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Servomotoren, insbesondere für Flugzeuge Die Erfindung betrifft Servomotoren,
wie sie in Flugzeugen verwendet werden zur Einstellung von Steuerrudern, Stabilisatoren,
Flügelklappen, Querrudern u. dgl.
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Der Servomotor nach der Erfindung wird durch zwei verschiedene Bewegungsmittel
betrieben, wie Flüssigkeitsdruck und elektrische Kraft, deren eines als Hauptantriebskraft
und deren anderes als Neben- oder Hilfskraft für .den Antrieb des Servomotors benutzt
wird, wenn die Quelle der Hauptkraft versagt oder in anderer Weise unbrauchbar wird.
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Der Servomotor ist vorzugsweise so ausgebildet, daß die durch die
Neben- oder Hilfskraft angetriebenen Teile, auch wenn diese Hilfskraft nicht auf
sie einwirkt, mit den durch die Hauptkraft angetriebenen Teilen zusammenarbeiten,
um den gesamten Servomotor durch die Hauptkraftquelle in Betrieb zu halten und zu
ermöglichen, daB er durch die Hilfskraft unabhängig von der Hauptkraft angetrieben
wird.
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Die Erfindung ist in den Ansprüchen gekennzeichnet. Eine Ausführungsform
derselben ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In diesen ist Fig.
i ein Längsschnitt eines Servomotors nach der Erfindung, Fig. 2 ein Querschnitt
nach der Linie 2-2 der Fig. i, Fig. 3 eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles 3
in Fig. i mit abgenommenem Deckel, Fig. 4 ein Querschnitt nach der Linie 4-4 der
Fig. i unter Fortfassung einzelner Teile, Fig. 5 eine Ansicht des Endteils, gesehen
in der Richtung des Pfeiles 5 in Fig. i, mit einem Teilschnitt nach der Linie 5-5
der Fig. 7,
Fig.6 eine perspektivische Darstellung des Rädergetriebes
in der Vorrichtung, Fig. 7 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles 7 in Fig. i, Fig.8
ein Schnitt einer Einzelheit in vergrößertem Maßstab nach der Linie 8-8 der Fig.
7, Fig. 9 ein ähnlicher Schnitt nach der Linie 9-9 der Fig. 7, Fig. io ein Schnitt
durch eine Einzelheit, Fig. i i ein Teilschnitt nach der Linie i i-r i der Fig.
2, Fig. 12 ein ähnlicher Schnitt nach der Linie 12-i2 der Fig. ->, Fig. _13 ein
Schnitt einer Einzelheit nach der Linie 13-I3 der Fig. 2.
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Der Servomotor der Erfindung ist besonders geeignet für Flugzeuge
zur Einstellung beweglicher Teile, die unter Umständen eine beträchtliche Kraft
erfordert. Der Servomotor enthält zwei gegeneinender bewegliche Teile; einer derselben
isst bestimmt zur Befestigung -an einem unbeweglichen Teil des Flugzeugs, während
der andere mit dem einstellbaren Flugzeugteil verbunden ist, so daß der bewegliche
Teil des Flugzeugs entsprechend der Relativbewegung der beiden Teile verstellt wird.
Wie zuvor erwähnt, werden zwei Antriebskräfte. abwechselnd benutzt, von denen die
eine in Flüssigkeitsdruck, die andere in der Kraft eines Elektromotors. besteht.
In der im folgenden ausführlich beschriebenen Anlage ist der Flüssigkeitsdruck die
Hauptkraft für die Relativbewegung der beiden Teile; die andere Neben- oder Hilfskraft
wird vom Elektromotor geliefert.
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Der Servomotor hat ein Gehäuse 20 mit verschiedenen Ausnehmungen.
