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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rastvorrichtung, einen elektromechanischen Linearaktor mit einer solchen Rastvorrichtung, ein Fahrwerk mit einem solchen Linearaktor sowie ein Luft- oder Raumfahrzeug mit einem derartigen Fahrwerk.
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Obwohl in vielfältigen Anwendungen für unterschiedliche Maschinen und Fahrzeuge, insbesondere Luft- oder Raumfahrzeuge, verwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf Landefahrwerke von Helikoptern näher erläutert. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung jedoch in vielfältigen Anwendungen des allgemeinen Maschinen- und Fahrzeugbaus und weiteren Gebieten anwendbar.
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Fahrwerke von Luft- oder Raumfahrzeugen, wie beispielsweise die Landefahrwerke von Helikoptern, werden zeitnah nach dem Start eingefahren, kurz vor der Landung ausgefahren und sowohl in ihrer eingefahrenen als auch in ihrer ausgefahrenen Stellung arretiert bzw. verschlossen, um unerwünschte Bewegungsvorgänge oder eine Verstellung des Fahrwerkes während des Fluges zu vermeiden, die beispielsweise aufgrund von Vibrationen oder anderen mechanischen Einflüssen auftreten können. Typischerweise werden derartige Landefahrwerke mit einem Ausfahr- bzw. Einfahr-Aktor versehen, wobei häufig spezielle Arretierungselemente vorgesehen werden, die das Fahrwerk in der eingefahrenen und der ausgefahrenen Position feststellen. Während die verwendeten Aktoren herkömmlicherweise hydraulisch ausgelegt wurden, gibt es im modernen Luftfahrtbereich einen Trend zu elektromechanischen Aktoren bzw. Stellantrieben (englisch: „electromechanical actuator“, EMA), siehe zum Beispiel die Druckschrift
EP 2 586 703 B1 . Um einen EMA in den Endlagen zu arretieren, können reib- oder formschlüssige Mechanismen verwendet werden. Allerdings werden solche Vorkehrungen typischerweise separat mit elektrischer Energie versorgt, wobei sie zudem mitunter im Lastpfad hinter oder neben einem Antriebsstrang des EMA angeordnet werden. Es besteht somit ein Bedarf nach EMAs, welche ein Landefahrwerk in den Endlagen sicher einrasten können, ohne dass eine zusätzliche Aktivierung von Verschlussmechanismen notwendig ist und ohne dass der elektromechanische Antrieb des EMA im Lastpfad verbleibt. Die Druckschrift
EP 2 837 556 A1 beschreibt beispielsweise eine pneumatisch aktivierte Entkoppelungsvorrichtung für einen elektromechanischen Aktuator eines Luftfahrzeugs.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, verbesserte Lösungen für elektromechanische Aktoren zu finden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rastvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch einen elektromechanischen Linearaktor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14, durch ein Fahrwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 und durch ein Luft- oder Raumfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16.
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Demgemäß ist eine Rastvorrichtung für einen elektromechanischen Linearaktor vorgesehen. Die Rastvorrichtung umfasst eine elektrisch angetriebene Rotationsspindel. Die Rastvorrichtung umfasst ferner eine Spindelmutter, welche auf der Rotationsspindel entlang einer axialen Richtung der Rotationsspindel beweglich ausgebildet ist, wobei die Spindelmutter eine erste innere Kugelaufnahme und eine zweite innere Kugelaufnahme aufweist. Die Rastvorrichtung umfasst ferner eine Spindelaufhängung, welche die Rotationsspindel und die Spindelmutter umgibt und eine erste äußere Kugelaufnahme und eine zweite äußere Kugelaufnahme aufweist. Die Rastvorrichtung umfasst ferner einen Ausgangskolben, welcher zwischen der Spindelmutter und der Spindelaufhängung gleitfähig entlang der axialen Richtung zwischen einer Einfahrposition und einer Ausfahrposition beweglich ausgebildet ist, wobei der Ausgangskolben eine erste Kugelöffnung und eine zweite Kugelöffnung aufweist. Die Rastvorrichtung umfasst ferner eine erste Kugel, welche vermittels der Bewegung der Spindelmutter zwischen der ersten inneren Kugelaufnahme und der ersten äußeren Kugelaufnahme durch die erste Kugelöffnung hindurch bewegbar ist, wobei die erste Kugel den in der Einfahrposition befindlichen Ausgangskolben mit der Spindelaufhängung verrastet. Die Rastvorrichtung umfasst ferner eine zweite Kugel, welche vermittels der Bewegung der Spindelmutter zwischen der zweiten inneren Kugelaufnahme und der zweiten äußeren Kugelaufnahme durch die zweite Kugelöffnung hindurch bewegbar ist, wobei die zweite Kugel den in der Ausfahrposition befindlichen Ausgangskolben mit der Spindelaufhängung verrastet.
