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Die Erfindung betrifft ein Stellsystem eines Flugzeugs. Das Stellsystem weist zumindest eine verstellbare Stellklappe an jedem Tragflügel auf, wobei die Stellklappe generell eine verstellbare aerodynamische Klappe eines Flugzeugs ist und insbesondere eine Hochauftriebsklappe sein kann. Das Stellsystem kann insbesondere ein Hochauftriebssystem eines Flugzeugs sein.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Landeklappensysteme mit einem zentralen Antrieb und einen zentralen Torsionswellenstrang bekannt, durch den Verstellvorrichtungen zur Verstellung einer Klappe betätigt werden. Der Wellenstrang überträgt die mechanische Antriebsleitung von einem zentralen Antriebsmotor zu den Aktuatoren, welche die Klappen bewegen. Im Falle z. B. eines Klemmens der Verstellvorrichtungen ist zu verhindern, dass die Antriebsleitung weiter auf die Stellklappe übertragen wird. Zur Erkennung eines solchen Falles ist die Verwendung eines Lastsensors bekannt.
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In der
US P 195 209 ist ein Lastsensor für Antriebe von Hochauftriebssystemen offenbart, mit dem die Last am Ausgang eines Aktuators gemessen, eine Überlast erkannt und daraufhin das Antriebssystem passiviert wird.
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Die
DE 33 08 301 B3 offenbart ein Hochauftriebssystem mit einem Antriebssystem, Elementen zum Übertragen der Antriebsenergie über die gesamte Spannweite an Antriebsstationen einzelner Segmente von Landeklappen-/Vorflügelklappensystemen und mit einer Überlastsicherung aus elektrischen Lastsensoren, die an den Einleitpunkten der Antriebsenergie vom jeweiligen Getriebe an den Klappenkörper, also am Übergabepunkt der Antriebsenergie am Ausgangshebel des Getriebes angeordnet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Stellsystem eines Flugzeugs mit einer Stellklappe und einem Last-Sensor zur Ermittlung einer Last in einer Verstellvorrichtung einer Stellklappe bereitzustellen, mit dem eine zuverlässigere und genauere Ermittlung der Lastwerte möglich ist und die eine hinsichtlich des Wartungsaufwands möglichst günstige Integration des Last-Sensors möglich ist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Stellsystem eines Flugzeugs mit einer Stellklappe und einem Last-Sensor zur Ermittlung einer Last in einer Verstellvorrichtung einer Stellklappe bereitzustellen, mit dem insbesondere auch beim Austausch von Teilen und insbesondere des Aktuators des Stellsystems und deren Anpassung an die strukturellen Gegebenheiten im Stellsystem die Genauigkeit des Last-Sensors nicht beeinträchtigt wird.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den auf diesen rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist ein Stellsystem vorgesehen, aufweisend:
- • zumindest eine an jeweils einem der Tragflügel eines Flugzeugs über zumindest zwei Lagervorrichtungen an diesem gelagerte und gegenüber diesem bewegbare Stellklappe,
- • zumindest eine Verstellvorrichtung zur Verstellung der Stellklappe, wobei jede Verstellvorrichtung aufweist: einen Aktuator und eine Verstell-Kinematik zur kinematischen Kopplung des Aktuators an die Stellklappe mit einer Antriebsstange, die über ein erstes und ein zweites Gelenk den Aktuator mit der Stellklappe koppelt, und einem Last-Sensor,
- • zumindest eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben der Verstellvorrichtungen, und
- • eine zum Verstellen der Verstellvorrichtungen mit der zumindest einen Antriebsvorrichtung in Funktionsverbindung stehende Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung, die funktional mit dem zumindest einen Last-Sensor zum Empfang der von den Last-Sensoren erzeugten Sensorsignale verbunden ist.
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Erfindungsgemäß ist die Verstell-Kinematik derart ausgeführt, dass bei einem maximalen Verstellweg der Stellklappe das zweite Gelenk zwischen der Antriebsstange und der Verstellklappe um einen Winkel verstellt wird, der weniger als 50% des Winkels beträgt, mit dem das erste Gelenk verstellt wird.
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Nach der Erfindung ist weiterhin der Last-Sensor in zumindest einer der zumindest einen an jeweils einer Stellklappe angeordneten Verstellvorrichtungen und in dem zweiten Gelenk angeordnet, mit dem die Antriebsstange mit der Stellklappe gekoppelt ist, wobei der Last-Sensor derart ausgeführt ist, dass dieser die in diesem Lastpfad auftretenden Kräfte erfasst.
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Der Last-Sensor ist in dem Verbindungsbolzen des zweiten Gelenks zur Kopplung der Antriebsstange mit der Stellklappe integriert und derart ausgeführt, dass dieser eine in dem Verbindungsbolzen auftretende Querkraft misst, die von der Antriebsstange auf das zweite Gelenk ausgeübt wird.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung der Winkelbereich gezielt eingeschränkt, in dem die Lastmessung durchzuführen ist. Der Genauigkeitsgrad der Lastmessung ist üblicherweise derart gegeben, dass dieser für einen mittleren Bereich am größten ist und in den diesbezüglichen seitlichen Bereichen absinkt. Dabei ist maßgebend, an welcher Stelle die maximale Wirkung auf das Gelenk wie z. B. die Dehnung im Gelenk oder einer Gelenkhülse desselben auftritt, wenn die Verstellklappe sich in einer bestimmten Position befindet, so dass sich für einen Verstellbereich der Klappe, in dem die Lastmessung aus systemtechnischen Gründen jeweils vorzunehmen ist, ein Bereich ergibt, an dem jeweils die maximalen messbaren Wirkungen auf das Gelenk auftreten. Erfindungsgemäß wird der Last-Sensor derart im Gelenk ausgerichtet oder positioniert, dass in jeder für die Messung relevanten Verstellbereich der Stellklappe der Bereich des Gelenke mit der größten aufgrund der äußeren Last auftretenden Wirkung in einer optimalen Weise von dem Sensor abgedeckt wird. Dies bedeutet bei der Verwendung eines Last-Sensors mit einem Dehnmess-Streifen, dass der mittlere Abschnitt desselben, der eine größere Messgenauigkeit zur Verfügung stellt, denjenigen Bereich abdeckt, in dem in den relevanten Stellpositionen der Stellklappe die größten Dehnungen auftreten. Erfindungsgemäß kann zusätzlich vorgesehen ein, in der Überwachungsfunktion der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung den Verstellbereich zu begrenzen, in dem die Messungen vorgenommen werden.
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Auf diese Weise kann der Last-Sensor derart in dem Verbindungsbolzen positioniert sein, dass dieser mittig oder mit seinem mittleren Abschnitt den Bereich überdeckt, in dem diejenigen Dehnungen in dem Verbindungsbolzen auftreten, die abhängig von den möglichen Winkelstellungen des Gelenks bei den verschiedenen Ausfahrpositionen der Stellklappe am größten sind.
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Die Verstell-Kinematik kann dabei insbesondere derart ausgeführt sein, dass bei einem maximalen Verstellweg der Klappe das zweite Gelenk zwischen der Antriebsstange und der Verstellklappe um einen Winkelbereich verstellt wird, der weniger als 50% des Winkelbereichs beträgt, in dem das erste Gelenk verstellt wird. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung der Winkelbereich eingeschränkt, in dem die Lastmessung durchzuführen ist. Auf diese Weise kann der Last-Sensor derart in dem Verbindungsbolzen positioniert sein, dass dieser mittig oder mit seinem mittleren Abschnitt den Bereich überdeckt, in dem diejenigen Dehnungen in dem Verbindungsbolzen auftreten, die abhängig von den möglichen Winkelstellungen des Gelenks bei den verschiedenen Ausfahrpositionen der Stellklappe am größten sind.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Last-Sensor in einem Verbindungsbolzen des Gelenks zur Kopplung der Antriebsstange mit der Stellklappe angeordnet und derart ausgeführt ist, dass dieser eine in dem Verbindungsbolzen auftretende Querkraft misst, die von der auf die Verstellklappe jeweils ausgeübten Kraft verursacht wird. Der Last-Sensor ist in dem Verbindungsbolzen des zweiten Gelenks zur Kopplung der Antriebsstange mit der Stellklappe integriert und derart ausgeführt, dass dieser eine in dem Verbindungsbolzen auftretende Querkraft misst, die von der Antriebsstange auf das zweite Gelenk ausgeübt wird.
