DE3304431C2 - Servobremse - Google Patents

Abstract

Es wird eine Servobremse, insbesondere zum Abbremsen des freien Endes einer Welle, beschrieben, welche eine elektromagnetisch oder hydraulisch betätigte Stelleinheit aufweist, mittels der bei deren Beaufschlagung mit einem entsprechenden Signal eine Reibscheibe (22) gegen einen stationären Anschlag (26) gedrückt wird und diese somit abgebremst wird, wobei die Reibscheibe (22) drehfest mit einer Wellenhülse (24) verbunden ist, auf der die Abtriebsscheibe (32) eines Kugel-Rampen-Mechanismus axial verschieblich, aber drehfest angeordnet ist, und wobei die Antriebsscheibe (34) des Kugel-Rampen-Mechanismus mit dem abzubremsenden Wellenende verbunden ist. Der Kugel-Rampen-Mechanismus weist weiterhin drehfest angeordnete Reibflächen (38) im Bereich der Abtriebsscheibe (32) auf, die im Zusammenwirken mit der Abtriebsscheibe (32) bei abgebremster Wellenhülse (24) und dadurch verursachter Axialverschiebung der Abtriebsscheibe (32) gegen die Kraft einer Vorspannfeder (36) ein endgültiges Abbremsen von Abtriebsscheibe (32), Antriebsscheibe (34) und somit des Wellenendes bewirken.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (30) gegen eine Vorspannfederanordnung (28) in axialer Richtung bewegbar ist.

2. Servobremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anschlagscheibe (30) auf der Wellenhülse (24) ist, an welcher sich die Bremslamellen (38) bei Bremsung abstützen.

3. Servobremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wellenhülse (24) ein Anschlag (40) vorgesehen ist, der die Axialverschiebung der Abtriebsscheibe (32) des Kugel-Rampen-Mechanismus und damit auch der Anschlagscheibe auf einen bestimmten Weg begrenzt, welcher das maximale Bremsmoment bestimmt.

4. Servobremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Federkraft ein Paket Tellerfedern (28) vorgesehen ist.

5. Servobremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe (34) des Kugel-Rampen-Mechanismus und Welle (12), auf der die Wellenhülse (24) verschieblich angeordnet ist, ein integrales Teil darstellen.

6. Servobremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit eine elektromagnetisch oder hydraulisch zu betätigende Einheit ist.

7. Servobremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerplatte (18) von einem Elektromagneten (16) im erregten Zustand in Lösestellung gehalten wird und im entregten Zustand des Elektromagneten von der Kraft einer Feder (20) gegen die Reibscheibe (22) gedrückt wird und dieser ein Hilfsbremsmoment erteilt.

Die Erfindung betrifft eine Servobremse nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Derartige Servobremsen finden vor allem als Notbremsen von Klappenantrieben in Flugzeugen Verwendung. Die Klappen werden über Betätigungseinheiten (z. B. Kugelrollspindeln), die von einer längs in den Flügeln verlaufenden Welle angetrieben werden, verstellt. Bei einem Bruch irgendwo im Antriebssystem treten der vorhandenen aerodynamischen Lasten unkontrollierte Bewegungen der Klappen auf, die die Aerodynamik des gesamten Flügels unzulässig beeinflussen und/oder zu einer Deformierung bzw. Zerstörung von Bauteilen führen können. Es ist daher erforderlich, die in den Flügeln verlaufenden Antriebswellen im Falle eines Bruches abzubremsen. Der Abbremsvorgang muß einerseits so schnell als möglich erfolgen, d. h. die Bremse muß schnell ansprechen, das Bremsmoment soll jedoch begrenzt sein, da sonst gegebenenfalls ein weiterer Bruch der Welle erfolgt

Üblicherweise werden die Klappenantriebe mit paarweise installierten Positionsgebern überwacht, die bei Überschreiten einer bestimmten Asynchronität ein Signal abgeben, das die entsprechenden Bremsen für die Antriebswellen in den Flügeln aktiviert.

