CN101273206B - 用于线性致动器的外部机械互锁装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锁定机构，其可相对于线性致动器(6)的气缸(8)固定该线性致动器(6)的活塞杆(7)。此外，本发明涉及配备有这种锁定机构的线性致动器的应用以及具有至少一个配备有根据本发明的锁定机构的线性致动器的飞行器。本发明的锁定机构包括多个第一形状配合锁定元件(9)和至少一个第二形状配合锁定元件(4)，多个第一形状配合元件(9)沿纵向设置在气缸(8)的外周且彼此间隔一定距离，一旦激励线性致动器(6)，则至少一个第二形状配合锁定元件(4)与活塞杆(7)一起移动并因此移动过气缸(8)的一部分。至少一个第二形状配合锁定元件(4)可与位于气缸纵向上离散位置处的多个第一形状配合锁定元件中的一个以形状配合的方式接合，从而相对于气缸(8)固定活塞杆(7)。

Description

用于线性致动器的外部机械互锁装置

本申请要求2005年9月7日提交的美国临时专利申请No.60/714,807以及2005年9月7日提交的德国专利申请No.102005042510.0的优先权，其内容以参引方式结合入本文。

技术领域

本发明总体上涉及一种活塞气缸单元的设计布置。具体地，本发明涉及一种锁定机构，利用该锁定机构，相对于线性致动器的气缸固定线性致动器的活塞杆，因此，通过这种配备有锁定机构的线性致动器，飞行器的水平稳定器——例如水平尾翼——的倾斜位置可相对于飞行器主体变动。最后，本发明涉及一种飞行器，其配备有这种装备有根据本发明的锁定机构的线性致动器，由此，飞行器的例如水平尾翼的水平稳定器的倾斜位置可相对于飞行器主体变动。

背景技术

通常，可相对于飞行器主体配平其倾斜位置的飞行器尾翼通过梯形螺纹轴或滚珠丝杠来配平，以改变其相对于飞行器主体的倾斜位置。这种用于改变飞行器尾翼相对于飞行器主体的倾斜位置的致动器通常在航空航天技术中称作“可配平水平稳定器致动器”(简称THSA)，将在本发明中使用该术语。为了静态地保持住载荷，梯形螺纹轴构造成自锁的，而滚珠丝杠构造成是滞后的。

虽然将气压或液压活塞气缸单元用作可配平水平稳定器致动器是有利的，但是这通常是不可能的，因为在这种活塞气缸单元的压力供给中断的情况下，不再可能将载荷保持在位。尽管例如所谓的“Krüger致动器”的最终位置锁定机构是已知的，但是这种最终位置锁定机构不能够将活塞气缸单元固定在任意的位置上。此外，存在各种用于将活塞气缸单元保持在任意位置上的已知技术，然而这些系统通常是基于非形状配合连接，而是通过气缸内部中的摩擦耦联来实现——例如由H

nchen公司制造的所谓“H

nchen气缸”。

利用这种非形状配合的锁定机构，仅能够产生相对较小的静态保持力，其远小于由活塞气缸单元本身所产生的致动动力。因而，用于锁定线性致动器的已知解决方案仅能够将线性致动器安全地锁定在一个限定的位置上或者仅施加较小的保持力(例如通过非形状配合锁定机构)。

此外，由于已知的锁定机构方案设置于活塞气缸单元的内部，所以它们不能够被很好地检测或者根本无法检测。由于前述的缺点，活塞气缸单元不能被考虑用作可配平水平稳定器致动器。

发明内容

考虑到上述的缺点——其阻止了活塞气缸单元作为可配平水平稳定器致动器的使用，需要提供一种实施方案，其中例如活塞气缸单元的线性致动器能够可靠地用作可配平水平稳定器致动器。

