DE1946919A1

DE1946919A1 - Steuersignalgeber

Info

Publication number: DE1946919A1
Application number: DE19691946919
Authority: DE
Inventors: Robbins Burnell N
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell GmbH
Priority date: 1968-09-18
Filing date: 1969-09-17
Publication date: 1970-03-26
Also published as: US3620073A

Description

02-4190 Ge Prankfurt am Main,

den l6. September I969

HONEYWELL GmbH

S t euers i gna!geber

Die Erfindung betrifft einen Steuersignalgeber mit einem auf einer auf wenigstens ein Stellglied, z.B. die Querruder eines Plugzeuges einwirkenden Welle begrenzt dreh- und axial verschiebbar gelagerten Steuerrad oder dergleichen zur Abg?*_e zweier getrennter jeweils einer der beiden Bewegungsarten des Steuerrades zugeordneter, von der Größe der in der jeweiligen Bewegungsrichtung wirkenden Bedienungskraft abhängiger Signale, insbesondere für Plugregler. Ein Signalgeber dieser Art ist beispielsweise in der USA Patentschrift 2 952 .426 beschrieben, bei

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dem eine der vom Piloten zur Bewegung des Steuerrads aufgewandten Kraft proportionale Drehung des Steuerrades durch in dieses eingesetzte einerseits in den Speichen des Steuerrades und andererseits an der Welle verankerte elastische, auf Biegung beanspruchte Stäbe erzielt wird. Die der Kraft proportionale Drehung des Steuerrades wird dann über einen Antrieb auf einen Signalgeber übertragen. Nachteilig bei dieser bekannten Anordnung, ist die bei Verwendung solcher mechanischer Antriebe nahezu unvermeidliche Hysterese sowie das Erfordernis einer genauen Justierung des Antriebes und gegebenenfalls Nachjustierung nach längerem

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Gebrauch. Aufgabe der Erfindung ist es demnach, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile, einen möglichst einfach aufgebauten zuverlässigen und robusten Signalgeber zu schaffen, der sich insbesondere zur Erzeugung der vom Steuerrad oder Steuerknüppel eines Piloten abzuleitenden Eingangssignale für einen Plugregler (Autopiloten) eignet.

Aus der USA Patentschrift 3 304 799 ist ein durch einen Steuerknüppel betätigbare Signalgeber unter Verwendung von Dehnungsmeßstreifen bekannt. Der Aufbau dieses Signalgebers ist sehr kompliziert. Für jede der drei Steuerachsen (Querachse, Hochachse, Rollachse) ist ein aus zwei einander teilweise umgreifenden HaIbzylinderschalen bestehendes Gelenk vorgesehen. Zwischen den beiden Halbzylinderschalen sind elastische Bänder ausgestreckt, derart, daß sie jeweils mit ihvem einen Ende an der einen Halbschale und mit ihrem anderen Ende an der anderen Halbschale befestigt sind. Dabei sind jeweils zwei solcher Bänder für jede Achse vorgesehen und mit ihren Ebenen rechtwinklig aufeinanderstellend an den genannten Halbschalen befestigt. Auf den Bändern befinden sich die Dehnungsmeßstreifen.

7.ur Lösung der eingangs genannten Aufgabe sieht die Erfindung un^er Vermeidung des komplizierten Aufbaues der zuvor geschilderten bekannten Anordnung vor, daß auf sich radial zwischen der Welle und dem Steuerrad erstreckenden elastischen Verbindungsteir len mindestens zwei Dehnungsmeßstreifen aufgebracht sind, die in · aufeinander senkrecht stehenden Ebenen jeweils längs der durch die zwei verschiedenen Reiativbewegungen zwischen Steuerrad und Welle vorgegebenen Dehnungsrichtungen der Verbindungsteile angeordnet sind. Die Dehnungsmeßstreifen werden also gewissermaßen auf den elastischen Speichen eines Rades befestigt, dessen Nabe mit der Welle und dessen Kranz mit dem Handrad verbunden ist. Die radialen Verbindungsteile sind zweckmäßg an einer auf der Welle sitzenden Nabe kreuzförmig befestigt.

Gemäß einer Ausftihrungsform der Erfindung sind die radialen Verbindungsteile durch vier auf der Außenseite der Nabe in Kreuzform befestigte und mit ihren freien Enden im Steuerrad gelagerte