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Weiterhin ist ein elektromechanischer Linearaktor mit einer erfindungsgemäßen Rastvorrichtung vorgesehen.
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Darüber hinaus ist ein Fahrwerk mit einem erfindungsgemäßen Linearaktor vorgesehen.
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Ferner ist ein Luft- oder Raumfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Fahrwerk vorgesehen.
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Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, einen Rastmechanismus in den elektromechanischen Aktor zu integrieren. Dadurch wird erstens ein sicheres Verschließen in beiden Endlagen des Aktors gewährleistet, ohne dass separat angeordnete Komponenten benötigt werden. Zweitens kann in dem verrasteten Zustand eine äußere Längslast über die Spindelaufhängung, d.h. letztendlich über ein Aktorgehäuse, umgeleitet und dergestalt der mechanische Antriebsstrang, einschließlich Spindelmutter, Rotationsspindel, Getriebe und Lagern, lastfrei geschaltet werden. Zu diesem Zweck sieht die vorliegenden Erfindung einen Kugelmechanismus vor, in welchem die Spindelmutter mit dem Ausgangskolben und der Spindelaufhängung vermittels Kugeln gekoppelt wird. Der Kugelmechanismus wird hierbei in vorteilhafter Weise durch die Bewegung der Spindelmutter, d.h. letztendlich durch die Rotation der Spindel, aktiviert. Hierbei vermittelt eine erste Kugel die Verrastung der Spindelaufhängung mit dem sich in einer festen Einfahrposition befindlichen Ausgangskolben, während eine zweite Kugel die Verrastung der Spindelaufhängung mit dem Ausgangskolben erreicht, wenn sich dieser in einer Ausfahrposition befindet. In beiden Positionen des Ausgangskolbens wird somit eine weitere Bewegung des Ausgangskolbens verhindert und der Linearaktor wird in der Einfahrposition bzw. der Ausfahrposition arretiert. Zusätzliche Aktivierungskomponenten können hierbei vermieden werden. Im arretierten Zustand können äußere Lasten von dem Ausgangskolben über die Kugeln auf das Aktorgehäuse abgeleitet werden. Hierdurch ergeben sich erhebliche Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber herkömmlichen Ausgestaltungen. Erstens sind keine zusätzlichen aktiven Komponenten oder Mechanismen notwendig, um einen elektromechanischen Antriebsstrang in beiden Endlagen zu verschließen. Zweitens werden grundsätzlich weniger Einzelteile verbaut, sodass letztendlich auch die Ausfall- und/oder Fehlerwahrscheinlichkeit gesenkt wird. Drittens können lasttragende Antriebskomponenten rein für operative Lasten und damit kleiner dimensioniert werden. Ganz allgemein zeichnet sich das erfindungsgemäße System durch eine geringere Komplexität, ein geringeres Gewicht und schlussendlich durch geringere Herstellungs- und Betriebskosten aus.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer Weiterbildung können die erste innere Kugelaufnahme und die zweite innere Kugelaufnahme entlang der axialen Richtung zueinander versetzt außen auf der Spindelmutter ausgebildet sein. Die erste äußere Kugelaufnahme und die zweite äußere Kugelaufnahme können entlang der axialen Richtung zueinander versetzt innen auf der Spindelaufhängung ausgebildet sein. Insbesondere können die erste innere Kugelaufnahme und die zweite innere Kugelaufnahme hintereinander entlang der axialen Richtung ausgebildet sein. Insbesondere können ferner die erste äußere Kugelaufnahme und die zweite äußere Kugelaufnahme hintereinander entlang der axialen Richtung ausgebildet sein. Alternativ ist es vorgesehen, dass die erste innere Kugelaufnahme und die zweite innere Kugelaufnahme in Umfangsrichtung versetzt zueinander ausgebildet sind, d.h. mit einem Differenzwinkel in Umfangsrichtung. Alternativ ist es ferner vorgesehen, dass die erste äußere Kugelaufnahme und die zweite äußere Kugelaufnahme in Umfangsrichtung versetzt zueinander ausgebildet sind. Dem Fachmann wird sich aufgrund der vorliegenden Lehre unmittelbar erschließen, dass unterschiedliche geometrische Anordnungen der Kugelaufnahmen möglich sind, um eine Verrastung sowohl in der Einfahrposition als auch in der Ausfahrposition des Ausgangskolbens zu erreichen.