Es ist bereits bekannt, zum angegebenen Zweck elektromagnetisch betätigte Bremsen einzusetzen. Da die erforderlichen Bremsmomente jedoch erheblich sind, haben derartige Bremsen ein Bauvolumen ;jnd Gewicht, das ihre Anwendung auf einige Spezialfälle beschränkt. Als weitere Möglichkeit bietet sich eine elektrohydraulisch betätigte Bremse an, da in jedem Flugzeug normalerweise ein Hydraulikkreis vorhanden ist. An diesen Hydraulikkreis sind jedoch eine ganze Reihe Verbraucher angeschaltet, was dazu führt, daß der Druck in diesem Kreis starken Schwankungen unterliegt. Es ist offensichtlich, daß eine derartige elektrohydraulisch betätigte Bremse auf dem niedrigstmöglichen Betriebsdruck ausgelegt werden muß, um auch unter ungünstigen Bedingungen ein sicheres Ansprechen zu gewährleisten. Der Bereich der möglichen Druckschwankungen ist jedoch so groß, daß es in diesem Fall Schwierigkeiten macht, die Bremse mit dem maximal auftretenden hydraulischen Druck zu beaufschlagen. Jedenfalls ergeben ohne die Vorsehung weiterer Steuereinrichtungen unterschiedliche Drucke auch unterschiedliche Bremsmomente, was unerwünscht ist. Nachteilig ist weiterhin, daß ein hydraulischer Anschluß in den Flügelenden nicht immer verfügbar ist.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, elektromechanische Servobremsen vorzusehen, bei denen ein mechanischer Energiespeicher, beispielsweise in Form eines Federpakets durch einen Ausklinkmechanismus freigegeben wird. Derartige Bremsen können zwar entsprechend klein gebaut werden, sie haben jedoch den Nachteil, daß sie irreversibel, d. h. nicht automatisch rückstellbar sind, sondern jedesmal durch einen äußeren Eingriff zurückgesetzt bzw. gelüftet werden müssen. Im Hinblick auf die Anforderung, derartige Bremsen routinemäßig auszuprobieren, hat sich diese Bauart verständlicherweise nicht durchsetzen können. Aus der GB-PS 20 34 834 ist eine Servobremse der gattungsgemäßen Art bekannt. Wenn bei einer solchen Servobremse die Stelleinheit durch ein Bremssignal aktiviert wird, so wird zunächst die vorher umlaufende Reibscheibe abgebremst. Durch diese Abbremsung wird aufgrund der Funktion des Kugel-Rampen-Mechanismus eine Winkelverdrehung zwischen der Abtriebsscheibe und der Antriebsscheibe erzeugt, wobei sich die Abtriebsscheibe gegen einen Anschlag abstützt. Durch diesen Vorgang wird das abzubremsende Teil gleichsam

festgeklemmt. Bei einer solchen Servobremse erfolgt also das Anschlagen der Abtriebsscheibe am Anschlag r.brupt, da der Anschlag starr ausgebildet ist. Ein derartig rasches Abbremsen der abzubremsenden Teile bringt jedoch die Gefahr mit sich, daß Teile der Bremse oder der daran gekoppelten Teile beschädigt werden.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik liegt somit der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Servobremse derart weiterzubilden, daß zur Schonung der zu bremsenden Teile eine sanfte Bremsung erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer Servobremse ist gewährleistet, daß der Bremsvorgang nicht abrupt, sondern sanft erfolgt Beim Bremsvorgang wirkt die durch den Kugel-Rampen-Mechanismus axial verschobene Abtriebsscheibe gegen die drehfeste Reibflächenanordnung, die sich ihrerseits gegen den in axialer Richtung vorgespannten Anschlag abstützt.

Für die Anwendung als Notbremse in Klappenbetätigungssystemen von Flugzeugen, bei denen die Signalübertragung elektrisch erfolgt, hat sich eine Kombination aus elektromagnetischer Bremse zur Erzeugung des Hilfsbremsmomentes und einem an sich bekannten Mechanismus, wie er üblicherweise in Drehmomentbegrenzern Verwendung findet, als besonders vorteilhaft erwiesen. Eine derartige Bremse erfüllt in hervorragender Art und Weise sämtliche Anforderungen, die speziell im Anwendungsfall gestellt werden, d. h. geringes Gewicht, kleines Bauvolumen, hohes aber eindeutig de finiertes Bremsmoment und elektrische Ansteuerung.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Servobremse,

Fig.2 einen Teihchnitt in der Ebene A-A in Fig. 1, und

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B in F i g. 2.

In einem zylindrischen Gehäuse 10 mit beidseitig ausgebildeten Montageflanschen ist koaxial eine Welle 12 gelagert, deren eines Ende aus dem Gehäuse herausragt und zum Anschluß an eine zu überwachende bzw. abzubremsende Welle mit einer Innenverzahnung 14 versehen ist.

Um das gegenüberliegende Ende der Welle herum ist im Gehäuse eine Elektromagnet 16 angeordnet, der mit einer Ankerplatte 18 und einer Feder 20 derart zusammenwirkt, daß der Elektromagnet 16 im erregten Zustand die Ankerplatte 18 gegen die Kraft der Feder 20 anzieht, d. h., daß diese Ankerplatte im eingeschalteten Zustand des Elektromagneten an diesem anliegt. Der Ankerplatte 18 benachbart ist eine Reibscheibe 22 angeordnet, die bei der gezeigten Ausführungsform als Kreisring ausgebildet ist und die axial längs einer Kupplungsverzahnung auf einer Wellenhülse 24 verschieblich ist. Die Reibscheibe 22 wirkt einerseits mit der Ankerplatte 18 und andererseits mit einer Ringschulter 26 des Gehäuses 10 derart zusammen, daß sie bei eingeschaltetem Elektromagnet frei drehbar ist, bei freigegebener Ankerplatte jedoch mittels der Feder 20 zwischen Ringschulter 26 und und Ankerplatte 18 eingeklemmt wird und ein entsprechendes Bremsmoment erzeugt.

