DE4331230B4

DE4331230B4 - Steuerhebelgerät für die Einstellung der Schubkraft bei Flugzeugen

Info

Publication number: DE4331230B4
Application number: DE4331230A
Authority: DE
Inventors: Bernd Neudörffer; Klaus Alexander Langner; Wolfgang Kummle
Original assignee: Diehl Aerospace GmbH
Current assignee: Diehl Aerospace GmbH
Priority date: 1993-09-15
Filing date: 1993-09-15
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2013-09-16
Also published as: CA2131578A1; IL110955A; GB2281882B; GB2281882A; DE4331230A1; CA2131578C; FR2712867B1; FR2712867A1; IL110955A0; GB9418332D0

Abstract

Steuerhebelgerät für die Einstellung der Schubkraft bei Flugzeugen mit einem Steuerhebel (10) und von dem Steuerhebel (10) betätigbaren Schub-Stellgebermitteln zur Erzeugung vorgegebener, diskreter Schubeinstellungen, wobei die Schub-Stellgebermittel von einem digitalen, optischen Absolutwinkelgeber (18) hoher Auflösung gebildet sind, der starr mit dem Steuerhebel (10) gekoppelt ist und eine Codescheibe (20 bzw. 22) aufweist, die mit mehreren jeweils eine Sende- (48 bzw. 50) und eine Empfangsdiode (52 bzw. 54) aufweisenden Lichtschranken zur Bestimmung der absoluten Stellung des Steuerhebels (10) zusammenwirkt, wobei die Sende- (48 bzw. 50) und Empfangsdioden (52 bzw. 54) eine der mehreren Lichtschranken gegenüber denen einer anderen der mehreren Lichtschranken sowohl radial als auch in Umfangsrichtung der Codescheibe gegeneinander versetzt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerhebelgerät für die Einstellung der Schubkraft bei Flugzeugen mit einem Steuerhebel und von dem Steuerhebel betätigbare Schub-Stellgebermittel zur Erzeugung vorgegebener, diskreter Schubeinstellungen.
Der Steuerhebel für die Einstellung der Schubkraft bei Flugzeugen liefert elektrische Signale an einen Schubregler. Der Schubregler regelt dann die Schubkraft des Triebwerkes nach Maßgabe dieses Signals. Dabei werden vorgegebene, diskrete Schubeinstellungen erzeugt.
Es ist bekannt, mit dem Steuerhebel Mikroschalter zu betätigen. Jeder dieser Mikroschalter bewirkt bei seiner Betätigung eine der besagten diskreten Schubeinstellungen. Die Betätigung der Mikroschalter erfolgt zur Vergrößerung der Stellbewegung über ein Getriebe.
Es ist weiterhin bekannt, von dem Steuerhebel über ein Getriebe einen Resolver zu verstellen. Ein Resolver arbeitet nach dem Prinzip eines Differential-Transformators. Durch die Verdrehung eines ferromagnetischen Kerns wird die Übertragung eines niederfrequenten Feldes von Spule zu Spule des Differential-Transformators verändert. Dabei wird ein analoges Signal proportional zum Drehwinkel erzeugt.
Getriebe sind verschleißbehaftet Fehler an dem Getriebe können zum Blockieren des Steuerhebels führen. Mikroschalter sind ebenfalls verschleißbehaftet. Im Dauerbetrieb treten häufig Kontaktprobleme auf. Besonders gefährdet ist die Funktion des Mikroschalters bei Vibrationen des Flugzeuges, weil die Kontakte dann schwingen und abheben können. Zwischen den Positionen, bei denen ein Mikroschalter betätigt wird, wird die Stellung des Steuerhebels nicht überwacht.
Bei der Verwendung von Resolvern treten die schon erörterten Probleme auf, die sich aus der Verwendung von Getrieben ergeben. Resolver liefern ein analoges Signal. Die Erzeugung, Auslesung und Übertragung eines analogen Signals ist stets durch elektrische und magnetische Störfelder gefährdet. Es sind daher aufwendige Schirmungsmaßnahmen am Sensor und seinen Zuleitungen erforderlich.
Es ist zu beachten, dass die Funktion des Steuerhebelgerätes für die Einstellung der Schubkraft bei Flugzeugen in hohem Maße sicherheitskritisch ist. Eine Fehlfunktion kann schwerwiegende Folgen haben.
