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Motorische Verstelleinrichtung, insbesondere zur selbsttätigen Rudersteuerung
in Luftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine motorische Verstelleinrichtung,
-insbesondere zur selbsttätigen Rudersteuerung in Luftfahrzeugen, bei. der das zu
steuernde Organ, z. B. ein Flugzeugruder, mittels einer Hilfskraft verstellt wird.
Als Hilfskraft kann ein elektrischer oder druckmittel.betriebener Verstellmotor
Verwendung finden, dessen Schaltorgan entsprechend einer vorgegebenen Steuerbewegung
einstelibar und entsprechend der ausgeführten Verstellbewegung über ein mit zeitlicher
Verzögerung wirkendes (Glied nachgiebigrückführbar ist.
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Eine derartige Ausbildung der Rückführung ist vor allem für selbsttätige
Rudersteuerungen in Luftfahrzeugen von großer Bedeutung. Es ist beispielsweise bei
der Steuerunz um .die Hochachse erforderlich, daß einerseits kleine Schwankungen
um die vorgeschriebene Richtung@beherrscht werden, und zwar in der Weise, daß Überschwinghnigen
,des Flugzeuges vermieden werden; .andererseits sollen starke Störeinflüsse, z.
B. bei Vertrimmungen des Flugzeuges infolge von -bleibenden Schwerpunktsverlagerungen,
die z. B. durch das Abwerfen von Lasten bedingt sein können, möglichst schnell ausgeglichen
werden, so daß das Flugzeug .bei derartigen Vertrimmungen möglichst rasch in seine
neue Sollage .gelangt. Diese Aufgabe läßt sich gemäß der Erfindung in vorteilhafter
Weise dadurch lösen, daß die Größe der zeitlichen Verzögerung, mit welcher das nachgiebige
Glied die Rück.führbewe.gung verändert, abhängig von: der Rückführbewegung selbsttätig
regelbar ist. Bei der in Rede
stehenden Verstelleinrichtung kann
als mit zeitlicher Verzögerung wirkendes Glied eine aus Bremsmagnet und Bremskörper
bestehende Wirbelstrombremse vorgesehen sein, wobei :die Größe der zeitlichen Verzögerung
durch von der Rückführbewebgung abhängige Steuerung der Bremskraft der Wir!belstrombremse
selbsttätig regelbar ist. Durch diese Maßnahme läßt sich erreichen, daß bei den
erwähnten sehr kleinen Schwankungen um die vorgeschriebeneRichtung, d.h. in dem
verhältnismäßig engen Bereich. um die Nullage herum, die Steuerung so ausgebildet
wenden kann, daß sie den Charakter einer starren Rückführung besitzt, während sie
dagegen bei den erwähnten. großen Störeinflüssen eine Rückführung mit großer Nachgiebegeschwindigkeit
aufweist. Es ist somit möglich, der Nachgiebegeschwindigkeit einen einer gewünschten
Charäl#:teristik entsprechenden Verlauf .zu geben und diese Charakteristik selbsttätig
in die Nachgiebebewegung einzusteuern.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung des in. der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigt
Fig. i ein Schema einer selbsttätigen. Seitenrudersteuerung, Fig.2 ein Ausführungsbeispiel
des die Nachgiebigkeit der Rückführung entsprechend einer gewünschten Nachgiebegeschwindigakeitscharakter
istik bewirkenden Gliedes.
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Bei dem in Fig. i dargestellten Schema einer Seitenrudersteuerung
für Luftfahrzeuge erfolgt die Überwachung des vorgeschriebenen Kurses selbsttätig
in Abhängigkeit von .zwei Steuergeräten, die beide gleichzeitig auf die Ruderlegvorrichtung
einwirken. Der eine dieser beiden Steuergeber ist ein sogenannter Azimutkreisel
i, der einen im oder nahezu im Schwerpunkt kardanisch aufgehängten Kreisel mit horizontaler
Umlaufachse enthält, der in einem im Azimut drehbeweglich angeordneten Kardanrahmen
,gelagert ist. Der Azimutkreisel i ermittelt die Auslenkungen des Fahrzeuges um
die Hochachse, .also :die Winkelabweichungen von dem vorgegebenen Kurs. Der Azimutkreisel
arbeitet mit einer elektrischen Impulsgebereinrichtung zusammen, die in einer Potentiometeranordnung
2 besteht und auf einen in einem. Drehmagneten 3 bestehenden Impulsempfänger arbeitet.