如果本发明的内容中提到线性致动器，则其包括例如通过液压、气压或诸如由磁场产生的电能驱动的所有活塞气缸单元。特别地，线性致动器理解为液压缸或气压缸。

这种需要可通过一种锁定机构、通过使用配备有这种锁定机构的线性致动器、以及通过配备具有根据示例实施方式的锁定机构的线性致动器的飞行器来满足，利用该锁定机构，能够相对于线性致动器的气缸固定该线性致动器的活塞杆，通过使用配备有这种锁定机构的线性致动器，可以调整飞行器的例如水平尾翼的水平稳定器相对于飞行器主体的倾斜位置，通过配备具有根据示例实施方式的锁定机构的线性致动器的飞行器，可以调整飞行器的例如水平尾翼的水平稳定器相对于飞行器主体的倾斜位置。

根据第一实施方式，本发明的锁定机构可相对于线性致动器的气缸固定该线性致动器的活塞杆。根据第一实施方式的锁定机构包括多个第一形状配合锁定元件，所述多个第一形状配合锁定元件沿纵向设置在气缸的外周上并且彼此间隔一定的距离。锁定机构还包括至少一个第二形状配合锁定元件，当线性致动器被激励时，第二形状配合锁定元件与活塞杆一起移动，并移动过气缸的一部分。第二形状配合锁定元件与活塞杆的同时移动可通过将第二形状配合锁定元件至少间接地连接到活塞杆来实现。为了相对于气缸固定活塞杆，所述至少一个第二形状配合锁定元件形成为与位于气缸纵向上离散位置处的多个第一形状配合锁定元件中的一个接合。基于前述的第二形状配合锁定元件至少间接地连接到活塞杆的事实，由于获得的形状配合锁定，所以可以防止线性致动器的进一步操作，从而在线性致动器的能量供应中断情况下，可通过使用根据本发明的锁定元件将线性致动器保持在最后的固定位置上。

作为该第一实施方式的替代方式，还可以使所述关系逆转。在这种情况下，根据替代的第二实施方式，锁定元件包括至少一个第一形状配合锁定元件，该第一形状配合锁定元件设置在气缸的活塞杆出口区域处的外周上。锁定机构还包括多个第二锁定元件，当线性致动器操作时，第二锁定元件与活塞杆一起移动，从而经过第一形状配合锁定元件。

第二形状配合锁定元件与活塞杆的同时移动可通过将第二形状配合锁定元件至少间接地连接到活塞杆来实现。为了相对于气缸固定活塞杆，所述至少一个第一形状配合锁定元件构造成与多个第二形状配合锁定元件中的一个以形状配合的方式接合。由于前述的第二形状配合锁定元件至少间接地连接到活塞杆的事实，通过所获得的形状配合锁定，可防止线性致动器的进一步操作，从而在线性致动器的能量供应中断情况下，可通过使用根据本发明的锁定元件将线性致动器保持在最后的固定位置上。

上述的机械锁定元件能够用于所有类型的线性致动器，例如液压缸或气压缸或者电动的活塞气缸单元，其具有筒形形状且需安全地机械锁定在特定的离散位置处。尽管本发明的出发点在于实现这样的可配平水平稳定器致动器：其可将活塞气缸单元用作可配平水平稳定器致动器，当然地，根据本发明的锁定机构可以用于其它的飞行器控制致动器，例如用于襟翼、前缘缝翼或扰流器的致动器。此外，根据本发明的锁定机构可用于例如门驱动器的其它飞行相关应用。

随着根据本发明的锁定机构的发展，线性致动器(电动的、液压的或气压的)可用于全新的应用领域，使得能够将活塞气缸单元用作可配平水平稳定器致动器。由于机械锁定机构，在动力输入中断的情况下，线性致动器能够可靠地保持在最后的固定位置上，因为它可以不需要任何额外的能量，这将在下面更加具体地描述。与已知的非形状配合锁定机构不同，配备有根据本发明的锁定机构——锁定机构具有足够的尺寸——的线性致动器能够可靠地保持住其大小与由线性致动器本身产生的致动动力接近的载荷。

