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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen des Spiels in einem Hochauftriebssystem eines Flugzeugs.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein Hochauftriebssystem eines Flugzeugs wird eingesetzt, um insbesondere bei Start und Landung den Auftrieb des Flugzeugs gezielt zu erhöhen und damit die für das Abheben bzw. den Flug notwendige Anströmgeschwindigkeit der Auftriebsflächen zu verringern. Es sind zahlreiche unterschiedliche Arten von Hochauftriebssystemen bekannt, die ausfahrbare Hochauftriebsflächen an Vorder- und/oder Hinterkanten von Flügeln aufweisen. Zur Bewegung von Hochauftriebsflächen werden zudem unterschiedliche Techniken eingesetzt, wobei das Konzept einer zentralen Antriebseinheit und einer davon angetriebenen, rotierenden Antriebswelle, welche sich in die Tragflügelhälften erstrecken, weit verbreitet ist. Antriebsstationen sind mechanisch mit der Antriebswelle verbunden und setzen eine Rotation in eine Bewegung der zugehörigen Klappe um. Hierzu sind neben linearen, spindelbasierten Einrichtungen auch Einrichtungen mit Mehrgelenkketten bekannt, die von einem rotierenden Antriebshebel bewegt werden.
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Bei der Herstellung eines Flugzeugs werden Baugruppen, die für eine Bewegung von Komponenten verantwortlich sind, stets individuell justiert, so dass vorgegebene Funktionen und Bewegungsbahnen exakt realisierbar sind. Insbesondere bei auf einer zentralen Antriebseinheit basierenden Hochauftriebssystemen ist damit zu rechnen, dass entlang der kinematischen Strecke zwischen Antriebseinheit und dem angetriebenen Punkt einer Klappe ein gewisses Spiel auftreten kann. Insbesondere bei einer „Dropped Hinge“-Ausführung, bei der ein von der Antriebswelle angetriebener Rotationsaktuator einen Antriebshebel bewegt, der über ein Verbindungsglied schwenkbar mit einer ebenfalls schwenkbar gelagerten Klappe gekoppelt ist, ist ein mechanisches Spiel zu erwarten. Dies kann sich dadurch äußern, dass im Flug aufgrund der an der betreffenden Klappe auftretenden Auftriebskräfte die Klappe stets in Richtung einer eingefahrenen Position gedrückt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist somit als eine Aufgabe der Erfindung anzusehen, ein Verfahren zum Einstellen des Spiels in einem Hochauftriebssystem eines Flugzeugs vorzuschlagen, mit dem das Spiel entweder vollständig eliminiert wird oder derart bei der Einstellung des Hochauftriebssystems angepasst wird, dass das Spiel nicht durch Anpassung der Bewegung der Klappen kompensiert werden muss.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Es wird ein Verfahren zum Einstellen des Spiels in einem Hochauftriebssystem eines Flugzeugs vorgeschlagen, das Hochauftriebssystem aufweisend eine Antriebseinheit, eine mit der Antriebseinheit verbundene Antriebswelle, mehrere entlang der Antriebswelle verteilte und damit mechanisch verbundene Antriebsstationen, die je einen Rotationsaktuator mit einem Gehäuse und einem darin gelagerten und sich radial von einer Rotationsachse des Rotationsaktuators erstreckenden Antriebshebel besitzen, der über ein Verbindungsglied mit einer schwenkbar gelagerten Klappe gekoppelt ist, wobei durch Rotieren der Antriebswelle mittels der Antriebseinheit die jeweiligen Antriebshebel bewegt und dadurch die Klappen zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Position verfahren werden. Das Verfahren weist die Schritte des Verfahren der Antriebsstationen in eine erste Position, des Lösens der mechanischen Verbindungen zwischen der Antriebswelle und den Antriebsstationen in der ersten Position, des Bewegens der einzelnen Antriebshebel in Richtung einer ausgefahrenen Position durch mechanisches Antreiben eines Getriebeeingangs des zugehörigen Rotationsaktuators, so dass die einzelnen Antriebshebel mit einem Anschlag in einer zweiten Position, die von der ersten Position in Ausfahrrichtung entfernt ist, in mechanischen Kontakt treten, des drehfesten Fixierens der Getriebeeingänge der Rotationsaktuatoren, des Anpassens der Länge der Verbindungsglieder derart, dass eine zu der Position des Anschlags gehörige Position der zugehörigen Klappe erreicht wird, und des erneuten Verbindens der Antriebsstationen mit der Antriebswelle auf.