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Speichen aus elastischem Material gebildet, von denen die Enden zweier gegenüberliegender erster Speichen im Steuerrad axial verschiebbar und die Enden zweier gegenüberliegender weiterer Speichen im Steuerrad radial verschiebbar geführt sind.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die radialen Verbindungsteile durch zwei elastische, im Querschnitt vorzugsweise rechteckfö'rmige sich gegenüberliegende Speichen gebildet, welche sich zwischen einer auf der Welle befestigten Nabe und einem mit dem Handrad verbundenen Ring erstrecken und auf wenigstens zwei im rechten Winkel zueinanderstehenden sich radial erstreckenden Flächen je einen Dehnungsmeßstreifen tragen. Zweckmäßig ist jeder Bewegungsrichtung des Steuerrades jeweils mindestens ein Paar von Dehnungsmeßstreifen zugeordnet und" die Dehnungsmeßstreifen eines solchen Paares sind jeweils auf einander gegenüberliegenden Flächen der Verbindungsteile angeordnet derart, daß beim Biegen des Verbindungsteiles der eine Dehnungsmeßstreifen gedehnt und der gegenüberliegende gestaucht wird. Die Dehnungsmeßstreifen zur Gewinnung des Steuersignals werden zweckmäßig für jede Bewegungsrichtung zu einer Wheats tone's chen Brücke zusammengeschaltet.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung wird im folgenden anhand .zweier in den Zeichnungen schematisch dargestellter AusfUhrungsbeispiele erläutert. Hierin zeigt

Fig.l in auseinandergezogener Darstellung die wesentlichen Bauteile eines ersten Ausführungsbeispiels

Fig.2 in entsprechender Darstellung die wesentlichen Bauteile eines zweiten AusfUhrungsbeispiels

Fig.3 die Anordnung der Dehnungsmeßstreifen auf der Rückseite des in Fig.2 gezeigten · Steuerrades, wobei die Drehachse des Steuerrades senkrecht zur Zeichenebene liegt

Fig.4 die Anordnung auf der zum Piloten hin gerichteten Vorderseite der Speichen

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Fig.5 die Anordnung von Dehnungsmeßstreifen auf der rechten Seite der Speichen und .

Pig.6 die Anordnung von Dehnungsmeßstreifen auf der linken Seite der Speichen

Fig.7 Die Einschaltung der Dehnungsmeßstreifen in eine WheatstonbrUcke zur Erzeugung eines die eine Bewegungsart des Steuerrades kennzeichnenden Si&nales und

Fig.8 eine Anordnung von Dehnungsmeßstreifen in einer Wheatstonbrücke zur Erzeugung eines die andere Bewegungsart des Steuerrades kennzeichnenden Signales.

Wie Fig.1 zeigt, ist eine Weile 8 mit einer Verzahnung 5 versehen, welche mit der Verzahnung einer in der Figur nicht gezeigten Seilscheibe eingreift, über die zur Steuerung der Rollbe.regung des Flugzeuges dienende Kabel oder Seile angetrieben werden. Die Lagerbüchse 7 des Steuerrades 6 nimmt einen Teil 10 der Welle 8 auf. Die Lagerung zwischen Lagerbüchse 7 und Teil 10 ist derart, daß sowohl eine drehende als auch eine schiebende Bewegung des Steuerrades 6 gegenüber der Welle 8 möglich ist. Die Lagerbüchse 7 besitzt einen ringförmigen Ansatz 12, in den zur Begrenzung der Bewegung des Steuerrades 6 gegenüber der Welle 8 drei Ausnehmungen eingefügt sind.

In die,Ausnehmungen 13 ragen von einer Hülse 15 ausgehende Arme 14. Auf die Hülse 15 folgt in Achsrichtung der Welle eine Nabe 19, auf der vier deformierbare je ein Verbindungsteil bildende Speichen sitzen, die in radialer Richtung von der Nabe abstehen. Die Speichen sind paarweise verschieden, wobei gleiche Speichen immer in einer Ebene liegen. Die Speichen 20 liegen in der Zeichnung horizontal und die Speichen 23 vertikal. An die Nabe 19 schließen sich in Richtung der Längsachse der Welle 8 ein Haltering 22 und eine Mutter 21 an. Im zusammengebauten Zustand ist die Lagerbüchse 7 auf dem Teil 10 der Welle 8 um einen bestimmten Betrag drehbar land auch verschiebbar. Die Hülse 15 sitzt fest auf einem Abschnitt Il der Welle 8 und läßt sich gegenüber diesem Abschnitt weder

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drehen noch verschieben. Auch die Nabe 19 ist weder gegenüber der Welle 8 noch gegenüber der Hülse 15 drehbar noch verschiebbar. Ein nach innen ragender Ansatz am Haltering 22 ragt in eine Längsnut der Welle 8 und verhindert damit ein Drehen des Ringes gegenüber der Welle. Die Mutter 21 wird auf das Gewinde 28 am Ende der Welle 8 aufgeschraubt und hält die Teile in axialer Richtung zusammen.

Die in Plg.l in vertikaler Richtung weisenden elastischen Speichen 23 ragen in Längsschlitze 25 der Lagerkörper 26 hinein. Diese Lagerkörper 26 sind mit dem ringförmigen Ansatz 12 verschraubt. Die in der Zeichnung horizontal liegenden Speichen . sind an ihren Ende zur Aufnahme in geeigneten Lagern 30 zylindrisch abgesetzt. Die Lager 30 sind jeweils In einen Zwischenraum geführt, der immer durch zwei ebenfalls auf den ringförmigen Ansatz aufgeschraubte Ringsegmente 31 gebildet wird. Die Ringsegmente sitzen auf dem ringförmigen Ansatz 12 an der Stelle 29 und im Winkel von 120° zu dieser Stelle. Die durch die Verbindungslinie 32 angedeutete Befestigung, der Lagerkörper 26 und Ringsegmente 31 muß nicht notwendigerweise mit Schrauben geschehen. Lagerkörper 26 und Ringsegmente 31 können auch durch Verstlften oder irgendeine andere Befestigungsart am ringförmigen Ansatz 12 festgehalten werden.

