DE3111583C2

DE3111583C2 -

Info

Publication number: DE3111583C2
Application number: DE3111583A
Authority: DE
Inventors: David James Rockford Ill. Us Lang
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1980-04-11
Filing date: 1981-03-24
Publication date: 1992-07-16
Also published as: GB2073844A; IT1205318B; SE8101574L; IT8148239A0; DE3111583A1; FR2480457A1; JPS56160299A; US4318304A; CA1159035A; JPH0133399B2; IL62387A; FR2480457B1; GB2073844B

Description

Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung, insbesondere eine Kugelumlaufspindel-Stellvorrichtung mit Kraftbegrenzer, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1, die in einem Flugzeugsteuerungssystem einsetzbar ist.

Insbesondere für die Betätigung der Steuerklappen eines Flugzeugs oder von zu diesen führenden Wirkverbindungen ist es seit langem bekannt, daß im Falle einer Blockierung auf dem Betätigungsweg die der blockierten Wirkverbindung oder Steuerklappen zugeführte Antriebskraft schwere Beschädigungen des Aufbaus des Flugzeugs oder der Steuerklappen selbst zur Folge haben kann.

Die Entwickler von Kugelumlaufspindel-Stellvorrichtungen haben längst erkannt, daß beim Auftreten übermäßig hoher Belastungen eine Überlastung des Stellorgans eintreten kann. Zur Vermeidung von Schäden am Stellorgan oder an der zu betätigenden Einrichtung sind viele Lastaufnahmevorrichtungen entwickelt worden. Zum Beispiel ist in der US-PS 38 02 281 eine Antriebsvorrichtung für eine Leitspindel 21 angegeben, die hin- und herbeweglich in einem Kugelumlaufschloß 18 angeordnet ist. Das Kugelumlaufschloß 18 ist in einem rohrförmigen Antriebsorgan 14 angeordnet, das einstückig mit einem Stirnrad 17 ausgebildet ist, das wiederum mit einer Kegelradeinheit 11, 12 in Antriebsverbindung steht. Die Antriebskraft wird durch die Kegelradeinheit 11, 12 zu dem Stellorgan übertragen. Das Antriebsorgan 14 ist mit dem Kugelumlaufschloß 18 federnd gekuppelt, so daß es bei einem vorbestimmten Drehmoment relativ zu dem Kugelumlaufschloß 18 drehbar ist. Eine Bremse in Form von Rollen 31, die gegen den Stellorgankörper 10 geklemmt sind, spricht auf die vorgenannte Relativdrehbewegung an. Ein an dem Kugelumlaufschloß 18 vorgesehener Flansch 33 wirkt mit einem Bremsklotz 35 zusammen und bremst die Drehbewegung des Kugelumlaufschlosses ab, wenn die Leitspindel mit einer axialen Last beaufschlagt wird.

Ein Problem dieses Standes der Technik ist, daß, bei einem plötzlichen Auftreten von zu hohen Lasten, der Kraftschluß zwischen dem Stellorgan und der Leitspindel nicht schnell genug gelöst werden kann.

Weiterhin ist aus der US 39 68 705 eine Vorrichtung bekannt, bei der die Leitspindel axial und radial beweglich zu einem Gehäuse gelagert ist. Tritt nun durch den radialen Antrieb der Leitspindel eine durch die Leitspindel übertragene und von der Kugelmutter verursachte Axialkraft auf, kann sich hier die Leitspindel bezüglich des Gehäuses axial bewegen. Die Axialbewegung wird von Federn aufgenommen und von einem Schalter überwacht. Sobald die Axialbewegung der Leitspindel einen gewissen Wert übersteigt (und damit das übertragene Drehmoment), bewirkt der Schalter eine Überlastsicherung durch ein Abschalten des Antriebs.

