DE2060823C3

DE2060823C3 - Vorrichtung zum Anzeigen der Strömungsrichtung eines Luftstromes

Info

Publication number: DE2060823C3
Application number: DE2060823A
Authority: DE
Inventors: Robert M.S. Edinburgh Murray; Brian E. Balerno Midlothian Pitches
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1969-12-15
Filing date: 1970-12-10
Publication date: 1978-06-15
Also published as: FR2073471A1; DE2060823B2; GB1272850A; DE2060823A1; US3665760A; FR2073471B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen der Strömungsrichtung eines Luftstromes, mit einer in einem Gehäuse angeordneten drehbaren Welle und einem an dieser befestigten, im Luftstrom angeordneten Flügel.

Aus der DT-AS 12 22 280 ist eine Anordnung zum Anzeigen der Strömungsrichtung eines Luftstromes mit einer in einem Gehäuse angeordneten drehbaren Welle und einem an dieser befestigten, dem Luftstrom ausgesetzten Flügel bekannt, wobei die mechanische Drehung des Flügels und damit der Welle in entsprechende elektrische Größen umgeformt werden, wozu unter anderem ein Rundpotentiometer verwendet wird.

Bei der bekannten Anordnung sollen Meßwertschwankungen oder Meßwertverfälschungen an der Stoßstelle der Wicklung des Potentiometers vermieden werden, wozu zwei galvanisch voneinander getrennte, mechanisch starr miteinander verbundene und um 180° gegeneinander versetzte Schleifer vorgeschlagen werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die mechanischen Schwingungen bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zu dämpfen, sowie Reibungskräfte, die durch Dichtungen entstehen, im wesentlichen auszuschalten.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Gehäuse eine Hohlwelle drehbar und koaxial über der Welle angeordnet ist, daß eine Dichtung zwischen der Welle und der Hohlwelle angeordnet ist, die eine begrenzte Relativdrehung zwischen den beiden Wellen erlaubt, und daß die Hohlwelle mittels einer Servosteuerung drehbar ist, um die relativen Positionen der Welle und der Hohlwelle innerhalb des begrenzten Winkelbereiches zu halten.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben, in der

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

ίο Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung nach Fig. 1 im Längsschnitt.

Fig.3 zeigt einen Schnitt längs der Linie III—III von Fig. 1.
Fig.4 zeigt schematisch die Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Nach den F i g. 1 bis 3 ist ein zylindrisches Gehäuse 10 mit Hilfe eines Bundes 11 in einer öffnung des Rumpfes 12 eines Flugzeuges angeordnet Das Gehäuse 10 trägt zwei Lagerbüchsen !3, in denen eine Hohlwelle 14 gelagert ist. Die Hohlwelle selbst trägt zwei Kugellager 15, in denen eine Welle 16 gelagert ist, die durch die Hohlwelle 14 hindurch verläuft Auf dem äußeren Ende der Welle 16 ist eine Kappe 17 befestigt, die einen Flügel 18 trägt, der im Schnitt die Form eines doppelkeilförmigen Überschall-Tragflügels hat und der zur Drehachse um 45° zurückgeneigt ist. Auf dem inneren Ende der Welle 16 sitzt ein Ausgleichsgewicht 19, das durch einen Arm 20 mit einem Ring 21 verbunden ist

Rund um die Hohlwelle 14 verläuft ein auf dieser sitzendet Zahnring 22, dessen Zähne in ein Ritzel 23 eingreifen, das auf der Welle eines Elektromotors 24 sitzt, der einen Getriebekasten 25 aufweist, außerdem greift der Zahnring in ein weiteres Ritzel 26 ein, das auf der Welle eines Tacho-Generators 27 sitzt. Der Elektromotor 24 und der Tacho-Generator 27 sind am Gehäuse 10 befestigt.

Das innere Ende der Hohlwelle 14 trägt ein paar Ansätze 28 und 29, die von der Welle radial nach außen vorstehen und einander gegenüberliegen, aber im Abstand voneinander angeordnet sind. Jeder Ansatz besitzt einen isolierten elektrischen Kontakt 30, der durch ihn hindurch in den Zwischenraum zwischen den beiden Ansätzen ragt. Der Arm 20, der das Ausgleichsgewicht 19 mit der Welle 16 verbindet, ist mit einem Kontaktfinger 31 versehen, der zwischen den Kontakten 30 auf den beiden Ansätzen 28 und 29 angeordnet ist. Von den beiden Kontakten 30 und von einer Kontaktfläche am Kontaktfinger 31 gehen elektrische Verbindungsleitungen über Schleifringe oder flexible Kabel (nicht gezeigt) zum Anschluß der zugehörigen Anlagen.