Eine von diesen Ausnehmungen erstreckt sich von einem Ende des Gehäuses zum anderen
in Form ,einer Kammer .mit einem Hauptteil 21 und einem Teil 2"2, von geringerem
Durchmesser. Der Arbeitszylinder 23 der Vorrichtung paßt in den Teil 22 mit dem
geringen Duzchmesser und erstreckt sich durch diesen hindurch. Er hat einen auswärts
sich erstreckenden kreisförmigen Flansch 2@q. mit Löchern für Halteschrauben 25-
und erstreckt sich einwärts -in den Gehäuseteil 21 unter Bildung einer ringförmigen
Kammer 26 zwischen -dem Zylinder und der'gegenüberliegenden Innenwand 21 des Gehäuses:
Am äußeren Ende hat der Zylinder 23 einen Kopfteil 27, dessen Zweck noch beschrieben
wird, und einen auswärts gerichteten Flansch 28, an dem, wie in Fig. 2 dargestellt,
eine im Hauptquerschnitt D-förmige Kappe 29 angebracht ist, die in einem Teil so
geformt 'ist, daß -sie sich dem kreisförmigen. Flansch 24 des Zylinders einpaßt
und an ihm .befestigt werden kann. Am Teil,-> i ist das Gehäuse 2o durch eire Kappe
30 verschlossen, die einen Befestiguügsz.apfen 31 trägt. In einer Ausnehmung
32 der Kappe 30 ist ein Potentiometer 33 untergebracht, das, wie später beschrieben
werden !soll, zur Lagenanzeige des Servomotors dient.
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Im Zylinder 23 liegt ein hin -und her gehender Kolben 40, der den
Zylinder in zwei Abteilungen 41, 42 unterteilt. An einer Seite des Kolbens 4o befindet
sich ein Ansatz 43, der im Zylinderkopf 27 mit einer Dichtung 44 gleitet. Dieser
Ansatz 43 hat eine Abschlußwand, an deren Innenseite mittels zweier Schrauben 45
ein Block 46 befestigt äst, dessen Zweck später beschrieben wird. An der Außenseite
des Ansatzes 43 sitzt ein Halsring 47 zur Einstellung, wie später beschrieben. Am
Ende trägt der Ansatz 43 einen Gabelkopf 48 für die Kupplung. ` Durch den Kolben
4o hindurch und in das Innere des Ansatzes 43 erstreckt sich eine Schraubspindel
5o, deren eines Ende am Block 46 anliegt, wenn dieser vollständig eingezogen eist,
wie in Fig. i dargestellt, und deren anderes Ende eine kopfartige Verdickung 52
hat, die in einem Lager 53 am Gehäuse 2o ruht und durch eine Kappe 3o verschlossen
ist. Die Schraubspindel 5o ilst mit dem Kolben 40 in der Weise verbunden, daß sie
bei der Verschiebung des Kolbens umläuft. Dies wird durch eine bekannte Kugelschrauben-Verbindung
.bewirkt, bestehend aus einer .Schraubennut 55 in der Spindel und einer andern Schraubennut
56 im Kolben 40, durch die eine Anzahl Kugeln 57 hindurchlaufen. die durch eine
Überleitung 58 zurückgeführt werden. So bewirkt eine Drehung .der Schraubspimdel
50 eine Verschiebung des Kolbens 40, während die Verschiebung deis Kolbens
4o eine Drehung der Schraubspin.del 5o erzeugt.
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Am Kopf 52 der Schraubspindel 5o sitzt ein becherförmiges Glied 6o,
das mit der Spindel umläuft. Dieses umfaßt den Kolben 40 und hat außen Kupplungszähne
61, die eingreifen können in entsprechende Kupplungszähne an einem Ende eines Kupplungsringes
62. In mehreren gleichachsigen Bohrungen im Glied 6o und im Kupplungsring 62 liegen
Druckfedern 63, die die beiden Glieder 6o und 62 auseinanderzutreiben suchen.
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In einer auf dem becherförmigen Glied 6o sitzenden Lagerbüchse 64
ist ein Schraubenrad 65 gelagert, das mit einer später beschriebenen Schnecke zusammenarbeitet
und einen zylindrischen Ansatz 66 hat, der auf den Kupplungsring 62 paßt. Am äußeren
Ende des zylindrischen Ansatzes 66 ist eine Anzahl von Kerben 67 angebracht, in
die radiale Klauen 68 des Kupplungsringes 62 fassen, so daß eine Triebverbindung
zwischen dem Schraubenrad 65 und dem Kupplungsring G2 besteht, der sich gegenüber
dem Ansatz 66 am :Schraubenrad 65 axial verschieben kann.
