DE102014201239A1

DE102014201239A1 - Hochauftriebssystem mit Sekundärlastpfad

Info

Publication number: DE102014201239A1
Application number: DE102014201239.2A
Authority: DE
Inventors: Johannes Schaefer; Sergej Lieder
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: Airbus Helicopters Technik GmbH
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2034-01-24
Also published as: DE102014201239B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochauftriebssystem für ein Flugzeug mit einer Antriebseinheit (2), einer mit dieser verbundenen Transmissionswelle (4), einer von der Transmissionswelle (4) abzweigenden ersten sowie zweiten Antriebsstation (5, 6) und einer Hochauftriebsklappe (3), die mittels der beiden Antriebsstationen (5, 6) zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Stellung verfahrbar und/oder in diesen oder einer Zwischenstellung arretierbar ist, wobei die beiden Antriebsstationen (5, 6) jeweils einen sich von der Transmissionswelle (4) bis zur Hochauftriebsklappe (3) erstreckenden Primärlastpfad (7, 8) aufweisen. Erfindungsgemäß weisen die beiden Antriebsstationen (5, 6) jeweils einen zum jeweiligen Primärlastpfad (7, 8) redundanten Sekundärlastpfad (14, 15) auf, der im störfreien Systemzustand des Primärlastpfades (7, 8) inaktiv ist. Des Weiteren umfasst das Hochauftriebssystem (1) Aktivierungsmittel (16), die den jeweiligen Sekundärlastpfad (14, 15) automatisch aktivieren, wenn der dazugehörige Primärlastpfad (7, 8) die Hochauftriebsklappe (1) aufgrund eines Bruchs nicht mehr verfahren und/oder arretieren kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochauftriebssystem für Flugzeuge gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
Aus dem Stand der Technik sind allgemein Hochauftriebssysteme für Vorflügel und Landeklappen an Tragflächen von Flugzeugen bekannt. Diese umfassen in der Regel eine zentrale Antriebseinheit, die beispielsweise im Rumpf des Flugzeugs angeordnet sein kann. Die zentrale Antriebseinheit steht über ein Verzweigungsgetriebe mit Transmissionswellen in den jeweiligen Halbflügeln in Verbindung. Die Transmissionswellen weisen ihrerseits wiederum Abzweiggetriebe auf, mittels derer das von der zentralen Antriebseinheit erzeugte Drehmoment zu den Hochauftriebsklappen übertragen wird. Dabei sind den jeweiligen Abzweiggetrieben Aktuatoren, Umlenkgetriebe und/oder Führungsgetriebe nachgeschaltet, welche die aerodynamisch wirkenden Hochauftriebsklappen bewegen.
Bei derartigen Hochauftriebssystemen können in der Regel zwei unterschiedliche Fehlerfälle auftreten, die möglichst umgehend erkannt werden müssen. Der erste Fehlerfall ist der sogenannte Klemmfall (Jam), bei dem eine Komponente des Antriebsstrangs und/oder die Hochauftriebsklappe selbst aufgrund eines äußeren Störeinflusses klemmt. Bei Auftreten eines derartigen Klemmfalls wirkt an der Klemmstelle ein sehr hohes Moment. Die Bauteile zwischen Klemmstelle und Antriebseinheit können mit einem maximalen Antriebsdrehmoment belastet werden. Hierzu sind diese entsprechend auszulegen beziehungsweise zu dimensionieren. Bei unzureichender Auslegung ist die Folge demnach eine Beschädigung der mit diesem Moment beaufschlagten Bauteile.
Der zweite Fehlerfall ist der sogenannte Bruchfall (Disconnect), bei dem eine Komponente des Antriebsstrangs bricht, so dass die Hochauftriebsklappe mittels der eigenen Antriebsstation nicht mehr verfahren sowie in einer Stellposition gehalten werden kann. Um in einem Bruchfall die Hochauftriebsklappe in einer Stellung zu arretieren, sind aus dem Stand der Technik sogenannte Verbindungsstreben bekannt, die zwei benachbarte Hochauftriebsklappen miteinander koppeln, so dass die beschädigte Hochauftriebsklappe durch die benachbarte unbeschädigte Hochauftriebsklappe arretiert ist. Derartige Verbindungsstreben haben jedoch den Nachteil, dass das Hochauftriebssystem zum einen schwerer wird und zum anderen keine differenziellen Verstellung der einzelnen Hochauftriebsklappen erfolgen kann.
