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überlastsicherung für gegen Luftkräfte motorisch verstellbare Flugzeugbauteile,
insbesondere Landeklappen Die Erfindung bezieht sich auf motorische Verstellanlagen
für gegen Luftkräfte verstellbare Flugzeugbauteile, insbesondere Landeklappen, mit
einer Einrichtung zum selbsttätigen Verändern der Einstellage der Klappe in Abhängigkeit
von .den auf diese einwirkenden Luftkräften. Solche Verstellan:lagen sind bekannt.
Sie werden benutzt, um gegen Luftkräfte verstellbare Flugzeugbauteile, z. B. Landeklappen,
in ihrer ausgefahrenen Stellung- vor Beschädigungen oder Zerstörung durch allzu
große Luftkraftmomente zu schützen. Bei den bekannten Verstellanlagen dieser Art
erfolgt die Sicherung der Verstellteile gegen Überbeanspruchungen entweder durch
elastische Zwischenglieder, z. B. in Form von Federn, die zwischen die Verstellteile
und ihren Antrieb geschaltet sind, oder aber auf dem Wege der Druckbegrenzung durch
Ventile. Wähnend im ersteren Falle zur absoluten Sicherheit Federn unverhältnismäßig
großer Abmessungen erforderlich sind, die zu hohem, im Flugzeugbau nicht tragbarem
Baugewicht führen, sind die auf dem Wege der Druckbegrenzung durch Ventile arbeitenden
Sicherungseinrichtungen mit einer Reihe anderer schwerwiegender Mängel behaftet,
die nachstehend erörtert sind.
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Erfahrungsgemäß beträgt die Reibung eines Landeklappenverstellantriebes,
in der Regel eines unter Einfluß eines Druckmittels in einem Zylinder verschiebbaren
Kolbens, ungefähr 2o01, der zur Betätigung der Landeklappen notwendigen Kraft. Sie
addiert sich beim Ausfahren zu der auf .die Klappen einwirkenden, durch. die jeweiligen
Momentenbeiwerte (cm-Werte) und Staudruck gegebenen Kraft, wirkt aber beim selbsttätigen
Zurückgehen der Landeklappen dem Staudruck entgegen. Das bei der Stellung für selbsttätiges
Zurückgehen des Arbeitskolbens wirkende Sicherungsventil müßte mithin so eingestellt
sein,
daß es schon bei ungefähr So°/p des Ausfahrdruckes anspricht. Dies würde aber zur
Folge haben, daß ein Ausfahren nicht stattfinden würde. Man hat daher bereits Mittel
vorgesehen, die das Sicherungsventil beim Ausfahrvorgang unwirksam machen. Dies
hat aber wiederum zum Nachteil, daß die Landeklappen während des Ausfahrens gegen
übergroße Beanspruchusigen durch Staudruckvergrößerung nicht einwandfrei geschützt
sind.
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Ein weiterer Mangel der bekannten, durch Druckbegrenzung arbeitenden
motorischen Verstellanlagen ergibt sich daraus, daß die Einstellung der Ventile
große Schwierigkeiten bereitet, viele Flugversuche erfordert, also äußerst langwierig
und dabei doch niemals einwandfrei möglich ist. Dazu kommt noch, daß die Reibung
für jeden Arbeitszylinder verschieden und außerdem von seiner Betriebsdauer, vor
allem aber offenbar von Druck und Temperatur abhängig ist, die Ventile selbst auf
geringe Verschmutzung sehr empfindlich sind und die Gefahr des Hä:ngenbleibens besteht.