Ein Nachteil dieser Lösung ist das langsame Ansprechen auf eine Überlast und die fehlende Arretierung der Vorrichtung, so daß sie im Flugzeugbau kaum Anwendung finden wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Realisierung einer Stellvorrichtung mit Kraftbegrenzer, die insbesondere in der Ausbildung als Kugelumlauf-Stellvorrichtung auch bei plötzlichem Auftreten einer übermäßigen Kraft die Kraftübertragung zwischen dem Spindelantrieb und der Spindel begrenzt und den Spindelantrieb blockiert.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Erfindung entfällt die Notwendigkeit, daß der Kugelumlaufteil der Einheit die übermäßig hohe Last erfassen muß, mit einem dadurch verursachten verzögerten Überlastschutz.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist das sehr gute Ansprechverhalten auf plötzliche Kraftstöße und eine darauffolgende formschlüssige Arretierung der gesamten Vorrichtung.

Die Stellvorrichtung mit Kraftbegrenzer nach der Erfindung umfaßt eine kraftübertragende axial bewegbare Kugelmutter, die von einer Gewindespindel getragen wird, die mit einem Ende drehbar in einem Gehäuse angeordnet ist. Die Gewindespindel ist im Gehäuse mit einem Antriebsorgan verbunden. Die Einheit weist eine im Gehäuse angeordnete Auslösevorrichtung auf, die mechanisch lösbar mit der Gewindespindel verbunden ist, wodurch sich die Gewindespindel in Axialrichtung im Gehäuse bewegen kann. Die Axialbewegung im Gehäuse erfolgt nur, wenn eine im Stellorgan vorhandene, zum Gehäuse gerichtete axiale Kraft einen vorbestimmten Wert übersteigt, wodurch die plötzliche Auslösung und Bewegung der Gewindespindel und des Antriebsorgans in Arretierung mit einem Abschnitt des Gehäuses erfolgt. Solange das Antriebsorgan mit dem Gehäuse arretiert ist, kann von dem Antriebsorgan auf die Gewindespindel und auf die kraftübertragende Kugelmutter keine weitere Antriebskraft übertragen werden. Die Auslösevorrichtung erlaubt außerdem eine begrenzte Bewegung der Gewindespindel und des Antriebsorgans in einer axialen Richtung weg vom Gehäuse, wenn in der vom Gehäuse wegführenden Richtung eine vorbestimmte Kraft auf die Gewindespindel ausgeübt wird. Wenn diese Bewegung vom Gehäuse weg erfolgt, tritt eine mechanische Festlegung des Antriebsorgans mit einem weiteren Abschnitt des Gehäuses ein, woraufhin von dem Antriebsorgan zu der Gewindespindel und dem kraftübertragenden Abtriebsteil keine weitere Antriebskraft übertragen werden kann.

Gemäß der Erfindung umfaßt die Stellvorrichtung mit Kraftbegrenzer eine Leitspindel, die eine Kugelmutter trägt, die axial bewegbar und als Abtriebsteil für die Kraftbegrenzungseinheit wirkt. Ein Ende der Spindel ist in der Einheit drehbar angeordnet. Diese weist Zähne auf, die auf jeder Seite unter einem Winkel zu den Stirnradseiten angeordnet sind. Im Gehäuse der Kraftbegrenzungseinheit sind ringförmige Paare von Zahnkränzen angeordnet, die auf beiden Seiten des Stirnrads mit einem Abstand dazu und außer Eingriff mit dem Stirnrad vorgesehen sind. Eine Auslösevorrichtung ist am Gehäuse angeordnet und mechanisch lösbar mit der Spindel gekoppelt, so daß die Spindel dann axial ins Gehäuse bewegbar ist, wenn eine in der Spindel vorhandene, zum Gehäuse gerichtete axiale Kraft einen vorbestimmten Wert übersteigt. Die Auslösung hat die plötzliche Bewegung der Spindel und des auf ihr angeordneten Stirnrads zur Folge, und zwar derart, daß die Verzahnung auf der Seite des Stirnrads mit dem am Gehäuse vorgesehenen Zahnkranz in Eingriff tritt, woraufhin von dem Antriebsstirnrad auf die Spindel und die Kugelmutter keine weitere Drehbewegung übertragbar ist.