Aus der DE 10 2011 008 561 A1 ist ein funktionsüberwachtes Führungssystem zur Verstellung zumindest einer Systemkomponente bekannt. Das Führungssystem umfasst einen Führungsmechanismus mit zumindest einer Stellkomponente zur Führung von Verstellbewegungen der zu verstellenden Systemkomponente, von denen zumindest eine Stellkomponente eine Sensorvorrichtung zur Erfassung eines Belastungszustands der Stellkomponente aufweist. Des Weiteren umfasst das Führungssystem eine mit der Stellkomponente funktional verbundene Überwachungsvorrichtung, die mehrere Erfassungszeitabschnitte zur Erfassung von Sensorsignalen der zumindest einen Sensorvorrichtung vorgibt. Des Weiteren gibt diese einen Schwellwert vor, mit dem die Anzahl der Überschreitungen desselben durch die Sensorsignale innerhalb von Erfassungszeitabschnitten ermittelt wird. Die Überwachungsvorrichtung ermittelt aus der Anzahl der Überschreitungen jeweils in den Erfassungszeitabschnitten einen Wert für den Betriebszustand.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2012 005 346 A1 ein Flugzeug mit wenigstens einem an der Tragfläche des Flugzeugs angeordneten Hochauftriebssystem bekannt, das wenigstens eine Antriebseinheit zur Umwandlung elektrischer oder hydraulischer Energie in eine drehzahlgesteuerte Rotationsbewegung umfasst, wobei das Flugzeug des Weiteren wenigstens eine Steuereinheit aufweist, die das Hochauftriebssystem steuert. Dem Hochauftriebssystem ist zumindest ein Energiespeicher zu dessen Betätigung zugeordnet.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Es wird ein Hochauftriebssystem für Flugzeuge vorgeschlagen, das wenigstens eine Antriebseinheit umfasst, die vorzugsweise als zentrale Antriebseinheit ausgebildet und/oder im Rumpf des Flugzeugs angeordnet ist. Des Weiteren umfasst das Hochauftriebssystem zumindest eine mit der Antriebseinheit verbundene Transmissionswelle, die vorzugsweise im Bereich eines der beiden Flügel des Flugzeuges angeordnet ist. Zur Verteilung des von der Antriebseinheit erzeugten Drehmomentes ist eine von der Transmissionswelle abzweigende erste sowie zweite Antriebsstation vorgesehen. Das Hochauftriebssystem umfasst ferner zumindest eine Hochauftriebsklappe. Diese ist vorzugsweise von zumindest einer benachbarten Hochauftriebsklappe entkoppelt, so dass die beiden Hochauftriebsklappen getrennt voneinander verfahrbar sind. Die beiden benachbarten Hochauftriebsklappen weisen somit keine Verbindungsstrebe auf. Die Hochauftriebsklappe ist mittels der beiden Antriebsstationen zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Stellung verfahrbar und/oder in diesen oder einer Zwischenstellung arretierbar. Hierfür greift vorzugsweise eine der beiden Antriebsstationen flügelwurzelseitig und die andere flügelendenseitig an der Hochauftriebsklappe an. Die beiden Antriebsstationen weisen jeweils einen sich von der Transmissionswelle bis zur Hochauftriebsklappe erstreckenden Primärlastpfad auf. Über diesen kann die von der Antriebseinheit erzeugte Stell- und/oder Haltekraft von der Transmissionswelle auf die Hochauftriebsklappe übertragen werden. Definitionsgemäß ist unter der Begrifflichkeit „Lastpfad“ ein Kraftübertragungsweg, insbesondere von der Transmissionswelle bis zur Hochauftriebsklappe, zu verstehen, der vorzugsweise zumindest eine mechanische Kraftübertragungskomponente, insbesondere eine Welle, einen Kolben, ein Getriebe und/oder einen Aktuator, umfasst. Selbstverständlich kann der Lastpfad noch zusätzliche oder alternative Komponenten umfassen. Es sind auch Anordnungen denkbar, bei denen jede Hochauftriebsklappe eine separate Antriebseinheit und einen Aufbau wie zuvor beschrieben aufweist, wodurch jede Hochauftriebsfläche separat ansteuerbar ist und somit benachbarte Hochauftriebsflächen sowohl in eine gleiche Stellung (eingefahrene Stellung, ausgefahrene Stellung, Zwischenstellung) oder in eine voneinander abweichende Stellung verfahrbar sind.
Die beiden Antriebsstationen der Hochauftriebsklappe weisen jeweils einen zum jeweiligen Primärlastpfad redundanten Sekundärlastpfad auf. Die beiden Sekundärlastpfade können vollständig voneinander entkoppelt sein oder sich aber auch einzelne Komponenten, insbesondere ein Abzweiggetriebe und/oder einen Drehmomentbegrenzer, teilen. Vorzugsweise greift jeweils einer der beiden Primärlastpfade am flügelwurzelseitigen und der andere am flügelendenseitigen Ende der Hochauftriebsklappe an.
Die Sekundärlastpfade sind insbesondere im Bereich zwischen diesen beiden äußeren Primärlastpfaden angeordnet. Die beiden Sekundärlastpfade sind im störfreien Systemzustand des damit korrespondierenden Primärlastpfads – das heißt wenn insbesondere kein Bruch innerhalb des Primärlastpfades aufgetreten ist – inaktiv. Dies bedeutet, dass über den jeweiligen Sekundärlastpfad keine Verstellkräfte auf die Hochauftriebsklappe übertragbar sind. Die jeweiligen Sekundärlastpfade sind somit zu dem jeweiligen Primärlastpfad für den Störfall „Bruch“ kaltredundant ausgebildet.
Das Hochauftriebssystem umfasst Aktivierungsmittel, die den jeweiligen Sekundärlastpfad automatisch aktivieren, wenn der dazugehörige Primärlastpfad die Hochauftriebsklappe aufgrund eines Bruchs nicht mehr verfahren und/oder arretieren kann. Vorteilhafterweise kann somit eine Verbindungsstrebe zwischen zwei benachbarten Hochauftriebsklappen entfallen. Die Hochauftriebsklappe kann somit von einer benachbarten Hochauftriebsklappe entkoppelt ausgebildet werden, so dass diese unabhängig von der benachbarten Hochauftriebsklappe verstellbar ist. Dies setzt weiter voraus, dass zusätzliche Antriebsstationen in dem Hochauftriebssystem vorgesehen werden. Des Weiteren kann das Hochauftriebssystem durch die Einsparung der Verbindungsstrebe leichter ausgebildet werden. Überdies hinaus ist die Hochauftriebsklappe sowohl flügelwurzelseitig als auch flügelendenseitig mit einem Lastpfad verbunden, der ein Halten der Hochauftriebsklappe in einer sicheren Stellung ermöglicht. Hierdurch können kritische Zustände des Hochauftriebssystems, bei dem eine Hochauftriebsklappe aufgrund eines Bruchs nur einseitig gehalten ist, vermieden werden. Des Weiteren ist mittels des Sekundärlastpfades bei Ausfall des Primärlastpfades nicht nur eine Arretierung der Hochauftriebsklappe in einer sicheren Stellung möglich, sondern ferner eine unbeeinträchtigte Funktion der Hochauftriebsklappe während des Flugbetriebes gewährleistet. Somit kann die Hochauftriebsklappe bei einem Bruch innerhalb eines der beiden Primärlastpfade mittels des redundanten Sekundärlastpfades in einer sicheren Stellung arretiert und/oder in andere Stellungen verfahren werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Aktivierungsmittel eine dem ersten Sekundärlastpfad zugeordnete erste Kupplung und/oder eine dem zweiten Sekundärlastpfad zugeordnete zweite Kupplung umfassen. Somit kann jeder der beiden Sekundärlastpfade unabhängig voneinander in Abhängigkeit des Systemzustandes des jeweiligen Primärlastpfades aktiviert und/oder deaktiviert werden. Im aktivierten Zustand des jeweiligen Sekundärlastpfades kann über diesen eine von der Transmissionswelle abgegriffene Stellkraft auf die Hochauftriebsklappe übertragen werden. Im deaktivierten Zustand der jeweiligen Kupplung ist der Sekundärlastpfad lastfrei, so dass die zum Halten und Verstellen der Hochauftriebsklappe aufgebrachte Stellkraft ausschließlich über den jeweiligen Primärlastpfad auf die Hochauftriebsklappe übertragen werden.
