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Die
Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung,
insbesondere zu Flugsteuerung eines Luftfahrzeugs.
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Sie
findet insbesondere vorteilhaft Anwendung, um ein Element zum Ein-
bzw. Verstellen des Höhenleitwerks
in einem Flugzeug (Höhenruder)
zu betätigen,
obgleich auch andere Anwendungen möglich sind.
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Das
Höhenleitwerk
bestimmter Flugzeuge wird betätigt,
so wie es in der 1 veranschaulicht ist, mittels
zweier Antriebsketten 1, 2 und eines Differentialgetriebes 3,
das Wellen 4, 5 am Ausgang dieser beiden Ketten
mit einer Antriebswelle 6 verbindet, die mit einem Höhenleitwerk 10 verbunden
sind.
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Jede
der beiden Antriebsketten 1, 2 umfasst einen Motor 7a, 7b,
der über
die entsprechende Welle 4, 5 mit dem Eingang des
Differentialgetriebes 3 verbunden ist.
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Das
Differentialgetriebe 3 ist allgemein ein Differentialgetriebe-Geschwindigkeitssummierer,
damit die Antriebswelle 6 am Ausgang des Differentialgetriebes 3 mit
einer Rotationsgeschwindigkeit angetrieben wird, die gleich der
halben Summe der Rotationsgeschwindigkeiten der Motoren 7a, 7b ist.
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Zu
jedem der Motoren 7a, 7b gehört ein Blockierungsmittel für die Welle 4, 5 am
Eingang des Differentialgetriebes 3.
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Jedes
Blockierungsmittel einer Welle am Eingang des Differentialgetriebes
ist dazu ausgelegt, sich in Blockierungsposition zu setzen, und
folglich die Blockierung der entsprechenden Welle am Eingang des
Differentialgetriebes, im Falle des Verlusts der Versorgung oder
eines Motors zu veranlassen.
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Es
geht tatsächlich
darum, zu vermeiden, dass ein derartiger Verlust der Versorgung
oder eines Motors sich nicht als ein Drehmomentsverlust dieses Motors
auswirkt, was den anderen Motor, der immer noch aktiv ist, dazu
bringen könnte,
seine Leistung, nicht nur an den Ausgang des Differentialgetriebes, sondern
auch an den defekten Motor zu übertragen.
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Die
beiden Ketten 1, 2 können zu diesem Zweck Ketten
mit hydraulischer Leistung sein.
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Sie
umfassen folglich jeweils einen hydraulischen Motor 7a, 7b,
der durch eine hydraulische Quelle 8a, 8b betätigt wird,
sowie Mittel 9a, 9b, die eine Druckmangelbremse
bilden und die erlauben, die Welle 4, 5 des Motors 7a, 7b zu
blockieren, wenn der hydraulische Druck der entsprechenden Kette verloren
geht, um einen Auflagepunkt für
das Differentialgetriebe 3 festzulegen und der zweiten
hydraulischen Kette zu erlauben, alleine das Differentialgetriebe 3 und
die mit dem Höhenleitwerk
verbundene Antriebswelle 6 anzutreiben.
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Die
beiden Ketten 1, 2 können auch elektrische Ketten
sein.
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Jede
von ihnen umfasst folglich einen Elektromotor 7a, 7b,
der von einer Stromquelle 8a, 8b betätigt wird,
sowie eine Strommangelbremse bildende Mittel 9a, 9b,
die erlauben, die Welle des Motors 7a, 7b, wenn
die Versorgung mit Strom der entsprechenden Kette unterbrochen ist,
zu blockieren, um einen Auflagepunkt für das Differentialgetriebe 3 festzulegen
und der zweiten elektrischen Kette zu erlauben, alleine das Differentialgetriebe 3 und
die mit dem Höhenruder 10 verbundene
Antriebswelle 6 anzutreiben.
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Jede
der Strommangelbremsen ist in geöffneter
Position und verbraucht kontinuierlich Strom (und folglich Leistung),
wenn die entsprechende Versorgungsquelle verfügbar ist.
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Man
versteht, dass die so verbrauchte Leistung nicht als eine für die Betätigungsvorrichtung nützliche
Leistung betrachtet wird, da sie ja nur dazu dient, die Bremsen
in geöffneter
Position zu halten.
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Im
Allgemeinen wünscht
man sich, über
eine Betätigungsvorrichtung
verfügen
zu können,
bei der die Blockierungsmittel einer Welle am Eingang des Differentialgetriebes
keiner äußeren Betätigung bedürfen und
folglich unabhängig
von der Versorgungsweise (elektrisch oder hydraulisch) sind.