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Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Last-Sensor in dem Verbindungsbolzen des Gelenks zur Kopplung der Antriebsstange mit der Verstellklappe angeordnet und als Dehnmess-Streifen derart ausgeführt ist, dass dieser eine Dehnung auf der Oberfläche eines Verbindungsbolzen oder eines diesen aufnehmenden Gelenkgehäuses misst, die sich aufgrund der von der Verstellklappe auf den Verbindungsbolzen ausgeübten Kraft ergibt. Der Dehnmess-Streifen kann dabei derart auf der Innenfläche eines Hohlraums des Verbindungsbolzens oder des Gelenkgehäuses aufgebracht sein, dass diese einen Teil des Umfangs in Bezug auf die Gelenkachse abdeckt, und zwar denjenigen Bereich, in dem die in den Verstellpositionen des vorgegebenen Verstellbereichs der Stellklappe die größten Spannungen auftreten.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Last-Sensor aus zumindest einer Dehnmess-Vorrichtung gebildet, die auf der Innenseite des Verbindungsbolzens angeordnet ist. Dabei kann der Verbindungsbolzen als Hohlbolzen ausgeführt und kann die Dehnmess-Vorrichtung auf der Oberfläche der Innenbohrung angeordnet sein. die Dehnmess-Vorrichtung kann aus einem oder mehreren Dehnmess-Streifen (DMS) gebildet sein, die z. B. in Vollbrücken-Anordnung angeordnet sein können. Alternativ dazu kann der Lastsensor aus einer Kraftmessdose gebildet sein. Generell kann der Last-Sensor als temperaturkompensierte Anordnung von Sensorkomponenten ausgeführt sind.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders vorteilhaft bei einem Stellsystem, bei dem die Antriebsstange in ihrer Länge einstellbar ist, um die Verstell-Kinematik in Bezug auf vorgegebenen Stellungen der Stellklappe, z. B. die Position der eingefahrenen Stellklappe, einstellen zu können. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Länge der Antriebsstange über ein Gewinde einstellbar ist.
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Für dieses Ausführungsbeispiel ist die Anordnung zweiten Gelenk besonders vorteilhaft gegenüber einer Lösung, den Sensor im ersten Gelenk anzuordnen: Durch die Abhängigkeit der Sensorgenauigkeit von der Richtung der auf den Sensor wirkenden Kraft folgt für die Platzierung des Sensors am zweiten Gelenk ein reduzierter Messfehler als Folge einer Justierung der Antriebskinematik und insbesondere einer Längenänderung der Antriebsstange. Die erfindungsgemäße vorgesehene Integration eines Last-Sensors in dem zweiten Gelenk ist deshalb besonders vorteilhaft gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung einer Integration des Last-Sensor im ersten Gelenk, da die Einstellung der Verstellkinematik zu deutlich größeren Winkeländerungen am ersten Gelenk zwischen Antriebshebel und Antriebsstange führt als am zweiten Gelenk. Die Anordnung des Last-Sensors im zweiten Gelenk erlaubt erst eine Erkennung von nach der Erfindung zu kompensierenden Fehlerfällen im Stellsystem mit einer Zuverlässigkeit, die für ein sicherheitskritisches System erforderlich ist, wofür die Festlegung von in dieser Hinsicht – bei allen Längenstellungen des Antriebshebels – ausreichend genaue Schwellwerten für den Last-Sensor erforderlich sind.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Last-Sensor zumindest einer Verstellvorrichtung über eine Signalverbindungsleitung mit einer der Verstellvorrichtung zugeordneten Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung zur Übermittlung der vom Last-Sensor erzeugten Sensorsignale verbunden ist, die von dem Last-Sensor in die Verstellklappe und von dort entlang einer der Lagervorrichtungen in den Hauptflügel und zu der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung verläuft. Diese Maßnahme kann zwar gegenüber dem Stand der Technik zu größeren Kabellängen führen, jedoch kann auf diese Weise eine Kabelführung über oder durch den Aktuator umgangen werden und auf diese Weise die Kabelführung sowohl wartungsfreundlicher als auch zuverlässiger auszuführen. Weiterhin kann durch diese Kabelführung ein besserer Schutz der Kabelleitung gegenüber atmosphärischen Einflüssen erreicht werden.
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Bei der Auslegung des erfindungsgemäßen Systems können mit entsprechenden Funktionen der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung u. a. folgende sicherheitskritische Fehler durch das Stellsystem nach der Erfindung in vorteilhafter Weise, d. h. zuverlässig, effizient und ohne der Notwendigkeit von Struktur-Verstärkungsmaßnahmen erkannt werden:
- • ein Klemmfall in einer der Verstellvorrichtungen oder an der Klappe oder der Lagervorrichtung derselben, wobei ein solcher Klemmfall zu einer Überlast und damit zu einem Bruch des Antriebsstrangs oder angrenzenden Strukturbauteilen führen kann, da im Klemmfall das gesamte Antriebsmoment an der betroffenen Station anliegt;
- • ein Bruch eines kraftübertragenden Teils der Verstellvorrichtung wie z. B. eines Antriebshebels, wobei der Bruch eines Antriebshebels einer auf zwei Führungsbahnen geführten Klappe zu einem Verkanten („Skew”) führen kann;
- • eine Blockade einer Verstellvorrichtung einer Klappe mit weiterhin funktionsfähigem Durchtrieb auf die andere Verstellvorrichtung derselben Klappe insbesondere aufgrund eines speziellen Aktuator-internen Fehlers.
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Die Zuverlässigkeit der Erkennung der vorgenannten Fehlerfälle und insbesondere des voranstehend zweitgenannten Fehlerfalls steigt mit der Genauigkeit eines Last-Sensors auf der Abtriebsseite des Aktuators, so dass der erfindungsgemäß im zweiten Gelenk vorgesehene Aktuator in dieser Hinsicht besonders vorteilhaft ist.
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Weiterhin ist zu beachten, dass dieser Schwellwert auf Grund von Fertigungstoleranzen und Temperatureffekten eine hohe Streubreite aufweisen kann. Die fehlerhafte Station blockiert oder hat ein sehr hoher Schleppmoment, während das Antriebsmoment der zentralen Antriebswelle weiter auf die anderen Stationen durchgetrieben wird. Dadurch wird durch den Aktuator an der anderen Station die Klappe weiterbewegt. Dieser Fehler führt zu einem Verkanten („Skew”) oder einem Verdrehen der Klappe und kann letztlich zum Abreißen der Klappe führen.
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Durch Nutzung der Lastmessung für die Erkennung einer Überlast und/oder Unterlast kann insbesondere auf die mechanischen Lastbegrenzer verzichtet werden, mit entsprechender Reduktion der Komponentengewichte. Weiterhin ist die Erkennung einer Überlast mittels Lastsensoren genauer, da mechanische Lastbegrenzer eine hohe Fertigungstoleranz aufweisen. Durch die höhere Genauigkeit bei der Feststellung einer Überlast können Strukturbauteile für eine geringere Last ausgelegt werden. Durch diesen ”Schneeballeffekt” wird das Strukturgewicht reduziert.
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Durch das Stellsystem nach der Erfindung ist die Erkennung eines „Skew” durch die Feststellung des zu Grunde liegenden Fehlers mittels Lastmessung möglich. Diese Lastmessung kann für die Erkennung weiterer Fehler verwendet werden, so dass mit einem Überwachungsmechanismus verschiedene Fehler detektiert werden können. Damit wird der gesamte erforderliche Sensoraufwand für die Erkennung verschiedener Fehler reduziert und somit die Systemzuverlässigkeit erhöht.
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Nach der Erfindung kann die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung derart ausgeführt sein, dass diese aufgrund der von dem Last-Sensor empfangenen Sensorsignale das Unterschreiten eines eine Betriebs-Last bezeichnenden Grenzwerts oder Schwellwerts ermittelt, um einen Fehlerzustand an der Klappe festzustellen. Der Grenzwert oder Schwellwert kann auch abhängig von der Klappenstellung und/oder dem Flugzustand und/oder der Betriebsart, mit der das Flugzeug geflogen wird, und/oder der Flugzeug-Konfiguration (z. B. Fahrwerk aus- oder eingefahren) festgelegt werden.
