DE102015012237A1 - Overload coupling for electromechanical actuator - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überlastkupplung 1 für einen elektromechanischen Stellantrieb, der ein Koppelelement 2, das lösbar mit einer Wellen 3 in Eingriff bringbar ist, sodass bei einem Eingreifen die Welle 3 mit dem Koppelelement 2 drehfest verbunden ist, ein Freigabemittel 4, das auf das Koppelelement 2 wirkt und dazu ausgelegt ist, das Koppelelement 2 mit der Welle 3 in Eingriff zu bringen oder es davon zu lösen, und ein Überlastmittel 5 umfasst, das dazu ausgelegt, bei Überschreiten eines Drehmomentschwellenwerts durch das Koppelelement 2 eine kontrollierte Drehung des Koppelelements 2 zuzulassen.The present invention relates to an overload clutch 1 for an electromechanical actuator, which is a coupling element 2, which is releasably engageable with a shaft 3 in engagement, so that upon engagement, the shaft 3 is rotatably connected to the coupling element 2, a release means 4, which on the Coupling element 2 acts and is designed to bring the coupling element 2 with the shaft 3 in engagement or to solve it, and an overload means 5 comprises, which is designed to allow a controlled rotation of the coupling element 2 when a torque threshold value is exceeded by the coupling element 2 ,

Description

Elektromechanische Stellantriebe (englisch: electromechanical actuators; kurz: EMA) finden häufig Verwendung in Luftfahrzeugen, insbesondere bei Flugzeugen. Luftfahrzeuge verfügen typischerweise über eine Vielzahl von mittels elektromechanischen Stellantrieben zu verstellenden Klappen. So ist jedes der verschiedenen Lenkruder, die Landeklappen und auch die Spoilerklappen mit mindestens einem elektromechanischen Stellantrieb verbunden, der die Stellung des Ruders bzw. der Klappe steuert.Electromechanical actuators (EMA) are often used in aircraft, especially in aircraft. Aircraft typically have a plurality of valves to be adjusted by means of electromechanical actuators. Thus, each of the various steering rudder, the flaps and the spoiler flaps is connected to at least one electromechanical actuator which controls the position of the rudder or the flap.

Der elektromechanische Stellantrieb ist dabei typischerweise mit einer Überlastkupplung ausgestattet, die bei Überschreiten einer auf die Klappe wirkenden Grenzlast den Motor des elektromechanischen Stellantriebs abkoppelt, um diesen vor Beschädigungen zu schützen.The electromechanical actuator is typically equipped with an overload clutch that decouples when exceeding a force acting on the flap limit load the motor of the electromechanical actuator to protect it from damage.

Nachteilig beim Stand der Technik ist, dass bei einem Bewegen der Klappen aufgrund einer von außen ansetzenden Last die Überlastkupplung erst bei einem deutlichen Überschreiten der zulässigen Grenzlast auslösen kann, da sich der Getriebewirkungsgrad im Motorantriebsfall, dem aktiven Antrieb, und im von außen induzierten Antriebsfall, dem passiven Antrieb, deutlich unterscheidet. Aus diesem Umstand resultiert, dass das Getriebe und die Struktur des elektromechanischen Stellantriebs entsprechend überdimensioniert werden müssen, um bei einem von außen auf die Klappe wirkenden passiven Antrieb den Motor vor Beschädigungen zu schützen. Die Überdimensionierung der Bauteile basiert auf den deutlich unterschiedlichen Getriebewirkungsgraden im Vor- und Rücktreibfall.A disadvantage of the prior art is that when moving the flaps due to an externally applied load, the overload clutch can only trigger a significant exceeding the allowable limit load, since the transmission efficiency in the motor drive case, the active drive, and in the externally induced drive case, the passive drive, clearly different. The result of this circumstance is that the gearbox and the structure of the electromechanical actuator must be over-dimensioned accordingly in order to protect the motor against damage when the passive drive acts from outside on the flap. The over-dimensioning of the components is based on the significantly different gear efficiencies in the pre-and Rücktreibfall.

Die Erfindung löst die vorstehend aufgeführten Probleme durch eine Überlastkupplung für einen elektromechanischen Stellantrieb, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst. Dadurch sind deutliche Gewichts-, Bauraum- und Kostenvorteile umsetzbar. Zudem ist die erfindungsgemäße Kupplung besonders robust und weist nur eine Minimalzahl von drehenden Bauteilen auf, was einen besonders wartungsarmen Betrieb ermöglicht.The invention solves the problems listed above by an overload clutch for an electromechanical actuator comprising the features of claim 1. As a result, significant weight, space and cost advantages can be implemented. In addition, the coupling according to the invention is particularly robust and has only a minimum number of rotating components, which allows a particularly low-maintenance operation.

Die erfindungsgemäße Überlastkupplung für einen elektromechanischen Stellantrieb umfasst ein Koppelelement, das lösbar mit einer Welle in Eingriff bringbar ist, sodass bei einem Eingreifen die Welle mit dem Koppelelement drehfest verbunden ist, ein Freigabemittel, das auf das Koppelement wirkt und dazu ausgelegt ist, das Koppelelement mit der Welle in Eingriff zu bringen oder es davon zu lösen, und ein Überlastmittel, das dazu ausgelegt ist, bei Überschreiten eines Drehmomentschwellenwerts durch das Koppelelement eine kontrollierte Drehung des Koppelelements zuzulassen.The overload clutch according to the invention for an electromechanical actuator comprises a coupling element which is releasably engageable with a shaft, so that upon engagement, the shaft is rotatably connected to the coupling element, a release agent which acts on the coupling element and is adapted to the coupling element with engaging or disengaging the shaft, and an overload means adapted to allow controlled rotation of the coupling element when a torque threshold is exceeded by the coupling element.

Das Koppelelement dient zum Ansetzen an eine Welle, wobei die Welle typischerweise zu einem von einem Motor angetriebenen Getriebe gehört, das vorzugsweise dazu ausgelegt ist, einen Hebel zu stellen einer Klappen oder dergleichen anzutreiben.The coupling element is for attachment to a shaft, the shaft typically being associated with a transmission driven by a motor, which is preferably adapted to drive a lever to drive flaps or the like.

Das Koppelelement ist dabei dazu ausgebildet, sich drehfest an die Weile ansetzen zu können, um eine lösbare drehstarre Verbindung mit der Welle zu erzeugen.The coupling element is designed to be rotationally fixed to the time to start to create a detachable torsionally rigid connection with the shaft.

Das Freigabemittel wirkt auf das Koppelelement und kann das Koppelelement aus einem mit der Welle eingegriffenen Zustand lösen oder es in Eingriff mit der Welle bringen. Vorzugsweise wird dazu das Koppelelement relativ zur Welle bewegt. Dabei ist denkbar, dass das Koppelelement in eine Axialrichtung zu der Welle, an der das Koppelelement lösbar angreifen kann, bewegbar ist. So ist beispielsweise vorstellbar, dass durch eine solche Bewegung Klauen eines Koppelelements, die mit entsprechenden Ausnehmungen bzw. Klauen der Welle zusammenwirken, in Eingriff oder außer Eingriff gebracht werden. Selbstverständlich ist auch eine Verzahnung anstelle der Klauen zwischen der Welle und des Koppelelements denkbar, die in einem eingegriffenen Zustand eine drehstarre Verbindung von Welle und Koppelelement ermöglicht.The release agent acts on the coupling element and can release the coupling element from an engaged state with the shaft or bring it into engagement with the shaft. Preferably, the coupling element is moved relative to the shaft. It is conceivable that the coupling element in an axial direction to the shaft on which the coupling element can releasably engage, is movable. For example, it is conceivable that by such a movement claws of a coupling element, which cooperate with corresponding recesses or claws of the shaft, are engaged or disengaged. Of course, a toothing in place of the jaws between the shaft and the coupling element is conceivable, which allows a rotationally rigid connection of shaft and coupling element in an engaged state.