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Im
speziellen Fall des elektrischen Antriebs wünscht man auch, über eine
Betätigungsvorrichtung verfügen zu können, die
nicht unnütz
Leistung für
das Halten der Bremsen in geöffneter
Position verbraucht, um den Leistungsverbrauch zu minimieren.
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Die
Erfindung hat zum Ziel, eine Lösung
in dem Sinne vorzuschlagen, dass sie zuverlässig und besonders einfach
ist.
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Das
Dokument
US-A-2002/093298 beschreibt
eine Betätigungsvorrichtung
für ein
Fahrzeug, dessen Antriebsketten mit selbstblockierender Übertragung
sind.
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Zu
diesem Zweck schlägt
die Erfindung eine Betätigungsvorrichtung
vor, insbesondere zur Flugsteuerung eines Luftfahrzeugs, welche
wenigstens zwei Antriebsketten und ein Differentialgetriebe umfasst,
das den Ausgang jeder der Ketten mit einer Antriebswelle verbindet,
die mit einem zu betätigenden Element
verbunden ist und auch Mittel umfasst, um die Antriebsketten in
dem Fall zu blockieren, bei dem sie nicht funktionieren, wobei die
Mittel, um die Ketten zu blockieren auf dem Ausgang jeder der Ketten montiert
sind, dem Differentialgetriebe (3) vorgeschaltet, und ausgelegt
sind, ohne äußere Betätigung zu
funktionieren, um
- • die von der entsprechenden
Antriebskette stammenden Aktionskräfte durchzulassen, für den Antrieb
der Antriebswelle;
- • die
von der Antriebswelle stammenden Reaktionskräfte zu blockieren, wenn die
entsprechende Antriebskette nicht funktioniert.
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Bevorzugte,
aber nicht beschränkende
Aspekte der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind die Folgenden:
- – der Ausgang jeder der Ketten
umfasst eine Welle, die mit dem einen der Blockierungsmittel verbunden
ist und die Blockierungsmittel umfassen eine in eine Richtung gerichtete,
rotationsmäßige Antriebsvorrichtung
der beiden Wellen, die einerseits mit der Welle am Ausgang der entsprechenden
Antriebskette verbunden ist, und andererseits mit einer Welle am
Eingang des Differentialgetriebes und ausgelegt ist, damit die Rotation
der Welle am Ausgang der Antriebskette diese der Welle am Eingang
des Differentialgetriebes antreibt und damit die Rotation der Welle
am Eingang des Differentialgetriebes blockiert ist, wobei sie nicht
diese der Welle am Ausgang der Antriebskette antreibt;
- – die
in eine Richtung gerichtete, rotationsmäßige Antriebsvorrichtung kann
vom Typ freies, selbstsperrendes Rad sein;
- – die
Antriebsketten können
von hydraulischem oder elektrischem Typ sein;
- – schließlich betrifft
die Erfindung auch eine Vorrichtung, um ein Element zum Einstellen
des Höhenleitwerks
(bzw. der horizontalen Ebene) in einem Flugzeug zu betätigen, dadurch
gekennzeichnet, dass es durch eine Vorrichtung gebildet ist, das
gerade vorgestellt wurde.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung treten noch aus der folgenden
Beschreibung zutage, welche rein veranschaulichend und nicht beschränkend ist,
und muss im Hinblick auf die beigefügten Zeichnungen gelesen werden,
in denen:
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die 1,
die bereits diskutiert wurde, eine schematische Darstellung einer
Betätigungsvorrichtung
gemäß einer
bekannten Ausführungsform
ist;
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die 2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung bei normalem
Betrieb jeder der Antriebsketten ist;
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die 3 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung ist, wenn
die eine der Antriebsketten nicht funktioniert;
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die 4 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung ist, die
das Blockieren der aus der Antriebswelle stammenden Reaktionskräfte veranschaulicht,
bei Vollausfall der Antriebsketten veranschaulicht;
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die 5 eine
Volumendarstellung einer möglichen
Struktur für
die verwendeten Blockierungsmittel ist, insbesondere um die Welle
am Ausgang einer Antriebskette zu blockieren.
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Die
Vorrichtung gemäß einer
möglichen
Ausführungsform
der Erfindung, die in der 2 veranschaulicht
ist, ist ähnlich
zu der der 1, umfasst aber, anstelle der
eine Bremse bildenden Mittel, Blockierungsmittel 11a, 11b,
die erlauben, die Aktionskräfte
durchzulassen und die Reaktionskräfte zu blockieren.
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Genauer
gesagt sind die Blockierungsmittel 11a, 11b eigenständige, mechanische
Mittel, die erlauben, automatisch die nachfolgend beschriebene Funktionsweise
sicherzustellen.