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Das Gehäuse muss nicht zwangsläufig ein Gehäuse des Rotationsaktuators sein, sondern kann auch das Gehäuse einer Lagerungseinrichtung für den Antriebshebel sein, das mechanisch mit dem Rotationsaktuator verbunden sein kann.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann das Spiel zwar nicht eliminiert werden, doch das Spiel wird für alle Antriebsstationen auf die gleiche Seite einer Aktuierungsrichtung gelegt. Die dem Verfahren zugrunde liegende Ausführung des Hochauftriebssystems bezieht sich auf ein sogenanntes „Dropped Hinge“-System, bei der eine Hinterkantenklappe über einen Tragarm an einem Scharnier schwenkbar gelagert ist und eine von der Stellung des Antriebshebels abhängige Position einnimmt. Nach Durchführung des Verfahrens kann in einer eingefahrenen Position ein gewisses Spiel zwischen den Klappen und einem vorderen Anschlag liegen, so dass die Klappen beim Bodenaufenthalt des Flugzeugs, bedingt durch ihr Eigengewicht, nicht ganz in der eingefahrenen Position sind, sondern einige Millimeter in einer ausgefahrenen Position. Sobald sich das Flugzeug jedoch bewegt und entsprechend angeströmt wird, entwickeln die betreffenden Klappen eine Auftriebskraft, die aufgrund des Spiels dazu führt, dass sich die Klappen bündig an die vollständig eingefahrene Position begeben. Nachfolgend werden die Kernmerkmale des Verfahrens noch einmal erläutert.
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Die Antriebseinheit kann als eine zentrale Antriebseinheit („Power Control Unit“ bzw. PCU) in einem Flügelwurzelbereich oder als mehrere lokale Antriebseinheiten jeweils in einem Tragflügel ausgeführt sein, von der sich dann eine Antriebswelle in Richtung der jeweiligen Flügelspitze erstreckt. Der Verlauf der Antriebswelle in den Tragflügeln ist hierbei unerheblich, ebenso die mechanische Kopplung zwischen den Antriebsstationen und der Antriebswelle. Hierfür sind viele unterschiedliche Möglichkeiten denkbar, die eine Übertragung einer mechanischen Leistung von der Antriebswelle in die Antriebsstationen ermöglichen.
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Ein Rotationsaktuator kann ein Umlenkgetriebe und/oder ein Untersetzungsgetriebe aufweisen, so dass der Antriebshebel in Abhängigkeit der Rotation der Antriebswelle und damit eines Getriebeeingangs des Rotationsaktuators zwischen zwei Extrempositionen bewegbar ist. Ein solcher Rotationsaktuator ist häufig als „Geared Rotary Actuator“ (GRA) bezeichnet. An oder in dem Rotationsaktuator kann eine Lagerung des Antriebshebels erfolgen. Die Einrichtung zum Lagern des Antriebshebels an dem Gehäuse wird häufig als „Lever Bearing Assembly“ (LBA) bezeichnet. Der Antriebshebel ist mit einem Getriebeausgang des Rotationsaktuators gekoppelt.
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Die Position einer Klappe des Hochauftriebssystems ist von dem Aufbau der Klappenlagerung und insbesondere der räumlichen Position des Klappenscharniers abhängig. Das Scharnier befindet sich bevorzugt unterhalb der betreffenden Klappe und ist leicht vorwärts, das heißt in Flugrichtung und entlang der Flugzeuglängsachse nach vorne, versetzt. Diese Anordnung wird als „Dropped Hinge“ bezeichnet. Durch Bewegung der Antriebswelle und damit des Rotationsaktuators und des Antriebshebels wird folglich die Klappe durch den Tragarm um ihr Scharnier verschwenkt und erreicht so alle Positionen zwischen einer eingefahrenen Position und einer maximal möglichen, ausgefahrenen Position.
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Vor Beginn des Verfahrens sollten alle Antriebsstationen durch Rotation der Antriebswelle in eine erste und bevorzugt eine eingefahrene Position verfahren werden. Dies wird beispielsweise durch Transfer eines entsprechenden Signals an einen Slat Flap Control-Computer initiiert, der bei Bewegung der Antriebswelle über entsprechende Sensoren an der Antriebseinheit und an den Antriebsstationen eine Rückmeldung über die derzeitige Position der Klappen erhält.