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Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der eine Betriebs-Last bezeichnende Grenzwert oder Schwellwert um mehr als die Hälfte geringer ist als der Messwert für die maximale Betriebslast.
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Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der eine Betriebs-Last bezeichnende Grenzwert in der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung fest vorgegeben ist.
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Auch kann vorgesehen sein, dass der von dem Last-Sensor aufgrund einer Last ermittelte Sensorwert, der mit dem eine Betriebs-Last bezeichnende Grenzwert zu vergleichen ist, ein Wert ist, der aufgrund der Verstellposition der jeweils zugeordneten Verstellklappe ermittelt wird.
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Das Stellsystem nach der Erfindung kann mit einem „zentralen Antrieb” ausgeführt sein, wobei das fehlertolerante Stellsystem eine Antriebseinheit aufweist, die von der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung angesteuert wird und die mit den Verstellvorrichtungen jedes Flügels über eine Drehwelle zu deren Betätigung mechanisch gekoppelt ist.
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Dabei kann die Antriebsvorrichtung zumindest einen Antriebsmotor und zumindest eine Brems-Vorrichtung aufweisen, die dem Antriebsmotor zum Anhalten des Ausgangs des jeweiligen Antriebsmotors zugeordnet ist, wobei die Steuerungs- und Überwachungseinheit aufweist:
- • eine Stell-Funktion zur Erstellung von Kommandosignalen für die Antriebsmotoren zur Verstellung der Stellklappe,
- • eine Überwachungs-Funktion, mit der ein Kommandosignal an die Brems-Vorrichtung zur Betätigung derselben geschickt wird, wenn die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung aufgrund des Vergleichs eines Sensorwerts des Last-Sensors mit einem Sollwert einer der der Stellklappe jeweils zugeordneten Verstellvorrichtungen einen Fehlerzustand zuordnet.
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Alternativ dazu kann das Stellsystem nach der Erfindung mit einem „zentralen Antrieb” ausgeführt sein, wobei
- • an der zumindest einen Klappe jedes Tragflügels jeweils zumindest zwei Verstellvorrichtungen angeschlossen und voneinander in Spannweiten-Richtung der Klappe beabstandet angeordnet sind, wobei die Verstellvorrichtungen über jeweils eine Antriebs-Verbindung an die der Verstellklappe jeweils zugeordnete Antriebsvorrichtung angekoppelt sind, und
- • das fehlertolerante Stellsystem zum Antrieb der Verstellvorrichtungen Antriebsvorrichtungen aufweist, von denen jeweils eine jeder Verstellklappe zugeordnet ist und die mit einer diese ansteuernden Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung funktional in Verbindung stehen.
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Dabei kann weiterhin vorgesehen sein,
dass die Verstellvorrichtungen einer Stellklappe aufweisen: zumindest einen Antriebsmotor und zumindest eine Brems-Vorrichtung, die dem Antriebsmotor zum Anhalten des Ausgangs des jeweiligen Antriebsmotors zugeordnet ist,
dass die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung Steuerungs- und Überwachungseinheiten aufweist, von denen jeweils eine mit den zumindest zwei an jeweils eine Stellklappe angeschlossenen Verstellvorrichtungen funktional verbunden ist, wobei jede Steuerungs- und Überwachungseinheit aufweist:
- • eine Stell-Funktion zur Erstellung von Kommandosignalen für die Antriebsmotoren zur Verstellung der Stellklappe,
- • eine Überwachungs-Funktion, mit der ein Kommandosignal an die Brems-Vorrichtung zur Betätigung derselben geschickt wird, wenn die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung aufgrund des Vergleichs eines Sensorwerts des Last-Sensors mit einem Sollwert einer der der Stellklappe jeweils zugeordneten Verstellvorrichtungen einen Fehlerzustand zuordnet.
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Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der beiliegenden Figuren beschrieben, die zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochauftriebssystems mit Stellklappen, von denen zwei für jeden Flügel vorgesehen sind, mit Verstellvorrichtungen zur Betätigung der Verstellklappen, wobei die Verstellvorrichtungen jeweils zumindest einen Aktuator und jeweils zumindest einen auf der Eingangsseite gelegenen ersten Last-Sensor und auf der Ausgangsseite des zumindest einen Aktuators gelegenen zweiten Last-Sensor und wobei die Verstellvorrichtungen von einem zentralen Antriebsmotor und einer mit diesem gekoppelten Drehwelle angetrieben werden;
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2 eine vergrößerte Darstellung des für den in der Flugzeug-Längsachse gesehen rechten Flügel vorgesehenen Teil des Hochauftriebssystems nach der 1;
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3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Verstellvorrichtung nach der Erfindung mit einer Darstellung der Anordnung des Last-Sensors im Drehgelenk, das die Schubstange mit der Stellklappe koppelt;
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4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des im Vergleich zur Darstellung der 1 alternativen erfindungsgemäßen Hochauftriebssystems mit Stellklappen, deren Verstellvorrichtungen über jeweils eine Antriebsvorrichtung betätigt werden, wobei Bestandteilen des Hochauftriebssystems der 2, die ähnliche Funktion aufweisen wie in der 1 teilweise dieselben Bezugszeichen zugeordnet sind.
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Die 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellsystems in Form eines Hochauftriebssystems 1 zum Verstellen zumindest einer Stellklappe und insbesondere zumindest einer Landeklappe an jedem Tragflügel. In der 1 sind zwei Landeklappen je eines Tragflügels, der in der Darstellung der 1 nicht gezeigt ist, dargestellt. Im Einzelnen sind dargestellt: eine innere Landeklappe A1 und eine äußere Landeklappe A2 an einem ersten Tragflügel und eine innere Landeklappe B1 und eine äußere Landeklappe B2 an einem zweiten Tragflügel. Bei dem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem können auch eine oder mehr als zwei Landeklappen pro Tragflügel vorgesehen sein.
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Die Stellklappen sind mittels jeweils einer Lagerstation LS an dem Hauptflügel des Tragflügels bewegbar gelagert, von der ein Ausführungsbeispiel in der 3 dargestellt ist. Weiterhin ist jede Stellklappe an eine Verstellstation mit zumindest einer Verstellvorrichtung angekoppelt, wobei die Verstellstation derart ausgeführt ist, dass diese von der Antriebsvorrichtung an diese übertragene Leistung aufnehmen und in eine Verstellbewegung der an der Lagerstation gelagerten Klappe umsetzen kann. Unter Verstellstation wird in diesem Zusammenhang die jeweils an eine Stellklappe angeschlossenen Verstellvorrichtungen verstanden. Bei zumindest zwei Verstellvorrichtungen, die jeweils einer Klappe zugeordnet sind, sind diese in Spannweiten-Richtung der Klappe voneinander beabstandet angeordnet.
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Die Lagerstation LS kann aus einer oder mehreren Lagervorrichtungen gebildet sein, die insgesamt die Stellklappe im gesamten Verstellbereich am Hauptflügel lagert bzw. lagern. Die einer Klappe zugeordnete zumindest eine Lagervorrichtung kann generell eine „Dropped-Hinge-Kinematik” oder eine „Fowler-Kinematik” aufweisen. Die „Fowler-Kinematik” kann z. B. ausgebildet sein als „Track-Kinematik”, als „Track-Link-Kinematik” oder als „Linkage-Kinematik” gebildet sein. Eine „Track-Kinematik” ist aus einer Kombination einer Schiene und eines auf der Schiene bewegbaren Schlittens gebildet. Zur Verstellung der Stellklappe ist an den Schlitten eine Verstellvorrichtung angekoppelt, so dass die Verstellvorrichtung entsprechend aufgrund der Betätigung durch die jeweils zugeordnete Antriebsvorrichtung den Schlitten auf der Schiene („Track”) und somit die Klappe bewegt. Dabei kann die Verstellvorrichtung aus einem Drehaktuator oder einem Spindelantrieb gebildet sein, der an dem Schlitten angekoppelt ist, um diesen zu bewegen. Bei einer sogenannten „Dropped Hinge Kinematik” ist die Lagervorrichtung aus einer Gelenkstütze gebildet, die von dem Hauptflügel im Bereich von dessen hinteren Kante angebracht ist und von dort nach unten wegragt. Am äußeren Ende der Gelenkstütze ist die Klappe mittels einer am Hauptflügel angebrachten Halterung angelenkt. Die Verstellvorrichtung kann dabei insbesondere an die Klappe angekoppelt und dabei aus einem Drehaktuator gebildet sein.