Das Überlastmittel ist dazu ausgelegt, auch in einem Zustand, in dem das Koppelelement mit der Welle drehfest verbunden ist, eine Drehung des Koppelelements zuzulassen, sofern ein Drehmomentschwellenwert, der auf das Koppelelement wirkt bzw. von diesem ausgeht, überschritten ist.The overload means is adapted, even in a state in which the coupling element is rotatably connected to the shaft, to allow a rotation of the coupling element, provided that a torque threshold acting on the coupling element and emanating from this, is exceeded.

Vorzugsweise ist das Überlastmittel dazu ausgelegt, bei der kontrollierten Drehung des Koppelelements, die bei einem Überschreiten des Drehmomentschwellenwerts auftritt, das Moment der kontrollierten Drehung, die bei einem Überschreiten eines Drehmomentschwellenwerts auftritt, zu begrenzen. Dadurch lassen sich die Dimensionierungen der mit der Kupplung wirkenden Bauteile verkleinern.Preferably, the overload means is adapted to limit the torque of the controlled rotation which occurs when a torque threshold value is exceeded during the controlled rotation of the coupling element which occurs when the torque threshold value is exceeded. As a result, the dimensions of the components acting with the coupling can be reduced.

Nach einer optionalen Weiterbildung der Erfindung ist der Drehmomentschwellenwert, bei dessen Überschreiten eine kontrollierte Drehung des Koppelelements zuzulassen ist, je nach Richtung des anliegenden Drehmoments unterschiedlich.According to an optional further development of the invention, the torque threshold value, above which a controlled rotation of the coupling element is to be permitted, differs depending on the direction of the applied torque.

Dadurch kann der typischerweise unterschiedliche Getriebewirkungsgrad in Vor- und Rücktreibfall kompensiert werden, sodass einem hieraus entstehenden Unterschied Rechnung getragen wird. Analog dazu kann in einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung das Rücktreibmoment auf einen einheitlichen Wert begrenzt werden, unabhängig von der Rotationsrichtung des Koppelelements.As a result, the typically different transmission efficiency can be compensated for in front and Rücktreibfall, so that a resulting difference is taken into account. Similarly, in a further advantageous embodiment of the invention, the Rücktreibmoment be limited to a uniform value, regardless of the direction of rotation of the coupling element.

Vorzugsweise ist das Überlastmittel, in einer bevorzugten Ausführungsform zusammen mit dem Koppelelement, durch das Freigabemittel bewegbar, um das Koppelelement mit der Welle ein Eingriff zu bringen oder es davon zu lösen, wobei vorzugsweise die Bewegung in Axialrichtung der Welle erfolgt. Preferably, the overload means, in a preferred embodiment together with the coupling element, is movable by the release means to engage or disengage the coupling element from the shaft, preferably in the axial direction of the shaft.

Typischerweise ist die Überlastkupplung drehsymmetrisch ausgebildet, wobei die Drehsymmetrieachse eine Verlängerung der Rotationsachse der mit dem Koppelelement koppelbaren Welle ist.Typically, the overload clutch is rotationally symmetrical, wherein the rotational axis of symmetry is an extension of the axis of rotation of the coupling element with the coupling shaft.

Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der Erfindung sind das Überlastmittel und das Koppelelement in einem gemeinsamen Ankergehäuse untergebracht, an dem das Freigabeelement ansetzt, sodass das in Eingriff bringen oder das Lösen von der Welle durch eine von dem Freigabemittel hervorrufbare Bewegung des Ankergehäuses erreichbar ist.According to a further optional development of the invention, the overload means and the coupling element are housed in a common armature housing to which the release element attaches, so that the engaging or the release of the shaft can be achieved by a releasable from the release movement of the armature housing.

Weiter vorzugsweise ist das Koppelelement einer der vorstehend aufgeführten Variationen der Erfindung dazu ausgebildet, an einer Stirnseite der Welle anzugreifen. Dabei kann zum Angreifen an der Welle eine Verzahnung, die an einer flächigen Seite eines Rings oder einer Platte vorgesehen ist, genutzt werden. Die Verzahnung ist vorzugsweise passend zu einer an der Welle angeordneten Gegenverzahnung ausgebildet, sodass bei einem Eingriff mit der Welle eine drehstarre Verbindung von Welle und Koppelelement ausgebildet ist.Further preferably, the coupling element of one of the above-mentioned variations of the invention is adapted to engage an end face of the shaft. In this case, a toothing, which is provided on a flat side of a ring or a plate, can be used to engage the shaft. The toothing is preferably designed to fit a countershaft arranged on the shaft, so that upon engagement with the shaft, a torsionally rigid connection of shaft and coupling element is formed.

Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der Erfindung umfasst das Freigabemittel einen Elektromagneten und ein elastisches Element, wobei der Elektromagnet dazu ausgelegt ist, in einem bestromten Zustand das Koppelelement entgegen einer durch das elastische Element aufgebrachten Kraft von der Welle zu lösen. Das elastische Element ist so vorgespannt, dass es das Koppelelement in eine Richtung drängt, um einen Eingriff mit der Weile herzustellen. Dabei kann der Elektromagnet auch auf das in einer Variation der Erfindung beschriebene Ankergehäuse wirken und dieses durch die steuerbare Magnetwirkung des Elektromagneten so bewegen, dass das Koppelelement lösbar mit einer Welle in Eingriff bringbar ist. Dabei ist von Vorteil, wenn in einem unbestromten Zustand das elastische Element so vorgespannt ist, dass es das Koppelelement bzw. das Ankergehäuse in dem das Koppelelement angeordnet ist, in eine Richtung drängt, um einen Eingriff mit der Welle herzustellen.According to a further optional development of the invention, the release means comprises an electromagnet and an elastic element, wherein the electromagnet is adapted to release the coupling element against the force applied by the elastic element from the shaft in an energized state. The elastic member is biased to urge the coupling element in one direction to engage the moment. In this case, the electromagnet can also act on the armature housing described in a variation of the invention and this move by the controllable magnetic action of the electromagnet so that the coupling element is releasably engageable with a shaft. It is advantageous if in a de-energized state, the elastic element is biased so that it urges the coupling element or the armature housing in which the coupling element is arranged in one direction to produce an engagement with the shaft.

Selbstverständlich ist auch die entgegengesetzte Wirkungsweise der Bauteile denkbar und von der Erfindung umfasst.Of course, the opposite mode of action of the components is conceivable and encompassed by the invention.

Vorzugsweise ist das elastische Element eine Druckfeder, insbesondere eine Spiralfeder, in deren Mitte der Elektromagnet angeordnet ist. Dabei kann der Elektromagnet eine im Wesentlichen zylinderförmige Gestalt annehmen, um die sich spiralförmig an dessen Zylindermantelfläche die Druckfeder emporwindet. Nach einer weiteren bevorzugten Modifikation kann der Elektromagnet eine Rotationsachse aufweisen, die mit der Drehsymmetrieachse der Überlastkupplung übereinstimmt.Preferably, the elastic element is a compression spring, in particular a spiral spring, in the middle of which the electromagnet is arranged. In this case, the electromagnet can assume a substantially cylindrical shape, around which the compression spring springs up spirally on its cylinder jacket surface. According to a further preferred modification, the electromagnet may have an axis of rotation which coincides with the rotational axis of symmetry of the overload clutch.

Nach einer weiteren vorteilhaften Modifikation der Erfindung umfasst das Überlastmittel einen Rastring, Rastkugeln, eine Rastfeder und in dem Koppelelement vorgesehene Rastkugelausnehmungen, wobei der Rastring Ausnehmungen, insbesondere kalottenförmige Ausnehmungen, aufweist, die im Wesentlichen den Rastkugelausnehmungen in dem Koppelelement entsprechen. Ferner sind die Rastfedern dazu ausgelegt, den Rastring gegen das Koppelelement zu drängen, um mit Hilfe der zwischen Rastring und Rastkugelausnehmungen angeordneten Rastkugeln eine Drehmomentverbindung zu erzeugen, die eine bis zu dem Drehmomentschwellenwert starre Drehverbindung bildet.According to a further advantageous modification of the invention, the overload means comprises a locking ring, detent balls, a detent spring and provided in the coupling element Rastkugelausnehmungen, wherein the locking ring recesses, in particular dome-shaped recesses, which substantially correspond to the Rastkugelausnehmungen in the coupling element. Furthermore, the detent springs are designed to urge the locking ring against the coupling element in order to produce a torque connection with the aid of the detent balls arranged between detent ring and detent ball recesses, which forms a rotational connection rigid up to the torque threshold value.

