DE102020112625A1

DE102020112625A1 - Antriebssystem für Landeklappen

Info

Publication number: DE102020112625A1
Application number: DE102020112625.5A
Authority: DE
Inventors: Anton Gaile; Thomas Schlegel; Christian Kohllöffel; Norman Anke
Original assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Current assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2021-11-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für Landeklappen eines Flugzeugs mit einem Zentralantrieb und einem vom Zentralantrieb abgehenden Transmissionsstrang, wobei der Transmissionsstrang wenigstens einen mit dem Zentralantrieb in Verbindung stehenden inneren Strangabschnitt und einen sich an den inneren Strangabschnitt anschließenden äußeren Strangabschnitt aufweist, wobei an den Strangabschnitten jeweils Aktuatoren zur Lastableitung in Landeklappen angeordnet sind, und wobei zwischen den Strangabschnitten ein zwischen einer offenen und einer geschlossenen Schaltstellung schaltbares Kupplungselement angeordnet ist, mit dem eine Lastübertragung zwischen den Strangabschnitten wahlweise zugelassen oder unterbrochen werden kann, wobei das Kupplungselement dazu ausgebildet ist, in seiner offenen Schaltstellung, in welcher die Lastübertragung zwischen den Strangabschnitten unterbrochen ist, den äußeren Strangabschnitt durch Verbindung mit einer Erdung zu fixieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für Landeklappen, mit dem innere und äu-ßere Landeklappen an einem Flugzeugflügel unabhängig voneinander gefahren werden können.
Viele gängige Verkehrsflugzeuge umfassen innere und äußere Landeklappen, die gestaffelt am Flügel angeordnet sind. Im Normalbetrieb werden die inneren und äußeren Klappen synchron gefahren. Zudem sollen die Klappen am linken und rechten Flügel synchron gefahren werden, was behördlich gefordert ist und zur Flugsicherheit beiträgt, und was anhand eines durchgehenden Transmissionsstrangs erreicht werden kann.
In manchen Flugsituationen wie insbesondere im Reiseflug ist es sinnvoll, die Flügelform bzw. -wölbung den jeweiligen Verhältnissen anzupassen, um eine Reduktion des Treibstoffverbrauchs zu erreichen. Dies kann durch Ausfahren der Klappen an der Hinterkante des Flügels um einige wenige Grad erfolgen. Um eine größere Flexibilität für eine möglichst optimale Anpassung der Flügelform zu haben, ist es vorteilhaft, unterschiedliche Klappen der einzelnen Flügel, also insbesondere innere und äußere Klappen, unabhängig voneinander fahren zu können.
Zu diesem Zweck können einerseits zwei komplett getrennte Transmissionsstränge mit separaten Antriebseinheiten vorgesehen sein.
Ein alternatives Antriebssystem mit einer aktiven Antriebs-Kupplungseinheiten zwischen den Klappen wird in der DE 103 61 891 A1 offenbart. In diesem System sind die Antriebswellen benachbarter Klappen über ein Differentialgetriebe gekoppelt, das einerseits mit einem Zentralantrieb und andererseits mit einem Sekundärantrieb in Verbindung steht.
Ein weiterhin alternative Antriebssystem mit einer lediglich passiven Kupplung zwischen den Klappen, allerdings einem weiteren Antriebsmotor außen am Flügel wird in der DE 10 2007 021 748 A1 offenbart.
Diese bekannten Antriebssysteme sind generell komplex und deshalb relativ schwer und kostenintensiv.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine vereinfachte Konstruktion eines Antriebssystems für Landeklappensysteme aufzufinden, die bei voller Funktionalität, insbesondere im Hinblick auf die geforderte Möglichkeit der individuellen Ansteuerung der inneren und äußeren Klappen, und bei voller Erfüllung aller Sicherheitsanforderungen einfacher aufgebaut ist und ein geringeres Gewicht hat.
Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ein Antriebssystem für Landeklappen eines Flugzeugs mit einem Zentralantrieb und einem vom Zentralantrieb abgehenden Transmissionsstrang, wobei der Transmissionsstrang wenigstens einen mit dem Zentralantrieb in Verbindung stehenden inneren Strangabschnitt und einen sich an den inneren Strangabschnitt anschließenden äußeren Strangabschnitt aufweist, wobei an den Strangabschnitten jeweils Aktuatoren zur Lastableitung in Landeklappen angeordnet sind, und wobei zwischen den Strangabschnitten ein zwischen einer offenen und einer geschlossenen Schaltstellung schaltbares Kupplungselement angeordnet ist, mit dem eine Lastübertragung zwischen den Strangabschnitten wahlweise zugelassen oder unterbrochen werden kann.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Kupplungselement ausgebildet ist, in seiner offenen Schaltstellung, in welcher die Lastübertragung zwischen den Strangabschnitten unterbrochen ist, den äußeren Strangabschnitt durch Verbindung mit einer Erdung zu fixieren.