Vorteilhafterweise ist die erste und/oder zweite Kupplung als mechanische Kupplung ausgebildet, so dass das Aktivierungsmittel konstruktiv einfach und kostengünstig umgesetzt werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die beiden Kupplungen mit entsprechend ausgebildeten Aktivierungsmitteln von einem lastentkoppelten in einen lastübertragenden Zustand veränderbar. Hierbei können die Aktivierungsmittel beispielsweise eine Steuerung umfassen, die mittels eines im jeweiligen Primärlastpfad angeordneten Sensors dessen Systemzustand prüft und/oder im Falle einer Störung des Primärlastpfades – insbesondere eines Bruchs – die Kupplung des diesem zugeordneten Sekundärlastpfades elektrisch ansteuert, so dass die Kupplung geschlossen wird – das heißt aus ihrem lastentkoppelten in ihren lastübertragenden Zustand verändert wird.
Um die Herstellungskosten des Hochauftriebssystems möglichst gering zu halten, ist es alternativ vorteilhaft, wenn die Aktivierungsmittel als mechanischer Aktivierungsmechanismus ausgebildet sind. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine Sensorik im jeweiligen Primärlastpfad sowie die vorstehend angesprochene Steuerung eingespart werden. Der mechanische Aktivierungsmechanismus ist derart ausgebildet, dass dieser automatisch den Sekundärlastpfad aktiviert, indem er die jeweilige Kupplung aus ihrem lastentkoppelten in den lastübertragenden Zustand verändert, sobald über den Primärlastpfad aufgrund eines darin vorliegenden Bruchs keine Stell- und/oder Haltekraft auf die Hochauftriebsklappe übertragen werden kann.
Konstruktiv einfach kann das Aktivierungsmittel mit dem automatischen Aktivierungsmechanismus umgesetzt werden, wenn die Kupplung als Klauenkupplung ausgebildet ist. Diesbezüglich ist es vorteilhaft, wenn die Kupplung eine antriebsseitige erste Verzahnung und eine abtriebsseitige zweite Verzahnung aufweist. Die beiden Verzahnungen greifen drehfest ineinander und weisen vorzugsweise zueinander in Umfangsrichtung ein Verdrehspiel auf. Hierbei bildet insbesondere das Verdrehspiel den automatischen mechanischen Aktivierungsmechanismus.
Dieser automatische und/oder mechanische Aktivierungsmechanismus ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass im lastentkoppelten Zustand der Kupplung – das heißt bei inaktivem Sekundärlastpfad, wenn sich der Primärlastpfad in einem störfreien Systemzustand befindet – die abtriebsseitige zweite Verzahnung der antriebsseitigen ersten Verzahnung, insbesondere in Umfangsrichtung beabstandet, vor-auseilt. Dieses Vorauseilen der abtriebsseitigen zweiten Verzahnung wird vorzugsweise bei störfreiem Zustand des Primärlastpfades und/oder durch das Verdrehspiel sichergestellt. Demnach wird die abtriebsseitige zweite Verzahnung bei intaktem Primärlastpfad von diesem über die dazwischengeschaltete Hochauftriebsklappe der ersten Verzahnung im Abstand des Verdrehspiels vorausgeführt, so dass der über den Sekundärlastpfad keine Kräfte übertragen werden. Der Sekundärlastpfad ist somit bei störfreiem Primärlastpfad inaktiv.
Um eine automatische Aktivierung des Sekundärlastpfades bei einem Bruch des Primärlastpfades sicherstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn im lastübertragenden Zustand der Kupplung – das heißt wenn der Sekundärlastpfad aufgrund eines Bruchs innerhalb des diesem zugeordneten Primärlastpfades aktiviert wird – die abtriebsseitige zweite Verzahnung einseitig, insbesondere mit ihren lastübertragenden Zahnflanken, an der antriebsseitigen ersten Verzahnung anliegt beziehungsweise sobald der Primärlastpfad bricht zum Anliegen kommt.
Die beiden Antriebsstationen können vollständig voneinander entkoppelt ausgebildet werden, wenn die beiden Sekundärlastpfade in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung voneinander mechanisch entkoppelt sind und/oder jeweils im Bereich ihres antriebsseitigen Endes ein mit der Transmissionswelle verbundenes separates Abzweiggetriebe aufweisen.
Alternativ zu der vorstehend genannten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es ebenso vorteilhaft, wenn die beiden Sekundärlastpfade miteinander mechanisch gekoppelt sind und/oder im Bereich ihres jeweiligen antriebsseitigen Endes ein mit der Transmissionswelle verbundenes gemeinsames Abzweiggetriebe aufweisen. Hierdurch können die beiden Sekundärlastpfade leichter ausgebildet werden, da sie sich somit antriebsseitige Komponenten, insbesondere das Abzweiggetriebe, teilen.
