DE102021113818A1

DE102021113818A1 - Flugzeug, insbesondere Passagier-Flugzeug

Info

Publication number: DE102021113818A1
Application number: DE102021113818.3A
Authority: DE
Inventors: Dominik Brand; Ralf Schönzler
Original assignee: Elektro Metall Export Ges mbH; Elektro Metall Export GmbH
Current assignee: Elektro Metall Export Ges mbH; Elektro Metall Export GmbH
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2041-05-29
Also published as: DE102021113818B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flugzeug, insbesondere Passagierflugzeug, mit wenigstens einer Luftklappe (2; 5) in der Flugzeugaußenhaut des Flugzeugaufbaus zur bedarfsweisen Einleitung von Luft in das Flugzeuginnere, wobei die wenigstens eine Luftklappe (2; 5) mittels eines elektromotorisch antreibbaren Stellantriebs (3) als Spindelantrieb verstellbar ist. Erfindungsgemäß ist die Spindelmutter (24) elektromotorisch drehantreibbar und in einem Käfiggehäuse (20) aufgenommen. Mit dem Käfiggehäuse (20) ist ein Spindel-Führungsrohr (8) fest verbunden, in dem die Gewindespindel (24) geführt gehalten ist und das sich über die Länge der Gewindespindel (17) erstreckt. Im Spindel-Führungsrohr (8) ist ein Längsführungsprofil (11) enthalten, in dem ein profilangepasstes Gleitelement (12) rotationsfrei verschiebbar ist, das mit dem Spindelende, verdrehfest verbunden ist. Am freien Ende des Spindel-Führungsrohrs (8) ist gegenüberliegend zum Käfiggehäuse (20) ein Rohr-Anschluss (48) für einen verdrehfesten Anschluss des Spindel-Führungsrohrs (8) angebracht, dergestalt dass darüber Reaktions-Drehmomente abstützbar sind. Die Spindelmutter (24) ist mittels eines Elektromotors (23) gesteuert im Käfiggehäuse (20) drehantreibbar und im Käfiggehäuse (20) beidseitig in Spindelaxialrichtung direkt oder indirekt abgestützt, so dass die Gewindespindel (17) rotationsfrei bezüglich der Spindelmuter (24) ein- und ausfahrbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Flugzeug, insbesondere ein Passagier-Flugzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit wenigstens einer Luftklappe in der Flugzeugaußenhaut des Flugzeugaufbaus zur bedarfsweisen Einleitung von Luft in das Flugzeuginnere, wobei die wenigstens eine Luftklappe zwischen einer Geschlossenstellung und einer Offenstellung mittels eines elektromotorisch antreibbaren Stellantriebs verstellbar ist.
Flugzeuge und ihre Bauteile, wie Luftklappen mit Stellantrieben, sind hochspezialisierte Objekte, die durch den Flugbetrieb bedingte funktionale und flugzeugspezifisch durch Vorschriften vorgegebene Anforderungen erfüllen müssen. Bei der Entwicklung und Herstellung sind insbesondere sicherheitstechnische Anforderungen, wie die Funktionssicherheit, zulässige Materialien, Brandschutzvorgaben, sowie ein gewichtsgünstiger Aufbau mit kostengünstiger Herstellung und einem geringen Wartungsaufbau zu berücksichtigen.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Luftklappe als sogenannte APU-Luftklappe insbesondere im Heckbereich des Flugzeugs, mit der eine Turbine einer sogenannten APU (Auxilliary Power Unit) bedarfsweise mit Luft versorgt werden kann sowie einen zugeordneten Stellantrieb als sogenannten AIDA-Stellantrieb (APU Inlet Door Actuator).
Weiter betrifft die Erfindung insbesondere eine Luftklappe als ERA-Luftklappe insbesondere am Rumpfboden des Flugzeugs, über die im Bedarfsfall ein Passagierraum mit Luft, zum Beispiel beim Ausfall einer internen Klimaanlage, versorgt werden kann, und einen zugeordneten Stellantrieb als sogenannten ERAIA-Stellantrieb (Emergency Ram Air Inlet Actuator).
Stellantriebe für den vorstehenden Einsatz sind bereits bekannt und weisen eine Gewindespindel und eine Spindelmutter auf, die relativ zueinander verstellbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Flugzeug, insbesondere ein Passagierflugzeug, mit Luftklappen und Stellantrieben so weiterzubilden, dass flugzeugspezifische Anforderungen insbesondere im Hinblick auf die Funktionssicherheit, Materialwahl, Gewichtsreduzierung und Kosteneinsparungen besser erfüllbar sind.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Gemäß Anspruch 1 ist ein Flugzeug, insbesondere ein Passagierflugzeug, mit wenigstens einer Luftklappe in der Flugzeugaußenhaut des Flugzeugaufbaus zur bedarfsweisen Einleitung von Luft in das Flugzeuginnere vorgesehen, wobei die wenigstens eine Luftklappe zwischen einer Geschlossenstellung und einer Offenstellung mittels eines elektromotorisch antreibbaren Stellantriebs verstellbar ist, und wobei der Stellantrieb eine Gewindespindel und eine Spindelmutter aufweist, die relativ zueinander verstellbar sind. Erfindungsgemäß weist die Gewindespindel an einem Spindelende ein Spindelanschlusselement auf, mit dem die Gewindespindel am Flugzeugaufbau oder an der Luftklappe angeschlossen ist. Die auf die Gewindespindel aufgeschraubte Spindelmutter ist elektromotorisch drehantreibbar und in einem Käfiggehäuse aufgenommen.
Mit dem Käfiggehäuse ist ein Spindel-Führungsrohr fest verbunden, in dem die Gewindespindel geführt gehalten ist und, wobei sich das Spindel-Führungsrohr über die Länge einer in das Spindelführungsrohr eingefahrenen Gewindespindel erstreckt.
