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Diese
Erfindung betrifft Stellglieder für Horizontalstabilisatoren
für die
selektive Steuerung der Arbeitsstellung von Flugzeugstabilisatoren.
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Moderne
Flugzeuge haben im Schwanzbereich des Rumpfs oder im Seitenruderabschnitt
liegende Horizontalstabilisatoren, die relativ zum Flugzeugrumpf
schwenkbar gelagert sind, um das Flugzeug während des Flugs mit einer selektiven
Einstellung an einer internen Steuereinheit durch eine Bedienperson
oder einen Piloten zu "trimmen". Dieser Vorgang
umfasst den Abgleich der Position des Horizontalstabilisators durch
eine Stabilisatorstelleinrichtung, um unterschiedlichen Lastverteilungen
im Flugzeug und verschiedenen atmosphärischen Zuständen gerecht
zu werden, z.B. Wind, Regen, Schnee, u.s.w. In dieser Hinsicht ist
der Stabilisator herkömmlicherweise
mit dem Seitenruderabschnitt oder dem Schwanzabschnitt des Rumpfs
an einem im allgemeinen zentralen Punkt entlang der Rumpflängsrichtung
schwenkbar verbunden. Eine gewöhnliche trimmbare
Stelleinrichtung für
Horizontalstabilisatoren besteht aus einer primären KugelMutternbaugruppe,
die mit einem aktivierenden Antriebskardanrahmen verbunden ist,
der seinerseits schwenkbar mit einem Ende der Horizontalstabilisatorstruktur
verbunden ist. Die Kugelmutternbaugruppe enthält ein Kugelmuttemgehäuse und
eine sich axial erstreckende Kugelrollspindel, die sich üblicherweise
vertikal durch das Kugelmutterngehäuse und ein Antriebs kardanrahmengehäuse erstreckt.
Das Kugelmutterngehäuse
ist mit dem Antriebskardanrahmengehäuse durch ein Drehzapfensegment
verbunden. Die Kugelrollspindel ist ihrerseits mit ihrem oberen
Ende von dem aktivierenden Antriebskardanrahmen abgesetzt und gegen
Parallelverschiebung oder axiale Bewegung durch eine Verbindung
mit einem zweiten Lagerkardanrahmen fixiert, der seinerseits schwenkbar am
Seitenruderabschnitt oder am Schwanzabschnitt befestigt ist. Wenn
sich die Kugelrollspindel dreht, erfährt der Antriebskardanrahmen
relativ dazu eine Parallelverschiebung. Auf diese Weise wird, sobald
sich die Kugelrollspindel in eine Richtung dreht, die Vorderkante
des Horizontalstabilisators nach oben geschwenkt, wohingegen bei
einer entgegen gesetzten Drehbewegung der Kugelrollspindel die Vorderkante des
Horizontalstabilisators nach unten geschwenkt wird. Die Drehung
der Kugelrollspindel wird routinemäßig durch einen Motor und ein
zugehöriges
Getriebe ausgeführt,
welches mit dem zweiten festgelegten Lagerkardanrahmen verbunden
ist und von der Bedienperson oder dem Piloten mittels der internen
Steuereinheit aktiviert wird. Die Verbindung des Stabilisatorstellglieds
mit dem Stabilisator liegt innerhalb des Ruderabschnitts oder des
Rumpfschwanzabschnitts und nicht direkt im Luftstrom.
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Die
von der Bedienperson gesteuerte Bewegung des Horizontalstabilisators
wird mittels der Kugelrollspindel durch den aktivierenden Antriebskardanrahmen über den
Weg der primären
Kugelmutternbaugruppe übertragen,
die einen primären
Lastweg definiert. Die Bewegung ist wegen der Kugelrollspindelgewindeführung durch
Zug- und Druckkomponenten und auch durch eine Drehmomentkomponente belastet.
Ausfälle
des primären
Lastwegs, wie sie durch das Abscheren des verbindenden Drehzapfensegments
oder durch den Verlust von Kugelmuttergliedern aus der Kugelmutternbaugruppe
verursacht werden, können
sich in einem vollständigen
Verlust der Steuerung des Horizontalstabilisators auswirken. Jedoch
hat man Stabilisatorstellglieder häufig mit einem sekundären Lastweg
versehen, um den Stabilisator abwechselnd zu steuern. In derartigen
Strukturen ist der primäre
Lastweg normalerweise durch Betätigung
der Bedienperson steuerbar und steht somit unter Last, während der
sekundäre
Lastweg normalerweise unbetätigt
und somit unbelastet ist. Bei Ausfall des primären Lastwegs wird der sekundäre Lastweg
automatisch in Betrieb gesetzt, wodurch die Stabilisatorstelleinrichtung
weiterhin gesteuert von der Bedienperson oder dem Piloten an der
internen Steuereinheit zur Kontrolle der Position des Stabilisators betätigt werden
kann. Der Übergang
der Steuerung auf den sekundären
Lastweg kann sehr schnell erfolgen, wodurch ein Ausfall des primären Lastwegs nicht
unbedingt von der Bedienperson oder dem Piloten erkannt wird.
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Im
Falle eines nachfolgenden Ausfalls des sekundären Lastwegs durch seine andauernde
periodische Benutzung geht die Steuerbarkeit des Stabilisators vollständig verloren,
was im Ergebnis zu einer unregelmäßigen oder sprunghaften Schwingungsbewegung
des Stabilisators führen
kann, wodurch die Steuerung des Flugzeugs durch den Piloten oder
die Bedienperson im Wesentlichen unmöglich werden kann. Diese Erfindung
hat sich dieses Problems angenommen. Der Stand der Technik wird in
EP 0 983 937 beschrieben.
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Diese
Erfindung ist in den Ansprüchen
definiert.
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In
dieser Erfindung ist die Stabilisatorstelleinrichtung auch mit einem
primären
und sekundären Lastweg
versehen. Jedoch wird bei einem Ausfall des primären Lastwegs der sekundäre Lastweg
automatisch aktiviert, wodurch die Stelleinrichtung in einen arretierten
oder verriegelten Zustand gebracht wird, um den Horizontalstabilisator
in einer festen Position zu halten. Eine derartige Stelleinrichtung
ist in dem Dokument
US 2002/0104394 des
Standes der Technik offenbart. Diese Maßnahme vermeidet eine sprunghafte
Bewegung des Stabilisators und erlaubt damit, dass der Pilot die
Kontrolle durch andere Mechanismen wieder erlangt, wobei die Fortsetzung
des Flugs und der Landung des Flugzeugs leichter steuerbar sind.
Auf diese Weise wird der Verriegelungszustand des sekundären Lastwegs
durch den Piloten oder die Bedienperson während des Flugs leicht erkennbar,
indem das Antriebssystem abgeschaltet und der Horizontalstabilisator
in einer festen Position gehalten wird. Dann können Schritte zur Reparatur oder
zu einem Austausch der Stabilisatorstelleinrichtung vor dem nächsten Flug
unternommen werden. Außerdem
wird es mit dieser Erfindung möglich,
den Zustand des Mechanismus im sekundären Lastweg zu testen, um eine
dauerhafte Stilllegung durch eine leicht zugängliche In-situ-Inspektionsstruktur
des Mechanismus während
der Routinewartungsprüfungen
in periodischen Intervallen zu ermöglichen. Dies geschieht, um
sicher zu stellen, dass der sekundäre Lastwegmechanismus funktioniert.
