EP2617647B1 - Ver- und Entriegelungssystem mit reversibler Auslösemöglichkeit zum vorteilhaften Einsatz in Stellsystemen (Aktoren) - Google Patents

Ver- und Entriegelungssystem mit reversibler Auslösemöglichkeit zum vorteilhaften Einsatz in Stellsystemen (Aktoren) Download PDF

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EP2617647B1
EP2617647B1 EP13000175.3A EP13000175A EP2617647B1 EP 2617647 B1 EP2617647 B1 EP 2617647B1 EP 13000175 A EP13000175 A EP 13000175A EP 2617647 B1 EP2617647 B1 EP 2617647B1
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EP
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locking
unlocking
linkage
transmission
unlocking system
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Thomas Klaffert
Walter Hetzer
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MBDA Deutschland GmbH
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MBDA Deutschland GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
    • F42B10/60—Steering arrangements
    • F42B10/62—Steering by movement of flight surfaces
    • F42B10/64—Steering by movement of flight surfaces of fins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
    • F42B10/02—Stabilising arrangements
    • F42B10/14—Stabilising arrangements using fins spread or deployed after launch, e.g. after leaving the barrel

Definitions

  • the present invention relates to a locking and unlocking system according to the preamble of claim 1.
  • Such a mechanism is known from GB491337 A known.
  • Actuators have a very wide range of applications (for example industrial and plant engineering, aerospace, shipbuilding, automotive, defense technology). In most cases, actuating systems have two different main operating modes to be repeatedly commanded: “Activated” (controlled tracking of the output under load) and “Deactivated”.
  • control variables at the output of control systems are generally mechanical variables (for example, travel, angle, force, torque).
  • Modern control systems as a link between higher-level computers and the technical-physical processes to be controlled, are a powerful synthesis of mechanics, electronics and computer science. They are also referred to as mechatronic systems.
  • this "locked” state is maintained for a defined period of time throughout the critical phases of operation and is then canceled on command and transferred to the "unlocked” state to enable, for example, "active" mode.
  • the displacement of the locking / unlocking point from the mechanical output of the control system for example, at the entrance of a frequently existing transmission facilitating effect.
  • the loads to be overcome at the blocking point during the locking / unlocking process are reduced, at the same time the unwanted mechanical lots are increased towards the exit because of an unavoidable play in the kinematic chain (gearbox, linkage).
  • all of the locking point downstream gear members are exposed undefined external loads, which can lead to increased demands on the design of the gear members.
  • the Fig. 1 shows the connections mentioned here in connection with the construction of a control system schematically based on a block diagram.
  • the object of the invention is to provide a generic locking and unlocking system in such a way that its properties meet the requirements imposed under the conditions found without a scheme and without an oversized actuator with the simplest structure almost without compromise and complete.
  • this locking and unlocking system with reversible releasability, with at least one locking / unlocking element which is movable between a locking position and an unlocking position, at least one actuating member and at least one transmission kinematics acting on the at least one locking / unlocking element, wherein the transmission kinematics are at least a kinematics member, and is configured so that it can assume at least two dead center, the transmission kinematics is formed so that it occupies a first dead center in the locked position and a second dead center in the unlocked position, and at least one of the kinematics is in at least one kinematical effective direction dimensioned so that the transmission kinematics can move beyond their respective dead center.
  • the advantage of the locking and unlocking system according to the invention is that it can be realized as a so-called "off-the-shelf" solution with available standard components Unlocking operation can be unregulated, which also brings a cost advantage and also increases the reliability Components according to the invention required locking and unlocking is reduced compared to the prior art, whereby the reliability increases and the costs decrease.
  • Another advantage of the locking and unlocking system according to the invention is that it is easily adaptable to changing requirements.
  • the actuators and the locking elements can be mutually matched in a simple manner.
  • the locking and unlocking system according to the invention is suitable for different technologies, for example for an electric, pneumatic or hydraulic actuation.
  • the transmission kinematics on four kinematics members and is constructed as a four-link coupling mechanism.
  • At least one kinematics element of the transmission kinematics can be changed in a defined manner with respect to an effective kinematic dimension.
  • the defined variability of the effective kinematic dimension is brought about by a predetermined longitudinal rigidity of the kinematics member.
  • At least one stop for the kinematics member is provided which limits a movement of the kinematics member permitted by the defined variability of the kinematic effective dimension.
  • a plurality of transmission kinematics is provided, which are necessarily synchronized via at least one connecting member.
  • the connecting member is mounted self-centering.
  • a further preferred embodiment of the present invention is characterized in that the transmission behavior of the kinematics can be optimally adapted to the existing load conditions during locking / unlocking by synthesizing its kinematic dimensions.
  • Fig. 1 is a typical block diagram of a control system with possible positions for providing a lock / unlock point shown.
  • Fig. 2 shows in a schematic way the function of the locking and unlocking system according to the invention.
  • harmonization kinematics transmission kinematic invention arbitrarily found unregulated full load characteristics of actuators can be optimally adapted to the required by the locking elements load and kinematics specifications.
  • Fig. 3 shows a practical application of the locking and unlocking system according to the invention in a missile positioning system.
  • the reference numeral 2 denotes a bolt
  • the reference numeral 1 the bolt axis
  • the reference numeral 3 a central Torquer.
  • the right diagram in Fig. 3 shows the solution concept according to the invention, wherein the reference numeral L denotes the torque ratio in breakaway area.