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Die
Blockierungsmittel können
freie, selbstsperrende Räder
sein, wie jene, die von der Gesellschaft SIAM RINGSPANN (z. B. jene
mit der Bezeichnung Selbstsperrend Reihe 140) entwickelt
und bereitgestellt werden.
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Wie
dies in der 2 zu sehen ist, werden, wenn
die Motoren 7a, 7b funktionieren, die von jeder der
Wellen 4, 5 am Ausgang der Antriebsketten 1, 2 stammenden
Aktionskräfte
an die Antriebswelle 6 über
das Differentialgetriebe 3 übertragen.
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In
der 2 hat man durch Pfeile 12a, 12b die Übertragungen
der Aktionskräfte
von den Motoren 7a, 7b in Richtung des Höhenleitwerks 10 dargestellt.
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Wie
dies in der 3 zu sehen ist, wenn der eine
der Motoren (zum Beispiel der Motor 7a) eine Störung aufweist
und der andere (hier der Motor 7b) in Betrieb ist, überträgt der Motor
in Betrieb (hier 7b) seine Kraft auf das Differentialgetriebe 3 dann
in Richtung des funktionsunfähigen
Motors (hier 7a) über
die Ausgangswelle (hier 4) der funktionsunfähigen Welle
(hier 1).
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Indessen
erlaubt das auf der funktionsunfähigen
Kette (hier 4) angeordnete Blockierungsmittel einen Auflagepunkt
auf dem Eingang des Differentialgetriebes 3 sicherzustellen,
der mit der Welle am Ausgang (hier 4) der funktionsunfähigen Kette
verbunden ist.
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Auf
derartige Weise können
die Reaktionskräfte
nicht auf den funktionsunfähigen
Motor (hier 7a) übertragen
werden und schließlich
wird die Leistung des Motors, der in Betrieb ist, auf die Antriebswelle 6 am
Ausgang des Differentialgetriebes übertragen, wobei die sich in
Betrieb befindende Kette (hier 5) allein das Differentialgetriebe 3 und
die mit dem Höhenruder 10 verbundene
Antriebswelle 6 antreibt.
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In
der 3 wurde durch einen Pfeil 13 die Aktionskraftübertragung
vom Motor 7b in Richtung des Höhenruders 10 dargestellt
und durch einen Pfeil 14 die Blockierung der Übertragung
der Reaktionskraft auf die mit dem funktionsunfähigen Motor 7a verbundene
Antriebskette 4.
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Wie
dies in der 4 zu sehen ist, bilden, wenn
keiner der Motoren 7a, 7b funktioniert, die Blockierungsmittel 11a, 11b Auflagepunkte
auf jeden der Eingänge
des Differentialgetriebes, was die Übertragung der Reaktionskräfte von
der Antriebswelle 6 in Richtung jeder der Ausgangswellen 4, 5 verhindert.
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In
der 4 wird durch Pfeile 15a, 15b die Blockierung
der Übertragung
der Reaktionskräfte
auf die mit dem Motor 7a verbundene Antriebskette 4 bzw.
die mit dem Motor 7b verbundene Antriebskette 5 dargestellt.
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Es
wird präzisiert,
dass die Motoren 7a, 7b hydraulische Motoren sein
können,
in dem Fall werden sie von hydraulischen Quellen 8a, 8b versorgt. Die
Motoren 7a, 7b können auch elektrische Motoren sein,
in dem Fall werden sie von Stromquellen 8a, 8b versorgt.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Blockierungsmittel 11a, 11b eigenständig sind
und im Gegensatz zu den eine Bremse bildenden Mittel der Vorrichtung
des in der 1 schematisierten Standes der
Technik keiner äußeren Betätigung bedürfen.
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Die
Blockierungsmittel 11a, 11b können somit gleichermaßen auf
elektrischen oder hydraulischen Antriebsketten verwendet werden.
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Ferner
verbrauchen sie keine Leistung, was es erlaubt, den globalen Leistungsverbrauch
einer derartigen Betätigungsvorrichtung,
insbesondere zur Flugsteuerung eines Luftfahrzeugs, zu begrenzen.
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Eine
mögliche
Struktur für
die Blockierungsmittel 11a, 11b ist im Folgenden,
unter Bezugnahme auf die 5 detailliert dargestellt.
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Die 5 stellt
somit ein Blockierungsmittel 20 bereit, das dazu bestimmt
ist, zwischen eine Welle am Ausgang einer Antriebskette und einem
Eingang des Differentialgetriebes geschaltet zu werden.
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Das
Blockierungsmittel 20 ist genauer gesagt eine mechanische,
in eine Richtung gerichtete, rotationsmäßige Antriebsvorrichtung.
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Eine
derartige Vorrichtung, klassischerweise an sich bekannt, stellt
eine Kupplung zweier Wellen gemäß einer
gemäß einem "freies, selbstsperrendes Rad" – Modus sicher.