由于根据本发明的锁定机构有利地位于线性致动器和/或其气缸的外周上，所以可以检查、维护、测试并且如果必要的话可以容易地修理该锁定机构。在线性致动器的动力输入中断的情况下，由于锁定机构本身将力从气缸传递到活塞杆，所以可以构成第二载荷路径，在动力中断的情况下，线性致动器的载荷可经由第二载荷路径安全地传递。

下面，将解释首先描述的根据本发明的锁定机构的第一实施方式的特殊实施方式。明显地，通过较小的改变，这些特殊的实施方式能够以相似的方式应用于上述根据本发明的锁定机构的第二实施方式。

为了使至少一个第二形状配合锁定元件与多个第一形状配合锁定元件中的一个以形状配合的方式锁定，以能够采取锁定位置或解锁位置的方式设计至少一个第二形状配合锁定元件。在锁定位置时，至少一个第二形状配合锁定元件与多个第一形状配合锁定元件中的一个接合，而在打开位置时，中止所述形状配合锁定。

为了不必供应额外的动力来将至少一个第二形状配合锁定元件移动到其锁定位置，至少一个第二锁定元件可设计成产生总是试图将其从解锁位置移动到锁定位置的复位力。为了能够抵抗该复位力、从而使得至少一个第二形状配合锁定元件不会在任意时刻移动到其锁定位置，根据本发明的锁定机构还包括解锁致动器，该解锁致动器如此地设计和布置：通过激励解锁致动器，至少一个第二形状配合锁定元件抵抗复位力而保持在其解锁位置。

如前面建议的，在动力输入中断的情况下不需要额外的能量来激励锁定机构。这可通过下面的方式实现，其中通过与操作线性致动器的能量输入耦联的能量输入来执行解锁致动器的激励，这意味着在线性致动器的动力输入中断的情况下，至少一个第二形状配合锁定元件可由于其复位力移动到其锁定位置。在例如液压操作的线性致动器的情况下，可采用也是液压操作的解锁致动器，其中，两个致动器的输入如此地耦联：当线性致动器的主能量输入中断时，解锁致动器的能量输入也中断，导致在能量中断时至少一个第二锁定元件自动地移动到其锁定位置，从而锁住线性致动器的最后固定位置。

多个第一形状配合锁定元件的一个具体设计能够通过例如围绕气缸的外周侧的多个沟槽来实现。在此，多个沟槽能够一体地加工到气缸的外周侧中或者形成在独立的连接套管上，连接套管的内径与气缸的外径相匹配，使得连接套管能够附连到气缸上。

如前面解释的那样，至少一个第二形状配合锁定元件间接地附连到活塞杆，从而能够随其一起移动。该间接连接能够例如通过插入管来实现，该插入管连接到活塞杆的位于气缸外侧的端部并隔一定距离地同心地包绕活塞杆。该距离的大小设置成：当操作线性致动器时，气缸可插入到该一定距离中。为了相对于气缸固定插入管、并因此固定活塞杆，插入管在其与气缸重叠的区域中容纳至少一个第二形状配合锁定元件。在插入管与活塞杆的开口端之间的连接可如此地实现：插入管的一端具有封闭的前壁，所述活塞杆的开口端能够在该封闭前壁处附连到插入管的内侧，因此它们结合形成类似于钟罩。

至少一个第二形状配合锁定机构的一个简单设计可如此地实现：该形状配合锁定机构设计成弹簧垫圈夹，该弹簧垫圈夹的尺寸使得当弹簧垫圈夹处于锁定位置时其与多个沟槽中的一个以形状配合的方式锁定。可替代地，还可以将第二锁定机构设置成多个小活塞气缸单元，所述小活塞气缸单元例如设置在气缸的外侧、且它们的活塞杆在能量中断的情况下通过弹簧力的驱动而与气缸的沟槽接合。