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  • Fluid Mechanics (AREA)
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Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ver- und Entriegelungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Mechanismus ist aus der GB491337 A bekannt.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Stellsysteme (Aktoren) haben ein sehr breites Anwendungsspektrum (zum Beispiel Industrie- und Anlagenbereich, Luft- und Raumfahrt, Schiffsbau, Kfz-Bereich, Verteidigungstechnik). Stellsysteme haben im Einsatz zumeist zwei unterschiedliche, wiederholbar zu kommandierende Haupt-Betriebsarten: "Aktiviert" (geregelte Nachführung des Ausganges unter Last) und "Deaktiviert".
  • Im Zustand "Aktiviert" sind die Regelgrößen am Ausgang von Stellsystemen im allgemeinen mechanische Größen (zum Beispiel Weg, Winkel, Kraft, Drehmoment). Die dem Antrieb des Stellsystems (Leistungswandler) zugeführte Hilfsenergie, die beispielsweise elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch sein kann, wird in mechanisches Arbeitsvermögen gewandelt. Moderne Stellsysteme sind als Bindeglied zwischen übergeordneten Rechnern und den zu regelnden technischphysikalischen Prozessen eine leistungsfähige Synthese aus Mechanik, Elektronik und Informatik. Sie werden auch als mechatronische Systeme bezeichnet.
  • Im Gegensatz zu unterstützenden Stellsystemen im Automobilbereich, wo gegebenenfalls durch Freiläufe eine Notfunktion durch manuelle Betätigung (beispielsweise zu Abschleppzwecken) gewährleistet sein muss, wird von mechatronischen Stellsystemen im Zustand "Deaktiviert" ein definierter Zustand gefordert, in dem zumeist eine starre und spielfreie "Blockierung" auch unter dem Einfluss aller äußeren statischen und dynamischen Betriebslasten ermöglicht wird. Dies wird herkömmlicherweise zum Beispiel durch die Installation zusätzlicher Sicherheitsbremsen, Feststellbremsen, Sperrklinken oder Rückschlagventile erreicht, sofern der Antriebsstrang keine selbsthemmenden Eigenschaften aufweist. Spezielle Einsatzfälle erfordern gleichzeitig die genaue und eindeutige Einhaltung bestimmter Stellungen des Antriebsstrangs, also eine an- und abtriebsseitige Positionierung, die auch im Falle unbeabsichtigter oder fehlerhafter Ansteuerung des Antriebs strikt eingehalten werden muss. Diese Art einer "Verriegelung" ist häufig Teil eines Sicherheitskonzeptes in besonders kritischen Betriebsphasen und erfordert höchste Zuverlässigkeit.
  • Bei derzeitigen Anwendungen wird dieser "verriegelte" Zustand über einen definierten Zeitraum über die kritischen Betriebsphasen hinweg aufrecht erhalten und ist anschließend auf Kommando aufzuheben und in den Zustand "Entriegelt" zu überführen, um beispielsweise die Betriebsart "Aktiv" zu ermöglichen.
  • Der Übergang "Verriegelt" in "Entriegelt" und umgekehrt erfolgt zumeist unter erschwerten Bedingungen, bei denen Folgendes auftritt:
    • hohe äußere Lasten am Stellsystemausgang,
    • limitierte Hilfsleistung zur Ausführung der Transfervorgänge,
    • sehr kurze Schaltzeiten, speziell beim Entriegeln,
    • höchste Funktionszuverlässigkeit unter extremen Umweltbedingungen, insbesondere beim Entriegeln,
    • passive Beibehaltung der Zustände Ver-/ Entriegelt (ohne Energiezufuhr),
    • Synchronisationsmöglichkeit (zeitlich und örtlich) mit weiteren Antriebssträngen des Stellsystems.
