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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Es ist bekannt, dass zum Beispiel bei Hubschraubern systembedingt ein hohes Vibrationsniveau auftritt, welches durch die drehenden Rotorblätter verursacht wird. Aus Festigkeitsgründen und zur Minderung der Pilotenbelastung werden für den Flugbetrieb bestimmte Grenzwerte für die Vibrationen beziehungsweise für die Unwucht vorgeschrieben. Mithilfe eines Meßsystems werden so genannte Trackflüge durchgeführt, um den Ist-Zustand zu ermitteln. Aus den gesammelten Messwerten wird die erforderliche Verstellung der Steuerstangen errechnet, um die Unwucht beziehungsweise die Vibrationen an dem Hubschrauber zu minimieren. Bei der bekannten Steuerstangenverstellung ist es jedoch erforderlich, dass der Hubschrauber jedes Mal landet, da sich die Verstellung nur am stehenden Rotor durchführen lässt. Nach jeder Verstellung erfolgt eine Überprüfung des Zustandes durch einen erneuten Flug, wobei diese Prozedur so lange wiederholt werden muss, bis die geforderten Grenzwerte eingehalten werden. Da die resultierende Unwucht flugzustandsabhängig ist, stellt diese bekannte Steuerstangenverstellung lediglich einen Kompromiss dar.
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Zudem ist aus der Druckschrift
US 5 511 944 A eine Steuerstange für ein Rotorblatt und eine automatische Verstellung der Steuerstange bekannt. Mit der aus dieser Druckschrift bekannten Verstellung kann ein fortlaufendes Tracken mit einer elektrisch vorstellbaren Steuerstange erreicht werden, somit ist es nicht mehr erforderlich, dass der Hubschrauber zum Verstellen der Steuerstange landen muss. Fehler bei der elektrischen Verstellung der Steuerstangenlänge sind nur in einem kleinen Stellbereich zulässig, der keine unzulässigen Vibrationen oder unzulässigen Autorotationsdrehzahlen ermöglicht. Dieser beschränkte Stellbereich wird durch den Einbau von Anschlägen erreicht. Somit können die Steuerstangen nur in dem von den Anschlägen begrenzten Stellbereich verstellt werden.
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DE 32 25 571 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Einstellen des Spurlaufs von Rotorblättern mittels Fernsteuerung, insbesondere bei einem Hubschrauber, bei der jedes Rotorblatt eine zweiteilige längenverstellbare Steuerstange besitzt, die einen mit der Versorgungseinheit für die Rotorblattsteuerung verbundenen Stellmotor aufweist, wobei ferner eine Empfänger-/Sendereinrichtung vorgesehen ist und in der Steuerstange ein Steuergerät (Potentiometer) sowie eine Messeinrichtung installiert sind, die mit einem eine Anzeigeeinrichtung aufweisenden Bedienungsstand in Wirkverbindung stehen. Die zur Versorgungseinheit gehörende Energiequelle des Stellmotors und der Empfänger-/Senderteil sind in der Steuerstange integriert und sind mit dem Stellmotor zu einer Baueinheit zusammengefasst in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.
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Ferner geht aus der
DE 27 57 617 A1 eine Einrichtung zum Einstellen des Spurlaufs von Rotorblättern bei Hubschraubern hervor. Jedem Rotorblatt ist eine längenveränderbare Steuerstange mit einem mit der Versorgungseinheit für die Rotorblattsteuerung verbundenen Stellmotor zugeordnet. Die Verstellung jeder Steuerstange ist während des Flugs mittels Fernsteuerung von einem Kommandogerät im Führerraum des Hubschraubers über einen in der Versorgungseinheit für die Rotorblattsteuerung auf den drehbaren Rotorkopf befindlichen Empfängerteil zum Stellmotor durchführbar. Eine Rückmeldung sowohl des Verstellmaßes über ein in der Steuerstange angeordnetes Potentiometer als auch der Steuerkraft durch eine in der Steuerstange installierte Messeinrichtung erfolgt auf an sich bekannte Anzeiger im Führerraum.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Steuerstangenanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der zum einen eine Verstellung der Steuerstangenlänge und zum anderen auch eine Veränderung des Stellbereichs während des Fluges sicher möglich sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
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Demnach wird eine Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers oder dergleichen vorgeschlagen, bei der jede Steuerstange in Längsrichtung innerhalb vorgegebener Anschläge zum Reduzieren von Vibrationen verstellbar ist, wobei erfindungsgemäß zudem vorgesehen ist, dass die Anschläge jeder Steuerstange zum Verändern bzw. Verschieben des Stellbereiches in Längsrichtung der Steuerstangen bzw. axial verstellbar ausgeführt sind.
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Auf diese Weise kann der gesamte zum Tracken benötigte Verstellbereich beziehungsweise Stellbereich an den Steuerstangen ausgenutzt werden, ohne die sonst für die erforderliche Sicherheit benötigten aufwändigen redundanten Bauweisen vorzusehen.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuerstange zumindest einen oberen verstellbaren Anschlag und zumindest einen unteren verstellbaren Anschlag zum Begrenzen des Stellbereiches aufweist. Vorzugsweise können die zusammen verstellbaren Anschläge an einem Endabschnitt zumindest einer Führungsstange zum Führen der Steuerstange vorgesehen sein. Beispielsweise können jeder Steuerstange zwei parallel verlaufende Führungsstangen zugeordnet sein, so dass die Steuerstange z. B. über entsprechende Führungsarme zwischen den Anschlägen an jeder Führungsstange geführt ist und der axiale Stellbereich durch die Anschläge begrenzt ist. Es sind jedoch auch andere Bauweisen möglich, um die Längsverstellung beziehungsweise den Hub der Steuerstange entsprechend in axialer Richtung zu begrenzen.
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Um den Stellbereich verändern zu können, sind die Führungsstangen als Gewindebolzen ausgebildet, die durch entsprechendes Drehen verlängert oder verkürzt werden können, um dadurch die Anschläge gemeinsam bzw. den Stellbereich in axialer Richtung zu verschieben. Es sind auch andere Verstellmechanismen einsetzbar.
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Erfindungsgemäß sind die Anschläge und die Steuerstange elektrisch jeweils über zumindest einen Aktor oder dergleichen verstellbar, wobei eine manuelle Umschaltung, zum Beispiel durch einen entsprechenden Schalter oder dergleichen, vorgesehen ist, so dass je nach Schaltrichtung entweder die Anschlagverstellung oder die Steuerstangenverstellung blockiert ist. Auf diese Weise kann die erforderliche Sicherheit bei der Verwendung von elektrisch verstellbaren Anschlägen und elektrisch verstellbaren Steuerstangen durch die manuelle Umschaltung gewährleistet werden. Eine unbewusste Verstellung des Stellbereiches kann somit sicher verhindert werden. Nur durch gezieltes manuelles Schalten und durch die nachfolgende Verstellung ist eine Positionierung der Steuerstangen über den zulässigen tolerierbaren Bereich hinaus möglich, um das Tracken und die Voreinstellung der Steuerstangenlänge zu realisieren.
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Im Rahmen einer nächsten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuerstange als Aktorik einen Spindeltrieb oder dergleichen umfasst, wobei die Spindel des Spindeltriebes über eine Zahnradstufe von einem Planetengetriebe antreibbar ist, welches mit einem Elektromotor gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Längenänderung der Steuerstange durch eine Spindelmutter erfolgen, die durch die Spindel axial verschoben wird. Der Antrieb der Spindel kann auch über einen Getriebemotor oder dergleichen erfolgen. Vorzugsweise ist der Spindeltrieb so ausgelegt, dass dieser den gesamten erforderlichen Stellbereich der Steuerstange abdeckt. Es sind jedoch auch andere Antriebe einsetzbar.
