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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Flugzeuglandescheinwerfervorrichtung.
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Bewegungssteuerungsanwendungen
bestehen oftmals aus einem Motor mit hoher Drehzahl und niedrigem
Drehmoment, der einen Untersetzungsgetriebemechanismus antreibt.
Die Ausgabe eines Untersetzungsgetriebes ist geringe Drehzahl, hohes Drehmoment.
Eine elektromagnetische Bremsanordnung ist gemeinhin als eine Hilfe
für Positionssteuerungen
an der Motorwelle befestigt. Solch eine elektromechanische Bremsanordnung
dient dazu, den Motor schnell anzuhalten, wenn die gewünschte Position
erreicht ist, und die Ausgangsposition gegen eine entgegenwirkende
Last zu halten.
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Elektromechanische
Bremsen bestehen aus einem Elektromagneten, der gegen eine federbelastete
Reibscheibe wirkt. An den Elektromagneten wird Energie angelegt,
um die Reibscheibe von einer stationären Gegen-Scheibe weg zu ziehen,
wodurch der Motor frei arbeiten kann. Bremswirkung wird erzielt, wenn
Energie von dem Elektromagneten entfernt wird, wodurch die Feder
die stationäre
Reibscheibe gegen die rotierende Platte drücken kann.
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Die
elektromechanische Bremse stellt in der Regel niedrige Haltedrehmomentwerte
am Motor bereit. Dieses Haltedrehmoment wird dann durch das Untersetzungsverhältnis des
Getriebezugs verstärkt, wodurch
am Ausgang eine große
Kraft bereitgestellt wird.
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Eine
elektromechanische Bremse ist mit mehreren Problemen behaftet. Elektromechanische Bremsen
weisen mehrere Präzisionsteile
auf, die eine Präzisionsausrichtung
erfordern. Die von elektromechanischen Bremsen verwendeten Reibplatten verschleißen und
erfordern einen periodischen Austausch. Der Reibplattenverschleiß kann auch
das Funktionieren des Elektromagneten beeinträchtigen und einen unzuverlässigen Betrieb
verursachen. Die vorliegende Erfindung ist zur Überwindung dieser Nachteile
ausgeführt.
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Die
US-A-5355131 offenbart einen Flugzeuglandescheinwerfer.
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Die
DE 27 35 763 A1 offenbart
eine magnetische Bremsanordnung in einem Fensterheber für ein Auto.
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Demgemäß betrifft
die Erfindung eine Flugzeuglandescheinwerfervorrichtung, die Folgendes
umfasst:
einen Motor mit einer Welle;
eine mit der Welle
verbundene und einen Ausgang aufweisende Untersetzungsgetriebeanordnung;
und
eine an dem Ausgang angebrachte Flugzeuglandescheinwerferanordnung,
gekennzeichnet
durch:
einen an der Welle befestigten Rotor, der mindestens einen
mehrpoligen Magneten enthält,
wobei der oder jeder mehrpolige Magnet einen Nordpol und einen Südpol aufweist
und so angeordnet ist, dass ein Pol davon von dem Rotor weg weist;
und
eine stationäre
Magnetanordnung, die mindestens einen stationären Magneten in magnetischer
Beziehung zu jedem des mindestens einen mehrpoligen Magneten hält, wobei
der mindestens eine stationäre Magnet
jeden des mindestens einen mehrpoligen Magneten in Position gegen
eine entgegenwirkende Last hält.
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Einer
der mehrpoligen Magneten bleibt stationär, während ein passender mehrpoliger
Magnet mit einer Motorwelle verbunden ist. Im Betrieb wirken die
Pole an der rotierenden Magnetanordnung gleichen Polen an den stationären Magneten
entgegen und werden von entgegengesetzten Polen angezogen. Dies
verursacht eine „Verzahnungs"-Wirkung, wodurch
die Magneten dazu neigen, die Motorwelle in einer Position zu halten,
in der die beiden Magnetanordnungen in anziehender Ausrichtung stehen. Die
Verzahnungswirkung reicht jedoch nicht aus, einen ordnungsgemäßen Motorbetrieb
zu verhindern. Die kleine Haltekraft wird wie bei elektromechanischen
Bremsen durch den Untersetzungsgetriebemechanismus vielfach verstärkt, um
die Ausgangsposition gegen eine entgegenwirkende Last zu halten.