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Mit der Erfindung werden die Mängel der bekannten motorischen Verstellanlagen
be-Seitigt, indem von der bisherigen Druckbegrenzung durch Ventile abgesehen und
ganz neue Wege eingeschlagen werden. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin,
daß der Verstellmotor oder ein Teil desselben entgegen einer entsprechend dem abzusichernden
Moment einstellbaren Stützkraft in Abhängigkeit von der tatsächlichen, an der Klappe
angreifenden Luftkraft bewegbar angeordnet ist und diese Bewegung eine zusätzliche
Steuerung der Verstellkraft für die Klappe im entlastenden Sinne bewirkt. Der Verstellmotor
kann aus einem Elektromotor bestehen, vorzugsweise wird jedoch ein aus Kolben und
Zylinder bestehender hydraulischer Motor verwandt.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung
bei Anwendung eines hydraulischen Verstellmotors besteht darin, daß der Zylinder
des Motors an dem einen Arm eines zwischen zwei flugzeugfesten Anschlägen verschwenkbaren,
durch einen Kraftspeicher in seiner Ausgangsstellung festgehaltenen Steuerhebels
angelenkt ist, an dessen anderem. Arm die Steuerstange eines die Leerlaufleitung
für selbsttätiges Zurückgehen der verstellbaren Klappe beherrschenden Steuerschiebers
angreift. Dieser Steuerschieber wird dabei z-,veclunäßig in an sich bekannter Weise
als hydraulischer Schwingungsdämpfer ausgebildet, um Schwingungen der Landeklappen
in ausgefahrenem Zustand zu verhindern.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die die Schwenkbewegung
des-Steuerhebels begrenzenden Anschläge als Kontakte für elektrische Steuerstromkreise
ausgebildet, die zusammen mit am Steuerhebel isoliert anliegenden Kontaktfedern
eine, stufenweise Steuerwirkung auf den Druckmittelfluß ausüben, so daß bei Bewegungen
des Steuerhebels zunächst der Zufluß zum Arbeitszylinder unterbrochen und bei dessen
weiterer Bewegung die das selbsttätige Zurückgehen des verstellbaren Flugzeugteiles
ermöglichende Abflußleitun.g geöffnet wird.
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Zwecks starrer Festlegung der Landeklappen und ihrer Betätigungseinrichtung
im Schnellflug ist der Arbeitsstrebe in eingefahrenem Zustand vorteilhaft eine Verriegelung
und der Landeklappe in Reisestellung ein Anschlag gegeben.
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Auf der Zeichnung sind in schaltschematischer Darstellung zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen: Abb. i eine Verstellanlage mit mechanischer
und Abb.2 eine solche mit elektrischer Steuerung von mittels Druckflüssigkeit betätigten
Landeklappen.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i bedeutet i den Druckmittelbehälter,
von dem eine Saugleitung 2 zur Pumpe 3 führt. Die Pumpe 3 fördert das Druckmittel
Tiber die Druckleitung d zu einem Drelisteuerschalter 5 mit drei Durchflußkanälen
6. 7, B. Ein in die Druckleitungd. geschaltetesL'ber:druckveritil9, welches durch
eine Überdruckleitung io mit dem Druckmittelbehälter i in Verbindung steht, sichert
in bekannter Weise die Pu'npe 3 gegen zu hohen Drttcl: bei den einzelnen Stellungen
des Drehstetierschalters 5. Die gezeiclnete Stellung des Schalters 5 entspricht
dem Leerlauf der Pumpe, bei dem die Druckleitung :4 über den Kanal 6 des Schalters
mit der Rückleitung i i zum Behälter i in Verbindung steht. Durch Verdrehen des
Schalters 5 ist dieser in zwei weitere Stellungen, und zwar in die Stellungen für
das Aus- und Einfahren, schaltbar. In der Ausfahrstellung des Schalters 5 fördert
die Pumpe das Druckmittel über die Druckleitungq., den Kanal 8 des Schalters 5 und
die Ausfalirleitung r2 zur Ausfahrseite 13 des Arbeitszylinders 1:i, während" die
Einfahrseite 15 über die Einfahrleitung 16 und den Kanal 7 des Schalters 5 mit der
Rückleitung ii zum Drucktnittelbehälter i in Verbindung steht. Umgekehrt verbindet
in der Einfahrsteaung des Schalters 5 dessen Kanal 7 die Druckleitungq. mit der
Einfahrleitung 16 und die Ausfahrleitung 12 mit der Rückleitung ii. Im Arbeitszylinder
1.i ist ein druckmittelbeaufschlagterKölben r7verschiebbar an dessen Kolbenstange
i8 die um die Achse 1g verschwenkbare
Landeklappe 2o in üblicher
Weise angelenkt ist.