Wie ersichtlich, enthält
das Gerät
des sekundären
Lastwegs einen Verriegelungsmechanismus, der in Reaktion auf minimale
unkontrollierte Bewegungen des Stabilisators und minimale auslösende Lasten
relativ zur Betriebslast bei einem Ausfall des primären Lastwegs
arbeitet. Sobald er einmal den Anstoß zu seinem verriegelten Zustand
bekam, verharrt der Verriegelungsmechanismus im Eingriffszustand
unabhängig
von variierenden aerodynamischen Belastungen des Stabilisators und
somit auch der Stabilisatorstelleinrichtung und ungeachtet einer
versuchten Steuerung der Stabilisatorstelleinrichtung von der Bedienperson durch
die interne Steuereinheit. Deshalb sieht die Stabilisatorstelleinrichtung
dieser Erfindung vor:
- 1. Die dauerhafte Stilllegung
der Stabilisatorstelleinrichtung über einen sekundären Lastweg,
um den Stabilisator im Falle eines Ausfalls des Mechanismus' im primären Lastweg
in einer festen Position zu halten;
- 2. Die Fähigkeit
des Verriegelungsmechanismus den sekundären Lastweg unter minimalen
auslösenden
aerodynamischen Belastungen dauerhaft und unveränderbar stillzulegen;
- 3. Die Fähigkeit
des Verriegelungsmechanismus, die Stabilisatorstelleinrichtung auch
dann unbeweglich zu halten, wenn aerodynamische Belastungen variierender
Stärken
am Stabilisator bis zu den eingeplanten Zug- und Druck-Lastgrenzen angreifen;
- 4. Der Bedienperson den verriegelten Zustand durch Unwirksammachen
der internen Steuereinheit deutlich zu signalisieren, dass in dem
primären
Lastweg ein Fehler aufgetreten ist und dass die Reparatur bei der
Landung ausgeführt
werden muss; und
- 5. Eine leicht zugängliche
in-situ-Inspektion des Verriegelungsmechanismus für die Regelungsfunktion
des zweiten Lastwegs in im Voraus festgelegten Interval len, um sicher
zu gehen, dass der Verriegelungsmechanismus, wenn er nach einem
Fehler im primären
Lastweg aktiviert wird, betriebsfähig ist.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Flugzeugstabilisatorstelleinrichtung
zu ermöglichen,
die im Falle eines Fehlers im primären Lastweg anspricht und einen
sekundären
Lastweg anstößt, um die
Stabilisatorstelleinrichtung zu verriegeln und in einer festen Position
stabil zu halten und damit plötzliche
unkontrollierte Bewegungen des Stabilisators zu unterbinden.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flugzeugstabilisatorstelleinrichtung
anzugeben, die einen primären
Lastweg, durch den der Stabilisator gewöhnlich wahlweise durch die
Bedienperson aktiviert wird, und einen sekundären Lastweg hat, der die Stabilisatorstelleinrichtung
verriegelt, um den Stabilisator in einer festen Position beim Ausfall
der Struktur für
den primären
Lastweg zu halten, und die außerdem
Mittel zur leichten routinemäßigen In-situ-Bodeninspektion des
Verriegelungsmechanismus des sekundären Lastwegs vorsieht, um periodisch dessen
betriebsfähigen
oder betriebsunfähigen
Zustand festzustellen.
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Andere
Bereiche der Anwendbarkeit der Erfindung werden von der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung aufgezeigt. Es sollte verständlich werden,
dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele,
die die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung angeben, lediglich zu illustrativen Zwecken vorgesehen
sind und den Umfang der Erfindung nicht beschränken sollen.
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Diese
Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden
Zeichnungen noch deutlicher verständlich, die zeigen:
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1 eine
schematische Zeichnung, die allgemein die Baugruppe aus Stabilisatorstelleinrichtung
und Stabilisator in Bezug auf den Flugzeug-Seitenruderabschnitt oder den Schwanzabschnitt
des Rumpfs zeigt;
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2 eine
perspektivische Ansicht der Stabilisatorstelleinrichtung, einschließlich einer
primären Kugelmutternbaugruppe
eines primären
Lastwegabschnitts, und einer sekundären Mutternbaugruppe eines
sekundären
Lastwegabschnitts mit einigen zur klareren Darstellung entfernten
und/oder abgebrochenen Teilen;
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2A eine
Schnittansicht der Stabilisatorstelleinrichtung von 2,
die allgemein in Richtung der Pfeile 2A-2A in 2 aufgenommen
ist und die einige Elemente für
die Verbindung des Stabilisators allgemein in Phantomlinien zeigt;
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3 eine
Darstellung ähnlich 2,
die die sekundäre
Mutternbaugruppe der Stabilisatorstelleinrichtung in einem unverriegelten
Sollzustand zeigt, bei der für
eine klarere Darstellung der primäre Lastwegabschnitt entfernt
ist;
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4 eine
Darstellung ähnlich 3,
die den sekundären
Lastwegabschnitt mit der sekundären
Mutternbaugruppe der Stabilisatorstelleinrichtung darstellt, die
in einen verriegelten Zustand zum Halten der verriegelten Stabilisatorstelleinrichtung gebracht
wurde;
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5 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines Gleiters, von geteilten
Muttemhälften einer
verriegelnden geteilten Mutter und eines verriegelnden Kolbens in
auseinander genommenem Zustand, wobei die perspektivische Ansicht
des Verriegelungskolbens zum Zwecke der Klarheit in umgekehrter
Stellung gezeigt ist;
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5A eine
vergrößerte fragmentarische perspektivische
Ansicht der verriegelnden geteilten Mutter in einer teilweise zusammengebauten
Beziehung zum Gleiter;
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6 eine
Längsschnittansicht
der primären und
sekundären
Mutternbaugruppen der Stabilisatorstelleinrichtung, wobei der primäre Lastweg
in seinem normalen Betriebszustand und der sekundäre Lastweg
in seinem unverriegelten Sollzustand sind;
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7 eine ähnliche
Ansicht wie 6, die den sekundären Lastwegabschnitt
in seinem ausgelösten
Anfangszustand nach dem Verlust des primären Lastwegabschnitts durch
einen Ausfall des Drehzapfensegments im Kugel mutterngehäuse in dem primären Lastwegabschnitt
zeigt;
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8 eine
Ansicht ähnlich 7,
die den sekundären
Lastwegabschnitt hin in seinen voll verriegelten getriggerten Zustands
bewegt darstellt, der die Stabilisatorstelleinrichtung stilllegt;
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9 eine
Ansicht ähnlich 8,
die den sekundären
Lastwegabschnitt der Stabilisatorstelleinrichtung in seinem vollständig ausgelösten Zustand
nach dem Verlust des primären
Lastwegabschnitts durch einen Ausfall der Kugelmutterglieder der
Kugelmutter des primären
Lastwegabschnitts zeigt, welcher in seinen voll verriegelten Zustand
bewegt ist, wo er die Stabilisatorstelleinrichtung stilllegt; und
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10 eine
Ansicht ähnlich
den 8 und 9, die einen manuell in seinen
voll verriegelten Zustand gestellten sekundären Lastwegabschnitt zur Stilllegung
der Stabilisatorstelleinrichtung für einen In-situ-Test und eine
In-situ-Inspektion
zeigt.
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Die
folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist lediglich
beispielhaft und soll in keiner Weise die Erfindung, ihre Anwendung oder
Benutzung beschränken.
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Wie
zuvor erwähnt,
haben Gestaltungen einer Stabilisatorstelleinrichtung einen sekundären Lastwegabschnitt,
der durch den Piloten oder die Bedienper son betreibbar ist, um den
Stabilisator bei einem Ausfall im primären Lastwegabschnitt zu steuern.
Diese Strukturen beruhen auf einer Gegenmutter, deren Gewinde gleitend
in die sich drehende Kugelrollspindel eingreifen und den sekundären Lastweg
beim Ausfall des primären
Lastwegabschnitts verfügbar
machen, wobei ein derartiger Ausfall durch Abscheren eines Verbindungsdrehzapfensegments eines
Kugelmutterngehäuses
oder durch den Verlust eines Kugelmutterglieds aus der Kugelmutternbaugruppe
hervorgerufen werden kann. Das entgegen dem rotierenden Kugelrolispindelgewinde
gleitende Gegenmuttergewinde erzeugt nicht notwendigerweise ein
ausreichendes Reibungsdrehmoment, um das Antriebssystem der Stabilisatorstelleinrichtung
abzustellen und unbeweglich zu machen und erlaubt deshalb einen
fortgesetzten Betrieb der Stabilisatorstelleinrichtung durch die
Bedienperson von der internen Steuereinheit. Da zusätzlich die
Stabilisatorstelleinrichtung immer noch auf die Bedienperson anspricht, wird
der Ausfall des primären
Lastwegabschnitts nicht notwendigerweise bis zur nächsten Generalinspektion
erfasst. Außerdem
gestatteten die früheren Konstruktionen
keine einfache und leichte In-situ-Inspektion des Betriebszustandes des
sekundären Lastwegabschnitts.