Der Drehmagnet 3, dessen Anker federgefesselt ist, ist mit einem Hebel 4 .gekuppelt,
der -in Einstellverbindung mit dem Schaltorgan 6 eines hydraulischen oder pneumatischen
Rudermotors steht.
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Als zweiter Impulsgeber ist ein. Kreisels benutzt, der einen vollen
und einen durch eine Federfesselung beschränkten Freiheitsgrad besitzt. Dieser Kreisel
stellt einen sogenannten Wendezeigerkreisel dar, der so angeordnet ist, daß seine
Empfindlichkeitsachse, die zu der durch .die Umlauf- und die Präze sionsachse gebildeten
Ebene senkrecht steht, in die Richtung der Flugzeughochachse fliegt. Der Kreisel
mißt die Drehgeschwindigkeit des, Flugzeuges um,die Achse; .um welche ,gesteuert
wird, in dem vorliegenden Fall also die Hochachse. Die von dem Wendezeigerkreisel5
gelieferten Steuerwerte werden über eine Hebelvorrichtung ebenfalls auf den genannten
Hebel q. übertragen.
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Der Hebel q. stellt demnach einen Differentialhebel dar, durch welchen
die von den beiden, Steuergeräten i und 5 gelieferten Steuerwerte Überlagert werden.
Der Resultatwert wird auf die Kolbenstange des Steuerschlebers des Schaltorgans
6 übertragen.
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Der als Kolbenmotor ,ausgebildete Arbeitsmotor 7, der seine Arbeitsenergie
aus einer in der Zeichnung nicht dargestellten Druckmittelquelle über das ,durch
die beiden Steuergeräte gesteuerte Schaltorgan 6 erhält, weist einen Arbeitskolben
8 auf, der über die Kolbenstange 9 mit einer zur Aufrechterhaltung des Kurses dienenden
Steuerfläche ro, die in. dem vorliegenden Fall das Seitenruder des Flugzeuges darstellt,
verbunden ist.
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Die Rückführung des Schaltorgans 6 erfolgt in dem dargestellten Ausfährungsbeispiel
durch den Drehmagneten 3 mit Hilfe eines elektrischen Rückführimpulses, der von
der Verstellbewegung des Verstellmo.tors abgeleitet ist. Zu diesem Zweck ist auf
der KoPbenstange 9 ein Zahastangenelement 11 vorgesehen, das mit einem Ritzel12
zusammenarbeitet. Dieses Ritzel 12, steht mit einem die Nachgiebigkeit der Rückführung
bewirkenden Glied 14. in Antriebsverbindung, welches andererseits nlit dem nachgiebigen
Glied der Rückführung gekuppelt ist. Das nachgiebige Glied arbeitet auf eine elektrische
Widerstandsanordnung, in dem gezeigten Fall eine Potentiometeranordnung, die elektrisch
mit dem, Drehmagneten 3 verbunden ist.
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In Fig. 2 ist das die Nachgiebigkeit bewirkende Glied 1q. der Rückführung
in einer möglichen. Ausführungsform ,dargestellt. Mit 12 ist das mit der Zahnstange
ii des Verstellmotors in Antriebsverbindung stehende Ritzel bezeichnet, das mit
einer die Rückführbewegung von der Kol'benstjange abnehmenden Abtriebswelle: 13
fest verbunden ist. Diese Welle 13 ist in einer flugzeugfesten Grundplatte 1q. gelagert.