Das Überlastmittel ist typischerweise an der gegenüberliegenden Seite des Koppelelements angeordnet, die zum lösbaren in Eingriff bringen mit einer Welle ausgelegt ist. Dabei kann die Seite des Koppelelements mit den Rastkugelausnehmungen von der Seite die zum in Eingriff bringen mit der Welle ausgelegt ist, entgegengesetzt sein oder gar die beiden flächigen Seiten eines Rings oder einer Scheibe darstellen.The overload means is typically disposed on the opposite side of the coupling element which is adapted for releasably engaging with a shaft. In this case, the side of the coupling element with the Rastkugelausnehmungen from the side which is designed to engage with the shaft, be opposite, or even represent the two flat sides of a ring or a disc.

Der Rastring ist drehstarr an der Überlastkupplung angeordnet und ist dazu ausgelegt, über die Rastkugelausnehmungen und die darin teilweise aufnehmbaren Rastkugeln sowie die an dem Koppelelement angeordneten Rastkugelausnehmungen ein Drehmoment des Koppelelements bis zu einem Drehmomentschwellenwert aufzunehmen. Dies geschieht in Kombination mit der Rastfeder, die den Rastring gegen die Rastkugelausnehmungen des Koppelelements, bzw. gegen das Koppelelement drängt. Erst bei Übersteigen des Drehmomentschwellenwerts wird die Rastfeder soweit zurückgedrängt, dass das Koppelelement bis zu einem erneuten Einrasten gedreht wird.The locking ring is rotationally fixedly arranged on the overload clutch and is adapted to receive a torque of the coupling element up to a torque threshold via the Rastkugelausnehmungen and the therein partially receivable locking balls and arranged on the coupling element Rastkugelausnehmungen. This is done in combination with the detent spring, which urges the locking ring against the Rastkugelausnehmungen of the coupling element, or against the coupling element. Only when the torque threshold is exceeded, the detent spring is pushed back so far that the coupling element is rotated until a new engagement.

Die Rastfeder kann ebenfalls als Spiralfeder ausgebildet sein, und sich von einem Ankergehäuse oder einem Überlastkupplungsgehäuse hin zu dem Rastring erstrecken.The detent spring may also be formed as a spiral spring, and extend from an armature housing or a Überlastkupplungsgehäuse to the locking ring.

Vorzugsweise sind die Flanken in den Ausnehmungen des Rastrings und/oder die Flanken in den Rastkugelausnehmungen in dem Koppelelement unterschiedlich steil ausgebildet, sodass der Drehmomentschwellenwert, bis zum dem eine starre Drehmomentverbindung gegeben ist, je nach Drehmomentrichtung unterschiedlich ist. Durch die unterschiedlich steilen Flanken wir die kontrollierte Drehung des Koppelelements in Abhängigkeit von der Steilheit der Flanken bei einem geringeren oder größeren Drehmomentschwellenwert zugelassen. Ist die Flanke steiler so verbleibt die Rastkugel bis zu einem größeren Drehmomentschwellenwert in der Ausnehmung, ist die Flanke flacher, so verlässt die Rastkugel die Ausnehmung bereits bei einem geringeren Drehschwellenwert. Vorzugsweise sind die Flanken in jeder Drehrichtung einheitlich.Preferably, the flanks in the recesses of the locking ring and / or the flanks in the Rastkugelausnehmungen in the coupling element are formed differently steep, so that the torque threshold, to which a rigid torque connection is given, depending on the torque direction is different. By the different steep flanks we approved the controlled rotation of the coupling element in response to the steepness of the flanks at a lower or higher torque threshold. If the flank is steeper, the detent ball remains in the recess up to a larger torque threshold, if the flank is flatter, then the detent ball leaves the recess even at a lower rotation threshold. Preferably, the flanks are uniform in each direction of rotation.

Vorzugsweise sind die Rastkugeln in einem Kuppelring bewegbar oder fest angeordnet. Von den beiden Seiten des Kuppelrings erheben sich an den jeweiligen Stellen halbkugelförmige oder kugelkalottenförmige Erhebungen. Rastkugeln und Kuppelring oder Rastkugeln und Koppelelement können dabei auch ein einstückiges Bauteil bilden.Preferably, the locking balls are movable or fixed in a coupling ring. From the two sides of the dome ring rise at the respective points hemispherical or kugelkalottenförmige elevations. Detent balls and coupling ring or detent balls and coupling element can also form a one-piece component.

Nach einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung umfasst diese ferner einen Zugstab, der dazu ausgelegt ist, das Überlastmittel und/oder das Koppelelement in eine Position zu bewegen, in der das Koppelelement von der Welle gelöst ist, wobei vorzugsweise die Bewegung in Axialrichtung der mit dem Koppelelement in Eingriff bringbaren Welle erfolgt.According to a further optional modification of the invention, this further comprises a pull rod, which is adapted to move the overload means and / or the coupling element in a position in which the coupling element is detached from the shaft, wherein preferably the movement in the axial direction of the Coupling element is brought into engagement shaft.

Dadurch kann in einem Wartungsfall unabhängig von anderen Einflüssen die Überlastkupplung in einem entkoppelten Zustand gebracht werden.As a result, the overload clutch can be brought into a decoupled state in a maintenance case, regardless of other influences.

Vorzugsweise ist die Rotationsachse des Zugstabs identisch zu der Rotationsachse des Koppelelements, bzw. zur Drehsymmetrieachse der Überlastkupplung.Preferably, the axis of rotation of the tension rod is identical to the axis of rotation of the coupling element, or to the rotational axis of symmetry of the overload clutch.

Weiter vorteilhaft ist der Zugstab dazu ausgelegt, durch eine von einem Nutzer ausgeübte Krafteinwirkung das Koppelelement in eine Position zu bewegen, sodass die Welle davon gelöst ist, wobei vorzugsweise der Zugstab umfangseitig von einem Elektromagneten umgeben ist, der Teil des Freigabemittels ist.Further advantageously, the tension rod is designed to move the coupling element into a position by a force exerted by a user, so that the shaft is detached therefrom, wherein preferably the tension rod is peripherally surrounded by an electromagnet which is part of the release means.

Dabei kann unabhängig vom Zustand und der Funktionalität des Freigabemittels die Welle von dem Koppelelement gelöst werden, was beispielsweise im Wartungsfall von Vorteil ist.In this case, regardless of the state and the functionality of the release means, the shaft can be released from the coupling element, which is advantageous, for example, in the case of maintenance.

Weiter vorzugsweise ist die Überlastkupplung dazu ausgelegt an einem Nebenlastpfad eines Antriebsstrangs für einen Stellantrieb zu wirken.More preferably, the overload clutch is designed to act on a secondary load path of a drive train for an actuator.

Die Erfindung betrifft zudem einen elektromechanischen Stellantrieb, insbesondere für den Antrieb eines Spoilers in einem Luftfahrzeug, der eine Überlastkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen Motor, und ein Getriebe, vorzugsweise umfassend eine Getriebevorstufe eine Getriebehauptstufe umfasst, wobei die Überlastkupplung an einer Welle des Getriebes wirkt.The invention further relates to an electromechanical actuator, in particular for driving a spoiler in an aircraft, comprising an overload clutch according to one of the preceding claims, an engine, and a transmission, preferably comprising a transmission precursor a transmission main stage, wherein the overload clutch on a shaft of the transmission acts.

Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist der elektromechanische Stellantrieb so ausgebildet, dass die Überlastkupplung in einem Nebenlastpfad des Stellantriebs angeordnet ist.According to a further development of the invention, the electromechanical actuator is designed so that the overload clutch is arranged in a secondary load path of the actuator.

Die Anordnung der Überlastkupplung in einem Nebenlastpfad bewirkt, dass die Überlastkupplung nur mit genau einer Welle interagiert. Während eines Antriebs des Stellantriebs durch den Motor ist die Überlastkupplung von der Welle gelöst, ist also aus dem Momentenpfad von Motor zu Klappe ausgekuppelt. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass der Gesamtwiederstand zwischen Motor und Getriebe im Antriebsfall verringert wird.The location of the overload clutch in a sub load path causes the overload clutch to interact with only one shaft. During a drive of the actuator by the motor, the overload clutch is released from the shaft, so it is disengaged from the torque path from engine to valve. This has the advantage that the total resistance between the engine and transmission is reduced in the drive case.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung aufgeführt.Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following description of the drawings.