Es soll erwähnt
werden, dass Flugzeuge auch Stelleinrichtungen für Tragflächen, Klappen und dergleichen
haben, die Steuergeräte enthalten,
die ein Bremsen oder eine Verriegelungswirkung in Reaktion auf Überlast,
Komponentenausfall und dergleichen erzielen. Jedoch sind derartige Stelleinrichtungen
und Steuergeräte
ungleich der Stabilisatorstelleinrichtung dieser Erfindung.
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Diese
Erfindung stellt eine verbesserte Stabilisatorstelleinrichtung mit
Mitteln zum Bremsen der Stabilisatorstelleinrichtung zur Verfügung, um
diese unbeweglich zu machen und das Antriebssystem des Horizontalstabilisators
für den
Fall eines Ausfalls des primären
Lastwegs abzuschalten. Sobald dies erfolgt, sind keine weiteren äußeren Lasten
mehr zum Beibehalten des verriegelten Zustands nötig. Dafür ist, sobald ein Fehler im
primären
Lastweg auftritt, nur ein verhältnismäßig geringer
Prozentsatz der aerodynamischen Last des Stabilisators zum Auslösen des
verriegelten Zustands des sekundären
Lastwegs erforderlich. Gleichzeitig wird jede unkontrollierte Bewegung
des Stabilisators nach Auslösen
der Verriegelungsstellung im Wesentlichen sofort gestoppt.
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Bezogen
auf die 1 und 2 ist eine Stabilisatorstelleinrichtung 10 zur
selektiven Steuerung der Position eines Horizontalstabilisators 12 gezeigt.
Die Stelleinrichtung 10 enthält einen primären Lastwegabschnitt,
der allgemein mit der Bezugsziffer 14 bezeichnet ist und
der eine primäre
Kugelmutternbaugruppe 16 hat. Die primäre Kugelmutternbaugruppe 16 enthält ein Kugelmuttemgehäuse 18,
das durch Gewinde mit einer Kugelrollspindel 20 über eine
Vielzahl von Kugelmuttergliedern 22 verbunden ist. Nur
einige der Kugelmutterglieder 22 sind in den Zeichnungen
gezeigt. Die Kugelrollspindel 20 erstreckt sich allgemein
vertikal und ist an ihrem oberen Ende mit einem hydraulischen oder
elektrischen Antriebsmotor und einer Getriebebaugruppe 24 verbunden.
Am entgegengesetzten unteren Ende der Kugelrollspindel 20 sitzt
eine Endkapsel 25, die sicherstellt, dass die Kugelrollspindel 20 nicht
aus der primären
Kugelmuttembaugruppe 16 heraus gedreht wird. Der Antriebsmotor
und die Ge triebebaugruppe 24 sind an einem oberen Kardanlagerrahmen 26 angebracht,
das seinerseits schwenkbar an einer festen Position an einem Teil
des Seitenruderabschnitts oder des Schwanzabschnitts 28 des
Rumpfs befestigt ist. Der Antriebsmotor und die Getriebebaugruppe 24 und
dessen Einzelheiten haben eine im Stand der Technik bekannte Konstruktion
und sind zur knappen und einfacheren Darstellung nur allgemein gezeigt.
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Der
Horizontalstabilisator 12 ist in seiner Längsrichtung
schwenkbar durch eine Gelenkstruktur 29 verbunden, die
am Seitenruderabschnitt oder am Rumpfschwanzabschnitt 28 befestigt
ist. Das Vorderende 32 des Horizontalstabilisators 12 ist
wiederum schwenkbar an einem Stellantriebskardanrahmen 34 angebracht,
der im Allgemeinen am mittleren Abschnitt entlang der Kugelrollspindel 20 liegt
und seinerseits schwenkbar mit der primären Kugelmutternbaugruppe 16 verbunden
ist, die an dem Antriebskardanrahmen 34 festgelegt ist.
Wie erwähnt, ist
die Verbindung von Stabilisatorstelleinrichtungen mit dem Seitenruderabschnitt
oder dem Rumpfschwanzabschnitt allgemein üblich und bestens bekannt,
und somit werden Einzelheiten des Seitenruders oder des Schwanzabschnitts 28 zur
kürzeren und
einfacheren Darstellung weggelassen.
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Um
die Stellung des Horizontalstabilisators 12 selektiv einzustellen,
aktiviert der Pilot durch einen Bedienvorgang an einer internen
Steuereinheit 35 den Antriebsmotor und die Getriebebaugruppe 24, die
die Kugelrollspindel 20 in eine Richtung drehen, dadurch
die primäre
Kugelmutternbaugruppe 16 und den Antriebskardanrahmen 34 nach
oben entlang der axial festen Kugelrollspindel 20 bewegen
und damit das Vorderende 32 des Stabilisators 12 nach oben
schwenken, oder die die Kugelrollspindel 20 in die entgegengesetzte
Richtung drehen, was die primären
Kugelmutternbaugruppe 16 und den Antriebskardanrahmen 34 nach
unten entlang der axial festen Kugelrollspindel 20 bewegt
und damit das Vorderende 32 nach unten schwenkt. Bei diesem
Vorgang wird die Stabilisatorstelleinrichtung 10 an dem
festen Lagerkardanrahmen 26 und um den beweglichen Antriebskardanrahmen 34 geschwenkt
und führt
dadurch die bogenförmige
Winkelversetzung des Vorderendes 32 des Stabilisators 12 aus.
Wie erwähnt, sind
Geräte,
wie z.B die interne Steuereinheit 35 im Stand der Technik
bekannt, und deshalb sind die Details hier für die knappere und einfachere
Darstellung weggelassen.
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Auch
sind solche grundlegenden operativen Verbindungen, wie sie oben
genannt sind, in vorhandenen Stabilisatorstelleinrichtungsstrukturen
bekannt. Wie deutlich gemacht werden wird, wird beim Ausfall des
primären
Lastwegabschnitts 14 ein sekundärer Lastwegabschnitt 36 aktiviert,
der den Stabilisator 12 in einer festen Stellung verriegelt.
Der sekundäre
Lastwegabschnitt ist in den 2 bis 4 allgemein
mit der Bezugsziffer 36 bezeichnet.
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Nun
enthält
bezogen auf 2 der primäre Lastwegabschnitt 14 die
primäre
Kugelmutternbaugruppe 16 mit dem Kugelmutterngehäuse 18,
an dessen Innenseite sich schraubenförmige und bogenförmige Nuten 30 befinden.
Eine Vielzahl Kugelmutterglieder 22 liegt in den und passen
in die Gehäusenuten 30.
Die Kugelrollspindel 20 ragt durch das Mutterngehäuse 18 und
hat ih rerseits schraubenförmige sich
bogenförmig
erstreckende Nuten oder Gewinde 37 auf ihrer Außenseite,
die ebenfalls dafür
angepasst sind, formschlüssig
die Kugelmutterglieder 22 aufzunehmen. Wie erwähnt, sind
solche Grundstrukturen, die zur Übertragung
von Lasten durch eine gegenseitige Drehung mit verringerter Reibung
dienen, im Stand der Technik gut bekannt, und deshalb sind deren
spezielle Einzelheiten zum Zwecke einer knapperen und einfacheren
Darstellung weggelassen.
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Der
primäre
Lastwegabschnitt 14 enthält ein primäres oder Antriebskardangehäuse 42,
das zwei entgegengesetzt ragende Lagerstabbaugruppen 44 hat,
von denen jede eine Außenhülse 53 und
einen Verbindungsbolzen 46 enthält. Siehe 2A.