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die erste äußere Kugelaufnahme in der Einfahrposition des Ausgangskolbens über der ersten Kugelöffnung liegen und die zweite äußere Kugelaufnahme in der Ausfahrposition des Ausgangskolbens über der zweiten Kugelöffnung liegen. Die zweite Kugelöffnung kann in der Einfahrposition des Ausgangskolbens über der zweiten inneren Kugelaufnahme und zwischen der ersten äußeren Kugelaufnahme und der zweiten äußeren Kugelaufnahme liegen. Die erste Kugelöffnung kann in der Ausfahrposition des Ausgangskolbens über der ersten inneren Kugelaufnahme und zwischen der ersten äußeren Kugelaufnahme und der zweiten äußeren Kugelaufnahme liegen. Weitere mögliche alternative Ausführungen mit unterschiedlich angeordneten Kugelaufnahmen und Kugelöffnungen werden dem Fachmann aufgrund der vorliegenden Lehre klar sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die erste Kugel den in der Einfahrposition befindlichen Ausgangskolben mit der Spindelaufhängung verrasten, indem die erste Kugel die Spindelaufhängung mit dem Ausgangskolben durch Positionierung in der ersten Kugelöffnung und der ersten äußeren Kugelaufnahme verschließt. Die zweite Kugel kann entsprechend den in der Ausfahrposition befindlichen Ausgangskolben mit der Spindelaufhängung verrasten, indem die zweite Kugel hierzu die Spindelaufhängung mit dem Ausgangskolben durch Positionierung in der zweiten Kugelöffnung und der zweiten äußeren Kugelaufnahme verschließt.
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Die Kugeln können den Ausgangskolben in der Einfahrposition und der Ausfahrposition mit der Spindelaufhängung formschlüssig verschließen. Insbesondere können die Kugeln passgenau zur Aufnahme in die entsprechenden Kugelöffnungen und/oder Kugelaufnahmen ausgebildet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die erste Kugel in der Ausfahrposition des Ausgangskolbens in der ersten Kugelöffnung und der ersten inneren Kugelaufnahme positioniert sein. Die zweite Kugel kann in der Einfahrposition des Ausgangskolbens in der zweiten Kugelöffnung und der zweiten inneren Kugelaufnahme positioniert sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Spindelmutter in den verrasteten Zuständen des Ausgangskolbens jeweils mit einem Rastabstand zu einem Spindel-Endanschlag der Spindelmutter auf der Rotationsspindel angeordnet sein. Somit kann die Spindelmutter mit einem Rastabstand zu einem Spindel-Endanschlag der Spindelmutter auf der Rotationsspindel angeordnet sein, wenn sich der Ausgangskolben in der Einfahrposition befindet und die Spindelaufhängung, d.h. das Aktorgehäuse, mit dem Ausgangskolben verrastet ist. Ferner kann die Spindelmutter mit einem Rastabstand zu einem Spindel-Endanschlag der Spindelmutter auf der Rotationsspindel angeordnet sein, wenn sich der Ausgangskolben in der Ausfahrposition befindet und die Spindelaufhängung mit dem Ausgangskolben verrastet ist. In dieser Weiterbildung verbleibt somit ein gewisser Abstand der Spindelmutter in dem eingerasteten Zustand von einer grundsätzlich erreichbaren Endposition auf der Rotationsspindel. Dies hat den erheblichen Vorteil, dass die Antriebskomponenten des Aktors, d.h. Rotationsspindel, Spindelmutter sowie deren Antriebseinheiten wie Getriebe und Motor von dem Ausgangskolben und somit aus dem Lastpfad entkoppelt werden können. Hierdurch wird der Antriebsstrang, d.h. Rotationsspindel, Spindelmutter usw., entlastet, wenn sich die Ausgangskolben in der Einfahrposition bzw. der Ausfahrposition befindet.
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Gemäß einer Weiterbildung können die erste Kugel und die zweite Kugel identisch ausgebildet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann eine Mehrzahl von inneren Kugelaufnahmen, Kugelöffnungen und äußeren Kugelaufnahmen mit entsprechenden Paaren von Kugeln in einer Umfangsrichtung um die axiale Richtung herum ausgebildet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Anzahl der Paare von Kugeln in einem Bereich von eins bis zwanzig liegen. Insbesondere können zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr Paare von Kugeln vorgesehen sein. In einer beispielhaften Ausführungsform können acht Paare von Kugeln vorgesehen sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Rastvorrichtung weiterhin einen Kolben-Endanschlag aufweisen. Der Kolben-Endanschlag kann ein mechanischer Endanschlag sein, welcher die Ausfahrposition und/oder die Einfahrposition des Ausgangskolben vorgibt. Beispielsweise kann der Kolben-Endanschlag an der Spindelaufhängung vorgesehen sein. Grundsätzlich kann die Rastvorrichtung einen weiteren mechanischen Kolben-Endanschlag aufweisen, der die Einfahrposition des Ausgangskolbens vorgibt. Prinzipiell kann hierfür jedoch auch eine Grundfläche bzw. Sockelfläche der Rastvorrichtung bzw. der Spindelaufhängung als Kolben-Endanschlag für die Einfahrposition des Ausgangskolbens dienen, d.h. beispielsweise die Montagefläche für die Rotationsspindel.