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Die
eine der Wellen ist das führende
Element, die andere ist das geführte
Element, so dass die Rotation der führenden Welle die Rotation
der geführten
Welle antreibt, während
die Rotation der geführten
Welle von der Vorrichtung blockiert wird, und ihre Wirkung nicht
auf das führende
Element übertragen
wird.
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Im
Rahmen der Erfindung ist die führende Welle
mit der Ausgangswelle der einen der Antriebsketten verbunden; die
geführte
Welle ist mit einem Eingang des Differentialgetriebes verbunden.
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Die
nachstehende Beschreibung ruft knapp die Funktionsweise einer derartigen,
in eine Richtung gerichteten, rotationsmäßigen Antriebsvorrichtung im Rahmen
der Erfindung in Erinnerung.
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Das
Blockierungsmittel umfasst einen Rahmen 22, der eine parallelepipedische
Grundplatte 221 und ein zylinderförmiges Rohr 222 umfasst,
das auf der Grundplatte ruht.
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Ein
erstes Teil 21 dringt durch eine zu diesem Zweck vorgesehene Öffnung in
die Grundplatte 221 des Rahmens 22 ein. Das erste
Teil 21 ist dazu bestimmt, von der Welle am Ausgang einer
Antriebskette unter der Wirkung des die Kette steuernden Motors rotationsmäßig angetrieben
zu werden.
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Ein
zweites Teil 23 dringt in das zylinderförmige Rohr 222 des
Rahmens 22 ein. Das zweite Teil 23 umfasst eine
Welle 231, wobei deren Ende nicht in den Rahmen eindringt,
bildet ein Zahnrad 232, das dazu bestimmt ist, auf einem
Eingang des Differentialgetriebes einzugreifen.
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Das
erste Teil 21 umfasst eine Platte, die an der Grundplatte
des Rohrs des Rahmens angeordnet ist und auf deren Umkreis Bolzen 211 angeordnet sind.
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Das
zweite Teil 23 umfasst auf der in den Rahmen 22 eindringenden
Seite einen Nocken 233, der dazu bestimmt ist, zwischen
die oben erwähnten Bolzen 211 einzugreifen.
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Rollen 24 in
symmetrischer Gegenüberstellung
sowie Lagerungen, welche die Rollen aufnehmen können, sind im Inneren des zylinderförmigen Rohrs 222 vorgesehen,
um die in eine Richtung gerichtete, rotationsmäßige Antriebsfunktion sicherzustellen.
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Die
vom Differentialgetriebe stammenden Reaktionskräfte rufen eine Rotation des
zweiten Teils 23 und folglich des Nockens 233 hervor.
Dieser ist so gestaltet, dass seine Rotation die Rollen 24 in
ihre Lagerungen hineinzwängt.
Die Reaktionskräfte
werden also übertragen
und von dem Rahmen 22 absorbiert.
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Die
vom Motor stammenden Aktionskräfte rufen
eine Rotation des ersten Teils 21 hervor. Die Bolzen 211 wirken
also auf die Rollen 24, durch Verschwinden eines Spiel,
entsprechend dem Takt, der notwendig ist, um sie zu lockern. Sobald
die Blockierung der Rollen einmal aufgehoben ist, und das Spiel wieder
zurückgewonnen
ist, können
die Aktionskräfte auf
das zweite Teil 23 übertragen
werden.
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Schließlich versteht
man, dass die Vorrichtung 20 den in eine Richtung gerichteten,
rotationsmäßigen Antrieb
des ersten 21 und zweiten 22 Teils gut sicherstellt.
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Das
erste Teil 21, das rotationsmäßig von der Welle am Ausgang
einer Antriebskette bei normalem Betrieb dieser letzten angetrieben
wird, überträgt somit
seine Rotationsbewegung auf das zweite Teil 23.
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Im
Falle einer Störung
der Antriebskette wird das zweite Teil rotationsmäßig durch
die vom Differentialgetriebe stammenden Reaktionskräfte angetrieben.
Die Rotation des zweiten Teils wird also blockiert (vom Rahmen absorbiert),
so dass das erste Teil nicht rotationsmäßig angetrieben wird.
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Wie
dies bereits oben erwähnt
wurde, werden derartige Blockierungsmittel vorteilhaft durch Bremsen
vom Typ Strommangel ersetzt oder durch Bremsen vom Typ Strommangel,
der bis jetzt in den Betätigungsvorrichtungen
eines Ruders eines Luftfahrzeugs verwendet wird.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die eben beschriebene Vorrichtung insbesondere
vorteilhaft ist, um ein Element zum Einstellen der horizontalen Ebene
(bzw. des Höhenleitwerks)
in einem Flugzeug zu betätigen.