Der Stabilisator 12 ist mit den Lagerstabbaugruppen 44 durch
allgemein U-förmige
Verbindungsarme 40 schwenkbar verbunden. Der Verbindungsbolzen 46 sichert
den Verbindungsarm 40 an den Lagerstabbaugruppen 44 und
dadurch an dem primären
Kardanrahmengehäuse 42.
Wie in 2A deutlich wird, sind die diametral
entgegengesetzten Seiten des aktivierenden Antriebskardanrahmens 34 im
Wesentlichen die gleichen. Das Mutterngehäuse 18 ist wiederum
mit dem primären
Kardangehäuse 42 durch zwei
diametral beabstandete Drehzapfensegmente 48 verbunden.
Während
in 2 nur ein solches Drehzapfensegment 48 gezeigt
ist, sind in 2A beide Drehzapfensegmente 48 zu
sehen. Jedes Drehzapfensegment 48 enthält ein sphärisches Kugelglied 50,
welches innerhalb einer teilweise sphärischen Kammer in einem Stellring 52 in
dem primären Antriebskardanrahmengehäuse 42 schwenkbar
befestigt ist. Diese schwenkbare Art der Verbindung ermöglicht ei ne
begrenzte Bewegung der Kugelrollspindel 20 und des Mutterngehäuses 18 relativ
zu dem primären
Kardanrahmengehäuse 42,
um verschiedene Belastungen und Stellungen des Stabilisators 12 aufzunehmen.
Die sphärischen
Kugelglieder 50 werden in ihrer Stellung axial durch T-förmige Bolzen 50a gehalten,
die in Gewindebohrungen in den Drehzapfensegmenten 48 geschraubt
sind.
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Somit
bewegt sich, wie erwähnt,
wenn sich die Kugelrollspindel 20 dreht, die drehfest angeordnete
primäre
Kugelmutternbaugruppe 16 zusammen mit dem primären Kardanrahmengehäuse 42 in
axialer Richtung entlang der Kugelrollspindel 20 und schwenkt
dadurch den Horizontalstabilisator 12 um seine Schwenkstruktur 29.
Diese Struktur des primären
Lastabschnitts 14 stellt damit den primären Lastweg für die von
der Bedienperson gesteuerte Betätigung
bzw. Einstellung des Stabilisators 12 zur Verfügung.
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Der
sekundäre
Lastwegabschnitt 36 ermöglicht
einen sekundären
Lastweg. Der sekundäre
Lastwegabschnitt 36 enthält eine zweite Gehäusebaugruppe,
die ein zweites oder sekundäres
Mutterngehäuse 56 enthält, welches
mit einem sekundären Kardanrahmenringgehäuse 57 verbunden
ist. Es ist ersichtlich, dass das Gerät für den primären Lastwegabschnitt 14 generell
innerhalb des sekundären Kardanrahmenringgehäuses 57 liegt.
Das sekundäre Kardanrahmenringgehäuse 57 enthält einen
sekundären
Hauptgehäuseabschnitt 67 und
sekundäre Kardanrahmen-Schwenkverbinder 69,
die gemeinsam durch Gewindefeststeller 71 befestigt sind.
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Das
sekundäre
Kardanrahmenringgehäuse 57 ist
mit dem Verbindungsarm 40 vom Stabilisator 12 durch
zwei diametral entgegengesetzt liegende ringförmige Kardanrahmenringe 55 schwenkbar
verbunden, die sich von Ringflanschen 79 an jedem der Schwenkverbinder 69 erstrecken.
Die Feststeller 71 sichern die Schwenkverbinder 69 an
der Innenseite des sekundären
Hauptgehäuseabschnitts 67 durch die
Ringflansche 79. Es ist deutlich zu erkennen, dass diese
Verbindung selbst dann, wenn ein Ausfall des primären Lastwegabschnitts 14 auftritt,
die schwenkbare Verbindung des sekundären Lastwegabschnitts 36 des
Stabilisators 12 über
den Verbindungsarm 40 beibehält, wie nachstehend beschrieben
ist. Es ist ersichtlich, dass dann diese Struktur in dem zweiten
Lastwegabschnitt 36 eine von dem Antriebskardanrahmen 34 separate
Verbindungskardanrahmenstruktur bildet.
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Im
Hinblick auf die 2A enthält der U-förmige Verbindungsarm 40 zwei
Paare von jeweils voneinander beabstandeten inneren und äußeren Platten 40a und 40b.
Die allgemein U-förmige
Gestalt des Verbindungsarms 40 ist durch die allgemein
mit der Bezugsziffer 39 bezeichnete Verbindung beider Plattenpaare 40a und 40b definiert.
Die inneren Platten 40a sind mit Bohrungen 41 großen Durchmessers
versehen, wohingegen die äußeren Platten 40b mit
Bohrungen 43 geringeren Durchmessers versehen sind. Sphärische Lager 47 liegen
in den Bohrungen 43 der äußeren Platten 40b.
Die kreisförmigen Ringe 55 der
Schwenkverbinder 69 sind drehbar in den Bohrungen 41 größeren Durchmessers
gelagert, während
die Lagerstabbaugruppen 44 drehbar in den sphärischen
Lagern 47 durch Eingriff in die Hülsen 53 gelagert sind.
Um die Kardanrahmenschwenkverbinder 69 und somit den sekundären Hauptgehäuseabschnitt 67 in
den U-förmigen
Verbindungsarm 40 einzubauen, werden die Feststeller 71 entfernt,
so dass die Schwenkverbinder 69 innerhalb der Ringe 55 im Abstand
von den Innenseiten der inneren Platten 40b des U-förmigen Verbindungsarms 40 zu
liegen kommen. Gleichzeitig sind die Lagerstabbaugruppen 44 noch
nicht in das Antriebskardanrahmengehäuse 42 eingebaut.
Nun kann der sekundäre
Hauptgehäuseabschnitt 67 in
die Öffnung
des u-förmigen Verbindungsarms 40 geschoben
und die Kardanrahmenschwenkverbinder 69 durch die Feststeller 71 mit
den in den Bohrungen 41 liegenden Kardanrahmenringen 55 befestigt
werden. Als nächstes
können
die Lagerstabbaugruppen 44 durch die Lager 47 in
den äußeren Platten 40b eingesteckt
werden und mit den in eine Bohrung 49 im primären Kardanrahmengehäuse 42 geschraubten
Verbindungsbolzen 46 befestigt werden. Hier ist die Hülse 53 in
dem Lager 47 gelagert und ragt in eine Gegenbohrung 51 neben
der Gewindebohrung 49. Gleichzeitig sind die Flansche 45 am äußeren Ende
der Hülsen 53 dafür angepasst, über die äußeren Enden
der sphärischen
Lager 47 zu greifen und helfen mit, dass diese in den Bohrungen 43 bleiben.
Dies verbindet dann den sekundären Lastweg über den
sekundären
Gehäuseabschnitt 67 und
den primären
Lastweg über
das primäre
Kardanrahmengehäuse 42 mit
dem Stabilisator 12. Es muss hier bemerkt werden, dass
die Einzelheiten für
eine kurze und einfache Darstellung etwas generalisiert sind, da
die Verbindung der Kardanrahmenringe 55 und der Lagerstabbaugruppen 44 mit
dem u-förmigen
Verbindungsarm sehr wohl im Rahmen der Kenntnis des einschlägigen Fachmanns
liegt.