Eine mechanische Kopplung der beiden Sekundärlastpfade im Bereich ihres jeweiligen antriebsseitigen Endes kann konstruktiv einfach umgesetzt werden, wenn das gemeinsame Abzweiggetriebe ein drehfest mit der Transmissionswelle verbundenes gemeinsames Zentralrad aufweist, in das ein erstes und ein zweites Pfadzahnrad des jeweiligen Sekundärlastpfades eingreift. Vorzugsweise ist hierbei das erste und/oder zweite Pfadzahnrad als Stirnrad ausgebildet.
Bei einem Klemmfehler besteht das Problem, dass sich in der Reihe der leistungsbezogenen Bauelemente zwischen der zentralen Antriebseinheit und der Klemmstelle das maximale Blockiermoment (Stallmoment) der Antriebseinheit aufbaut, was zur Folge hat, dass an der Klemmstelle selbst das gesamte Blockiermoment wirkt. Um eine Beschädigung dieser mit dem Blockiermoment beaufschlagten Bauteile zu vermeiden, müssen diese für das volle Blockiermoment ausgelegt sein. Hierdurch wird jedoch das Hochauftriebssystem schwerer. Vorteilhaft ist es deshalb, dass zumindest einer der beiden Primärlastpfade einen Primärlastbegrenzer und zumindest einer der zu diesem redundanten Sekundärlastpfade einen Sekundärlastbegrenzer aufweist. Bevorzugt ist in jedem Lastpfad ein Lastbegrenzer vorgesehen. Die Sekundärlastpfade können jedoch durch eine geeignete Auslegung der Spiele auch ohne Lastbegrenzer ausgeführt werden, während bei den Primärlastpfaden ein Lastbegrenzer vorzusehen ist. Diese schützt die dem jeweiligen Lastbegrenzer nachgeschalteten mechanischen Komponenten, indem ab einer bestimmten Last das entsprechende Blockiermoment in die Struktur des Flügels abgeleitet wird. Infolgedessen können die dem jeweiligen Lastbegrenzer nachgeschalteten Komponenten für eine niedrigere Last – und somit leichter – ausgelegt werden, ohne dass sie im Klemmfall beschädigt werden.
Um einen möglichst großen Bereich des jeweiligen Lastpfades für diese niedrigeren Lasten auslegen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Primärlastbegrenzer und/oder der Sekundärlastbegrenzer im jeweiligen Lastpfad im Bereich des antriebsseitigen Endes, insbesondere im jeweiligen Abzweiggetriebe, angeordnet ist. Um die Herstellungskosten des Hochauftriebssystems möglichst gering zu halten, ist es ferner vorteilhaft, wenn der Primärlastbegrenzer und/oder der Sekundärlastbegrenzer als mechanische Drehmomentbegrenzer ausgebildet sind.
Eine luftfahrttypische Sicherheitsanforderung besteht darin, dass ein Ausfall einer der Primärlastpfade sicher detektiert werden muss (Verbot „schlafender Fehler“). Diese Anforderung kann sehr kostengünstig erfüllt werden, wenn der Sekundärlastbegrenzer zum Schutze der diesem nachgeschalteten mechanischen Komponenten bei einer im Vergleich zum damit korrespondierenden Primärlastbegrenzer niedrigeren Last auslösbar ist. Infolgedessen würde bei einem Klemmen des Primärlastpfades zunächst der Primärlastbegrenzer auslösen. Wenn die Hochauftriebsklappe nun über den damit korrespondierenden Sekundärlastpfad noch verstellbar wäre, würde dieser Klemmfehler des Primärlastpfades unbemerkt bleiben, solange keine Positionsänderung der Hochauftriebsklappe erfolgt, diese also nicht verfahren wird. Sobald eine Positionsänderung erfolgen soll, ist der Klemmfehler in dem Primärlastpfad detektierbar. Dadurch, dass jedoch der Sekundärlastbegrenzer im Vergleich zum damit korrespondierenden Primärlastbegrenzer auf eine niedrigere Auslösekraft eingestellt ist, löst auch dieser Sekundärlastbegrenzer unmittelbar nach dem Auslösen des Primärlastbegrenzers aus, so dass die Hochauftriebsklappe in einer sicheren Position arretiert wird. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der im Primärlastpfad aufgetretene Fehler zuverlässig erkannt wird.
Das Hochauftriebssystem kann kostengünstig ausgebildet werden, wenn die beiden miteinander mechanisch gekoppelten Sekundärlastpfade einen gemeinsamen Sekundärlastbegrenzer aufweisen, der vorzugsweise im gemeinsamen Abzweiggetriebe ausgebildet ist.
Damit Fehler im Primärlastpfad sicher erkannt werden, ist es vorteilhaft, wenn zumindest einer der beiden Sekundärlastpfade einen mechanischen und/oder elektrischen Überwachungssensor aufweist, mittels dem bei einem gebrochenen Primärlastpfad eine Aktivierung des Sekundärlastpfades erkennbar ist. Vorzugsweise ist der Überwachungssensor im Abzweiggetriebe, im Sekundärlastbegrenzer und/oder in der Kupplung des jeweiligen Sekundärlastpfades angeordnet. Ein mechanischer Überwachungssensor kann beispielsweise als bewegbarer Stift ausgebildet sein, der im Falle einer Belastung des jeweiligen Sekundärlastpfades aus einem Gehäuse herausgedrückt wird.
