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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Flugzeughochauftriebsystem mit
wenigstens einer Antriebseinheit zum Betrieb der Hochauftriebssysteme der
Halbflügel sowie mit wenigstens einer Überlastsicherung
zur Vermeidung unerwünscht hoher Betriebsmomente in den
Halbflügelsystemen.
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Antriebssysteme
beispielsweise für Vorflügel und Landeklappen
an den Tragflächen von Flugzeugen bestehen häufig
aus einer zentralen Antriebseinheit, die beispielsweise im Rumpf
des Flugzeuges angeordnet ist. Die zentrale Antriebseinheit steht über
ein Verzweigungsgetriebe mit Transmissionswellen in den Halbflügeln
in Verbindung, die ihrerseits über Abzweiggetriebe das
Moment zu den Klappen übertragen. Dabei sind den Abzweiggetrieben
Aktuatoren und Führungsgetriebe nachgeschaltet, die die aerodynamisch
wirkenden Klappen bewegen.
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Betrachtet
man das Drehmomentniveau pro Halbflügel von außen,
d. h. von der Flügelspitze nach innen zur Flügelwurzel
hin wird in den Transmissionswellen das Momentenniveau an jeder
Laststation um das dort abgezweigte Moment vergrößert.
An jedem wurzelseitigen Wellenende wirkt also die Hälfte des
Betriebsmo mentes der Antriebseinheit, die üblicherweise
beide Halbflügel mit dem erforderlichen Drehmoment versorgt.
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Die
zentrale Antriebseinheit wird in der Regel auf das maximale auftretende
Betriebsmoment bei Nenndrehzahl ausgelegt, nach Erreichen und Überschreiten
des Nennleistungspunktes wird bei abnehmender Drehzahl noch ein
Momentenüberschuss bis auf das Blockiermoment (Stallmoment)
wirksam. Damit besitzt eine Antriebseinheit in konventioneller Auslegung
etwa das 3fache an Momentenpotenzial wie zum Bewegen eines Halbflügels
benötigt wird.
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Fehlerfälle,
die in den Halbflügeln auftreten und die möglichst
umgehend erkannt werden müssen, sind der sogenannte Klemmfall
(Jam), d. h. das Klemmen einer Komponente des Antriebsstrangs bzw.
der Klappe selbst, sowie der Wellenbruch, der zur Folge hat, dass
Klappen hinter der Bruchstelle nicht mehr korrekt positioniert werden
können, was zu einem Asymmetriefehler führen kann.
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Ohne
Einsatz eines Drehmomentbegrenzers baut sich bei Auftreten eines
Klemmfalles in der Reihe der leistungsübertragenden Bauelemente
zwischen der zentralen Antriebseinheit und der Klemmstelle das volle
Stallmoment der Antriebseinheit auf, was zur Folge hat, dass an
der Klemmstelle selbst das gesamte Stallmoment bzw. die aus dem
Stallmoment entstehende Stellkraft wirkt, was zu einer Beschädigung
der mit dem Moment beaufschlagten Bauteile führen kann.
Daher ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Drehmomentbegrenzer
einzusetzen, mittels derer die hohen Bauteilbeanspruchungen verhindert
werden können. Mittels der Drehmomentbegrenzer werden die
nachgeschalteten Bauteile des Abzweiggetriebes, des Führungsgetriebes
und der Strukturbauteile vor diesen extremen Belastungen geschützt.
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Diese
Stationsdrehmomentbegrenzer haben dabei die Wirkung, dass sie das
Moment der Antriebseinheit in die Flügelstruktur ableiten.
Der Ansprechwert dieser so genannten Stationsdrehmomentbegrenzer
liegt in der Regel bei etwa 130% des maximal zulässigen
Betriebsmomentes der Station.
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Aus
dem Stand der Technik ist es des Weiteren bekannt, hinter der Verzweigungsstelle,
jedoch wurzelnah zur Absenkung des Momentniveaus in den Transmissionen
weitere so genannte Branch Torque Limiter oder auch Half System
Torque Limiter einzubauen, die im Folgenden auch als Halbflügeldrehmomentbegrenzer
bezeichnet werden. Diese werden durch die Stationsdrehmomentbegrenzer ausgelöst.