Im Spindelführungsrohr ist ein Längsführungsprofil enthalten, in dem ein profilangepasstes Gleitelement rotationsfrei verschiebbar ist, das mit dem andere Spindelende, gegenüberliegend zum Spindel-Anschlusselement verdrehfest verbunden ist.
Am freien Ende des Spindelführungsrohr gegenüberliegend zum Käfiggehäuse ist eine Rohr-Anschlussausformung für einen verdrehfesten Anschluss an der Luftklappe oder am Flugzeugaufbau angebracht, dergestalt, dass darüber der statische Lastpfad des Stellantriebs verläuft und Lasten übertragbar sind. Wenn das Spindel-Anschlusselement am Flugzeugaufbau angeschlossen ist, ist die Rohr-Anschlussausformung an der Luftklappe oder umgekehrt angeschlossen.
Die Spindelmutter ist mittels eines Elektromotors gesteuert im Käfiggehäuse drehantreibbar und im Käfiggehäuse beidseitig in Spindelaxialrichtung direkt oder indirekt abgestützt, so dass die Gewindespindel rotationsfrei bezüglich der Spindelmutter ein- und ausfahrbar ist.
Bekannte Flugzeugluftklappen-Stellantriebe verwenden zur Erzeugung der Linearbewegung eine rotierende Gewindespindel mit einer nicht drehenden Spindelmutter, wobei der spindelrotierende Elektromotor achsparallel zur Gewindespindel angeordnet ist. Demgegenüber wird erfindungsgemäß die Linearbewegung im Stellantrieb nach einem grundsätzlich anderen Prinzip erzeugt, indem nicht eine rotierende Gewindespindel in einer nicht drehenden Spindelmutter, sondern eine nicht drehende Gewindespindel in einer rotierenden Spindelmutter bewegt wird. Dieses hier verwendete Linearbewegungsprinzip ermöglicht einen konstruktiven Aufbau des Stellantriebs, der vergleichsweise mit hoher Funktionssicherheit bei leichtgängiger Bewegung mit geringer Geräuschentwicklung kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere ist damit die lineare Spindelführung mittels eines Gleitelements im Spindel-Führungsrohr möglich. Ein besonderer Vorteil besteht zudem darin, dass Reaktionsdrehmomente vom Spindelführungsrohr aufgenommen und abgestützt werden können und die demgegenüber weniger belastbare Gewindespindel im Gegensatz zum Stand der Technik bezüglich Drehmomente reaktionskräftefrei ist.
Ein Stellantrieb mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ist besonders geeignet als sogenannter AIDA-Stellantrieb (APU Inlet Door Actuator) zur Betätigung einer APU-Luftklappe zur Luftversorgung einer Turbine einer sogenannten APU (Auxilliary Power Unit).
Ein weiterer besonders geeigneter und vorteilhafter Einsatz eines Stellantriebs mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ist als sogenannter ERAIA-Stellantrieb (Emergency Ram Air Inlet Actuator) gegeben in Verbindung mit einer ERA-Luftklappe zur bedarfsweisen Luftversorgung eines Passagierraums.
In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung weist die Spindelmutter für einen Drehantrieb am Außenumfang als Schneckenrad eine Schneckenradverzahnung auf. Eine Motorabtriebwelle des Elektromotors ist mit einer Schnecke drehverbunden, die ihrerseits in die Schneckenradverzahnung zum Antrieb der Spindelmutter eingreift. Vorzugsweise ist dabei die Motorabtriebwelle mit der Schnecke senkrecht zur Gewindespindel und zur Gewindemutterachse ausgerichtet. Insbesondere bei Verwendung eines bürstenlosen Elektromotors in Flachläuferbauweise kann damit ein vorteilhaft kleinbauender, effektiv betreibbarer Drehantrieb für die Spindelmutter und damit für den gesamten Stellantrieb realisiert werden, wodurch Konstruktionsfreiräume für geeignete Anordnungen und Montagen geschaffen werden.
In einer bevorzugten konkretisierten Ausbildung ist das Käfiggehäuse mit einem, vorzugsweise quaderförmigen, Außenstrukturteil ausgebildet, wobei die beidseitige Abstützung der Spindelmutter im Käfiggehäuse durch zwei Spindelmutter-Gegenlagerteile erfolgt, die zu beiden Seiten der Spindelmutter in das Käfiggehäuse eingesetzt sind und die an in Spindelachsrichtung gegenüberliegenden Abstütz-Strukturwänden des Außenstrukturteils zur Abstützung von Spindelmutter-Seitenkräften anliegen. Die Spindelmutter-Gegenlagerteile und die Abstütz-Strukturwände weisen dabei Durchgangsöffnungen für die Gewindespindel auf.
Zwischen den Spindelmutter-Gegenlagerteilen und der Spindelmutter können noch Scheibenlager als Beilagscheiben angeordnet sein.
Anstelle von Stahlkugellagern oder Stahlnadellagern werden Gleitlager aus Kunststoff verwendet, indem sowohl die Spindellager als auch die Spindelmutter-Gegenlagerteile und gegebenenfalls Scheibenlager aus Kunststoff hergestellt sind, wodurch einerseits eine gute Leichtgängigkeit in Verbindung mit einer Wartungsfreiheit bei geringer Geräuschentwicklung erreicht wird. Insbesondere treten vorteilhaft auch bei einer zeitlich längeren Nichtbetätigung und/oder Ersatzteilhaltung des beanspruchten Stellantriebs keine korrosionsbedingten Probleme mit Schwergängigkeit oder Blockade auf.