Aus der DE 39 39 132 A1 ist ein Stellungssensor für Landeklappenhebel bei Flugzeugen bekannt, der eine oder mehrere Codierscheiben aufweist, deren Stellungen durch jeweils eine Lichtschranke als optischer Sensor abtastbar sind.
Die DE 38 22 007 A1 beschreibt einen digitalen Lagesignalgeber mit einem optisch abtastbaren Geberglied, bei dem das Licht für die optische Abtastung von einer von dem Lagesignalgeber entfernten Lichtquelle über einen Lichtleiter zugeführt und das von dem Geberglied gelieferte optische Signal unmittelbar über einen Lichtleiter zu einer von dem Lagesignalgeber entfernten Signalverarbeitungseinrichtung fernübertragen wird. Das Geberglied ist dabei eine durch einen Steuerknüppel verdrehbare, mit einer Codierung versehene Scheibe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerhebelgerät der eingangs genannten Art für die Einstellung der Schubkraft bei Flugzeugen einfach, kompakt und sicher auszubilden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Schub-Stellgebermittel von einem digitalen, optischen Absolutwinkelgeber hoher Auflösung gebildet sind, der starr mit dem Steuerhebel gekoppelt ist und eine Codescheibe (20 bzw. 22) aufweist, die mit mehreren jeweils eine Sende- (48 bzw. 50) und eine Empfangsdiode (52 bzw. 54) aufweisenden Lichtschranken zur Bestimmung der absoluten Stellung des Steuerhebels (10) zusammenwirkt, wobei die Sende- (48 bzw. 50) und Empfangsdioden (52 bzw. 54) eine der mehreren Lichtschranken gegenüber denen einer anderen der mehreren Lichtschranken sowohl radial als auch in Umfangsrichtung der Codescheibe gegeneinander versetzt sind.
Auf diese Weise lassen sich Getriebe und die damit verbundenen Probleme vermeiden. Der Absolutwinkelgeber liefert eine solche Auflösung, daß Getriebe nicht erforderlich sind. Auch Mikroschalter werden nicht benutzt. Das Steuerhebelgerät liefert von vornherein digitale Ausgangssignale, die weniger anfällig gegen Störungen durch äußere Felder sind. Die Schub-Stellgebermittel können sehr kompakt ausgeführt werden. Es bietet keine Schwierigkeiten, die Ausgangsdaten redundant zu erzeugen. Das erhöht die Sicherheit. Die Bewegung des Steuerhebels wird auf seinem gesamten Stellweg verfolgt. Damit ist sichergestestellt, daß die Stellung des Steuerhebels auch dann bekannt ist, wenn der Steuerhebel nicht oder nicht genau auf bestimmte Betriebsstellungen gestellt ist.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
1 ist eine Seitenansicht eines Steuerhebelgerätes für die Einstellung der Schubkraft bei Flugzeugen.
2 ist eine Endansicht des Steuerhebelgerätes von 1.
3 zeigt schematisch den Aufbau des bei dem Steuerhebelgerät von 1 und 2 benutzten digitalen Absolutwinkelgebers.
4 ist eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung des optischen Absolutwinkelgebers.
5 veranschaulicht den Strahlengang der Lichtschranken des optischen Absolutwinkelgebers.
6 zeigt die Anordnung der Sende- oder Empfangsdioden auf den Leiterplatten des Absolutwinkelgebers.
Ein Steuerhebel 10 zur Einstellung der Schubkraft bei Flugzeugen ist mit einer Welle 12 in einem Gehäuse 14 um eine Achse 16 schwenkbar gelagert. Die Stellung des Steuerhebels 10 wird durch einen hochauflösenden, digitalen, optischen Absolutwinkelgeber 18 abgegriffen. Der Steuerhebel 10 kann in verschiedene diskrete Stellungen verstellt werden. In diesen diskreten Stellungen liefert der Absolutwinkelgeber 18 zugeordnete digitale Ausgangsdaten. Bei Erreichen dieser Ausgangsdaten erfolgt eine zugeordnete Einstellung des Schubs des durch den Steuerhebel gesteuerten Triebwerkes des Flugzeugs. Die diskreten Stellungen sind folgende:

0° MAX REVERSE

10° GROUND IDLE (DETEND)

25° BETA MODE INHIBIT

28° FLIGHT IDLE (GATE)

38° CPCS SWITCH

72° 100% DETEND

74° OVERRIDE SELECTION SWITCH

75° MAX OVERRIDE.
Von diesen Positionen sind die Stellungen 10°, 28° und 72° als mechanische Rastpunkte einer mechanischen Kulisse 20 ausgeführt. Sie können durch Ziehen einer mechanischen Sperre verlassen werden. Die Rastpositionen sowie der Drehwinkel zwischen den Rastpositionen werden durch den Absolutwinkelgeber 18 mit hoher Auflösung absolut gemessen.
Bei dem dargestellten und beschriebenen Steuerhebelgerät ist der Absolutwinkelgeber 18 ein digitaler, optischer Absolutwinkelgeber mit Codescheiben 20 und 22. Die Codescheiben 20 und 22 sind unmittelbar starr mit der Welle 12 des Steuerhebels 10 verbunden. Der Steuerhebel 10 ist wiederum unmittelbar starr mit der Welle 12 verbunden. Es ist also kein Getriebe zwischen Steuerhebel 10 und Welle 12 vorgesehen.
Zu beiden Seiten jeder der Codescheiben 20 und 22 sind Blendenscheiben 26 und 28 bzw. 30 und 32 angeordnet. Die Blendenscheiben 26, 28 bzw. 30, 32 sind ringscheibenförmig. Die Blendenscheiben 26, 28 bzw. 30, 32 sind in einem die Welle 12 koaxial umgebenden Gehäuseteil 34 gehaltert. Die Blendenscheiben 26 und 28 bzw. 30, 32 greifen von außen beiderseits über die auf der Welle 12 sitzenden Codescheiben 20 bzw. 22. Wie aus 4 ersichtlich ist, weisen die Blendenscheiben 26, 28, 30 und 32 im wesentlichen radiale Anordnungen von Blendenöffnungen z.B. 36 und 38 (4) auf.
Zu beiden Seiten jeder Anordnung von Codescheiben 20, 22 und Blendenscheiben 26, 28 bzw. 30, 32 sind im Gehäuse 14 Paare von Leiterplatten 40, 42 bzw. 44, 46 gehaltert. Die Leiterplatten 40 und 44 tragen radiale Anordnungen von Sendedioden 48 bzw. 50. Die Leiterplatten 42 und 46 tragen radiale Anordnungen von Empfangsdioden 52 bzw. 54. Die Blendenöffnungen 36 und 38 sind paarweise fluchtend angeordnet. Damit fluchtend sind jeweils auch jeweils eine Sendediode 48 oder 50 und eine Empfangsdiode 52 bzw. 54 angeordnet. Es werden auf diese Weise radiale Anordnungen von Lichtschranken gebildet, von denen jede eine Sendediode 48. oder 50, ein Paar von Blendenöffnungen 36 und 38 und eine Empfangsdiode 52 bzw. 54 enthält. Die Leiterplatten tragen gleichzeitig die Beschaltung für die Sende- und Empfangsdioden.
In 5 ist der Strahlengang einer Lichtschranke dargestellt, die von der Sendediode 48, den zwei Blendenscheiben 26, 28 mit den Blendenöffnungen 36 bzw. 38, und der Empfangsdiode 52 gebildet ist. Die zwischen den Blendenscheiben 26 und 28 bewegliche Codescheibe 20 weist einen lichtdurchlässigen Bereich oder einen Duchbruch 56 auf. Die Lichtschranke enthält keine Linsen. Das Lichtbündel wird nur durch die beiden Blendenöffnungen 36 und 38 bestimmt. Bei einer einzelnen sendeseitigen Blendenöffnung 36 würde Licht aus einem Raumwinkel, der durch die Strahlen 58 und 60 begrenzt ist, auf die Codescheibe 20 fallen. Auf der Codescheibe 20 würde ein entsprechend großer Lichtfleck belichtet, was die Auflösung in unzulässiger Weise beeinträchtigen würde. Durch eine einzelne, empfängerseitige Blendenöffnung 38 würde Licht von einem relativ großen Bereich der Codescheibe 20 durch die Blendenöffnung hindurchtreten und in einen durch die Strahlen 62 und 64 bestimmten Raumwinkel abgestrahlt. Bei Verwendung von zwei Blendenöffnungen 36 und 38 wird das durch beide Blendenöffnungen 36 und 38 hindurchtretende Licht begrenzt durch Strahlen 66 und 68 für das "oben" in 5 von der Sendediode 48 emittierte Licht und durch Strahlen 70 und 72 für das "unten" in 5 von der Sendediode 48 emittierte Licht. Da die Blendenöffnungen (vgl. 4) sehr klein sind, ergibt sich ein sehr feiner Strahl für die Lichtschranke und damit eine hohe Auflösung des optischen, digitalen Absolutwinkelgebers 18. Dabei werden nur die mittleren Bereiche der Sende- und Empfangsstrahlengänge 48 bzw. 52 ausgenutzt.
Wie aus 4 ersichtlich ist, weisen die Codescheiben 20 und 22 verschiedene konzentrische Spuren auf. Die Spuren sind teilweise lichtdurchlässig und teilweise lichtundurchlässig. Das Muster liefert in üblicher Weise eine digitale Darstellung des Drehwinkels, und zwar den absoluten Wert des Drehwinkels, nicht nur Winkelinkremente.
Wie aus 6 ersichtlich ist, sind auf den Leiterplatten 40 und 44 die Sendedioden 48 in radialer Anordnung so angeordnet, daß jede zweite Sendediode 48A gegenüber den benachbarten Sendedioden 48B und 48C etwas seitlich versetzt ist. Dadurch können die Sendedioden 48 in radial dichter Folge angeordnet werden, ohne sich räumlich zu stören. Weiterhin ist neben einer ersten solchen Anordnung 74 zweite radiale Anordnung 76 von Sendedioden 48 angeordnet. Diese zweite Anordnung 76 von Sendedioden 48 ist radial gegen die Anordnung 74 versetzt, so daß die Sendedioden 48 der zweiten Anordnung 76 radial "auf Lücke" zu der ersten Anordnung 74 angeordnet ist. Dadurch läßt sich eine weitere radiale Verdichtung der Sendedioden 48 erzielen. Die Muster zur digitalen Winkeldarstellung in den verschiedenen Spuren sind entsprechend dem relativen Winkelversatz der zugeordneten Sendedioden 48 gegeneinander winkelversetzt. Die Empfangsdioden 52 und 54 sind auf den Leiterplatten 42 bzw. 46 in entsprechender Weise angeordnet.
Durch die beschriebene Anordnung läßt sich eine hinreichend große Anzahl von Spuren anbringen und getrennt abtasten, so daß bei kompakter Bauweise eine hohe digitale Auflösung des Absolutwinkelgebers erreicht wird.
Wie aus 4 und 6 ersichtlich ist, sind an den Blendenscheiben 26, 28 und 30, 32 zwei Sätze von Blendenöffnungen "oben" in 4 und diametral dazu gegenübeliegend "unten" in 4 vorgesehen. Entsprechend sitzen auf den Leiterplatten 40, 44 und 42, 46 jeweils zwei Sätze von Sendedioden 48 bzw. 50 bzw. Empfangsdioden 52 bzw. 54. Dadurch können die begrenzten Winkelwege des Steuerhebels 10 von jeder Codescheibe 20 oder 22 zweifach redundant abgegriffen werden. Insgesamt ergibt sich somit eine vierfache Redundanz des gesamten digitalen Absolutwinkelgebers. Dadurch können Fehler, die z.B. durch Ausfall von Dioden hervorgerufen werden, festgestellt und eliminiert werden. Der digitale Absolutwinkelgeber erfaßt die Position des Steuerhebels 10 nicht nur in den oben angegebenen diskreten Schaltstellungen sondern während der gesamten Schaltbewegung.