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Bei der Anschlagverstellung kann als Aktorik jeder Gewindebolzen über einen Elektromotor oder dergleichen angetrieben werden. Der Elektromotor kann zum Beispiel über ein Planetengetriebe mit dem Gewindebolzen gekoppelt sein. Es sind auch andere Übersetzungsmöglichkeiten zwischen dem Gewindebolzen und dem Elektromotor verwendbar.
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Die an den Gewindebolzen vorgesehenen Anschläge begrenzen den Hub der Steuerstangenverstellung, da die Steuerstange über Führungsarme oder dergleichen zwischen den Anschlägen an den Gewindebolzen geführt wird. Durch das Drehen der Gewindebolzen werden die Anschläge gemeinsam axial verschoben, so dass der Stellbereich ebenfalls axial verschoben wird, ohne dass der Abstand zwischen Anschlägen verändert wird.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsvariante kann für die Anschlagverstellung eines Rotorblatts mindestens ein erster Aktor und für die Steuerstangenverstellung eines Rotorblatts mindestens ein zweiter Aktor vorgesehen sein, wobei aus einer gemeinsamen Stromversorgung zwischen dem ersten und zweiten Aktor umgeschaltet werden kann.
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Durch ein manuelles Umschalten der Stromversorgung zwischen Aktoren desselben Rotorblatts wird der jeweils andere Aktor blockiert, so dass ein Überfahren des tolerierbaren Stellbereiches durch die Anschläge nicht möglich ist. Ist eine Selbsthemmung des Spindeltriebes nicht vorgesehen, kann dieses durch stromlos blockierende Bremsen oder Rasten erfolgen.
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Die Rotorblätter mit den ihnen zugeordneten Aktoren können in einer vorteilhaften Ausgestaltung auf mehrere Stromversorgungen aufgeteilt werden, so dass die Aktoren eines Teils der gesamten Rotorblätter von einer ersten gemeinsamen Stromversorgung versorgt werden und die Aktoren eines anderen Teils der Rotoren von einer weiteren Stromversorgung versorgt werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auch bei Teilausfällen der Stromversorgungen zumindest eine eingeschränkte Funktion erhalten bleibt. Die Aufteilung der Rotorblätter auf die Anzahl der Stromversorgungen ist hierbei so zu wählen, dass die von jeweils einer Stromversorgung versorgten Rotorblätter eine möglichst gleichmäßige Teilung aufweisen sollten.
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Sowohl die Steuerstangenverstellung als auch die Anschlagverstellung kann in Abhängigkeit von Sollvorgaben, Istpositionen und von Sensorsignalen geregelt und/oder gesteuert werden.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
- 1 eine geschnittene, dreidimensionale Ansicht einer Steuerstange einer erfindungsgemäßen Steuerstangenanordnung;
- 2 eine schematische teilgeschnittene Ansicht der Steuerstange;
- 3A bis 3D verschiedene Teilansichten der Steuerstange in verschiedenen Steuerstangenlängen; und
- 4 ein Blockschaltbild der elektrischen Steuerstangen- und Anschlagverstellung der erfindungsgemäßen Steuerstangenanordnung.
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Eine erfindungsgemäße Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers umfasst zumindest eine Steuerstange 1, die in an sich bekannter Weise an ihrem einen Ende eine rotorblätterseitige Lageraufnahme und an ihrem anderen Ende eine motorseitige Lageraufnahme aufweist. Die Steuerstange 1 ist in Längsrichtung innerhalb eines vorgegebenen Stellbereiches verstellbar ausgeführt. Zur Steuerstangenverstellung weist die Steuerstange 1 zumindest einen Aktor 14 auf, welche einen Spindeltrieb umfasst, der über ein Planetengetriebe 2 von einem Elektromotor 3 angetrieben wird. Der Spindeltrieb umfasst eine mit der Steuerstange 1 verbundene Spindelmutter 4, die durch eine Spindel 5 axial bewegt wird. Der Antrieb der Spindel 5 erfolgt über eine Zahnradbeziehungsweise Stirnradstufe 6, welche über das Planetengetriebe 2 von dem Elektromotor 3 angetrieben wird. Eine detaillierte Ansicht der Steuerstangenverstellung ist insbesondere in 1 dargestellt.
