DE1024804B

DE1024804B - Hydraulischer Klappenantrieb, insbesondere fuer Flugzeuge

Info

Publication number: DE1024804B
Application number: DEH28125A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Siegfried Guenter; Karl Schwaerzler; Alfred Thies
Original assignee: Ernst Heinkel Fahrzeugbau G M
Current assignee: Ernst Heinkel Fahrzeugbau G M
Priority date: 1956-09-18
Filing date: 1956-09-18
Publication date: 1958-02-20

Description

Hydraulischer Klappenantrieb, insbesondere für Flugzeuge Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Klappenantrieb, insbesondere für Flugzeuge. Hierbei sollen unter Klappen insbesondere die Höhen-, Seiten- und Querruder verstanden werden, außerdem jede Art von anderen Klappen, auch solche, die keine Steuerungsaufgaben zu erfüllen haben, wie z. B. Fahrwerks- und Bombenklappen, Landeklappen, Nasenklappen u. dgl.
Bei schnellen Flugzeugen werden für die Betätigung der Ruder und gegebenenfalls auch der anderen Klappen sehr hohe Antriebskräfte gefordert. Es ist nicht mehr möglich, ein Überschallflugzeug ohne Kraftsteuerung zu lenken. Wenn ein solches Flugzeug kein besonderes Höhenleitwerk am Rumpfende besitzt, verlangt die Aussteuerung um die Querachse derart starke Servomotoren, daß der räumliche Umfang und der Energieverbrauch dieser Motoren zum Problem geworden sind.
Die Kraftsteuerung wird zur Zeit überwiegend mittels Elektromotoren oder hydraulischer Einrichtungen ausgeführt. Jedoch haben die Elektromotoren für große Ruderantriebskräfte zu kleine Leistungen, wodurch umständliche Schneckenübertragungen erforderlich werden. Die bekannten hydraulischen Einrichtungen übertragen den Lenkungsimpuls des Antriebszylinders über Hebelsysteme, die viel Platz erfordern und die insbesondere quer auf der Klappenachse Ausbauten notwendig machen, die einen zusätzlichen Luftwiderstand und damit Geschwindigkeitsverluste ergeben.
Es sind bereits Versuche gemacht, eine hydraulische Servoeinrichtung entlang der Klappenachse anzuordnen, so daß auf Ausbauten verzichtet werden kann. Jedoch sind diese Versuche insoweit nicht erfolgreich gewesen, weil es nicht gelungen ist, auf diesem Wege genügend große Kräfte zu übertragen.
Die Erfindung hat zum Ziel, die Servoeinrichtung unmittelbar um die Klappenachse derart unterzubringen, daß alle Teile innerhalb, der aerodynamisch bedingten Umrißformen untergebracht werden, indem das Scharnier für die Klappe als Servoeinrichtung ausgebildet wird. Ferner soll die Einrichtung eine übertragung sehr großer Kräfte ermöglichen, und zwar derart, daß die Kraft und Geschwindigkeit der Betätigung dem jeweils auftretenden Widerstand und der gewünschten Drehgeschwindigkeit angepaßt werden.
Gemäß der Erfindung besteht das Scharnier aus drei längs einer gemeinsamen Achse druckdicht aneinanderliegenden Zylindern mit ebenfalls druckdicht abgedichteten freien Enden und aus einem mittels hydraulischer Kraft verschiebbaren Kolben, der mit den beiden äußeren Zylindern über wendelförmige Längskeile und entsprechende Führungsnuten und mit dem mittleren Zylinder über gerade Steuerkeile zusammenarbeitet, so daß eine längsachsige Bewegung des Kolbens eine Drehung des Kolbens und damit des mittleren Zylinders im Verhältnis zu den beiden äußeren Zylindern zur Folge hat. Die wendelförmigen Längskeile und die geradlinigen Steuerkeile können im Innenmantel der beiden äußeren Zylinder bzw. des mittleren Zylinders ausgespart sein, während der Kolben entsprechende Führungs- und Steuernuten aufweist. Die Keile und Nuten können aber auch in umgekehrter Anordnung vorgesehen werden. Die wendelförmigen Längskeile werden vorzugsweise in Nuten des mittleren Zylinders geführt, deren Zentriwinkel der maximalen Schwenkfreiheit der Klappen entspricht. Die wendelförmigen Längskeile können -eine Neigung zwischen 10 und 15° aufweisen. Die Bewegung des Kolbens wird vorzugsweise durch Anschläge begrenzt, gegen welche die die Kolbenmanschetten festhaltenden Endscheiben des Kolbens anschlagen.