Ihr Ansprechwert beträgt in der Regel etwa 130% des maximalen
summierten Betriebsdrehmoments des Halbflügels.
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Flugzeughochauftriebsysteme
mit Überlastsicherung sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Die
DE 103 53 672 A1 beschreibt
ein System, in dem durch Vergleich der Zustände im linken und
rechten Flügel ein Klemmfall detektiert wird. Dabei werden
die Augenblickszustände von Position, Geschwindigkeit,
Beschleunigung oder Abtriebsleistung von Antriebseinheiten als zu
beobachtende Kenngrößen genannt. Wird auf diese
Weise ein Klemmfall erkannt, wird die Antriebseinheit abgeregelt,
so dass ein weiterer Momentenanstieg im Transmissionssystem limitiert
wird.
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Aus
DE 10 2004 055 740
A1 ist ein Flugzeughochauftriebsystem mit Überlastsicherung
bekannt. Vorgesehen ist die Verwendung eines mittels einer schaltenden
elektromechanischen Vorrichtung erzeugten Signals, das das Überschreiten
eines Schwellwertes des Betriebsdrehmoments in der wurzelnahen Transmission
des Halbflügels anzeigt. Wird auf diese Weise ein Klemmfall
im Antriebsstrang eines Halbflügels erkannt, wird die Antriebseinheit
abregelt. Der genannte Schwellwert liegt über dem maximalen
Betriebsdrehmoment des Halbflügels.
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DE 103 08 301 B3 beschreibt
ebenfalls ein Flugzeughochauftriebsystem mit Überlastsicherung. Bei
diesem System wird die Antriebseinheit nach Überschreiten
eines Schwellwertes der kontinuierlich gemessenen Stellkraft zwischen
dem Aktuator und dem Führungsgetriebe abgeregelt.
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Die
EP 1 321 359 B1 offenbart
die konstruktiven Merkmale eines Differenzdrehmomentbegrenzers.
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Wie
oben ausgeführt, besteht ein weiterer Fehlerfall im Auftreten
eines Wellenbruchs (Disconnect). Ein Wellenbruch führt
zu einem sogenannten Asymmetriefehler, was insbesondere deshalb
problematisch ist, da die unsymmetrische Veränderung der Auftriebs-
und Widerstandskräfte an den Flügeln mit den primären
Flugsteuerungsflächen (Querruder) nicht kompensiert werden
können. Asymmetrie kann entstehen, wenn an einer beliebigen
Stelle im Transmissionssystem eine Unterbrechung (Disconnect) auftritt,
wodurch die Klappen bzw. die Landeklappen hinter der Bruchstelle
nicht mehr kontrolliert positioniert werden können.
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Im
Stand der Technik ist zur Erkennung des Wellenbruches vorgesehen,
dass die Positionen der Wellensysteme im linken und rechten Flügel
kontinuierlich gemessen und verglichen werden. Bei Überschreiten
eines Schwellwertes der Positionsdifferenz wird eine Unterbrechung
(Disconnect) im Antriebsstrang angenommen, und das System wird stillgesetzt.
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5 zeigt
ein aus dem Stand der Technik bekanntes Flugzeughochauftriebsystem
mit Überlastsicherung.
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Die
Antriebsleistung der zentralen Antriebseinheit 1 wird über
die Zentralwelle 2 an das Verzweigungsgetriebe 3 geführt.
Im Verzweigungsgetriebe 3 wird die Antriebsleistung in
die Transmissionen 5, des linken und des rechten Halbflügels
verteilt. Der Einfachheit halber sind in 5 nur die
Bauelemente des rechten Halbflügels mit Bezugszeichen versehen.
Der linke Halbflügel weist einen spiegelsymmetrisch identischen
Aufbau auf.
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Der
Halbsystemdrehmomentbegrenzer 4 schützt im Klemmfall
die nachfolgenden Elemente des Halbflügels vor unzulässig
hohen Belastungen. Diesem nachgeschaltet sind die Abzweiggetriebe 6, die
dem Transmissionsstrang 5 die für die Bewegung der
Aktuatoren 8 benötigte Leistung entnehmen. Die Aktuatoren 8 wandeln die
Rotation der Abzweiggetriebe 6 in translatorische Stellbewegungen.