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Nun
ist im Hinblick auf die 2 und 3 das sekundäre Mutterngehäuse 56 mit
dem sekundären
Kardanrahmenringgehäuse 57 durch
zwei diametral gegenüber
liegende Drehzapfenbaugruppen 59 verbunden. Die Drehzapfenbaugruppen 59 enthalten
einen zylindrischen Drehzapfen 73, der durch eine Platte 75 am
Platz gehalten ist, welche durch zwei Bolzen 77 (von denen
in 2 nur eine gezeigt ist – siehe 2A) an
dem sekundären
Mutterngehäuse
befestigt ist. Das sekundäre
Mutterngehäuse 56 hat
zwei diametral beabstandete u-förmige
Gabelkopfstrukturen 61, von denen jede zwei beabstandete
Durchgangsbohrungen 63 trägt. Das innere Ende des sekundären Hauptgehäuseabschnitts 67 des
sekundären
Kardanrahmenringgehäuses 57 liegt
innerhalb der Gabelkopfstrukturen 61 und hat beabstandete
Bohrungen 65, die jeweils zwischen und fluchtend mit zwei
Durchgangsbohrungen 68 liegen. Nun ragen die Drehzapfen 73 durch
die fluchtenden Bohrungen 63 und 65 mit einer
engen Passung in den Bohrungen 63 und halten dadurch das
Kardanrahmenringgehäuse 57 und
das sekundäre
Mutterngehäuse 56 zusammen.
Diesbezüglich
ist es ersichtlich, dass diese Verbindung eine in ihrem Ausmaß beschränkte relative
Dreh- und Diametralbewegung zwischen den Gehäusen 56 und 57 zulässt und
dadurch die Ausrichtung der miteinander verbundenen Elemente des
primären
Lastwegabschnitts 14 des sekundären Lastwegabschnitts 36 erleichtert.
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Des
Weiteren enthält
im Hinblick auf die 2 bis 4 der sekundäre Lastwegabschnitt 36 eine
sekundäre
Mutternbaugruppe 38, die operativ in dem sekundären Muttemgehäuse 56 gelagert
ist. Die sekundäre
Mutternbaugruppe 38 enthält eine verriegelnde geteilte
Mutter 54, die in dem sekundären Mutterngehäuse 56 liegt.
Die geteilte Mutter 54 hat generell halbkreisförmige obere
und untere Mutternhälften 54a und 54b,
die normalerweise durch ein Kompressionsfederpaar 58 voneinander
weg vorgespannt sind. In einer Ausführungsform der Erfindung sind
die geteilten Mutternhälften 54a und 54b aus
einer leichtgewichtigen hochfesten Titanlegierung hergestellt, z.B.
aus Ti-6AI-4V. Gleichzeitig ist die Kugelrollspindel 20 aus
einer noch festeren Stahllegierung, beispielsweise aus rostfreiem
härtbarem
Induktionsstahl hergestellt.
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Die
geteilte Mutter 54 kann durch Einwirken einer Radialkraft,
die durch eine Feder 60 erzeugt wird, welche auf einen
in dem sekundären
Mutterngehäuse 56 gelagerten
Verriegelungsbetätigungskolben 62 einwirkt,
gegen die Kugelrollspindel 20 gedrückt werden. Die Verriegelung
des Stabilisators 12 wird durch das Verklemmen der geteilten
Mutter 54 gegen die Kugelrollspindel 20 erreicht.
Die geteilte Mutter 54 ist mit sich wendelförmig erstreckenden, bogenförmigen und
wendelförmigen
Segmenten von Gewinden 68a und 68b auf den geteilten
Mutternhälften 54a und 54b versehen,
welche mit etwas Übermaß passend
in die Kugelrollspindelgewinde 37 eingreifen. Siehe die 5 und 5a.
Die Form der Gewinde 68a und 68b der geteilten
Mutter ist so gewählt,
dass die Reibung zwischen den invertierten oder Gegenmutterngewinden 68a und 68b der
geteilten Mutter 54 und den Kugelrollspindelgewinden 37, die
zum Stilllegen der Horizontalstabilisatorstelleinrichtung 10 erforderliche
Bremskraft aufbringt. Die Bogenform der Gewinde 68a und 68b auf
den geteilten Muttern hälften 54a und 54b ist
so kontrolliert, dass ein anfänglich
beschränkter
Oberflächenangriff mit
den Gewinden 37 der Kugelrollspindel unter einem Winkel
von etwa 45° erzielt
wird. Mit wachsender Angriffskraft auf den geteilten Mutternhälften 54a und 54b verformen
sich die Gewinde 68a und 68b der geteilten Mutter
etwas elastisch und vergrößern dadurch
die Eingriffsfläche
an den Gewinden 37 der Kugelrollspindel. Gleichzeitig sorgt
diese beschränkte
Angriffsfläche
für einen
sehr starken Reibeingriff, der die Bremswirkung verstärkt, so
dass die Drehung der Kugelrollspindel 20 bei der Aktivierung
des verriegelten Zustands verhindert und dieser entgegengewirkt
wird. In diesen Hinsicht ist die Anzahl der Gewinde 68a und 68b so
gewählt,
dass eine genügend große Anzahl
vorliegt, um den Angriffsflächenbereich zu
optimieren und dadurch die erforderliche Stärke der Reibungskraft zu erzielen.
Beispielsweise sind etwa sieben derartige Gewinde 68a und 68b in
der Zeichnung gezeigt.
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Nun
ist bezogen auf die 2 bis 4 der Kolben 62,
der durch die Belastung der Feder 60 vorgespannt ist, normalerweise
durch einen Rückhalteschlitten 66 im
Abstand von der geteilten Mutter 54 gehalten. Wie am besten
die 5 und 5a zeigen, ist der Gleiter 66 allgemein
zylindrisch mit einem geschlitzten radialen U-förmigen offenen Abschnitt 70 an
einem Ende, welcher ein Paar parallel voneinander beabstandete Wände 74 hat.
Der Kolben 62 hat eine quer stehende Kolbenrolle 64 mit
von jeder Seite des Kolbens 62 abstehenden Abschnitten,
die zum Eingriff an den Oberseiten der Wände 74 angepasst sind.
Die Kolbenrolle 64 ist an einer innerhalb des Kolbens 62 liegenden
Nadellagerstruktur 80 drehbar gelagert. Jede Oberseite
des Gleiters 66 hat ei nen im Wesentlichen geradlinigen
axial ragenden Abhalteabschnitt 76 an einem axialen Ende
und einen nach unten schrägen
Rampenabschnitt 78 an seinem entgegengesetzten Ende. Das
dem geschlitzten offenen Abschnitt 70 gegenüberliegende Ende
des Gleiters 66 ist geschlossen und hat eine allgemein
flache und sich in axialer Richtung erstreckende Oberseite, die
mit eine Zahnstange 86 bildenden Getriebezähnen versehen
ist, deren Zweck nachstehend beschrieben wird. Aus den 3 und 6 ist
ersichtlich, dass das untere Ende des Kolbens 62 normalerweise
teilweise in dem geschlitzten offenen Abschnitt 70 in einer
von der oberen Mutternhälfte 54a beabstandeten
festen Position liegt. Nach der Betätigung bei einem Ausfall des
primären
Lastwegs, wird das untere Ende des Kolbens 62 weiter in den
geschlitzten offenen Abschnitt 70 hinein in einen Druckeingriff
an der oberen Mutternhälfte 54a bewegt,
wie die 4 und 8 zeigen.
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Auf
der Oberseite 88 der oberen Mutternhälfte 54a sind eine
Vielzahl von bogenförmigen
Querrillen 89 gebildet, während die Unterseite 90 des
Kolbens 62, die für
den Angriff an der Oberseite 88 angepasst ist, gleichermaßen mit
dazu passenden bogenförmigen
Querrillen 97 versehen ist. Somit verriegelt, wenn sich
der Kolben 62 zum Eingriff in die obere Mutternhälfte 54a bewegt,
das Eingreifen der quer gerillten Oberflächen 88 und 90 den
Kolben 62 an der geteilten Mutter 54. In dieser
Hinsicht stellt die Bogenform der Nuten oder Rillen 89 und 97 einen
vollständigen
Eingriff auch für
den Fall sicher, dass zwischen beiden eine gewisse, wenn auch nur
geringe Umfangsdrehung stattfindet. Wohingegen ebene Rillen eine
solche Drehung nicht notwendigerweise kompen sieren und in vollem
Eingriff stehen würden. Der
Muttemrückhaltegleiter 66 ist
normalerweise in seiner „Soll"-Stellung durch eine
Schraubenfeder 72 gehalten, die auf das Innere des Gleiters
einwirkt und diesen elastisch in die Sollstellung mit einer Innenwand 82 gegen
eine Seite des Kolbens 62 vorspannt. Siehe 6.