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Im Gehäuse ,ist eine Anzahl von Bohrungen 70, deren jede eine Schraubenfeder
71 enthält, die bedeutend stärker sind als die Federn 63. Alle Federn 71 drücken
auf einen abgedichteten ringförmigen Kolben 75, der in dem Ringraum 26 zwischen
der Gehäusewand und dem Zylinder 23 gleitet. Die Bewegung des Kolbens 75 unter der
Wirkung der Federn 71 ward begrenzt durch einen Anschlagring 76. Gegen einen anderen
Anschlagring 77 in' Zylinderraum 21 trifft ein Ansatz 78 an einer Büchse 79, die
in dem Raum 26 zwischen den beiden Anschlägen 76 und 77 gleitet. In mehrieren Bohrungen
dieser Büchse 79 gleiten Stifte 8o, die fest im Kolben 75- sitzen, so daß sie durch
diesen in der
Büchse 79 verschoben werden. Die Stifte 8o treffen
auf einen Stützring 85, der in dem zylindrischen Ansatz 78 des Gliedes 79 gleitet
und durch andere Teile Verbindung mit .dem Kupplungsring 62 hat. Die Federn 71 drücken
gewöhnlich den Kolben 75 im Zylinderraum 21 nach außen auf .den Kupplungsring 62
hin, so daß die Stifte 8o, indem sie durch die Büchse 79 gleiten, auf den Ring 85
treffen und ihn gegen den Kupplungsring 62 drücken bis an das auf der Welle So befestigte
becherförmige Glied 6o. Auf diese Weise wird dieses mit dem Kupplungsring 62 gekuppelt
und keine Bewegung dieser Teile gegeneinander zugelassen. Hierdurch wird die Drehung
der Schraubspindel So so lange verhindert, bis der Kupplungsring 62 ausgerückt wird.
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Bei Betrieb mit Druckflüssigkeit wird diese auf die eine oder andere
Seite des Kolbens- 40 in den Zylinder 23 eingeführt. Für die Verschiebung des Kolbens
im Zylinder ist es nötig, daß die Spindel 50 sich drehen kann, weil der Kolben
ohne Drehung der Spindel 5o sich nicht bewegen kann.
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Fig. 7 zeigt die Kanäle für die Zuführung der Druckflüssigkeit aus
den nicht dargestellten Rohrleitungen. Zur Verschiebung des Kolbenis nach rechts
wird Flüssigkeit in die Kammer 42 aus dem Raum 21 und dem Kanal go eingeführt (Fig.
7 und 8). Um diese Verschiebung des Kolbens 4o zu gestatten, muß die Kupplung zwischen
dem Kupplungsring 62 und dem becherförmigen Glied 6o ausgerückt werden. Zu diesem
Zweck wird durch den Kanal gi Druckflüssigkeit in den zum Teil vom Anschlagring
76 eingenommenen Raum 26 geleitet. Durch den Druck in diesem Raum wird .der Kolben
75 gegen die Federn 71 gedrückt, und die Stifte 8o werden von dem Druckring 85 weggezogen,
so daß dieser vom Druck der Federn 71 befreit wird. Nun werden die Federn 63 wirksam;
sie verschieben den Kupplungsring 62 und bringen die Kupplungszähne außer Eingriff.
Das becherförmige Glied 6o und die mit ihm verbundene Spindel 5o können sich infolgedessen
drehen, und der Kolben 40 kann sich unter dem Flüssigkeitsdruck bis zum Zylinderkopf
27 bewegen.
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Um den Kolben in umgekehrter Richtung zu verschieben, wird Druckflüssigkeit
in die Kammer 41 durch .den Kanal 92 (Fig. 5 und 7) eingeführt, der an einer Leitung
93 (Fig. 13) angeschlossen ist, die mit einem zum Zylinderraum 41 führenden, quer
verlaufenden Kanal 94 verbunden ist. Dieser Druck bewegt den Kolben vom Zylinderkopf
27 fort. Ähnlich wie vorher bei Arbeitsmittelzuführung in die Kammer 42 wird auch
bei Arbeitsmittelzuführung zur Kammer 41 Druckflüssigkeit durch den Kanal 9i zum
Ausrücken der Kupplung 6o, 62 zugeführt. Wenn einmal während der Verschiebung des
Kolbens der Flüssiigkeitsdruck in den Leitungen 9o, cli oder g2 abfällt oder versagt,
dann wird die Kupplung wieder eingerückt, die Drehung der Spindel 5o verhindert
und der Kolben 4o festgehalten.
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Wenn sich der Kolben 40 nach rechts bewegt, ,wird der Gabelkopf 48
nach außen geschoben und vergrößert dadurch die Länge des Aggregats; diese wird
verkleinert, wenn der Kolben 40 eingezogen wird.