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Das Hochauftriebssystem 1 wird betätigt und kontrolliert über eine Schnittstelle, die insbesondere eine Piloten-Schnittstelle IF und dabei ein Betätigungsorgan wie z. B. einen Betätigungshebel aufweist. Das Betätigungsorgan IF ist mit einer Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C funktional gekoppelt, die Steuerkommandos über eine Ansteuerungs-Leitung C1 zur Ansteuerung einer Antriebsvorrichtung P übermittelt. Die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C ist in der Ausführungsform nach der 1 als eine sogenannte „zentrale” Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C ausgebildet, d. h. diese weist Steuerungs- und Überwachungsfunktionen für mehrere und insbesondere sämtliche Verstell-Vorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 des Hochauftriebssystems 1 auf.
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Die zentrale und z. B. im Rumpfbereich angeordnete Antriebsvorrichtung P kann mit einer oder mehreren Antriebsmotoren gebildet sein. In der dargestellten Ausführungsform des Hochauftriebssystems 1 weist die Antriebsvorrichtung P zwei Antriebsmotoren M1, M2 auf, die z. B. durch einen Hydraulikmotor und einen Elektrikantrieb realisiert sein können. Weiterhin kann die Antriebsvorrichtung P zumindest eine den Antriebsmotoren M1, M2 zugeordnete Brems-Vorrichtung aufweisen, die jeweils durch ein Kommandosignal der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C betätigt werden kann. In der in der 1 dargestellten Ausführungsform des Hochauftriebssystems weist die Antriebsvorrichtung P zwei Brems-Vorrichtungen B1, B2 auf, die jeweils durch ein Kommandosignal der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C betätigt werden können. Die zumindest eine Brems-Vorrichtung B1, B2 ist funktional mit der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C verbunden, die bei vorbestimmten Bedingungen die Brems-Vorrichtung betätigen und damit die Drehwellen-Antriebsstränge 11, 12 arretieren kann. Bei einem Defekt des Antriebsmotors oder eines von mehreren Antriebsmotoren kann diese durch die zentrale Antriebsvorrichtung P oder eine dem zumindest einen Antriebsmotor zugeordnete Antriebsmotor-Steuerung abgeschaltet werden. Wenn die Antriebsvorrichtung P aus nur einem Motor gebildet ist, kann die Antriebsvorrichtung weiterhin auch mit nur einer Bremsvorrichtung ausgeführt sein. Ein solcher Motor kann insbesondere auch als ein in sich redundanter Motor ausgeführt sein, dessen Antriebsfunktion zur Erhöhung der Ausfallsicherheit redundant ausgelegt ist.
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Die Antriebsvorrichtung P kann in der Ausführung mit zwei Motoren M1, M2 nach der 1 ein Differential D aufweisen, das mit den Ausgangsseiten des Hydraulikmotors M1 und des Elektromotors M2 derart gekoppelt ist, dass die von dem Hydraulikmotor M1 und dem Elektromotor M2 jeweils bereitgestellten Leistungen summiert werden und an Drehwellen-Antriebsstränge insbesondere in der Form von Antriebs-Drehwellen 11, 12 übertragen werden. In dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochauftriebssystems sind weiterhin zwei Brems-Vorrichtungen B1, B2 vorgesehen, die funktional mit der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C verbunden sind. Die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C ist derart ausgeführt, dass diese bei vorbestimmten Bedingungen und insbesondere auf Zuordnung eines kritischen Fehlerzustands an eine der Komponenten des Stellsystems die Brems-Vorrichtungen B1, B2 betätigen und damit die Drehwellen-Drehwellen 11, 12 arretieren kann. Wird einer der beiden Antriebsmotoren, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel z. B. der Hydraulikmotor M1 oder der Elektrikantrieb M2, abgeschaltet, gibt die zentrale Antriebsvorrichtung P aufgrund des Differentials, das derart gestaltet ist, dass die von dem Hydraulikmotor M1 und dem Elektromotor M2 jeweils bereitgestellten Leistungen summiert werden, eine um den Betrag des abgeschalteten Antriebsmotors reduzierte Leistung ab. Statt zwei Bremsvorrichtungen B1, B2 kann auch nur eine Bremsvorrichtung und satt zwei Motoren M1, M2 kann auch nur ein Motor vorgesehen sein.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Stellsystems ist die Antriebsvorrichtung P für den Antrieb bzw. die Verstellung sämtlicher zu dem Stellsystem gehörenden Stellklappen A1, A2, B1, B2, also zumindest eine Stellklappe pro Tragflügel, jedoch vorzugsweise mehrere Stellklappen A1, A2 bzw. B1, B2 pro Tragflügel mittels entsprechender Verstellvorrichtungen vorgesehen. Eine solche Antriebsvorrichtung kann insbesondere an zentralem Ort, d. h. insbesondere im Rumpf des Flugzeugs angeordnet sein. An die Antriebsvorrichtung P sind insgesamt zwei Antriebsverbindungen insbesondere in Form der Antriebs-Drehwellen 11, 12 jeweils zur Betätigung der zumindest einen Klappe A1, A2 bzw. B1, B2 je Tragflügel angekoppelt. Die beiden Antriebs-Drehwellen 11, 12 sind an die zentrale Antriebsvorrichtung P gekoppelt und werden durch diese miteinander synchronisiert. Aufgrund entsprechender Steuerkommandos versetzt die zentrale Antriebsvorrichtung P die Antriebs-Drehwellen 11, 12 zur Ausübung von Stellbewegungen der mit diesen gekoppelten Verstell-Vorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 der jeweiligen Stellklappe A1, A2 bzw. B1, B2 in Drehung. In einem der Antriebsvorrichtung P nahe gelegenen Wellenabschnitt der Antriebs-Drehwellen 11, 12 kann ein Last-Begrenzer oder Drehmoment-Begrenzer L integriert sein.
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An jeder Klappe A1, A2 bzw. B1, B2 ist zumindest eine Verstellvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 zur Verstellung derselben angekoppelt. Bei dem in der 1 dargestellten Hochauftriebssystem 1 sind an jeder Stellklappe A1, A2, B1, B2 jeweils zwei Verstellvorrichtungen A11, A12 oder B11, B12 oder A21, A22 oder B21, B22 angeordnet, und zwar im Einzelnen an den inneren Stellklappen A1 und B1 die Verstellvorrichtungen A11, A12 bzw. B11, B12 und an den äußeren Klappen A2 und B2 die Verstellvorrichtungen A21, A22 bzw. B21, B22. Sämtliche Verstellvorrichtungen, also generell zumindest eine Verstellvorrichtung, die insgesamt jeweils eine Klappe betätigt bzw. betätigen, kann auch Verstellstation genannt werden.
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Im Folgenden werden an Hand der 2 und der Stellklappen B1, B2 die Verstellvorrichtungen B11, B12, B21, B22 beschrieben, wobei die Bestandteile verschiedener Verstellvorrichtungen B11, B12, B21, B22 gleicher Funktion in jeder Verstellvorrichtung B11, B12, B21, B22 mit demselben Bezugzeichen versehen sind. In der Figur ist eine Ausführungsform des Stellsystems und insbesondere des Hochauftriebssystems 1 dargestellt, bei dem jede Verstellvorrichtung B11, B12, B21, B22 einen Last-Sensor S-K an dem Gelenk 32 aufweist.