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Zwei
Halleffektschalter können
bezüglich
der mehrpoligen Magneten angeordnet sein, um um 90° phasenverschoben
zu betätigen.
Diese Ausführungsform
gestattet eine Richtungserfassung neben inkrementaler Positionszählung. Als
Alternative dazu könnte
ein einziger Halleffektschalter zur inkrementalen Positionskodierung
verwendet werden.
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Mehrpolige
Magneten sind gemeinhin erhältlich
und stellen eine kostengünstige,
langlebige Lösung
für Bewegungssteuerungsanwendungen
bereit, die eine Haltebremse erfordern, unabhängig von der Motorart. Bei
Verwendung in Kombination mit dynamischen Motorbremssteuerungen,
wird ein „Schubbetrieb" des Motors minimiert
und es kann ein effektives Positionssteuerungsbremssystem implementiert
werden.
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Landescheinwerfer
am Flugzeug werden beim Landen abgesenkt. Ohne ordnungsgemäße Bremsung
oder Abstützung
werden die abgesenkten Landescheinwerfer durch das durch den Wind
außerhalb
des Flugzeugs erzeugte hohe Drehmoment in das Flugzeug zurück gedrückt. Dieses
Zwangseinziehen der Landescheinwerfer unterbricht das Flugmuster
und kann aufgrund der eingezogenen Position der Landescheinwerfer
zu Landeproblemen führen
(das heißt
der Pilot wäre
nicht in der Lage, die Landebahn zu sehen). Die vorliegende Erfindung verhindert
ein Zwangseinziehen der Landescheinwerfer durch Verwendung einer
magnetischen Bremsanordnung. Die magnetische Bremse hält den Landescheinwerfer
in der abgesenkten Position, nachdem der Motor abgeschaltet worden
ist. Die magnetische Bremse ist insofern vorteilhaft, als:
- i) sie weniger Teile aufweist als herkömmliche elektromechanische
Bremsen;
- ii) die Bremskomponenten nicht verbunden sind (keine Reibung),
was zu zuverlässigeren
Teilen mit längerer
Lebensdauer führt;
- iii) die magnetische Haltekraft durch den Motor übersteuert
werden kann;
- iv) die durch die Magneten erzeugten Magnetfelder der Wellen-
(und Landescheinwerfer-)Position sowie Richtungserfassung Rechnung
tragen; und
- v) sie kostengünstigeres,
zuverlässigeres
Bremsen und Stabilisieren von mechanischen Teilen gestattet.
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Weitere
Hauptmerkmale und Vorteile der Erfindung werden für Fachleute
bei Durchsicht der folgenden ausführlichen Beschreibung, Ansprüche und Zeichnungen
offensichtlich.
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Neue
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung neben den bereits
erwähnten
gehen für
Fachleute bei Lektüre
der folgenden ausführlichen
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor, wobei
sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile beziehen; in den Zeichnungen
zeigen:
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1 eine
magnetische Bremsanordnung der Flugzeuglandescheinwerferanordnung
der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Getriebemotor;
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2 eine
andere Ansicht der magnetischen Bremsanordnung von 1;
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3 eine
Endansicht der magnetischen Bremsanordnung von 2 mit
Blickrichtung vom Winkel B-B;
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4 eine
Querschnittsansicht der magnetischen Bremsanordnung von 3 mit
Blickrichtung von Winkel A-A;
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5 eine
Endansicht der magnetischen Bremsanordnung;
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6 eine
magnetische Bremsanordnung, die in Verbindung mit einem einziehbaren
Landescheinwerfer verwendet wird;
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7 ein
Beispiel für
einen Landescheinwerfer, der in einer stabilen Position mit der
magnetischen Bremsanordnung gehalten werden kann; und
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8 eine
Draufsicht des Landescheinwerfers von 7.