为了将设计成弹簧垫圈夹的第二形状配合锁定元件结合到插入管内，可以在气缸与锁定机构重叠的区域中形成环形间隙，该环形间隙容纳处于解锁位置中的弹簧垫圈夹。

根据本发明的另一方面，意图将具有前述锁定机构的线性致动器用作可配平水平稳定器致动器。由于已知的用于线性致动器的互锁机构仅能够施加较小的保持力或甚至不能锁定在任意位置上，因此线性致动器的这种应用直到现在才是可能的。

根据本发明的另一方面，提供一种飞行器，其配备有设置了具有某些前述特征的锁定机构的至少一个线性致动器。

附图说明

下面，参照附图进一步解释本发明，附图仅代表本发明的一个示例实施方式，其示出：

图1是根据本发明的示例实施方式的锁定机构的分解图；

图2a示出经过活塞气缸单元的纵向截面图，所述活塞气缸单元配备有根据本发明的示例实施方式的锁定机构；

图2b以放大图示的方式示出图2a中的细节A；以及

图3示出根据本发明的示例实施方式的锁定机构沿图2a中的线B-B的横截面图。

在所有的附图中，相同或相应的元件标以相同或相应的附图标号。附图不是按照比例绘制的，但是可以示出定性比例。

具体实施方式

下面，通过液压线性致动器6示例地描述根据本发明的锁定机构，虽然本发明的功能原理能够相应地转用到具有筒形结构形状的气压或由其它任意装置操作的线性致动器。

下面参照包括的附图具体地解释本发明，其中以同样的方式参照所有的四幅附图1至3。使用根据本发明示例实施方式的锁定机构以相对于气缸8固定线性致动器6的活塞杆7。可在图2a中容易地识别出此种设计成液压活塞气缸单元6的线性致动器6。此处，液压活塞气缸单元6主要包括气缸8和活塞杆7，活塞杆7以可纵向重新定位的方式安置于气缸8中。通过加压气缸8的中空空间，活塞杆7以已知的方式纵向移动。如从图2a中可看到的、尤其从图2b可很好地看到的，连接套管例如通过夹具附连到气缸8的外周，该连接套管在其外周侧包括多个沟槽9，所述多个沟槽彼此间隔一定距离地纵向布置在气缸上。尽管在所示的示例中沟槽9设计成位于独立的连接套管上，但是明显地，沟槽9也能够直接结合到气缸8的外周中。

如图2b所进一步示出的，活塞杆7由所谓的插入管2同心地包绕，插入管2附连到活塞杆7的开口端。插入管2隔开一个距离地包绕活塞杆7，使得当激励活塞气缸单元6时气缸8能够插入到该距离中。

活塞杆7通过前壁11连接到插入管2，该前壁密封插入管2的端部，并且在前壁的延伸部中设计有用于联接活塞气缸单元6的凸耳12。

在插入管2的密封前壁11的端部处，设置有至少一个呈第二锁定元件4形式的主动锁定单元。

如从图1和图3中所能最佳地观察到的，在所示的示例实施方式中，至少一个第二形状配合锁定机构设计成弹簧垫片夹4，弹簧垫片夹4在其解锁位置中由环形间隙10容纳，环形间隙10形成在插入管2的开口端。该环形间隙10可例如由环形托架3形成，环形托架3能够例如螺纹连接到插入管2端部的加宽部上。弹簧垫圈夹4的内径大小如此地设计：使得在未张紧状态中——从而为其锁定位置——其内径基本上等于连接套管1的沟槽的内径。

为了不使具有根据本发明得锁定机构的活塞气缸单元永久地锁定，将小的解锁致动器5设置在弹簧垫圈夹4的开口端处，该解锁致动器耦联到动力源，该动力源又与操作活塞气缸单元6本身的动力源耦联。通过激励解锁致动器5，弹簧垫圈夹4抵抗其自身的复位力——该复位力总是试图将弹簧垫圈夹移动到其锁定位置——而保持在解锁位置，在该解锁位置中，弹簧垫圈夹4由环形间隙10容纳，从而实现活塞气缸单元6的自由操作。