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Gemäß einer Weiterbildung können die Kugelaufnahmen jeweils als Kegelsenkung ausgebildet sein. Die Kugelaufnahmen können in dieser Weiterbildung somit mittels Senkbohrungen kreiskegelförmig ausgebildet werden. Prinzipiell werden sich dem Fachmann alternative geometrische Ausgestaltungen der Kugelaufnahmen aus den vorliegenden Unterlagen erschließen.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Rastvorrichtung weiterhin eine Sensoreinrichtung aufweisen. Die Sensoreinrichtung kann dazu ausgebildet sein, das Erreichen eines verrasteten Zustands des Ausgangskolbens festzustellen. Beispielsweise können Näherungssensoren und/oder Mikroschalter oder dergleichen in, an und/oder bei den Kugelaufnahmen, z.B. den äußeren Kugelaufnahmen, vorgesehen sein, welche dazu ausgebildet sind, den Eintritt der Kugeln in die äußeren Kugelaufnahmen festzustellen.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1 schematische Perspektivansicht eines Luftfahrzeugs mit mehreren erfindungsgemäßen Fahrwerken gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
- 2a schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Linearaktors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wie er in dem Fahrwerk in 1 verwendet wird;
- 2b schematische perspektivische Schnittansicht des elektromechanischen Linearaktors aus 2a;
- 2c schematische Perspektivansicht eines Ausgangskolbens, wie er in dem elektromechanischen Linearaktor in 2a und 2b eingebaut ist;
- 3a schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Rastvorrichtung für einen Linearaktor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei sich der Ausgangskolben in einer Ausfahrposition befindet;
- 3b schematische Schnittansicht der Rastvorrichtung aus 3a, wobei sich der Ausgangskolben in einer Einfahrposition befindet;
- 4a-c schematische Schnittansichten der Rastvorrichtung aus 3a während eines Ausfahrvorgangs; und
- 4d-g schematische Schnittansichten der Rastvorrichtung aus 3a während eines Einfahrvorgangs.
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Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Luftfahrzeugs 100 mit mehreren erfindungsgemäßen Fahrwerken 20 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Bei dem Luftfahrzeug 100 handelt es sich in der gezeigten Ausführungsform um einen Helikopter mit entsprechend einziehbaren Fahrwerken 20, einem Bugfahrwerk und zwei Heckfahrwerken. Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung jedoch auch ebenso für beliebige andere Luft- oder Raumfahrzeuge, weitere Fahrzeuge, und andere Maschinen und/oder Vorrichtungen anwendbar, beispielsweise für Positionierungsaufgaben von elektromechanischen Aktoren in Türen, Ladeflächen, Plattformen oder dergleichen.
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Jedes der Fahrwerke 20 weist einen erfindungsgemäßen elektromechanischen Linearaktor 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auf. Der elektromechanische Linearaktor 10 ist in dem eingefahrenem Zustand des Fahrwerks 20 ausgefahren und eingefahren in dem ausgefahrenen Zustand des Fahrwerks 20.