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1 zeigt
eine magnetische Bremsanordnung 10 oder eine magnetische
Bremse der Flugzeuglandescheinwerfervorrichtung der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit einem Motor 12, der eine Ausgangswelle 14,
eine Untersetzungsgetriebeanordnung 16 und ein Abtriebszahnrad 18 aufweist.
Die Untersetzungsgetriebeanordnung 16 ist mit einer Seite
der Ausgangswelle 14 des Motors verbunden. Die Untersetzungsgetriebeanordnung 16 überträgt die Ausgabe
der Welle 14 auf das Abtriebszahnrad 18. 2 zeigt
eine andere Ansicht der magnetischen Bremsanordnung 10.
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3 zeigt
eine Endansicht der magnetischen Bremsanordnung 10 mit
Blickrichtung von Winkel B-B von 2. Die magnetische
Bremsanordnung 10 weist eine an der Motorwelle 14 befestigte
magnetische Rotoranordnung 22 auf. Die Rotoranordnung 22 hält vorzugsweise
vier mehrpolige Magneten 24 symmetrisch um die Ausgangswelle 14 herum
positioniert. Es wird bevorzugt, dass die entgegengesetzten, zueinander
weisenden mehrpoligen Magneten der Rotoranordnung 22 die
gleiche Polarität
wie in 3 gezeigt aufweisen (das heißt die entgegengesetzten, zueinander
weisenden mehrpoligen Magneten 24 weisen bezüglich einer
radialen Achse die gleiche Polarität auf – oder, mit anderen Worten, sie
sind so positioniert, dass ihre die gleiche Polarität aufweisenden
Seiten oder Flächen
voneinander weg weisen). Die Rotoranordnung 22 (die Rotoranordnung 22 ist
lediglich eine Stütze
für die
mehrpoligen Magneten 24, wenn sie sich um die Welle 14 drehen) dreht
sich um die Ausgangswelle 14 mit Drehzahlen, die von verschiedenen
Parametern, wie zum Beispiel Motor- und Wellengröße, abhängen. Stationäre Magneten 26 sind
neben den sieh drehenden mehrpoligen Magneten 24 augeordnet.
Es wird bevorzugt, dass zwei stationäre Magneten 26 neben
einander gegenüberliegenden
Punkten des Rotoranordnungsumfangs 28 angeordnet werden.
Die stationären
Magneten 26 sind so positioniert, dass sie auf die mehrpoligen
Magneten 24 (siehe 3) axial
ausgerichtet sind (eine radiale Achse mit einem Bezugspunkt, ausgehend
von der Motorwelle 14). Mit anderen Worten, ein erster
stationärer
Magnet 26 ist von einem der mehrpoligen Magneten 24 beabstandet,
so dass das Magnetfeld des mehrpoligen Magneten 24 zur Vorspannung
des mehrpoligen Magneten 24 in polare Ausrichtung auf den
stationären
Magneten 24 zusammenwirkt (es gilt wieder: Magneten mit
zueinander weisender entgegengesetzter Polarität ziehen sich an). Es wird
bevorzugt, dass die stationären
Magneten 26 auch mehrpolige Magneten sind. Die beiden stationären Magneten 26 weisen
bezüglich
einer radialen Achse die gleiche Polarität auf (siehe 3) (das
heißt
die stationären
Magneten 26 sind so positioniert, dass ihre zueinander
weisenden Seiten die gleiche Polarität aufweisen).
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Jeder
der ersten mehrpoligen Rotormagneten 24 weist mindestens
einen Nordpol und mindestens einen Südpol auf. Bei der bevorzugten
Ausführungsform
(siehe 3) weisen die mehrpoligen Magneten 24 wieder
Pole auf, die in abwechselnder Polausrichtung nach außen weisen.