Die Auslösevorrichtung ermöglicht ferner eine begrenzte Bewegung der Spindel und des Antriebsstirnrads in einer Richtung längs der Spindel vom Gehäuse weg, wenn die Spindel mit einer vom Gehäuse weg gerichteten vorbestimmten Kraft beaufschlagt wird. Die seitliche Verzahnung des Antriebsstirnrads tritt aufgrund einer solchen Bewegung in Eingriff mit dem anderen ringförmigen Zahnkranz, woraufhin keine weitere Drehbewegung von dem Antriebszahnrad auf die Spindel und die Kugelmutter übertragbar ist.

Die Kraft, die für das plötzliche Auslösen erforderlich ist, ist größer als die zum Bewegen des Stellorgans vom Gehäuse weg erforderliche Kraft. Ferner sind Belleville-Federn vorgesehen, die zwischen dem Stirnrad und der Auslösevorrichtung sowie zwischen dem Stirnrad und einer an der Spindel gesicherten Mutter angeordnet sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Teil einer Flugzeugtragfläche mit einer Landeklappe und dem erfindungsgemäßen Spindeltrieb;

Fig. 2 einen Spindeltrieb mit Kraftbegrenzer in Seitenansicht;

Fig. 3 den Kraftbegrenzer nach Fig. 2 im Axialschnitt;

Fig. 4 einen Schnitt 4-4 in Fig. 2;

Fig. 5 einen Schnitt 5-5 in Fig. 3;

Fig. 6 einen Schnitt 6-6 in Fig. 3; und

Fig. 7 das Ineinandergreifen von stirnradseitigen Zähnen und gehäuseseitigen Zähnen des Kraftbegrenzers.

In Fig. 1 ist durch Strichlinien ein Teil eines Flügels 12 eines Flugzeugs 11 angedeutet, in dem Spindeltriebe aus je einer Kugelumlaufspindel und einem Kraftbegrenzer eingesetzt werden. Die im folgenden beschriebenen Spindeltriebe können jedoch überall dort eingesetzt werden, wo ein hin- und hergehend angetriebenes Element blockieren und dadurch ein Gestänge und andere Aufbauten beschädigen kann. Nach Fig. 1 sind an der Tragfläche 12 mehrere Klappen 13, 14 vorgesehen, welche Steuerflächen für die Tragfläche 12 bilden. Die Verstellung einer Klappe 13, 14 in Richtung des Pfeils 16 erfolgt durch identische Stellvorrichtungen 17 und 18, die von einem Motor 19 über eine biegsame Welle 21 angetrieben werden. Die Welle 21 ist mit einem Winkelgetriebe 26 und über dieses mit einer Kraftbegrenzungseinheit 27 verbunden. Der Stellvorrichtung 18 wird Antriebskraft über eine biegsame Welle 28 zugeführt.

Die Vorrichtung 17 umfaßt eine Kraftbegrenzungseinheit 27, in der ein Stellorgan 31 in Form einer Gewindespindel mit einem Ende gelagert ist. Auf der Gewindespindel 31 ist eine Kugelmutter 32 angeordnet. Zwei Laufwerke 33, 34 sind durch einen Bolzen 36 an der Kugelmutter 32 befestigt. Jedes Laufwerk 33, 34 trägt ein Räderpaar 37, 38 und 37′, 38′, welche die Linearbewegung der Kugelmutter 32 auf die Klappe 13 übertragen und diese in Richtung des Doppelpfeils 16 ausfahren oder einziehen. Die Gewindespindel 31 wird vom Motor 19 über die biegsame Welle 21, das Winkelgetriebe 26 und die Kraftbegrenzungseinheit 27 angetrieben. Wenn ein Laufwerk 33, 34 und/oder seine Räder 37, 38 und 37′, 38′ blockieren, kann die über die Gewindespindel 31 auf die Kugelmutter 32 übertragene Antriebsenergie Beschädigungen der Klappe 13 verursachen. Die Kraftbegrenzungseinheit soll derartige Beschädigungen des Klappenstellsystems und anderer Flugzeugteile bei einer Blockierung der Klappe oder ihrer Getriebeketten verhindern. Nach Ansprechen der Kraftbegrenzungseinheit 27 soll das Stellsystem unwirksam und die jeweilige Klappe 13 bzw. 14 unverändert in ihrer Lage gehalten werden, um die weitere Steuerung des Flugzeugs zu ermöglichen. Die Kraftbegrenzungseinheit 27 schützt alle Systembauteile, wie die Klappe 14 und den Spindelmuttertrieb 18, die der von einer Blockierung betroffenen Kraftbegrenzungseinheit 27 nachgeordnet sind.