Mit dem anderen. Ende der Welle 13 ist ein. Zahnrad 15 fest verbunden, welches in.
einem stegförmigen Teil 16 drehbeweglich gelagert ist. Das Zahnrad 15 kämmt mit
einem Ritzel 18, das mittels der Welle i9 einerseits in dem stegförmigen Teil 16
und andererseits in einem weiteren stegförmigen Teil2o drehbeweglich, jedoch axial
unverschieblich gelagert ist. Auf der Welle i9 isst ein weiteres Zahnrad 2i befestigt,
welches mit einem Ritzel 23 im, Eingriff steht. Das Ritzel 23 ist a;uf einer Welle
2q. befestigt, die drehbeweglich, aber axial unverschieblich einerseits in dem stegförmigen
Teil 16 und andererseits in dem stegförmigen Teil 2o gelagert ist. Die beiden Teile
16
und 2o sind mittels eines Verbindungsstückes zu einem starren Lagerbügel
25 für die vorgenannten Räder res Zahnradgetriebes verbunden. An dem Bügel 2@5 ist
mittels eines Is-alierstückes 26 ein Kontaktarm 27 fest verbunden, der auf einem
Widerstandsring 22 schleift.
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Irr dem genannten Lagerbügel 25 ist ein Zapfen 29 befesiti@gt, der
mit einer ortsfest angeordneten Feder 30 zusammenarbeitet. Diese Feder -ist
mit
einer bestimmten Vorspannung .derart angeordnet, daß die beiden
freien Enden 31 und 32 der Feder den erwähnten Zapfen 29 sowie einen weiteren ortsfesten
Zapfen 33 umgreifen, Der Zapfen 33 ist auf einem um die Mittelachse A-A schwen'kb,aren
kreisringifärmigen Bügel 34. befestigt, der mittels der Schraube 35 einstellbar
ist. Der Zapfen 33 kann auf diese Weise genau in bezug auf den Zapfen 29 einjustiert
werden. Auf der Welle 24 ist eine Scheibe 3:6 befestigt, die z. B. aus Kupfer oder
Aluminium bestehen kann. Diese Scheibe taucht mit ihrem äußeren Rand in den Luftspalt
eines Magneten 37 ein, der relativ zur Scheibe 3,6 ortsfest angeordnet ist und ein
Dauer- oder Elektromagnet sein kann. In der Scheibe 36 ist ein Schlitz 3,8 angeordnet,
in welchem ein schneiderförmiges Glied 39 eingreifen kann, welches federgefesselt
und mit dem Anker eines Magneten .jo verbunden ist.
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Die Wirkungsweise der Anordnung sei im folgenden näher erläutert.
Zunächst sei angenommen, daß die Welle 2q. nicht, wie in .dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 2- gezeigt ist, gegenüber der Mittelachse A-A versetzt ist, sondern daß
die Welle 24 gleichiachsig mit der Welle 13 angeordnet sei. Bei einer Verstellbewegung
des Verstell.motors 7 wird durch die Zahnstange i i .das Ritze] 12 und damit die
Welle 13 angetrieben, und diese Drehbewegung der Welle 13 liefert die. Rückführbewegung
zur Gewinnung des für die Rückstellung des Schaltorgans erforderlichen elektrischen
Rückführimpulses. Das Zahnradgetriebe zwischen der Welle 13 und der Welle
24 ist durch d-ie Bremswirkung des Magneten 37 auf die .Scheibe 36 im wesentlichen
gesperrt, das Zahnradgetriebe ist ,gleichzeitig als Übersetzungsgetriebe mit einer
verhältnismäßig großen Übersetzung der Drehbewegung der Welle 13 inis Schnelle ausgebildet.
