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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aktuatorsystem in einem Luftfahrzeug zur Überwachung einer Rücklaufsperre.
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In Luftfahrzeugen, wie bspw. Flugzeugen ist es zur Steuerung oftmals erforderlich, bestimmte aerodynamische Anströmverhältnisse zu erzeugen. Dies geschieht typischerweise über das Aus- oder Einfahren von Klappen.
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Beispielsweise offenbart die
DE 10 2013 013 340 A1 ein Klappensystem für ein Flugzeughochauftriebsystem oder eine Triebwerksaktuation mit einem Drehwellensystem, ein oder mehreren Antriebsstationen sowie Elementen zur Übertragung der Antriebsenergie von dem Drehwellensystem an die eine oder mehreren Antriebstation(en). Die Aufgabe der Vorrichtung besteht insbesondere in dem Auffinden einer neuartigen technische Lösung für die mechanische Anordnung der Elemente des Klappensystems, wobei es neben einer mechanischen Verbindung zwischen den Klappen möglich ist, eine weitere Klappenfunktionalität zu implementieren und dennoch eine ausreichende sicherheitstechnische Absicherung der Konstruktion zu gewährleisten. Daher offenbart die
DE 10 2013 013 340 A1 des Weiteren ein Verfahren zur Überwachung eines derartigen Klappensystems.
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Ferner offenbart die
DE 10 2013 206 061 A1 eine Betätigungsvorrichtung einer aerodynamisch wirksamen Fläche, insbesondere zur Verwendung in oder an einem Tragflügel eines Starrflügel-Flugzeuges, wobei die Betätigungsvorrichtung aufgrund ihrer Auslegung und Gestaltung eine hohe Zuverlässigkeit bezüglich der Möglichkeit einer Fehlerdetektion aufweist.
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Die
DE 10 2014 202 735 A1 beschreibt Automatikgetriebe mit Magnetsensoren. Hierzu werden Designs zum Packen eines magnet-elastischen Drehmomentsensors in einem Kraftfahrzeuggetriebe für die Serienproduktion bereitgestellt. Ein Getriebe enthält eine Abtriebswelle und einen magnetischen Drehmomentsensor. Die Abtriebswelle hat eine magnetisierte Region. Der Sensor zum Detektieren des Drehmoments der Abtriebswelle ist an Reibungsminderungselementen montiert, wie zum Beispiel Buchsen, welche die Abtriebswelle stützen. In einem weiteren Getriebe ist der Sensor alternativ an einem Getriebegehäuse montiert.
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So werden in der Mehrzahl der Flugzeuge nach heutigem Stand der Technik die Aufgabe „Klappen bewegen“ durch zentrale Antriebseinheiten ausgeführt, deren Antriebsleistung durch mechanische Wellensysteme an die Antriebsstationen der Hochauftriebsklappen an den Flügeln geleitet wird. Für die Aufgabe „Klappen in Position halten“ sind zwei unterschiedliche Systemarchitekturen bekannt, nämlich solche, die über mittels Sekundärenergie geschaltete Bremsen verfügen, und solche, die mit selbstschaltenden Rücklaufsperren versehen sind und keine Sekundärenergie benötigen. Solche selbstschaltenden Rücklaufsperren werden oftmals auch mit dem englischen Fachausdruck bezeichnet, der hierfür „No-Back Brakes“, in Kurzform NBB, lautet.
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In Systemen mit aktiv geschalteten Bremsen sind automatisierte Funktionstests Stand der Technik. Für Systeme mit selbstschaltenden Rücklaufsperren gibt es bisher nur die Möglichkeit eines periodisch manuell durchzuführenden Funktionschecks. Da die Funktion der Rücklaufsperre sicherheitsrelevant ist, müssen die Inspektionsintervalle relativ kurz sein.