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Während dieser Vorgänge wechseln die Wirkungen der Kanäle go und 92
ab. Wenn das Getriebe in der einen Richtung arbeitet, bildet der Kanal 9o den Zufluß
für das Arbeitsmittel und der Kanal 92 den Ausfluß, und umgekehrt.
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Für die elektrische Kraft im Hilfsantrieb wird ein Elektromotor ioo
gebraucht, der auf dem Gehäuse 2o angebracht ist und eine Zwischenwelle toi antreibt,
die durch ein Untersetzungsgetriebe zur Herabsetzung der Geschwindigkeit mit dem
Schraubenrad 65 verbunden ist. Wenn der Elektromotor ioo nicht in Betrieb ist, wird
er von der Welle ioi getrennt; sobald er aber unter Strom gesetzt wird, wird eine
zwischen Motor und Welle ioi eingebaute Magnetkupplung eingeschaltet, die dien Antrieb
überträgt. Eine Ausführungsform der elektromagnetischen Kupplung besteht aus einem
becherförmigen Teil 103 (Fig. i), der an der Motorwelle 102 befestigt ist
und in einem Magnetfeld umläuft, das von einem Magneten 104 erzeugt wird. Die Welle
ioi kann in einer Keilverbindung mit einer Ankerscheibe 1o5 gleiten, deren eine
Seite im Reibungseingriff steht mit einer Bremsscheibe io6, die am Gehäuse 2o befestigt
ist.
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Wenn der Elektromotor in Betrieb genommen wird, wird auch der Elektromagnet
104 unter Strom gesetzt, und das entstehende Magnetfeld zieht die Scheibe 105 an
zur Berührung mit dem becherförmigen Glied 103, das. mit dem Motor umläuft. Dadurch
kommt die Scheibe io5 außer Eingriff mit der Bremsscheibe io6 und läuft um mit der
Welle ioi und dem Motor.
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Wenn anderenfalls,der Motor außer Betrieb und der Elektromagnet ohne
Strom ist, bewegt eine zwischen das becherförmige Glied io3 und die Scheibe io5
eingebaute Feder 107 die Scheibe io5 weg vom becherförmigen Glied 103 und bringt
sie in Reibungs!schluß mit der Bremsscheibe io6, die unbeweglich am Gehäuse sitzt.
Dadurch wird die Welle ioi festgehalten gegen das von dem Schneckengetriebe 65 übertragene
Drehmoment.
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Das Zahnradgetriebe zwischen der Motortriebwelle ioi und dem Schneckengetriebe
65 enthält ein Ritzel i 1o (Eig.6), welches mit einem Zwischenrad i i i kämmt, das
wiederum im Eingriff steht mit einem anderen Zahnrad 112. Diese Zahnräder iio. i
i i und i 12 liegen außerhalb des Gehäuses 2o innerhalb einer Aussparung 113 im
Gehäusedeckel 114. Das Zahnrad 112 ist an einer Welle 118 befestigt, die ein Schneckenrad
i i g trägt, das in ein Schraubenrad i2o auf der Welle i2@i eingreift, die selbst
ein Schneckenrad 122 trägt. Dieses Schneckenrad 122 steht im Eingriff mit dem Schraubenrad
65,
das, wie vorher beschrieben, drehbar auf dem mit der Spindel So verbundenen
becherförmigen Glied 6o gelagert ist.
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Wenn darum der Motor ioo in Betrieb gesetzt und die Welle ioi durch
die elektromagnetische Kupplung angetrieben wird, treibt das Ritzel iio die Zahnräder
i i i und 112, die wiederum das
Schneckengetriebe iig und i2o bewegen.
Die Welle 121 mit dem Schneckenrad i2o läuft um, @so daß das Schneckenrad i22 das
Schraubenrad 65 antreibt. Zugleich mit dem Schraubenra.d65 läuft auch die Ringkupplung
62 um, vermöge der Klauenkupplung 68. Die Ringkupplung 62 wieder steht im Eingriff
mit dem becherförmigen Glied 6o auf der Spindel 5o, so daß diese gedreht wird und
den Kolben 40 im Zylinder bewegt in der einen oder anderen Richtung je nach dem
Drehsinn der Spindel 5o.