当在某一时刻活塞气缸单元6的动力源中断的情况下，由于解锁致动器5的动力输入与活塞气缸单元6的动力输入之间的耦联，所以解锁致动器不再能够补偿弹簧垫圈夹4的复位力，导致弹簧垫圈夹4从其解锁位置移动到其锁定位置，在该锁定位置中，弹簧垫圈夹4与连接套管1的沟槽9中的一个接合，因此使活塞杆7相对于气缸8固定。相应实现的活塞气缸单元6的两个凸耳12之间的形状配合锁定连接将气缸安全地锁定并且提供了第二载荷路径以使得更加安全。

此外，应当指出，“包括”和“包括有”不排除其它的元件或步骤，“一”或者“一个”不排除多个的情况。此外，还应当指出，参照上面实施方式中的一个描述的特征或步骤还可以用来与上述其它实施方式的其它特征或步骤结合。权利要求中的附图标记不应解释为起限制作用。

附图标号列表

1    连接套管

2    插入管

3    环形托架

4    弹簧垫圈夹

5    解锁致动器

6    线性致动器

7    活塞杆

8    气缸

9    沟槽

10   环形间隙

11   前壁

12   凸耳

Claims (19)

1.一种锁定机构，其用于固定包括活塞杆(7)和气缸(8)的线性致动器，所述锁定机构包括：

多个第一形状配合锁定元件(9)，其沿纵向设置在所述气缸(8)的外周上并且彼此间隔一定距离，以及

至少一个第二形状配合锁定元件(4)，当激励所述线性致动器(6)时，所述第二形状配合锁定元件(4)与所述活塞杆(7)一起移动，由此移动过所述气缸的一部分，

其中，所述至少一个第二形状配合锁定元件(4)能与位于所述气缸的纵向上的离散位置处的所述多个第一形状配合锁定元件中的一个以形状配合的方式接合，从而相对于所述气缸(8)固定所述活塞杆(7)，

其中，所述多个第一形状配合锁定元件(9)由多个沟槽(9)形成，所述多个沟槽(9)包绕所述气缸(8)的外周侧，以及

其中，所述至少一个第二形状配合锁定元件(4)适于设置成弹簧垫圈夹(4)，所述弹簧垫圈夹(4)在其锁定位置中与所述多个沟槽(9)中的一个以形状配合的方式接合。

2.如权利要求1所述的锁定机构，

其中，所述至少一个第二形状配合锁定元件(4)适于或者采取锁定位置或者可替代地采取解锁位置，在所述锁定位置中所述至少一个第二形状配合锁定元件(4)与所述多个第一形状配合锁定元件(9)中的一个接合以形成形状配合锁定，在所述解锁位置中中止所述形状配合锁定。

3.如权利要求2所述的锁定机构，

其中，所述至少一个第二形状配合锁定元件(4)适于产生复位力，所述复位力试图将所述至少一个第二形状配合锁定元件(4)从所述解锁位置移动到所述锁定位置。

4.如权利要求3所述的锁定机构，还包括：

解锁致动器(5)，所述至少一个第二形状配合锁定元件(4)通过所述解锁致动器(5)的激励而抵抗所述复位力地保持在其解锁位置中。

5.如权利要求4所述的锁定机构，

其中，通过动力输入来执行所述解锁致动器(5)的激励，所述动力输入耦联到操作所述线性致动器(6)的动力输入，从而在所述线性致动器(6)的动力输入中断的情况下，由于所述复位力，所述至少一个第二形状配合锁定元件(4)移到所述锁定位置中。

6.如前述权利要求中任一项所述的锁定机构，

其中，所述多个沟槽(9)一体地形成于所述气缸(8)的外周中。

7.如权利要求1至5中任一项所述的锁定机构，

其中，所述多个沟槽(9)形成在独立的连接套管(1)中，所述连接套管(1)的内径与所述气缸(8)的外径相匹配，从而使所述连接套管(1)能够附连到所述气缸(8)。

8.如权利要求1所述的锁定机构，还包括：

插入管(2)，所述插入管(2)附连到所述活塞杆(7)的位于所述气缸(8)外部的一端，且以间隔一定的隔开距离的方式同心地包绕所述活塞杆(7)，

其中所述距离的大小确定为，一旦激励所述线性致动器(6)，则所述气缸(8)就插入所述隔开距离中，且其中在所述插入管(2)与所述气缸(8)重叠的区域中，所述插入管(2)于其内壁处容纳所述至少一个第二形状配合锁定元件(4)。

