DE69021861T2

DE69021861T2 - Elektrische pinabbruchsauswertung.

Info

Publication number: DE69021861T2
Application number: DE69021861T
Authority: DE
Inventors: John Willis
Original assignee: Bell Helicopter Textron Inc
Current assignee: Bell Helicopter Textron Inc
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2010-07-10
Also published as: US5017912A; EP0450000A1; AU5965990A; EP0450000A4; DE69021861D1; EP0450000B1; JPH04506427A; WO1991006083A1; JP3020116B2; IL96031A0

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft das Erfassen eines gescherten Elementes in einer mechanischen Anordnung und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrischen Erfassen und Melden eines gescherten Elementes.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In mechanischen Einrichtungen werden Scherelemente oder Scherstifte verwendet, um die mechanische Belastung zu begrenzen, wobei das Scherelement zerstört wird, um das Einwirken einer zu großen mechanischen fast zu verhindern, die die Einrichtung beschädigen würde. Abgescherte Elemente werden bei der Reparatur der Einrichtung ausgewechselt. Scherstifte wurden bei Einrichtungen in der Luftfahrt verwendet, um eine Beschädigung oder Zerstörung der Einrichtung zu verhindern, wenn die mechanischen Belastungen einen bestimmten Grenzwert überschreiten.
Das Erfassen und Melden von zerstörten oder gescherten Scherstiften ist notwendig, um sie austauschen zu können und um einen dauernden, sicheren Betrieb der Einrichtung zu gewährleisten. In einem abgelegenen Bereich einer komplexen Einrichtung, wie zum Beispiel einem Flugzeug, kann ein gescherter Stift nicht erkannt oder gemeldet werden, bis er durch einen elektrischen Schaltkreis erfaßt und einem Datensammelpunkt gemeldet wird. Elektrische Erfassungseinrichtungen wurden bereits in der Vergangenheit verwendet. Eine derartige Einrichtung enthält einen Draht,der durch den Scherstift verläuft und gegenüber diesem isoliert ist. Bei einer zu großen mechanischen Belastungsgrenze wird bewirkt, daß der Scherstift geschert und der Draht hoffentlich in zwei Teile zertrennt wird, wodurch ein Signal erzeugt wird, daß der Scherstift geschert wurde. Derartige Scherstifte haben einen Nachteil, daß der Scherstift keine vollständige Scherung hervorrufen kann, wenn der Draht nicht sauber abgetrennt wurde. Derartige Draht-Scherstifte haben außerdem einen Nachteil, daß der Draht beim Schervorgang kurzgeschlossen werden kann, was zu einem Fehler beim Erfassen und Melden des gescherten Stiftes führt. In Anwendungen, bei denen der gescherte Stift ständig überwacht wird, kann es vorkommen, daß der Schaltkreis unterbrochen wird, und das Überwachungssystem ist nicht in der Lage, zu unterscheiden, ob das Signal das Ergebnis eines gescherten Stiftes ist oder ob der Schaltkreis unterbrochen wurde. Bei Draht-Scherstiften kann ein elektrischer Kurzschluß zwischen den außerhalb des Scherstiftes liegenden Leitungen oder ein elektrischer Kurzschluß zwischen den Leitungen und der "Erde" zum Erfassen eines abgescherten Stiftes führen. Es ist somit erforderlich, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, um die Probleme der bekannten elektrischen Erfassung von Scherstiften zu reduzieren und um genauer zwischen einem abgescherten Element und ungewöhnlichen Zuständen der Leitungen unterscheiden zu können.
Vorrichtungen zum Erfassen von Zwischenschicht-Trennungen von Bauteilen sind bereits bekannt, wie z.B. aus der Zusammenfassung der JP 60-158347, die die Scherung einer langen Kohlenstoff- Faser betrifft, wenn zwei Zwischenschichten einer Blattfeder voneinander gelöst werden. Die Kohlenstoff-Faser ist leitfähig und verläuft quer zur Richtung der inneren Schichten. Wenn sich zwei innere Schichten voneinander lösen, bricht die Kohlenstoff- Faser, wodurch das Erfassen der gegenseitigen Ablösung der inneren Schichten der Blattfeder ermöglicht wird. In dieser Offenbarung ist jedoch nicht die Verwendung eines Elementes gezeigt, das speziell als brüchig beschrieben wird. Diese Offenbarung ist auf Blattfedern beschränkt und beschreibt nicht die Anwendung in Verbindung mit Scherstiften. Außerdem wird in der Offenbarung nicht die Verwendung anderer Widerstandselemente beschrieben, um im Erfassungsschaltkreis ungewöhnliche Zustände von Leitungen zu erfassen, wie beispielsweise einen unterbrochenen Schaltkreis oder einen Kurzschluß, was zu einer falschen Erfassung führen kann, ob nämlich der Scherstift geschert wurde oder nicht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Meßschaltkreis nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Erfassen einer Scherung nach 5 Anspruch 13.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und von deren weiteren Vorteilen wird in Verbindung mit den bei liegenden Zeichnungen auf die nachfolgende Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels Bezug genommen, wobei:
Figur 1 ist eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung in einer hohlen Scherstift-Anordnung;
Figur 2 ist eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung in einem überbestimmten Lagermechanismus;
Figur 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des in Figur 2 gezeigten Widerstand-Scherelementes; und
Figur 4 ist ein Blockdiagramm von einem elektrischen Schaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung zur Erfassung der Scherung und von einem Computerüberwachungs- und Meldesystem.