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Ein typisches Beispiel für das Betätigen von Klappen in einem Luftfahrzeug ist das Hochauftriebssystem eines Flugzeugs. Hochauftriebssysteme von Flächenflugzeugen erfüllen zwei Hauptaufgaben, nämlich das kontrollierte Bewegen der Hochauftriebsklappen und das sichere Halten der Hochauftriebsklappen in ihrer Position.
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Es ist Standard, dass die Segmente der Vorflügel und Landeklappen von jeweils zwei parallel wirkenden Antriebsstationen bewegt und gehalten werden. Die Antriebsstationen können sowohl mit Spindeln wie mit Rotationsantrieben ausgeführt sein. Anhand der 1a und 1b wird eine Ausführung mit Rotationsantrieben beschrieben.
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Am Eingang dieser Rotationsantriebe ist jeweils eine Rücklaufsperre angebracht. Diese Rücklaufsperren halten die durch die Luftlast verursachten Lasten einer Landeklappe. Wenn das Hochauftriebssystem nicht aktiv betrieben wird, ist das Antriebssystem zwischen Zentralantrieb und den Rücklaufsperren nahezu lastlos, wie durch den in der Rücklastsperre endenden Kraftpfeil in 1a dargestellt ist.
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1 b zeigt hingegen den Betriebszustand des Aktuators zum Bewegen der Klappe. Man erkennt, dass in einem solchen Zustand die auf die Klappe wirkende Kraft in den Zentralantrieb eingeleitet wird, da bei einem Betrieb des Aktuators die Rücklaufsperre nicht wirken kann.
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Im Fehlerfall, also bei Ausfall einer Rücklaufsperre, wird im Stand der Technik die daraus resultierende Verwindung des Klappenkörpers mit Positionssensoren detektiert. Dieser Fehler kann dabei jedoch bis zum nächsten manuellen Funktionscheck unbemerkt bleiben, weil die bestehenden Überwachungssysteme mit Positionssensoren erst bei Verwindungen ansprechen, die die im normalen Flug auftretenden Verwindungswinkel deutlich überschreiten.
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Beispielhaft ist diese Situation aus den 2a und 2b zu entnehmen. Dabei zeigt 2a das System im Stillstand, wobei die rechte Rücklaufsperre nicht funktioniert, so dass eine auf die Klappe einwirkende Kraft dort nicht aufgenommen wird.
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1b zeigt hingegen den Fall, bei dem das System in Betrieb ist. Da dort auch die fehlerfreie Rücklaufkopplung keine von der Klappe herrührende Kraft aufnimmt, gibt es keinen Unterschied zur 1b, in der beide Rücklaufsperren sich in einem funktionsfähigen Zustand befinden.
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Aus der
DE 10 2017 002 053 A1 ist ein Hochauftriebssystem bekannt, das mit Drehmomentsensoren abtriebsseitig der Stationsaktuatoren versehen ist. Die Lastsignale der Sensoren werden dabei in einer Rechnereinheit verarbeitet, so dass die Fehlerfälle „Klemmen“ und „Bruch“ erkennbar sind.
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Ein weiteres, ähnliches System ist z.B. in der
US 9 764 853 B2 beschrieben. Systeme dieser Architektur erkennen Brüche eines Lastpfades, können jedoch eine Fehlfunktion der Rücklaufsperre von einem Bruch im Lastpfad nicht unterscheiden.
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In einem weiteren Stand der Technik, der
DE 10 2018 114 278 A1 , ist ein Verfahren beschrieben, welches Lasten an beiden Aktuatoren einer Klappe in ein Lastverhältnis „R“ setzt und dies gegenüber einem vordefinierten Grenzwert vergleicht. Wird der Grenzwert überschritten, wird in einem ersten Schritt eine Überwachungseinrichtung scharf gestellt. Sollte bei einem erneuten Systemstart das Lastverhältnis „R“ wieder innerhalb des Grenzwertes liegen, wird eine Anzeige erzeugt, die eine Fehlfunktion der Rücklaufsperre meldet.