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Im Sinne .der Erfindung ist nun der Arbeitszylinder 14 nicht flugzeugstarr
gelagert, sondern an einem Ende eines um einen flugzeugstarren Punkt 2i drehbaren
doppelarmigen Steuerhebels 22 angelenkt, welcher unter dem Einfluß des auf die Landeklappe
20 und daher auch auf den Arbeitszylinder 14. einwirkenden Luftkraftmomentes entgegen
der Kraft einer vorgespannten Sicherungsfeder 23 zwischen zwei Anschlägen 24, 25
verschwenkbar ist. Durch Verlagern des Angriffspunktes der Feder 23 am Steuerhebel
22 oder Änderung ihrer Vorspannung, beispielsweise mittels einer Stellschraube 23'
oder eines sonstigen Verstell,gliedes, z. B. einer hydraulischen Arbeitsstrebe,
welche im Zusammenhang -mit einem anderen Vorgang, wie der Verstellung des Gasgestänges,
gesteuert wird, ist es möglich, .das an der Landeklappe 2o abzusichernde Luftkraftmoment
oder den Höchstwert der Klappenverstellkraft von vornherein oder während des Fluges
einzustellen und hierdurch gegebenenfalls auch den Einfluß des Propellerstrahles
auf die Landeklappe zu beriicksichtigen. An deni Ende des Steuerhebels 22 greift
das Steuergestänge 26 eines die Rückflußleitung i i zum Behälter i steuernden Schiebers
27 an. In das ölgefüllte Gehäuse 28 des Steuerschiebers 27 mündet beiderseits des
Schiebers eine Umführungsleitung 29, in welche eine Drossel 30 o. dgl. gelegt ist.
Der Steuerschieber 27 bildet derart einen Dämpfer gegen etwaige Schwingungen der
Landeklappe 2o, dessen Wirkung durch die Drossel 30 einstellbar gemacht ist.
In die Rückleitung l i zum Behälter i ist schließlich in bekannter Weise ein Druckhalteventil
31 geschaltet, vor welchem eine durch ein Rückschlagventi132 abgesicherte Nachfülleitung
33 zur Einfahrleitung 16 führt. -Die mechanisch gesteuerte Verstellanlage nach Abb.
i wirkt wie folgt: ' Beim Umschalten des Drehstenersohalters 5 auf Ausfahren wird
die Druckleitung 4 der Pumpe 3 über den Kanal 8 des Schalters 5 mit der Ausfahrleitung
12 und damit mit der Ausfahrseite i3 des Arbeitszylinders 14 in Verbindung gesetzt.
Die Landeklappe 2o wird somit in die Wirklage verstellt. Sobald die Verstellkraft
oder -das auf die Landeklappe 2o einwirkende Luftkraftmoment beim Verstellvorgang
den höchstzulässigen abzusichernden Wert erreicht, erfährt der Arbeitszylinder 14
eine Rückbewegung. Der Steuerhebel 22 hebt sich entgegen der Kraft der Feder 23
vom Anschlage 24 ab und legt sich bei einer weiteren Vergrößerung des Luftkraftmoinentes
gegen den Anschlag 25. Der Steuerschieber 27 stellt in diesem Augenblicle die Verbindung
der Ausfahrseite 13 des Arbeitszylinders 14 mit der Rückleitung i i her, so daß
der Kolben 17 stehenbleibt und gegebenenfalls unter dem Einfluß der auf ihn einwirkenden
Kraft und damit auch .die Landeklappe 20 selbsttätig zurückweichen kann. Das dabei
aus der Zylinderseite 13 verdrängte Druckmittel strömt durch die Rückleitung i i,
das Rückschlagventil 32 in der Nachfülleitung 33 und durch die Einfahrleitung 16
zur entgegengesetzten Zylinderseite i5 nach. Unterschreitet nunmehr das Luftkraftmo.ment
den höchstzulässigen Wert, so legt sich unter Einwirkung der Feder 23 der Steuerhebel
22 wiederum gegen den Anschlag 24. Hierdurch wird die Rückleitung i i durch den
Steuerschieber versperrt, und es erfolgt wiederum ein Druckaufbau an der Ausfahrseite
13. ,des Arbeitszylinders 14, wodurch .Iie Klappe 20 erneut in die ausgefahrene
Stellung gelangt.
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Sollen die ausgefahr--?len, d.11. in Wirkangsstellung befindlichen
Landeklappen in ihre dem Schnellflug entsprechende Normalstellung zurückgebracht
werden, so wird der Drehsteuerschalter 5 ,derart betätigt, daß seine Kanäle 7 und
8 die Einfahrleitung 16 mit der Druckleitung 4 und die Ausfallrleitung 12 mit der
Rückleitung i i verbinden. Der Druckaufbau erfolgt in diesem Falle auf der Einfahrseite
15 des Arbeitszylinders 14. Das -dabei vom Kolben 17 verdrängte Druckmittel
strömt durch die Ausfahrleitung i-2, den Schalter 5 und die Riick@eitung i i in
den Behälter i.