GENAUE BESCHREIBUNG

Bezogen auf Figur 1 ist eine Scherungs-Erfassungsanordnung der vorliegenden Erfindung durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet. Ein erstes Widerstandselement 12 mit bekanntem Widerstandswert ist mit einem zweiten Widerstand 14 und einem dritten Widerstand 15 in Reihe geschaltet, deren Widerstandswerte ebenfalls bekannt sind. Der erste Widerstand 12 ist mit einer bestimmten Tiefe in einem hohlen Scherstift 16 aus Metall eingesetzt, und zwar mit Hilfe eines Verbindungsmittels 18, durch das außerdem der Widerstand 12 gegenüber dein Stift 16 isoliert ist. Eine äußere Röhre 20 enthält eine innere Stange 22, die verschiebbar in der Röhre 20 angeordnet ist, und der Scherstift 16 führt durch eine in der Röhre 20 und in der Stange 22 gebildete mittlere Öffnung. Der Scherstift 16 ist dazu ausgestaltet, daß er geschert wird, wenn eine mechanische Last entlang der Stange 22 übertragen wird, die die vorbestimmte mechanische Belastungsgrenze übersteigt.
Der erste Widerstand 12 ist eine Kohlewiderstand eines bestimmten Wertes und in einer Position entlang einer Scherungslinie 24 des Scherstiftes 16 angeordnet. Alternativ kann der Widerstand 12 auch an der Scherungslinie 25 angeordnet sein. Ein Knotenpunkt 26 befindet sich zwischen dem ersten Widerstand 12 und dem zweiten Widerstand 14. Ein Knotenpunkt 27 befindet sich zwischen dem ersten Widerstand 12 und einem dritten Widerstand 15. Wenn eine bekannte Spannung an die in Serie geschalteten Widerstände angelegt wird, bilden die elektrischen Signale (es1 und es2) Spannungen, die zu den Werten der Widerstände 12, 14 und 15 proportional sind.
Während des normalen Betriebes der Einrichtung greift der Scherstift 16 mit der inneren Stange 22 und mit der äußeren Röhre 20 ein. Wenn durch die innere Stange 22 eine Last übertragen wird, die entlang ihrer mittleren Achse einen gewünschten Wert übersteigt, ist der Scherstift 16 dazu ausgestaltet, daß er entlang der Linien 24, 25 geschert wird, was zu einer Durchtrennung oder Zerstörung des ersten Widerstandes 12 führt, der im Scherstift 16 angeordnet ist. Bei der Abtrennung oder Zerstörung des ersten Widerstandes 12 steigen die elektrischen Signale es1 und es2 auf einen bekannten Wert an, nominell +e bzw. -e. Der Widerstand 12 kann ein käuflicher Widerstand aus einem Kohle-Material sein, der ein brüchiges Element bildet, welches besser geschert wird als ein Drahtelement aus Metall. Die Scherungs-Erfassungsanordnung 10 der vorliegenden Erfindung schafft eine Einrichtung, um zwischen ungewöhnlichen Zuständen des Schaltkreises (Kurzschluß und Unterbrechung) und einer wirklichen Abscherung des Scherstiftes unterscheiden zu können, wie in der folgenden Tabelle I gezeigt ist. TABELLE I Bedingung für die Erfassung eines abgescherten Stiftes Bedingung für die Erfassung einer Unterbrechung Unterbrechung von Leitung Bedingungen für die Erfassung eines Kurzschlusses gegen Erde Leitung
Der erste Widerstand 12 kann ein käuflicher Kohlewiderstand sein, dessen Mittelachse entlang und im wesentlichen senkrecht zu einer der Scherungslinien 24, 25 verläuft. Natürlich kann der erste Widerstand 12 auch an einer anderen Stelle gelegen sein, solange er zerstört oder geschert wird, wenn die mechanische Belastungsgrenze einen für die Einrichtung vorbestiinmten Wert übersteigt. Wie weiter in Figur 4 dargestellt und nachfolgend beschrieben ist, können die Signale es1 und es2 durch ein Computersystem überwacht werden, um den Status der Scherungs-Erfassungsanordnung 10 und den anderer elektrischer Fehler in der Verdrahtung der Anordnung 10 geinäß der Logik in Tabelle I zu erfassen und anzuzeigen.