Mittels der Führungsgetriebe 9 wird die Stellkraft
auf die jeweilige Landeklappe 10 übertragen. Des
Weiteren bestimmen sie den kinematischen Verlauf des Stellvorgangs.
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Wie
dies des Weiteren aus 5 hervorgeht, sind am Ausgang
der Abzweiggetriebe 6 Stationsdrehmomentbegrenzer 7 vorgesehen,
die die Bauelemente der Station vor unzulässig hohen Belastungen
schützen.
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Kommt
es beispielsweise zu einem Klemmen im Führungsgetriebe 9 der äußeren
rechten Station wird die Last im zugehörigen Aktuator 8 ansteigen,
bis der Stationsdrehmomentbegrenzer 7 dieser Station anspricht
und die Antriebsmomente in die Struktur ableitet. Da die Antriebseinheit 1 jedoch
weiter arbeitet, steigt das Drehmoment im Transmissionsstrang 5 weiter
an, bis der Halbflügeldrehmomentbegrenzer 4 anspricht,
und das Antriebsmoment in die Struktur ableitet.
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In
diesem Zustand ist das System blockiert, und im Transmissionsstrang 5 zwischen
Antriebseinheit 1 und Halbflügeldrehmomentbegrenzer 4 ist
das Stallmoment, d. h. das maximal mögliche Betriebsmoment
eingespannt. Zwischen Halbflügeldrehmomentbegrenzer 4 und
Stationsdrehmomentbegrenzer 7 ist ein Moment von ca. 130%
des maximalen Halbflügelbetriebsdrehmoments eingespannt
und im Strang zwischen Stationsdrehmomentbegrenzer 7 und
der Klemmstelle ca. 130% des maximalen Stationsdrehmomentes bzw.
der daraus resultierenden Stellkraft.
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Ein
derartiges System arbeitet sowohl mit ungeregelten wie geregelten
Antriebseinheiten.
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Wie
oben ausgeführt und wie aus 5 ersichtlich,
enthält eine Systemtopologie gemäß dem Stand
der Technik also zum Schutz der Komponenten vor zu hohen Drehmomenten/Stellkräften
eine Vielzahl von komplexen mechanischen Geräten, die den
Systempreis und das Gewicht erhöhen, gleichzeitig auch
wegen der erhöhten Komplexität die Systemverfügbarkeit
beeinträchtigen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Flugzeughochauftriebsystem mit Überlastsicherung
bereitzustellen, dessen Komplexität gegenüber
vorbekannten Systemen verringert ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Flugzeughochauftriebsystem mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach
ist vorgesehen, dass die Überlastsicherung eine Vergleichseinrichtung
aufweist, mittels derer die Augenblickswerte der Betriebsmomente der
Halbflügelsysteme verglichen werden oder ein durch die
Differenz der Betriebsmomente hervorgerufener Zustand erfasst wird,
sowie eine mit der Vergleichseinrichtung in Verbindung stehende
Begrenzungseinrichtung aufweist, mittels derer die Antriebseinheit
blockiert, abgeschaltet oder abgeregelt und/oder das Moment der
Antriebseinheit in die Flugzeugstruktur abgeleitet wird, wenn die
Differenz der Betriebsmomente einen Grenzwert übersteigt.
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Erfindungsgemäß ist
somit vorgesehen, dass die Differenz der Betriebsmomente der Halbflügelsysteme
verglichen wird oder dass ein durch die Differenz der Betriebsmomente
hervorgerufener Zustand erfasst wird und dass auf dieser Grundlage
ggf. ein weiterer Anstieg des Betriebsmomentes verhindert oder möglichst
gering gehalten wird.
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Denkbar
ist es, dass in jedem der Halbflügel wenigstens ein Drehmomentsensor
vorgesehen ist, der mit der Vergleichseinrichtung in Verbindung steht.
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Der
oder die Drehmomentsensoren können an den wurzelseitigen
Enden der Halbflügel angeordnet sein. Grundsätzlich
ist auch eine andere Anordnung der Drehmomentsensoren möglich.