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In dieser ersten Position werden die mechanischen Verbindungen zwischen der Antriebswelle und den Antriebsstationen gelöst. Die nun freien Antriebsstationen können unter Umständen selbsthemmend ausgeführt sein, dies ist jedoch nicht üblich. Es kann daher sinnvoll sein, die erste Position derart zu wählen, dass sie nicht weit von der zweiten Position entfernt ist, so dass die betreffenden Antriebsstationen nur eine geringe Distanz rutschen bzw. gedreht werden.
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Der Anschlag in zweiter Position, die in Ausfahrrichtung der ersten Position nachgeordnet ist, kann durch einen mechanischen Kontakt mit dem Antriebshebel diesen in der zweiten Position festhalten. Durch das Antreiben jedes Rotationsaktuators durch Einleiten eines Drehmoments an dem jeweiligen Getriebeeingang des betreffenden Rotationsaktuators legt sich der Antriebshebel bündig an den Anschlag an, und der Rotationsaktuator verspannt sich an dem Anschlag, so dass ein Spiel in diese Richtung ausgeschlossen werden kann. Gleichzeitig muss der jeweilige Getriebeeingang rotationsfest bzw. drehfest fixiert werden, so dass sich der betreffende Rotationsaktuator nicht wieder in einen unbelasteten Zustand begibt, in dem die präzise Position des Antriebshebels verloren geht. Es ist möglich, das Antreiben des betreffenden Rotationsaktuators durch ein separates Werkzeug vorzunehmen, das einen Ratschenmechanismus aufweist und bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an dem betreffenden Rotationsaktuator befestigt bleibt.
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Durch weiter anschließendes Einstellen der Position der Klappe über eine Verstellung der Länge des Verbindungsgliedes zwischen dem Antriebshebel und dem Tragarm der Klappe wird letztlich die betreffende Antriebsstation exakt justiert, damit bei Verfahrbewegung der Antriebswelle eine exakt vorgegebene Position aller Antriebsstationen erreicht wird. Nach Verbinden der Antriebsstationen mit der Antriebswelle ist das Hochauftriebssystem einsetzbar, wobei ebenfalls vor dem Verbinden das Spiel des Antriebsstranges in Richtung der eingefahrenen Position gedreht werden muss. Vor dem erneuten Verbinden sollte die betreffende Antriebswelle bzw. Transmissionswelle dann so weit in Ausfahrrichtung gedreht werden (je nach Verbindungstyp ein Teil einer Transmissionsumdrehung), bis die Verbindung wieder herstellbar ist. Die Auswirkung dieses Spiels auf die Klappenposition ist allerdings im Vergleich zu dem Spiel im Rotationsaktuator und an einer Verbindung zwischen dem Rotationsaktuator und der Einrichtung zum Lagern des Antriebshebels um Größenordnungen kleiner aufgrund der üblicherweise recht hohen Untersetzung des Rotationsaktuators.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform weist ferner das Anordnen entfernbarer Anschläge an die einzelnen Gehäuse in der zweiten Position und nach dem Anpassen der Länge der Verbindungsglieder das Entfernen sämtlicher Anschläge auf, wobei hierzu die Rotationsaktuatoren nach dem Einstellen der Länge der Verbindungsglieder und dem Anschluss der Antriebs- bzw. Transmissionswellen zumindest ein Stück in Richtung der eingefahrenen Position gefahren werden sollten. Die Positionen der entfernbaren Anschläge sind beliebig und können bedarfsweise oder in Abhängigkeit besonderer Merkmale der kinematischen Kette zwischen Antriebshebel und Klappe gewählt werden. Es muss lediglich darauf geachtet werden, dass der Anschlag so angeordnet wird, dass eine Bewegung des Antriebshebels in Ausfahrrichtung gehemmt wird.
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Alternativ dazu kann auch ein bereits vorhandener Endanschlag als Anschlag verwendet werden, wobei die zweite Position dann der vollständig ausgefahrenen Position entspricht. Für den Beginn des Verfahrens ist damit nicht notwendig, die Klappen vollständig in eine eingefahrene Position zu verfahren.