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Da die Lastanteile der Aktuatoren einer Klappe sehr unterschiedlich sind (z.B. 70% zu 30%), sind Fehlerfälle, bei denen die Rücklaufsperre des Aktuators mit der geringeren Last ausfällt, schwer zu erkennen, da sie am Gesamtlastverhältnis „R“ nur einen geringen Anteil repräsentieren.
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Deshalb erfordert das Erkennen eines Rücklaufsperrenfehlers ein höheres Lastdrehmoment als die Erkennung des unterbrochenen Lastpfades, was die Sensitivität einer Überwachungseinheit einschränkt.
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Es ist nun das Ziel der Erfindung, ein bekanntes Hochauftriebssystem mit selbstschaltenden Rücklaufsperren derart weiterzubilden, dass eine automatische permanente Überwachung der Funktion der Rücklaufsperren möglich ist.
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Dies gelingt mit einem Aktuatorsystem, das sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
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Demnach ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Aktuatorsystem in einem Luftfahrzeug zur Überwachung einer Rücklaufsperre, einen Aktuator zum Betätigen einer Klappe eines Flugsteuersystems des Luftfahrzeugs, einen ersten Drehmomentsensor zum Erfassen eines Drehmoments an der Antriebsseite des Aktuators, und einen zweiten Drehmomentsensor zum Erfassen eines Drehmoments an der Abtriebsseite des Aktuators umfasst, wobei der Aktuator mit einer selbstschaltenden Rücklaufsperre versehen ist, um eine durch den Aktuator betätige Klappe in Stellung zu halten. Das Aktuatorsystem weist darüber hinaus eine Überwachungseinheit auf, die mit dem ersten Drehmomentsensor und dem zweiten Drehmomentsensor verbunden ist und dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit eines Aktuatorzustands und den erfassten Drehmomentwerten des ersten Drehmomentsensors und des zweiten Drehmomentsensors einen akuten oder drohenden Fehlerzustand der Rücklaufsperre zu detektieren.
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Die Weiterbildung besteht also in der Einführung eines weiteren Drehmomentsensors am Eingang bzw. an der Antriebsseite eines jeweiligen Aktuators und in der Überwachungseinheit, die dazu ausgelegt ist, die Signale dieses Sensors zu überwachen und auszuwerten.
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Selbstschaltende Rücklaufsperren aktivieren sich durch Drehmomente, die auf die Abtriebsseite wirken. Sie lösen sich, wenn auf die Antriebsseite ein Antriebsmoment wirkt.
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Bei entgegengesetztem Lastsinn (Gegenlast) zwischen Antrieb und Abtrieb ist die Rücklaufsperre bei aktivem System vollständig freigeschaltet. Bei gleichem Lastsinn (Folgelast) zwischen Antrieb und Abtrieb ist die Rücklaufsperre bei aktivem System teilgelöst, sie bremst dann die Folgelast am Abtrieb ab, sodass die Antriebseinheit lediglich ein geringes Lösemoment aufbringen muss.
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Bei einem System, das eine Drehmomentmessung sowohl am Aktuator Ausgang als auch am Aktuator Eingang vorsieht, kann eine fehlerhafte Rücklaufsperre detektiert werden.
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Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überwachungseinheit ferner dazu ausgelegt ist, auf eine funktionsfähige Rücklaufsperre zu schließen, wenn bei ruhendem Aktuator am ersten Drehmomentsensor kein Drehmoment anliegt, und auf eine fehlerbehaftete Rücklaufsperre zu schließen, wenn bei ruhendem Aktuator sowohl am ersten Drehmomentsensor als auch am zweiten Drehmomentsensor ein Drehmoment anliegt.
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Diese Eigenschaften der Rücklaufsperren erlauben eine Überwachung ihrer Funktionsfähigkeit in den Betriebszuständen „Stillstand“ und „Betrieb“.