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Die
Vergleichseinrichtung kann durch eine elektronische Auswerteeinheit
gebildet werden, die mit der Antriebseinheit in Verbindung steht
und diese abregelt, wenn in in der elektronischen Auswerteeinheit
festgestellt wird, dass die Differenz der Drehmomente einen Grenzwert übersteigt.
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Eine
geringe Komplexität des Systems ergibt sich, wenn keine
Halbflügeldrehmomentbegrenzer und/oder wenn keine Stationsdrehmomentbegrenzer vorgesehen
sind.
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Die
Vergleichseinrichtung und die Begrenzungseinrichtung können
durch zwei unterschiedliche oder durch ein und dasselbe Bauteil
oder auch durch eine Baugruppe gebildet werden.
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Die
Vergleichsvorrichtung kann als im wesentlichen mechanisch arbeitendes
Bauteil ausgeführt sein.
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Dabei
kann vorgesehen sein, dass die Vergleichsvorrichtung erste Räder
aufweist, von denen jeweils wenigstens eines mit einer der Transmissionswellen
in Verbindung steht. Diese ersten Räder können
in den wurzelseitigen Enden der Transmissionen angeordnet sein.
Sie kämmen mit zweiten Rädern, die ortfest auf
einer axial verschiebbaren Ritzelwelle angeordnet sind, wobei die
ersten Räder derart ausgeführt sind, dass sie
auf die Ritzelwelle entgegengerichtete Kräfte ausüben.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei den ersten Rädern und/oder bei den
zweiten Rädern um schrägverzahnte Stirnräder.
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Mittels
Federn, die in entgegengesetzter Richtung wirken, kann die Ritzelwelle
vorgespannt sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass geringfügige Drehmomentdifferenzen
durch die Federn reagiert werden und ein Auslösen des Systems
erst dann erfolgt, wenn die Drehmomentdifferenz höhere
Werte annimmt.
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Denkbar
ist es, dass ein oder mehrere Sensoren oder Kontakte vorgesehen
sind, mittels derer eine axiale Auslenkung der Ritzelwelle oder
eines mit dieser in Verbindung stehenden Bauteils erfaßbar
ist. Wird die Ritzelwelle über ein vorgegebe nen Maß hinaus
axial ausgelenkt, führt dies dazu, dass der Sensor oder
der Kontakt ausgelöst wird und zu einem Abschalten der
Antriebseinheit führt.
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Alternativ
oder zusätzlich ist es denkbar, dass die axiale Auslenkung
der Ritzelwelle zur Betätigung einer Bremse, beispielsweise
einer mechanischen Bremse führt, die die Antriebseinheit
blockiert. Das Betriebsmoment wird in die Struktur abgeleitet.
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Das
erfindungsgemäße System kann in dieser Konfiguration
sowohl mit Einsatz einer elektronisch arbeitenden Vergleichseinheit
als auch mit Einsatz einer mechanischen Vergleichseinheit durch
die Überwachung der Momentdifferenz auch eine Unterbrechung
in einem der Antriebsstränge erkennen, da in einem solchen
Fall das Betriebsmoment im Strang um den Anteil des abgetrennten
Systemteiles vermindert wird. Diese Erkennung erfolgt bei einer
deutlich geringeren Positionsdifferenz der beiden Systemhälften
als bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen.
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Es
sind Systemtopologien bekannt, die an den Laststationen redundante
Lastpfade erfordern. Diese Forderung wird durch die parallele Anordnung von
zwei Aktuatoren sowie eventuell auch von zwei Führungsgetrieben
erfüllt.
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Bei
einer solchen Systemanordnung besteht ein möglicher Nachteil
darin, dass es zu einem Kraftkonflikt zwischen den Antriebssträngen
kommen kann, der durch Toleranzen in den lasttragenden Bauteilen
verursacht wird und der wegen des geschlossenen Momentenkreises
nicht ausgeglichen werden kann. Grundsätzlich lässt
sich dieses Problem durch ein Differentialgetriebe im Abzweiggetriebe
lösen (
DE
10 2004 047 098 A1 ), jedoch besteht ein Nachteil darin,
dass ein Differentialgetriebe technisch vergleichsweise aufwendig
ist.