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Jede der Verstellvorrichtungen B11, B12, B21, B22 (bei der Darstellung der 1 jede der Verstellvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22) weist einen Aktuator 20 oder ein Übersetzungsgetriebe 20, eine Verstell-Kinematik VK zur kinematischen Kopplung des Aktuators 20 an die Verstellklappe auf. Generell ist der Aktuator 20 an den Ausgang der Antriebsvorrichtung gekoppelt. Dies kann mittels des Übersetzungsgetriebes 25 realisiert sein. In der in der 1 dargestellten Ausführungsform ist ein solches Übersetzungsgetriebe 25 dazu vorgesehen, die Bewegung der jeweiligen Antriebswelle 11, 12 in eine Bewegung eines Antriebsteils oder Antriebselements 21 umzusetzen, das mit dem Aktuator 20 gekoppelt ist, um einem Eingangselement 21 oder einem sogenannten „Downdrive-Link” an der Eingangsseite des Aktuators 20 eine Eingangsbewegung zu übertragen. Der Aktuator oder das Übersetzungsgetriebe 20 ist mechanisch an die jeweiligen Antriebs-Drehwellen 11, 12 angekoppelt und setzt eine Rotationsbewegung der jeweiligen Antriebs-Drehwellen 11, 12 in eine Verstellbewegung des Klappenbereichs um, der mit der jeweiligen Verstellvorrichtungen B11, B12, B21, B22 gekoppelt ist.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass an jeder Verstell-Vorrichtung B11, B12, B21, B22 einer Klappe ein Positionssensor 26 angeordnet ist (2), der die aktuelle Position der jeweiligen Stellklappe A1, A2, B1, B2 ermittelt und diesen Positionswert über eine nicht dargestellte Leitung an die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C sendet.
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Der Aktuator 20 ist generell über eine Verstell-Kinematik VK zur kinematischen Kopplung des Aktuators 20 als klappenseitige Kopplungsvorrichtung an die Stellklappe A1, A2, B1, B2 gekoppelt.
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Generell weist der Aktuator 20 weiterhin ein Ausgangselement oder Antriebselement 22 auf, das mit einer klappenseitigen Kopplungsvorrichtung 30 zur Kopplung des Aktuators 20 mit der jeweiligen Verstellklappe gekoppelt ist. Somit wird eine Bewegung des Ausgangselements 22 auf eine Bewegung der jeweiligen Stellklappe A1, A2, B1, B2 übertragen. Zwischen dem Eingangselement 21 und dem Ausgangselement 22 kann dabei eine mechanische Übertragungsmechanik mit einer Übersetzungsfunktion vorgesehen sein.
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Zusätzlich kann an den Enden der Antriebs-Drehwellen 11 bzw. 12 ein Asymmetrie-Sensor 28 angeordnet sein, der ebenfalls über eine nicht dargestellte Leitung funktional mit der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C verbunden ist und über diese Leitung einen aktuellen Wert an die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C sendet, der aussagt, ob die Enden der Antriebs-Drehwellen 11 bzw. 12 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs rotiert werden oder ob eine asymmetrische Drehstellung der Antriebs-Drehwellen 11 bzw. 12 gegeben ist.
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Weiterhin können an jeder Antriebs-Drehwellen 11 bzw. 12 jeweils eine Flügelendbereichs-Bremse WTB angeordnet sein, die bei Betätigung Antriebs-Drehwelle oder den jeweiligen Antriebsstrang 11 bzw. 12 blockieren kann. Dabei ist die eine Flügelendbereichs-Bremse WTB insbesondere an einer Stelle der Antriebs-Drehwellen 11 bzw. 12 angeordnet, der in einem äußeren Bereich des jeweiligen Flügels gelegen ist. Jede der Flügelendbereichs-Bremsen WTB ist über eine ebenfalls nicht dargestellte Leitung funktional mit der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C verbunden und kann über diese Leitung von der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C angesteuert und betätigt werden. Im Betrieb ist der normale Ausgangszustand der Flügelendbereichs-Bremse WTB ein nicht-betätigter Zustand, bei dem diese auf die Rotation der Antriebs-Drehwellen 11 bzw. 12 nicht eingreifen. Bei einem entsprechenden Steuerungssignal von der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C können die Flügelendbereichs-Bremsen WTB betätigt werden, um den jeweils zugeordneten Antriebs-Drehwelle 11 bzw. 12 zu arretieren.
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In einem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Verstellvorrichtung ist der Aktuator als Drehaktuator 120 und das Ausgangselement als Aktuatorhebel 122 und die Kopplungsvorrichtung 130 als Antriebsstange oder Verbindungshebel ausgeführt, die bzw. der über Gelenke 131, 132 den Aktuator mit der Stellklappe K koppelt. Dabei ist ein erstes Gelenk 131, mit dem die Antriebsstange 130 an dem Aktuatorhebel 122 angelenkt ist, und ein zweites Gelenk 132 vorgesehen, mit dem die Antriebsstange 130 an der Verstellklappe K angelenkt ist.
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Die Stellklappe ist mittels einer Lagerstation LS mit zumindest einer Lagervorrichtung 141 am Hauptflügel H angelenkt, wobei bei dem Ausführungsbeispiel der 3 als Lagervorrichtung 141 mit einer Dropped-Hinge-Kinematik ausgeführt ist. Die Lagervorrichtung 141 weist eine am Hauptflügel H und von diesem in Bezug auf die Flügel-Dickenrichtung D-H nach unten erstreckende Befestigungsstrebe 143 auf, in der ein Lagergelenk 144 vorgesehen ist. An dem Lagergelenk 144 ist eine Stützvorrichtung in Form einer Gelenkstütze 145 angelenkt, die an einer Verstellklappe K mittels einer Befestigungsvorrichtung 146 befestigt oder gelagert ist. Der Aktuator ist als Drehaktuator 120 ausgeführt.
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Bei einer alternativen Ausbildung der Verstellvorrichtung als Track-Kinematik (nicht in den Figuren gezeigt) kann ein Aktuator, der z. B. ein Drehaktuator oder ein Spindelantrieb sein kann, an dem Schlitten angekoppelt sein, wobei eine Antriebsstange (analog der Antriebsstange 130) über ein erstes Gelenk an dem Schlitten und über ein zweites Gelenk an der Verstellklappe angeordnet ist.
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Generell weist erfindungsgemäß zumindest eine Verstellvorrichtung (in der 1 die Verstellvorrichtungen A11, A12, A21, A22, B11, B12, B21, B22) an einem Tragflügel oder an einer Stellklappe A1, A2, B1, B2 einen Last-Sensor S-K auf, der in dem Gelenk 32 bzw. 132 angeordnet ist, mit dem die Antriebsstange 30 bzw. 130 mit der Stellklappe K bzw. A1, A2; B1, B2 gekoppelt ist, wobei der Last-Sensor S-K derart ausgeführt ist, dass dieser die in diesem Lastpfad auftretenden Kräfte erfasst. Der Last-Sensor S-K ist funktional mit der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C zum Empfang der von den Last-Sensoren erzeugten Sensorsignale verbunden. Der Last-Sensor S-K ist zur Messung von Lasten vorgesehen, die aufgrund von auf die Klappe K einwirkenden äußeren Kräften von der Klappe K auf die Verstell-Kinematik VK übertragen werden.