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2a und 2b zeigen Detailansichten des elektromechanischen Linearaktors 10. Hierbei zeigt 2a eine schematische Perspektivansicht des Linearaktors 10 von schräg unten, während 2b eine schematische perspektivische Schnittansicht zeigt. Der Linearaktor 10 ist als Spindelantrieb mit einer Rastvorrichtung 1 ausgebildet. Hierzu umfasst der Linearaktor 10 eine elektrisch angetriebene Rotationsspindel 2 und eine Spindelmutter 4, welche auf der Rotationsspindel 2 entlang einer axialen Richtung 3 der Rotationsspindel 2 beweglich ausgebildet ist. Hierbei wird die Spindelmutter 4 vermittels der Rotation der Rotationsspindel 2 entlang der Achse der Rotationsspindel 2 bewegt. Die Rotationsbewegung der Rotationsspindel 2 wird mit Hilfe eines elektrischen Antriebs, z.B. einem Elektromotor, mit elektrischer Energie versorgt. 2a und 2b zeigen hierzu beispielhaft einen Motor 13 und ein Getriebe 14 des elektrischen Antriebs. Die erzeugte Antriebsleistung wird als translatorische Bewegung an der Spindelmutter 4 in Form eines Ausgangskolbens 8 abgegriffen. Der Ausgangskolben 8 ist zwischen der Spindelmutter 4 und einer Spindelaufhängung 7 gleitfähig entlang der axialen Richtung 3 zwischen einer Einfahrposition 9a und einer Ausfahrposition 9b beweglich ausgebildet, d.h. gleitfähig gelagert. 2b zeigt den Ausgangskolben 8 beispielhaft in der Einfahrposition 9a (vgl. 3a und 3b). Die Spindelaufhängung 7 umgibt die Rotationsspindel 2 und die Spindelmutter 4 und dient als positionsfestes Lager des Spindelantriebs. In einer derartigen Konfiguration ist sicherzustellen, dass die Spindelmutter 4, der Ausgangskolben 8 und die Spindelaufhängung 7 nicht relativ zueinander verdreht werden, wobei gleichzeitig eine möglichst reibungsfreie Axialbewegung gewährleistet werden sollte. Hierzu ist der Ausgangskolben 8 auf einer Seite (rechts in 2b) rotationsfest in einer Linearführung 15 gelagert, welche gleichzeitig als Ausgleichsvorrichtung für das Fahrwerk 20 dient und hierzu mit einem Federelement 16 ausgebildet ist.
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In 2c wird der Ausgangskolben 8 mit darin angeordneter Spindelmutter 4 separat dargestellt. Der Ausgangskolben 8 ist als zylinderförmiger Hohlkörper ausgeführt, welcher entlang einer Umfangsrichtung mit eine Vielzahl von ersten Kugelöffnungen 5b und zweiten Kugelöffnungen 6b versehen ist. In der beispielhaften Ausführungsform von 2c sind jeweils acht erste Kugelöffnungen 5b und zweite Kugelöffnungen 6b vorgesehen. Die zweiten Kugelöffnungen 6b sind in der gezeigten Ausführungsform hierbei sowohl axial als auch azimutal leicht versetzt zu den ersten Kugelöffnungen 6a angeordnet. Die Kugelöffnungen 5b, 6b sind jeweils zur Aufnahme von Kugeln 11a, 11b ausgebildet, welche im Zusammenspiel mit Kugelaufnahmen 5a, 5c, 6a, 6c an der Spindelmutter 4 und der Spindelaufhängung 7 einen Verschlussmechanismus für den Ausgangskolben 8 und den Linearaktor 10 bilden. Der genaue Aufbau und die Funktionsweise des Verschluss- oder Rastmechanismus wird im Zusammenhang mit 3a-b und 4a-g im Folgenden detailliert erläutert. 3a und 3b zeigen hierzu eine Rastvorrichtung 1 in eingefahrenem und ausgefahrenem Zustand, um die prinzipielle strukturelle Ausgestaltung eines Linearaktors 1 zu verdeutlichen. 4a-g zeigen hingegen die Rastvorrichtung 1 aus 3a und 3b in einer Vielzahl von Bewegungszuständen, um die auftretenden Kräfte und Bewegungsabläufe darzustellen.
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3a und 3b zeigen jeweils eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Rastvorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Grundsätzlich ähnelt die hier dargestellte Rastvorrichtung 1 des Linearaktors 10 jener in 2a bis 2c. Anders als in 2a bis 2c sind die im Folgenden näher erläuterten Kugelöffnungen 5b, 6b und Kugelaufnahmen 5a, 5c, 6a, 6c lediglich axial und nicht zusätzlich in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet. Prinzipiell lässt sich die folgende Darstellung jedoch ohne weiteres entsprechend auf den Linearaktor 1 aus 2a bis 2c übertragen.