Eine staub- und feuchtigkeitsdichte Dichtung 32 ist an den äußeren Enden der Hohlwelle 14 und der Welle 16 angebracht, die nur eine begrenzte Relativdrehung zwischen beiden erlaubt, und die teilweise durch die Kappe 17 abgedeckt ist.

F i g. 4 zeigt eine Servosteuerung und die Anzeigeeinrichtung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung, die selbst nur schematisch gezeigt ist. Die Hohlwelle 14, die die elektrischen Kontakte auf den beiden Ansätzen 28 und 29 trägt, ist zusammen mit der Welle 16 auf ihrem Kontaktfinger 31 dargestellt An die beiden Kontakte der Ansätze 28 und 29 ist eine Batterie 33 angeschlossen, während die Kontaktflächen des Kontaktfingers 31 mit

^ft5 dem Eingang eines Verstärkers 34 verbunden sind. Der Ausgang des Verstärkers steuert den Elektromotor 24, der über den Getriebekasten 25 mechanisch mit dem Tacho-Generator 27 ι nd der Hohlwelle 14 gekuppelt

ist. Der elektrische Ausgang des Tacho-Generators 27 ist zum Verstärker 34 rückgekoppelt. Ein Ausgang, der die Winkelstellung der Hohlwelle relativ zu einer gegebenen Stellung darstellt, kann durch die Stellung eines beweglichen Schleifers 35 an einem Potentiometer 36 angezeigt werden, wobei der bewegliche Kontakt mechanisch mit der Hohlwelle 14 verbunden ist. Die mechanischen und elektrischen Einrichtungen, die in Fig.4 dargestellt sind, umfassen eine übliche Servo-Schleife mit mechanischer Kupplung. ι ο

Die Ansätze 28 und 29 sind so angeordnet, daß die Drehung der Welle 16 relativ zur Hohlwelle 14 sehr klein ist, beispielsweise insgesamt etwa 0,2 Bogengrade.

Da eine sehr kleine Relativbewegung zwischen der Hohlwelle 14 und der Welle 16 vorhanden ist, nimmt die flexible Dichtung 32 diese Bewegung auf, während sie den Eintritt von Feuchtigkeit oder Staub in die Vorrichtung verhindert. Die Lagerbüchsen 13, die in die Hohlwelle 14 im Gehäuse 10 abstützen, haben dieselben Funktionen. Die Reibung in diesen Lagern wird durch das vom Elektromotor 24 gelieferte Dichmoment überwunden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Es soll angenommen werden, daß das Systen sich im Luftstrom gerade stabil verhält, so daß der Kontaktfinger 3t am Arm 20 si h in der Mitte zwischen und mit Abstand von den beiden Kontakten 30 auf den Ansätzen 28 und 29 befindet. Der Verstärker 34 ist unwirks.-. η und der Elektromotor 24 daher in Ruhe. Die Lage des Schleifers 35 am Potentiometer 36 zeigt die Winkelstellung des Flügels 18 relativ zur Bezugsrichtung an.

Wenn sich nun die Strömungsrichtung der Luft relativ zum Flugzeug ändert, so wird der Flügel 18 gedreht. Es ist nun nur eine geringe Drehung möglich, bis der Kontaktfinger 31 den Kontakt 30 an einem der beiden Ansätze 28 oder 29 berührt. Wenn beispielsweise der Kontaktfinger den Kontakt 30 am Ansatz 29 berührt, und zwar infolge einer Gegenuhrzeigerdrehung der Welle 16, wie in F i g. 3 gezeigt, wird der Elektro-Motor 24 durch den Verstärker 34 erregt, wodurch die Hohlwelle 14 angetrieben wird. Die Hohlwelle wird in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht, wie Fig. 3 zeigt, und zwar so lange, wie der Kontaktfinger 3( in Berührung mit dem Kontakt am Ansatz 29 bleibt. Der Tacho-Generator 27 gibt an den Verstärker 34 ein Signal zurück, das die Bewegungsgeschwindigkeit der Hohlwelle 14 anzeigt. Die innere Welle 16 kann nun frei durch den auf den Flügel 18 einwirkenden Luftstrom gedreh' werden, wobei die Drehung der Hohlwelle 14 fortgesetzt wird, bis der Flügel eine Gleichgewichtslage erreicht hat.