Bei dieser Stellung des Gleiters 66 wirkt die Kraft des
Kolbens 62 nur auf den Gleiter 66 durch den Eingriff
der Kolbenrolle 64 auf die geradlinigen Abschnitte 76,
die den Kolben 62 ausgerückt aus der geteilten Mutter 54 halten.
Der Gleiter 66 ist auf Rollen 93 beweglich gelagert,
die in dem sekundären Muttergehäuse 56 liegen
und die in Eingriff mit flachen Schultern 95 auf der Seite
des Gleiters 66 entgegengesetzt von dem geschlitzten offenen
Abschnitt 70 stehen. Zur gleichen Zeit hat der Gleiter 66 einen
sich axial erstreckenden Führungskanal 105, der
sich zentral zwischen den flachen Schultern 95 erstreckt.
Ein Paar Positionierstifte 107 sind mit dem sekundären Mutterngehäuse 56 verbunden
und ragen partiell in den Führungskanal 105 und
unterstützen
das Beibehalten der fluchtenden Ausrichtung des Gleiters 66 innerhalb
des sekundären
Mutterngehäuses 56.
Siehe die 6 bis 10.
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Vor
der Erregung werden die geteilten Mutternhälften 54a, 54b durch
die Druckfedern 58 im Abstand von den Kugelrollspindelgewinden 37 gehalten,
um während
des Normalbetriebs die durch die Reibung verursachte Schlepplast
zu vermeiden oder zu verringern. Diesbezüglich liegen die Firste oder Grate
der Gewinde 68a und 68b auf den Hälften 54a und 54b der
geteilten Mutter teilweise innerhalb der Rillen der Kugelrollspindelgewinde 37,
jedoch mit im Allgemeinen axialem und radialem Spiel zwischen den überlappenden
Abschnitten der konfrontierenden Firste. Außerdem erfährt die Kugelrollspindel 20 vor
dem Eingriff durch die geteilte Mutter 54 aufgrund fettartiger
Schmierstoffe eine verhältnismäßig geringe
Schlepplast, da die Anwendung der separierenden Federn 58 die
Hälften 54a und 54b der
geteilten Mutter von einem direkten Eingriff in die Kugelrollspindel 20 abhalten.
Jedoch sorgt der teilweise überlappende
Eingriff der Gewinde 68a, 68b an den Mutternhälften in
die Gewinde auf der Kugelrollspindel 20 für eine anfängliche
Ausrichtung, die sicherstellt, dass die Gewinde 68a, 68b in
Bezug auf die Gewinde der Kugelrollspindel 20 bei Aktivierung
der Verriegelung ausgerichtet sind. Die erregende Kraft der Feder 60 kann
durch Federscheiben erzeugt werden, wie dies in den Zeichnungen
gezeigt ist, oder durch Schraubenfedern, abhängig von der verfügbaren Hülle, dem
zulässigen
Gewicht und der erforderlichen Stellkraft.
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Am
besten zeigen die 5 und 5a, dass
die geteilte Mutter 54 innerhalb der Kammer des Gleiters 66 allgemein
mit dem geschlitzten offenen Abschnitt 70 fluchtend gelagert
ist. Hier ist die untere Außenseite 96b der
unteren Hälfte 54b der
geteilten Mutter abgerundet und greift für eine relative Gleitbewegung
in eine gleichermaßen
abgerundete Unterseite 98 in der Kammer des Gleiters 66 ein.
Die obere Hälfte 54a der
geteilten Mutter ist mit einem Paar flacher Schultern 100 versehen.
Ein Paar rechteckförmiger
separater Keile 102 sind einander gegenüber liegend in Kammern oder
gefrästen
Schlitzen 103 in den beabstandeten Wänden 74 im offenen
Abschnitt 70 gelagert, ragen in die Kammer des Gleiters 66 und greifen
gleitend an den flachen Schultern 100 an und halten dadurch
die obere Mutternhälfte 54a in
einer vorgegebenen Stel lung, die für ein Spiel zwischen der quer
gerillten Oberfläche 88 und
der passend quer gerillten Unterseite 90 des Arretierkolbens 62 sorgt.
In dieser Hinsicht spannen die Druckfedern 58 die geteilten
Mutternhälften 54a und 54b radial
weg voneinander, wobei die abgerundeten Unterseiten 96b und 98 aneinander
und die flachen Schultern 100 an den Keilen 102 angreifen.
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Die
Arretierung der sekundären
Mutternbaugruppe 38 wird durch eine Axialbewegung des sekundären Mutterngehäuses 56 relativ
zur Kugelrollspindel 20 ausgelöst, die von dem oberen Lagerkardanrahmen 26 festgehalten
ist. Dies wird durch die unkontrollierte Parallelverschiebung des
Stabilisators 12 nach oben in Richtung des in 1 gezeigten Pfeils
A verursacht. Siehe auch die 4 und 7. Diese
Bewegung wird durch einen Ausfall im primären Lastwegabschnitt 14,
wie z.B. durch Abscheren des Drehzapfensegments 48 des
Mutterngehäuses 18 oder
durch Verlust der Kugelmutterglieder 22 aus der primären Kugelmutternbaugruppe 16 bewirkt.
Die Bewegung wird auch durch einen Fehler an der Verbindung der
Lagerstabbaugruppe 44 zwischen dem primären Kardanrahmengehäuse 42 und
den äußeren Platten 40b des
Verbindungsarms 40 bewirkt. Wenn diese Axialbewegung auftritt,
bewegt sich das sekundäre
Mutterngehäuse 56 axial,
bezogen auf die sekundäre
geteilte Mutter 54. Die sekundäre geteilte Mutter 54 kann
sich aber aufgrund des partiellen überlappenden Eingriffs ihrer
Gewinde in die Gewinde der Kugelrollspindel 20 nicht axial
bewegen. Das Auslösen
der sekundären
Mutternbaugruppe 38 geschieht daraufhin durch die Bewegung
des Mutterngehäuses 56 relativ
zur geteilten Mutter 54 und der Kugelrollspindel 20.
Wenn dies auftritt, wird eine Wand 104 am inneren Ende
des offenen Abschnitts 70 des Gleiters 66 in Eingriff
mit der geteilten Mutter 54 bewegt. Siehe 6 und 7.
Dies hält
dann den Gleiter 66 in einer festen Stellung gegenüber der geteilten
Mutter 54. Wenn nun das Mutterngehäuse 56 mit seiner
Aufwärtsbewegung
relativ zum festen Gleiter 66 fortfährt, rollt die Kolbenrolle 64 von
den geradlinigen Abschnitten 76 auf die angeschrägten Rampenabschnitte 78 auf
dem Gleiter 66 und zwingt dadurch den Gleiter 66 gegen
die Vorspannung der Feder 72 vom Kolben 62 weg,
wodurch die durch die Feder 60 erzeugte Radialkraft des
Kolbens 62 direkt auf die geteilte Mutter 54 einwirkt.
Dies lässt
dann die bogenförmigen
Querrillen 97 an der Oberfläche 90 des Kolbens 62 formschlüssig in
die bogenförmigen Querrillen 89 auf
der Oberfläche 88 der
oberen Mutternhälfte 54a eingreifen.