Bezogen auf Figuren 2 und 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Scherungs-Erfassungsanordnung 10 mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet. Wie in Figur 2 gezeigt, bildet der Stift 32 für einen überbestimmten Lagermechanismus 31 sowohl eine mechanische Verstärkung als auch den elektrischen Widerstand. Die relativ geringe Scherfestigkeit des Materials des Widerstand-Scherstiftes ist für diese Anwendung besonders gut geeignet, da die normale Lagerreibung sehr gering ist und das Verhältnis zwischen dem primären Blockierdrehmoment des Lagers und dem normalen Betriebsdrehmoment sehr groß sein kann (einige hundert zu eins). Dieses Konzept bewirkt somit einen großen Sicherheitsbereich und verhindert falsche Schervorgänge infolge hoher Belastungszustände und anderer ungewöhnlicher Zustände. Die Anordnung 31 weist überbestimmte Lager auf, wobei ein erstes Lager 38 die Welle 40 drehbar lagert. In dem Fall, daß sich das erste Lager 38 infolge von Verschmutzungen oder aus anderen Gründen festsetzt, wird über den Abstandsring 48 ein zu großes Drehmoment übertragen, was dazu führt, daß der Scherstift 32 entlang der Scherungslinie 54 abgeschert wird und das zweite Lager eingreift.
Die elektrischen Bereiche des Scherstiftes sind durch ein hartes Isoliermaterial, das um den Scherstift herum angeordnet ist, von den Metallkomponenten der Anordnung isoliert. Ein erster Widerstand 32 ist zwischen einem zweiten Widerstand 34 und einem dritten Widerstand 35 in Serie geschaltet.
Bezogen auf Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Scherungs-Erfassungsanordnung für einen Scherstift durch das Bezugszeichen 30 bezeichnet. Der erste Widerstand 32 hat eine im wesentlichen U-förmige Gestalt und ist aus einem Widerstandsinaterial geformt, um für die Abscherungs-Erfassungsanordnung 30 30 als ein Scherstift zu funktionieren. Ein Ausführungsbeispiel eines ersten Widerstandes 32, der beim überbestimmten Lagermechanismus 31 verwendet wird, ist ein U-förmiger Scherstift mit einer Höhe von ungefähr 0,2 inch und einer Breite von ungefähr 0,04 inch, wobei der Widerstandswert ungefähr 2 0hm beträgt, 1 Inch = 2,54 cm.
Ein Knotenpunkt 56 befindet sich zwischen dem ersten Widerstand 32 und dem zweiten Widerstand 34, und ein Knotenpunkt 57 ist zwischen den Widerständen 32 und 35 angeordnet. Mit Hilfe von Spannungen werden aus den elektrischen Signalen es1 und es2 die proportionalen Werte der Widerstände 32 bis 34 und 32 bis 35 bestimmt, wenn an die in Serie geschalteten Widerstände 32, 34 und 35 der Scherungs-Erfassungsanordnung 30 eine Spannung angelegt wird. Die Signale es1 und es2 der Scherungs-Erfassungsanordnung 30 ermöglichen die Erfassung von einer Scherung des ersten Widerstandes 32 oder von einer Unterbrechung oder von einem Kurzschluß, und zwar in der wie vorstehend für die Scherungs- Erfassungsanordnung 10 beschriebenen Art und Weise.
In elektrischer Hinsicht funktioniert die Scherungs-Erfassungsanordnung 30 auf gleicher Art und Weise wie das erste Ausführungsbeispiel der Anordnung 10.
Bezogen auf Figur 4 können die Scherungs-Erfassungssignale es1 und es2 einem Computerüberwachungssystem 60 zugeführt werden. Die Signale es1 und es2 werden einem Analog-Digital-Umwandler 68 zugeführt und auf einem Datenbus 70 an einen Zentral-Computer 72 übertragen, der ein Teil eines Systems der Anordnung sein kann, welches die Scherungs-Erfassungsanordnungen 10 oder 30 umfaßt. Eine digitalisierte Ausgabe von es1 und es2 wird über eine Anzeige 74 überwacht, um den Status der Scherungs-Erfassungsanordnungen 10 und 30 dieser Anordnung überwachen zu können. Auf diese Art und Weise kann der Benutzer dieses Systems den Status einer Anzahl von Scherstiften an abgelegenen Stellen überwachen und bei einer elektrischen Scherstift-Erfassungsanordnung außerdem das Signal eines gescherten Stiftes von dem Signal eines unterbrochenen oder kurzgeschlossenen Schaltkreises unterscheiden. Die durch den Computer 72 überwachten Signale können ebenfalls zu einer Speichereinrichtung 76 übertragen werden, um späten den Status der gescherten Stifte für Instandsetzungs- und Reparaturarbeiten auswerten zu können.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf ein spezielles Ausführungsbeispiel beschrieben, obwohl für den Fachmann zahlreiche Veränderungen und Abwandlungen offensichtlich sind, und es ist beabsichtigt, daß derartige Veränderungen und Abwandlungen in den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche fallen.