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Somit
ist in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen,
dass in einem, mehreren oder allen Abzweiggetrieben redundanter Lastpfade
die Vergleichseinrichtung angeordnet ist. Bei dieser Vergleichseinrichtung
kann es sich beispielsweise um die in 3 dargestellte
Vorrichtung, d. h. um eine mechani sche Vorrichtung, handeln. Die Abzweiggetriebe
können in dieser Ausgestaltung der Erfindung auch die erfindungsgemäßen
Begrenzungseinrichtungen aufweisen.
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Die
Erfindung ist nicht auf den Vergleich der Betriebsmomente zwischen
den beiden Halbflügeln beschränkt, sondern erfaßt
auch den Vergleich von Betriebsmomenten innerhalb eines Halbflügels.
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Die
Vergleichseinrichtung kann auch durch eine elektrische Auswerteeinheit
gebildet werden, wie sie beispielsweise in Anspruch 4 offenbart
ist.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines Antriebssystems gemäß der
vorliegenden Erfindung mit elektronischem Drehmomentbegrenzer,
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2:
eine schematische Darstellung eines Antriebssystems gemäß der
vorliegenden Erfindung mit mechanisch wirkendem Drehmomentbegrenzer,
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3:
eine schematische Darstellung eines mechanisch wirkenden Drehmomentbegrenzers,
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4:
eine schematische Darstellung eines Antriebssystems gemäß der
vorliegenden Erfindung mit redundanten Lastpfaden und
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5:
eine schematische Darstellung eines Antriebssystems nach dem Stand
der Technik.
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In
den 1, 2, 4 und 5 sind die
für die Erfindung wesentlichen Elemente eines Hochauftriebssystems
schematisch dargestellt. Alle Elemente des Systems, die zur Realisierung
des Überlastschutzes/Asymmetrieschutzes nicht unmittelbar
beitragen, sind nicht dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
ist ein sehr einfaches System gezeigt, die Erfindung ist aber auf
komplexere Systeme der Hinterkanten-Klappen wie auch der Vorflügelsysteme
anwendbar.
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1 zeigt
ein Antriebssystem mit einer Überlastsicherung gemäß der
Erfindung.
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Wie
dies aus 1 hervorgeht, sind die aus dem
Stand der Technik bekannten Halbsystemdrehmomentbegrenzer sowie
die Stationsdrehmomentbegrenzer nicht vorhanden.
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Mit
dem Bezugszeichen 1 ist eine zentrale Antriebseinheit gekennzeichnet,
die zur Verstellung der Landeklappen 10 beider Flügel
eines Flugzeuges dient. Grundsätzlich ist die vorliegende
Erfindung nicht auf Landeklappen beschränkt, sondern umfaßt die
Betätigung bzw. Fehlererkennung von beliebigen Klappen
oder Klappensystemen.
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Die
Antriebseinheit 1 treibt eine Zentralwelle 2 an,
die mit dem Verzweigungsgetriebe 3 in Verbindung steht.
Mittels des Verzeigungsgetriebes 3 wird die Antriebsleistung
der Antriebseinheit 1 in die Transmissionen 5 beider
dargestellten Flügelhälften verteilt. Die Abzweiggetriebe 4 entnehmen
der Transmission die für die Bewegung der Aktuatoren 8 benötigte
Leistung. Mittels der Aktuatoren 8 wird die Rotationsbewegung
der Abzweiggetriebe 4 in eine translatorische Bewegung
umgewandelt.
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Mit
dem Bezugszeichen 9 sind Führungsgetriebe gekennzeichnet,
mittels derer die Stellkraft auf die Landeklappe 10 übertragen
wird. Des Weiteren bestimmten die Führungsgetriebe 9 den
kinematischen Verlauf des Stellvorgangs der Landeklappe 10.
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Wie
dies des Weiteren aus
1 hervorgeht, sind an den wurzelseitigen
Enden der Transmissionen
5 beider Halbflügel Sensoren
12 angeordnet,
mittels derer kontinuierlich das aktuelle Drehmoment in beiden Halbflügeln
gemessen wird. Denkbar ist beispielsweise der Einsatz von Drehmomentsensoren,
wie sie beispielsweise aus der
DE 103 53 672 A1 bekannt sind.