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Wie insbesondere aus den 2 und 3A bis 3 D ersichtlicht ist, wird die Steuerstange 1 über entsprechende Führungsarme 21, 21' an zwei parallel zueinander ausgerichteten Führungsstangen geführt. Die Führungsstangen sind als Gewindebolzen 7, 7' ausgebildet und weisen an ihrem Endabschnitt jeweils einen oberen Anschlag 8, 8' und einen unteren Anschlag 9, 9' auf. Der Abstand zwischen dem oberen Anschlag 8, 8' und dem unteren Anschlag 9, 9' bildet den Stellbereich der Steuerstange 1 für die Längsverstellung.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Stellbereich in axialer Richtung der Steuerstange 1 verschiebbar ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der obere Anschlag 8, 8' und der untere Anschlag 9, 9' gemeinsam verschoben werden kann, um den Stellbereich der Steuerstange 1 zu verändern. Die gemeinsame Verschiebung der Anschläge 8, 8'; 9, 9' wird durch jeweils einen Aktor 13, 13' realisiert, die die Gewindebolzen 7, 7' in Drehung versetzt, um somit die Anschläge 8, 8'; 9, 9' je nach Drehrichtung in axialer Richtung gemeinsam zu verschieben. Der Aktor 13 zur Anschlagverstellung umfasst zudem einen Elektromotor, der über ein Planetengetriebe 11, 11' mit dem jeweiligen Gewindebolzen 7, 7' gekoppelt ist, wobei der Elektromotor nicht weiter dargestellt ist.
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In den 3A bis 3D sind verschiedene Positionen bei der Steuerstangenverstellung und der Anschlagverstellung dargestellt, wobei lediglich Teilansichten der Steuerstange 1 gezeigt sind.
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In 3A wird die Steuerstange 1 bis zur Anlage der Führungsarme 21, 21' an den oberen Anschlägen 8, 8' verstellt, welches durch den Pfeil 1 angedeutet ist. Somit ist eine erste Längenverstellungsposition 10 (strichpunktierte Linie) erreicht.
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Gemäß 3B wird nun durch entsprechendes Umschalten der Stromversorgung der Aktor 13 zum Verstellen der Anschläge 8, 8'; 9, 9' aktiviert, um die Gewindebolzen 7, 7' in axialer Richtung nach oben zu verlängern bis die Steuerstange 1 mit ihren Führungsarmen 21, 21' an den unteren Anschlägen 9, 9' anliegt, welches durch den Pfeil 2 angedeutet ist. Somit wird eine axiale Verschiebung des Verstellbereiches bzw. der Anschläge 8, 8'; 9, 9' erreicht.
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Im nächsten Schritt wird gemäß 3 C durch entsprechendes Umschalten der Stromversorgung der Aktor 14 zum Steuerstangenverstellen wieder aktiviert, um die Steuerstange 1 axial in der Zeichnungsebene nach oben zu verschieben, bis zur Anlage an den oberen Anschlägen 8, 8', welches durch den Pfeil 3 angedeutet ist. Somit ist eine zweite Längenverstellungsposition 23 (strichpunktierte Linie) erreicht.
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Gemäß 3D kann nun die Stromversorgung wieder auf den Aktor 14 der Anschlagverstellung umgeschaltet werden, so dass die Gewindebolzen 7, 7' wieder in axialer Richtung nach oben verlängert werden, bis die Steuerstange 1 mit ihren Führungsarmen 21, 21' wieder an den unteren Anschlägen 9; 9' anliegt, welches durch den Pfeil 4 angedeutet ist. Somit wird eine axiale Verschiebung 22 (strichpunktierte Linie) des Verstellbereiches bzw. der Anschläge 8, 8'; 9, 9' erreicht.