Wenn die Drehung der inneren Welle 16 aufhört, so wird durch eine weitere Drehung der Hohlwelle 14 der elektrische Kontakt zwischen dem Kontaktfinger 31 und dem Kontakt 30 am Ansatz 29 unterbrochen, wodurch der Elektromotor 24 nicht mehr durch den Verstärker 34 erregt wird, so daß die Bewegung der Hohlwelle 14 aufhört Der Schleifer 35 des Potentiometers 36 hat sich mit der Drehung der Hohlwelle 14 bewegt, und seine neue Lage gibt nun die Stellung des Flügels an.

In derselben Weise wird durch eine Bewegung des Flügels 18 entgegengesetzter Richtung der Elektromotor 24 eingeschaltet, worauf die Hohlwelle 14 in derselben Richtung wie der Flügel 18 gedreht wird, bis der Kontaktfinger 31 sich vom Kontakt 30 am Ansatz 28 löst

Infolge der Übersetzung zwischen der Hohlwelle 14 und dem Elektromotor 24 einschließlich der Übersetzung im Getriebekasten 25 ist es nicht möglich, daß die auf den Bügel 18 einwirkenden aerodynamischen Kräfte die Hohlwelle infolge des Kontaktes zwischen dem Kontaktfinger 31 und einem der Ansätze 28 oder 29 drehen. Die Ansätze 28 und 29 wirken somit als Anschläge, die die Drehung der Welle 16 begrenzen.

In der Praxis kann es geschehen, daß die Drehung der Hohlwelle nicht sofort endet, wenn sich der Kontaktfinger 31 und der entsprechende Kontakt 30 trennen, sondern die Drehung kann fortgesetzt werden, bis der entgegengesetzte Kontakt den Finger berührt. Dies würde zu einer Schwingung des Servosystems führen, Tails die Bewegung der Hohlwelle nicht gedämpft wird, und ein gewisses Maß an Dämpfung wird durch den Tacho-Generator 27 erreicht. Das Problem der Schwingungen tritt hauptsächlich bei der Verwendung von Ein-Aus-Schakern zur Anzeige der Relativbewegung zwischen der Hohlwelle 14 und der inneren Welle 16 auf. Zweckmäßigerweise werden daher andere Schalter oder Geber verwendet, die sowohl die Richtung und den Betrag der Relativbewegung angeben. Geeignet sind z. B. kapazitive, induktive oder piezo-elektrische Geber ansielle des Kontaktfingers 31 und der Kontakte 30. Das Potentiometer 36 kann durch einen anderen Ausgang ersetzt werden. Beispielsweise kann ein Synchro-System verwendet werden, das eine Fernanzeige abgibt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bis zu einem Betriebswinkel von 360° verwendet werden. Die Größe des Betriebsbereiches bestimmt, ob für die Verbindungen zu den Kontakten 30 und zum Kontaktfinger 31 flexible Kabel oder Schleifringe verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Anzeigen der Strömungsrichtung eines Luftstromes, mit einer in einem Gehäuse angeordneten drehbaren Welle und einem an dieser befestigten im Luftstrom angeordneten Flügel, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (10) eine Hohlwelle (14) drehbar und koaxial über der Welle (16) angeordnet ist, daß eine Dichtung (32) zwischen der Welle (16) und der Hohlwelle (14) angeordnet ist, die eine begrenzte Relativdrehung zwischen den beiden Wellen erlaubt, daß die Hohlwelle (14) mittels einer Servosteuerung (24,34; 30, 31) drehbar ist, um die relativen Positionen der Welle (16) und der Hohlwelle (14) innerhalb des begrenzten Winkelbereiches zu halten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Servo-Steuerung eine Meßeinrichtung (30, 31) zur Feststellung der Drehrichtung der Welle (16) relativ zur Hohlwelle (14) sowie einen durch die Meßeinrichtung steuerbaren Antrieb (24) für die Hohlwelle (14) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen auf der Welle (16) sitzenden Kontaktfinger (31) aufweist, der zwischen zwei im Abstand voneinander angeordneten Kontakten (30) angeordnet ist, die an mit der Hohlwelle (14) verbundenen Ansätzen (28, 29) angebracht sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (35, 36) zum Anzeigen der Winkelstellung der Hohlwelle (14) relativ zu einer Bezugsstellung.