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Die
mittels der Sensoren 12 gemessenen Werte der Drehmomente
werden an eine elektronische Auswerteeinheit 13 übertragen,
die die Differenz beider Drehmomente bildet. Wird in der Auswerteeinheit 13 festgestellt,
dass die Differenz einen bestimmten Grenzwert übersteigt,
wird die Antriebseinheit 1 abgeschaltet bzw. ein Abschaltealgorithmus eingeleitet.
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Wird
in der Auswerteeinheit 13 eine Drehmomentdifferenz festgestellt,
die einen Grenzwert übersteigt, wird somit auf den Klemmfall
geschlossen, d. h. auf das Auftreten des Klemmens eines oder mehrerer
der leistungsübertragenden Bauelemente. Aufgrund des Abregelvorgangs
der Antriebseinheit 1 wird ein weiterer Drehmomentanstieg
zwischen der Antriebseinheit 1 und der Klemmstelle auftreten,
jedoch fällt dieser kleiner aus, als dies aus dem Stand der
Technik bekannt ist, was darauf zurückzuführen ist,
dass der Beginn des Klemmvorgangs durch die erfindungsgemäße
Ausgestaltung des Systems deutlich früher erkannt wird.
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Im
Vergleich zu den Systemen aus
DE 10 2004 055 740 A1 und
DE 103 08 301 B3 wird der
Beginn des Klemmvorgangs deutlich früher erkannt, weil
die Differenz der Betriebsmomente unabhängig vom Augenblickswert
erkannt wird. Damit ist im Vergleich zu
DE 10 2004 055 740 A1 und
DE 103 08 301 B3 eine
geringere maximale Momentenbeanspruchung der Elemente des Antriebssystems
realisierbar.
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2 zeigt
ein Antriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
ebenfalls ohne Halbsystemdrehmomentbegrenzer sowie ohne Stationsdrehmomentbegrenzer.
Abweichend von dem System gemäß 1 ist
ein mechanisch wirkender Drehmomentbegrenzer 11 vorgesehen.
Dieser ist in das Verzweigungsgetriebe 3 integriert. Sobald
eine bestimmte Differenz in den Betriebsdrehmomenten in den Transmissionswellen 5 der
Halbflügel auftritt, leitet der Drehmomentbegrenzer 11 das
Antriebsmoment der Antriebseinheit 1 in die Struktur ab.
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Tritt ein Klemmfall ein, liegt nach dem
Stillstand des Systems folgende Situation vor:
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Zwischen
Antriebseinheit 1 und dem Verzweigungsgetriebe 3 liegt
in der zentralen Antriebswelle 2 das Stallmoment, d. h.
das maximale Blockiermoment im Falle des Klemmens an.
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In
dem Transmissionsstrang liegt bis zur Klemmstelle das zuletzt wirkende
Betriebsmoment an, das um den Ansprechwert des Drehmomentbegrenzers 11 erhöht
ist. In dem Transmissionsstrang, in dem keine Klemmstelle vorliegt,
liegt das zuletzt wirkende Betriebsmoment an.
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Die
stationären und transienten Betriebslasten sind in der
Systemtopologie gemäß 2 im Vergleich
zu den Systemarchitekturen gemäß 5 reduziert.
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Aufgrund
der Tatsache, dass der Drehmomentbegrenzer mechanisch arbeitet,
kann das System gemäß 2 mit geregelten
sowie auch mit ungeregelten Antriebseinheiten eingesetzt werden.
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Tritt
ein Wellenbruch ein, entsteht durch den Wegfall der Stationsdrehmomente
eine Momentdifferenz mit umgekehrten Vorzeichen.
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3 zeigt
ein Verzweigungsgetriebe 3 mit integriertem mechanisch
wirkenden Drehmomentbegrenzer, das in einer Systemtopologie gemäß 2 eingesetzt
wird.
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Wie
dies aus 3 hervorgeht, werden die Drehmomente
des linken Halbflügels (TL) und
des rechten Halbflügels (TR) auf
die miteinander fest verbundenen Ritzel übertragen, in
der Ritzelwelle summiert und über das axial ortsfeste Kegelradpaar
auf die Motorwelle geleitet.