Es wird bevorzugt, dass die stationären Magneten 26 so
ausgerichtet sind, dass der Nordpol zu den mehrpoligen Magneten 24 weist
(obgleich die Vorrichtung gleichermaßen funktionieren würde, wenn
beide stationären
Magneten 26 nach innen weisende Südpole aufweisen würden).
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Die
Ausgabe des Untersetzungsgetriebemechanismus 16, der mit
dem Motor 12 verbunden ist, ist vorzugsweise niedrige Drehzahl,
hohes Drehmoment (im Gegensatz zu dem Motor 12 mit hoher Drehzahl,
niedrigem Drehmoment). Die mit dem Abtriebszahnrad 18 verbundene
Last, ein Landescheinwerfer 30, kann mit einer geringen,
kontrollierten Geschwindigkeit abgesenkt werden und erfährt hohes Drehmoment.
Die mit der Motorwelle 14 verbundene magnetische Bremsanordnung 10 kann
dazu verwendet werden, die Last in einer stabilen Position zu halten.
Die magnetische Bremsanordnung 10 erfährt ein niedriges Drehmoment
vom Landescheinwerfer, und somit ist an der Position der magnetischen
Bremsanordnung 10 weniger Kraft erforderlich, um den Landescheinwerfer
in einer stabilen Position zu halten. Es wird bevorzugt, dass die
magnetische Bremsanordnung 10 mindestens einen Halleffektschalter 32 aufweist,
der dazu positioniert ist, es den mehrpoligen Magneten 24 zu
gestatten, den Halleffektschalter 32 zu betätigen. Der
Halleffektschalter 32 wird betätigt, wenn er ein magnetisches
Signal mit vorbestimmter Polarität
(von einem der mehrpoligen Magneten 24 in der Rotoranordnung 22)
erhält.
Der Halleffektschalter 32 schließt sich und bewirkt einen elektrischen
Impuls am Ausgang, der überwacht
werden kann, um die Anzahl von erzeugten Impulsen zu zählen. Demgemäß kann die
Anzahl von Umdrehungen der Welle 14 gezählt werden. Darüber hinaus
kann durch Zählen
der Anzahl von durch den Halleffektschalter 32 erzeugten
Impulsen die Anzahl von Umdrehungen der Welle 14 ermittelt
werden, was eine genaue Position des Landescheinwerfers 30 angibt.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist der zweite Halleffektschalter 32 vorzugsweise 130 Grad um
den Umfang von dem ersten Halleffektschalter 32 angeordnet.
Dieser zweite Halleffektschalter 32 gestattet eine Richtungserfassung
der Drehung der Motorwelle 14. Durch Verbindung der Ausgaben
des ersten und des zweiten Halleffektschalters 32 mit einer
Impulsüberwachungsvorrichtung
kann die Umdrehungsrichtung der Welle 14 und demgemäß des Landescheinwerfers überwacht
werden.
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Die
magnetische Bremse arbeitet in Verbindung mit einem Motor 12,
der mit einer Untersetzungsgetriebeanordnung 16 mit einem
Abtriebszahnrad 18 verbunden ist, das den Landescheinwerfer 30 steuert.
Wenn der Landescheinwerfer 30 abgesenkt werden soll, betätigt der
Motor 12 die Welle 14, die sich dreht. Die durch
den Motor 12 bewirkte Drehung übersteuert das niedrige Drehmoment
der magnetischen Bremse 10, wodurch sich die Welle 14 drehen kann.
Bei Drehung der Welle 14 überträgt die Untersetzungsgetriebeanordnung 16 die
Kraft des Motors 12 auf das Abtriebszahnrad 18.