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Die Rastvorrichtung 1 umfasst eine elektrisch angetriebene Rotationsspindel 2 und eine Spindelmutter 4, welche auf der Rotationsspindel 2 entlang einer axialen Richtung 3 der Rotationsspindel 2 beweglich ausgebildet ist. Die Spindelmutter 4 weist hierbei eine Vielzahl erster innerer Kugelaufnahmen 5a und zweiter innerer Kugelaufnahmen 6a auf. Stellvertretend sind in 3a und 3b der Übersichtlichkeit halber lediglich jeweils eine erste innere Kugelaufnahme 5a und eine zweite innere Kugelaufnahme 6a gekennzeichnet (oben in 3a bzw. 3b), auf welche im Folgenden Bezug genommen wird. Die in 3a und 3b gekennzeichnete erste innere Kugelaufnahme 5a und zweite innere Kugelaufnahme 6a sind entlang der axialen Richtung 3 zueinander versetzt außen auf der Spindelmutter 4 ausgebildet. Die erste innere Kugelaufnahme 5a und die zweite innere Kugelaufnahme 6a sind jeweils als Kegelsenkung ausgebildet, d.h. mittels Senkbohrungen kreiskegelförmig geformt. Grundsätzlich sind die schematischen Zeichnungen in 3a-b und 4a-g derart zu verstehen, dass eine Vielzahl von Kugelaufnahmen 5a, 6a, 5c, 6c und Kugelöffnungen 5b, 6b in Umfangsrichtung um die axiale Richtung 3 angeordnet sind. Stellvertretend hierfür sind unten in 3a weitere Kugelaufnahmen 5a, 6a, 5c, 6c und Kugelöffnungen 5b, 6b angedeutet. Das Folgende gilt für diese weiteren Kugelaufnahmen 5a, 6a, 5c, 6c und Kugelöffnungen 5b, 6b entsprechend.
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Die Rastvorrichtung 1 in 3a und 3b umfasst ferner eine Spindelaufhängung 7, welche die Rotationsspindel 2 und die Spindelmutter 4 umgibt und eine Vielzahl erster äußerer Kugelaufnahmen 5c und zweiter äußerer Kugelaufnahmen 6c aufweist. Die in 3a und 3b gezeigte erste äußere Kugelaufnahme 5c und zweite äußere Kugelaufnahme 6c sind entlang der axialen Richtung 3 zueinander versetzt innen auf der Spindelaufhängung 7 ausgebildet. Die ersten äußeren Kugelaufnahmen 5c und zweiten äußeren Kugelaufnahmen 6c sind identisch wie die ersten inneren Kugelaufnahmen 5a und zweiten inneren Kugelaufnahmen 6a als Kegelsenkung ausgebildet.
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Die Rastvorrichtung 1 in 3a und 3b umfasst ferner einen Ausgangskolben 8, welcher zwischen der Spindelmutter 4 und der Spindelaufhängung 7 gleitfähig entlang der axialen Richtung 3 zwischen einer Einfahrposition 9a (3b) und einer Ausfahrposition 9b (3a) beweglich ausgebildet ist. Der Ausgangskolben 8 weist eine Vielzahl erster Kugelöffnungen 5b und zweiter Kugelöffnungen 6b auf.
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Die Rastvorrichtung 1 in 3a und 3b umfasst ferner eine Vielzahl erster Kugeln 11a und zweiter Kugeln 11b. Jede erste Kugel 11a ist vermittels der Bewegung der Spindelmutter 4 zwischen einer entsprechenden ersten inneren Kugelaufnahme 5a und einer entsprechenden ersten äußeren Kugelaufnahme 5c durch eine entsprechende erste Kugelöffnung 5b hindurch bewegbar. Jede zweite Kugel 11b ist vermittels der Bewegung der Spindelmutter 4 zwischen einer entsprechenden zweiten inneren Kugelaufnahme 6a und einer entsprechenden zweiten äußeren Kugelaufnahme 6c durch einer entsprechenden zweite Kugelöffnung 6b hindurch bewegbar.
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Die zweiten Kugeln 11b sind derart angeordnet und ausgebildet, dass der Ausgangskolben 8 mit der Spindelaufhängung 7 verrastet wird, wenn sich der Ausgangskolben 8 in der Ausfahrposition 9b befindet (siehe 3a). In dem Fall, dass der Ausgangskolben 8 sich in der Einfahrposition 9a befindet, wird dieser von den ersten Kugeln 11a mit der Spindelaufhängung 7 verrastet (siehe 3b). Das Einrasten zwischen Ausgangskolben 8 und Spindelaufhängung 7 wird durch die spezielle Anordnung und Ausbildung der Kugeln 11a, 11b, der Kugelöffnungen 5b, 6b sowie der Kugelaufnahmen 5a, 5c, 6a, 6c erreicht.