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Im Einzelnen gilt Folgendes:
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Das
Verzweigungsgetriebe 3 weist eine Motorwelle 30 auf,
deren Leistung bzw. deren Moment über das ortsfeste Kegelradpaar 32, 34 auf
die axial verschieblich angeordnete Ritzelwelle 40 übertragen wird.
Auf der Ritzelwelle 40 befinden sich zwei auf der Ritzelwelle 40 ortsfest
angeordnete, stirnseitig schräg verzahnte Ritzel 42, 44.
Diese Kämmen mit zwei schrägverzahnten Stirnrädern 52, 54,
von denen eines mit der Transmissionswelle 5 des rechten Halbflügels
und eines mit der Transmissionswelle 5' des linken Halbflügels
verbunden ist.
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Die
in den Transmissionen 5, 5' auftretenden Momente
sind mit den Bezugszeichen TR und TL gekennzeichnet.
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Die
durch die Schrägverzahnungen auftretenden gegensinnigen
axialen Kräfte, die auf die Ritzelwelle 40 wirken,
sind mit den Bezugszeichen FR und FL gekennzeichnet.
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Die
Ritzelwelle 40 ist durch Federn 60, 60' axial
vorgespannt, wie dies durch die Bezugszeichen FF gekennzeichnet
ist. Die durch die Federn 60, 60' erzeugte Federkraft
ist identisch.
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Sind
die Drehmomente TR und TL bei
beiden Halbflügelwellen 5, 5' identisch,
wie dies der Fall ist, wenn weder ein Klemmen auftritt noch ein
Wellenbruch, sind die durch die Schrägverzahnung entstehenden
gegensinnigen Axialkräfte FR und
FL gleich groß, d. h. im Gleichgewicht.
Die Ritzelwelle 40 bleibt in diesem Fall in der in 4 dargestellten
Position, d. h. ortsfest.
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Tritt
jedoch eine Differenz zwischen den in den Halbflügelwellen 5, 5' wirkenden
Drehmomenten auf, werden auch die resultierenden Axialkräfte
FR und FL unter schiedlich,
wodurch eine resultierende Stellkraft entsteht, die zunächst
durch die Federn 60, 60' reagiert wird. Wird die
Drehmomentdifferenz größer, führt dies
zu einer axialen Verstellung der Ritzelwelle 40, die so
groß ist, dass einer der Sensoren oder Schalter 70, 70' betätigt
wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein,
dass eine in der Figur nicht dargestellte mechanische Bremse ausgelöst wird.
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Bei
Betätigung eines der Sensoren oder Schalter 70, 70' wird
die Antriebseinheit 1 abgeschaltet oder durch die mechanische
Bremse blockiert. In beiden Fällen wird ein weiterer Anstieg
des Wellenmomentes in den Halbflügeln verhindert.
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Entsprechendes
gilt für einen Wellenbruch, der zu einem Drehmomentabfall
in dem betroffenen Halbflügel führt. Auch in diesem
Fall kann die Antriebseinheit 1 abgeschaltet oder blockiert
werden. Gleichzeitig kann das Signal des betätigten Sensors 70, 70' genutzt
werden, um Sicherheitsbremsen zu aktivieren, die beispielsweise
an den Flügelspitzen angeordnet sind, um das System in
einem sicheren Zustand zu arretieren. Ein Sonderfall tritt allerdings auf,
wenn beide Wellenstränge gleichzeitig blockieren. In diesem
Fall entsteht keine Drehmomentdifferenz, so dass auch kein Fehler
erkannt werden kann. Jedoch sind die in den Transmissionen aufzunehmenden
Antriebsdrehmomente vorzugsweise auf 50% der Momentenkapazität
der Antriebseinheit limitiert, da im Falle einer unsymmetrischen
Lastverzweigung ja wieder eine Differenz der Drehmomente wirkt.