Die mit der Motorabtriebswelle verbundene, zur Kämmung mit der Schneckenradverzahnung der Spindelmutter in das Käfiggehäuse ragende Schnecke wird vorteilhaft mittels in Radialrichtung beidseitig in das Käfiggehäuse eingesetzten und fixierten Schnecken-Gegenlagerteilen gelagert, die die Schnecke an endseitig zylindrisch gestalteten Schneckenendbereichen miteinander zugeordneten Lagerhalbschalen umschließen und lagern. Auch hier sollen mit den gleichen vorstehend bei der Spindellagerung aufgezeigten Vorteilen die Schneckenlagerteile aus Kunststoff gefertigt sein. Konkret soll dabei ein Schneckengegenlagerteil als Lagerbock ausgebildet sein, der an gegenüberliegenden Lagernbockholmen Lagerhalbschalen-Ausformungen zur Einlage der beiden gegenüberliegenden zylindrischen Schneckenendbereiche aufweist, wobei der Lagerbock vorzugsweise durch eine offene Käfiggehäusewand in das Käfiggehäuse einsetzbar ist, die im fertig montierten Zustand durch eine Gehäuseabdeckung verschließbar ist.
Ein zweites zugeordnetes und U-förmig ausgebildetes Schnecken-Gegenlagerteil übergreift mit seinen U-Schenkeln die Spindelmutter, wobei an den U-Schenkel-Kanten Lagerhalbschalen-Ausformungen angebracht sind, die im montierten Zustand zusammen mit den zugeordneten Lagerhalbschalen-Ausformungen am Lagerbock die zylindrischen Schneckenendbereiche umschließen und lagern.
Vorzugsweise ist das U-förmige Schneckengegenlagerteil einteilig zusammen mit einem stirnseitigen Spindelmutter-Gegenlagerteil ausgebildet, wobei vorzugsweise das U-förmige Schnecken-Gegenlagerteil durch eine dem Lagerbock gegenüberliegende offene Käfiggehäusewand in das Käfiggehäuse einsetzbar ist und die U-Basis als Abdeckung für diese Käfiggehäusewand ausgebildet ist.
Die relativ komplizierte Gestalt der verwendeten Lagerteile kann vorteilhaft in Kunststoffspritztechnik oder Kunststoff 3D-Druck einfach und kostengünstig hergestellt werden.
In einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung kann die Schnecke mit einem Schneckenendbereich durch eine Öffnung in einer Strukturwand aus dem Käfiggehäuse in ein ein- oder mehrteiliges, mit dem Käfiggehäuse verbundenes Motoradapterteil ragen. Über dieses Motoradapterteil ist der Elektromotor mit dem Käfiggehäuse fest verbunden, wobei die Schnecke mit ihrem Schneckenendbereich mit der Motorabtriebswelle koaxial und verdehfest im Motoradapterteil, vorzugsweise mit einer Aufpressverbindung verbunden ist.
Zudem soll an dem aus dem Spindel-Führungsrohr ragenden Spindelende als Spindel-Anschlusselement ein Gabelkopf angebracht sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind das Käfiggehäuse als Außenstrukturteil, die Gewindespindel und das Spindel-Führungsrohr aus Metall hergestellt, so dass der Kraftverlauf im Wesentlichen über hochbelastbare Metallteile insbesondere als metallisches Außen-Skelett verläuft, wobei jedoch die unbewegten Gegenlager der Gewindespindel, der Spindelmutter und der Schnecke sowie die Spindelmutter und gegebenenfalls ein Gehäuseadapterteil sowie Gehäuseabdeckungen aus Kunststoff herstellbar.
Die Übersetzung Spindelmutter zu Gewindespindel wird vorzugsweise selbsthemmend ausgeführt.
Das Spindel-Führungsrohr wird vorzugsweise aus Leichtmetall insbesondere als Abschnitt eines Leichtmetall-Strangpressteils hergestellt mit einem inneren, zentralen Längsführungsprofil zur verschiebbaren, rotationsfreien Aufnahme des profilangepassten Gleitelements sowie der damit verdrehfest verbunden Gewindespindel. Längsprofile und Längsführungsnuten sind bei einem Strangpressteil einfach herstellbar.
Das zentrale Längsführungsprofil kann prinzipiell beliebige Durchmesserformen aufweisen, die eine verdrehfeste Gleitbewegung des Gleitelements zulassen, so dass lediglich ein Kreisdurchmesser nicht zulässig ist. Einfach und mit guten Abstützfunktionen gegen Verdrehungen kann das Längsführungsprofil einen quadratischen Innendurchmesser und entsprechend das Gleitelement einen quadratischen angepassten Außendurchmesser aufweisen.
Für weitere Anbauten und Ergänzungen kann das Spindel-Führungsrohr zudem an der Außenwand wenigstens eine, bevorzugt mehrere, am Umfang versetzte Längsführungsnuten mit Hinterschneidungen zur Halterung und gegebenenfalls Längsverschiebung von Anbauteilen aufweisen.
Für eine besonders knick- und verwindungssteife Ausführung des Spindel-Führungsrohrs kann zwischen der Außenwand des Spindelführungsrohrs und der Wand des Längsführungsprofils wenigstens ein Längszwischenraum gebildet sein, wobei die Außenwand des Spindelführungsrohrs und die Wand des Längsführungsprofils über Längsstegwände verbunden sind.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist im Anschlussbereich zwischen Käfiggehäuse und Spindel-Führungsrohr ein erster elektrischer Endschalter angeordnet, der vorzugsweise in einer Längsführungsnut gegebenenfalls verschiebbar gehalten sein kann. Der Endschalter taucht mit einem Schaltbügel in das Längsführungsprofil ein und ist mit dem Gleitelement bei Berührung des Schaltbügels zur Signalisierung der ausgefahrenen Gewindespindel betätigbar. Ein zweiter elektrischer Endschalter ist entsprechend am gegenüberliegenden Ende des Spindel-Führungsrohr gegebenenfalls verschiebbar angeordnet zur Signalisierung des eingefahrenen Zustands der Gewindespindel. Grundsätzlich können zur Signalisierung und Steuerung auch noch weitere Endschalter an Zwischenwegpositionen angeordnet sein.