Im erfindungsgemäßen Antriebssystem kann eine asynchrone Verstellung innerer und äußerer Landeklappen bzw. innerer und äußerer Gruppen an Landeklappen mit Hilfe des Zentralantriebs als einzige Antriebseinheit und ohne komplexe Planetengetriebe erfolgen. Sollen nur die Klappen des inneren Strangabschnitts gefahren werden, kann das Kupplungselement in seinen offenen Zustand geschaltet werden, sodass eine Lastübertragung zwischen den Strangabschnitten unterbrochen wird. Durch die Bauart des Kupplungselements wird der äußere Abschnitt in seiner offenen Schaltstellung notwendigerweise fixiert, sodass die Klappen nie frei beweglich sind. Sollen nur die Klappen des äußeren Strangabschnitts gefahren werden, können in einem ersten Schritt bei geschlossener Schaltstellung der Kupplungselements, in der eine Lastübertragung zwischen den Strangabschnitten stattfindet, alle Klappen auf die gewünschte Position der äußeren Klappe gefahren werden, bevor das Kupplungselement in seine offene Schaltstellung umgeschaltet und der innere Strangabschnitt in die Ausgangsposition zurückgefahren oder eine beliebige andere Position gefahren wird. Die äußeren Klappen verharren jedoch durch Fixierung des äußeren Strangabschnitts in der gewünschten Endposition.
Vorzugsweise umfasst das Kupplungselement ein Gehäuse und die Fixierung des äußeren Strangabschnitts erfolgt durch Feststellung an einem unbeweglichen Teil des Gehäuses, das als Erdung dient.
Typischerweise umfasst der Transmissionsstrang lediglich zwei Abschnitte, wobei am inneren Abschnitt einer oder mehrere Aktuatoren zur Lastableitung in innere Landeklappen angeordnet sind und wobei am äußeren Abschnitt einer oder mehrere Aktuatoren zur Lastableitung in äußere Landeklappen angeordnet sind.
Die Lastübertragung zwischen den Strangabschnitten in der geschlossenen Schaltstellung des Kupplungselements erfolgt vorzugsweise durch eine formschlüssige Verbindung der Strangabschnitte erfolgt, insbesondere durch wenigstens eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung. Auch die Fixierung des äußeren Strangabschnitts in der geschlossenen Schaltstellung des Kupplungselements erfolgt vorzugsweise durch eine formschlüssige Verbindung mit der Erdung und insbesondere durch wenigstens eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung. Die formschlüssige Verbindung hat gegenüber einer kraftschlüssigen Reibverbindung herkömmlicher Brems- und Feststellelemente den Vorteil eines sehr viel geringeren Verschleißes und einer hohen Präzision. Geeignete formschlüssige Verbindungen umfassen Zahnwellenverbindungen (Welle-Nabe-Verbindungen), Verbindungen durch Kugelkäfige und dergleichen. Wenn im Rahmen der vorliegenden Beschreibung von einem Zahnprofil bzw. von Zahnwellenverbindungen die Rede ist, dann ist damit nicht nur ein klassisches Kerbzahnprofil gemeint, sondern der Begriff Zahn bezieht sich auch auf Profile wie etwa Evolventenzahnprofile oder Rechteckzahnprofile.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Kupplungselement einen Synchronisationsmechanismus umfasst, der es erlaubt, die formschlüssige Verbindung der Strangabschnitte und/oder die formschlüssige Verbindung des äußeren Strangabschnitts mit der Erdung bei ruhendem oder drehendem Transmissionsstrang unabhängig von der relativen Drehposition der Strangabschnitte zu schließen. So kann das Kupplungselement trotz der formschlüssigen Verbindung unabhängig von der relativen Drehposition der inneren und äußeren Strangabschnitte problemlos und betriebssicher immer zwischen seiner geschlossenen und seiner offenen Stellung geschaltet werden. Die Kupplung und Synchronisation funktioniert in dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung also auch im Drehen und nicht nur im Stehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kupplungselement eine Schaltmuffe mit einer Innenverzahnung aufweist, die zur Umschaltung zwischen der geschlossenen Schaltstellung und der offenen Schaltstellung des Kupplungselements in axialer Richtung verschoben werden kann, wobei die Innenverzahnung der Schaltmuffe unabhängig von der Axialposition der Schaltmuffe mit einer Außenverzahnung des äußeren Strangabschnitts zahnt, in der Axialposition der Schaltmuffe, die dem geschlossenen Zustand des Kupplungselements entspricht, zusätzlich mit einer Außenverzahnung des inneren Strangabschnitts, nicht jedoch mit einer Außenverzahnung der Erdung zahnt, und in der Axialposition der Schaltmuffe, die dem geschlossenen Zustand des Kupplungselements entspricht, zusätzlich mit der Außenverzahnung der Erdung, nicht jedoch mit der Außenverzahnung des inneren Strangabschnitts zahnt.