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Wie in 3a zu sehen ist, liegt die zweite äußere Kugelaufnahme 6c hierbei in der Ausfahrposition 9b des Ausgangskolbens 8 über der zweiten Kugelöffnung 6b. Die erste Kugelöffnung 5b liegt in der Ausfahrposition 9b des Ausgangskolbens 8 über der ersten inneren Kugelaufnahme 5a und zwischen der ersten äußeren Kugelaufnahme 5c und der zweiten äußeren Kugelaufnahme 6c. Die zweiten Kugeln 11b verrasten den in der Ausfahrposition 9b befindlichen Ausgangskolben 8 mit der Spindelaufhängung 7 hierbei, indem die zweite Kugeln 11b die Spindelaufhängung 7 mit dem Ausgangskolben 8 durch Positionierung in den zweiten Kugelöffnungen 6b und den zweiten äußeren Kugelaufnahmen 6c verschließen
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Aus 3b ist entsprechend zu entnehmen, dass die erste äußere Kugelaufnahme 5c in der Einfahrposition 9a des Ausgangskolbens 8 über der ersten Kugelöffnung 5b liegt. Die zweite Kugelöffnung 6b liegt in der Einfahrposition 9a des Ausgangskolbens 8 über der zweiten inneren Kugelaufnahme 6a und zwischen der ersten äußeren Kugelaufnahme 5c und der zweiten äußeren Kugelaufnahme 6c. Die ersten Kugeln 11a verrasten den in der Einfahrposition 9a befindlichen Ausgangskolben 8 mit der Spindelaufhängung 7 hierbei, indem die erste Kugeln 11a die Spindelaufhängung 7 mit dem Ausgangskolben 8 durch Positionierung in den ersten Kugelöffnungen 5b und den ersten äußeren Kugelaufnahmen 5c verschließen.
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Die ersten und zweiten Kugeln 11a, 11b sind hierbei im Wesentlichen derart identisch ausgebildet, dass der Ausgangskolben 8 in der Einfahrposition 9a und der Ausfahrposition 9b formschlüssig verschlossen wird. Der Durchmesser der Kugelöffnungen 5b, 6b in axialer Richtung 3 entspricht hierbei etwa zweimal dem Durchmesser der Kugeln 11a, 11b.
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Die Spindelaufhängung 7 in 3a und 3b ist mit einem Kolben-Endanschlag 19 ausgebildet, welcher die Ausfahrposition 9b des Ausgangskolben 8 fest vorgibt. Sowohl in der ausgefahrenen Position (3a) als auch in der eingefahrenen Position (3b) der Rastvorrichtung 1 wird die Spindelmutter 4 zu dem Ausgangskolben 8 derart positioniert, dass ein Rastabstand 17 der Spindelmutter 4 zu einem Spindel-Endanschlag 18 der Spindelmutter 4 auf der Rotationsspindel 2 verbleibt.
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4a-c zeigen schematische Schnittansichten der Rastvorrichtung 1 aus 3a und 3b während eines Ausfahrvorgangs und 4d-g zeigen schematische Schnittansichten der Rastvorrichtung 1 aus 3a und 3b während eines Einfahrvorgangs. In 4a wird der Ausgangskolben 8 durch Krafteinwirkung ausgefahren, d.h. das Fahrwerk 20 wird entsprechend eingefahren. Die Kugeln 11a, 11b befinden sich in den inneren Kugelaufnahmen 5a, 6a und den Kugelöffnungen 5b, 6b und werden vermittels Gleitreibung oder Rollreibung innen an der Spindelaufhängung entlangbewegt. In dieser Phase der Bewegung ist der Ausgangskolben 8, wie man in 4a sehen kann, gewissermaßen über die Kugeln 11a, 11b an die Spindelmutter 4 geklemmt. Sobald der Ausgangskolben 8 in 4b an den Kolben-Endanschlag 19 stößt (vgl. 3a), wird er in der Ausfahrposition 9b gestoppt. Die Spindelmutter 4 wird nun entlang der axialen Richtung 3 weiter bewegt, so dass die zweiten Kugeln 11b aus den zweiten inneren Kugelaufnahmen 6a durch die zweiten Kugelöffnungen 6b heraus in die zweiten äußeren Kugelaufnahmen 6c gedrückt werden (siehe 4c). Die Kugelöffnungen 5b, 6b sind mit einem Durchmesser in der axialen Richtung 3 größer als dem Kugeldurchmesser ausgebildet. In dieser Ausführungsform ist der Durchmesser der Kugelöffnungen 5b, 6b insbesondere etwa zweimal so groß wie der Kugelradius. Die Kugeln 11a, 11b sind demnach mit einem gewissen Spiel in axialer Richtung 3 in den Kugelöffnungen 5b, 6b gelagert. Wie in 4c zu sehen ist, führt dies dazu, dass der Ausgangskolben 8 einerseits mit der Spindelaufhängung 7 über die zweiten Kugeln 11b verschlossen wird, welche nun in den zweiten äußeren Kugelaufnahmen 6c und den zweiten Kugelöffnungen fest positioniert sind.
