbau braucht:

 Bauteil  Typ  
Basis .stl Slicer
Basis_Deckel .stl Slicer
Basis_Abdeckung .stl Slicer
FrontSupport .FCStd FreeCAD
BackSupport .FCStd FreeCAD
BackSupportVar .FCStd FreeCAD
BackSupportVarAufsatz .FCStd FreeCAD
PadKugelkopf .FCStd FreeCAD
Arduino Firmware .elf Microchip Studio
Arduino Firmware .hex Programmer
SPuWa für Windows  .zip Windows Installer