In die Seitenflächen der quaderförmigen Ausnehmungen 13 sind Anschlagschrauben 3^ eingeschraubt, gegen die sich nach einer bestimmten Drehbewegung die Arme lh legen und mit deren Hilfe auf diese Weise der mögliche Drehbereich des Steuerrades 6 gegenüber der Welle 8 eingestellt werden kann. Da die Hülse 15 gegenüber der Nabe 19 festliegt, ist durch die Anschlagschrauben 34 auch gleichzeitig die Drehung der Enden der Speichen 20 gegenüber der Nabe -j.no. damit die Durchbiegung dieser Speichen begrenzt.

Durch geeignete Anschläge wird gleichzeitig auch die mögliche

Längsbewegung des Steuerrades 6 gegenüber der Welle 8 und hierin »isr

durch die· >8le Achsen 8 und die Speichen 23 enthaltendenEbene verlaufende Durchbiegung dieser Speichen 23 begrenzt.

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An den in Fig.l gezeigten Armen 23 sind sowohl an deren Vorderseiten als an deren Rückseiten in gleichem radialen Abstand zur Wellenlängsachse geeignete Dehnungsmeßstreifen angebracht, mit deren Hilfe, wie weiter unten noch beschrieben wird, Signale zur Steuerung der Flugzeuglängsneigung eingestellt werden können. In ähnlicher Weise sind jeweils an den beiden Seitenflächen der elastischen Speichen 20 im gleichen radialen Abstand Dehnungsmeßstreifen befestigt, mit, deren Hilfe Signale zur Steuerung der Flugzeugneigung um die Rollachse eingestellt werden können. Aus dem Gesagten erglbti sich, daß die zur Steuerung der Längsneigung dienenden Dehnungsmeßstreifen rechtwinklig zu den zur Steuerung der Querneigung dienenden Dehnungsmeßstreifen stehen und daß alle Dehnungsmeßstreifen sich radial von der Längsachse der Welle 8 weg erstrecken.

Der Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig.2 ist zum großen Teil der gleiche wie der des ersten AusfUhrungsbeispieles nach Fig.1, nur daß der Dehnungsmeßstreifenträger zu dem in Fig.1 die Nabe 19 mit den elastischen Speichen 20,23 sowie die Lagerkörper 26 26 und die Ringsegmente 31 gehören, geändert wurde. Der Steuersignalgeber nach Fig.2 besitzt· einen radförmigen Dehnungsmeßstreifenträger 34, der eine Nabe 36, Speichen 35 und einen Radkranz 37 umfaßt. Die fest auf der Welle 8 sitzende Nabe 36 ist mit dem an den ringförmigen Aufsatz 12 angeschraubten Radkranz 37 über zwei elastische Speichen 35 verbunden. Der Radkranz 37 wird mit Hilfe von Schrauben 39 am ringförmigen Ansatz 12 festgeschraubt» .

Durch den Radkranz 37 ragt eine Anschlagschraube 4o in-die Ausnehmung 13* wodurch die freie Bewegung des Steuerrades 6 in Längsrichtung gegen/0er Achse 8 und damit gegenüber den Armen 14 eingestellt werden kann. Senkrecht zur Anschlagschraube 4o ragen weitere den Anschlagschrauben 34 in Fig.l entsprechende Anschlagschrauben in die Ausnehmungen I3, wodurch die Drehbewegung des Steuerrades gegenüber der Welle 8 und damit gegenüber den Armen 14 eingestellt werden kann. Das Steuerrad 6 ist gegenüber der

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Welle 8 auf einem besonders ausgestalteten Kugellager gelagert, '■ welches sowohl Dreh- als auch Längsbewegungen gestattet. Die - Längsbewegung kann bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel .etwa 2 mm betragen. Das Lager ist gegen Verschmutzung geschützt.

