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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für Landeklappen
und/oder Vorflügel
eines Flugzeugs, und insbesondere eine Bremseinheit eines Antriebssystems
für Landeklappen
und/oder Vorflügel
zum Festhalten eines Antriebselements.
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Bei
solchen Antriebssystemen ist es wichtig, hohe Lastspitzen auch bei
Fehlfunktionen zu vermeiden, wozu entsprechende Schutzvorrichtungen
vorgesehen sind. Die Schutzvorrichtungen sind notwendig, um im Fehlerfall
einer Blockierung einer Landeklappe, eines Klappenantriebs oder
bei einem Klemmfall im leistungsübertragenden
Antriebsstrang den Aufbau hoher Drehmoment- oder Stellkraftspitzen
zwischen der Blockierstelle und der zentralen Antriebseinheit zu
unterbinden.
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Die
unerwünschten
Belastungsspitzen entstehen dabei zu einem wesentlichen Teil durch
die Verzögerung
der Massenträgheitsmomente
von schnelldrehenden Antriebselementen, wobei die größten Energieanteile
von den elektrischen oder hydraulischen Antriebsmotoren eingebracht
werden. Deshalb ist es wichtig, gerade den Energieeintrag der Antriebsmotoren
in einem Fehlerfall möglichst
klein zu halten.
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1 zeigt
in einem Prinzipschaubild eines Antriebssystems mit Schutzvorrichtungen
nach dem Stand der Technik:
Das Antriebssystem umfasst dabei
eine zentrale Antriebseinheit 31, welche über eine
Zentraltransmission 32 mit einem Verteilergetriebe 33 verbunden
ist. Von diesem verzweigt der Leistungsfluss in den linken und den
rechten Halbflügel
durch die Transmissionswellen 35 zu den Abzweiggetrieben 36.
Diese leiten die Antriebsleistung weiter zu den Aktuatoren 38,
welche die rotatorische Bewegung in translatorische Bewegung umsetzen
und über
die Führungsgetriebe 39 die
Landeklappen oder Vorflügel 40 verstellen.
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Als Überlastschutzvorrichtung
sind nun zwischen den Abzweiggetrieben 36 und den Aktuatoren 38 sogenannte
Stationsdrehmomentbegrenzer 37 installiert, die bei einem
Lastanstieg auf ca. 130% der für
diese Station definierten Betriebslast mechanisch ausgelöst werden
und einen weiteren Anstieg der Last dadurch verhindern, dass die
von der zentralen Antriebseinheit 31 weiter zugeführte Antriebsleistung auf
die Struktur abgeleitet wird. Die Funktion solcher Drehmomentbegrenzer
ist dem Fachmann bekannt und wird deshalb hier nicht weiter beschrieben.
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Nach
dem Ansprechen eines Drehmomentbegrenzers ist eine weitere Bewegung
der Transmission unterbunden und die zentrale Antriebseinheit 31 wird
abgewürgt.
Dabei wird der leistungsführende Strang
bis zum aktiven Drehmomentbegrenzer mit dem Abwürgemoment der Antriebseinheit 31 belastet.
Da der Vorgang des Abbremsens innerhalb weniger Millisekunden erfolgt,
entstehen zusätzlich
erhebliche Beschleunigungsmomente. Die dabei entstehenden summierten
Momentspitzen können
bis zum 2,5-fachen des normalen maximalen Betriebsmoments ansteigen.
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Um
eine weitere Verringerung der Bauteilbelastung zu erreichen, sind
zusätzlich
Halbflügeldrehmomentbegrenzer 34 zwischen
dem Verteilergetriebe 33 und den ersten Abzweiggetrieben 36 angeordnet.
Diese werden ausgelöst,
wenn das Drehmoment des Transmissionsstrangs ca. 130% des Betriebsmomentes
des Halbflügels
erreicht. Damit ist der Teil der Transmission zwischen Halbflügeldrehmomentbegrenzer 34 und
dem aktivierten Stationsdrehmomentbegrenzer vor dem Abwürgemoment
und den dynamischen Lastspitzen der Antriebseinheit geschützt.