Vorteilhaft ist es, wenn das gemeinsame Abzweiggetriebe einen gemeinsamen, insbesondere elektrischen, Überwachungssensor aufweist, der derart ausgebildet ist, dass mittels ihm eine Belastung des gemeinsamen Zentralrades erfassbar ist, wobei das Zentralrad im störfreien Zustand im Wesentlichen unbelastet ist.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 und 2 in schematischer Darstellung zwei unterschiedliche Ausführungsformen eines Hochauftriebssystems mit zwei miteinander gekoppelten Sekundärlastpfaden und
3 in schematischer Darstellung ein alternatives Ausführungsbeispiel des Hochauftriebssystems mit zwei voneinander entkoppelten Sekundärlastpfaden.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Hochauftriebssystems 1 für ein Flugzeug, das eine Antriebseinheit 2 umfasst, mittels der eine Hochauftriebsklappe 3 verfahren werden kann. Die Antriebseinheit 2 ist insbesondere als zentrale Antriebseinheit ausgebildet und/oder im Bereich des Rumpfes des hier nicht dargestellten Flugzeugs angeordnet. Die Hochauftriebsklappe 3 ist von den hier nicht dargestellten benachbarten Hochauftriebsklappen der Tragfläche des Flugzeuges entkoppelt, das heißt dass die Hochauftriebsklappe 3 keine gemeinsame Verbindungsstrebe mit den benachbarten Hochauftriebsklappen aufweist.
Das Hochauftriebssystem 1 umfasst ferner eine der Antriebseinheit 2 nachgeschaltete Transmissionswelle 4, von der eine erste und eine zweite Antriebsstation 5, 6 abzweigen. Hierbei greift die erste Antriebsstation 5 flügelwurzelseitig und die zweite Antriebsstation 6 flügelendenseitig an der Hochauftriebsklappe 3 an. Die Hochauftriebsklappe 3 kann über die beiden Antriebsstationen 5, 6 zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Stellung verfahren und/oder in diesen oder einer Zwischenstellung arretiert werden. Die dafür benötigte Stellkraft wird hierbei von der Antriebseinheit 2 über die Transmissionswelle 4 auf die von dieser jeweils abzweigenden Primärlastpfade 7, 8 der jeweiligen Antriebsstation 5, 6 und von dort aus auf die Hochauftriebsklappe 3 übertragen.
Die beiden Primärlastpfade 7, 8 weisen jeweils an ihrem antriebsseitigen Ende ein Abzweiggetriebe 9, 10 auf. Dieses Abzweiggetriebe 9, 10 ist zusätzlich als Primärlastbegrenzer 11, 12 ausgebildet oder weist einen derartigen auf. Die beiden Primärlastbegrenzer 11, 12 schützen jeweils die, in den vorliegenden Figuren lediglich schematisch dargestellten, nachgeschalteten Lastpfadkomponenten 13a, 13b, 13c, 13d beziehungsweise die erste Kupplung 17 und/oder die zweite Kupplung 18 vor Überbelastungen, wenn in einem der beiden Primärlastpfade 7, 8 ein Klemmfall aufgetreten ist. Die beiden Primärlastbegrenzer 11, 12 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als mechanische Drehmomentbegrenzer und/oder in dem jeweiligen Abzweiggetriebe 9, 10 ausgebildet. Alternativ können die beiden Primärlastbegrenzer 11, 12 aber auch dem jeweiligen Abzweiggetriebe 9, nachgeschalten sein.
Wie bereits vorstehend erwähnt, wird die von der Antriebseinheit 2 erzeugte Stellkraft zunächst auf die Transmissionswelle 4 übertragen. Von dieser wird ein Teil der jeweiligen Stellkraft an den beiden Antriebsstationen 5, 6 über das jeweilige Abzweiggetriebe 9, 10 des jeweiligen Primärlastpfades 11, 12 auf die Hochauftriebsklappe 3 übertragen. Hierdurch kann die Hochauftriebsklappe 3 zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Stellung verfahren oder im Störfall in diesen oder einer Zwischenstellung sicher arretiert werden.
Ein möglicher Störfall ist beispielsweise der Klemmfehler, bei dem die Hochauftriebsklappe 3 selbst oder eine Komponente des jeweiligen Primärlastpfads 7, 8 oder des jeweiligen Sekundärlastpfads 14, 15 klemmen kann, wodurch die Komponenten im Bereich zwischen der Antriebseinheit 2 und der Klemmstelle mit dem maximalen Stallmoment der Antriebseinheit 2 beaufschlagt werden würden. Um eine Beschädigung dieser Komponenten zu vermeiden, weisen die Primärlastpfade 7, 8 deshalb an ihrem antriebsseitigen Ende den jeweiligen Primärlastbegrenzer 11, 12 auf, der ab einem bestimmten Drehmoment auslöst und die anliegende Stellkraft zum Schutz der nachgeschalteten Lastpfadkomponenten 13a, 13b, 13c, 13d beziehungsweise die erste Kupplung 17 und/oder die zweite Kupplung 18 in die Struktur des Hochauftriebssystems 1 ableitet.
Ein zweiter Störfall, der bei dem vorliegenden Hochauftriebssystem 1 auftreten kann, ist der sogenannte Bruch, bei dem eine Lastpfadkomponente 13a, 13b zumindest eines Primärlastpfades 7, 8 oder eine andere Komponente in einem oder in beiden Primärlastpfaden 7, 8 bricht, so dass die Hochauftriebsklappe 3 über diesen Primärlastpfad 7, 8 nicht mehr verfahren und/oder in einer entsprechenden Position arretiert werden kann. Um die Hochauftriebsklappe 3 bei einem derartigen Störfall zumindest in einer sicheren Position arretieren zu können, weist das Hochauftriebssystem 1 einen ersten Sekundärlastpfad 14 und einen zweiten Sekundärlastpfad 15 auf. Diese sind jeweils einem der beiden Primärlastpfade 7, 8 der jeweiligen Antriebsstation 5, 6 zugeordnet.