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Wird ein entfernbarer Anschlag eingesetzt, kann die zweite Position eine 0°-Position sein, die der vollständig eingefahrenen Position entspricht. Diese Position ist auch als „clean“ Konfiguration für den Reiseflug bekannt. Technisch wäre auch das Verfahren der Klappen in eine Position von –1° möglich. Die Klappen müssen vor Anordnen des Anschlags demnach so weit eingefahren werden, dass der Anschlag montierbar ist und beim Ausfahren gerade in der einzustellenden Klappenposition in Kontakt kommt. Damit wird eine präzise Ausrichtbarkeit des Anschlags erreicht, gleichzeitig kann durch Ausnutzung fest vorgegebener Getriebepunkte eine Einstellstange mit fest vorgegebener Länge als Einstellhilfe verwendet werden, die bei korrekt eingestellter Klappenposition zwischen die vorgegebenen Getriebepunkte passt bzw. einbaubar ist. Die Einstellarbeiten für ein Hochauftriebssystem mit mehreren Antriebsstationen kann dadurch erheblich erleichtert werden.
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Das Verfahren der einzelnen Antriebshebel kann weiterhin das Anordnen einer Rotationseinrichtung mit Ratschenmechanismus an dem Getriebeeingang des Rotationsaktuators aufweisen. Dies kann sowohl an dem Gehäuse temporär fixiert werden als auch lediglich temporär an den Rotationseingang angehängt werden.
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Das Verfahren ist für viele unterschiedliche Hochauftriebssysteme eingesetzt werden. Es bietet sich jedoch insbesondere für ein Hochauftriebssystem mit einer Dropped-Hinge-Klappenlagerung an.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
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1 offenbart eine schematische Übersicht eines Hochauftriebssystems eines Flugzeugs mit einer zentralen Antriebseinheit.
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2 zeigt eine Detaildarstellung einer Klappenlagerung sowie einer Antriebsstation des Hochauftriebssystems aus 1.
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3 stellt die einzelnen Verfahrensschritte in einer blockbasierten, schematischen Ansicht dar.
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DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt einen grundlegenden Aufbau eines Hochauftriebssystems 2. Dort ist eine zentrale Antriebseinheit 4 (PCU) angeordnet und mit einem Transmissionswellensystem 6 gekoppelt, das eine linke Transmissionswelle 8 und eine rechte Transmissionswelle 10 aufweist. Diese sind mit Antriebsstationen 12 gekoppelt, welche sich entlang der Transmissionswellen 8 und 10 über Flügelhinterkanten verteilen.
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Jede Antriebsstation 12 weist einen von der jeweiligen Transmissionwelle 8, 10 antreibbaren Rotationsaktuator 16 auf, welcher über ein Verbindungsglied 14, das eine Art Schubstange sein kann, mit einer Klappe 18 gekoppelt ist. Jede Klappe 18 kann exemplarisch mit zwei Rotationsaktuatoren 16 gekoppelt sein. Beide Antriebsstationen 12 einer Klappe 18 sind voneinander beabstandet angeordnet und bevorzugt zwei einander entgegengesetzten lateralen Klappenenden zugeordnet. Üblicherweise werden zwei redundante Klappensteuerungseinheiten 20 und 22 eingesetzt, die mit der Antriebseinheit 4 gekoppelt sind.
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Ein Antriebssensor 24, der auch als Feedback Position Pickoff Unit bekannt ist, ist mit den Klappensteuerungseinheiten 20 und 22 verbunden und erlaubt die Bestimmung einer momentanen rotatorischen Position des Transmissionswellensystems 6, woraus die Position der Klappen 18 ermittelbar ist. Zum Verstellen der Klappen 18 dient ein Klappenverstellhebel 26, welcher ein entsprechendes Signal an die Klappensteuerungseinheiten 20 und 22 liefert, die dann die Antriebseinheit 4 derart ansteuern, dass die rotatorische Position des Transmissionswellensystems 6 mit der durch den Klappenverstellhebel 26 kommandierten, angestrebten Winkel übereinstimmt.