Claims

1. Elektrischer Meßschaltkreis (10) zum Erfassen einer Scherung in einer mechanischen Anordnung (20, 22) unter Einwirkung einer mechanischen Belastung entlang einer Scherungslinie (24 oder 25), mit einem ersten Widerstand (12), dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (12) brüchig ist und entlang der Scherungslinie (24 oder 25) geschert wird und daß der erste Widerstand (12) zwischen einem zweiten Widerstand (14) und einem dritten Widerstand (15) in Reihe geschaltet ist, wobei der zweite und der dritte Widerstand (14, 15) jenseits der Scherungslinie (24 oder 25) angeordnet sind, und daß zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand (12, 14) ein erster Knotenpunkt (26) und zwischen dem ersten und dem dritten Widerstand (12, 15) ein zweiter Knotenpunkt (27) vorgesehen ist, wobei beide Knotenpunkte (26, 27) jenseits der Scherungslinie (24 oder 25) angeordnet sind, so daß eine Spannung (+e, -e), die an den Anschlüssen der in Reihe geschalteten Widerstände (14, 15) anliegt, am ersten Knotenpunkt (26) ein erstes elektrisches Signal (es1) und am zweiten Knotenpunkt (27) ein zweites elektrisches Signal (es2) erzeugt, wobei die Werte es1 und es2 ein Erfassen der Scherung des ersten Widerstandes (12) und des Vorliegens ungewöhnlicher Zustände der Drähte ermöglichen.

2. Elektrischer Meßschaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (12) senkrecht zur Scherungslinie (24 oder 25) einer Einrichtung (16) angeordnet ist und daß der erste Widerstand (12) geschert wird, wenn die Einrichtung (16) entlang der Scherungslinie (24 oder 25) geschert wird, und daß der erste Widerstand (12) bezüglich der Einrichtung (16) elektrisch isoliert (18) ist.

3. Elektrischer Meßschaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (12) eine vorbestimmte Scherfestigkeit hat und an der Scherungslinie (24 oder 25) der mechanischen Anordnung (20, 22) angeordnet ist, so daß der erste Widerstand (12) geschert wird, wenn die mechanische Belastung die vorbestimmte Scherfestigkeit übersteigt.

4. Elektrischer Meßschaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (12) im wesentlichen in einer Einrichtung (16) einer vorbestiinmten Scherfestigkeit eingeschlossen und an der Scherungslinie (24 oder 25) der mechanischen Anordnung (20, 22) angeordnet ist, wobei die Einrichtung (16) geschert wird, wenn die mechanische Belastung die vorbestimmte Scherfestigkeit übersteigt, so daß die Einrichtung (16) entlang der Scherungslinie (24 oder 25) geschert wird.

5. Elektrischer Meßschaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (16) ein hohler Scherbolzen aus Metall ist und daß der erste Widerstand (12) in dem Scherbolzen angeordnet ist.

6. Elektrischer Meßschaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (12) die Einrichtung (16) bildet, die unter Einwirkung der mechanischen Belastung geschert wird.

7. Elektrischer Meßschaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Meßschaltkreis (10) außerdem ein Überwachungssystem (60) enthält, das angeordnet und ausgestaltet ist, um das erste elektrische Signal (es1) und das zweite elektrische Signal (es2) mit vorbestimmten Werten zu vergleichen.