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Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass mit dem Last-Sensor S-K das Erreichen oder Überschreiten einer für die jeweilige Verstellvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22, in der die Messung vorgenommen wird, nominell zulässigen Maximal-Last gemessen wird. Die Messung der Maximal-Last kann unabhängig von einer Verstellposition der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K, also im gesamten Verstellbereich der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K vorgenommen werden, wenn die vorgegebene Maximallast derart definiert ist, dass diese generell eine maximal zulässige Last darstellt. Bei Messung der Maximal-Last kann vorgesehen sein, dass diese ständig oder in vorgegebenen Zeitabständen vorgenommen wird, da die Maximal-Last unabhängig von einer Stell-Position der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K definiert ist. Mit der Feststellung einer angenommenen Maximal-Last kann z. B. ein Bruch oder „disconnect” einer der Verstellvorrichtungen erfasst werden, da dann an der zumindest einen weiteren Verstellvorrichtung derselben Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K eine wesentlich größere Lasten auftreten, die größer sind als die lasten, die bei intakten Verstellvorrichtungen auftreten. Bei einer ständigen oder in zeitlichen Abständen vorgenommenen Messung der am Last-Sensor jeweils auftretenden Last kann die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C, die die jeweils erfassten Sensorsignale empfängt, diese mit einem der vorgegebenen Maximal-Last entsprechenden Signalwert vergleichen und bei Überschreiten der Maximal-Last der Verstellstation der Klappe einen Fehlerzustand zuordnen sowie gegebenenfalls geeignete Maßnahmen zur Rekonfiguration des Stellsystems oder der Verstellstation kommandieren und einleiten. Diese Messungen und damit erbundene Vergleiche der Messwerte mit der Maximal-Last können also bei jeder Verstellposition der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K ausgeführt werden. In ähnlicher Weise kann durch den Vergleich der erfassten Lasten mit einer angenommenen Maximal-Last ein in einer Verstellvorrichtung auftretendes Klemmen und ein Schiefstellen oder Verkanten der Klappe K in der Verstellstation („Skew”) ermittelt werden: in diesem Fall treten bei der jeweils anderen Verstellvorrichtung derselben Klappe größere Lasten auf als bei Nicht-Vorliegen eines solchen Klemmzustands, wenn zuvor und/oder danach ein Verstellkommando von der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C kommandiert wurde. In diesem Fall werden bei der noch intakten Verstellvorrichtung derselben Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K deutlich größere Kräfte in einem zweiten Gelenk 32 bzw. B2 bewirkt, da neben den Luftlasten auch die von der Verstellvorrichtung ausgeübten Kräfte auf das zweite Gelenk 32 bzw. 132 wirkt, so dass die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C aufgrund der Signalwerte, die für die jeweils auftretende Last von dem in demselben Gelenk angeordneten Last-Sensor S-K erfasst wird, und aufgrund der Durchführung eines entsprechenden Vergleichs ein Überschreiten der vorgegebenen Maximal-Last ermittelt. Die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C kann derart ausgeführt sein, dass diese in diesem Fall der jeweiligen zu der betroffenen Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K gehörenden Verstellstation mit den jeweils einer Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K zugeordneten Verstellvorrichtungen A11, A12 oder B11, B12 oder A21, A22 oder B21, B22 einen Fehlerzustand zuordnen sowie gegebenenfalls geeignete Maßnahmen zur Rekonfiguration des Stellsystems oder der Verstellstation kommandiert und einleitet.
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Wenn ein Last-Sensor S-K einen lastfreien Zustand anzeigt, wobei der andere Last-Sensor S-K, der an der anderen Antriebsstation der gleichen Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K angeschlossen ist, eine erhöhte Last anzeigt, ist von einem Bruch der Aktuatoranbindung zur Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K auszugehen und kann durch die ein entsprechender Fehlerzustand definiert sein. Auch in diesem Fall kann die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C derart ausgeführt sein, dass diese ein Kommandosignal an die Bremsvorrichtungen erzeugt, mit dem das Stellsystem umgehend gestoppt wird.
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Bei der Blockade einer Verstellvorrichtung einer Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K mit weiterhin funktionsfähigem Durchtrieb einer weiteren Verstellvorrichtung derselben Klappe entsteht durch das dann auftretende Verkanten der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K eine erhöhte Last an der defekten Verstell-Vorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22, welche aufgrund des entsprechenden Vergleichs der von dem dort angeordneten Last-Sensor S-K ermittelten Werten mit Soll-Werten erkannt wird und durch die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C aufgrund der Erzeugung eines entsprechenden Kommandosignals ebenfalls zur sofortigen Passivierung und zum Stoppen des Stellsystems führt.
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Sobald ein Last-Sensor S-K eine Last detektiert, die über einem definierten Schwellwert liegt, ist eine Überlast detektiert und die jeweilige Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C kann derart ausgeführt sein, dass Stellsystem oder die Verstellstation gestoppt wird. Der Schwellwert kann entweder ein fester, vorgegebener Wert sein oder aber ein von anderen Zustandsgrößen abhängiger Wert. Wird nur ein fester Wert verwendet, so entspricht die Überlasterkennung der Funktion heutiger Lastbegrenzer, allerdings auf elektronischer Basis. Die Verwendung zustandsabhängiger Schwellwerte ermöglicht eine frühzeitigere Fehlererkennung in vielen Fehlerszenarien.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mit dem Last-Sensor S-K das Unterschreiten und/oder Überschreiten einer aufgrund von Annahmen vorgegebenen Betriebslast gemessen wird. Da sich die Lastsensoren S-K an der Schnittstelle zwischen System und Struktur befinden, kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass mit diesen auch die Strukturlasten ermittelt werden. Werden die Lastprofile im Zentralrechner kontinuierlich aufgezeichnet, so können diese hinsichtlich der strukturellen Lastzyklen ausgewertet werden. Diese Information kann für die Überwachung eines ”Duty Cycle”-Monitoring und/oder „Health Monitoring” verwendet werden.
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Die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C kann derart ausgeführt sein, dass diese auf der Basis eines Vergleichs von Signalwerten für die jeweils auftretende Last mit Werten für eines angenommene Betriebslast aus einem Unterschreiten einer vorgegebenen oder ermittelten Betriebslast durch die tatsächlich festgestellte Last ein „Disconnect” an derselben Vertellvorrichtung folgert und identifiziert, da in diesem Fall die an der Klappe auftretenden äußeren Kräfte nicht über die Anschluss-Vorrichtung auf die Verstellkinematik VK derselben Verstellvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 übertragen werden können. In diesem Fall ordnet die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C der jeweiligen Verstellvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 oder Verstellstation einen Fehlerzustand zu und kommandiert gegebenenfalls geeignete Maßnahmen zur Rekonfiguration des Stellsystems oder der Verstellstation wie das Stoppen des Stellsystems bzw. Hochauftriebssystems 1 mittels der Bremsvorrichtungen B1, B2.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass der verwendete Sollwert oder Vergleichswert von der Verstell-Position abhängt, wobei die jeweiligen Vergleichswerte oder die vorgegebenen Betriebslast für jede Verstellposition durch Tests ermittelt werden und in der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C abgespeichert sind. Die Messung kann dadurch während des Flugzeugbetriebs ständig, d. h. insbesondere in z. B. regelmäßigen Zeitabständen und in Abhängigkeit des Vertellzustands der Verstellvorrichtungen einer Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K vorgenommen werden. Auch kann vorgesehen sein, dass die Last-Messung bei der Kommandierung und der Durchführung einer Verstellung der Verstellvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 bzw. der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K vorgenommen wird. Bei Vorsehen einer ständigen oder regelmäßigen Last-Messung ermittelt die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C bei Verstellung der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K ein Vergleichswert, der – je nach Art des Vergleichwerts, also je nachdem, ob es sich um einen Maximalwert oder einen Betriebslastwert handelt – nicht überschritten bzw. nicht unterschritten werden darf, wobei je nach der jeweils eingenommenen Verstellposition der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K ein zugehöriger Vergleichswert für den Vergleich herangezogen wird. Wenn beispielsweise vor dem Landeanflug die Landeklappe ausgefahren wird, kann die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C dabei eine Messung der Last mittels des Last-Sensors vornehmen und über den Vergleich ermitteln, ob dabei ein solche Überschreiten einer Maximallast oder ein Unterschreiten einer Betriebslast auftritt und im gegebenen Fall der jeweils betroffenen Verstellvorrichtung einen Fehler zuweisen. Daraufhin oder gleichzeitig kann die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C eine Rekonfiguration des Stellsystems vornehmen und dabei das Stellsystem 1 mittels der zumindest einen Bremsvorrichtung arretieren und/oder eine veränderte Landeflug-Betriebsart vorgeben, die sich bei den jeweils ermittelten Fehlerfall für den Landeanflug eignet.
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Insbesondere kann in der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C eine Funktion realisiert sein, mit der die Verstellvorrichtungen einer Stellklappe in eine vorgegebene Stellposition gefahren werden und anschließend mittels der an den Verstellvorrichtungen der Stellklappe eine der erfindungsgemäßen Last-Messungen vornimmt, um gegebenenfalls einen Fehlerzustand an derselben zu ermitteln und eien Rekonfiguration des Stellsystems einzuleiten. Die Messung kann auch bei eingefahrener Stellklappe vorgenommen werden.