Es zeigen:Show it:

1 unterschiedliche Spoilerklappenstellungen eines Flugzeugs, 1 different spoiler flap positions of an aircraft,

2 einen Aufbau eines elektromechanischen Stellantriebs nach dem Stand der Technik, 2 a construction of an electromechanical actuator according to the prior art,

3 eine schematische Darstellung über die aufzuwendenden Kräfte bei der Steuerung eines Spoilers, 3 a schematic representation of the forces to be applied in the control of a spoiler,

4 einen elektromechanischen Stellantrieb nach einer Ausführungsform der Erfindung, 4 an electromechanical actuator according to an embodiment of the invention,

5 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Überlastkupplung, 5 a longitudinal section of the overload clutch according to the invention,

6 einen Teillängsschnitt der erfindungsgemäßen Überlastkupplung mit einem eingezeichneten Kraftpfad im Überlastfall, 6 a partial longitudinal section of the overload clutch according to the invention with an indicated power path in case of overload,

7 eine Schrägansicht einer aufgeschnittenen Überlastkupplung nach der Erfindung, und 7 an oblique view of a cutaway overload clutch according to the invention, and

8 die erfindungsgemäße Überlastkupplung in einer Explosionsdarstellung. 8th the overload clutch according to the invention in an exploded view.

1 zeigt unterschiedliche Spoilerklappendarstellungen an der Tragfläche 12 eines Flugzeugs. Man erkennt den Spoiler 11 und die Landeklappe 13, die beide zu einem gewissen Grad um eine Achse rotierbar sind. Die obere Abbildung zeigt den Spoiler 11 bzw. die Landeklappe 13 in einem nicht ausgelenkten Zustand, der mit 0° Auslenkung bezeichnet wird. Diese Klappenstellung ist typisch für die „Cruising”-Phase des Flugzeugs, in der die Spoilerklappe 11 auf der Landeklappe 13 liegt und sich in einem verriegelten Zustand befindet. 1 shows different Spoilerklappendarstellungen on the wing 12 of an airplane. You can see the spoiler 11 and the landing flap 13 both rotatable to some degree about an axis. The picture above shows the spoiler 11 or the landing flap 13 in a non-deflected state, designated 0 ° displacement. This flap position is typical of the "cruising" phase of the aircraft in which the spoiler flap 11 on the landing flap 13 is located and in a locked state.

Die mittlere der drei Darstellungen zeigt die Stellung der Spoilerklappe 11 im Landeanflug. Dabei ist die Spoilerklappe 11 auf 50° kommandiert und sorgt für ein rasches Sinken des Flugzeugs.The middle of the three illustrations shows the position of the spoiler flap 11 in approach. Here is the spoiler flap 11 commanded to 50 ° and ensures a rapid sinking of the aircraft.

Die dritte Darstellung zeigt die Stellung der Spoilerklappe 11 während eines Starts bzw. während eines Landeanflugs. Die Landeklappe 13 ist dabei ausgefahren, sodass eine Rotation hin zur Unterseite der Tragfläche 12 sichtbar ist. Die Spoilerklappe 11 wird in entsprechender Weise nach unten nachgeführt, sodass die Spoilerklappenführung einen Wert von –12° annimmt.The third illustration shows the position of the spoiler flap 11 during a take-off or during a landing approach. The landing flap 13 is extended, so that a rotation towards the bottom of the wing 12 is visible. The spoiler flap 11 is tracked in a corresponding manner downwards, so that the spoiler flap guide assumes a value of -12 °.

2 zeigt einen schematischen Aufbau eines aus dem Stand der Technik bekannten Aktuators anhand eines Aktuators zur Steuerung einer Klappe oder eines Spoilers. Dabei treibt der Motor 14 über die Antriebswelle eine Getriebevorstufe 15 an, bei der mit Hilfe einer untersetzenden Auslegung das Eingangsmoment erhöht wird. Durch die Getriebehauptstufe 16 wird das Moment soweit erhöht, bis das geforderte Abtriebsmoment erreicht wird. Durch die Ansteuerung des Motors 14 kann die Flugzeugsteuerklappe 17 in jede geforderte Stellung bewegt und gehalten werden. 2 shows a schematic structure of an actuator known from the prior art by means of an actuator for controlling a flap or a spoiler. This drives the engine 14 via the drive shaft a gear precursor 15 at which the input torque is increased by means of a reducing design. Through the transmission main stage 16 the moment is increased until the required output torque is reached. By controlling the motor 14 can the aircraft control flap 17 be moved and held in any required position.

Die elektromagnetische Bremse 19 stellt sicher, dass bei einem abgeschalteten Motor 14 die Steuerklappe 17 nicht durch Windlasten in ihrer Position verrückt wird. Dabei koppelt die mechanische Überlastkupplung 20 bei Überschreiten einer Grenzlast den Motor ab. Nachteilig beim Stand der Technik nach 2 ist, dass bei Antrieb der Klappe 17 durch eine äußere Last die Überlastkupplung 20 erst bei einem deutlichen Überschreiten der Grenzlast auslösen kann, da sich der Getriebewirkungsgrad im Vor- und Rücktreibfall deutlich unterscheiden. Hieraus folgt, dass das Getriebe 15, 16 und die Struktur des Stellantriebs entsprechend überdimensioniert werden müssen.The electromagnetic brake 19 Ensures that when the engine is off 14 the control flap 17 is not driven by wind loads in their position. The mechanical overload clutch is coupled 20 if a limit load is exceeded, the engine is switched off. A disadvantage of the prior art 2 is that when driving the flap 17 by an external load the overload clutch 20 Only at a significant exceeding of the limit load can trigger, since the transmission efficiency significantly differ in the pre and Rücktreibfall. It follows that the transmission 15 . 16 and the structure of the actuator must be oversized accordingly.

Mit dem Bezugszeichen 18 und 19 ist eine Bremsscheibe 18 und ein Bremsanker 19 dargestellt, der eine Bremswirkung auf die mit dem Motor 14 verbundene Ausgangswelle entfalten kann bzw. die Klappe 17 in einer Position hält.With the reference number 18 and 19 is a brake disc 18 and a brake anchor 19 shown, which has a braking effect on the engine 14 connected output shaft can unfold or the flap 17 holding in one position.

3 zeigt ein Schema einer durch einen Stellantrieb (Aktuator) angetriebenen Flugszeugsteuerklappe (Panel) und die durch die Flugzeugsteuerklappe einnehmbaren Positionen. Dabei wird grafisch das auf das Gelenk wirkende Moment je nach Ablenkungsrichtung der Steuerklappe dargestellt. 3 FIG. 12 shows a schematic of an actuator-driven aircraft control panel and the positions detectable by the aircraft control flap. FIG. The torque acting on the joint is graphically displayed depending on the deflection direction of the control flap.