Im Weiteren wird eine besonders bevorzugte Ausbildung des Rohr-Anschlusses am freien Spindelrohrende erläutert. Grundsätzlich kann dieses freie Spindelrohrende für Anschlussmöglichkeiten Querbohrungen oder gabelförmige Ausformungen oder Anschlusslaschen, etc. aufweisen. Besonders bevorzugt soll jedoch ein U-förmiger metallischer Anschlussbügel verwendet werden, der mit seinen U-Schenkeln mit dem Spindel-Führungsrohr fest verbunden ist. Vorzugsweise können die U-Schenkel mit Teilendbereichen in gegenüberliegende Längsführungsnuten eingreifen, um in dortige Ausnehmungen mit Schenkelenden-Rastelementen einrasten, dergestalt dass zwischen einer bogenförmigen U-Basis und dem Ende des Spindel-Führungsrohr ein Aufnahmeauge ausgebildet ist. In dieses Aufnahmeauge ist ein relativ steifer Kunststoffkörper ortsfest eingesetzt, der mit einer zentralen Querbohrung zur Aufnahme eines Anschlussbolzens, insbesondere eines Schraubenbolzens versehen ist. Damit verläuft der wesentliche Kraftverlauf im Sinne eines metallischen Außen-Skeletts auch über den metallischen Anschlussbügel. Der Kunststoffkörper erlaubt einen Ausgleich von Fluchtungsfehlern durch elastische Verformung sowie gegebenenfalls einen rotatorischen Freiheitsgrad durch ein Scharniergelenk.
Mit dem Spindelführungsrohr kann zudem insbesondere in einer Längsführungsnut eine Steuerungsbox verbunden sein, in der Anschlusselemente und Steuerelemente enthalten sind und mit der eine elektrische Leitung mit einem Anschlussstecker verbunden ist.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen weiter erläutert.
Es zeigen:

1 ein Flugzeug mit Einbauposition einer APU-Luftklappe,
2 einen Längsschnitt durch eine APU-Luftklappe,
3 ein Flugzeug mit Einbauposition einer ERA-Luftklappe,
4 einen Längsschnitt durch eine ERA-Luftklappe,
5 eine Seitenansicht eines fertig montierten Stellantriebs als AIDA-Stellantrieb oder ERAIA-Stellantrieb,
6 einen Längsschnitt entlang der Linie A-A aus 5,
7 einen Querschnitt entlang der Linie B-B aus 6,
8 bis 10 drei perspektivische Ansichten des fertig montierten Stellantriebs entsprechend 5 mit unterschiedlichen Anschlusszuständen,
11 eine perspektivische Ansicht des Linearantriebs als Bauteil des Stellantriebs,
12 eine Gewindespindel mit aufgesetzter Spindelmutter des Linearantriebs,
13 die Anordnung nach 12 mit ergänztem elektromotorischen Schneckenantrieb,
14 einen Längsschnitt des Linearantriebs nach 11 im Bereich des Käfiggehäuses,
15 einen Querschnitt im Bereich des Käfiggehäuses,
16 eine perspektivische Ansicht eines fertig montierten Käfiggehäuses,
17 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Linearantriebs.

In 1 ist ein Passagierflugzeug 1 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt, wobei mit einem Kreis die Lage einer Luftklappe als sogenannte APU-Luftklappe 2 im Flugzeugheckbereich eingezeichnet ist. Die APU-Luftklappe 2 kann bedarfsweise zur Luftversorgung der Turbine einer sogenannten APU (Auxilliary Power Unit) geöffnet werden.
In 2 ist ein schematischer Längsschnitt die Anordnung einer APU-Luftklappe 2 gezeigt. Die APU-Luftklappe 2 ist in der Geschlossenstellung bündig mit der Flugzeugaußenhaut und kann mittels eines Stellantriebs 3, eines sogenannten AIDA-Stellantriebs (APU Inlet Door Actuator) nach innen in eine geöffnete Position (2a) verschwenkt werden, wodurch Luft (Pfeil 4) in das Flugzeuginnere gelenkt wird.
In 3 ist wieder das Passagierflugzeug 1 schematisch dargestellt, wobei mit einem Kreis die Position einer sogenannten ERA-Luftklappe am Rumpfboden des Passagierflugzeugs 1 eingezeichnet ist, über die im Bedarfsfall ein Passagierraum mit Luft versorgt werden kann.
In 4 ist schematisch die Anordnung einer ERA-Luftklappe 5 im Längsschnitt in der Geschlossenstellung dargestellt. Ersichtlich besteht die ERA-Luftklappe 5 aus einem Kanalteil, das mit einer (unteren) Kanalwand in der Geschlossenstellung zur Flugzeugaußenhaut hin fluchtend abschließt. Die ERA-Luftklappe 5 kann mit einem schematisch dargestellten Stellantrieb 3 als sogenanntem ERAIA-Stellantrieb (Emergency Ram Air Inlet Actuator) nach außen (5a) aufgeschwenkt werden, wodurch Luft (Pfeil 6) im Bedarfsfall über ein Rohrleitungssystem 7 in einen Passagierraum des Passagierflugzeugs 1 geleitet werden kann.
In 5 ist in einer Seitenansicht ein fertig montierter Stellantrieb 3 dargestellt, der gegebenenfalls mit Anschlussmodifikationen und Dimensionierungsanpassungen bei sonst prinzipiell gleichem Aufbau und gleicher Funktion sowohl als AIDA-Stellantrieb und als ERAIA-Stellantrieb eingesetzt werden kann.