In Fig. 3 ist der radförmige Dehnungsmeßstreifen 34 dargestellt, dessen Radkranz 37 durch zwei radial verlaufende, das Verbindungsteil bildende Speichen 35 mit der Nabe 36 verbunden ist. Die Speichen sind, wie weiter oben schon beschrieben, aus elastischem Material und gestatten eine Bewegung des Radkranzes 37 gegenüber der Nabe 36. Zur Erzeugung von Steuersignalen sind auf den Vorderseiten und Rückseiten der Speichen 35 geeignete Dehnungsmeßstreifen 47 befestigt, vorzugsweise aufgeklebt. Diese Dehnungsmeßstreifen sitzen nahe der Verbindungsstelle der Speichen 35 mit dem äußeren Ring 37 ^un<^ werden bei einer Verschiebung des Steuerrades 6 gegenüber der Welle 8 in deren Längsrichtung gedehnt bzw. gestaucht. Aus der Dehnung bzw. Stauchung der in Fig. 3 gezeigten Dehnungsmeßstreifen gegenüber deren Normalzustand gewinnt man ein elektrisches Signal für die Längsneigung des Flugzeuges. Fig.3 zeigt vier auf der Vorderseite der Speichen 35 befestigte Dehnungsmeßstreifen. Weitere vier auf der Rückseite der Speichen Jfj befestigte Dehnungsmeßstreifen 47 sind in Fig.4 zu erkennen.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der verschiedenen Dehnungsmeßstreifen wurden diese mit mehreren Indizes versehen«, Diese Indizes sind gültig bei einer Verformung der Speichen 35. die entsteht, wenn der Pilot das Steuerrad 6 in Längsrichtung der Welle 8 zur Mutter 21 hin eindrückt. In Fig.4 ist, wie weiter oben schon beschrieben, die dem Piloten zugewandte Seite des radförmigen Dehnungsmeßstreifenträgers 34 gezeigt, während die in Fig.3 gezeigte Seite des radförmigen Dehnungsmeßstreifenträgers 34 dem Piloten abgewandt ist. Die Indizes haben folgende Bedeutung :

T = Dehnung (Tension), C = Stauchung (Compression), P = Längsneigung (Pitch) um Querachse, R = Querneigung um Längs- oder Rollachse. Wie aus Fig.7 zu entnehmen ist, stellen die an den

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Vorder- und Rückseiten der Speichen 35 befestigten Dehnungsmeßv ;./-_. streifen 47 zwei die Längsneigung steuernde Signalquellen dar, Von'denen .'Witte-.-r-eiäündant ist. Eine der beiden Signalquellen wird als A-Brücke und die andere als B-Brücke bezeichnet. Die zur A-BrUcke gehörenden Dehnungsmeßstreifen sind eingeklammert, die zur B-Brücke gehörenden nicht. Der äußere Ring 37 ist derart am ringförmigen Ansatz 12 befestigt, daß die Speichen 35 rechtwinklig zur Längsachse der Welle 8 liegen.

Pig,5 zeigt einen Schnitt durch den radförmigen Dehnungsmeßstreifenträger 34, an dessen Speichen 35 die vier Dehnungsmeßstreifen TRl, TR2, CR3, CR4 befestigt sind.

Fig.6 zeigt einen weiteren von der entgegengesetzten Richtung wie bei Fig.4 gesehenen Schnitt durch den radförmigen Dehnungsmeßstreifenträger 34. An den den in Fig.4 gezeigten Seiten der Speichen 35 gegenüberliegenden Seiten sind, wie Fig.6 erkennen läßt, die vier Dehnungsmeßstreifen CRl, CR2, TR3 und«TR4 änge- . bracht.

Aus der Lage der an verschiedenen Seiten der Speichen angeordneten Dehnungsmeßstreifen 47 ergibt sich, daß von den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Meßstreifen das Steuersignal für die Längsneigung und von den in den Figuren 5 und 6 gezeigten Dehnungsmeßstreifen die Steuersignale für die Querneigung abgeleitet werden. Die Signale zur Steuerung der Längsneigung ergeben sich aus einer Verschiebung des Steuerrades 6 in Richtung der Längsachse der Welle 8, während zur Erzeugung der Signale zur Steuerung der Querneigung das Steuerrad 6 gegenüber der Welle 8 gedreht werden muß.

Beachtet man, daß. in Fig.4 die dem Piloten zugewandte und in Fig.3 die dem Piloten abgewandte Seite des radförmigen Dehnungsmeßstreifenträgers 34 gezeigt ist, so ergibt sich aus den Figuren 3 und 4 weiterhin, daß, wenn der Pilot das Steuerrad 6 von sich wegdrückt, alle in Fig.3 gezeigten Meßstreifen gestaucht (durch den Buchstaben C verdeutlicht) und alle in Fig.4-gezeigten

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Dehnungsraeßstreifen gedehnt (durch den Buchstaben T verdeutlicht) werden. Der Grund hierfür ist der," daß die Dehnungsmeßstreifen fest mit den Speichen 35 verbunden sind und hier in der gleichen Weise wie diese deformiert werden.

Die in Fig.5 gezeigten Dehnungsmeßstreifen TRl, TR2, CR3, Cr4 sitzen vom Piloten aus gesehen, jeweils auf der rechten Seite der Speichen 35, während die in Fig.6 abgebildeten Dehnungsmeßstreifen CRl, CR2, TR3, TR4 sich vom Piloten aus gesehen auf der linken Seite der Speichen 35 befinden. Das ergibt sich daraus, daß wie weiter oben schon erwähnt, Fig.4 die dem Piloten zugewandte und Fig.3 die dem Piloten abgewandte Seite des radförmigen Dehnungsmeßstreifenträgers 34 zeigt.