In den Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Ruderklappe mit hydraulischem Klappenantrieb, in perspektivischer Darstellung.
Fig. 2 den hydraulischen Klappenantrieb in Einzelheiten, ebenfalls perspektivisch, Fig. 3 den hydraulischen Klappenantrieb im Schnitt, in einer Draufsicht, Fig. 4 den hydraulischen Klappenantrieb in einem Querschnitt durch Zylinder und Kolben, Fig. 5 den hydraulischen Klappenantrieb in einem Querschnitt durch Zylinder und Antr iel>shebel und Fig. 6 den hydraulischen Klappenantrieb in einem c-)uerschnitt, der das Ruder in ausgeschwenktem Zustand zeigt.
Die Ruderklappe 1 (Fig. 1) ist an einem Antriebshebel 2 befestigt, dessen Lagerauge einen Zylinder 3 bildet, der zwischen zwei Zylindern 4, 5 drehbar angeordnet ist. Die Zylinder 4, 5 sind mittels einer Brücke 6 miteinander fest verbunden und mit Anschlußlappen 7 am Flügel 8 (Fig. 4 bis 6) verankert. An der Schwenkachse der Ruderklappe 1 können Scharniere 9 angebracht sein; wenn zweckmäßig, können auch mehrere Zylinder 4, 5 mit Antriebshebeln 2 vorgesehen werden.
Die Zylinder 4, 5 (Fig. 2 und 3) sind an den freien Enden mittels Verschlußschrauben 10 druckdicht abgedichtet. Hydraulische Druckleitungen (nicht gezeichnet) sind an Anschlußstutzen 11 angeschlossen. Die Innenmäntel der Zylinder 4, 5 sind mit je einem Führungskragen 12 versehen, die je zwei Führungsnuten-13 aufweisen.
Längsachsig in den Zylindern 4, 5 bewegt sich ein Kolben 14, der an beiden Enden auf Endscheiben 15 angeklemmte Kolbenmanschetten 16 aufweist. Der Kolben 14 ist mit zwei wendelförmig verlaufenden und diametral angeordneten Längskeilen 17 versehen, die in den Führungsnuten 13 der beiden Führungskragen 12 geführt werden. Die Neigung der wendelförmigen Längskeile 17 beträgt zwischen 10 und 15°.
Außer den wendelförmigen Längskeilen 17 weist der Kolben 14 zwei in der Mantellinie verlaufende Steuerkeile 18 auf. Diese Steuerkeile werden in entsprechenden Steuernuten des mittleren Zylinders 3 geführt, indem die Steuernuten den Steuerkeilen genau angepaßt sind und lediglich die technisch erforderliche Toleranz aufweisen. Die wendelförmigen Längskeile 17 werden ebenfalls durch entsprechende Durchgangsnuten 20 des mittleren Zylinders 3 geleitet. Diese Nuten 20 sind aber derart weit ausgespart, daß der Zentriwinkel jeder Nut der maximalen Schwenkfreiheit der Ruderklappe 1 entspricht (Fig. 4 bis 6). ; Die Wirkungsweise des hydraulischen Klappenantriebes ist nunmehr wie folgt; Wenn an der einen Seite des Kolbens 14 ein Druckanstieg erfolgt, bewegt sich der Kolben längsachsig innerhalb der Zylinder 3, 4, 5. Die wendelförmigen Längskeile 17 zwingen dabei den Kolben 14 zu einer Drehbewegung um seine Längsachse; der Kolben 14 dreht sich relativ zu den Zylindern 4 und 5 und damit zum Flügel 8 (Fig. 5 und 6). Die Steuerkeile 18 des Kolbens 14 veranlassen dadurch eine entsprechende Drehung des mittleren Zylinders 3 um die Achse der Zylinder 4 und 5; mithin schwenken der Antriebshebel 2 und die mit ihm fest verbundene Ruderklappe 1 aus.