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Bei einem Hochauftriebsystem 1, bei dem die Aktuatoren 20 bzw. 120 der Verstellvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 über de-zentrale Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C über elektrische Leitungen kommandiert werden und bei dem zumindest zwei Aktuatoren 20 bzw. 120 an eine Stellklappe zur Betätigung derselben angeschlossen sind, kann vorgesehen sein, dass auf die Zuordnung des Zustands der Funktionsunfähigkeit (Fehlerfall A) an die jeweilige Verstellvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 durch die Verstellvorrichtungs-Fehlererkennungsfunktion die jeweilige Stellklappe A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 über nicht mehr betätigt wird. Zur Vermeidung von Steuerungs-Asymmetrien kann dabei weiterhin vorgesehen sein, dass die im Bezug auf die Flugzeugs-Längsachse symmetrisch zu der mit dem Fehlerfall betroffene Verstellklappe symmetrisch angeordnete Stellklappe ebenfalls nicht mehr betätigt wird. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine im Aktuator 20 bzw. 120 für diesen Fall vorgesehene Bremse B1, B2 zur Arretierung der Stellklappe A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 in seinem momentanen Verstellzustand betätigt wird.
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Falls die Aktuatoren über eine gemeinsame Antriebs-Drehwelle 11, 12 angetrieben werden und die jeweiligen Bestandteile der Verstellkinematik VK mit einem Failsafe-Mechanik ausgestattet sind, kann von der Hochauftriebssystem-Rekonfigurationsfunktion vorgesehen sein, die betreffende Verstellvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 weiter betätigt wird.
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Bei einem solchen Hochauftriebssystem mit einer Kommandierung von Aktuatoren der Verstellvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 über eine zentrale Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C über elektrische Leitungen kann bei einer Zuordnung des Fehlerfalls B dieselbe Maßnahmen-Optionen wie im Fehlerfall A eingeleitet werden. Bei einem Hochauftriebssystem 1 gemäß 1, bei dem die Verstellvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 über Antriebs-Drehwellen 11, 12 mechanisch angetrieben werden, kann bei der Zuordnung des Fehlerfalls B an eine Verstellvorrichtung vorgesehen sein, dass das System über die Motorbremsen M1, M2 und/der die Flügelendbereichs-Bremse WTB blockiert wird, um System-interne Kräftekonflikte zu vermeiden.
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Bei einem zentral, d. h. über Drehwellen 11, 12 angetriebenen Hochauftriebssystem 1 kann bei einer nicht zulässigen Abweichung der von der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C ermittelten Soll-Positionen von den mittels der Positionssensoren 26 erfassten Ist-Positionen vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C oder die Hochauftriebssystem-Rekonfigurationsfunktion ein Betätigungs-Signal an eine Flügelendbereichs-Bremse WTB sowie an die zumindest eine Brems-Vorrichtung B1, B2 zur Arretierung beider Wellenstränge 11, 12.
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Bei dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Aktuatorhebel 131 des Drehaktuators 120 über das erste Gelenk 131 an die Antriebsstange 130 und diese wiederum über ein zweites Gelenk 132 an eine Anschlussvorrichtung 135 der Stellklappe K gekoppelt.
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Durch die Anordnung des Last-Sensors S-K in dem die Antriebsstange und die Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K verbindenden Gelenk 32 bzw. 132 wird mit dem Last-Sensor S-K eine auf das Gelenk 32 bzw. 132 wirkende Last gemessen. Der Last-Sensor S-K ist vorzugsweise in einem Verbindungsbolzen des Gelenks zur Kopplung der Antriebsstange 30 bzw. 130 mit der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K angeordnet und derart ausgeführt ist, dass dieser eine in dem Bolzen aufgrund der von der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K jeweils ausgeübten Kraft verursachten Querkraft gemessen wird.
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Nach einem Ausführungsbeispiel ist der Last-Sensor S-K aus zumindest einer Dehnmess-Vorrichtung gebildet, die auf der Innenseite des als Holbolzen ausgeführten Verbindungsbolzens angeordnet ist. Die innen angeordneten Dehnmess-Streifen (DMS) können dabei in dem Hohlbolzen in Vollbrücken-Anordnung angeordnet sein. Der Lastsensor S-K generell aus einer Kraftmessdose gebildet sein. Weiterhin kann dabei der Lastsensor S-K als temperaturkompensierte Anordnung von Sensorkomponenten ausgeführt sein.
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Eine Verstellkinematik VK der Verstellvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 einer Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K in der Ausführung als Dropped-Hinge-Kinematik oder als Track-Kinematik mit einem Drehaktuator 20, 120 kann insbesondere derart ausgelegt sein, dass bei Ausführung des maximalen Verstellwegs der Klappe das zweite Gelenk 32 bzw. 132 zwischen der Antriebsstange 30 bzw. 130 und der Stellklappe A1, A2; B1, B2 bzw. K um einen Winkelbereich verstellt wird, der weniger als 30% und vorzugsweise weniger als 50% des Winkelbereichs beträgt, um den dabei das erste Gelenk 31 bzw. 131 verstellt wird. Das heißt, dass bei einem maximalen Verstellweg der Klappe sich der Winkel zwischen der Antriebsstange 30 bzw. 130 und der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K um einen Betrag ändert, der um weniger als 30% und vorzugsweise weniger als 50% der Winkeländerung beträgt, die zwischen der Antriebsstange 30 bzw. 130 und dem Aktuatorhebel 22 bzw. 122 auftritt.
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Die Anordnung des Last-Sensors S-K in dem die Antriebsstange 30 bzw. 130 und die Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K verbindenden Gelenk 32 bzw. 132 hat insbesondere gegenüber der Anordnung des Last-Sensors S-K in dem ersten Gelenk 31 bzw. 131 den Vorteil, dass der Last-Sensor S-K in dem zweiten Gelenk 32 bzw. 132 einen geringeren Drehwinkelbereich abzudecken hat und dass der Bereich größerer Genauigkeit des Last-Sensors S-K einen größeren Verstellbereich der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K abdeckt. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass ein Last-Sensor S-K insbesondere in der Ausführung als Dehnmessstreifen üblicherweise in einem mittleren Bereich seiner Längserstreckung eine größere Messgenauigkeit aufweist und die die Messgenauigkeit von dort aus zu den Randbereichen absinkt.
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Demgemäß kann nach der Erfindung insbesondere vorgesehen sein, dass der Last-Sensor S-K oder der Dehnmessstreifen derart positioniert ist, dass der mittlere Bereich oder der Messbereich größerer Genauigkeit des Last-Sensors S-K einen Bereich des Verbindungsbolzens des zweiten Gelenks 32 bzw. 132 überdeckt, an dem die Maximalspannungen oder -Dehnungen zu erwarten sind, wenn die Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K eine Stellposition oder einen Bereich von Stellpositionen einnimmt, bei denen eine Last-Messung jeweils vorzunehmen ist.
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Der Last-Sensor S-K ist zur Messung von Lasten vorgesehen, die aufgrund von auf die Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K einwirkenden äußeren Kräften von der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K auf die Verstell-Kinematik VK übertragen werden. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass mit dem Last-Sensor S-K das Erreichen oder Überschreiten einer Maximal-Last gemessen wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mit dem Last-Sensor S-K das Unterschreiten und/oder Überschreiten einer Betriebslast gemessen wird. Diese tritt insbesondere bei einem „Disconnect” einer Verstellkinematik VK auf. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Last-Sensor S-K derart im Gelenk platziert ist, dass der relevante Verstellbereich der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K optimal abgedeckt ist.
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Nach einem Ausführungsbeispiel des Stellsystems bzw. Hochauftriebssystems 1 sind die Sensoren direkt mit einer „zentralen” und vorzugsweise zentral im Flugzeugrumpf angeordneten Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C verbunden, wobei die Signale der Last-Sensoren S-K zu der zentralen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C zur Auswertung übermittelt werden, in der die Vergleichsfunktion zum Vergleich der von den Last-Sensoren S-K erfassten Sensorsignalen mit Soll-Werten sowie auch die Auswertung mit einer Zuordnung eines Fehlerzustands an eine Verstellvorrichtung bei dem Vorliegen einer entsprechen Abweichung der miteinander verglichenen Werte implementiert ist (1). Weiterhin kann in der zentralen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C eine Rekonfigurationsfunktion implementiert sein, die aufgrund einer Zuordnung eines Fehlerzustands an eine Verstellvorrichtung Kommandos zu Rekonfiguration des Stellsystems 1 oder der Flugführungsvorrichtung des Flugzeugs erzeugt. Ein solches Kommando kann z. B. ein Kommando zur Aktivierung der Bremsvorrichtungen B1, B2, WTB des Stellsystems und/oder die Kommandierung einer Sicherheits-Betriebsart oder Back-Up-Betriebsart in der Flugführungsvorrichtung des Flugzeugs sein, z. B. eine gegenüber der normalen Landebetriebsart modifizierte Landebetriebsart, bei der die noch als intakt ansteuerbar angesehenen Stellklappen A1, A2, B1, B2 bzw. K in eine Stellung gefahren werden, die sich bei dem ermittelten Fehlerzustand und/oder einer dabei ermittelten Stellposition der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K, an der die als fehlerhaft ermittelte Verstell-Vorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 des Hochauftriebssystems 1 angekoppelt ist, für die Landung in günstiger Weise eignet.