Der Stellantrieb 3 ist als Spindelantrieb ausgebildet mit einer Gewindespindel 17 mit einem endseitigen Gabelkopf 18, die in einem Spindel-Führungsrohr 8 mittels eines Linearantriebs 15 aus- und einfahrbar ist. Der Linearantrieb 15 wird anhand der 11 bis 17 detailliert dargestellt und erläutert.
Mit dem Spindel-Führungsrohr 8 ist eine Steuerungsbox 9 verbunden, in der Anschlusselemente und Steuerelemente enthalten sind, an die eine elektrische Leitung 10 mit endseitigem Anschlussstecker angeschlossen ist.
In 6 ist ein Längsschnitt entlang der Linie A-A von 5 durch den Stellantrieb 3 dargestellt. 7 zeigt einen Querschnitt durch das Spindel-Führungsrohr 8 entlang der Linie B-B in 6.
Das Spindel-Führungsrohr 8 ist ein Leichtmetall-Strangpressteil mit einem inneren zentralen Längsführungsprofil 11 mit einem quadratischen Innendurchmesser, in dem ein Gleitelement 12 mit angepasstem, quadratischem Außendurchmesser linear verschiebbar aufgenommen ist. Das Gleitelement 12 ist rotationsfrei im Längsführungsprofil 11 verschiebbar und verdrehfest mit einem Spindelende gegenüberliegend zum Gabelkopfende 18 verbunden.
An der Außenwand des Spindel-Führungsrohrs 8 sind mehrere am Umfang versetzte Längsführungsnuten 14 mit Hinterschneidungen ausgebildet, in denen Anbauteile, beispielsweise die Steuerungsbox 9 oder Endschalter 16, 19, verankert und gegebenenfalls verschiebbar gehalten sein können.
In 6 sind dazu konkret zwei verschiebbare Endschalter 16, 19 in radial gegenüberliegenden Längsführungsnuten 14 verschiebbar angeordnet, die in nach außen abdichtenden Kunststoffkissen 21 aufgenommen sind und mittels Klemmschrauben 46 in einer Verschiebeposition fixierbar sind. Mit den Endschaltern 16, 19 sind zwei Positionen der Gewindespindel 17 detektierbar, insbesondere eine ganz eingefahrene und ganz ausgefahrene Position. Gegebenenfalls können durch weitere Endschalter auch zusätzliche Spindelpositionen detektiert werden. Die Endschalter 16, 19 werden mit dem Gleitelement 12 über Schaltbügel 47 betätigt, die in das Längsführungsprofil 11 eintauchen. In 7 ist der obere Endschalter 16 beispielhaft an das linke Ende des Spindel-Führungsrohr 8 hin verschoben dargestellt.
Am freien (linken) Ende des Spindel-Führungsrohrs 8 ist in 5 ein (in 6 weggelassener) metallischer, U-förmiger Anschlussbügel 48 gezeigt. Der Anschlussbügel 48 greift mit seinen U-Schenkel 49a, 49b in gegenüberliegende Längsführungsnuten 14 ein und ist in dortige Ausnehmungen mit Schenkelenden-Rastelementen 50a, 50b eingerastet dergestalt, dass zwischen einer bogenförmigen U-Basis des Anschlussbügels 48 und dem Ende des Spindelführungsrohrs 8 ein Aufnahmeauge 51 gebildet ist. In das Aufnahmeauge 51 ist ein relativ steifer Kunststoffkörper 52 eingesetzt mit einer zentralen Querbohrung zur Aufnahme eines Anschlussbolzens 53 (10). Im Kunststoffkörper 52 kann, wie insbesondere aus 9 ersichtlich, mit einem separaten Innenteil mit Stegen und Führungsnuten ein Scharniergelenk gebildet sein für einen rotatorischen Freiheitsgrad, wodurch gegebenenfalls sphärische Gelenke eingespart werden können.
Das metallische Spindel-Führungsrohr 8 bildet zusammen mit dem Anschlussbügel 48 ein metallischen Außen-Skelett, mit dem hohe Kräfte abstützbar sind.
In den 8, 9 und 10 sind jeweils perspektivische Ansichten eines fertig montierten Stellantriebs 3 gezeigt. In 10 ist zudem ein Teil eines gabelförmigen Anschlusselements 54 einer (nicht dargestellten) Luftklappe gezeigt, das den Anschlussbügel 48 des Stellantriebs 3 übergreift, und das mit dem Anschlussbolzen 53 verbunden ist.
In 11 ist der Linearantrieb 15 perspektivisch gezeigt mit einer Gewindespindel 17 aus Stahl mit einem Trapezgewinde. Die Gewindespindel 17 ist durch ein Käfiggehäuse 20 geführt. Am Käfiggehäuse 20 ist über ein Motoradapterteil 22 ein Elektromotor 23 als bürstenloser Motor in Flachläuferbauweise angeschlossen. In 12 ist wieder die Gewindespindel 17 dargestellt mit einer aufgesetzten Spindelmutter 24, die im Käfiggehäuse 20 aufgenommen ist, mit einem der Gewindespindel 17 zugeordneten Innengewinde 25 und einer Schneckenradverzahnung 26 am Außenumfang, so dass die Spindelmutter 24 zudem die Funktion eines Schneckenrads aufweist.
In 13 ist wieder die Gewindespindel 17 mit der Spindelmutter 24 entsprechend 12 dargestellt und zusätzlich der Elektromotor 23 mit seiner Abtriebwelle 27 gezeigt, die koaxial über eine Pressverbindung mit einer Schnecke 28 verbunden ist, die mit ihrer Verzahnung in die Schneckenradverzahnung 26 der Spindelmutter 24 für einen Drehantrieb eingreift.