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Bei
bekannten Antriebssystemen weisen die Antriebsmotoren zudem eine
Bremse auf, welche zum Positionieren in den gewünschten Systempositionen gesetzt
wird und die Abstützung
der auf das System einwirkenden Luftlasten übernimmt. Die Bremsen sind
dabei sogenannte Power-Off-Brakes, das heißt sie werden durch elektrische
oder hydraulische Energie geöffnet
und durch integrierte Federn gesetzt.
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Z.
B. kann die zentrale Antriebseinheit zwei solche Antriebsmotoren
mit jeweiligen Bremsen umfassen, welche ihre Antriebsenergie in
ein drehzahl-summierendes Differentialgetriebe übertragen.
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Die
Bremsen haben neben der Systempositionierung noch die Aufgabe, im
Falle eines durch eine fehlerhafte Motoransteuerung ungewollt anlaufenden Motors
diesen durch ein ausreichend hohes Bremsmoment festzuhalten. In
der Regel sind die Bremsen deshalb für ein Bremsmoment von 1,5 bis
2 mal Antriebsmoment ausgelegt.
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Mit
solchen bekannten Systemen entstehen jedoch weiterhin unerwünscht hohe
Belastungsspitzen, insbesondere im Bereich zwischen Antriebsmotor
und Halbflügeldrehmomentbegrenzern.
Hierdurch müssen
die Systemkomponenten bis zu diesen Punkten entsprechend massiv
und damit schwer ausgeführt
werden. Zudem ergibt sich eine Vielzahl von Komponenten, welche
ebenfalls das Gewicht und die Kosten erhöhen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile der Systemtopologie
nach dem Stand der Technik, insbesondere den hohen Energieeintrag
durch die Motoren, durch eine verbesserte Topologie, insbesondere
eine weiterentwickelte Bremseinheit des Antriebssystems, zu eliminieren.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe von einer Bremseinheit eines Antriebssystems für Landeklappen
und/oder Vorflügel
eines Flugzeuges zum Festlegen eines Antriebselementes nach Anspruch
1 gelöst.
In die erfindungsgemäße Bremseinheit
ist dabei ein mechanisch betätigter
Drehmomentbegrenzer integriert. Hierdurch werden im Blockierfall
die aus den Massenträgheitsmomenten
der Antriebsmotoren resultierenden Momente, plus das Abwürgemoment, von
den Bremsen aufgenommen, so dass sie nicht mehr auf die Bauteile
der Transmission und die Strang- und Abzweiggetriebe hinter der
Bremseinheit wirken.
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Hierzu
ist die Bremseinheit vorteilhafterweise wie schon im Stand der Technik
direkt hinter den zentralen Antriebsmotoren angeordnet. Zusätzlich zum
Abstützen
der auf das System einwirkenden Luftlasten sowie dem Festhalten
des Motors bei einer Fehlansteuerung dient die erfindungsgemäße Bremseinheit
nun auch als Drehmomentbegrenzer, welcher die nachgeschalteten Bauteile
des Antriebsstrangs schützt.
Mit einer solchen erfindungsgemäßen Anordnung
kann das Momentniveau im Klemmfall soweit abgesenkt werden, dass
die Halbflügeldrehmomentbegrenzer
entfallen können.
Auch kann der Transmissionswellenabschnitt zwischen der zentralen
Antriebseinheit und der Position der Halbflügeldrehmomentbegrenzer auf
ein deutlich niedrigeres Moment ausgelegt werden. Die erfindungsgemäße Systemtopologie
mit der erfindungsgemäßen Bremseinheit
ermöglicht
damit sowohl eine signifikante Gewichtsreduzierung als auch eine
Verringerung der Systemkosten. Durch die mechanische Betätigung des
Drehmomentbegrenzers kann dabei auf zusätzliche Sensoren und eine komplizierte
elektronische Ansteuerung verzichtet werden.