Dreht der Pilot das Steuerrad 6 entgegen dem Uhrzeigersinn, so wird in Fig.4 die rechte Kante der oberen sowie die linke Kante der unteren Speiche gedehnt und die linke Kante der oberen sowie die rechte Kante der unteren Speiche gestaucht. Daraus ergibt sich, daß die an der oberen Speiche in Fig.5 und die an der unteren Speiche in Fig.6 sichtbaren Meßstreifen gedehnt und die an der unteren Speiche in Fig.5 und der oberen Speiche in Fig.6 sichtbaren Dehnungsmeßstreifen gestaucht werden. Die Nomenklatur für die einzelnen Dehnungsmeßstreifen bezieht sich auf die eben beschriebene Beviegungsart des Steuerrades. Wird das Steuerrad in entgegengesetzter Richtung, also im Uhrzeigersinn gedreht, ■o kehren sich die Verhältnisse um und aus gestauchten Meß-8treifen werden gedehnte und umgekehrt.

In Fig.7 und 8 sind die Dehnungsmeßstreifen in Form von Wheatstone· brücken angeordnet. Jede der Figuren 7 und 8 stellt zwei Brückenhaltungen dar, nämlich eine mit den eingeklammerten Dehnungsmeßstreifen und eine zweite mit den nicht eingeklammerten. Die in Flg«7 dargestellten Brücken dienen zur Steuerung der Flugzeugquernelgung, während mit Hilfe der in Fig.8 gezeigten Brücken die Längsneigung gesteuert wird. Jede der beiden in Fig.7 gezeigten Wheatstone'sehen Brücken besteht aus einer Anordnung von Dehnungsmeßstreifen oder äquivalenten elektrischen Bauteilen,

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mit deren Hilfe eine Dehnung oder Stauchung gemessen werden kann. "Jeweils zwei der Dehnungsmeßstreifen werden gestaucht und zwei werden gedehnt. Die eine der Wheatstonisehen Brücke ist mit den ; Dehnungsmeßstreifen TRl, CR3, CRl und TR3 versehen, während die ■.,,, andere Wheatstona'sche. Brücke die jeweils in Klammern geschrie— benen Dehnungsmeßstreifen (TR2), (CR²I-), (CRs) und (TR²J-) aufweist. Die Ausgangssignale der beiden in Fig.7 abgebildeten wheatstonischen Brücken zur Steuerung der Querneigung werden in einen Plugregler (Autopilot) eingegeben, mit dessen Hilfe die Signale des Steuersignälgebers in geeignete Bewegungen der Flugzeugsteuerflächen wie Querruder und Seitenruder umgeformt werden.

Analog zu den beiden in. Fig.7 gezeigten Meßbrücken, sind zur Steuerung der Längsneigung zwei weitere Wheatstone'sche Meßbivicken vorgesehen, die in Fig.8 dargestellt sind» Die eine Wheatstone'sche Brücke ist mit den Dehnungsmeßstreifen CP2, CPJ, TP2 und TPJ versehen, während die zweite Wheatstone'sche Brücke die Dehnungsmeßstreifen (CPl),(CP2),(TPl) und (TP4) aufweist. Die Brückendiagonalen der Wheats tonischen Brücken in Fig.? und sind jeweils zwei Leitungen 50,51 bzw. 56*57 mit einer geeigneten Spannungsquelle verbunden. Das Ausgangssignal der in Fig.7 und Fig.8 abgebildeten Brücken wird über die Leitungen 52,53 bzw. 58, 59* wie weiter oben schon beschrieben, zum Autopiloten geführt.

Theoretisch dürfte beim Herausziehen oder Eindrücken des Steuerrades 6 nur ein die Längsneigung änderendes Signal auftreten. In der Praxis ist dieses aber bei den im gleichen radialen Abstand von der Längsachse der Welle 8 an den Seitenflächen der Speichen befestigten Dehnungsmeßstreifen nicht der Fall. Bei näherer Betrachtung der Figuren 5 und 6 ergibt sich, daß beim Eindrücken des Steuerrades 6 nicht nur die in Fig.? und k sichtbaren Dehnungsmeßstreifen gestaucht bzw, gedehnt werden, sondern, auch die an den Seitenflächen der Speichen 35 befestigten Dehnungsmeßstreifen (siehe Fig.5 und^;6)gedehnt bzw. gestaucht werden. Die Dehnung bzw. Stauchung der an den Seitenflächen der Speiehen 35 angebrächten Dehnungsmeßstreif eh rührt daher, daß diese ^ Dehnungsmeßstreifen nicht auf der neutralen Achse der Speichen