Die beiden Sekundärlastpfade 14, 15 sind zu dem jeweiligen Primärlastpfad 7, 8 kaltredundant ausgebildet. Dies bedeutet, dass die jeweiligen Sekundärlastpfade 14, 15 im störfreien Systemzustand des jeweiligen Primärlastpfades 7, 8 inaktiv sind. Im inaktivem Zustand des jeweiligen Sekundärlastpfades 14, 15 wird über diesen keine Stellkraft von der Transmissionswelle 4 auf die Hochauftriebsklappe 3 übertragen.
Zum Aktivieren des jeweiligen redundanten Sekundärlastpfades 14, 15 weist das Hochauftriebssystem 1 Aktivierungsmittel 16 auf. Diese sind derart ausgebildet, dass sie den jeweiligen Sekundärlastpfad 14, 15 automatisch aktivieren, sobald der dazugehörige Primärlastpfad 7, 8 die Hochauftriebsklappe 3 aufgrund des Fehlerfalls „Bruch“ nicht mehr verfahren und/oder in einer sicheren Stellung arretieren kann. Die Aktivierungsmittel 16 umfassen in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine erste und zweite Kupplung 17, 18, die jeweils einem der beiden Sekundärlastpfade 14, 15 zugeordnet sind.
Gemäß dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind die beiden Sekundärlastpfade 14, 15 im Bereich ihres der Transmissionswelle 4 zugeordneten Endes miteinander gekoppelt. Diese mechanische Kopplung der beiden Sekundärlastpfade 14, 15 erfolgt mittels eines gemeinsamen Abzweiggetriebes 19. Dieses umfasst ein mit der Transmissionswelle 4 drehfest gekoppeltes gemeinsames Zentralrad 20, das mit einem ersten und einem zweiten Pfadzahnrad 21, 22 des jeweiligen Sekundärlastpfades 14, 15 in Eingriff steht. Dem gemeinsamen Abzweiggetriebe 19 bzw. dem jeweiligen Pfadzahnrad 21, 22 sind die beiden Kupplungen 17, 19 des jeweiligen Sekundärlastpfades 14, 15 nachgeschaltet.
Die beiden Kupplungen 17, 18 weisen jeweils einen mechanischen Aktivierungsmechanismus auf, der den Sekundärlastpfad 14, 15 beim Bruch des ihm zugeordneten Primärlastpfades 7, 8 automatisch aktiviert. Hierbei wird die jeweilige Kupplung 17, 18 über den mechanischen Aktivierungsmechanismus von einem lastentkoppelten in einen lastübertragenden Zustand verändert.
Zur Ausbildung des automatischen Aktivierungsmechanismus weist die jeweilige Kupplung 17, 18, die vorzugsweise als Klauenkupplung ausgebildet ist, eine antriebsseitige erste Verzahnung 23 und eine abtriebsseitige zweite Verzahnung 24 auf. Zur Wahrung der Übersichtlichkeit ist in 1 lediglich im Falle der ersten Kupplung 17 die erste Verzahnung 23 und die zweite Verzahnung 24 mit einem Bezugszeichen versehen.
Die erste und zweite Verzahnung 23, 24 greifen drehfest ineinander und weisen zueinander ein, vorliegend nicht im Detail dargestelltes, Verdrehspiel auf. Bei unbeschädigtem Primärlastpfad 7, 8 befindet sich der diesem zugeordnete Sekundärlastpfad 14, 15 im lastentkoppelten Zustand. Hierbei eilt die abtriebsseitige zweite Verzahnung 24 der antriebsseitigen ersten Verzahnung 23, insbesondere aufgrund des Verdrehspiels und der störfreien Kopplung zwischen Hochauftriebsklappe 3 und Primärlastpfad 7, 8, voraus.
Aufgrund des mechanischen Aktivierungsmechanismus wird beim Bruch des Primärlastpfades 7, 8 die jeweilige Kupplung 17, 18 vom lastentkoppelten in einen lastübertragenden Zustand verändert. Hierbei wird aufgrund des Bruchs des jeweiligen Primärlastpfades 7, 8 die Hochauftriebsklappe 3 beziehungsweise die mit dieser gekoppelte zweite Verzahnung 24 der ersten Verzahnung 23 nicht mehr im Umfang des Verdrehspiels voraus geführt. Stattdessen gelangt die abtriebsseitige zweite Verzahnung 24 beim Bruch des Primärlastpfades 7, 8 automatisch mit der ersten Verzahnung 23 in Wirkverbindung. Hierbei liegt die zweite Verzahnung 24 einseitig, insbesondere mit ihren vorliegend nicht dargestellten lastübertragenden Zahnflanken, an der antriebsseitigen ersten Verzahnung 23 an.
Im Bruchfall ist somit die Hochauftriebsklappe 3 aufgrund des Bruchs von zumindest einem der beiden Primärlastpfade 7, 8 entkoppelt und mittels des Aktivierungsmechanismus automatisch über den zu diesem redundanten Sekundärlastpfad 14, 15 gekoppelt, so dass die Hochauftriebsklappe 3 in einer Stellung arretiert werden kann.
Zusätzlich könnte die Hochauftriebsklappe 3 über den Sekundärlastpfad 14, 15 auch ohne den gebrochenen Primärlastpfad 7, 8 in unterschiedliche Stellungen verfahren werden. Damit der Bruch des Primärlastpfades 7, 8 am Ende eines Flugzyklus jedoch nicht unbemerkt bleibt, weist das Hochauftriebssystem 1 einen Überwachungssensor 25 auf. Dieser ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als elektrischer Überwachungssensor 25 ausgebildet, mittels dem bei einem gebrochenen Primärlastpfad 7, 8 eine Aktivierung des jeweiligen Sekundärlastpfades 14, 15 erkennbar ist.