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Weiterhin
vorteilhafterweise umfasst die Bremseinheit dabei eine Bremse, welche
zum Festlegen und/oder Freigeben des Antriebselements elektrisch
oder hydraulisch betätigbar
ist, wobei die Bremse zugleich mechanisch zur Begrenzung des Drehmoments
betätigt
wird. Hierdurch muss nur eine Bremse für beide Funktionen vorgesehen
werden, was wiederum Kosten und Gewicht spart.
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Vorteilhafterweise
ist die Bremse dabei eine Power-Off-Bremse, welche durch elektrische
oder hydraulische Energie geöffnet
und durch integrierte Federn gesetzt wird. Dies erhöht die Sicherheit
der erfindungsgemäßen Systemtopologie.
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Weiterhin
vorteilhafterweise wird die Bremse zur Begrenzung des Drehmoments über eine
mechanische drehmoment-sensitive Vorrichtung, insbesondere einen
Kugelrampenmechanismus, betätigt.
Eine solche mechanische drehmoment-sensitive Vorrichtung erlaubt eine einfache
und sichere Drehmomentbegrenzung, welche komplett ohne elektronische Sensoren
und ohne eine aufwendige Ansteuerung der Komponenten auskommt.
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Weiterhin
vorteilhafterweise ist bei der erfindungsgemäßen Bremseinheit zwischen einer
ersten, vorteilhafterweise antriebsseitigen Welle und einer zweiten,
vorteilhafterweise abtriebseitigen Welle eine Rotorwelle einer Bremse
und eine mechanische drehmoment-sensitive Vorrichtung zur Betätigung der
Bremse angeordnet. Eine solche Anordnung ergibt eine besonders einfache
und sichere Drehmomentbegrenzung.
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Vorteilhafterweise
ist dabei die Rotorwelle der Bremse mit der zweiten Welle über die
mechanische drehmoment-sensitive Vorrichtung verbunden, wobei das über die
mechanische drehmoment-sensitive Vorrichtung übertragene Drehmoment eine
Relativbewegung von Rotorwelle und zweiter Welle erzeugt, welche
die Bremse betätigt.
Hierdurch ist eine rein mechanische Drehmomentbegrenzung durch die
durch das Drehmoment erzeugte Relativbewegung zwischen Rotorwelle
und zweiter Welle möglich.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Relativbewegung dabei eine Bewegung in Längsrichtung,
welche zum Abbremsen der Rotorwelle auf mit der Rotorwelle verbundene Bremselemente
einwirkt. Die Bremskraft wird damit auf die Bremselemente durch
eine Bewegung der Rotorwelle in Längsrichtung eingebracht.
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Vorteilhafterweise
ist die Rotorwelle der Bremse dabei drehmoment-steif, aber längs-verschieblich
mit der ersten Welle verbunden. So kann die Rotorwelle der Bremse
zur Drehmomentbegrenzung längs
verschoben werden, wobei das Drehmoment über die drehmoment-steife Verbindung
von der ersten, vorteilhafterweise antriebsseitigen Welle auf die
Rotorwelle aufgebracht wird bzw. durch das Abbremsen der Rotorwelle
die Drehmomente von der ersten Welle aufgenommen werden.
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Vorteilhafterweise
umfasst die mechanische drehmoment-sensitive Vorrichtung bei der
erfindungsgemäßen Bremseinheit
einen Kugelrampen-Mechanismus zur Drehmomentbegrenzung. Insbesondere
weisen dabei die Rotorwelle und die zweite Welle vorteilhafterweise
Kugelrampen-Scheiben auf, zwischen welchen Kugeln angeordnet sind,
und welche über
eine Feder gegeneinander vorgespannt sind. Im Falle einer unter
Bewegung unzulässig
hoch ansteigenden Last werden die Kugeln des Kugelrampenmechanismus
dann durch die sich relativ zueinander bewegenden Wellenabschnitte
an den Rampen tangential bewegt und erzeugen eine Spreizwirkung
zwischen der zweiten Welle und der Rotorwelle, wodurch eine in Längsrichtung
wirkende Bremskraft auf die an der Rotorwelle angeordneten Bremselemente
ausgeübt
wird.