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liegen, die in radialer Richtung vom Mittelpunkt der Nabe J>6 jeweils zwischen zwei nebeneinander liegenden Dehnungsmeßstreifen verläuft. Drückt der Pilot das Steuerrad 6 von sich weg, SO werden beispielsweise in Fig.5 die Dehnungsmeßstreifen TR2, CR4 gedehnt und die Dehnungsmeßstreifen TRl, CR3 gestaucht. Analog dazu werden die Dehnungsmeßstreifen CR2, TR4 gedehnt und die Dehnungsmeßstreifen CRl, TR3 gestaucht. Um daher beim Eindrücken des Steuerrades 6, - womit· ein Signal zur Steuerung der Längsneigung erzeugt werden soll, nicht auch ein Signal zur Änderung der Querneigung zu bekommen, wurden die zur Steuerung der Querneigung dienenden, in Fig.5 und 6 sichtbaren Dehnungsmeßstreifen zu einer Wheatstone'sehen Meßbrücke zusammengeschaltet (siehe Fig.7)» in der sich die bei Steuerung der Längsneigung mit ergebenden Verformungen der zur Steuerung der Querneigungsachse dienenden Dehnungsmeßstreifen kompensieren. Auf diese Weise sind die Signale zur Steuerung der Längsneigung weitgehend von denen zur Steuerung der Querneigung entkoppelt.

Analog dazu muß aber auch verhindert werden, daß beim Drehen des St uerrades 6, bei dem die Querneigung verändert wird, ein die Längsneigung änderndes Signal auftritt. Ebenso wie die · Dehnungsmeßstreifen in den Figuren 5 und 6 liegen auch die Dehnungsmeßstreifen in den Figuren 3 und 4 nicht auf der neutralen Achse, die gleich der in den Figuren 3 und 4 eingezeichneten Mittelachse der Speichen 35 ist. Um zu verhindern, daß bei Änderung der Querneigung (Drehen des Steuerrades ) durch die Deformation der an sich zur Erzeugung eines Signales für die Längsneigungssteuerung dienenden Dehnungsmeßstreifen ein die Längsneigung änderndes Signal entgegensteht, sind auch die in Fig.3 und Fig.4 gezeigten Dehnungsmeßstreifen in Form von Wheatstone'sehen Brücken (Fig.8) zusammengeschaltet, wodurch sich die unerwünschten Signalanteile gegenseitig aufheben.

Ein weiteres mögliches Fehlersignal, das mit Hilfe der in Fig.7 und Fig.8 gezeigten Brückenschaltungen kompensiert wird, tritt dann auf, wenn die in Richtung der Längsachse der Welle 8 wirkende Kraft exzentrisch am Steuerrad 6 angreift. Dieser Fall ist

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in der Praxis beispielsweise dann gegeben, wenn der Pilot nur den linken Griff des Steuerrades eindrückt. Nimmt man an, daß, wie in Fig.1 und 2 gezeigt, der Griff des Steuerrades 6 und die Speichen'55 in gleicher Richtung verlaufen, so werden beim Eindrücken des linken Griffes in Fig.4 die Dehnungsmeßstreifen TP2, (TPl) gedehnt und die Dehnungsmeßstreifen (TP4), TP3 gestaucht, während in Fig.3 die Dehnungsmeßstreifen (CPl), CP2 gestaucht und die Dehnungsmeßstreifen CP3» (CP4) gedehnt werden. Die Dehnungsmeßstreifen sind nun in den in Fig.8 gezeigten Wheatstone¹ sehen Brücken derart angeordnet, daß zwei Dehnungsmeßstreifen, weiche dem gleichen unerwünschten Einfluß ausgesetzt sind in der Brücke nebeneinander statt gegenüber angeordnet sind, während Dehnungsmeßstreifen, welche den gleichen gewünschten Einflüssen unterliegen,-sich in der Brücke gegenüberliegen. Auf diese Weise wird der durch die exzentrische Krafteinwirkung bedingte Fehler des Signales zur Steuerung der Längsneigung kompensiert, ohne zugleich das gegebenenfalls gleichzeitig vorhandene Signal zur Steuerung der Querneigung zu verfälschen. Ein weiterer zu kompensierender Fehler kann dadurch entstehen, daß die beim Drehen des Steuerrades an diesem angreifenden tangentialen Kräfte nicht gleich groß sind. Durch das hierdurch bedingte unterschiedliche Drehmoment an den beiden gegenüberliegenden Seiten des Steuerrades entsteht ein Fehler für das Signal zur Steuerung der Querneigung, der mit Hilfe der Wheatstone'sehen Brücken nach Fig.7 kompensiert wird. Die Kompensation dieses Fehlers geschieht analog zur schon oben geschilderten Kompensation des Fehlersignales mit Hilfe der Brücken nach Fig.8.