In diesem Spezialfall der formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung zwischen den Strangabschnitten einerseits und dem äußeren Strangabschnitt und der Erdung andererseits wird die Nabe jeweils durch die Schaltmuffe gebildet. Die Verbindungsbereiche von inneren und äußeren Strangabschnitten sind als Zahnwellen ausgebildet. Die Erdung kann durch ein drehfest am Gehäuse des Kupplungselements angeordnetes Rohr mit Außenverzahnung gebildet werden.
Weiterhin kann in diesem Fall bevorzugt sein, dass die zueinander gerichteten Stirnseiten der Innenverzahnung der Schaltmuffe und der Außenverzahnung des inneren Strangabschnitts und/oder die zueinander gerichteten Stirnseiten der Innenverzahnung der Schaltmuffe und der Außenverzahnung der Erdung keilförmig zusammenlaufen, und dass die Außenverzahnung des inneren Strangabschnitts und/oder die Außenverzahnung der Erdung um einen Winkelbereich zum inneren Strangabschnitt bzw. zur Erdung bewegt werden können, der mindestens dem Zahnabstand entspricht.
Beispielsweise können die Außenverzahnung des inneren Strangabschnitts und/oder der Erdung an einer Hülse angeordnet sein, die den inneren Strangabschnitt bzw. eine rohrförmige Erdung umgibt und eine Kulissenführung aufweist, in die ein radial vom inneren Strangabschnitt bzw. der Erdung abstehender Pin eingreift. Die Kulissenführung kann die Form einer Y-Nut haben, wobei die Spitze der Y-Nut von der Innenverzahnung der Schaltmuffe weg gerichtet ist. Die umfängliche Erstreckung der Kulissenführung von einem zum anderen Schenkelende der Y-Nut soll mindestens dem Zahnabstand zuzüglich dem halben Durchmesser des beispielsweise im Querschnitt runden Pins entsprechen.
In diesem Spezialfall des Synchronisationsmechanismus kann sich dann, wenn die Schaltmuffe sich bei Schaltung der Kupplungseinheit auf den inneren Strangabschnitt oder die Erdung zubewegt, die jeweilige Außenverzahnung bei einem Aufeinandertreffen der Stirnflächen der Schaltmuffen-Innenverzahnung und der jeweiligen Außenverzahnung relativ zu innerem Strangabschnitt bzw. der Erdung um einen kleinen Winkelbetrag nach links oder rechts drehen, sofern die Zähne nicht perfekt ineinandergreifen und die abschüssigen Flächen der keilförmigen Stirnflächen aufeinanderstoßen.
Bevorzugt ist weiterhin, dass das Kupplungselement gegen seine geschlossene Schaltstellung vorgespannt ist. Dies spiegelt den Umstand wieder, dass die Landeklappen meistens synchron gefahren werden sollen und die Entkopplung innerer und äußerer Landeklappen nur fallweise erfolgen soll. Die Vorspannung kann anhand einer Feder wie beispielsweise einer metallischen Druckfeder erfolgen. Beispielsweise kann die Schaltmuffe anhand einer Feder gegen die Axialposition vorgespannt sein, die dem geschlossenen Zustand des Kupplungselements entspricht.
Alternativ kann in einer anderen Ausführungsform auch vorgesehen sein, dass das Kupplungselement gegen seine offene Schaltstellung vorgespannt ist, dass also die Standardstellung eine ausgkuppelte Stellung ist und das Kupplungselement in Reaktion auf einen Schaltbefehl eingekuppelt werden kann.