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Weiterhin
vorteilhafterweise sind dabei an der Rotorwelle der Bremse Bremselemente
angeordnet, welche durch ein Federpaket sowie durch die mechanische
drehmoment-sensitive Vorrichtung gegen Gegenelemente am Gehäuse der
Bremseinheit gepresst werden können.
Durch diese Bremselemente können
somit sowohl das Antriebselement festgelegt werden, indem die elektrischen
oder hydraulischen Aktuatoren abgeschaltet werden, oder aber das
durch die Bremseinheit durchgeleitete Drehmoment begrenzt werden,
wobei die mechanische drehmoment-sensitive Vorrichtung die Bremselemente
gegen Gegenelemente am Gehäuse
der Bremseinheit presst und so die Drehmomente auf die Struktur
ableitet.
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Neben
der erfindungsgemäßen Bremseinheit
umfasst die vorliegende Erfindung weiterhin eine entsprechende erfindungsgemäße Systemtopologie.
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Insbesondere
umfasst die vorliegende Erfindung dabei ein Antriebssystem für Landeklappen und/oder
Vorflügel
eines Flugzeugs mit einem Antriebsmotor und einer Bremseinheit,
wobei die Bremseinheit sowohl zum Festlegen des Antriebsmotors als
auch als Drehmomentbegrenzer arbeitet. Durch eine solche erfindungsgemäße Systemtopologie
ergibt sich der Vorteil, dass im Klemmfall die insbesondere durch
die Verzögerung
der Massenträgheitsmomente
des Antriebsmotors eingebrachten unerwünschten Belastungsspitzen sofort
von der Bremseinheit aufgenommen werden, so dass die weiteren Systemkomponenten
geschützt
werden. Weiterhin sind hierdurch keine zusätzlichen Komponenten von Nöten, da
die Bremseinheit ohnehin vorgesehen ist.
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Mit
dieser Anordnung kann das Momentniveau im Klemmfall dann soweit
abgesenkt werden, dass die im Stand der Technik notwendigen Halbflügeldrehmomentbegrenzer
entfallen können.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem
sind der oder die Antriebsmotoren dabei über die Bremseinheit mit einem
Verteilerbetriebe verbunden, welches wiederum durch Transmissionswellen
mit Abzweiggetrieben in den Flügeln
verbunden ist, ohne dass zwischen dem Verteilergetriebe und den
Abzweiggetrieben Halbflügeldrehmomentbegrenzer
angeordnet werden. Auch kann der Transmissionswellenabschnitt zwischen
der zentralen Antriebseinheit und der Position, an welcher im Stand
der Technik die Halbflügeldrehmomentbegrenzer
angeordnet waren, auf ein deutlich niedrigeres Moment ausgelegt
werden.
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Die
erfindungsgemäße Systemtopologie
ermöglicht
damit sowohl eine signifikante Gewichtsreduktion als auch eine Verringerung
der Systemkosten. Weiterhin sind bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem
aber die Stationsdrehmomentebegrenzer vorgesehen.
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Vorteilhafterweise
erfolgt die Drehmomentbegrenzung durch die Bremseinheit dabei mechanisch.
So kann auf teure und störanfällige elektronische
Sensoren und Ansteuerungen verzichtet werden.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Antriebssystem für Landeklappen
und/oder Vorflügel
eines Flugzeugs mit einer Bremseinheit, wie sie oben beschrieben
wurde. Hierdurch ergeben sich im wesentlichen die gleichen Vorteile
wie bereits bei der Bremseinheit selbst beschrieben. Vorteilhafterweise
ist die Bremseinheit dabei wie oben beschrieben direkt hinter einem
Antriebsmotor angeordnet.
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Weiterhin
vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem der Drehmomentbegrenzer
ab einem Drehmoment von 130% des maximalen Betriebs-Drehmoments aktiv.