Infolgedessen wird bei einer Drehung der Welle 13 der Lagerbügel 25 um die Mittelachse
A-A verschwennkt und damit gleichzeitig der Kontaktarm 27 auf dem Potentiometerwiderstand
2-8 verstellt und dadurch mit Hilfe dieses Potentiometers der erwähnte Rückführimpuls
erzeugt. Mist .dem Lagerbügel 2-5 wird auch das zapfenförmige Glied 2.9 verschwenkt
und durch diesen Zapfen 29 das eine Ende der Feder 3o mitgenommen, wodurch die Feder
entsprechend gespannt wird, da :das andere freie Ende der Feder durch den ortsfesten
Zapfen 33 in seiner Ausgangslage festgehalten wird. Die Feder 30 sucht den
Zapfen 29 wieder in Deckung mit dem ortsfesten Zapfen, 33 zu bringen. Dadurch
wird der mit dem Zapfen 29 fest verbundene Lagerbügel 25, der somit das nachgiebige
Glied darstellt, wieder in seine Ausgangslage zurückgedreht. Bei dieser Nachgiebebewegung,die
unter der Wirkung des durch die Rückführbewegung vorgespannten Federwerkes -erfolgt,
wird, da das mit der Welle 13 fest verbundene Zahnrad 15 nunmehr als feststehend
anzunehmen ist, das Zahnradgetriebe in der Weise ,angetrieben, daß das Ritze] 18
sich auf dem Zahnrad 15 abwälzt. Hierbei wird durch das Ritvel 23 die Bremsscheibe
3,6 in Drehbewegung versetzt, und diese Drehbewegung wird durch die in der Scheibe
36 mittels des Magneten 37 erzeugten Wirbelströme entsprechend gedämpft. Die Drehbewegung
der Bremsscheibe 36 1laanu, auf einen bestimmten konstanten Wert eingestellt, werden,
dadurch, daß die Bremskraft des Magneten .auf einen bestimmten konstanten Wert eingeregelt
wird. Dies kann in an sich bekannter Weise z. B. durch Einstellung des Luftspaltes
oder durch Einstellung der Erregung des Magneten bewirkt werden.
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Gemäß der Erfindung ist die NachgiebegeschwindIgkei:t ,nach einer
bestimmten vorgegebenen Charakteristik, und zwar vorzugsweise selbsttätig steuerbar,
d. h-. mit anderen Worten, die Größe der zeitlichen Verzögerung, mit welcher das
nachgiebige Glied ,die Rückfühtbewegung verändert, läßt sich abhängig von der Rückführbewegung
selbsttätig regeln. Bei, dem in. Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies
dadurch erreicht, .daß die Achse der die Bremsscheiibe 36 tragenden Welle 24 gegenüber
der Mittelachse A-A außermittig versetzt angeordnet ist. Wird in diesem Fall bei.
einer die kückfü'hrbewegung liefernden Verdrehung der Welle 13 der Lagerbügel 25
wiederum die.Mi.ttelachse A-A verschwenkt, so wird zunächst wieder der gleiche elektrische
Rückführimpuls "gewonnen. Die Nachgiebebewegung des unter .der Wirkung der durch
die Rückführbewegung vorgespannten Feder 30 stehenden Gliedes,
--5 erfolgt aber in diesem Fall nicht mit gleichbleibender Geschwindigkeit
wie in dem vorerwähnten Fall. Infolge der Verschwernkung der außermittig angeordneten
Welle 24 um die Mittelachse A-A ist die Bremsscheibe 36 in bezug auf den Magneten
37 derart verschwenkt worden, daß die Eintauchtiefe der Brernssche-ibe in Odem Luftspalt
des Bremsmagneten sich geändert hat. Die Ein:tauchtiefe ist durch ,die Verschwenkung
geringer und damit auch die Bremskraft der Wirbelstrombremse geringer geworden,
so daß infolge der verringerten Dämpfung .die Brennsscheibe eine wesentilich bö@here
Drehge.schwin:digkeit besitzt. In dem Maße, indem der Lagerbügel 25 unter der Wirkung
des Federwerl@es zurückgedreht wird, nimmt auch die Eintauchtiefe der Bremsscheibe
in dem Luftspalt des Magneten zu. Die Bremswirkung, die nach einer ib;estimmten