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Nach dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel können de-zentrale oder lokale Steuerungs- und Überwachungsvorrichtungen C-A1, C-A2, C-B1, C-B2 vorgesehen sein, die vorzugsweise im Hauptflügel und in der Spannweitenrichtung derselben jeweils denjenigen Verstellvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 derselben Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K zugeordnet und vorzugsweise lokal in deren räumlicher Nähe angeordnet sind, die die lokale Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C jeweils ansteuert. Dabei kann vorgesehen sein, dass in jede lokale Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C-A1, C-A2, C-B1, C-B2 eine erfindungsgemäße Fehlererkennungsfunktion und Rekonfigurationsfunktion in Bezug auf die jeweils zugeordneten Verstellvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 aufweist. Bei einer solchen Realisierung ist weiterhin eine zentrale Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C vorgesehen, die für jede der lokalen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtungen C-A1, C-A2, C-B1, C-B2 Soll-Verstellpositionen ermittelt und kommandiert. Die zentrale Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C empfängt von den lokalen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C-A1, C-A2, C-B1, C-B2 die Zuordnung eines Fehlerzustands an eine Verstellvorrichtung oder die Verstellvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 einer Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K, wenn an diesen jeweils ein Fehler erkannt oder Sensorwert-Abweichung ermittelt worden ist.
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Bei der Ausführungsform nach der 4 ist für jede Stellklappe A1, A2, B1, B2 jeweils eine Antriebsvorrichtung PA1, PA2, PB1, PB2 vorgesehen, von denen jede zumindest einen Motor und eine Bremsvorrichtung aufweisen kann. In der dargestellten Ausführungsform weist jede Antriebsvorrichtung PA1, PA2, PB1, PB2 zwei Motoren M-a, M-b und ein Getriebe auf, das mit den Ausgangsseiten des als Hydraulikmotor (Bezugszeichen H) ausgeführte erste Bremsvorrichtung M-a und des als Elektromotor M2 (Bezugszeichen E) ausgeführte zweite Bremsvorrichtung M-b derart gekoppelt ist, dass die von dem als Hydraulikmotor H ausgeführte und dem Elektromotor E jeweils bereitgestellten Leistungen summiert werden und an Antriebs-Drehwellen 24-a, 24-b übertragen werden. Die zumindest eine Brems-Vorrichtung ist funktional mit der jeweils zugeordneten de-zentralen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C-A1, C-A2, C-B1, C-B2 verbunden. Die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtungen C-A1, C-A2, C-B1, C-B2 sind derart ausgeführt, dass diese bei vorbestimmten Bedingungen und insbesondere auf Zuordnung eines kritischen Fehlerzustands an eine der Komponenten des Stellsystems die zumindest eine Brems-Vorrichtung B-a, B-b betätigen und damit die Drehwellen-Antriebsstränge 24-a, 24-b arretieren kann. Die Antriebsvorrichtungen PA1, PA2, PB1, PB2 sind derart ausgeführt, dass der Ausfall einer der beiden Antriebsmotoren, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel z. B. der Hydraulikmotor H oder der Elektrikantrieb E, mit dem Effekt kompensiert werden kann, dass die Ausgangsleistung des Getriebes halbiert ist.
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gibt die jeweils zugeordnete Antriebsvorrichtung PA1, PA2, PB1, PB2 aufgrund des Differentials, das derart gestaltet ist, dass die von dem Hydraulikmotor H und dem Elektromotor jeweils bereitgestellten Leistungen summiert werden, eine um den Betrag des abgeschalteten Antriebsmotors reduzierte Leistung ab.
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Die Positionierung des Last-Sensors S-K im zweiten Gelenk 32 bzw. 132 ermöglicht eine Kabelführung zur funktionalen Verbindung des Last-Sensors S-K mit der jeweils zugeordneten Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C, C-A1, C-A2, C-B1, C-B2 über die jeweilige Stellklappe K und über zumindest eine der Lagervorrichtungen 141 dieser Stellklappe K in den Hauptflügel zu der jeweils zugeordneten Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C, C-A1, C-A2, C-B1, C-B2. Diese Ausführungsform der Kabelführung kann sowohl bei einer Lagervorrichtung mit einer „Track-Kinematik” als auch bei einer Lagervorrichtung mit einer „Dropped-Hinge-Kinematik” realisiert sein. Auf diese Weise wird eine Kabelführung über den Aktuator vermieden und eine Realisierung mit relativ einfachen Steckverbindungen zwischen Kabelabschnitten ermöglicht.
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Diese Kabelführung ist in der 3 schematisch an Hand einer Lagervorrichtung 141 bei einer „Dropped-Hinge-Kinematik” dargestellt. Das Kabel 200 verläuft entlang der Anschlussvorrichtung 135 und von dort über eine Öffnung in das Innere der Stellklappe K. Alternativ kann das Kabel 200 auch vom Gelenk 132 in einen Innenraum einer Anschlussvorrichtung 135 eingeführt und von dort in die Stellklappe K eingeführt werden. Innerhalb der Stellklappe K kann eine Sammelstelle 210 vorgesehen sein, an der das von dem Last-Sensor S-K kommende Kabel 200 mit einem oder mehreren weiteren Kabeln insbesondere zur Anbindung von Sensoren an die jeweilige Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung zusammengeführt werden, wie dies beispielsweise in der 2 dargestellt ist. Von dort wird das Kabel 200 über zumindest eine Gelenkstütze 145, 145a, 145b zu dem Lagergelenk 212 geführt, mit dem die Gelenkstütze an der Befestigungsstrebe 143 angelenkt ist. Dabei kann das Kabel 200 an der strukturellen Befestigung oder Ankopplung der die Gelenkstütze 145 oder eine Gelenkstrebe 145a, 145b derselben eine Steckerverbindung 211 zur Verbindung zweier Kabelabschnitte der Kabelleitung 200 aufweisen, um die Stellklappe K lösbar von der Gelenkstütze und somit von deren Lagervorrichtung zu realisieren. Die Kabelleitung 200 verläuft dann am Gelenk 144 vorbei entlang der Befestigungsstrebe 143 in das Innere des Hauptflügels H. Am Gelenk 144 kann wiederum eine Steckerverbindung von zwei Kabelabschnitten vorgesehen sein. Die Gelenkstütze 145, 145a, 145b und die Befestigungsstrebe 143 können einen Hohlraum mit einer Vorrichtung zur Kabelführung aufweisen, und die Kabelleitung 200 kann im Inneren der Gelenkstütze 145, 145a, 145b und im Inneren der Befestigungsstrebe 143 verlaufen. Der Hohlraum kann insbesondere durch ein Leerrohr realisiert sein, das an der Außenseite der Gelenkstütze 145, 145a, 145b und/oder der Befestigungsstrebe 143 angebracht, in der Gelenkstütze 145, 145a, 145b und/oder der Befestigungsstrebe 143 eingebaut oder an der Gelenkstütze 145, 145a, 145b und/oder der Befestigungsstrebe 143 strukturell integriert ist.
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Bei einem Stellsystem mit lokalen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C-A1, C-A2, C-B1, C-B2 wird die Kabelleitung 200 zu derjenigen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C-A1, C-A2, C-B1, C-B2 geführt, die jeweils der betreffenden Klappe K zugeordnet ist. Bei einem Stellsystem mit einer zentralen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C wird die Kabelleitung 200 zu derselben Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung C geführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 195209 P [0003]
- DE 3308301 B3 [0004]