Hierdurch wird ein effektiver Schutz der nachfolgenden Komponenten
vor Überlastspitzen
gewährleistet.
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Weiterhin
vorteilhafterweise ist die Bremseinheit dabei erfindungsgemäß zwischen
Antriebsmotor und Getriebe angeordnet, insbesondere zwischen Antriebsmotor
und dem zentralen Verteilergetriebe.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Flugzeug mit einer Bremseinheit
oder einem Antriebssystem, wie sie oben beschrieben wurden. Durch
ein solches Flugzeug ergeben sich die gleichen Vorteile, wie sie
oben im Bezug auf die Bremseinheit bzw. das Antriebssystem beschrieben
wurden.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels sowie einer
Zeichnung näher
beschrieben. Dabei zeigen:
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1:
ein Antriebssystem für
Landeklappen und/oder Vorflügel
eines Flugzeugs nach dem Stand der Technik, und
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2:
ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Bremseinheit.
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Das
in 1 gezeigte Antriebssystem gemäß dem Stand der Technik wurde
bereits einleitend näher
beschrieben.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Antriebssystems
unterscheidet sich dabei von dem in 1 gezeigten
Antriebssystem dadurch, dass auf die Halbflügeldrehmomentbegrenzer 34 zwischen
dem Verteilergetriebe 33 und den Abzweiggetrieben 36 verzichtet
werden kann, während der
oder die Antriebsmotoren der zentralen Antriebseinheit 31 mit
der erfindungsgemäßen Bremseinheit ausgestattet
werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer solchen erfindungsgemäßen Bremseinheit
eines Antriebssystems für
Landeklappen und/oder Vorflügel
eines Flugzeugs ist nun in 2 dargestellt.
Der Momentenfluss geht dabei vom Motor in die motorseitige Welle 1,
wird über
eine Steckverzahnung 2 an die Rotorwelle 3 der
Bremse geleitet und über
einen Kugelrampenmechanismus 4 an die abtriebsseitige Welle,
hier die Getriebewelle 5, geführt.
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Die
erfindungsgemäße Bremseinheit
umfasst dabei ringförmig
angeordnete Hydraulikkolben 6 sowie ebenfalls ringförmig angeordnete
Federn 7, welche aus entgegengesetzten Richtungen an die Druckscheibe 8 angreifen.
Im gesetzten Zustand der Bremse sind die Hydraulikkolben 6 dabei
drucklos, so dass die Federn 7 über die Druckscheibe 8 und
den Druckring 9 eine Normalkraft auf das Bremspaket 10, welches
an der Rotorachse 3 der Bremse angeordnet ist, ausüben. Diese
Normalkraft wird vom Druckring 11 ins Bremsgehäuse 12 übertragen
und dort reagiert. Im drucklosen Zustand der Hydraulikkolben ist die
Bremse damit gesetzt.
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Um
die Bremse zu lösen,
werden die Kolben 6 mit Hydraulikdruck beaufschlagt, so
dass die Kolbenkraft über
die Druckscheibe 8 gegen die Federkraft wirkt und die Normalkraft
auf das Bremspaket 10 zu Null wird. Durch das Beaufschlagen
der Hydraulikkolben 6 mit Druck wird die Bremse damit frei.
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Durch
den oben beschriebenen Mechanismus kann die erfindungsgemäße Bremseinheit
wie im Stand der Technik dazu eingesetzt werden, in einer gewünschten
Systemposition die Abstützung
der auf das System einwirkenden Luftlasten zu übernehmen, indem die Bremse
in der entsprechenden Position gesetzt wird. Ebenso kann sie im
Falle eines durch eine fehlerhafte Motoransteuerung ungewollt anlaufenden
Motors diesen durch ein ausreichend hohes Bremsmoment festhalten.