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Befindet sich das System im Stillstand wird auf eine funktionsfähige Rücklaufsperre geschlossen, wenn bei stehendem Antrieb und funktionsfähiger Rücklaufsperre am Drehmomentsensor am Aktuatoreingang (also am ersten Drehmomentsensor) kein Moment anliegt.
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Auf eine funktionsunfähige Rücklaufsperre wird hingegen geschlossen, wenn bei stehendem Antrieb sowohl am Aktuatorausgang wie am Aktuatoreingang ein Moment anliegt. Dieser Zustand zeigt eine Funktionsstörung der Rücklaufsperre an.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Überwachungseinheit ferner dazu ausgelegt ist, auf eine funktionsfähige Rücklaufsperre zu schließen, wenn bei laufenden Aktuator mit Folgelast am ersten Drehmomentsensor ein Drehmoment anliegt, das einen vorbestimmten ersten Drehmoment-Schwellenwert unterschreitet und/oder einen vorbestimmten zweiten Drehmoment-Schwellenwert überschreitet, und auf eine fehlerbehaftete Rücklaufsperre zu schließen, wenn bei laufenden Aktuator mit Folgelast am ersten Drehmomentsensor ein Drehmoment anliegt, das zur Folgelast proportional ist.
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Die Überwachung der Rücklaufsperre bei einem im Betrieb befindlichen Aktuator wird auch als dynamische Überwachung bezeichnet.
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Auf eine funktionsfähige Rücklaufsperre wird geschlossen, wenn bei laufendem Antrieb mit Folgelast und funktionsfähiger Rücklaufsperre am Drehmomentsensor am Aktuatoreingang ein definiertes geringes Moment anliegt, das von einer in der Rücklaufsperre verbauten „Drag Brake“ erzeugt wird. Dieses Drehmoment ist innerhalb von Grenzwerten konstant.
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Bei laufendem Antrieb unter Gegenlast liegt am Aktuatoreingang hingegen ein zur Last proportionales Drehmoment an. Dieses Drehmoment ist variabel und kann für die Überwachung nicht verwendet werden.
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Auf eine funktionsunfähige Rücklaufsperre wird geschlossen, wenn bei laufendem Antrieb mit Folgelast und funktionsunfähiger Rücklaufsperre am Drehmomentsensor am Aktuatoreingang ein zur Last proportionales Drehmoment anliegt. Dieser Zustand zeigt eine Funktionsstörung der Rücklaufsperre an.
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Bei laufendem Antrieb unter Gegenlast und funktionsunfähiger Rücklaufsperre liegt am Aktuatoreingang ein zur Last proportionales Drehmoment an. Dieses Drehmoment ist variabel und kann für die Überwachung nicht verwendet werden.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass der erste Drehmoment-Schwellenwert größer als der zweite Drehmoment-Schwellenwert ist und vorzugsweise zwischen den beiden Drehmoment-Schwellenwerten ein Drehmomentwert angesiedelt ist, der auf eine in der Rücklaufsperre vorgesehene Drag Brake zurückzuführen ist.
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Das erfindungsgemäße Prinzip beruht nicht auf einem Lastverhältnis „R“ wie es im Stand der Technik üblich ist. Jede der Rücklaufsperren kann einzeln überwacht werden. Das Erkennen einer Last am Aktuatoreingang (bzw. an der Antriebsseite des Aktuators) ist deutlich sensibler als im Stand der Technik. Dies führt dazu, dass eine eindeutige Erkennung einer Fehlfunktion der Rücklaufsperre gewährleistet ist.
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Die Überwachungseinheit kann ferner dazu ausgelegt sein, für jeden Betriebszyklus des Luftfahrzeugs Drehmomentwerte bei charakteristischen Betriebszuständen zu speichern und eine Analyse dieser über mehrere Betriebszyklen hinweg gesammelten Drehmomentwerte vorzunehmen, vorzugsweise um auf Grundlage eines Trends eine Prognose über einen bevorstehenden Fehlerzustand der Rücklaufsperre zu ermitteln.