Hierfür ist der Überwachungssensor 25 im gemeinsamen Abzweiggetriebe 19 derart angeordnet, dass dieser eine Belastung des gemeinsamen Zentralrades 20 zu erfassen vermag. Demnach ist das gemeinsame Zentralrad 20 aufgrund des Verdrehspiels in der jeweiligen Kupplung 17, 18 im störfreien Zustand der beiden Primärlastpfade 7, 8 unbelastet. Sobald jedoch einer der beiden Primärlastpfade 7, 8 einen Bruch aufweist, wird zum Halten der Hochauftriebsklappe 3 der jeweilige Sekundärlastpfad 14, 15 aktiviert, wodurch das gemeinsame Zentralrad 20 belastet wird. Hierdurch können schlafende Fehler in den Primärlastpfaden 7,8 eines Hochauftriebssystems 1 detektiert und somit vermieden werden, so dass am Ende eines Flugzyklus der Bruch in dem jeweiligen Primärlastpfad 7, 8 repariert werden kann.
Gemäß 1 kann zwischen dem gemeinsamen Abzweiggetriebe 19 und dem zweiten Abzweiggetriebe 10 des flügelendenseitigen zweiten Primärlastpfades 8 eine Flügelendenbereich-Bremse (WTB) 26 angeordnet sein.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hochauftriebssystems 1 mit zwei Sekundärlastpfaden 14, 15, die gemäß dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel miteinander mechanisch gekoppelt sind. Hierfür weisen sie im Bereich ihres jeweiligen antriebsseitigen Endes ein mit der Transmissionswelle 4 verbundenes gemeinsames Abzweiggetriebe 19 auf.
Bei der nachfolgenden Beschreibung des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels werden für zum in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gleiche Merkmale auch gleiche Bezugszeichen verwendet. Sofern diese nicht nochmals detailliert erläutert werden, entspricht deren Ausgestaltung und Wirkweise den vorstehend bereits beschriebenen Merkmalen.
Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist das in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel keinen elektrischen Überwachungssensor 25 auf. Stattdessen umfassen die beiden Sekundärlastpfade 14, 15 an ihrem antriebsseitigen Ende einen gemeinsamen Sekundärlastbegrenzer 27. Dieser kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im gemeinsamen Abzweiggetriebe 19 ausgebildet sein. Alternativ kann der gemeinsame Sekundärlastbegrenzer 27 dem gemeinsamen Abzweiggetriebe 19 auch nachgeschalten sein.
Der gemeinsame Sekundärlastbegrenzer 27 ist als mechanischer Drehmomentbegrenzer ausgebildet. Eine luftfahrttypische Sicherheitsanforderung besteht darin, dass ein Ausfall einer der beiden Primärlastpfade 7, 8 sicher detektiert werden muss (Verbot „schlafender Fehler“). Aufgrund dessen und/oder zum Schutz der dem Sekundärlastbegrenzer 27 nachgeschalteten mechanischen Komponenten 13c, 13d ist der gemeinsame Sekundärlastbegrenzer 27 im Vergleich zu den Primärlastbegrenzern 11, 12 auf eine niedrigere Last ausgelegt, so dass der gemeinsame Sekundärlastbegrenzer 27 umgehend auslöst, sobald in einem der beiden Primärlastpfade 7, 8 ein Bruch vorliegt. Hierdurch wird die Hochauftriebsklappe 3 in einer Position arretiert. Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Hochauftriebsklappe 3 nun zwar nicht mehr verfahren werden, jedoch können somit zuverlässig schlafende Fehler vermieden werden. Zusätzlich kann der gemeinsame Sekundärlastbegrenzer 27 einen hier nicht dargestellten mechanischen Überwachungssensor aufweisen, der beispielsweise als Nippel ausgebildet ist, der beim Auslösen des gemeinsamen Sekundärlastbegrenzers 27 aus einem Gehäuse herausgedrückt wird.
3 zeigt ein im Vergleich zu den beiden vorangegangenen Ausführungsbeispielen entkoppeltes Ausführungsbeispiel, bei dem die beiden Sekundärlastpfade 14, 15 voneinander entkoppelt sind. Sie weisen demnach jeweils ein eigenes separates Abzweiggetriebe 28, 29 auf. Des Weiteren weisen beide Sekundärlastpfade 14, 15 einen eigenen separaten Sekundärlastbegrenzer 30, 31 auf. Dieser ist jeweils im Abzweiggetriebe 28, 29 des jeweiligen Sekundärlastpfades 14, 15 ausgebildet. Alternativ kann das Abzweiggetriebe 28, 29 und der diesem zugeordnete Sekundärlastbegrenzer 30, 31 auch getrennt voneinander ausgebildet sein, wobei der Sekundärlastbegrenzer 30, 31 dem jeweiligen Abzweiggetriebe 28, 29 vorzugsweise nachgeschalten ist.
Gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Sekundärlastbegrenzer 30, 31 gegenüber dem jeweils zugeordneten Primärlastbegrenzer 11, 12 auf eine niedrigere Last ausgelegt. Infolgedessen löst auch hier der jeweilige Sekundärlastbegrenzer 30, 31 umgehend aus, sobald der damit korrespondierende Primärlastpfad 7, 8 einen Bruch aufweist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Hochauftriebssystem
2: Antriebseinheit
3: Hochauftriebsklappe
4: Transmissionswelle
5: erste Antriebsstation
6: zweite Antriebsstation
7: erster Primärlastpfad
8: zweiter Primärlastpfad
9: erstes Abzweiggetriebe
10: zweites Abzweiggetriebe
11: erster Primärlastbegrenzer
12: zweiter Primärlastbegrenzer
13: Lastpfadkomponenten
14: erster Sekundärlastpfad
15: zweiter Sekundärlastpfad
16: Aktivierungsmittel
17: erste Kupplung
18: zweite Kupplung
19: gemeinsames Abzweiggetriebe
20: gemeinsames Zentralrad
21: erstes Pfadzahnrad
22: zweites Pfadzahnrad
23: erste Verzahnung
24: zweite Verzahnung
25: Überwachungssensor
26: Flügelendenbereich-Bremse (WTB)
27: gemeinsamer Sekundärlastbegrenzer
28: drittes Abzweiggetriebe
29: viertes Abzweiggetriebe
30: erster Sekundärlastbegrenzer
31: zweiter Sekundärlastbegrenzer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011008561 A1 [0005]
DE 102012005346 A1 [0006]

Claims

Hochauftriebssystem (1) für ein Flugzeug mit wenigstens einer Antriebseinheit (2), einer mit dieser verbundenen Transmissionswelle (4), einer von der Transmissionswelle (4) abzweigenden ersten sowie zweiten Antriebsstation (5, 6) und einer Hochauftriebsklappe (3), die mittels der beiden Antriebsstationen (5, 6) zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Stellung verfahrbar und/oder in diesen oder einer Zwischenstellung arretierbar ist, wobei die beiden Antriebsstationen (5, 6) jeweils einen sich von der Transmissionswelle (4) bis zur Hochauftriebsklappe (3) erstreckenden Primärlastpfad (7, 8) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebsstationen (5, 6) jeweils einen zum jeweiligen Primärlastpfad (7, 8) redundanten Sekundärlastpfad (14, 15) aufweisen, der im störfreien Systemzustand des Primärlastpfades (7, 8) inaktiv ist, und dass das Hochauftriebssystem (1) Aktivierungsmittel (16) umfasst, die den jeweiligen Sekundärlastpfad (14, 15) automatisch aktivieren, wenn der dazugehörige Primärlastpfad (7, 8) die Hochauftriebsklappe (1) aufgrund eines Bruchs nicht mehr verfahren und/oder arretieren kann.
Hochauftriebssystem (1) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsmittel (16) eine dem ersten Sekundärlastpfad (14) zugeordnete erste Kupplung (17) und/oder eine dem zweiten Sekundärlastpfad (15) zugeordnete zweite Kupplung (18) umfassen.
Hochauftriebssystem (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Kupplungen (17, 18), insbesondere mittels eines mechanischen automatischen Aktivierungsmechanismus, von einem lastentkoppelten in einen lastübertragenden Zustand veränderbar ist.
Hochauftriebssystem (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (17, 18) als Klauenkupplung ausgebildet ist und/oder eine antriebsseitige erste Verzahnung (23) und eine abtriebsseitige zweite Verzahnung (24) aufweist, die drehfest ineinandergreifen und/oder zueinander ein Verdrehspiel aufweisen.
Hochauftriebssystem (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im lastentkoppelten Zustand die abtriebsseitige zweite Verzahnung (24), insbesondere aufgrund des Verdrehspiels und/oder des störfreien Zustandes des Primärlastpfades (7, 8), der antriebsseitigen ersten Verzahnung (23) vorauseilt.
Hochauftriebssystem (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im lastübertragenden Zustand die abtriebsseitige zweite Verzahnung (24) einseitig, insbesondere mit ihren lastübertragenden Zahnflanken, an der antriebsseitigen ersten Verzahnung (23) anliegt.
Hochauftriebssystem (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sekundärlastpfade (14, 15) voneinander mechanisch entkoppelt sind und/oder jeweils im Bereich ihres antriebsseitigen Endes ein mit der Transmissionswelle (4) verbundenes Abzweiggetriebe (28, 29) aufweisen.
Hochauftriebssystem (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sekundärlastpfade (14, 15) miteinander mechanisch gekoppelt sind und/oder im Bereich ihres jeweiligen antriebsseitigen Endes ein mit der Transmissionswelle (4) verbundenes gemeinsames Abzweiggetriebe (19) aufweisen.
Hochauftriebssystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Abzweiggetriebe (19) ein drehfest mit der Transmissionswelle (4) verbundenes gemeinsames Zentralrad (20) aufweist, in das ein erstes und ein zweites Pfadzahnrad (21, 22) des jeweiligen Sekundärlastpfades (14, 15) eingreifen.
Hochauftriebssystem (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Primärlastpfade (7, 8) einen Primärlastbegrenzer (11, 12) und der zu diesem Primärlastpfad (7, 8) redundante Sekundärlastpfad (14, 15) einen Sekundärlastbegrenzer (27, 30, 31) aufweist, welcher vorzugsweise im jeweiligen Lastpfad im Bereich des antriebsseitigen Endes, insbesondere im jeweiligen Abzweiggetriebe (9, 10, 19, 28, 29) angeordnet und/oder als mechanische Drehmomentbegrenzer ausgebildet sind.
Hochauftriebssystem (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärlastbegrenzer (27, 30, 31) zum Schutze der diesem nachgeschalteten mechanischen Komponenten (13c, 13d) bei einer im Vergleich zum damit korrespondierenden Primärlastbegrenzer (11, 12) niedrigeren Last auslösbar ist.
Hochauftriebssystem (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden miteinander mechanisch gekoppelten Sekundärlastpfade (14, 15) einen gemeinsamen Sekundärlastbegrenzer (27) aufweisen, der vorzugsweise im gemeinsamen Abzweiggetriebe (19) ausgebildet ist.
Hochauftriebssystem (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Sekundärlastpfade (14, 15) einen mechanischen und/oder elektrischen Überwachungssensor (25) aufweist, mittels dem bei einem gebrochenem Primärlastpfad (7, 8) eine Aktivierung des Sekundärlastpfades (14, 15) erkennbar ist, wobei der Überwachungssensor (25) vorzugsweise im Abzweiggetriebe (19, 28, 29), im Sekundärlastbegrenzer (27, 30, 31) und/oder in der Kupplung (17, 18) angeordnet ist.
Hochauftriebssystem (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Abzweiggetriebe (19) einen gemeinsamen, insbesondere elektrischen, Überwachungssensor (25) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass mittels ihm eine Belastung des gemeinsamen Zentralrades (20) erfassbar ist.