Im Längsschnitt nach 14 ist die Lagerung und Abstützung der Spindelmutter 24 dargestellt, wobei das beispielsweise aus 17 ersichtliche metallische Außenstrukturteil 29 des Käfiggehäuses 20 in 14 noch weggelassen ist. Eine beidseitige Abstützung der Spindelmutter 24 im Käfiggehäuse 20 erfolgt durch zwei Spindelmuttergegenlagerteile 30, 31, die zu beiden Seiten der Spindelmutter 24 in das Käfiggehäuse 20 bzw. in das Außenstrukturteil 29 eingesetzt sind und die jeweils in Achsrichtung der Gewindespindel 17 an gegenüberliegenden Abstütz-Strukturwänden des Käfiggehäuses 20 bzw. des Außenstrukturteils 29 zur Abstützung von Spindelmutterseitenkräften anliegen (siehe 16, 17), wobei die Spindelmutter-Gegenlagerteile 30, 31 ebenso wie die Abstützstrukturwände Durchgangsöffnungen für die Gewindespindel 17 aufweisen. Zwischen den Spindelmutter-Gegenlagerteilen 30, 31 und der Spindelmutter 24 sind Scheibenlager 32, 33 als Beilagscheiben angeordnet. Zudem ist in 14 ein Querschnitt durch die Schnecke 28 ersichtlich mit ihrem Eingriff in die Spindelmutter 24.
In 15 ist ein Querschnitt durch das Käfiggehäuse 20 im Bereich der Schnecke 28 dargestellt, wobei schematisch das Außenstrukturteil 29 sowie die Spindelmutter 24 und die Gewindespindel 17 dargestellt sind. Die Schnecke 28 weist für eine Lagerung jeweils einen zylindrischen Endbereich 34, 35 auf, der an einem Endbereich in eine Anschlussbuchse 36 für eine Pressverbindung mit der Motorabtriebswelle 27 übergeht. Die Schnecke 28 ist mit ihren zylindrischen Endbereichen 34, 35 durch Öffnungen des Käfiggehäuses 20 bzw. des Außenstrukturteils 29 geführt.
Die genaue Schneckenlagerung im Käfiggehäuse 20 wird anhand der 17 näher erläutert:

Die Lagerung erfolgt mittels in Radialrichtung beidseitig in das Käfiggehäuse 20 bzw. in dessen Außenstrukturteil 29 eingesetzte und fixierte Schnecken-Gegenlagerteile 38, 39, die die Schnecke 28 an den zylindrischen Schneckenendbereichen 34, 35 mit zugeordneten Lagerhalbschalen 40, 41 umschließen.

Dabei ist ein Schnecken-Gegenlagerteil 39 als Lagerbock ausgebildet, der an gegenüberliegenden Lagerbockholmen die Ausformungen der Lagerhalbschalen 41 zur Einlage der beiden gegenüberliegenden zylindrischen Schneckenendbereiche 34, 35 aufweist. Das Schnecken-Gegenlagerteil 39 als Lagerbock ist durch eine offene Käfiggehäusewand (hier von unten) in das Käfiggehäuse 20 bzw. das Außenstrukturteil 29 einsetzbar, wobei diese Gehäusewand im fertig montierten Zustand durch eine Gehäuseabdeckung 42 verschließbar ist. Ein zweites zugeordnetes und U-förmig ausgebildetes Schnecken-Gegenlagerteil 38 übergreift mit seinen U-Schenkeln 43 die Spindelmutter 24, wobei an den U-Schenkelkanten Ausformungen für die Lagerhalbschalen 40 angebracht sind, die zusammen mit den Lagerhalbschalen 41 am Lagerbock 39 die zylindrischen Schneckenendbereiche 34, 35 umschließen und lagern.
Das U-förmige Schnecken-Gegenlagerteil 38 ist hier einteilig zusammen mit dem Spindelmutter-Gegenlagerteil 31 ausgebildet und durch eine offene Käfiggehäusewand (hier von oben) in das Käfiggehäuse 20 bzw. das Außenstrukturteil 29 eingesetzt, wobei die U-Basis 44 als Abdeckung für die Käfiggehäusewand ausgebildet ist, wie dies auch aus 16 ersichtlich ist.
In 16 ist das Käfiggehäuse 20 mit den Spindelmutter-Gegenlagerteilen 30, 31 als Kunststoffteile perspektivisch dargestellt, die von dem strichliert eingezeichneten Außenstrukturteil 29 umfasst sind. Am Außenstrukturteil ist zudem ein Motoradapterteil 45 eingeklipst, wie dies auch aus der Explosionsdarstellung nach 17 entnommen werden kann. Mit dem Motoradapterteil 45 wird einerseits der Elektromotor 23 am Käfiggehäuse 20 befestigt und zudem ist darin die Verbindung zwischen der Motorabtriebwelle 27 und der Schnecke 28 bzw. deren Anschlussbuchse 36 aufgenommen.
Der in den 11 bis 17 dargestellte Stellantrieb 15 hat folgende Funktion: Bei einer Drehung der beidseitig abgestützten Spindelmutter 24 im Käfiggehäuse 20 wird die rotationsfreie Gewindespindel 17 je nach Drehrichtung der Spindelmutter 24 aus dem Käfiggehäuse 20 ausgefahren oder durch das Käfiggehäuse 20 eingefahren.