Funktion von der abhängig ist, nimmt entsprechend dieser Funktion zu, so daß mit
zunehmendem Nachgiebeweg die Dämpfung entsprechend dieser Funktion zunimmt.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei kleinen Auslenkungen des
Fahrzeuges auch die Verstellbewegung nur sehr gering ist, infolgedessen auch die
entsprechende Rückführbewegung sehr, gering ist. Das bedeutet, daß bei diesen kleinen
Ausle:nkungen auch .die Relativlage der Bremsscheibe gegenüber dem Bremsmagneten
nur unwesentlich geändert wind, so daß also auch die Bremskraft nahezu urgeändert
bleibt. Da in der Nullage die Bremskriaft und @damit auch die Dämpfung am stärksten
ist, i,st erreicht, @daß in einem verhältnismäßig kleinere Bereich um die Nülilage,
d. h. also in dem Bereich.der erwähnten kleinenAuslenkungen des Fahrzeuges, die
Rückführung den Charakter
einer starren Rückführung besitzt. Blei
großen Verstellbeawegungen jedoch, bei denen auch eine entsprechend große Rüc'kführsbe@wegung
auftritt, wird auch die Bremskraft und,damit die Dämpfung des Hemmwerkes entsprechend
verringert, so @daß die Nachgiebeaeschwindigkei.t ,des nachgiebigen Gliedes zunächst
erheblich -größer ist als in . dem Bereich um :die Niu,llage und; mit Annäherung
:des nachgiebigen Gliedes an die Nullage entsprechend der vorerwähnten Funktion
mit zunehm&n.der Dämpfung abnimmt.
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Die außermittige Anordnung .der Brems :scheibe 36 ermöglicht ,in einfachster
Weise die selbsttätige Steuerung der Nachgiebeleschwindigkeit 111 Abhängigkeit von
dein Nachgiebeweg des nachgiebigen Gliedes. An Stelle dieser Anordnung kann indes
die Bremskraft durch Steuerung -der Erregung des Bremsmagneten 37 ;gesteuert werden,
wobei in diesem Fall die Welle 2.¢ der' Bremsscheibe 36 gleichachsig mit der Mittelachse
A-A .angeordnet ist. Dies kann z. B. mit Hilfeeiner Potentiome,teranordnung geschehen,
wobei, es ohne weiteres mÖglich ist, der Widerstandsanordnung eine gewünschte Charakteristik
.und damit auch der Erregung bizw. der Nachgiebegeschwindigkeit des nachgiebigen
Gliesdes eine bestimmte Charakteristik zu geben.
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Eine andere Möglichkeit, die Naehgie'begeschwindigkeit zu steuern,
besteht,darin, den Bremskörper auf der Mittelachse .senkrecht geführt anzuordnen.
In diesem Fall kann: ein tnommelförmibger Körper benutzt sein., der in einen entsprechenden
RingspaIt eines Dauer- oder Elektromagneten eingreift.
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Eine weitere in das Belieben des Facbrnsanns gestellte Mäglichk-eitbesteht
darin, an Stelle der Bremsscheibe den Magneten 37 hinsichtlich der Eintauchtiefe
der Bremsscheibe in den Luftspalt b@zw. hinsichtlich seines Abstandes von der Bremsscheibe
zu steuern.
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Abweichungen von dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel
sind. im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich. Das ÜblersetzungsverhältnIs
des Zahnradgetriebes kann in gewünschter; gegebenenfalls veränderbarer Weise gewählt
werden. An Stelle der Zahnräder 'können Reibrasdgetriebe vorgesehen sein. Das Federwerk
kann auch eine anders ausgebildete Feder aufweisen.
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Das Ausführungsbeispiel stellt lediglich eine bevorzugte Ausführungsform
für die Verwirklichung des: Erfindungsgedankens dar.