Auf der Wellenhülse 24 ist ein Paket Tellerfedern 28 angeordnet, die zwischen einem Bund der Wellenhülse und einer Anschlagscheibe 30 eingespannt sind. Die Anschlagscheibe 30 ist auf der Wellenhülse 24 axial verschieblich und wird von den Tellerfedern 28 gegen eine Schulter der Wellenhülse gedruckt. Diese Bauart ermöglicht somit ein Ausweichen der Anschlagscheibe 30 bei weiterem Zusammendrücken de.- Tellerfedern 28 (in der Zeichnung nach rechts).

Die Wellenhülse 24 übergreifend ist eine Antriebsscheibe 32 vorgesehen, die einerseits einen radialen Flansch aufweist, dessen Stirnfläche über einen noch zu beschreibenden Kugel-Rampen-Mechanismus mit der gegenüberliegenden Stirnfläche einer an der Welle 12 ausgebildeten Antriebsscheibe 34 zusammenwirkt. Die Abtriebsscheibe 32 hat einen axial gerichteten Bund, der innenseitig und außenseitig eine axiale Keilverzahnung aufweist. Die Wellenhülse 24 weist in dem Bereich, in dem sie von dem radialen Bund der Abtriebsscheibe 32 übergriffen wird, ebenfalls eine komplementär ausgebildete Keilverzahnung auf, so daß Wellenhülse 24 und Abtriebsscheibe 32 drehfest miteinander verbunden sind, jedoch axial gegeneinander verschoben werden können. Eine Vorspannfeder 36, die sich an einem Anschlag der Wellenhülse 24 abstützt, belastet die Abtriebsscheibe 32 in Richtung Antriebsscheibe 34.

In der Keilverzahnung der Außenseite des radialen Bundes der Abtriebsscheibe 32 sind Bremslamellen 38 geführt, die mit entsprechenden Lamellen, die in einer Keilverzahnung des Gehäuses geführt sind, zusammenwirken. Die Anordnung ist so getroffen, daß sich das gesamte Bremslamellenpaket axial um einen bestimmten Weg verschieben kann. Bei einer axialen Auslenkung der Abtriebsscheibe 32 von der Antriebsscheibe 34 weg werden die Bremslamellen (in der Zeichnung nach rechts) gegen die Anschtegscheibe 30 gedrückt. Bei einer weiteren Verschiebung der Abtriebsscheibe 32 gegen die Kraft der Tellerfedern 28 werden diese weiter komprimiert bis die Abtriebsscheibe 32 gegen einen Anschlag 40 der Wellenhülse anläuft, wodurch eine weitere Relativverschiebung der Abtriebsscheibe 32 gegenüber der Wellenhülse 24 verhindert wird. In dieser Stellung werden die Bremslamellen 38 von einer ganz bestimmten, durch die Rückstellkraft der Tellerfedern 28 definierten Druckkraft belastet, die das maximale Bremsmoment bestimmt.
In der in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet sich die Abtriebsscheibe 32 in ihrer Ruhestellung, d. h. in der der Antriebsscheibe 34 am engsten benachbarten Position. In dieser Lage haben die Bremslamellen 38 zwischen Anschlagscheibe 30 und Abtriebsscheibe 32 gerade soviel axiales Spiel, daß sich Wellenhülse und Abtriebsso scheibe mit den daran befestigten Bremslamellen zusammen mit der Antriebsscheibe 34 ungehindert drehen können.

Zwischen den gegenüberliegenden radialen Stirnflächen der Antriebsscheibe 34 und der Abtriebsscheibe 32 sind in entsprechenden, komplementär ausgebildeten Ausnehmungen Kugeln 42 angeordnet. Die Ausnehmungen haben keine rein sphärische Form, sondern einen größeren Krümmungsradius, so daß Rampen gebildet werden, die eine Relativverdrehung von Antriebsscheibe 34 und Abtriebsscheibe 32 bei Überschreiten eines bestimmten Drehmomentes ermöglichen. Diese geringfügige Verdrehung der beiden Scheiben gegeneinander führt gleichzeitig zu einer relativen Axialverschiebung, d. h. die Abtriebsscheibe 32 wird gegenüber der Antriebsscheibe 34 aus der in der Zeichnung dargestellten Lage nach rechts verschoben, was, wie oben ausgeführt, zu einem Ansprechen der Bremslamellen 38 führt. Die Anordnung der Kugeln und Ausbildung der

Rampen ergibt sich aus den F i g. 2 und 3.