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Dies kann weitergeführt werden, um den Stellbereich der Steuerstange 1 in axialer Richtung nach oben weiter zu verlagern. In umgekehrter Richtung ist es auch möglich, die vorbeschriebene Verlagerung des Stellbereiches der Steuerstange 1 in der Zeichnungsebene nach unten zu realisieren.
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In 4 ist ein Blockschaltbild der elektrischen Steuerstangenverstellung und Anschlagverstellung der erfindungsgemäßen Steueranordnung beispielhaft dargestellt. Die Aktoren 13, 14 sind hierbei jeweils einem Rotorblatt A, B zugeordnet. Bei der dargestellten Variante sind anstelle einer Stromversorgung für alle Rotorblätter zwei Stromversorgungen U-1, U-2 als Bordnetze vorgesehen, die jeweils die Hälfte der Rotorblätter bzw. die den Rotorblättern A, B zugeordneten Aktoren 13, 14 versorgen. Dies geschieht in der Weise, dass beispielsweise bei sechs Rotorblättern, welche umlaufend nummeriert sind, die Aktoren 13, 14 des ersten, dritten und fünften Rotorblatts von der ersten Stromversorgung U-1 versorgt werden und die Aktoren 13, 14 des zweiten, vierten und sechsten Rotorblatts von der zweiten Stromversorgung U-2 versorgt werden. Diese gleichmäßige Verteilung über den Umfang des Rotors ist Voraussetzung für eine möglichst geringe Beeinträchtigung der Flugeigenschaften. Durch die Aufteilung der beiden Stromversorgungen auf sechs Rotorblätter bleibt auch bei Teilausfällen eine nur etwas eingeschränkte Funktion erhalten.
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Über einen manuell zu betätigenden Schalter 12 kann der Pilot bewusst eine Umschaltung zwischen den aus einer gemeinsamen Stromversorgung versorgten Aktoren 13, 14 bewirken, so dass je nach Schaltrichtung entweder die Anschlagverstellung oder die Steuerstangenverstellung deaktiviert ist. Dadurch kann ausgewählt werden, welche der Aktoren 13, 14 mit Strom versorgt werden soll und somit aktiviert wird.
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Eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 19 ermittelt anhand einer Istposition 16 und der Sensoren 17, 18 Sollvorgaben 15. Der Betriebszustand der Anlage wird durch die Anzeigen 20 dargestellt. Im gezeigten Beispiel ist der Aktor 13 zum Verstellen der Anschläge aktiviert. Nun können in Abhängigkeit der Sollvorgaben 15 die Anschläge 8, 8'; 9, 9' in axialer Richtung gemeinsam bewegt werden, um den Stellbereich der Steuerstange 1 zu verstellen bzw. zu verschieben. Wenn danach der Schalter 12 umgeschaltet wird und somit der Aktor 14 zum Verstellen der Steuerstange 1 aktiviert wird, kann die Steuerstange 1, wie bereits beschrieben, entsprechend innerhalb des neuen Stellbereiches verstellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuerstange
- 2
- Planetengetriebe
- 3
- Elektromotor
- 4
- Spindelmutter
- 5
- Spindel
- 6
- Stirnradstufe
- 7,7'
- Gewindebolzen
- 8,8'
- oberer Anschlag
- 9,9'
- untere Anschlag
- 10
- erste Längenverstellungsposition
- 11
- Planetengetriebe
- 12
- Schalter
- 13, 13'
- Aktor zur Anschlagverstellung
- 14
- Aktor zur Steuerstangenverstellung
- 15
- Sollvorgaben
- 16
- Istpositionen
- 17
- Sensor
- 18
- Sensor
- 19
- Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
- 20
- Ausgaben und Anzeigen
- 21
- Führungsarm
- 21'
- Führungsarm
- 22
- axiale Verschiebung des Stellbereiches
- 23
- zweite Längenverstellungsposition
- A
- Rotorblatt
- B
- Rotorblatt
- U-1
- erste Stromversorgung
- U-2
- zweite Stromversorgung