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Durch das sogenannte Trendmonitoring (mit der Anzahl der Systemoperationen abnehmendes Eingangsmoment bei Systembetrieb) ist frühzeitig eine Erkennung von Degradation der Rücklaufsperre Funktion möglich. Die oben beschriebenen Funktionszustände der Rücklaufsperre (gesperrt bei Stillstand, teilgelöst bei Betrieb unter Folgelast, freigeschaltet bei Betrieb unter Gegenlast) ermöglichen eine Beobachtung des Verhaltens über Intervalle der Flugzeugbetriebszyklen.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die charakteristischen Betriebszustände mindestens einen der nachfolgenden Betriebszustände umfassen:
- a) Ausfahren einer Klappe mit dem Aktuator vor einem Abheben des Luftfahrzeugs bei geringer Gegenlast,
- b) Einfahren einer Klappe mit dem Aktuator nach einem Abheben des Luftfahrzeugs bei Folgelast,
- c) Ausfahren einer Klappe mit dem Aktuator vor einem Landen des Luftfahrzeugs bei Gegenlast, und
- d) Einfahren einer Klappe mit dem Aktuator nach einem Landen des Luftfahrzeugs bei geringer Folgelast.
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Bei jedem Flugzyklus erfahren die Antriebe des Hochauftriebssystems gleiche Betriebszustände gemäß dem Muster a) - d).
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Die Betriebszustände a) und b) erzeugen bei wiederholter Ausführung jeweils annähernd gleiche Drehmomente am Eingang jedes Aktuators.
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So gilt für den Betriebszustand a), dass dieser ein annähernd konstantes Drehmoment erzeugt, das sich aus den Reibungsmomenten des Klappenmechanismus und dem Drehmoment der in der Rücklaufsperre verbauten „Drag Brake“ zusammensetzt. Ein eventuell gemittelter Wert dieses Drehmoments verändert sich im Beobachtungsintervall nicht.
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Für den Betriebszustand b) gilt, dass dieser ein annähernd konstantes Drehmoment, das von der in der Rücklaufsperre verbauten „Drag Brake“ erzeugt wird, aufweist. Je nach konstruktiver Ausführung der Rücklaufsperre können Luftlastanteile enthalten sein. Ein eventuell gemittelter Wert dieses Drehmoments verändert sich im Beobachtungsintervall nicht.
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Demnach kann also vorgesehen sein, dass die Überwachungseinheit ferner dazu ausgelegt ist, die in einem charakteristischen Betriebszustand ermittelten Drehmomentwerte des ersten Drehmomentsensors zu mitteln und den gemittelten Wert für die Analyse über die mehreren Betriebszyklen hinweg heranzuziehen.
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Vorteilhafterweise ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die Überwachungseinheit dazu ausgelegt ist, bei einem über mehrere Betriebszyklen hinweg abnehmenden, gemittelten Drehmomentwert des ersten Drehmomentsensors beim Betriebszustand a) einen Fehlerzustand zu erfassen, insbesondere einen Fehlerzustand zu erfassen, der auf eine Verschlechterung des Bremsvermögens (Gain) einer Drag Brake in der Rücklaufsperre hinweist.
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Es ist nämlich möglich, aus der Beobachtung dieser Drehmomente Trendanalysen über das Bremsvermögen der Rücklaufsperre über einen Intervall von mehreren Flugzyklen zu erstellen.
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So kann vorgesehen sein, dass die Überwachungseinheit dazu ausgelegt ist, bei einem über mehrere Betriebszyklen hinweg abnehmenden, gemittelten Drehmomentwert des ersten Drehmomentsensors beim Betriebszustand b) einen Fehlerzustand zu erfassen, insbesondere einen Fehlerzustand zu erfassen, der auf eine Verschlechterung des Bremsvermögens (Gain) der gesamten Rücklaufsperre hinweist.