Schließlich sollen auch noch die Ausgangssignale der zwei jeweils einem Steuerkanal zugeordneten Wheatstone¹sehen Brücken (Kanal zur Steuerung der Querneigung, siehe Fig.7; Kanal zur Steuerung der Längsneigung, siehe Fig.8) möglichst wenig miteinander verkoppelt sein. Um das zu erreichen, müssen die Ausgangssignale jeweils zweier zugeordneter Brücken die gleiche Polarität besitzen, da in diesem Falle ihre algebraische Differenz am kleinsten ist.Hierzu werden die entsprechenden Brücken miteinander verbunden.Zum Kanal,

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BADORiQlNAU

zur Steuerung der Querneigung gehören, wie aus Fig.7 ersichtlich, zwei Wheatstone¹sehe Brücken, von"denen die eine mit den Dehnungsmeßstreifen (TRl, TR3, CRl, CR3 und die andere mit den Dehnungsmeßstreifen (TR2), (TR4), (CR2), (CR4) versehen ist. Um den Unterschied der Ausgangssignale dieser beiden Brücken feststellen zu können, wird zwischen die Leitung 53 am Ausgang der einen Brücke und die entsprechende Leitung der anderen Brücke ein Meßgerät, beispielsweise ein Voltmeter, geschaltet, Haben die Fehlersignale beider Brücken die gleiche Polarität, so ist, wie weiter oben schon beschrieben, der algebraische, Unterschied am geringsten. Ist aber die Polarität an den Anschlußpunkten des Voltmeters unterschiedlich, so ist der Fehler am größten, wobei, sobald dieser Fehler einen bestimmten Grenzwert überschreitet, die Leitungen 50 und 51 von der Spannungsquelle abgetrennt werden.

Der radförmige Dehnungsmeßstreifenträger 34 ist vorzugsweise aus Aluminium. Das Material der Speichen muß so ausgewählt sein, daß beim Einwirken.·einer Kraft auf den äußeren Ring 37 sich diese um einen geeigneten Betrag deformieren. Die Kraft kann dabei sowohl in axialer als auch in tangentialer Richtung auf den Radkranz 37 einwirken. Die Dehnungsmeßstreifen 47 sind auf die Speichen 35 aufgeklebt oder auf andere Weise an diesen befestigt, so daß sie der Deformation der Speichen folgen und dabei ein elektrisches Ausgangssignal an den Wheatstone'sehen Brücken entstehen lassen.

Die Anschlagschrauben 24 und 4o (siehe Fig.l und Fig.2) erlauben den Enden der Arme 14 in den öffnungen 13 in axialer und tangenialer Richtung nur eine freie Bewegung von einigen Hundersteln eines Millimeters, wodurch sich eine Steuerung ergibt, die von der vom Piloten auf das Steuerrad 6 ausgeübten Kraft abhängig ist. Hat der Pilot das Steuerrad 6 und damit den äußeren Ring 37 in einer bestimmten Richtung so weit bewegt, daß sich eine der Anschlagschrauben 24 oder 40 gegen das freie Ende der Arme 14 legt, so wird eine fortgesetzte Bewegung des Steuerrades 6 in der gleichen Richtung unmittelbar auf die Welle 8 übertragen.

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Diese wirkt über geeignete Verstärker direkt auf die Steuerruder des Flugzeuges ein, wodurch sich eine direkte Handsteuerung ergibt. Legt sich eine der Anschlagschrauben 24 oder 40 gegen das freie Ende der Arme 14, so wird das elektrische Steuersignal begrenzt und kann durch eine weitere Bewegung des Steuerrades in der gleichen Richtung nicht mehr vergrößert werden. Die Begrenzung hat nicht nur den Sinn, den übergang von indirekter über den Autopiloten wirkender Steuerung (begrenzter Autorität) auf direkte Handsteuerung (volle Autorität) zu ermöglichen, sondern dient auch gleichzeitig zum Schutz der Dehnungsmeßstreifen, die bei einer zu großen Belastung zerstört würden.

Es ist ersichtlich, daß die Einstellschraube 4o zur Begrenzung der Längsnjeigungssteuerung einer der Vorderflächen 16 der radialen Arme 14 gegenüberstehen muß und dementsprechend die 3egrenzungsschraube 24 für die Drehbewegung im Umfang, des Teils 12 an einer Kante des Armes 14 anliegen muß. Der Dehnungsmeßstreifentrager und die Hülse 15 mit den radialen Armen 14 sind fest mit der Welle 8 verbunden, so daß das Steuerrad 12 axial und tangential in Bezug auf die Welle 8 geringfügig beweglich ist. Die tangentiale Bewegung wird durch Anliegen der Drehbegrenzungsschraube 24 an einer Seitenfläche des Aimes 14 begrenzt und jedes Wei.terdrehen wirkt unmittelbar auf die Welle 8 ein, ohne die elektrischen Signale des Signalgebers weiter zu vergrößern. Zur Steuerung der Querneigung wirken die Ausgangssignale des Autopiloten auf die Querruder ein, während die durch axiales Verschieben des Steuerrades erzeugten Längsneigungssignale über den Autopiloten das Höhenruder beeinflussen.Auch bei der Längsneigungssteuerung wird beim Anlegen der Fläche 16 des Armes 14 an die Begrenzungsschraube 40 das elektrische Signal begrenzt_f und die Kraft wirkt dann unmittelbar auf das Höhenruder ein.