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Es ist zu beachten, daß während des Hilfs- oder Elektromotor-Betriebs
die Ringkupplung 62 in Triebverbindung mit dem Glied 6o auf der Spindel 5o bleibt;
daß aber während des Haupt- oder hydraulischen Betriebes, die Ringkupplung 62 außer
Eingriff mit dem Glied 6o gebracht ist, um die Drehung der Spindel 5o zu gestatten,
weil das Hilfsgetriebe, wenn es in Antriebsverbindung mit dem Schraubenrad 65 sgelassen
würde, die Drehung der Spindel 5o und damit die Verschiebung des Kolbens durch die
Druckflüssigkeit verhindern würde. Denn die Magnetscheibe io5 verhindert durch den
Reibungsschluß mit der Bremsscheibe io6 -zusammen mit dem zwischengeschalteten Rädergetriebe
die Drehung des Schraubenrades 65, während der Hilfsantrneb ausgeschaltet ist.
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Es sind auch Vorrichtungen zum Anhalten des Motors angeordnet, wenn
.der Kolben 40 seine Endlagen erreicht. In einer Aussparung 130 sind im Stromkreis
zwischen der Stromquelle und dein Elektromotor Grenzschalter angeordnet, von denen
in Fig. z nur einer, 131, dargestellt ist. Beim Öffnen dieser Schalter durch verschiebbare
Kolben wird der Motorstromkreis unterbrochen.
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In Fig: i i ist ein Schalter 135 dargestellt, der mit einer Stange
136 zusammenhängt, an der ein Finger 137 sitzt und die unter Wirkung einer Feder
138 steht. Aus sder Außenseite des Zylinders ragt ein verschiebbarer Plungerkolben
139 hervor, der den Finger 137 san der Stange 136 berührt und auf dessen inneres
Ende der Kolben 4o stößt, wenn er sich dem Ende seines Hubs nähert. Wenn der Kolben
4o so auf den Plungerkolben i39 trifft, wird dieser nach außen getrieben und nimmt
die Stange 136 entgegen der Feder 138 mit, so daß die Stange 136 den Schalter
135 öffnet und den Motorstromkreis. unterbricht.
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Um den Motor anzuhalten, wenn der Kolben 40 sich seiner anderen Endstellung
nähert, ist eine Stange r46 (Fig. 12) angeordnet, deren eines Ende auf einen zweiten
Schalter, 147, einwirkt. Eine Feder 148 hält die Stange 146 in ihrer normalen Lage.
Das andere Ende der Stange 146 trägt einen Finger 149. Wenn der Kolben 40 seine
innere Endstellung erreicht, trifft sein einstellbarer Bund 47 auf diesen Finger,
so daß die Stange 146 gegen die Feder 148 nach innen getrieben wird und den Schalter
147 verstellt, so daß der Motor angehalten wird. Durch die Verschiebung des Bundes,
47 auf dem Kolbenansatz 43 in der Längsrichtung kann der Zeitpunkt des öffnens des
Motorstromkreises eingestellt werden. In beeiden Stangen 136 und 146 sind Schlitze
für Stifte i5o, die deren Drehung verhindern und ihre Längsbewegung durch die Federn
138,und 148 begrenzen. An Stelle des dargestellten Gestänges können auch andere
mechanische Mittel zur Einwirkung des Kolbens auf die Schalster angewendet werden.
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Die Einrichtung enthält auch Mittel zur Fernanzeige der jederzeitigen
Lage des Kolbens im Zylinder. Ein bevorzugtes Gerät ist ein Potentiometer, dessen
Drehung an einem entfernten Punkt angezeigt wird. Ein solches Potentiometer 33 hat
einen Wellenzapfen 16o (Fig: io), der sich durch eine Bohrung im Gehäusedeckel
30 in eine zentrale Bohrung 161 der Spindel 5o erstreckt und mit einem Rohr
162. verbunden ist, 'das in einem Lager 163 am Ende der Spindel 5o ruht. Das Rohr
162 hat einen schraubenförmigen Schlitz 165 von weniger als einer Umdrehung auf
seine ganze Länge. Eine im Block 4.6 der Spindel 5o befestigte Stange 168 erstreckt.sich
-durch das Rohr 162 bis kurz vor dessen entgegengesetztes Ende; sie trägt einen
Zapfen 169, der in den schraubenförmigen Schlitz 165 faßt. So wird, wenn der Kolben
40 sich auswärts bewegt, die Stange 168 axial im Rohr 162, verschoben; der Zapfen
169 gleitet dabei im Schlitz 165 und dreht langsam das Rohr i62. Mit dem Rohr 162,
dreht sich das Element 33, das ein Potentiometer ad. dgl. sein kann, das dem Betriebsleiter
die Lage des Kolbens 40 im Zylinder 23 anzeigt.