Ferner ist bevorzugt, dass das Kupplungselement einen Aktor aufweist, mit dem die Schaltstellung des Kupplungselements in Reaktion auf einen Steuerbefehl geändert werden kann, wobei es sich bei dem Aktor vorzugsweise um einen hydraulischen Kolbenzylinder handelt. In den Fällen, in denen eine Entkopplung innerer und äußerer Landeklappen gewünscht ist, kann also eine aktive Öffnung des Kupplungselements, gegebenenfalls gegen eine Vorspannkraft erfolgen. Beispielsweise kann die Schaltmuffe anhand des Aktors in die Axialposition gefahren werden, die dem offenen Zustand des Kupplungselements entspricht. Als Alternative zu hydraulischen Kolbenzylindern können auch andere Aktoren wie etwa pneumatische Kolbenzylinder oder elektromagnetische Aktoren zur Anwendung kommen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das System keinen aktiven Antrieb zur vom inneren Strangabschnitt unabhängigen Bewegung des äußeren Strangabschnitts aufweist. Auch die Verstellung des äußeren Abschnitts erfolgt also rein durch Übertragung der Last des Zentralantriebs. Durch die Möglichkeit eines Verzichts auf weitere aktive Antriebseinheiten erlaubt die erfindungsgemäße Lösung eine sehr kostengünstige und leichte Konstruktion.
Die obigen Ausführungen sind so zu verstehen, dass das Antriebssystem links und rechts bezüglich zweier Flügel eines Flugzeugs symmetrisch ist, d.h. dass vom Zentralantrieb beidseitig Transmissionsstränge abgehen bzw. der innere Strangabschnitt in beide Richtungen abgeht, wobei die Transmissionsstränge links und rechts vorzugsweise identisch zueinander ausgestaltet sind oder zumindest die erfindungsgemäßen Merkmale aufweisen. Die obige Beschreibung beschränkt sich demnach nur der Einfachheit halber auf die Beschreibung eines Transmissionsstrangs und mithin nur des halben Antriebssystems.
Vor dem eingangs genannten Hintergrund betrifft die Erfindung weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Antriebssystems, wobei das Kupplungselement zwischen seiner offenen Schaltstellung, in welcher die Lastübertragung zwischen den Strangabschnitten unterbrochen und der äußere Strangabschnitt durch Verbindung mit einer Erdung fixiert ist, und seiner geschlossenen Schaltstellung, in welcher die Strangabschnitte drehfest verbunden sind und der äußere Strangabschnitt nicht fixiert ist, geschaltet wird.
Es ist also insbesondere vorgesehen, dass der äußere Strangabschnitt (Output) geerdet ist, solange noch keine Verbindung mit dem inneren Strangabschnitt (Input) besteht und sobald keine Verbindung mit dem inneren Strangabschnitt (Input) mehr besteht. In der Ausführungsform, in welcher das Kupplungselement eine Schaltmuffe mit einer Innenverzahnung aufweist, wird dies durch eine Axialverschiebung der Schaltmuffe erreicht.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Flugzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem. Der Zentralantrieb ist vorzugsweise im Flugzeugrumpf angeordnet und die Transmissionsstränge reichen in die Flügel, wobei innere und äußere Landeklappen bzw. Gruppen an Landeklappen an die inneren und äußeren Strangabschnitte angebunden sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand der Figur diskutierten Ausführungsbeispiel. In den Figuren zeigen:

1: eine perspektivische Darstellung einer Kupplungseinheit eines erfindungsgemäßen Antriebssystems;
2: eine Schnittansicht dieser Kupplungseinheit;
3: eine perspektivische Darstellung einer funktionsrelevanten Baugruppe dieser Kupplungseinheit;
4a-4d: Funktionsskizzen zu den Zuständen und Veränderungen innerhalb dieser Baugruppe für unterschiedliche Schaltzustände und Schaltvorgänge der Kupplungseinheit; und
5a-5e: Funktionsskizzen zu der Synchronisationsfunktion innerhalb dieser Baugruppe für unterschiedliche Schaltzustände und Schaltvorgänge der Kupplungseinheit.

1 und 2 zeigen eine Kupplungseinheit 100 eines erfindungsgemäßen Antriebssystems.
Die Kupplungseinheit 100 weist ein Gehäuse 110 auf, an dessen einer Seite ein innerer Abschnitt 120 eines Transmissionsstrangs eindringt und von dessen anderer Seite ein äußerer Abschnitt 130 eines Transmissionsstrangs abgeht. Von den Strangabschnitten 120 und 130 sind jeweils nur kurze Stücke dargestellt.