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Claims

Patentansprüche

'Steuersignalgeber mit einem auf einer auf wenigstens ein Stellglied z.B. die Querruder eines Plugzeuges einwirkenden Welle begrenzt dreh- und axialverschiebbar gelagerten Steuerrad oder dergleichen zur Abgabe zweier getrennter jeweils einer der beiden Bewegungsarten des Steuerrades zugeordneter, von der Größe der in der jeweiligen Bewegungsrichtung wirkenden Bedienungskraft abhängiger Signale, insbesondere für Plugregler, d a- d u rc h gekennzeichnet, daß auf sich radial zwischen der Welle (8) und dem Steuerrad (6) erstreckenden elastischen Verbindungsteile" (20,23;35) mindestens zwei Dehnungsmeßstreifen (^7) aufgebracht sind, cUe in aufeinander senkrechtstehenden Ebenen jeweils längs der durch die zwei verschiedenen Relativbewegungen zwischen Steuerrad und Welle vorgegebenen Dehnungsrichtungen der Verbindungsteile angeordnet sind.
2. Steuersignalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die radialen Verbindungsteile (20,23;35) an einer auf der Welle (8) sitzenden Nabe (19) vorzugsweise kreuzförmig befestigt sind.
3. Steuersignalgeber nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die radialen Verbindungsteile (20,23) durch vier auf der Außenseite der Nabe (19) in Kreuzform befestigte und mit ihren freien Enden im Steuerrad (6) gelagerte Speichen aus elastischem Material gebildet sind,

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von denen die Enden zweier gegenüberliegender erster Speichen. , im Steuerrad axial verschiebbar und die Enden zweier gegenüberliegender weiterer Speichen im Steuerrad radial verschiebbar geführt sind und daß auf den Speichen jeweils mindestens ein Dehnungsmeßstreifen angebracht ist (Pig.I).
4. Steuersignalgeber nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die äußeren Enden der bei Drehbewegung des Steuerrades (6) zu biegenden Verbindungsteile (20) durch mit dem Steuerrad (6) verbundene Anschläge (31) in Achsrichtung verschiebbar geführt und in Umfangsrichtung kraftschlüssig mit dem Steuerrad verbunden sind.
5. Steuersignalgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Enden der bei Axialverschiebung des Steuerrades (6) zu biegenden Verbindungsteile (23) vorzugsweise durch sich in Umfangsrichtung erstreckende Schlitze(25) eines mit dem Steuerrad verbundenen Teils (26) in Umfangsrichtung relativ zum Steuerrad begrenzt verdrehbar geführt und in Achsrichtung kraftschlüssig mit dem Steuerrad verbunden sind.
6. Steuersignalgeber nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e "-kennzeichnet, daß die radialen Verbindungsteile (35) durch zwei elastische im Querschnitt vorzugsweise rechteckförmige sich gegenüberliegende Speichen gebildet sind, welche sich zwischen einer auf der Welle (8) befestigten Nabe (36) und einem mit dem Handrad (6) verbundenen Radkranz (37) erstrecken und auf wenigstens zwei im rechten Winkel zueianderstehenden sich radial erstreckende Flächen je einen Dehnungsmeßstreifen -(47) tragen (Fig.2).
7. Steuersignalgeber nach einem der Ansprüche 1 - 6, d a -

d u r c h g e k e η η ζ ei c h η e t, daß jeder Bewegungsrichtung des Steuerrades (6) jeweils mindestens ein Paar von Dehnungsmeßstreifen (47) zugeordnet ist und die Dehnungsmeß-

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streifen eines solchen Paares jeweils aufeinander gegenüberliegender Flächen der Verbindungsteile (20,23;35) angeordnet sind, derart, daß beim Biegen des Verbindungsteils der eine Dehnungsmeßstreifen gedehnt und der andere gestaucht wird.
8. Steuersignalgeber nach Anspruch 7, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen zur Gewinnung des Steuersignals zu einer Wheatstone¹sehen Brücke zusammengeschaltet sind, wobei in zwei gegenüberliegenden Brückenzweigen die bei einer bestimmten Bewegung des Steuerrades gestauchten Dehnungsmeßstreifen und in den beiden anderen BrUekenzweigen die hierbei gedehnten Dehnungsmeßstreifen liegen.
9. Steuersignalgeber nach Anspruch 8, d a d u r c h gekennzeichnet, daß aus acht auf mehreren Verbindungsteilen (35) angeordneten Dehnungsmeßstreifen (47) zwei Wheatstone¹ sehe Brücken gebildet sind, wobei eine Brücke zwei zu beiden Seiten der neutralen Linie auf der einen Seite eines Verbindungsgliedes angeordnete Dehnungsmeßstreifen enthält sowie zwei Dehnungsmeßstreifen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Verbindungsteiles angeordnet sind und auf entgegengesetzen Seiten seiner einander entsprechenden neutralen Linien liegen.
10, Steuersignalgeber nach einem der Ansprüche X - 9, d a durch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der Bewegung des Steuerrades (6) auf der Welle (8) eine Hülse (15) mit sich sternförmig radial nach außen erstreckenden Armen (14) befestigt ist, deren Enden in Ausnehmungen oder Schlitze (13) des Steuerrades eingreifen.
11. Steuersignalgeber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge durch in Gewindebohrungen hineinragend© Schrauben (24,4o) verstellbar sind«

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