Das durch die Motorwelle 14 betätigte Abtriebszahnrad 18 dreht
sich, wodurch der Landescheinwerfer 30 bewegt wird. Nachdem
der Scheinwerfer 30 vollständig abgesenkt ist, zählt der
Halleffektschalter 32 vorzugsweise die Anzahl von Umdrehungen
der Welle 14 und schaltet beim vorbestimmten Intervall
den Motor 12 ab. Wenn der Motor 12 abgeschaltet
ist, kommt der Landescheinwerfer 30 zu einem langsamen
Halt (das Anhalten der Last wird durch die Kombination von Windkraft,
der magnetischen Bremse und vorzugsweise dynamischer Bremsung – dynamische
Bremsung ist in der Technik bekannt – bewirkt). wenn der Landescheinwerfer
nahe vollständig
angehalten hat, wird einer der mehrpoligen Magneten 24 im
Rotor 22, der eine entgegengesetzte Polarität zu der
zu ihm weisenden Seite eines der stationären Magneten 26 aufweist,
mit einem stationären
Magneten 26 magnetisch verbunden. Die magnetische Anziehung
hält den
Landescheinwerfer 30 in einer stabilen Position. Die 7 und 8 zeigen
ein Beispiel für
einen Landescheinwerfer, der gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird. Der Pfeil 36 zeigt die Bewegungsrichtung
des Landescheinwerfers 30. Der Landescheinwerfer 30 ist
mit dem Abtriebszahnrad 18 verbunden, so dass er durch
die Drehung der Welle 14 abgesenkt und angehoben werden
kann. 6 zeigt ein Beispiel für eine magnetische Bremsanordnung 10,
die in Verbindung mit einem einziehbaren Landescheinwerfer 30 verwendet
wird.
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Zum
Einziehen des Landescheinwerfers 30 wird der Motor 12 wieder
gestartet und dreht die Welle in umgekehrter Richtung. Der Motor 12 übersteuert wieder
die Bremsung bei niedrigem Drehmoment der magnetischen Bremsanordnung 10,
was ein Einziehen der Last gestattet.
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4 zeigt
eine Querschnittsansicht der magnetischen Bremsanordnung von 3,
gesehen von Winkel A-A. Wie dargestellt befinden sich die mehrpoligen
Magneten 24 des Rotors 22 neben den stationären Magneten 26 (das
heißt
in magnetischer Beziehung bezüglich
einander). Die stationären
Magneten 26 werden durch eine stationäre Magnetanordnung 38 vorzugsweise
festgehalten. Des Weiteren wird bevorzugt, dass der Rotor eine Stahlfokusplatte 40 aufweist,
die mit jedem der mehrpoligen Magneten 24 fest verbunden
ist.
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Es
wird bevorzugt, dass die magnetische Rotoranordnung 22 durch
eine dünne,
gleichförmige Klebstoffbeschichtung
an der Welle 14 befestigt ist. Die stationären Magnetanordnungen 38 können auch
an der magnetischen Bremsanordnung 10 festgeklebt sein.
Der Spalt zwischen der Rotoranordnung 22 und den stationären Magneten 26 variiert
in Abhängigkeit
von der Größe der Anordnungen,
der Größe der Last
und verschiedenen anderen Faktoren. Durch Änderung der Spaltabmessung
wird das Halten oder das Bremsdrehmoment direkt gesteuert. Wenn
der Spalt vergrößert wird,
wird das Bremsdrehmoment schnell verringert, und umgekehrt. Dadurch wird
ein genaues Halten oder eine genaue Bremssteuerung gestattet.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
besteht die magnetische Bremsanordnung 10 weiterhin aus
einer Leiterplattenanordnung 42, die an der Welle 14 befestigt
ist und auf dem Rotor 22 und den stationären Magneten 26 aufliegt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
wird durch die Schaltungsanordnung 42 der erste und der
zweite Halleffektschalter 32 sicher befestigt, und sie
enthält
die Ausgangsleitungen für
die Halleffektschalter 32.
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5 zeigt
eine Endansicht der magnetischen Bremsanordnung 10. Die
Positionierung der Halleffektschalter 32 wird deutlich
gezeigt. Ein Leistungsanschluss 44 des Motors 12 ist
auch abgebildet.