Bezugszeichenliste

1: Passagierflugzeug
2: APU-Luftklappe
3: Stellantrieb
4: Pfeil
5: ERA-Luftklappe
6: Pfeil
7: Rohrleitungssystem
8: Spindel-Führungsrohr
9: Steuerungsbox
10: elektrische Leitung
11: Längsführungsprofil
12: Gleitelement
14: Längsführungsnut
15: Linearantrieb
16: Endschalter
17: Gewindespindel
18: Gabelkopf
19: Endschalter
20: Käfiggehäuse
21: Kunststoffkissen
22: Motoradapterteil
23: Elektromotor
24: Spindelmutter
25: Innengewinde
26: Schneckenradverzahnung
27: Abtriebwelle
28: Schnecke
29: Außenstrukturteil
30: Spindelmutter-Gegenlagerteil
31: Spindelmutter-Gegenlagerteil
32: Scheibenlager
33: Scheibenlager
34: Endbereich zylindrisch
35: Endbereich zylindrisch
36: Anschlussbuchse
37: Öffnung
38: Schnecken-Gegenlagerteil
39: Schnecken-Gegenlagerteil
40: Lagerhalbschalen
41: Lagerhalbschalen
42: Gehäuseabdeckung
43: U-Schenkel
44: U-Basis
45: Motoradapter
46: Klemmschraube
47: Schaltbügel
48: Anschlussbügel
49a, b: U-Schenkel
50a, b: Schenkelenden-Rastelemente
51: Aufnahmeauge
52: Kunststoffkörper
53: Anschlussbolzen
54: Anschlusselement
55: Längsstegwände

Claims

Flugzeug, insbesondere Passagierflugzeug, mit wenigstens einer Luftklappe (2; 5) in der Flugzeugaußenhaut des Flugzeugaufbaus zur bedarfsweisen Einleitung von Luft in das Flugzeuginnere, wobei die wenigstens eine Luftklappe (2; 5) zwischen einer Geschlossenstellung und einer Offenstellung mittels eines elektromotorisch antreibbaren Stellantriebs (3) verstellbar ist, und wobei der Stellantrieb (3) eine Gewindespindel (17) und eine Spindelmutter (24) aufweist, die relativ zueinander verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (17) an einem Spindelende ein Spindel-Anschlusselement (18) aufweist, mit dem die Gewindespindel (17) am Flugzeugaufbau oder an der Luftklappe (2; 5) angeschlossen ist, dass die auf die Gewindespindel (17) aufgeschraubte Spindelmutter (24) elektromotorisch drehantreibbar und in einem Käfiggehäuse (20) aufgenommen ist, dass mit dem Käfiggehäuse (20) ein Spindel-Führungsrohr (8) fest verbunden ist, in dem die Gewindespindel (24) geführt gehalten ist und das sich in Spindellängsrichtung über die Länge einer in das Spindel-Führungsrohr (8) eingefahrenen Gewindespindel (17) erstreckt, dass im Spindel-Führungsrohr (8) ein Längsführungsprofil (11) enthalten ist, in dem ein profilangepasstes Gleitelement (12) rotationsfrei verschiebbar ist, das mit dem anderen Spindelende, gegenüberliegend zum Spindel-Anschlusselement (18), verdrehfest verbunden ist, dass am freien Ende des Spindel-Führungsrohrs (8) gegenüberliegend zum Käfiggehäuse (20) eine Rohr-Anschlussausformung (48) für einen verdrehfesten Anschluss des Spindel-Führungsrohrs (8) an der Luftklappe (2; 5) oder am Flugzeugaufbau angebracht ist, dergestalt dass darüber Reaktions-Drehmomente abstützbar sind, dass die Spindelmutter (24) mittels eines Elektromotors (23) gesteuert im Käfiggehäuse (20) drehantreibbar ist und im Käfiggehäuse (20) beidseitig in Spindelaxialrichtung direkt oder indirekt abgestützt ist, so dass die Gewindespindel (17) rotationsfrei bezüglich der Spindelmutter (24) ein- und ausfahrbar ist.
Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Luftklappe eine APU-Luftklappe (2) im Heckbereich des Flugzeugs (1) ist, um eine Turbine einer sogenannten APU (Auxilliary Power Unit) mit Luft zu versorgen, und dass der Stellantrieb (3) ein sogenanntes AIDA-Stellantrieb (APU Inlet Door Actuator) ist.
Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Luftklappe eine ERA-Luftklappe (5) am Rumpfboden des Flugzeugs (1) ist, um im Bedarfsfall einen Passagierraum mit Luft zu versorgen, und dass der Stellantrieb (3) ein sogenanntes ERAIA-Stellantrieb (Emergency Ram Air Inlet Actuator) ist.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (24) für einen Drehantrieb am Außenumfang als Schneckenrad eine Schneckenradverzahnung (26) aufweist, und dass eine Motorabtriebwelle (27) des Elektromotors (23) mit einer Schnecke (28) drehverbunden ist, die in die Schneckenradverzahnung (26) zum Antrieb der Spindelmutter (24) eingreift, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Motorabtriebwelle (27) mit der Schnecke (28) senkrecht zur Gewindespindel (17) und Spindelmutterachse ausgerichtet ist.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfiggehäuse (20) mit einem, vorzugsweise quaderförmigen, Außenstrukturteil (29) ausgebildet ist, dass die beidseitige Abstützung der Spindelmutter (24) im Käfiggehäuse (20) durch zwei Spindelmutter-Gegenlagerteile (30, 31) erfolgt, die zu beiden Seiten der Spindelmutter (24) in das Außenstrukturteil (29) des Käfiggehäuses (20) eingesetzt sind und die an in Spindelachsrichtung gegenüberliegenden Abstütz-Strukturwänden des Außenstrukturteils (29) zur Abstützung von Spindelmutter-Seitenkräften anliegen, wobei die Spindelmutter-Gegenlagerteile (30, 31) und die Abstütz-Strukturwände Durchgangsöffnungen für die Gewindespindel (17) aufweisen, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass zwischen den Spindelmutter-Gegenlagerteilen (30, 31) und der Spindelmutter (24) Scheibenlager (32, 33) als Beilagscheiben angeordnet sind.
Flugzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke (28) im Käfiggehäuse (20) mittels in Radialrichtung beidseitig in das Käfiggehäuse (20) eingesetzten und fixierten Schnecken-Gegenlagerteilen (38, 39) gelagert ist, die die Schnecke (28) an endseitig zylindrisch gestalteten Schneckenendbereichen (34, 35) mit zugeordneten Lagerhalbschalen (40, 41) umschließen und lagern, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass ein Schnecken-Gegenlagerteil (39) als Lagerbock ausgebildet ist, der an gegenüberliegenden Lagerbock-Holmen Lagerhalbschalen-Ausformungen (41) zur Einlage der beiden gegenüberliegenden zylindrischen Schneckenendbereiche (35, 36) aufweist und, vorzugsweise durch eine offene Käfiggehäusewand, in das Käfiggehäuse (20) einsetzbar ist, die durch eine Gehäuseabdeckung (42) verschließbar ist.
Flugzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites zugeordnetes und U-förmig ausgebildetes Schnecken-Gegenlagerteil (38) mit seinen U-Schenkeln (43) die Spindelmutter (24) übergreifen und an den U-Schenkelkanten Lagerhalbschalen-Ausformungen (40) angebracht sind, die im montierten Zustand zusammen mit zugeordneten Lagerhalbschalen-Ausformungen (41) am Lagerbock (39) die zylindrischen Schneckenendbereiche (34, 35) umschließen und lagern, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das U-förmige Schnecken-Gegenlagerteil (38) einteilig zusammen mit einem stirnseitigen Spindelmutter-Gegenlagerteil (319 ausgebildet ist und/oder durch eine dem Lagerbock (39) gegenüberliegende offene Käfiggehäusewand (20) einsetzbar ist und die U-Basis (44) als Abdeckung für diese Käfiggehäusewand ausgebildet ist.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke (28) mit einem Schneckenendbereich (36) durch eine Öffnung (37) in einer Strukturwand aus dem Käfiggehäuse (20) in ein ein- oder mehrteiliges, mit dem Käfiggehäuse (20) verbundenes Motoradapterteil (45) ragt, mit dem der Elektromotor (23) mit dem Käfiggehäuse (20) fest verbunden ist und in dem eine Motorabtriebwelle (27) koaxial und verdrehfest mit dem Schneckenendbereich (36) verbunden ist.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spindel-Anschlusselement ein Gabelkopf (18) ist.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenstrukturteil (29) des Käfiggehäuses (20), die Gewindespindel (17) und das Spindel-Führungsrohr (8) aus Metall hergestellt sind, und dass die unbewegten Gegenlager der Gewindespindel (17), der Spindelmutter (24) und der Schnecke (28), sowie die Spindelmutter (24) und gegebenenfalls ein Motoradapterteil (45) und Gehäuseabdeckungen (42, 44) aus Kunststoff hergestellt sind.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (23) ein bürstenloser Motor in Flachläuferbauweise ist und/oder dass die Gewindespindelübersetzung des Stellantriebs (15) selbsthemmend ausgebildet ist.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Spindel-Führungsrohr (8) aus Leichtmetall, vorzugsweise als Abschnitt eines Leichtmetall-Strangpressteils hergestellt ist mit einem inneren zentralen Längsführungsprofil (11) zur verschiebbaren, rotationsfreien Aufnahme des profilangepassten Gleitelements (12) und der damit verdrehfest verbundenen Gewindespindel (17), wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das Längsführungsprofil (11) einen quadratischen Innendurchmesser und das Gleitelement (12) einen quadratisch angepassten Außendurchmesser aufweist.
Flugzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenwand des Spindel-Führungsrohrs (8) wenigstens eine, bevorzugt mehrere am Umfang versetzte, Längsführungsnut(en) (14) mit Hinterschneidungen ausgebildet ist bzw. sind und/oder dass zwischen der Außenwand des Spindel-Führungsrohrs (8) und der Wand des Längsführungsprofils (11) wenigstens ein Längszwischenraum gebildet ist, in dem verbindende Längsstegwände (55) angeordnet sind.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere im Anschlussbereich zwischen Käfiggehäuse (20) und Spindel-Führungsrohr (8), ein erster elektrischer Endschalter (16) angeordnet ist, vorzugsweise in einer Längsführungsnut (14) gegebenenfalls verschiebbar gehalten ist, der mit einem Schaltbügel in das Längsführungsprofil (11) eintaucht und mit dem Gleitelement (12) zur Signalisierung der ausgefahrenen Gewindespindel (17) betätigbar ist, und dass ein zweiter elektrischer Endschalter (19) entsprechend am gegenüberliegenden Ende des Spindel-Führungsrohrs (8) gegebenenfalls verschiebbar angeordnet ist zur Signalisierung des eingefahrenen Zustands der Gewindespindel (17).
Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohr-Anschlussausformung als U-förmiger metallischer Anschlussbügel (48) ausgebildet ist, der mit den U-Schenkeln (49a, 49b) mit dem Spindel-Führungsrohr (8) fest verbunden ist, vorzugsweise in gegenüberliegende Längsführungsnuten (14) eingesteckt und in dortige Ausnehmungen mit Schenkelenden-Rastelementen (50a, 50b) eingerastet ist, dergestalt dass zwischen einer bogenförmigen U-Basis und dem Ende des Spindel-Führungsrohrs (8) ein Aufnahmeauge (51) gebildet ist, und dass in das Aufnahmeauge (51) ein flexibler Kunststoffkörper (52), gegebenenfalls mit einem Scharniergelenk, ortsfest eingesetzt ist mit einer zentralen Querbohrung zur Aufnahme eines Anschlussbozens (53), insbesondere eines Schraubenbolzens.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Spindel-Führungsrohr (8) eine Steuerungs-Box (9) in einer Längsführungsnut (14) verbunden ist, in der Anschlusselemente und Steuerelemente enthalten sind und mit der eine elektrische Leitung (10) mit einem Anschlussstecker verbunden ist.