In dieser Hinsicht erzeugt der Eingriff der Kolbenrolle 64 an
den schrägen
Rampenabschnitten 68 eine nockenartige Kraft, die ausreichend
ist, um die Vorspannung der auf den Gleiter 66 einwirkenden
Vorspannung der Schraubenfeder 72 zu überwinden. Während die
untere Mutternhälfte 54b im
Wesentlichen festliegt, bewegt die auf das Gehäuse 56 einwirkende
Kraft der Feder 60 das Gehäuse 56 und die Kugelrollspindel 20 in
radialer Richtung und bringt die untere Mutternhälfte 54b zusammen
mit der oberen Mutternhälfte 54a in
engen Eingriff an der Kugelrollspindel 20. Somit wird mit
der obigen Anordnung die Kraft auf beide Mutternhälften 54a und 54b der
geteilten Mutter 54 relativ zur Kugelrollspindel 20 ausgeübt. Die
Hälften 54a und 54b der geteilten
Mutter 54 werden gegen die Kugelrollspindel 20 mit
ausreichender Reibungskraft gezwungen und verhindern die Drehung
der Kugelrollspindel 20 bis zu einem Drehmoment, das höher ist
als das Drehmoment, das durch den Antriebsmotor und die Getriebebaugruppe 24 aufgebracht
werden kann. Die durch das Einrasten der geteilten Mutter 54 in
der Kugelrollspindel 20 erzeugte Reibung macht die Stelleinrichtung 10 bewegungslos.
Sobald die geteilte Mutter 54 um die Kugelrollspindel 20 einrastet,
bleibt die Stelleinrichtung 10 auch bei Lastumkehr an dem Stabilisator 12 in
der Richtung des Pfeils B der 1 verriegelt.
Die auf die Aktivierung durch die Feder 60 gegen den Kolben 62 getriebene
geteilte Mutter 54 sorgt für ein konstantes Bremsen, um
die Stabilisatorstelleinrichtung 10 beim Ausfall des primären Lastwegabschnitts 14 stillzulegen.
Wie erwähnt,
sind die auf den Kolben 62 einwirkende Vorspannung und
der Neigungswinkel der schrägen
Rampenabschnitte 78 so gewählt, dass sie für eine rasche
Verriegelung sorgen, sobald die Kolbenrolle 64 an den geradlinigen Abschnitten 76 auf
die schrägen
Rampenabschnitte 78 bewegt wird.
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Wie
erwähnt,
wird der beschriebene Verriegelungsvorgang durch die unkontrollierte
Bewegung des Stabilisators 12 nach oben in der Richtung
des Pfeils A eingeleitet. Die Bewegung des Stabilisators 12 in
der Richtung des Pfeils B bringt den sekundären Lastwegabschnitt 36 nicht
in den verriegelten Zustand. in diesem Fall wird jedoch die geteilte
Mutter 54 zum Eingriff an der ringförmigen Innenwand 91 im Mutterngehäuse 56 bewegt
und stoppt daher die Bewegung des Stabilisators in dieser Richtung.
Wenn sich die auf den Stabilisator 12 einwirkende aerodynamische
Last umkehrt, wird sich der Stabilisator 12 in seiner unkontrollierten
Schwingungsbewegung entgegengesetzt in der Richtung des Pfeils A
bewegen, wodurch der Verriegelungsvorgang des sekundären Lastwegabschnitts 36 wie
beschrieben eingeleitet wird. Somit erkennt man, dass die geteilte
Mutter 54 sowohl als Ausfallsensor als auch als Verriege lungsstruktur
wirkt.
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Die
bezogen auf die 1 bis 5 beschriebene
Folge von Vorgängen
ist in schematischer Form in den 6 bis 9 gezeigt.
Bezogen auf 6 ist der aktivierende Antriebskardanrahmen 34 mit
dem primären
Lastkolbenabschnitt 14 im normalen Betriebszustand und
der sekundäre
Lastwegabschnitt 36 in seinem unverriegelten Sollzustand gezeigt.
Dies ist der Zustand des Antriebskardanrahmens 34, wie
er in 1 gezeigt ist, bei dem das sekundäre Kardanrahmenringgehäuse 57 entfernt
ist. Es ist ersichtlich, dass die Gewindegänge 68a und 68b der
geteilten Mutternhälften 54a und 54b nicht direkt
in die Gewindegänge 37 der
Kugelrollspindel 20 eingreifen. Dabei wird durch die auf
den Kolben 62 einwirkende Kraft der Feder 60 die
Kolbenrolle 64 im Eingriff an den geradlinigen Abschnitten 76 auf
der Oberseite der Wände 74 am
Gleiter 66 gehalten.
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7 zeigt
als nächstes
den Anfangszustand des Antriebskardanrahmens 34 beim Ausfall der
Segmente der Drehzapfenstruktur 48 in dem primären Kugelmutterngehäuse 18.
Nun bewegt sich der Gleiter 66 relativ zur geteilten Mutter 54,
die durch den leichten Eingriff der Flanken der Gewindegänge 37 der
Kugelrollspindel 20 an den Flanken der geteilten Mutternhälften 68a und 68b an
ihrer Stelle gehalten wird. Dies lässt die Innenwand 104 des Gleiters 66 an
der geteilten Mutter 54 angreifen. Dies tritt durch die
Relativbewegung des primären
Kardanrahmengehäuses 42 und
des sekundären
Mutterngehäuses 56 relativ
zur festgelegten Kugelrollspindel 20 auf. Dieser Anfangsweg
ist in 7 durch „d" bezeichnet. Hier
sollte bemerkt werden, dass die Details der Drehzapfensegmente 48 in
den 2 und 2A gezeigt sind und dass diese
Details zur Vereinfachung in den 6 bis 10 weggelassen sind.
Außerdem
kann, obwohl die 7 und 8 den Zustand
des primären
Lastwegabschnitts 14 und des sekundären Lastwegabschnitts 36 beim
Ausfall des primären
Lastwegabschnitts 14 an einem oder beiden der Drehzapfensegmente 48 darstellen,
ein derartiger Drehzapfenausfall verschiedene Formen annehmen, wie
z.B. den Ausfall eines sphärischen Kugelglieds 50,
das Abscheren eines Drehzapfensegments 48 von dem primären Kardanrahmengehäuse 42 oder
andere Formen. In dieser Hinsicht ist ein an der Verbindung der
Lagerstabbaugruppe 44 verursachter Fehler der gleiche.
Dabei ist die Aktivierung des sekundären Lastwegabschnitts 36 im
Wesentlichen ähnlich,
wie es in den 7 und 8 gezeigt
ist.
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Nun
wird bezugnehmend auf die 8, da die
Relativbewegung des primären
Kardanrahmengehäuses 42 und
des sekundären
Mutterngehäuses 56 relativ
zur Kugelrollspindel 20 andauert, der Gleiter 66 gegen
die Feder 72 bewegt, wodurch die Rampenabschnitte 78 des
Gleiters 66 in den Eingriff an der Kolbenrolle 64 bewegt
werden. Dies führt
die Kurvenbewegung des Gleiters 66 weiter gegen die Vorspannung
der Feder 72 und rückt
die Innenwand 104 des Gleiters 66 aus der geteilten
Mutter 54. Nun wird der Kolben 62 in vollständigen Eingriff
an der oberen Hälfte 54a der
geteilten Mutter gezwungen und bewegt die geteilten Mutternhälften 54a und 54b gegen die
Vorspannung der Druckfedern 58 zueinander hin. Zu dieser
Zeit sind die Gewinde 68a und 68b der geteil ten
Mutter zum vollständigen
Druckeingriff in die Gewinde 37 der Kugelrollspindel gebracht.
Wie erwähnt,
werden die Kugelrollspindel 20 und die untere Hälfte 54b zueinander
hin gedrückt
und damit die Gewindegänge 37 der
Kugelrollspindel vollständig
in die Gewindegänge 68b der
unteren Hälfte 54b der
geteilten Mutter eingedrückt.
Dies wird durch den weiteren Relativweg „dd" erreicht, wie er in 8 gezeigt
ist. Nun ist der Antriebskardanrahmen 34 vollständig eingerastet
und hält
den Stabilisator 12 in einer festen Position.