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In 2 wird ein vereinfachter Aufbau einer Antriebsstation 12 in einer Seitenansicht gezeigt. Hier ist ein Rotationsaktuator 16 angeordnet, der einen drehbar um eine Hebelachse 28 gelagerten Antriebshebel 30 bewegt, der wiederum über das Verbindungsglied 14 mit einem Tragarm 34 einer Klappe 18 gekoppelt ist. Die Klappe 18 kann direkt starr oder beweglich mit dem Tragarm 34 verbunden sein, wobei die Vorderkante der Klappe 18 in der Zeichnungsebene nach links zeigt, d.h. zu dem Rotationsaktuator 16. Durch Antreiben des entsprechenden Rotationsaktuators 16 durch eine Transmissionswelle 8 bzw. 10 an einem nicht näher dargestellten Getriebeeingang des Rotationsaktuators 16, wird nach einer entsprechenden Getriebeuntersetzung der Antriebshebel 30 um die Hebelachse 28 gedreht. An einem von der Hebelachse 28 entfernten Lagerpunkt 36 ist das Verbindungsglied 32 angeschlagen, welches mit einem weiteren Lagerpunkt 38 auf dem Tragarm 34 der Klappe 18 gekoppelt ist. Der Tragarm 34 ist wiederum an einem Scharnier 40 gelagert, das in Flugrichtung (x-Achse), d.h. nach vorne, und nach unten (z-Achse) versetzt ist. Durch Drehen des Antriebshebels 30 wird die Klappe 18 zu dem Rotationsaktuator 16 hin oder davon weg bewegt.
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Ziel ist, die Länge des Verbindungsglieds 32 derart einzustellen, dass ein Spiel in der kinematischen Kette des Transmissionssystems und des Rotationsaktuators auf eine Seite gelegt wird, die im Flug belastet ist und das Spiel dadurch im Flug nicht für die Klappenposition relevant ist.
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Dies erfolgt erfindungsgemäß durch ein in 3 blockartig dargestelltes Verfahren. Dies kann zunächst das Verfahren 54 der Antriebsstationen 12 in eine erste Position umfassen, die beispielsweise der „clean“-Konfiguration im Reiseflug entspricht. Anschläge 42 werden an einzelnen Gehäusen 44 der Rotationsaktuatoren 16 oder einer daran angeordneten Lagerungseinrichtung zum Lagern der Antriebshebel 30 angebracht 56, wobei die Anschläge 42 derart angeordnet sind, dass der Antriebshebel 30 maximal in eine zweiten Position drehbar ist, bevor er durch den Anschlag 42 gehalten wird. Anschließend werden die mechanischen Verbindungen zwischen der jeweiligen Transmissionswelle 8 bzw. 10 und den Antriebsstationen 12 in der ersten Position gelöst 58.
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Die Anschläge 42 sind dabei derart positioniert, dass der zugehörige Antriebshebel 30 in Richtung einer ausgefahrenen Position durch Antreiben eines Getriebeeingangs des zugehörigen Rotationsaktuators 16 an den jeweiligen Anschlag 42 bewegt wird 60. Die einzelnen Antriebshebel 30 geraten dann mit dem jeweiligen Anschlag 42 in mechanischen Kontakt.
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Dem drehfesten Fixieren 62 der Getriebeeingänge der Rotationsaktuatoren 16 folgt das Anpassen 64 der Länge der Verbindungsglieder 32 derart, dass eine zu der Position des Anschlags 42 gehörige Position der zugehörigen Klappe 18 erreicht wird. Damit ist die Länge des Verbindungsglieds 32 ordnungsgemäß justiert, so dass anschließend die Antriebsstationen 12 mit der zugehörigen Transmissionswelle 8, 10 verbindbar sind und sämtliche Anschläge 42 entfernt werden können. Das mechanische Spiel zwischen der Antriebseinheit 4 zu dem Antriebshebel 30 liegt dann auf der im Flug belasteten Seite der kinematischen Kette und ist folglich für die präzise Einstellung der Position der Klappen 18 im Flug nicht relevant.
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Das Justieren der Länge der Verbindungsglieder 32 kann durch Verwendung einer Einstellstange 44 vereinfacht werden, die zwischen zwei strukturfesten Punkten 46 und 48 an einer den Antriebshebel tragenden Struktur 50 und dem Tragarm 34 nur dann einsetzbar ist, wenn die Klappe 18 eine vorbestimmte Position aufweist. Eine solche Einstellstange 44 kann jeweils nur für eine bestimmte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit fest vorgegebener zweiter Position eingesetzt werden.
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Die Länge des Verbindungsglieds 32 kann ferner durch eine übliche Längenverstelleinrichtung erfolgen, die exemplarisch mit konterbaren Einstellmuttern 52 angedeutet ist. Dies ist jedoch von der eigentlichen Konstruktion des Verbindungsglieds 32 abhängig.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisen“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