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Nach einer vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Überwachungseinheit dazu ausgelegt ist, anhand der erfassten Drehmomentwerte über die mehreren Betriebszyklen hinweg eine Prognose zu erstellen, wann eine Verschlechterung der Rücklaufsperre einen kritischen Schwellenwert überschreitet.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Flugsteuersystem des Luftfahrzeugs ein Hochauftriebssystem, ein Höhenflossentrimmsystem und/oder ein Schubumkehrsystem ist.
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Höhenflossentrimmsysteme erfüllen ebenfalls zwei Hauptaufgaben, das kontrollierte Bewegen der Höhenflosse und ein sicheres Halten der Höhenflosse in ihrer Position. Höhenflossentrimmsysteme mit Rücklaufsperre als Element zum Position Halten besitzen i.d.R. nur einen -auch redundant ausgeführten- Lastpfad. Im Stand der Technik kann eine fehlerhafte Rücklaufsperre durch die Überwachung der Flossenposition erkannt werden. In Höhenflossentrimmsystemen wird die Antriebsenergie der Antriebsmotoren über Koppel- und Reduziergetriebe und Spindelmuttereinheiten an die verstellbare Höhenflosse übertragen.
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Die Aufgabe „Flosse in Position halten“ kann auch hier von aktiv geschalteten Bremsen oder selbstschaltenden Rücklaufsperren ausgeführt werden. Die beschriebene Überwachungsmethode kann also gleichermaßen auch für Höhenflossentrimmsysteme angewendet werden.
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Ebenso kann diese Art der Überwachung auch in Schubumkehrsystemen eingesetzt werden.
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Zudem kann das Luftfahrzeug ein Flugzeug sein.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Überwachen einer Rücklaufsperre eines Aktuatorsystem in einem Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Dabei kann nach einer optionalen Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen sein, dass die Daten der Drehmomentwerte des ersten Drehmomentsensors und des zweiten Drehmomentsensors durch die Überwachungseinheit gespeichert werden, und erst nach Abschluss eines Betriebszyklus ausgelesen werden, vorzugsweise im Rahmen einer Bodenwartung, dem sogenannten Ground Check.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausführung bestehen in einer kostensparenden zusätzlichen Überwachungsfunktion. Zudem wird die Sicherheit des Systems verbessert, weil das Intervall zwischen Auftreten des Fehlers und dessen Erkennen verkürzt wird. Der Wartungsaufwand nach Auftreten eines Fehlers wird verringert, da die Fehlerursache eindeutig einem Bauteil zugeordnet werden kann. Das erfindungsgemäße Überwachen ermöglicht mittels Trendanalyse frühzeitig planbare Wartungsmaßnahmen.
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Mit dem erfindungsgemäßen System ist es möglich, drei Fehlertypen mit nur einem System zu erkennen: Bruch, Klemmen und Rücklaufsperrenfehler.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:
- 1a und 1b: ein herkömmliches Aktuatorsystem in Stillstand sowie im Betrieb mit einer funktionsfähigen Rücklaufsperre,
- 2a und 2b: ein herkömmliches Aktuatorsystem in Stillstand sowie im Betrieb mit einer funktionsunfähigen Rücklaufsperre,
- 3: eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Aktuators,
- 4: ein Ablaufdiagramm zur Überwachung des Aktuatorsystems im Stillstand, und
- 5: ein Ablaufdiagramm zur Überwachung des Aktuatorsystems im Betrieb.
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Die 1a und 1b zeigen ein herkömmliches Aktuatorsystem in Stillstand sowie im Betrieb mit einer funktionsfähigen Rücklaufsperre.
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Man erkennt in 1a eine Klappe 4, bspw. ein Vorflügel- oder Landeklappensegment, das mit jeweils zwei parallel wirkenden Aktuatoren 3 bewegt und gehalten wird. Am Eingang eines jeden Aktuators 3 ist dabei eine Rücklaufsperre 2 angeordnet, die bspw. die durch die Luft verursachten Lasten einer Landeklappe hält. Der Zentralantrieb 7 ist dabei mit den mehreren Aktuatoren 3 zum Betätigen der Klappe 4 verbunden.