Man erkennt den Bereich, den die Klappe einnehmen kann. Dieser erstreckt sich über einen gewissen Winkel, in Abhängigkeit dessen das auf das Gelenk der Klappe wirkende Moment dargestellt ist. Das Moment ändert sein Vorzeichen beim Übertritt der mit T = 0 Nm gekennzeichneten aerodynamischen Nullposition. An dieser Stelle wird durch die Windlast keine Kraft auf das Gelenk der Klappe ausgeübt.You can see the area that the flap can take. This extends over a certain angle, as a function of which the moment acting on the joint of the flap is shown. The moment changes its sign when crossing the aerodynamic zero position marked T = 0 Nm. At this point, no force is exerted on the joint of the flap by the wind load.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines elektromechanischen Stellantriebs 10 mit der erfindungsgemäßen Überlastkupplung 1. 4 shows a schematic representation of an electromechanical actuator 10 with the overload clutch according to the invention 1 ,

Die Überlastkupplung 1 ist Bestandteil der elektromechanischen Bremse im Nebenlastpfad. In dem Hauptlastpfad, der von dem Nebenlastpfad durch eine strichpunktierte Linie grafisch abgetrennt ist, treibt der Motor 14 die Getriebevorstufe 15 und diese die Getriebehauptstufe 16 an. Soll die Stellung der Klappe 17 durch den Motor 14 verändert werden, muss die Überlastkupplung 1 ausgekuppelt sein, damit sich die Getriebevorstufe 15 frei drehen kann. Bei Erreichen einer Endstellung der Klappe 17 wird der Motor 14 gestoppt und von Seiten der Überlastkupplung 1 dafür gesorgt, dass ein Koppelelement mit der Welle einrastet und dadurch das Klappenmoment begrenzt.The overload clutch 1 is part of the electromechanical brake in the secondary load path. In the main load path, which is graphically separated from the sub load path by a dot-dash line, the motor drives 14 the transmission precursor 15 and this the transmission main stage 16 at. Should the position of the flap 17 through the engine 14 must be changed, the overload clutch 1 be disengaged so that the gear precursor 15 can rotate freely. When reaching an end position of the flap 17 becomes the engine 14 stopped and from the overload clutch 1 ensured that a coupling element engages with the shaft and thereby limits the flap torque.

Für den Fall, dass der Antrieb ausfällt müssen die Bauteile vor einer Überlastung geschützt werden. Von daher ist eine Kupplung vorgesehen, die bei einem Stromausfall selbsttätig einrastet und die Strukturteile sowie das Getriebe 15, 16 vor einer Überlast schützt, die von der Flugzeugsteuerklappe 17 in das Getriebe 15, 16 eingeleitet werden kann. Dabei ist zu beachten, dass insbesondere die Getriebehauptstufe 16 in den beiden Lastrichtungen, also dem durch den Motor 14 hervorgerufenen aktiven Antrieb und den durch die auf die Windkraft der Klappe 17 wirkenden Bewegungsantrieb, typischerweise hervorgerufen durch Luftwiederstand, unterschiedliche Wirkungsgrade hat. Für die Auslegung bzw. die Dimensionierung der Überlastkupplung 1 ist der Rücktreibwirkungsgrad im passiven Fall entscheidend.In the event that the drive fails, the components must be protected against overload. Therefore, a clutch is provided which automatically engages in case of power failure and the structural parts and the transmission 15 . 16 protects against overload from the aircraft control flap 17 in the transmission 15 . 16 can be initiated. It should be noted that in particular the transmission main stage 16 in the two load directions, so by the engine 14 caused active drive and by the on the wind power of the flap 17 acting motion drive, typically caused by air resistance, has different efficiencies. For the design or dimensioning of the overload clutch 1 the re-fueling efficiency in the passive case is decisive.

Dabei soll erreicht werden, dass die Steuerklappe 17 im passiven Fall, also ohne Antriebskraft des Motors 14 bei Überschreiten eines auf die Klappe 17 wirkenden Drehmomentschwellenwerts in Richtung der aerodynamischen Nullposition bewegt wird. Diese Nullposition ist in 2 mit t = 0 Nm dargestellt. Wird die Klappe 17 durch eine äußere Last bewegt, darf diese eine geforderte Grenzlast nicht überschreite, da es sonst zu Beschädigungen an der Klappe 17 der Getriebehauptstufe 16, der Getriebevorstufe 15 oder der Welle 3 kommen kann.It should be achieved that the control valve 17 in the passive case, ie without driving force of the engine 14 when exceeding one on the flap 17 acting torque threshold is moved in the direction of the aerodynamic zero position. This zero position is in 2 shown with t = 0 Nm. Will the flap 17 moved by an external load, this must not exceed a required limit load, otherwise it would damage the flap 17 the transmission main stage 16 , the gear precursor 15 or the wave 3 can come.

5 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Überlastkupplung 1. Man erkennt, dass der Grundaufbau der Überlastkupplung 1 drehsymmetrisch zu einer durch die Mitte der Kupplung 1 verlaufenden gestrichelten Linie ist. 5 shows a sectional view of the overload clutch according to the invention 1 , It can be seen that the basic structure of the overload clutch 1 rotationally symmetric to one through the middle of the clutch 1 running dashed line is.

Das Koppelelement 2 ist bewegbar in dem Gehäuse 8 der Überlastkupplung 1 gelagert. Innerhalb des Gehäuses 8 kann das Koppelelement 2 eine Drehbewegung ausführen, deren Achse ebenfalls die durch die Mitte der Überlastkupplung 1 gehende Strichpunktlinie ist, und entlang dieser Achse in eine Axialrichtung hin und her bewegbar sein. Um eine drehstarre Verbindung mit einer Welle (nicht dargestellt) erreichen zu können, ist an der dem Koppelelement 2 zur Welle zugewandten Seite eine Verzahnung 21 vorgesehen, die mit entsprechenden Ausnehmungen/Erhebungen der Welle in Eingriff bringbar ist. Das Freigabemittel 4 umfasst in dieser Ausführungsform einen Elektromagneten 41 und eine den Elektromagneten 41 in ihre Mitte aufnehmende Druckfeder 42. Die Druckfeder 42 drängt das Koppelelement in eine Position, in der eine Welle mit der dafür vorgesehenen Verzahnung 21 des Koppelelements 2 in Eingriff steht. Gemäß der in der Figur dargestellten Orientierung entspricht dies einem Drängen des Koppelelements 2 nach links. Der Elektromagnet 41 ist in einem bestromten Zustand dazu ausgelegt, das Koppelelement 2 in eine Position zu ziehen, sodass die Verzahnung 21 des Koppelelement 2 nicht mit einer Welle in Eingriff steht. Gemäß der in 5 dargestellten Orientierung der Überlastkupplung 1 entspricht dies einer Bewegung nach rechts für einen bestromten Zustand des Elektromagneten 41. The coupling element 2 is movable in the housing 8th the overload clutch 1 stored. Inside the case 8th can the coupling element 2 perform a rotary motion, whose axis is also the through the center of the overload clutch 1 is continuous dashed line, and be movable along this axis in an axial direction back and forth. In order to achieve a torsionally rigid connection with a shaft (not shown) is at the coupling element 2 To the shaft side facing a toothing 21 provided, which can be brought into engagement with corresponding recesses / elevations of the shaft. The release agent 4 includes in this embodiment an electromagnet 41 and one the electromagnet 41 in their middle receiving compression spring 42 , The compression spring 42 urges the coupling element in a position in which a shaft with the toothing provided for this purpose 21 of the coupling element 2 engaged. According to the orientation shown in the figure, this corresponds to urging the coupling element 2 to the left. The electromagnet 41 is designed in an energized state, the coupling element 2 to pull in a position so that the gearing 21 of the coupling element 2 not engaged with a shaft. According to the in 5 illustrated orientation of the overload clutch 1 this corresponds to a movement to the right for a current-fed state of the electromagnet 41 ,