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Das Ausführungsbeispiel nach Abb.2 entspricht grundsätzlich demjenigen
nach Abb. i. Es unterscheidet sich von letzterem insofern, als die Steuerung der
Verstellanlage nicht auf mechanischem, sondern elektrischem `Fege mittels relaisbetätigter
Kolbenventile, und zwar eines Hauptventils 34. und zweier Nebenventile 35, 36, erfolgt.
Den Kolben 37, 38 und 39 der Haupt- und Nebenventile sind je zwei Schaltstellungen
zugeordnet, von denen die eine (auf der Zeichnung dargestellte) durch Federn-4o,
41, 42 und die andere durch die Wirkung der Relais 43, 44 45 herbeigeführt wird.
Je nach ihren Schaltstellungen stellen das Hauptventil 34 eine Verbindung der Druckleitung
4 mit der Rückleitung r1 oder der Zuflußleitung 46 zum Nebenventil 35, dieses Ventil
35 eine Verbindung ihrer Zuflußleitung 46 über .die Ausfahrleitung 12 oder
die Einfahrleitung 16 mit der Ausfahrseite 13 oder Einfahrseite 15 des Arbeitszylinders
14 und das -Nebenventil 36 eine Verbindung der Einfahrseite 15 des Zylinders
14 über die Leitungen 16, 16' oder der Ausfahrseite 13 über die Leitungen 12, 12'
mit der Rückleitung ii her.
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Die Anordnung und Lagerung der hydraulischen Arbeitsstrebe 4,17 sowie
.des Steuerhebels
22 entspricht genau denjenigen des Ausführungsbeispiels
nach Abb. i. Jedoch sind beim Ausführungsbeispiel nach Abb.2 die Anschläge 24, 25
des Steaerhebels 2 2 als Kontakte ausgebildet, welche gemeinsam mit vom Hebel= betätigten
Kontaktfedern47, 48, gegen die der Hebel 22 isoliert ist, zwei Stromkreise steuern,
und zwar einen durch einen Ausfahrdruckknopfschalter 49 steuerbaren Ausfahrstromkreis
(Pluspol der Batterie - Relais 43 - Kontaktfeder 47 - Kontakt 24 - Ausfahrdruckknopfschalter
49 -Minuspol der Batterie) und einen Stromkreis für selbsttätiges Zurückweichen
bei Überschreitung des Höchstwertes der Verstellkraft oder des an der Klappe 2o
abzusichernden Luftkraftmomentes (Pluspol der Batterie -Relais 44, 45 - Kontakt
25 - Kontaktfeder 48 - Minuspol der Batterie). Außer diesen beiden Stromkreisen
sind noch zwei weitere parallel geschaltete Einfahrstromkreise vorgesehen, welche
durch einen an ihrem Verzweigungspunkt sitzenden Einfahrdruckknopfschalter 5o steuerbar
sind und von denen der eine vom Pluspol der Batterie über die Relais 44, 45 und
den Einfahrdruckknopfschalter 5o und der andere über das Relais 43 und den Schalter
50 zum Minuspol der Batterie verläuft. Die *elektrisch gesteuerte Verstellanlage
nach Abb. 2 wirkt wie folgt: Beim Niederdrücken des Ausfahrdruckknopfschalters 49
wird der Ausfuhrstromkreis, in welchen das Relais 43 des Hauptventils 34 geschaltet
ist, geschlossen und der Kolben 37 dieses Ventils entgegen der Kraft der Feder 4o
verstellt, derart, daß er die Rückleitung i i zum Behälter i sperrt und die Zulußleitung
46 mit der Druckleitung 4 in Verbindung setzt. Die beiden Nebenventile 35, 36 verharren
dabei in ihrer gezeichneten Normalstellung. Der Druckaufbau erfolgt sonach über
das Haup-ventil34, die Zuflußleitung 46, das Nebenventil 35 und d?e Ausfahrleitung
12 auf der Ausfuhrseite 1,3 des Arbeitszylinders 14. Der Kolben 17 wird verschoben
und die Landeklappe 2o somit in die Wirkungslage verstellt. Das Druckmittel auf
der Einfahrzvlinderseite 15 wird dabei vorn Kolben 17 durch die Einfuhrleitung 16,
deren Zweigleitung it, das Nebenventil 36 und die Rückleitung i i in den Behälter
i gedrückt. Erreicht die Verstell:kraft oder das an der Klappe abzusichernde Luftkraftmoment
den vorbestimmten Höchstwert, so heben sich der Steuerhebel 22 und damit die Kontaktfeder
47 vom Kontakt 24 ab, der Ausfuhrstromkreis wird unterbrochen und das Relais 43
stromlos, so daß die Feder 4o den Kolben 37 wieder in seine gezeichnete Normalstellung
bringt und kein weiterer Druckaufbau erfolgt. Die Landeklappe 2o bleibt somit in
ihrer Stellung stehen.