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In einem Zustand, in dem die Klappe 4 nicht aktiv bewegt wird, liegt zwischen dem Zentralantrieb 7 und den jeweiligen Rücklaufsperren 2 nahezu keine Last an. In der 1a ist dies durch die in dem Aktuator endenden Pfeile dargestellt, die symbolisieren, dass dort das von der Klappe 4 aufgrund von Luftlast induzierte Moment nicht weiter in Richtung Zentralantrieb 7 geführt wird. In einem solchen Zustand, in dem keiner der Aktuatoren betrieben wird, wirkt die Rücklaufsperre 2 und verhindert eine Weitergabe eines Moments auf stromaufwärtigere Antriebskomponenten.
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1b zeigt hingegen ein Aktuatorsystem, das die Klappe 4 gerade aktiv bewegt. Daher ist die Rücklaufsperre in einem ausgekoppelten Zustand, so dass durch Luftlast auf die Klappe 4 induzierte Momente über den Aktuator bis hin zum Zentralantrieb 7 geleitet werden.
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Die 2a und 2b zeigen ein herkömmliches System mit einer funktionsunfähigen Rücklaufsperre 2.
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Im Stand der Technik ist es üblich, diesen Ausfall durch eine Verwindung der Klappe 4 festzustellen. 2a zeigt bspw. eine defekte Rücklaufsperre im rechten Abschnitt der Klappe 4, so dass dort ein mittels Luftlast auf die Klappe 4 wirkendes Drehmoment über den rechten Aktuator und den Zentralantrieb 7 hin zum linken noch funktionsfähigen Aktuator geführt wird.
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2b zeigt einen Betriebszustand der Anordnung aus 2a mit der funktionsunfähigen Rücklaufsperre im rechten Klappenabschnitt. Es ist dort kein Unterschied im Vergleich zu 1b zu erkennen.
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3 zeigt nun eine erfindungsgemäße Umsetzung des beanspruchten Aktuatorsystems 1, bei dem der Aktuator 3 mit einem Drehmomentsensor 5 an der Antriebsseite und einem Drehmomentsensor 6 an der Abtriebsseite versehen ist.
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Dadurch ist es möglich, mit Hilfe einer Überwachungseinheit eine funktionsunfähige Rücklaufsperre zuverlässiger zu erkennen als im Stand der Technik.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm bei einem beispielhaft herangezogenen Hochauftriebssystem zum Erkennen eines Fehlerzustands der Rücklaufsperre, das vorzugsweise mit Hilfe einer Überwachungseinheit durchgeführt wird. Dabei wird die vorliegende Überwachung in einem Zustand ausgeführt, in der der Aktuator nicht in Betrieb ist, die Überwachung demnach als „statisch“ bezeichnet werden kann.
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Zu Beginn wird überprüft, ob das Hochauftriebssystem (Abk.: HL) ausgefahren ist oder nicht. Falls dies nicht der Fall sein sollte, wird die Überprüfung fortgesetzt, bis das Hochauftriebssystem sich in einem ausgefahrenen Zustand befindet.
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Ist hingegen das Hochauftriebssystem ausgefahren, wird überprüft, ob die mindestens eine Antriebseinheit in Betrieb ist oder nicht. Wenn die mindestens eine Antriebseinheit in Betrieb ist, werden die vorausgehenden Abfragen erneut durchgeführt.
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Ist hingegen die Antriebseinheit nicht in Betrieb, so können die nächsten Schritte der statischen Überwachung durchgeführt werden. Dann werden die Drehmomentwerte des ersten Drehmomentsensors und des zweiten Drehmomentsensors eingelesen und daraufhin überprüft, ob eine Last am Inputsensor (erster Drehmomentsensor) und am Outputsensor (zweiter Drehmomentsensor) anliegt. Wird dabei nicht von beiden Sensoren eine Last erkannt, wird auf keine Unregelmäßigkeiten bei der Rücklaufsperre geschlossen und die Überprüfung kommt zu einem Ende.