Das Überlastmittel 5, das bei Überschreiten eines Drehmomentschwellenwerts durch das Koppelelement 2 eine kontrollierte Drehung des Koppelelement 2 zulässt, umfasst in dieser Ausführungsform einen Rastring 51, der drehstarr in der Überlastkupplung 1 angeordnet ist, Rastkugeln 52, mindestens eine Rastfeder 53 und Rastkugelausnehmungen 54, die an der der Verzahnung 21 gegenüberliegenden Seite 2 des Koppelelements 2 angeordnet sind. Dabei drängt die Rastfeder 53 den Rastring 51 gegen die Rastkugelausnehmungen 54 in dem Koppelelement 2, sodass die zwischen Rastkugelausnehmungen 52 und Rastring 51 angeordneten Rastkugel 52 in dafür vorgesehene Ausnehmungen gedrückt werden. Die einzelnen Rastkugeln 52 können über einen Kuppelring 56 miteinander verbunden sein, und in dem Kuppelring bewegbar oder fest angeordnet sein. Durch die durch das Überlastmittel 5 erzeugte Rastkupplung wird eine drehstarre Verbindung des Koppelelements 2 mit dem Rastring 51 bis zum Überschreiten eines Drehmomentschwellenwerts des Koppelelements 2 hergestellt. Erst nach Überschreiten dieses Drehmomentschwellenwerts wird die Rastfeder 53 komprimiert, sodass das Koppelelement 2 nicht mehr länger in Eingriff mit den Rastkugeln 52 steht und sich unabhängig von dem Rastring 51 drehen kann. Bei Unterschreiten des Drehmomentschwellenwerts genügt die Kraft der Rastfeder 53, um die Rastkugeln 52 erneut in die dafür vorgesehenen Ausnehmungen zu drücken, wodurch eine drehstarre Verbindung zwischen dem Koppelelement 2 und dem Rastring 51 wieder hergestellt ist.The overload means 5 , when a torque threshold is exceeded by the coupling element 2 a controlled rotation of the coupling element 2 allows, in this embodiment comprises a locking ring 51 , the torsionally rigid in the overload clutch 1 is arranged, locking balls 52 , at least one detent spring 53 and detent ball recesses 54 that at the of the gearing 21 opposite side 2 of the coupling element 2 are arranged. The detent spring is pressing 53 the locking ring 51 against the Rastkugelausnehmungen 54 in the coupling element 2 so that the between Rastkugelausnehmungen 52 and latching ring 51 arranged detent ball 52 be pressed into recesses provided for this purpose. The individual locking balls 52 can have a dome ring 56 be connected to each other, and be arranged in the coupling ring movable or fixed. Through the by the overload means 5 generated detent coupling is a torsionally rigid connection of the coupling element 2 with the locking ring 51 until a torque threshold value of the coupling element is exceeded 2 produced. Only after exceeding this torque threshold is the detent spring 53 compressed so that the coupling element 2 no longer in engagement with the detent balls 52 stands and is independent of the locking ring 51 can turn. When falling below the torque threshold, the force of the detent spring suffices 53 to the detent balls 52 press again into the recesses provided, creating a torsionally rigid connection between the coupling element 2 and the locking ring 51 is restored.

Darüber hinaus erkennt man, dass sowohl das Überlastmittel 5 als auch das Koppelelement 2 in einem gemeinsamen Ankergehäuse 6 angeordnet sind, wodurch das Freigabemittel 4 auf dieses wirken kann und eine axiale Bewegung des Ankergehäuses 6 auch zu einer entsprechenden axialen Bewegung des Koppelelements 2 und des Überlastmittel 5 führt.In addition one recognizes that both the overload means 5 as well as the coupling element 2 in a common anchor housing 6 are arranged, whereby the release agent 4 can act on this and an axial movement of the armature housing 6 also to a corresponding axial movement of the coupling element 2 and the overload means 5 leads.

Dabei ist es von untergeordneter Bedeutung, ob die Rastfeder 53 mit seinem nicht an dem Rastring anliegenden Ende mit dem Ankergehäuse 6 oder einem Gehäuse 8 der Überlastkupplung 1 zusammenwirkt. Im letztgenannten Fall ist aber eine Ausnehmung in dem Ankergehäuse 6 notwendig, durch das die Rastfeder 53 hindurchtreten kann.It is of secondary importance, whether the detent spring 53 with its not adjacent to the detent end with the anchor housing 6 or a housing 8th the overload clutch 1 interacts. In the latter case, however, a recess in the armature housing 6 necessary, through which the detent spring 53 can pass through.

Ferner erkennt man einen Zugstab 7, mit dessen Hilfe das Koppelelement 2 auch manuell in eine Position gebracht werden kann, die keinen Eingriff mit der Welle erlaubt. So kann beispielsweise ein Drehknopf 9 vorgesehen sein, der bei Drehung in eine Richtung den Zugstab 7 und das mit dem Zugstab 7 verbundene Ankergehäuse 6 und dementsprechend auch das Koppelelement 2 und das Überlastmittel 5 axial in eine Richtung weg von der Welle bewegt. So kann auch in einem unbestromten Zustand des Elektromagneten, beispielsweise in einem Wartungsfall oder dergleichen, dafür gesorgt werden, dass die mit dem Koppelelement 2 zusammenwirkende Welle 3 außer Eingriff gebracht werden kann. Dabei verläuft der Zugstab 7 mittig durch einen vorzugsweise zylinderförmig ausgebildeten Elektromagneten 41 und ist mit dem Ankergehäuse 6 so verbunden, dass er diesen in einer axialen Richtung bewegen kann. In der in 5 dargestellten Orientierung bedingt eine Drehung des Rotationsknopfes 9 eine Bewegung des Ankergehäuses 6 nach rechts.Furthermore, one recognizes a tension rod 7 , with the help of which the coupling element 2 can also be manually placed in a position that does not allow engagement with the shaft. For example, a knob 9 be provided, the turn bar in one direction 7 and that with the pull rod 7 connected armature housing 6 and accordingly also the coupling element 2 and the overload means 5 moved axially in a direction away from the shaft. Thus, even in a de-energized state of the electromagnet, for example in a maintenance case or the like, it can be ensured that the with the coupling element 2 interacting wave 3 can be disengaged. In this case, the tension rod runs 7 centrally through a preferably cylindrically shaped electromagnet 41 and is with the anchor housing 6 connected so that it can move it in an axial direction. In the in 5 orientation shown causes a rotation of the rotary knob 9 a movement of the anchor housing 6 to the right.

Nachfolgend wird auf verschiedene Betriebsmodi des elektromechanischen Stellantriebs näher eingegangen.In the following, various operating modes of the electromechanical actuator will be discussed in greater detail.

Für den Fall, dass der elektromechanische Stellantrieb die Position einer Klappe 17 verstellen muss, wird der Elektromagnet 41 bestromt, wodurch das Ankergehäuse 6 und mit ihm das Koppelelement 2 und das Überlastmittel 5 angezogen werden. Dabei bewegt sich das Ankergehäuse 6 auf nur in 8 dargestellten Zylinderstiften 54, die vorzugsweise in der Mitte der spiralförmig ausgebildeten Rastfeder 53 angeordnet sind. Dadurch wird eine Auskopplung aus dem Momentenpfad vorgenommen. Die Druckfeder 42 wird dabei gestaucht, sodass in diesem Modus der Elektromotor 14 die Klappe 17 in eine gewünschte Stellung bewegen und halten kann. Die Kupplung 1 ist dabei nicht aktiv, sondern ist aus dem Hauptlastpfad ausgekoppelt.In the event that the electromechanical actuator the position of a flap 17 must adjust, the electromagnet 41 energized, causing the armature housing 6 and with him the coupling element 2 and the overload means 5 be attracted. The armature housing moves 6 on only in 8th illustrated cylindrical pins 54 preferably in the middle of the spirally formed detent spring 53 are arranged. This results in a decoupling from the torque path. The compression spring 42 is compressed, so that in this mode the electric motor 14 the flap 17 move to a desired position and can hold. The coupling 1 is not active, but is decoupled from the main load path.

Ferner dazu gibt es den Haltenmodus, bei dem bei Erreichen der Endstellung der Klappe 17 der Stromfluss im Elektromagneten 41 beendet wird, sodass die Druckfeder 42 das Ankergehäuse 6 in seiner Gesamtheit in Richtung der mit der Verzahnung 21 in Verbindung zu bringenden Welle 3 bewegt wird. Dabei rastet die Verzahnung 21 des Koppelelements 2 in den Momentenpfad ein. In diesem Zustand wird die Klappe 17 so lange in der momentanen Position gehalten, bis ein zulässiger auf das Koppelelement 2 wirkender Drehmomentschwellenwert (Grenzmoment) überschritten wird.Furthermore, there is the hold mode, when reaching the end position of the flap 17 the current flow in the electromagnet 41 is finished, so that the compression spring 42 the anchor housing 6 in its entirety in the direction of having the teeth 21 wave to be connected 3 is moved. The teeth are locked 21 of the coupling element 2 in the moment path. In this state, the flap 17 held in the current position until a permissible on the coupling element 2 acting torque threshold (limit torque) is exceeded.