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Unterschreitet nunmehr das auf die Landeklappe 2o einwirkende Luftkraftrnornent
den abzusichernden Höchstwert, so drückt der Steuerhebel 22, unter Einwirkung der
Feder 23 die Kontaktfeder 47 wiederum gegen den Kontakt 24, der Ausfahrstromkreis
wird dadurch erneut geschlossen und die Klappe 20 in der geschilderten Weise zum
weiteren Ausfahren gebracht.
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Wenn dagegen das auf die Landeklappe einwirkende Luftkraftmoinent
den vorbestimmten Höchstwert üb°rschreitet, so drückt der Steuerhebel 22 .die Kontaktfeder
48 gegen den Kontakt 25 und schließt dadurch den Stromkreis für selbsttätiges Zurückweichen
der Landeklappe 20, in den die Relais 44, 45 geschaltet sind. Die Relais 44, 45
erhalten Strom und verstellen die Kolben 38, 39 der Nebenventile 35, 36 entgegen
der Kraft der Federn 44 = 42. Der Kolben 38 des Nebenventils 35 schließt die Ausfahrleitung
12 und öffnet die Einfahrleitung T6. während der Kolben 39 des Ventils 36 die Zweigleitung
12' öffnet und die Zweigleitung 16' schließt. Von der Zylinderseite 13 kann nun
Druckmittel durch die Ausfahrleitang 12, deren Zweigleitung 12' und das Nebenventil
36 in die Rückleitung i i entweichen, von wo aus es infolge der Wirkung des Druckhalteventils
31 über das Rückschlagventil32, die Leitungen 33 und 46, -das Nebenventil 35 und
die EinfahrIeitung 16 zur Einfuhrseite 15 des Arbeitszylinders 14 nachstriimt. Die
Landeklappe 2o weicht dabei unter der Einwirkung des Luftkraftmomentes zurück bis
in eine Stellung, bei der das Moment auf den zulässigen Wert gesunken ist und die
Feder 23 den Hebel 22 und damit die Kontaktfeder 48 vom Kontakt 25 abhebt. Dadurch
wird der Stromkreis für selbsttätiges Zurückweichen der Landeklappe wieder unterbrochen,
die Relais 44, 45 werden stromlos, so daß die Federn 44 42 die Kolben 38, 39 der
Nebenventile in die Grundstellung zurückziehen können.
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Sollen die in Wirkungsstellung befindlichen Landeklappen eingefahren
«-erden, so wird durch Niederdrücken des Einfuhrdruckknopfes 5o der Einfuhrstromkreis
geschlossen. in den sowohl das Relais 43 als auch die Relais 44, 45 geschaltet sind.
Die Kolben 37, 38 und 39 rler Ventile 34, 35 und 36 werden, wie schon beschrieben,
verstellt, und der Druckaufbau erfolgt nun über das Hauptventil 34, die Zuflußleitung
46, das Nebenventil 35 und die Einfuhrleitung 16 auf der Einfabrseite i5 des Arbeitszylinders
14. Der Arbeitskolben 17 wird zurückgeschoben und bringt die Klappe 2o in
die Grund= oder Reisestellung. Das auf
der Ausfahrseite 13 des Arbeitszylinders
14 befindliche Druckmittel wird dabei vom Kolben 17 über die Ausfahrleitung 12,
deren Zweigleitung 12', das Nebenventil 36 und die Rückleitung i i in den Behälter
i gedrückt.