9.如权利要求8所述的锁定机构，

其中，所述插入管(2)包括位于一端处的封闭前壁(11)，所述活塞杆(7)通过所述封闭前壁(11)至少间接地连接到所述插入管(2)。

10.如权利要求8或9所述的锁定机构，

其中，所述插入管(2)在其与所述气缸重叠的区域中形成有环形间隙(10)，所述弹簧垫圈夹(4)容纳在所述环形间隙(10)中。

11.一种锁定机构，其用于固定包括活塞杆和气缸的线性致动器，所述锁定机构包括：

至少一个第一形状配合锁定元件，其设置在所述气缸的位于所述活塞杆出口区域处的外周上，

多个第二形状配合锁定元件，当激励所述线性致动器时，所述多个第二形状配合锁定元件与所述活塞杆一起移动并且因此经过所述第一形状配合锁定元件，以及

插入管，所述插入管附连到所述活塞杆的位于所述气缸外部的一端，且以间隔一定的隔开距离的方式同心地包绕所述活塞杆，

其中，所述距离的大小确定为，一旦激励所述线性致动器，则所述气缸就插入所述隔开距离中，以及

其中，所述至少一个第一形状配合锁定元件能够与位于所述活塞杆的纵向上的离散位置处的所述多个第二形状配合锁定元件中的一个以形状配合的方式接合，从而相对于所述气缸固定所述活塞杆，

其中，所述多个第二形状配合锁定元件由结合到所述插入管内周中的多个沟槽形成，以及

其中，所述至少一个第一形状配合锁定元件形成为弹簧垫圈夹，所述弹簧垫圈夹在其锁定位置中与所述多个沟槽中的一个以形状配合的方式接合。

12.如权利要求11所述的锁定机构，

其中，所述至少一个第一形状配合锁定元件适于或者采取锁定位置或者可替代地采取解锁位置，在所述锁定位置中所述至少一个第一形状配合锁定元件与所述多个第二形状配合锁定元件中的一个接合以形成形状配合锁定，在所述解锁位置中中止所述形状配合锁定。

13.如权利要求12所述的锁定机构，

其中，所述至少一个第一形状配合锁定元件适于产生复位力，所述复位力试图将所述至少一个第一形状配合锁定元件从所述解锁位置移动到所述锁定位置。

14.如权利要求13所述的锁定机构，还包括：

解锁致动器，所述至少一个第一形状配合锁定元件通过所述解锁致动器的激励而抵抗所述复位力地保持在其解锁位置中。

15.如权利要求14所述的锁定机构，

其中，通过动力输入来执行所述解锁致动器的激励，所述动力输入耦联到操作所述线性致动器的动力输入，从而在所述线性致动器的动力输入中断的情况下，由于所述复位力，所述至少一个第一形状配合锁定元件移到所述锁定位置中。

16.如权利要求11至15中任一项所述的锁定机构，

其中，所述插入管包括位于一端处的封闭前壁，所述活塞杆通过所述封闭前壁至少间接地连接到所述插入管。

17.如权利要求11至15中任一项所述的锁定机构，

其中，所述气缸在其与所述插入管重叠的区域中形成有环形间隙，所述弹簧垫圈夹容纳在所述环形间隙中。

18.线性致动器(6)作为可配平水平稳定器的致动器的应用，所述线性致动器(6)配备有如权利要求1至17中任一项所述的锁定机构。

19.一种飞行器，其具有至少一个用于配平飞行器稳定器的线性致动器(6)，其中，所述至少一个线性致动器配备有如权利要求1至17中任一项所述的锁定机构。

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