Wird dieser Drehmomentschwellenwert überschritten beginnt sich der Kuppelring 56 bzw. das Koppelelement 2 zu drehen, wobei dessen Moment über die Rastkugeln 52 übertragen wird. Die Rastkugeln 52 bewegen sich dann aus den vorzugsweise kalottenförmigen Ausnehmungen, wodurch der Rastring 51 gegen die Rastfeder 53 gedrückt wird. Alternativ ist ebenso denkbar, dass das mit den Ausnehmungen 54 versehene Koppelelement 2 sich von den Rastkugeln 52 abhebt, so dass diese in ihren Ausnehmungen 55 des Rastrings 51 verbleiben. Dies ist für die weitere Betrachtung aber nicht von Belang, da hierbei die gleichen Effekte erreicht werden.If this torque threshold is exceeded, the coupling ring begins 56 or the coupling element 2 to turn, with its moment on the detent balls 52 is transmitted. The detent balls 52 then move out of the preferably dome-shaped recesses, whereby the locking ring 51 against the detent spring 53 is pressed. Alternatively, it is also conceivable that with the recesses 54 provided coupling element 2 yourself from the rest balls 52 takes off, leaving them in their recesses 55 of the detention ring 51 remain. However, this is not relevant for further consideration, since the same effects are achieved here.

Es erfolgt also eine Drehung des Koppelelements 2, die durch das Rücktreibmoment, das durch die Rastfeder 53, den Rastring 51 und die Rastkugeln 52 erzeugt wird, in ihrem Drehmoment verringert wird. Die Druckfeder 42 wird bei diesem Vorgang nicht gestaucht. Auch wird der Elektromagnet 41 durch den Überlastfall nicht belastet, da am Rastring 51 keine axiale Kraftkomponente entsteht.Thus, there is a rotation of the coupling element 2 caused by the Rücktreibmoment, by the detent spring 53 , the locking ring 51 and the detent balls 52 is generated in their torque is reduced. The compression spring 42 is not compressed during this process. Also, the electromagnet 41 not overloaded by the overload case, because the locking ring 51 no axial force component arises.

6 zeigt den sich ausbildenden Kraftpfad für den Überlastfall. 6 shows the developing force path for the overload case.

Dieser verläuft ausgehend von einem Drehmoment des Koppelelements 2 über die Rastkugeln 52, den Rastring 51, die Rastfeder 53 geschlossen.This runs starting from a torque of the coupling element 2 over the detent balls 52 , the locking ring 51 , the detent spring 53 closed.

Dabei sind die Flanken in den Rastkugelausnehmungen 54 des Koppelelements 2 und die Flanken in den Ausnehmungen 55 des Rastrings 51 je nach Drehrichtung des Koppelelements 2 nicht gleich ausgestaltet, sondern unterscheiden sich in ihrer Steilheit. Das führ dazu, dass der Überlastfall ausgehend von einer positiven Ablenkung (positive deflection) der Klappe 17 erst bei einem höheren Drehmomentschwellenwert ausgelöst wird als ausgehend von einer negativen Ablenkung (negative deflection). So kann das Überlastmoment durch die Veränderung der Flankenwinkel, bzw. durch die unterschiedlich steilen Flankenwinkel je nach von außen induzierter Krafteinwirkung unterschiedlich ausgestaltet sein. Ausgehend von einer positiven Ablenkung ist ein größerer Drehmomentschwellenwert von Nöten um einen Überlastfall hervorzurufen, als ausgehend von einer negativen Ablenkung der Klappe 17.The flanks are in the Rastkugelausnehmungen 54 of the coupling element 2 and the flanks in the recesses 55 of the detention ring 51 depending on the direction of rotation of the coupling element 2 not identical, but differ in their steepness. This causes the overload case to start from positive flap deflection 17 is triggered only at a higher torque threshold than from a negative deflection. Thus, the overload torque can be configured differently by changing the flank angle, or by the different steep flank angle depending on the externally induced force. Starting from a positive deflection, a larger torque threshold is needed to cause an overload case than from a negative deflection of the valve 17 ,

7 zeigt eine zu 5 ähnliche Schnittdarstellung jedoch mit einem perspektivischen Anteil, der ein Verständnis der Erfindung erleichtert. Da sich 7 im Wesentlichen nicht von 5 unterscheidet, wird auf die Beschreibung der 5 Bezug genommen. 7 shows one too 5 similar sectional view, however, with a perspective portion that facilitates an understanding of the invention. That I 7 essentially not of 5 is distinguished on the description of the 5 Referenced.

8 zeigt eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Überlastkopplung in der man die Anordnung der einzelnen die Überlastkupplung 1 umfassenden Bauteile gut erkennt. 8 zeigt keine weiteren Bauteile als die bereits vorstehend beschriebenen, sodass von einer detaillierten Beschreibung ebenfalls abgesehen wird. 8th shows an exploded view of the overload coupling according to the invention in the one the arrangement of the individual overload clutch 1 comprehensive components recognizes well. 8th shows no other components than those already described above, so also a detailed description is omitted.

Durch die Erfindung sind deutliche Gewichts-, Bauraum- und Kostenvorteile umsetzbar, da die Dimensionierung der Bauteile nur durch die aerodynamischen Lasten definiert wird.Significant weight, space and cost advantages can be implemented by the invention, since the dimensioning of the components is defined only by the aerodynamic loads.

Auch ist der verwendete Elektromagnet 41 nicht so zu dimensionieren, dass er für das zu übertragende Moment ausgelegt ist. Er dient lediglich der Aktivierung, d. h. der Hin- und Herbewegung des Koppelelements 2 zum Eingreifen mit der Welle 3 bzw. zum Lösen von dieser.Also, the electromagnet used is 41 not to be dimensioned so that it is designed for the moment to be transmitted. It only serves to activate, ie the reciprocating motion of the coupling element 2 for engagement with the shaft 3 or to solve this.

Auch umfasst die Überlastkupplung 1 ein Ankergehäuse 6, jedoch ist der das Ankergehäuse 6 bewende Elektromagnet 41 noch dessen Feder 42 bei der Limitierung eines Drehmoments gefordert.Also includes the overload clutch 1 an anchor housing 6 However, this is the anchor housing 6 Apply electromagnet 41 still his pen 42 required in the limitation of a torque.

Zudem weist die gesamte Überlastkupplung 1 nur eine Minimalzahl drehender Bauteile auf, nämlich das Koppelelement 2 und eventuell das Rillenkugellager.In addition, the entire overload clutch has 1 only a minimum number of rotating components, namely the coupling element 2 and possibly the deep groove ball bearing.

Claims (15)