Die Strangabschnitte 120 und 130 verlaufen versetzt zueinander in das Gehäuse 110 bzw. aus dem Gehäuse 110, wobei der innere Strangabschnitt 120 jedoch innerhalb des Gehäuses 110 einen koaxial zum äußeren Strangabschnitt 130 verlaufenden Bereich 120a aufweist, der über ein Getriebe 120c mit dem versetzt zum äußeren Strangabschnitt 130 verlaufenden Bereich 120b des inneren Strangabschnitts 120 in Verbindung steht, der dann aus dem Gehäuse 100 läuft. In der Verlängerung der Achse des versetzt zum äußeren Strangabschnitt 130 verlaufenden Bereichs 120b des inneren Strangabschnitts 120 befindet sich ein Positionssensor 190 zur Feststellung der Drehposition des inneren Strangabschnitts 120. Der Einfachheit halber wird im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung der koaxial zum äußeren Strangabschnitt 130 verlaufenden Bereich 120a des inneren Strangabschnitts 120 insgesamt als innerer Strangabschnitt 120 beschrieben, da nur dieser Bereich zum Verständnis des Kerngedankens der Erfindung eine Rolle spielt.
Das Herzstück der Kupplungseinheit 100 befindet sich in dem Bereich, in dem der innere Strangabschnitt 120 und der äußere Strangabschnitt 130 mit ihren Stirnseiten aufeinandertreffen. Einige funktionsrelevante Bauteile dieses Bereichs sind in 3 gesondert dargestellt.
Der äußere Strangabschnitt 130 umfasst an seiner betreffenden Stirnseite eine radiale Auskragung 133 mit einer gezahnten Mantelfläche, die eine Außenverzahnung 134 des äußeren Strangabschnitts 120 bildet.
Auf den inneren Strangabschnitt 120 ist an seiner betreffenden Stirnseite eine Hülse 122 aufgesetzt, die mit dem inneren Strangabschnitt 120 in einer später noch im Detail beschriebenen Weise verbunden ist. Die Hülse 122 weist ihrerseits eine radiale Auskragung 123 mit einer ebenfalls gezahnten Mantelfläche auf, die eine Au-ßenverzahnung 124 des inneren Strangabschnitts 120 bildet.
Weiterhin ist der äußere Strangabschnitt 130 hinter der Auskragung 133 von einer Erdungshülse 112 umgeben, die in einer später noch im Detail beschriebenen Weise mit einem rohrförmigen Fortsatz 111 des Gehäuses 110 verbunden ist, der den äußeren Strangabschnitt 130 umgibt und in den Spalt zwischen dem äußeren Strangabschnitt 130 und der Erdungshülse 112 eingreift. Die Erdungshülse 112 weist wiederum eine radiale Auskragung 113 mit einer gezahnten Mantelfläche auf, die eine Außenverzahnung 114 der Erdung bzw. des Gehäuses 110 bildet.
Die Zahnformen der Außenverzahnungen 114, 124 und 134 sowie die Durchmesser der demnach in axialer Staffelung angeordneten Auskragungen 113, 123 und 133 sind zueinander identisch.
Im Bereich der drei gestaffelten Auskragungen 113, 123 und 133 ist eine Schaltmuffe 140 mit einer Innenverzahnung 144 angeordnet. Der Innendurchmesser der Schaltmuffe 140 und die Zähne der Innenverzahnung 144 sind derart gewählt, dass die Innenverzahnung 144 der Schaltmuffe 140 mit den Außenverzahnungen 114, 124 und 134 der Auskragungen 113, 123 und 133 zahnt und die Schaltmuffe 140 mit dem inneren Strangabschnitt 120, dem äußeren Strangabschnitt 130 und der Erdung bzw. dem Gehäuse 110 eine formschlüssige Verbindung eingehen kann.
Die axiale Dimension der Auskragungen 113, 123 und 133 und deren Abstand zueinander sind in etwa gleich. Die axiale Dimension der Schaltmuffe 140 ist so gewählt, dass sie mit zwei der Auskragungen 113, 123 und 133 gleichzeitig zahnen kann.
Die Schaltmuffe 140 ist so im Gehäuse 110 gelagert, dass sie in einem gewissen Bereich in axialer Richtung verschoben werden kann. Nämlich kann sie zwischen einer ersten Axialposition, in der deren Innenverzahnung 144 mit den Außenverzahnungen 134 und 124 der Auskragungen 133 und 123 zahnt, und einer zweiten Axialposition, in der deren Innenverzahnung 144 mit den Außenverzahnungen 114 und 134 der Auskragungen 113 und 133 zahnt, axialverschoben werden.
Die erste Axialposition, die auch in 2 dargestellt ist, entspricht einer geschlossenen Schaltstellung der Kupplungseinheit 100. In diesem Fall sind die die äußeren und inneren Strangabschnitte 130 und 120 anhand der Schaltmuffe 140 drehfest gekoppelt.
Die zweite Axialposition entspricht einer offenen Schaltstellung der Kupplungseinheit 100. In diesem Fall sind die die äußeren und inneren Strangabschnitte 130 und 120 entkoppelt. Stattdessen ist der äußere Strangabschnitt 130 anhand der Schaltmuffe 140 drehfest an die Erdung bzw. das Gehäuse 110 gekoppelt.