Die Vorteile eines hydraulischen Klappenantriebes gemäß der Erfindung sind durch das Ausführungsbeispiel in einleuchtender Weise dargestellt. Die axialen und radialen Ausmaße der Vorrichtung sind auf ein Mindestmaß beschränkt, so daß diese jedenfalls innerhalb des Flügels od. dgl. untergebracht werden kann. Die Kraftübersetzung über die mit einer geringen Neigung verlaufenden wendelförmigen Längskeile 17 ist derart gestaltet, daß ein sehr großes Drehmoment erzielt wird; bei geringem Widerstand, z. B. bei kleinem Steuerimpuls, wird die übertragung schnell erfolgen, so daß keine Trägheit beim Manövrieren entstehen kann. Die Antriebsart gemäß der Erfindung ist selbsthemmend und gegen Schwingungsübertragung vollständig unempfindlich. Die Größe der zu übertragenden Kräfte hängt nur vom Flüssigkeitsdruck ab und kann bei sehr kleinen Ausmaßen der Vorrichtung fast beliebig gesteigert werden.
Ferner geht aus dem Ausführungsbeispiel Hervor, daß der hydraulische Klappenantrieb für alle Arten von Quer-, Höhen- und Seitenrudern, Landeklappen, Nasenklappen, Fahrwerks- und Bombenklappen, d. h. für alle erdenklichen Arten von Klappen verwendet werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Hydraulischer Antrieb einer Klappe mit Scharnier, insbesondere für Flugzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß das Scharnier aus drei längs einer gemenisamen Achse druckdicht aneinander anliegenden Zylindern (3, 4, 5) mit ebenfalls druckdicht abgedichteten freien Enden (10) und aus einem in diesen Zylindern mittels hydraulischer Kraft verschiebbaren Kolben (14) besteht, der mit den beiden äußeren Zylindern (4, 5) über wendelförmige Längskeile (17) und entsprechende Führungsnuten (13) und mit dem mittleren Zylinder (3) über gerade Steuerkeile (18) und entsprechende Steuernuten (19) zusammenarbeitet, so daß eine längsachsige Bewegung des Kolbens (14) eine Drehung desselben und damit eine Drehung des mittleren Zylinders (3) im Verhältnis zu den beiden äußeren Zylindern (4, 5) zur Folge hat.
2. Hydraulischer Klappenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmigen Längskeile (17) und die geradlinigen Steuerkeile (18) am Kolben (14) vorgesehen sind während die entsprechenden Führungs- und Steuernuten (13, 19) im Innenmantel der beiden äußeren Zylinder (4, 5) bzw. des mittleren Zylinders (3) ausgespart sind.
3. Hydraulischer Klappenantrieb nach An-Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmigen Längskeile (17) und die geradlinigen Steuerkeile (18) im Innenmantel der beiden äußeren Zylinder (4, 5) bzw. des mittleren Zylinders (3) vorgesehen sind, während der Kolben (14) entsprechende Führungs- und Steuernuten (13; 19) aufweist.
4. Hydraulischer Klappenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmigen Längskeile (17) mittels Durchgangsnuten (20) des mittleren Zylinders (3) geführt werden, deren Zentriwinkel der maximalen Schwenkfreiheit der Klappe (1) entspricht.
5. Hydraulischer Klappenantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmigen Längskeile (17) eine Neigung zwischen 10 und 15° zur Längsachse aufweisen.
6. Hydraulischer Klappenantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Kolbens (14) durch Anschläge (12) an den 1@lantelflächen der äußeren Zylinder (4, 5) begrenzt ist, indem die die Kolbenmanschetten (16:) festhaltenden Endscheiben (15) des Kolbens an diesen anschlagen.