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Anderenfalls, also dann, wenn sowohl am Inputsensor (erster Drehmomentsensor) als auch am Outputsensor (zweiter Drehmomentsensor) eine Last anliegt, bzw. ein Drehmoment oberhalb eines bestimmtes Schwellenwerts erfassbar ist, wird auf einen Fehler in der Rücklaufsperre geschlossen, so dass eine Wartungsnachricht oder eine andere Meldung ausgegeben wird, bevor die Prüfung endet.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein im Betrieb befindliches Aktuatorsystem.
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Anfangs wird untersucht, ob das Luftfahrzeug bzw. das Flugzeug auf dem Boden oder in der Luft ist.
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Ist es auf dem Boden und wird das Aktuatorsystem ausgefahren, so werden die Drehmomentwerte eingelesen und daraufhin überprüft, ob diese innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen. Ist dies nicht der Fall, wird auf einen Fehler in der Rücklaufsperre geschlossen, so dass eine Wartungsnachricht oder eine andere Meldung ausgegeben wird, bevor die Prüfung endet.
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Das Ausfahren vor dem Start, also dann, wenn das Luftfahrzeug am Boden ist, erzeugt eine geringe Gegenlast in dem Aktuator. Es liegt ein annähernd konstantes Drehmoment an, das sich aus den Reibungsmomenten des Klappenmechanismus und dem Drehmoment der in der Rücklaufsperre verbauten „Drag Brake“ zusammensetzt.
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Wird das dadurch erwartete Drehmoment nicht gemessen, wird auf eine fehlerhafte Rücklaufsperre geschlossen.
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Ist hingegen das Luftfahrzeug in der Luft, werden die Drehmomentwerte beim Einfahren der Klappe daraufhin überprüft, ob diese innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen, die sich von denjenigen Grenzwerten unterscheiden, die bei Überprüfung des Luftfahrzeugs auf dem Boden genutzt werden. Ist dies nicht der Fall, liegen also die erfassten Drehmomentwerte außerhalb des akzeptablen Bereichs, wird auf einen Fehler in der Rücklaufsperre geschlossen, so dass eine Wartungsnachricht oder eine andere Meldung ausgegeben wird, bevor die Prüfung endet.
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Das Einfahren der Klappe nach dem Start erfolgt im Aktuator mit Folgelast. Im vorliegenden Fall, also beim Einfahren der Klappe in der Luft, führt dies zu einem annähernd konstanten Drehmoment, das von der in der Rücklaufsperre verbauten „Drag Brake“ erzeugt wird. Je nach konstruktiver Ausführung der Rücklaufsperre können Luftlastanteile enthalten sein.
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Demnach kann also auch während des Betreibens des Aktuators geprüft werden, ob die Rücklaufsperre funktionsfähig ist oder nicht.
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Darüber hinaus ist es auch möglich, einen oder mehrere der oben vorgestellten Prüfschritte über einen längeren Betriebszeitraum des Aktuators oder des Luftfahrzeugs, das den Aktuator aufweist durchzuführen, um ein sogenanntes Trendmonitoring auszuführen. So werden die Drehmomente an sich typischerweise wiederholenden charakteristischen Betriebszuständen des Luftfahrzeugs gemessen und über eine Vielzahl von Betriebszyklen, die jeweils eine Abfolge der charakteristischen Betriebszustände aufweisen, ausgewertet.
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Durch einen Vergleich der über die Zeit erhaltenen Werte lässt sich eine Prognose erstellen, die einen Zeitpunkt eines Verlassens eines zulässigen Toleranzbereichs vorhersagt, so dass bspw. bereits im Vorfeld dazu ein Wartungssignal ausgegeben werden kann.