Die Schaltmuffe 140 ist anhand einer metallischen Druckfeder 150 gegen die in 2 dargestellte erste Axialposition vorgespannt, die der geschlossenen Schaltstellung der Kupplungseinheit 100 entspricht. An der der metallischen Druckfeder 150 gegenüberliegenden Seite der Schaltmuffe 140 befindet sich ein hydraulischer Kolbenzylinder 160, der mit einem Hydraulikanschluss 161 verbunden ist und der die Schaltmuffe in Reaktion auf einen Steuerbefehl gegen die Vorspannung der Druckfeder 150 in die zweite Axialposition drücken kann (in der 2 nach links), die der offenen Schaltstellung der Kupplungseinheit 100 entspricht.
Die Art der Verbindung der Erdungshülse 112 mit dem rohrförmigen Fortsatz 111 des Gehäuses 110 und die Art der Verbindung der Hülse 122 mit dem inneren Strangabschnitt 120 ist in 3 zu erkennen.
Die Hülsen 112 und 122 umfassen jeweils asymmetrische Y-Nuten 115 bzw. 125 (von denen in der 3 jeweils nur einer erkennbar ist), deren Spitzen jeweils von den Auskragungen 113 und 123 weg gerichtet sind. Durch diese Y-Nuten 115 bzw. 125 ragt jeweils ein radial vom rohrförmigen Fortsatz 111 bzw. dem inneren Strangabschnitt 120 abstehender Stift 116 bzw. 126 mit kreisförmigem Durchmesser. Die Y-Nuten 115 und 125 bilden eine Kulissenführung für die Stifte 116 und 126 und die breite der Y-Nuten 115 und 125 entspricht dem Durchmesser der Stifte 116 und 126. Die Schenkel der Y-Nuten 115 und 125 stehen im stumpfen Winkel von rund 150° aufeinander. An der Spitze der Y-Nuten 115 und 125 sind jeweils kleine Mulden 115a und 125a ausgebildet, in welchen die Stifte 116 und 126 in einem metastabilen Zustand zu liegen kommen können.
Weiterhin sind die Hülsen 112 und 122 anhand von metallischen Druckfedern 117 bzw. 127, die sich gegen Konturen des rohrförmigen Fortsatzes 111 bzw. des inneren Strangabschnitts 120 abstützen, in Richtung der Auskragungen 113 bzw. 123 vorgespannt. Die Vorspannung und die Form und Ausrichtung der Y-Nuten 115 und 125 ist also derart, dass die Hülsen 112 und 122 gegen eine Position vorgespannt sind, in der die Stifte 116 und 126 in den kleinen Mulden 115a bzw. 125a zu liegen kommen.
Die beschriebene Art der Verbindung der Erdungshülse 112 mit dem rohrförmigen Fortsatz 111 des Gehäuses 110 einerseits und der Hülse 122 mit dem inneren Strangabschnitt 120 andererseits ist Teil eines Synchronisationsmechanismus, der später im Zusammenhang mit 5a-5d noch genauer erläutert wird. An dieser Stelle genügt die Feststellung, dass die beiden Stirnseiten der Zähne der Innenverzahnung 144 der Schaltmuffe 140, die zur Auskragung 133 des äußeren Strangabschnitts 130 gerichteten Stirnseiten der Zähne der Außenverzahnung 144 der Auskragung 123 des inneren Strangabschnitts 120 und die zur Auskragung 133 des äußeren Strangabschnitts 130 gerichteten Stirnseiten der Zähne der Außenverzahnung 114 der Auskragung 113 der Erdung bzw. des Gehäuses 110 jeweils keilförmig zulaufen.
4a-4d zeigen Funktionsskizzen zu den Zuständen und Veränderungen innerhalb der eben im Detail beschriebenen Baugruppe im Bereich der aufeinandertreffenden Stirnseiten der inneren und äußeren Strangabschnitte 120 und 130 für unterschiedliche Schaltzustände und Schaltvorgänge der Kupplungseinheit 100.
In 4a ist schematisch der geschlossene Ausgangszustand der Kupplungseinheit 100 gezeigt, wie er auch in 2 dargestellt ist. Die Druckfeder übt eine Kraft F_spring auf die Schaltmuffe 140 aus und spannt diese gegen die Position vor, in welcher die inneren und äußeren Strangabschnitte 120 und 130 formschlüssig verbunden sind. Der Lastpfad L ist in die Figur eingezeichnet.