8. Elektrischer Meßschaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungssystem (60) außerdem einen Analog/Digital-Umsetzer (68) zur Aufnahme des ersten und zweiten elektrischen Signals (es1 und es2), eine A/D-Ausgabe (70), einen Computer (72) zur Aufnahme der A/D-Ausgabe (70) und zur Ausgabe eines Signals, das den Wert des ersten und zweiten elektrischen Signals (es1 und es2) darstellt, an eine Anzeige (76), um das Signal darzustellen, und eine Speichereinrichtung (76) enthält, um das Signal auf Anforderung des Computers (72) zu speichern.

9. Elektrischer Meßschaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (16) vom ersten Widerstand (12) elektrisch im wesentlichen isoliert ist.

10. Elektrischer Meßschaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (16) ein hohler Scherbolzen aus Metall ist und daß der erste Widerstand (12) in dem Scherbolzen angeordnet ist.

11. Elektrischer Meßschaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Meßschaltkreis (10) außerdem ein Überwachungssystem (60) enthält, das angeordnet und ausgestaltet ist, um das erste elektrische Signal (es1) und das zweite elektrische Signal (es2) mit vorbestimmten Werten zu vergleichen.

12. Elektrischer Meßschaltkreis nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungssystem (60) außerdem einen Analog/Digital-Umsetzer (68) zur Aufnahme des ersten und zweiten elektrischen Signals (es1 und es2), eine A/D-Ausgabe (70), einen Computer (72) zur Aufnahme der A/D-Ausgabe (70) und zur Ausgabe eines Signals, das den Wert des ersten und des zweiten elektrischen Signals (es1 und es2) darstellt, an eine Anzeige (76), um das Signal darzustellen, und eine Speichereinrichtung (76) enthält, um das Signal auf Anforderung des Computers (72) zu speichern.

13. Verfahren zum Erfassen einer Scherung in einer mechanischen Anordnung (20, 22) unter Einwirkung einer mechanischen Belastung entlang einer Scherungslinie (24 oder 25) mit einem elektrischen Meßschaltkreis (10), der einen ersten Widerstand (12) aufweist, der an der Scherungslinie (24 oder 25) angeordnet und zwischen einem zweiten Widerstand (14) und einem dritten Widerstand (15) in Reihe geschaltet ist, gekennzeichnet durch die Schritt: Überwachen der Spannung am Knotenpunkt (26) zwischen dem ersten und zweiten Widerstand (12, 14); Überwachen der Spannung (es2) am Knotenpunkt (27) zwischen dem ersten und dritten Widerstand (12, 15); Vergleichen der überwachten Spannungen (es1 und es2) mit vorbestimmten Spannungen; und Erzeugen eines Signals, das eine Veränderung des Widerstandsbetrages des ersten Widerstandes (12) darstellt und zumindest zwei Werte hat, wobei ein erster der beiden Werte einen Zustand darstellt, bei dem der erste Widerstand (12) zerstört ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin gekennzeichnet durch das Erzeugen des ersten elektrischen Signals (es1) am Knotenpunkt (26) im Verhältnis der Beträge des ersten und zweiten Widerstandes (12, 14); Erzeugen des zweiten elektrischen Signals (es2) am Knotenpunkt (27) im Verhältnis der Beträge des ersten und dritten Widerstandes (12, 15); und Überwachen des ersten und zweiten elektrischen Signals (es1 und es2), um die Scherung des ersten Widerstandes (12) zu erfassen.

15. Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin gekennzeichnet durch das Erzeugen des ersten elektrischen Signals (es1) am Knotenpunkt (26) im Verhältnis der Beträge des ersten und zweiten Widerstandes (12, 14); Erzeugen des zweiten elektrischen Signals (es2) am Knotenpunkt (27) im Verhältnis der Beträge des ersten und dritten Widerstandes (12, 15); und Überwachen des ersten und zweiten elektrischen Signals (es1 und es2), um das Vorliegen ungewöhnlicher Zustände der Drähte zu erfassen.

16. Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin gekennzeichnet durch den Schritt des Anzeigens des Zustandes des ersten Widerstandes (12).

17. Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin gekennzeichnet durch das Anzeigen des Durchgangszustandes der Knotenpunkte (26, 27) zwischen dem ersten, zweiten und dritten Widerstand (12, 14, 15).

18. Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin gekennzeichnet durch das Speichern eines ersten Datensatzes, der die Durchgangszustände der Knotenpunkte (26, 27) zwischen dem ersten, zweiten und dritten Widerstand (12, 14, 15) darstellt.