Überlastkupplung (1) für einen elektromechanischen Stellantrieb, umfassend: ein Koppelelement (2), das lösbar mit einer Weile (3) in Eingriff bringbar ist, so dass bei einem Eingreifen die Welle (3) mit dem Koppelelement (2) drehfest verbunden ist, ein Freigabemittel (4), das auf das Koppelelement (2) wirkt und dazu ausgelegt ist, das Koppelelement (2) mit der Welle (3) in Eingriff zu bringen oder es davon zu lösen, und ein Überlastmittel (5), das dazu ausgelegt ist, bei Überschreiten eines Drehmomentschwellenwerts durch das Koppelelement (2) eine kontrollierte Drehung des Koppelelements (2) zuzulassen.Overload clutch ( 1 ) for an electromechanical actuator, comprising: a coupling element ( 2 ), which can be solved with a while ( 3 ) is engageable, so that upon intervention, the shaft ( 3 ) with the coupling element ( 2 ) is rotatably connected, a release agent ( 4 ), which on the coupling element ( 2 ) and is adapted to the coupling element ( 2 ) with the wave ( 3 ) or to solve it, and an overload means ( 5 ), which is designed, when a torque threshold value is exceeded by the coupling element ( 2 ) a controlled rotation of the coupling element ( 2 ). Überlastkupplung (1) nach Anspruch 1, wobei der Drehmomentschwellenwert je nach Richtung des anliegenden Drehmoments unterschiedlich ist.Overload clutch ( 1 ) according to claim 1, wherein the torque threshold value is different depending on the direction of the applied torque. Überlastkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überlastmittel (5) und das Koppelelement (2) durch das Freigabemittel (4) bewegbar sind, um das Koppelelement (2) mit der Welle (3) in Eingriff zu bringen oder es davon zu lösen, wobei vorzugsweise die Bewegung in Axialrichtung der Welle (3) erfolgt. Overload clutch ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the overload means ( 5 ) and the coupling element ( 2 ) by the release agent ( 4 ) are movable to the coupling element ( 2 ) with the wave ( 3 ) or to solve it, wherein preferably the movement in the axial direction of the shaft ( 3 ) he follows. Überlastkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überlastmittel (5) und das Koppelelement (2) in einem gemeinsamen Ankergehäuse (6) untergebracht sind, an dem das Freigabemittel (4) angreift, so dass das in Eingriff bringen oder das Lösen von der Welle (3) durch eine von dem Freigabemittel (4) hervorrufbare Bewegung des Ankergehäuses (6) erreichbar ist.Overload clutch ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the overload means ( 5 ) and the coupling element ( 2 ) in a common anchor housing ( 6 ) where the release agent ( 4 ) so engaging or disengaging from the shaft ( 3 ) by one of the release agent ( 4 ) evocative movement of the armature housing ( 6 ) is reachable. Überlastkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koppelelement (2) dazu ausgebildet ist, an einer Stirnseite der Welle (3) anzugreifen, vorzugsweise über eine an dem Koppelelement (2) vorgesehenen Verzahnung (21), die an einer flächigen Seite eines Rings oder einer Platte vorgesehen ist.Overload clutch ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the coupling element ( 2 ) is adapted to on a front side of the shaft ( 3 ), preferably via one on the coupling element ( 2 ) provided toothing ( 21 ) provided on a flat side of a ring or a plate. Überlastkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Freigabemittel (4) einen Elektromagneten (41) und ein elastisches Element (42) umfasst, der Elektromagnet (41) dazu ausgelegt ist, in einem bestromten Zustand das Koppelelement (2) entgegen einer durch das elastische Element (42) aufgebrachten Kraft von der Welle (3) zu lösen, und das elastische Element (42) so vorgespannt ist, dass es das Koppelelement (2) in eine Richtung drängt, um einen Eingriff mit der Welle (3) herzustellen.Overload clutch ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the release agent ( 4 ) an electromagnet ( 41 ) and an elastic element ( 42 ), the electromagnet ( 41 ) is designed in a current-fed state, the coupling element ( 2 ) against one by the elastic element ( 42 ) applied force from the shaft ( 3 ), and the elastic element ( 42 ) is biased so that it is the coupling element ( 2 ) in one direction to engage the shaft ( 3 ). Überlastkupplung (1) nach Anspruch 6, wobei das elastische Element (42) eine Druckfeder, insbesondere eine Spiralfeder ist, in deren Mitte der Elektromagnet (41) angeordnet ist.Overload clutch ( 1 ) according to claim 6, wherein the elastic element ( 42 ) is a compression spring, in particular a spiral spring, in the middle of the electromagnet ( 41 ) is arranged. Überlastkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überlastmittel (5) einen Rastring (51), Rastkugeln (52), eine Rastfeder (53) und Rastkugelausnehmungen (54) in dem Koppelelement (2) umfasst, der Rastring (51) kalottenförmige Ausnehmungen (55) aufweist, die im Wesentlichen den Rastkugelausnehmungen (54) in dem Koppelelement (2) entsprechen, die Rastfeder (53) den Rastring (51) gegen das Koppelelement (2) drängt, um mit Hilfe der zwischen Rastring (51) und Rastkugelausnehmungen (54) angeordneten Rastkugeln (52) eine Drehmomentverbindung zu erzeugen, die eine bis zu dem Drehmomentschwellenwert starre Drehverbindung erzeugt.Overload clutch ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the overload means ( 5 ) a locking ring ( 51 ), Locking balls ( 52 ), a detent spring ( 53 ) and detent ball recesses ( 54 ) in the coupling element ( 2 ), the locking ring ( 51 ) dome-shaped recesses ( 55 ), which substantially the Rastkugelausnehmungen ( 54 ) in the coupling element ( 2 ), the detent spring ( 53 ) the locking ring ( 51 ) against the coupling element ( 2 ) urges to use with the help of between locking ring ( 51 ) and detent ball recesses ( 54 ) arranged locking balls ( 52 ) to produce a torque connection that produces a rigid connection that is up to the torque threshold. Überlastkupplung (1) nach Anspruch 8, wobei die Flanken in den Ausnehmungen (55) des Rastring (51) und/oder in den Rastkugelausnehmungen (54) in dem Koppelelement (2) unterschiedlich steil ausgebildet sind, so dass der Drehmomentschwellenwert, bis zu dem eine starre Drehmomentverbindung gegeben ist, je nach Drehmomentrichtung unterschiedlich ist.Overload clutch ( 1 ) according to claim 8, wherein the flanks in the recesses ( 55 ) of the locking ring ( 51 ) and / or in the Rastkugelausnehmungen ( 54 ) in the coupling element ( 2 ) are formed differently steep, so that the torque threshold to which a rigid torque connection is given, depending on the torque direction is different. Überlastkupplung (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Rastkugeln (52) in einem Kuppelring (56) bewegbar oder fest angeordnet sind.Overload clutch ( 1 ) according to one of claims 8 or 9, wherein the detent balls ( 52 ) in a coupling ring ( 56 ) are movable or fixed. Überlastkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen Zugstab (7), der dazu ausgelegt ist, das Überlastmittel (5) und das Koppelelement (2) in eine Position zu bewegen, in der das Koppelelement (2) von der Welle (3) gelöst ist, wobei vorzugsweise die Bewegung in Axialrichtung der Welle (3) erfolgt.Overload clutch ( 1 ) according to one of the preceding claims, further comprising: a tension rod ( 7 ) designed to remove the overload ( 5 ) and the coupling element ( 2 ) to move in a position in which the coupling element ( 2 ) from the wave ( 3 ), wherein preferably the movement in the axial direction of the shaft ( 3 ) he follows. Überlastkupplung (1) nach Anspruch 11, wobei die Rotationsachse des Zugstabs (7) identisch zu der Rotationsachse des Koppelelements (2), beziehungsweise zur Drehsymmetrieachse der Überlastkupplung ist.Overload clutch ( 1 ) according to claim 11, wherein the axis of rotation of the tension rod ( 7 ) identical to the axis of rotation of the coupling element ( 2 ), or to the rotational symmetry axis of the overload clutch. Überlastkupplung (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei der Zugstab (7) dazu ausgelegt ist, durch eine von einem Nutzer ausgeübte Krafteinwirkung das Koppelelement (2) in eine Position zu bewegen, so dass die Welle (3) davon gelöst ist, wobei vorzugsweise der Zugstab (7) umfangsseitig von einem Elektromagneten (41) umgeben ist, der Teil des Freigabemittels (4) ist.Overload clutch ( 1 ) according to one of claims 11 or 12, wherein the tension rod ( 7 ) is designed, by a force exerted by a user force the coupling element ( 2 ) to move into a position so that the shaft ( 3 ) thereof, wherein preferably the tension rod ( 7 ) peripherally by an electromagnet ( 41 ), the part of the release agent ( 4 ). Elektromechanischer Stellantrieb (10), insbesondere für den Antrieb eines Spoilers (11) in einem Luftfahrzeug, umfassend: eine Überlastkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen Motor (14), und ein Getriebe (15, 16), vorzugsweise umfassend eine Getriebevorstufe (15) und eine Getriebehauptstufe (16), wobei die Überlastkupplung (1) an einer Welle (3) des Getriebes (15, 16) wirkt.Electromechanical actuator ( 10 ), in particular for driving a spoiler ( 11 ) in an aircraft, comprising: an overload clutch ( 1 ) according to one of the preceding claims, an engine ( 14 ), and a transmission ( 15 . 16 ), preferably comprising a transmission precursor ( 15 ) and a transmission main stage ( 16 ), wherein the overload clutch ( 1 ) on a shaft ( 3 ) of the transmission ( 15 . 16 ) acts. Elektromechanischer Stellantrieb (10) nach Anspruch 9, wobei die Überlastkupplung (1) in einem Nebenlastpfad des Stellantriebs (10) angeordnet ist.Electromechanical actuator ( 10 ) according to claim 9, wherein the overload clutch ( 1 ) in a secondary load path of the actuator ( 10 ) is arranged.
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