In 4b ist schematisch die Schaltung vom geschlossenen Ausgangszustand in den offenen Zustand der Kupplungseinheit 100 gezeigt. Dabei übt der Kolbenzylinder 160 eine der Kraft F_spring entgegenwirkende Kraft F_hyd auf die Schaltmuffe 140 aus. Die Kraft F_hyd ist größer als die Kraft F_spring, weshalb die Schaltmuffe 140 von der Außenverzahnung 124 des inneren Strangabschnitts 120 weg in Richtung der Außenverzahnung 114 der Erdung geschoben wird.
In 4c ist der resultierende offene Zustand der Kupplungseinheit 100 gezeigt. Die inneren und äußeren Strangabschnitte 120 und 130 sind dabei entkoppelt und der äußere Strangabschnitt 130 ist über die Schaltmuffe 140 formschlüssig mit der Erdung verbunden. Der Lastpfad L ist in die Figur eingezeichnet.
In 4d ist letztlich die Schaltung vom offenen und den geschlossenen Zustand er Kupplungseinheit 100 gezeigt. Durch Reduktion des Hydraulikdrucks innerhalb des Kolbenzylinders 160 schiebt die Druckfeder 150 die Schaltmuffe 140 mit der Kraft F_spring wieder von der Außenverzahnung 114 der Erdung weg in Richtung der Außenverzahnung 124 des inneren Strangabschnitts 120.
In 5a-5e sind letztlich Funktionsskizzen zum Ablauf der Synchronisation beim Aufeinandertreffen der Stirnseiten der Zähne der Innenverzahnung 144 der Schaltmuffe 140 mit den Stirnseiten der Zähne der Außenverzahnung 124 der Auskragung 123 des inneren Strangabschnitts 120, wie er beim Schaltvorgang der 4d auftritt. Der Ablauf würde analog für das Aufeinandertreffen der Stirnseiten der Zähne der Innenverzahnung 144 der Schaltmuffe 140 mit den Stirnseiten der Zähne der Außenverzahnung 114 der Auskragung 113 der Erdung gelten, wie er beim Schaltvorgang der 4b auftritt.
5a zeigt den Ablauf beim Aufeinandertreffen der Zähne 144 und 124 im Rahmen des Schaltvorgang der 4d, wenn die Zähne 124 und 144 denkbar ungünstig weil relativ mittig zueinander stehen. Ohne Synchronisationsmechanismus könnte in dieser Position ohne vorherige Verdrehung der Schaltmuffe 140 und des inneren Strangabschnitts 120 zueinander nicht geschaltet werden. Durch die wie oben beschriebene Art der Verbindung der Hülse 122 mit dem inneren Strangabschnitt 120 und die zulaufenden gegenüberliegenden Stirnflächen der Zähne 124 und 144 wird dies jedoch ermöglicht. Zunächst wird der Stift 126 durch die Krafteinwirkung beim Aufeinandertreffen der Zähne 124 und 144 (erstes Bild von links) gegen die Rückstellkraft der Druckfeder 127 aus der Mulde 125a gegen die abschüssige Fläche eines Schenkels der Y-Nut 125 gedrückt, die der Mulde 125a gegenüberliegt (zweites Bild von links). Aufgrund weiterer Krafteinwirkung verdreht sich die Hülse 122 etwas gegenüber dem inneren Strangabschnitt 120, während der Stift 126 an der aufgrund der Asymmetrie der Y-Nut 125 in jedem Fall abschüssigen Fläche des Schenkels der Y-Nut 125 entlanggleitet bzw. später die abschüssigen Flächen der keilförmig zulaufenden Zähne 124 und 144 aufeinander treffen (drittes und viertes Bild von links). Letztlich rasten die Zähne 144 und 124 vollständig ein, wenn die richtige relative Drehposition erreicht ist (fünftes Bild von links).
5b und 5c zeigen einfachere Ausgangslagen, in denen die Zähne 144 und 124 bereits etwas versetzt zueinander stehen, einmal in der einen Richtung und einmal in der anderen Richtung.
5d zeigt die Drehmomentübertragung zwischen den Zähnen 144 und 124 im vollständig eingerasteten Zustand. Je nach Drehrichtung der Zähne 144 der Schaltmuffe 140 kommt der Stift 126 entweder ganz am Rand der Y-Nut 125 oder in der Mulde 125a zu liegen.