Die Wirkungsweise der Servobremse ist wie folgt.

Im Normalzustand ist der Elektromagnet 16 erregt, so daß die Ankerplatte 18 gegen die Kraft der Feder 20 angezogen bleibt und die Reibscheibe 22 freigibt. Bei 5 Drehung der nicht gezeigten Eingangswelle wird die Abtriebsscheibe 32 über den Kugel-Rampen-Mechanismus von der Antriebsscheibe 34 mitgenommen. Diese wiederum nimmt die Wellenhülse 24 mit, die über eine Keilverzahnung drehfest mit der Abtriebsscheibe 32 ic verbunden ist. Die Vorspannfeder 36 belastet den Kugel-Rampen-Mechanismus gerade so weit, daß dieser von maximal im Betrieb durch die Kugeln zu übertragenden Drehmoment, z. B. während der Auffahrwinkelbeschleunigung, nicht zum Ansprechen gebracht wird.

Bei Bruch der Antriebswelle wird dem Elektromagnet 16 ein entsprechendes Signal zugeführt, die Ankerplatte 18 wird von der Feder 20 gegen die Reibscheibe 22 gedrückt, worauf augenblicklich die Wellenhülse 24 und damit die Abtriebsscheibe 32 abgebremst wird. Diese Abbremsung führt zu einer Relativverdrehung der Abtriebsscheibe 32 gegenüber der Antriebsscheibe 34, durch die daraus resultierende axiale Verschiebung der Antriebsscheibe 32 werden die Bremslamellen 38 gegen die Anschlagscheibe 30 gedrückt. Die Axialverschiebung der Abtriebsscheibe 32 wird durch ein Auffahren der Scheibe auf den Anschlag 40 der Wellenhülse beendet Das Federpaket 28 übt in diesem Zustand eine bestimmte definierte Druckkraft auf die Bremslamellen 38 aus, wodurch ein bestimmtes konstantes Maximalbremsmoment erzeugt wird. Die Zeitdauer des Bremsvorganges richtet sich nach der im Einzelfall zu vernichtenden Energie. Durch eine Begrenzung des Bremsmomentes auf einen Höchstwert, wird ein zu schnelles, schlagartiges Abbremsen verhindert, was unter bestimmten Umständen zu einem erneuten Bruch des Antriebssystems führen könnte.

Selbstverständlich sind auch Ausführungsformen der Erfindung denkbar, bei dem eine solche Bremsmomentbegrenzung nicht erforderlich ist In diesem Fall würde die Anschlagscheibe 30 fest mit der Wellenhülse 24 verbunden sein.

Der Elektromagnet 16 kann je nach Anwendungsgebiet auch durch ein entsprechend anderes Aggregat, beispielsweise einen hydraulisch betätigbaren Kolben, ersetzt werden. Wichtig im vorliegenden Zusammenhang ist lediglich, daß der Reibscheibe 22 ein vergleichsweise kleines Hilfsbremsmoment aufgeprägt wird, wodurch der Kugel-Rampen-Mechanismus zum Ansprechen gebracht wird.

Eine Rückstellung der Servobremse erfolgt gegebenenfalls durch einen kurzen Steuerimpuls in gegensinniger Drehrichtung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

55

65

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Servobremse, insbesondere zum Abbremsen des freien Endes einer Welle, mit folgenden Merkmalen:

a) eine aus Steuereinheit (16) und vorgeschalteter Ankerplatte (18) bestehende Stelleinheit (16,18) bremst ansprechend auf ein Bremssignal eine mit dem abzubremsenden Teil (14) umlaufende Reibscheibe (22) ab, die daraufhin die Antriebsscheibe (32) eines Kugel-Rampen-Mechanismus (32,34,42) relativ zu dessen mit dem abzubremsenden Teil (14) gekoppelten Antriebsscheibe (34) winkelverdreht, und

b) durch die relative Winkelverdrehung der Scheiben des Kugel-Rampen-Mechanismus (32, 34, 42) erfolgt gegen eine Vorspannkraft eine Axialverschiebung der Abtriebsscheibe (32), die gegen eine aus alternierend drehfest und drehend angeordneten Bremslamellen (38), weiche in axialen Keilverzahnungen eines Gehäuses (10) bzw. der Antriebsscheibe (32) verschieblich sind, bestehende Reibflächenanordnung wirkt, wobei sich die Reibflächenanordnung (38) auf der der Antriebsscheibe (32) gegenüberliegenden Seite an einem Anschlag (30) abstützt, und dadurch den Kugel-Rampen-Mechanismus und das abzubremsende Teil abbremst,