Claims

Steuerhebelgerät für die Einstellung der Schubkraft bei Flugzeugen mit einem Steuerhebel (10) und von dem Steuerhebel (10) betätigbaren Schub-Stellgebermitteln zur Erzeugung vorgegebener, diskreter Schubeinstellungen, wobei die Schub-Stellgebermittel von einem digitalen, optischen Absolutwinkelgeber (18) hoher Auflösung gebildet sind, der starr mit dem Steuerhebel (10) gekoppelt ist und eine Codescheibe (20 bzw. 22) aufweist, die mit mehreren jeweils eine Sende- (48 bzw. 50) und eine Empfangsdiode (52 bzw. 54) aufweisenden Lichtschranken zur Bestimmung der absoluten Stellung des Steuerhebels (10) zusammenwirkt, wobei die Sende- (48 bzw. 50) und Empfangsdioden (52 bzw. 54) eine der mehreren Lichtschranken gegenüber denen einer anderen der mehreren Lichtschranken sowohl radial als auch in Umfangsrichtung der Codescheibe gegeneinander versetzt sind.
Steuerhebelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuerhebelgerät die verschiedenen diskreten Schubeinstellungen bei bestimmten, zugeordneten Ausgangsdaten des digitalen Absolutwinkelgebers (18) eingestellt werden.
Steuerhebelgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass (a) der Steuerhebel (10) mit einer drehbar gelagerten Welle (12) fest verbunden ist und wenigstens die eine, sich in einer Radialebene erstreckende Codescheibe (20, 22) auf dieser Welle (12) angebracht ist, (b) die Welle koaxial von einem Gehäuseteil (34) umgeben ist, in welchem für jede Codescheibe (20, 22) zwei ringscheibenförmige Blendenscheiben (26, 28; 30, 32) gehaltert sind, die sich von außen zu beiden Seiten über die Codescheibe (20, 22) erstrecken.
Steuerhebelgerät nach Anspruch Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Seite der Code- und Blendenscheiben (20, 22; 26, 28, 30, 32) jeweils eine radiale Leiterplatte (40, 44) mit einer Reihe von Sendedioden (48, 50) und auf der anderen Seite eine radiale Leiterplatte (42, 46) mit einer Reihe von Empfangsdioden (52, 54) angeordnet sind, wobei die Strahlengänge von Lichtschranken von jeweils einer Sendediode (48. 50) durch Blendenöffnungen (36, 38) in den Blendenscheiben (26, 28; 30, 32) und die dazwischen angeordnete Codescheibe (20, 22) hindurch zu einer zugeordnete Empfangsdiode (52, 54) verlaufen.
Steuerhebelgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung redundanter Winkelinformationen mehrere Sektoren jeder Codescheibe (20, 22) gleichzeitig durch Lichtschranken abtastbar sind, wobei die Winkelinformationen in jedem dieser Sektoren kodiert sind.
Steuerhebelgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung redundanter Winkelinformation auf der Welle (12) mehrere Codescheiben (20, 22) angeordnet sind, wobei die Winkelinformationen auf jeder dieser Codescheiben (20, 22) kodiert sind und die Codescheiben (20, 22) durch je eine Anordnung von Lichtschranken abtastbar sind.
Steuerhebelgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangsdioden (48, 50; 52, 54) auf jeder der Leiterplatten (40, 44; 42, 46) dicht benachbart angeordnet sind und im wesentlichen radiale Anordnungen (74, 76) bilden, wobei jede zweite Sende- oder Empfangsdiode (48A) gegenüber den benachbarten Sende- oder Empfangsdioden (48B, 48C) in Umfangsrichtung versetzt ist, wobei die Blendenöffnungen (36, 38) der Blendenscheiben (26, 28, 30, 32) mit den jeweiligen Sende- und Empfangsdioden (48, 50; 52, 54) fluchten und die Muster in den Spuren der Codeplatten (20, 22) relativ zueinander nach Maßgabe des Versatzes der jeweils zugeordneten Sende- und Empfangsdioden (48, 50; 52, 54) ausgerichtet sind.
Steuerhebelgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei winkelmäßig gegeneinander versetzte Gruppen (74, 76) von Sende- und Empfangsdioden (48, 50; 52, 54) und Blendenöffnungen (36, 38) radial gegeneinander versetzt sind, so daß die Dioden der einen Gruppe (76) radial auf Lücke zu den Dioden der anderen Gruppe (74) angeordnet sind, wobei die Muster in den Spuren der Codeplatten (20, 22) relativ zueinander nach Maßgabe des Versatzes der Gruppen (74, 76) von Sende- und Empfangsdioden (48, 50; 52, 54) ausgerichtet sind.