5e zeigt letztlich das Verhalten der gezeigten Anordnung im Rahmen eines Vorgangs gemäß 4b, wenn die Zähne 144 und 124 wieder getrennt werden. Als Ausgangsposition ist der Zustand gezeigt, in dem der Stift 126 ganz am Rand der Y-Nut 125 zu liegen kam (erstes Bild von links). Sobald eine Relativrotation der Hülse 122 gegenüber dem inneren Strangabschnitt 120 möglich wird, schiebt sich der Stift 126 angetrieben von der Kraft der Feder 127 wieder zurück in die Mulde 125a, was seine Ruheposition darstellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10361891 A1 [0005]
DE 102007021748 A1 [0006]

Claims

Antriebssystem für Landeklappen eines Flugzeugs mit einem Zentralantrieb und einem vom Zentralantrieb abgehenden Transmissionsstrang, wobei der Transmissionsstrang wenigstens einen mit dem Zentralantrieb in Verbindung stehenden inneren Strangabschnitt und einen sich an den inneren Strangabschnitt anschließenden äußeren Strangabschnitt aufweist, wobei an den Strangabschnitten jeweils Aktuatoren zur Lastableitung in Landeklappen angeordnet sind, und wobei zwischen den Strangabschnitten ein zwischen einer offenen und einer geschlossenen Schaltstellung schaltbares Kupplungselement angeordnet ist, mit dem eine Lastübertragung zwischen den Strangabschnitten wahlweise zugelassen oder unterbrochen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement ausgebildet ist, in seiner offenen Schaltstellung, in welcher die Lastübertragung zwischen den Strangabschnitten unterbrochen ist, den äußeren Strangabschnitt durch Verbindung mit einer Erdung zu fixieren.
Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastübertragung zwischen den Strangabschnitten in der geschlossenen Schaltstellung des Kupplungselements durch eine formschlüssige Verbindung der Strangabschnitte erfolgt, vorzugsweise durch wenigstens eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung.
Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung des äußeren Strangabschnitts in der geschlossenen Schaltstellung des Kupplungselements durch eine formschlüssige Verbindung mit der Erdung erfolgt, vorzugsweise durch wenigstens eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung.
Antriebssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement einen Synchronisationsmechanismus umfasst, der es erlaubt, die formschlüssige Verbindung der Strangabschnitte und/oder die formschlüssige Verbindung des äußeren Strangabschnitts mit der Erdung bei ruhendem oder drehendem Transmissionsstrang unabhängig von der relativen Drehposition der Strangabschnitte zu schließen.
Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement eine Schaltmuffe mit einer Innenverzahnung aufweist, die zur Umschaltung zwischen der geschlossenen Schaltstellung und der offenen Schaltstellung des Kupplungselements in axialer Richtung verschoben werden kann, wobei die Innenverzahnung der Schaltmuffe unabhängig von der Axialposition der Schaltmuffe mit einer Außenverzahnung des äußeren Strangabschnitts zahnt, in der Axialposition der Schaltmuffe, die dem geschlossenen Zustand des Kupplungselements entspricht, zusätzlich mit einer Außenverzahnung des inneren Strangabschnitts, nicht jedoch mit einer Außenverzahnung der Erdung zahnt, und in der Axialposition der Schaltmuffe, die dem geschlossenen Zustand des Kupplungselements entspricht, zusätzlich mit der Außenverzahnung der Erdung, nicht jedoch mit der Außenverzahnung des inneren Strangabschnitts zahnt.
Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zueinander gerichteten Stirnseiten der Innenverzahnung der Schaltmuffe und der Außenverzahnung des inneren Strangabschnitts und/oder die zueinander gerichteten Stirnseiten der Innenverzahnung der Schaltmuffe und der Außenverzahnung der Erdung keilförmig zusammenlaufen, und dass die Außenverzahnung des inneren Strangabschnitts und/oder die Außenverzahnung der Erdung um einen Winkelbereich zum inneren Strangabschnitt bzw. zur Erdung bewegt werden können, der mindestens dem Zahnabstand entspricht.
Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement gegen seine geschlossene Schaltstellung vorgespannt ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement gegen seine offene Schaltstellung vorgespannt ist.
Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement einen Aktor aufweist, mit dem die Schaltstellung des Kupplungselements in Reaktion auf einen Steuerbefehl geändert werden kann, wobei es sich bei dem Aktor vorzugsweise um einen hydraulischen Kolbenzylinder handelt.
Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System keinen aktiven Antrieb zur vom inneren Strangabschnitt unabhängigen Bewegung des äußeren Strangabschnitts aufweist.
Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement zwischen seiner offenen Schaltstellung, in welcher die Lastübertragung zwischen den Strangabschnitten unterbrochen und der äußere Strangabschnitt durch Verbindung mit einer Erdung fixiert ist, und seiner geschlossenen Schaltstellung, in welcher die Strangabschnitte drehfest verbunden sind und der äußere Strangabschnitt nicht fixiert ist, geschaltet wird.
Flugzeug mit einem Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10.