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Es
ist erkennbar, dass der verriegelte Zustand, wie er dargestellt
ist, durch das Einwirken des Kolbens 62 mittels der von
der Feder 60 aufgebrachten fortwirkenden Vorspannungskraft
voll beibehalten wird. Somit benötigt
das Aufrechterhalten des verriegelten Zustands keine äußeren Kräfte. Es
ist außerdem
zu sehen, dass die Größe der Relativbewegung zwischen
dem primären
Antriebskardanrahmengehäuse 42 und
dem sekundären
Mutterngehäuse 56 relativ
zu der festen Kugelrollspindel 20 von d nach dd minimal
ist. Somit reicht eine minimale Strecke einer unkontrollierten Bewegung
des Stabilisators 12 aus, den sekundären Lastwegabschnitt 36 in
den verriegelten Zustand zu bringen.
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Wie
beschrieben, bringt die volle Bewegung des Verriegelungskolbens 62 die
untere bogenförmig gerillte
Oberfläche 90 in
vollen formschlüssigen
Eingriff in die bogenförmig
gerillte Oberfläche 68 auf
der Oberseite der oberen Hälfte 54a der
Mutter. Diese Oberflächen
sind, wie erwähnt,
bogenförmig
als ineinander einrastende Rillen so gebildet, dass im Fall einer
auf die geteilte Mutter 54 einwirkenden Torsionskraft der
ganzflächige
Eingriff einer derartigen Verdrehung weitgehend entgegenwirkt.
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Die
Zeichnungen der 7 und 8 stellen
den Ausfallzustand des primären
Lastwegabschnitts 14 durch den Ausfall der Drehzapfensegmente 48 dar.
Wie beschrieben, können
andersartige Ausfälle
des primären
Lastwegabschnitts 14 durch den Ausfall der Kugelmutterglieder 22 ausgelöst werden.
Ein solcher Ausfall ist in der schematischen Zeichnung der 9 gezeigt.
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9 zeigt
den Zustand der sekundären Mutternbaugruppe 38 mit
dem sekundären
Lastwegabschnitt 36 und somit des Antriebskardanrahmens 34 in
dem verriegelten Zustand ähnlich
dem der 8 nach dem durch einen Ausfall
in der Struktur der Kugelmutterglieder 22 verursachten
Ausfall des primären
Lastwegabschnitts 14. Hier ist ersichtlich, dass die Gewindegänge 37 der
Kugelrollspindel nicht mehr mit den Gehäuserillen 30 in dem
Kugelmutterngehäuse 18 fluchten.
Jede in Aufwärtsrichtung
des Pfeils A auf das primäre
Kardanrahmengehäuse 42 einwirkende
Last wird durch die sekundären
ringförmigen
Kardanrahmenringe 55 auf das sekundäre Kardanrahmenringgehäuse 57 und
somit das sekundäre
Mutterngehäuse 56 übertragen.
Dies ergibt wiederum eine relative Axialbewegung zwischen dem primären Kardanrahmengehäuse 42 und
dem sekundären
Mutterngehäuse 56 relativ
zu der festen Kugelrollspindel 20. Diese Relativbewegung
stößt die Aktivierung
des sekundären
Lastwegabschnitts 36 in den verriegelten Zustand an, bei
dem die Gewindegänge 68a und 68b der
geteilten Mutternhälften 54a und 54b vollständig in
die Gewindegänge 37 der
Kugelrollspindel einrasten.
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Die
In-situ-Inspektion der durch Federkraft getriebenen geteilten Mutter 54 wird
durch eine Zahnstangen-Ritzelgetriebebaugruppe 92 ermöglicht,
die manuell mit einem einfachen Schraubwerkzeug von außen betätigt werden
kann, ohne dass irgendetwas auseinander gebaut werden muss. Dies ist
in 10 gezeigt. Die Zahnstangen-Ritzelgetriebebaugruppe 92 enthält ein Ritzel 94,
das zum Eingriff in die auf der Oberseite des Gleiters 66 befindliche
Zahnstange 86 eingerichtet ist. Das Ritzel 94 wird
manuell durch ein handbetätigtes
Schraubwerkzeug von der „Soll"-Stellung (die am
Gehäuse
markiert werden kann) über
einen kleinen Winkel von 20° oder
weniger in die „getriggerte" Stellung (die ebenfalls
am Gehäuse
markiert werden kann) gedreht und veranlasst eine Verschiebung des
Gleiters 66 in axialer Richtung weg vom Kolben 62.
Die Verschiebebewegung des Gleiters 66 lässt dann
den Kolben 62 radial nach innen laufen, wobei die gerillte
Unterseite 90 in die gerillte Oberseite 88 der
oberen Hälfte 54a der
geteilten Mutter 54 eingreift und die obere und die untere
Hälfte 54a und 54b der
geteilten Mutter in die Kugeirollspindel 20 einrasten lässt. Die
Bedienperson oder der Prüfer
kann dann versuchen, die Stabilisatorstelleinrichtung 10 durch
das interne Stabilisatorsteuersystem zu betätigen, um nachzuprüfen, dass
die Stabilisatorstelleinrichtung dauerhaft von der geteilten Mutter 54 stillgelegt
ist. Auf die Inspektion hin wird die sekundäre Mutternbaugruppe 38 durch
Zurückdrehen
des Ritzels 94 in die „Soll"-Position zurückgestellt. Dies stellt dann
wieder den Gleiter 66 in seine vorige Stellung, hebt den
Verriegelungskolben 62 von der oberen Mutternhälfte 54a der geteilten Mutter 54 ab,
wodurch die obere und die untere Mutternhälfte 54a und 54b der
geteilten Mutter 54 durch die Feder 58 in ihre
von der Kugelrollspindel 20 ausgerückten Stellungen zurückkehren,
und der Gleiter 66 wird durch die Feder 72 erneut
in seine normale deaktivierte Position vorgespannt. Zum Zurücksetzen
der sekundären
Mutternbaugruppe 38 in die unverriegelte oder Sollposition
muss nur ein kleines Drehmoment auf das Ritzel 94 einwirken.
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Es
muss bemerkt werden, dass während
der Betätigung
des sekundären
Lastwegabschnitts 36 in den verriegelten Zustand die Zahnstange 86 auf
dem Gleiter 66 relativ zum Zahnritzel 94 bewegt
wird und das Ritzel 94 dreht. Auf diese Weise greifen die
Zähne des
Ritzels 94 in die der Zahnstange 36 mit kleinstmöglichem
Druck ein, und das Ritzel 94 selbst ist an einem reibungsarmen
Lager so gelagert, dass die Bewegung der Zahnstange relativ zum
Ritzel 94 bei der Betätigung
des sekundären
Lastwegabschnitts 36 in den verriegelten Zustand mit minimalem
Widerstand stattfindet.
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Es
ist erkennbar, dass beim Ausfall in dem primären Lastwegabschnitt 14 der
sekundäre
Lastwegabschnitt 36 mit der Verriegelungsaktion reagiert, z.
B. beim Ausfall der Kugelmutternbaugruppe 16, der Verbindung
der Drehzapfenstruktur 48 des Mutterngehäuses 18 mit
dem primären
Antriebskardanrahmengehäuse 42 und
beim Ausfall der Verbindung des primären Antriebskardangehäuse 42 mit
dem Stabilisator 12 und durch die Verbindungsarme 14 mit
der Lagerstabbaugruppe 44. Dies ist durch die Verwendung
separater Gehäuse
und Verbindungen in dem sekundären
Lastwegabschnitt 36 und primären Last wegabschnitt 14 erreicht,
die, wie erwähnt, auch
die Ausrichtung der verschiedenen miteinander verbundenen Komponenten
erleichtert.
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Die
Beschreibung dieser Erfindung hat nur beispielhaften Charakter.
Z.B. kann es in manchen Fällen
von Vorteil sein, die Stabilisatorstelleinrichtung 10 mit
dem oberen Lagerkardanrahmen 26 und dem Motor und der mit
dem unteren Ende der Kugelrollspindel 20 verbundenen Getriebebaugruppe 24 umzukehren.
Solche Veränderungen
führen
keinesfalls über
den durch die beiliegenden Patentansprüche definierten Umfang der
Erfindung hinaus.