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Weiterhin
ist in die erfindungsgemäße Bremseinheit
nun ein mechanisch betätigter
Drehmomentbegrenzer integriert. Hierzu dient der Kugelrampen-Mechanismus 4 im
Zusammenspiel mit der längs
ihrer Achse gegen das Gehäuse
bewegbaren Rotorwelle 3 der Bremse. Der Kugelrampenmechanismus
bildet dabei eine drehmoment-sensitive
Vorrichtung, welche auf die Bremse einwirkt. Im Falle einer unter
Bewegung unzulässig
hoch ansteigenden Last werden dabei die Kugeln des Kugelrampen-Mechanismus 4 durch
die sich relativ zueinander bewegenden Wellenabschnitte 5 und 1 und
hierdurch durch die sich relativ zueinander bewegenden Kugelrampen-Flächen der
Rotorwelle 3 und der Getriebewelle 5 an den Rampen
tangential bewegt. Hierdurch erzeugen sie eine Spreizwirkung zwischen
der Getriebewelle 5 und der Rotorwelle 3, durch
welche die Rotorwelle 3 von den Kugeln gegen die Kraft
des Federpaktes 13, und in der Steckverzahnung 2 gleitend, bewegt
wird und ihrerseits eine Normalkraft auf das Bremspaket 10 ausübt. Hierbei
wird die Längsbewegung
von der Rotorwelle 3 ebenso wie die Bewegung der Hydraulikkolben 6 auf
den Druckring 9 übertragen.
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Durch
die Wahl der Rampensteigung und der Kraft des Federpaketes 13 kann
das resultierende Bremsmoment so ausgelegt werden, dass das Antriebsmoment
des Motors summiert mit der aus dem dynamischen Bremsvorgang entstehenden
Momentenspitze vollständig
in das Bremsengehäuse 12 abgeleitet
wird. Insbesondere kann der Drehmomentbegrenzer hierzu ab einem
Drehmoment von 130% des maximalen Solldrehmoments aktiv werden.
Alle nachfolgenden Bauteile des Systems sind dadurch von der Energieeintragung
des Motors entkoppelt. Dieser Vorgang wird dabei allein durch die
rein mechanische Anordnung ausgelöst, ohne dass irgendwelche
Sensoren oder elektrische Steuereinheiten benötigt würden.
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Alternativ
zu der im Bremsbetrieb über
die Hydraulikkolben 6 betätigten Bremseinheit, wie sie
in 2 dargestellt ist, können in einem elektrisch betätigten System
für den
Lösevorgang
anstelle der Hydraulikkolben 6 auch ein oder mehrere Elektromagnete
verwendet werden. Alle anderen Funktionselemente bleiben bei einer
solchen Ausführung
gleich.
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Mit
der gezeigten Anordnung können
im Klemmfall hohe Drehmomente oder Stellkraftspitzen zwischen der
Blockierstelle und der zentralen Antriebseinheit effektiv unterbunden
werden. Insbesondere können
unerwünschte
Belastungsspitzen, welche sich aus der Verzögerung der Massenträgheitsmomente
der Antriebsmotoren ergeben, durch den erfindungsgemäßen mechanischen
Drehmomentbegrenzer in der Bremseinheit abgefangen werden. Mit einer
solchen Anordnung kann das Drehmomentniveau dabei im Klemmfall soweit
abgesenkt werden, dass die Halbflügeldrehmomentbegrenzer, welche
im Stand der Technik noch zum Schutz der Antriebsstränge notwendig
waren, entfallen können.
Auch kann der Transmissionswellenabschnitt hinter der erfindungsgemäßen Bremseinheit
auf ein deutlich niedrigeres Moment ausgelegt werden.
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Hierdurch
ermöglicht
die erfindungsgemäßen Systemtopologie
sowohl eine signifikante Gewichtsreduzierung also auch eine Verringerung
der Systemkosten, wobei neben der erfindungsgemäßen Bremseinheit keine zusätzlichen
Komponenten benötigt
werden. Ebenso erhöht
sich die Sicherheit des erfindungsgemäßen Antriebssystems, da der
Energieeintrag der Antriebsmotoren im Fehlerfall deutlich reduziert
werden kann.