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Aufgrund des Rastabstands 17 zwischen der Spindelmutter 4 und dem Ausgangskolben 8 wird die Rotationsspindel 2 samt der Spindelmutter 4 und der daran gekoppelten Antriebe usw. aus dem Lastpfad entkoppelt. Sämtliche Lasten werden von dem Ausgangskolben 8 über die Verrastung mit den zweiten Kugeln 11b direkt in die Spindelaufhängung 7 eingeleitet.
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Wie in 4d und 4e zu sehen ist, werden die zweiten Kugeln 11b beim anschließenden Einfahren wieder aus den zweiten äußeren Kugelaufnahmen 6c heraus in die zweiten inneren Kugelaufnahmen 6a gedrückt. Sobald der Ausgangskolben 8 in 4f die Einfahrposition 9a erreicht, werden die ersten Kugeln 11a nun entsprechend aus den ersten inneren Kugelaufnahmen 5a heraus durch die ersten Kugelöffnungen 5b in die ersten äußeren Kugelaufnahmen 5c gedrückt. Auch in der verrasteten Einfahrposition wird die Rotationsspindel 2 samt der Spindelmutter 4 und der daran gekoppelten Antriebe usw. aus dem Lastpfad entkoppelt.
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Mit dieser Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung wird somit ein Fahrwerk 20 bereitgestellt, welches in den Endlagen, d.h. einer Einfahrposition 9a und einer-Ausfahrposition 9b, sicher arretiert und/oder verrastet wird, ohne dass eine zusätzliche Aktivierung von Verschlussmechanismen notwendig ist und ohne dass der eigentliche elektromechanische Antrieb des Linearaktors im Lastpfad verbleibt. Die Lastübertragung erfolgt vielmehr direkt vom Ausgangskolben 8 auf die Spindelaufhängung 7. Das korrekte Erreichen der verrasteten Einfahrposition 9a bzw. Ausfahrposition 9b kann über geeignete Sensoren, beispielsweise Näherungssensoren oder Mikroschalter bei den Kugelaufnahmen, z.B. den äußeren Kugelaufnahmen 5c, 6c, sicher festgestellt werden, wobei die Sensoren dazu ausgebildet sein können, den Eintritt der Kugeln 11a, 11b in die äußeren Kugelaufnahmen 5c, 6c zu detektieren.
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Die vorliegende Erfindung ist in vielfältigen Anwendungen für unterschiedliche Maschinen und Fahrzeuge, insbesondere Luft- oder Raumfahrzeuge, verwendbar und wurde lediglich beispielhaft in Bezug auf Landefahrwerke von Helikoptern näher erläutert. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung jedoch in vielfältigen Anwendungen des allgemeinen Maschinen-, Fahrzeug und Werkzeugbaus und weiteren Gebieten anwendbar. Beispielsweise können erfindungsgemäße Rastvorrichtungen in Werkzeugmaschinen, Hoftoren, LKW-Ladeflächen, Ladetüren an Luftfahrzeugen, Landeklappen an Luftfahrzeugen und weiteren vielfältigen Anwendungsfällen zum Einsatz kommen.
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In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, keinesfalls jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente der verschiedenen Merkmale und Ausführungsbeispiele. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung sofort und unmittelbar klar sein.
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Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis bestmöglich darstellen zu können. Dadurch können Fachleute die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal modifizieren und nutzen. In den Ansprüchen sowie der Beschreibung werden die Begriffe „beinhaltend“ und „aufweisend“ als neutralsprachliche Begrifflichkeiten für die entsprechenden Begriffe „umfassend“ verwendet. Weiterhin soll eine Verwendung der Begriffe „ein“, „einer“ und „eine“ eine Mehrzahl derartig beschriebener Merkmale und Komponenten nicht grundsätzlich ausschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rastvorrichtung
- 2
- Rotationsspindel
- 3
- axiale Richtung
- 4
- Spindelmutter
- 5a
- erste innere Kugelaufnahme
- 5b
- erste Kugelöffnung
- 5c
- erste äußere Kugelaufnahme
- 6a
- zweite innere Kugelaufnahme
- 6b
- zweite Kugelöffnung
- 6c
- zweite äußere Kugelaufnahme
- 7
- Spindelaufhängung
- 8
- Ausgangskolben
- 9a
- Einfahrposition
- 9b
- Ausfahrposition
- 10
- elektromechanischer Linearaktor
- 11a
- erste Kugel
- 11b
- zweite Kugel
- 13
- Motor
- 14
- Getriebe
- 15
- Linearführung
- 16
- Federelement
- 17
- Rastabstand
- 18
- Spindel-Endanschlag
- 19
- Kolben-Endanschlag
- 20
- Fahrwerk
- 100
- Luftfahrzeug