Bei der in Fig. 2 im einzelnen dargestellten Stellvorrichtung 17 ist auf der Gewindespindel 33 die Kugelmutter 32 angeordnet, in deren Öffnung 41 der in Fig. 1 gezeigte Bolzen 36 eingesetzt ist. Die Gewindespindel 33 ist mit einem Ende in einem Gehäuse 46 der Kraftbegrenzungseinheit drehbar gelagert, deren Einzelheiten anhand der Fig. 3 näher erläutert werden. Eine quadratische Antriebsöffnung 47 dient zur Aufnahme des Kraftantriebs vom Winkelgetriebe 26 nach Fig. 1. Rechts im Gehäuse 46 ist ein in Fig. 4 dargestelltes Kugelgelenk 48 vorgesehen, das eine Universalverbindung mit einem Teil des Flugzeugaufbaus ermöglicht.

Nach Fig. 3 ist im Gehäuse 46 der Kraftbegrenzungseinheit eine angetriebene Schnecke 49 gelagert, die mit einem Antriebsglied 56 in Form eines Schneckenrads kämmt. Das Schneckenrad 56 ist auf einem schmaleren Endabschnitt 57 der Gewindespindel 33 mittels eines Keils 58 drehfest und einer Spannmutter 59 gesichert. Zwischen dem Schneckenrad 56 und der Spannmutter 59 sind Belleville-Federn 61, 62 angeordnet. In einem am Gehäuse 46 befestigten ringförmigen Deckel 66 sitzen radiale Abscherbolzen 67, deren radial innere Abschnitte in einen Ring 68 eingreifen. Der Ring 68 ist zwischen Nadellagern 71, 72 und 73, 74 positioniert, die in Laufringen 76 und 77 abgestützt sind. Eine Gleitlagerhülse 79 ist zwischen dem Ring 68 und dem Endabschnitt 57 der Gewindespindel 33 angeordnet. Zwischen dem Laufring 76 und dem Deckel 66 ist eine Radialdichtung 78 eingefügt. Ein Bolzen 81 ist in den Endabschnitt 57 der Leitspindel 33 radial eingesetzt und mit seinem äußeren Abschnitt in einem Schlitz 82 im Laufring 76 geführt. An der rechten Seite des Laufrings 77 sind zwei Belleville-Federn 83, 84 angeordnet. Das Schneckenrad 56 weist seitlich angeformte Zähne 86, 87 auf, deren Anordnung in Fig. 5 gezeigt ist. An dem Gehäuse 46 und am gehäusefesten Deckel 66 sind zwei axiale Zahnkränze 85, 85′ angeformt. Die Arretiervorrichtung 85, 87, ein Zusammenwirken mit gegensinnigen Verzahnungen 87, 85 ist aus Fig. 7 ersichtlich, in der die negativen Spanwinkel 88, 89 der Verzahnungen 85 und 87 dargestellt sind. Die Anordnung der Kupplungselemente 67 in Form von Abscherbolzen ist aus Fig. 6 ersichtlich.