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Mit
der in den Figuren dargestellten Topologie werden folgende Vorteile
erreicht:
- – Entfall einer Vielzahl
von Stations- und Halbsystemdrehmomentbegrenzern
- – Deutlich verringerte Wellendrehmomente im Klemmfall
- – Frühzeitiges Erkennen von Wellenstrangunterbrechungen
- – Geringere Systembeschaffungskosten
- – Geringere Systembetriebskosten (Wartung)
- – Erhöhte Systemzuverlässigkeit
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4 zeigt
ein Antriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
mit redundanten Lastpfaden. Wie dies aus 4 hervorgeht,
sind einem Abzweiggetriebe 6 jeweils zwei Aktuatoren 8 und
zwei Führungsgetriebe 9 zugeordnet. Grundsätzlich
wäre auch denkbar, eine andere Anzahl von Führungsgetrieben
als Aktuatoren vorzusehen. Denkbar wäre in diesem Fall
z. B. auch der Einsatz eines Führungsgetriebes. Selbstverständlich
ist die Erfindung nicht auf zwei Aktuatoren und Führungsgetriebe
beschränkt, auch eine andere Anzahl ist grundsätzlich
denkbar. Wie dies des weiteren aus 4 hervorgeht,
sind in den Abzweiggetrieben 6 Vergleichsvorrichtungen
angeordnet, die als mechanisch arbeitendes Bauteil 11 ausgeführt
sind. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich
bei den Vergleichseinrichtungen um die aus 3 ersichtlichen
Anordnungen.
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Mit
Integration dieser Anordnung in jedes der Abzweiggetriebe 6 lässt
sich im geschlossenen Momentenkreis der oben genannte Kraftkonflikt
lösen. Dies ist darauf zurückzuführen,
dass der Kraftkonflikt in den Getrieben Drehmomente mit unterschiedlichen
Vorzeichen bewirkt. Diese Momentendifferenz kann durch eine axiale
Bewegung der in 3 dargestellten Ritzelwelle 40 ausgeglichen
werden, in dem das höher belastete Stirnrad während
der Axialbewegung der Ritzelwelle 40 um die Steigung der Schrägverzahnung
zurückbleibt, während das geringer belastete Rad
eine Voreilung erfährt.
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Da
der Momentenkreis geschlossen ist, entsteht über die Weichheiten
des Systems der Momentenausgleich. Dabei gilt, dass je steifer die
Lastpfade sind, je weniger Winkeldifferenz von der Vorrichtung erzeugt
werden muss. Erst wenn eine maximal zulässige Differenz
der Drehmomente überschritten ist, wird eine Abschaltung über
die Schalter 70 bzw. 70' wirksam.
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Eine
weitere luftfahrttypische Sicherheitsanforderung besteht darin,
dass ein Ausfall eines der parallel angeordneten Lastpfade sicher
detektiert werden muss (Verbot „schlafender Fehler"). In
aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen werden hierfür
elektrische Sensoren oder auch mechanische Anzeigen eingesetzt.
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Die
in 4 dargestellte Anordnung detektiert auch Drehmomentdifferenzen,
die durch Klemmen oder Unterbrechung eines der lasttragenden Pfade
in der Antriebsstation ausgelöst werden. Dies ist durch
Einsatz der mechanischen Vorrichtung gemäß 3 sowie
auch mit elektrischen Drehmomentsensoren denkbar. Die Anordnung
gemäß 4 ist somit nicht auf den Einsatz
mechanischer Vergleichsvorrichtungen beschränkt.
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Auch
in dieser Anordnung sind im Falle eines gleichzeitigen Klemmens
beider Lastpfade 50% des Antriebsmoments pro Lastpfad aufzunehmen.
Der gleichzeitige Bruch beider Lastpfade ist sicherheitstechnisch
zu vernachlässigen, da an der Systemauslegung dieser Fall
durch andere Maßnahmen, wie beispielsweise durch die Dissimilarität
ausgeschlossen wird.
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In
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel mit
redundanten Lastpfaden sind alle Lastbegrenzer bzw. Abzweiggetriebe 6 mit
Drehmomentdifferenzsensoren ausgestattet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10353672
A1 [0010, 0058]
- - DE 102004055740 A1 [0011, 0061, 0061]
- - DE 10308301 B3 [0012, 0061, 0061]
- - EP 1321359 B1 [0013]
- - DE 102004047098 A1 [0041]