Der Abscherbolzen 67, der eine Lagerhalterung bildende Deckel 66 und der Ring 68 bilden eine Überlastsicherung für die Gewindespindel 33. Wenn die Kugelumlaufmutter 32 in der von dem Gehäuse 46 wegführenden Bewegung blockiert wird, tritt in der Gewindespindel 33 eine zum Gehäuse 46 gerichtete Axialkraft auf, die den Nadellagersatz 71, 72 belastet. Die Dicke und der Werkstoff der Abscherungsbolzen 67 bestimmen die Obergrenze dieser Schubkraft. Wenn die auf die Gewindespindel 33 einwirkende Schubkraft die Scherfestigkeit der Abscherbolzen 67 übersteigt, werden nach deren Abscheren der Ring 68 und die zugehörige Lagereinheit in Fig. 2 plötzlich nach rechts verschoben, wodurch die seitliche Verzahnung 87 am Schneckenrad 56 in Eingriff mit dem Zahnkranz 85 am Gehäuse 46 gelangt. Das Einrücken dieser Verzahnungen 87, 85 verhindert eine Weiterdrehung des Schneckenrads 56.

Wenn die Kugelmutter 32 bei einer Bewegung in Fig. 2 nach rechts blockiert wird, wirkt auf die Gewindespindel 33 eine Zugkraft in einer vom Gehäuse 46 wegweisenden Richtung. Diese Kraft wird über die Spannmutter 59, die Belleville-Federn 61, 62, das Schneckenrad 56, die Belleville-Federn 83, 84 auf den Laufring 77 übertragen, wobei die Belleville-Federn 83, 84 zusammengedrückt und das Stirnrad 56 in Fig. 3 nach links verschoben wird. Seine seitliche Verzahnung 86 gelangt in Eingriff mit dem Zahnkranz 85′ am Gehäusedeckel 66, was eine weitere Kraftübertragung vom Schneckenrad 49 über das Stirnrad 56 zur Gewindespindel 33 verhindert.

Die auch als Überlastkupplung wirkende Kraftbegrenzungseinheit spricht auf axiale Kräfte an, die auf das aus Gewindespindel und Kugelumlaufmutter gebildete Schraubgetriebe einwirken, wobei eine übermäßig hohe axiale Belastung ein Feststellen der Spindel bewirkt und eine weitere Kraftübertragung auf die Kugelumlaufmutter verhindert.

Claims

1. Stellvorrichtung, insbesondere Kugelumlaufspindel-Stellvorrichtung, mit Kraftbegrenzer, bestehend aus einem mit einem Ende in einem Gehäuse drehbar gelagerten Stellorgan (Gewindespindel), einem im Gehäuse drehbar gelagerten Antriebsglied für das Stellorgan und einem vom Stellorgan linear hin- und herbewegbaren Stellglied (Spindelmutter), wobei das axial begrenzt verschiebbare Stellorgan unter der Wirkung einer vorbestimmten Axialkraft den ihm zugeordneten Kraftbegrenzer aktiviert, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftbegrenzer Kupplungselemente (67) enthält, welche das Stellorgan (31) unter Einwirkung einer Schubkraft im Gehäuse (46) in seiner axialen Betriebsstellung halten und nach Übersteigen ihres vorbestimmten Maximalwertes plötzlich zur Ausführung der Längsbewegung freigeben, und daß zwischen dem zusammen mit dem Stellorgan (31) axial verschiebbaren Antriebsglied (56) und einer Innenwand des Gehäuses (46) eine Arretiervorrichtung (85, 87) angeordnet ist, die bei der Längsbewegung des Stellorgans (31) einrückt und das Antriebsglied (56) blockiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich neben dem Antriebsglied (56) und einem Gehäusedeckel (66) eine weitere Arretiervorrichtung (85′, 86) vorgesehen ist, die bei einer Ausziehbewegung des Stellorgans (31) einrückt und das Antriebsglied (56) blockiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtungen zu beiden Seiten des Antriebsglieds (56) als in Umfangsrichtung weisende zahnförmige Klauen (85 bis 87) ausgebildet sind, die eine spitzwinklig hinterschnittene Eingriffsflanke aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente als Scherbolzen (67) ausgebildet sind, die mit ihrem oberen Abschnitt im Gehäusedeckel (66) und mit ihrem unteren Abschnitt in einen gegenüber dem Gehäusedeckel axial verschiebbaren Lagerring (68) eingreifen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das auf dem Endzapfen (57) des Stellorgans (31) über eine Keilverbindung angeordnete Antriebsglied beidseitig durch Tellerfedern abgestützt ist.