  • Die gleichzeitige Berücksichtigung aller einzelnen Bedingungen führt überwiegend zu widersprüchlichen Lösungsansätzen. Um einige dieser Bedingungen einzuhalten, sind mit einem konservativen Aufbau außerdem technisch aufwändige und teure Lösungsausführungen notwendig, die dadurch im Widerspruch zur Forderung nach höchstmöglicher Funktionszuverlässigkeit stehen.
  • Diesbezüglich kann sich beispielsweise die Verlagerung der Ver-/ Entriegelungsstelle vom mechanischen Ausgang des Stellsystems zum Beispiel an den Eingang eines häufig vorhandnen Getriebes erleichternd auswirken. Dadurch werden zwar die an der Blockierstelle beim Ver-/Entriegelungvorgang zu überwindenden Lasten reduziert, aber gleichzeitig wird die unerwünschte mechanische Lose wegen eines unvermeidlichen Spiels in der kinematischen Kette (Getriebe, Gestänge) zum Ausgang hin erhöht. Zudem werden alle der Verriegelungsstelle nachgeschalteten Getriebeglieder undefinierten äußeren Lasten ausgesetzt, was zu erhöhten Forderungen bezüglich der Auslegung der Getriebeglieder führen kann. Die Fig. 1 zeigt die hier angesprochenen Zusammenhänge in Verbindung mit dem Aufbau eines Stellsystems schematisch anhand eines Blockschaltbilds.
  • Prinzipiell bestehen bekannte, wiederholbar betätigbare Ver-/EntriegelungsSysteme fast ausnahmslos aus:
    • einer zumeist elektrischen Ansteuereinheit;
    • Betätigungsorganen, in denen die nach Kommando zur Verbeziehungsweise Entriegelung bereitgestellte Hilfsenergie (hydraulisch, pneumatisch, elektrisch) in mechanische Arbeit umgesetzt wird;
    • den eigentlichen mechanischen Riegelelementen;
    • den "mechanischen Verbindungen" zwischen den Betätigungsorganen und den Riegelelementen;
    • Sensorelementen zur Anzeige des Zustandes (zum Beispiel "Verriegelt")
  • Die Vollast-Arbeitskennlinien von Standard-Betätigungselementen weichen zumeist erheblich von den an den Riegelelementen vorgefundenen Lastverläufen ab. Typisch sind initial sehr hohe Ausklinklasten und nachfolgend notwendige sehr hohe Beschleunigungswerte, um in der Betriebsart "Aktiv" unerwünschte Kollisionen an den Riegelelementen zu vermeiden. Bekannte Lösungen kombinieren überdimensionierte Betätigungselemente mit einer Regelung des Ent-/ Verriegelungsvorganges.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes Ver- und Entriegelungssystem so auszugestalten, dass dessen Eigenschaften die gestellten Anforderungen unter den vorgefundenen Bedingungen ohne eine Regelung und ohne ein überdimensioniertes Betätigungselement unter einfachstem Aufbau nahezu kompromissfrei und vollständig erfüllen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bei diesem erfindungsgemäßen Ver- und Entriegelungssystem mit reversibler Auslösbarkeit, mit zumindest einem Ver-/Entriegelungselement, das zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition bewegbar ist, zumindest einem Betätigungsorgan und zumindest einer auf das zumindest eine Ver-/Entriegelungselement einwirkenden Übertragungskinematik, wobei die Übertragungskinematik zumindest ein Kinematikglied aufweist, und so ausgebildet ist, dass sie zumindest zwei Totpunktlagen einnehmen kann, ist die Übertragungskinematik so ausgebildet, dass sie eine erste Totpunktlage in der Verriegelungsposition und eine zweite Totpunktlage in der Entriegelungsposition einnimmt, und zumindest eines der Kinematikglieder ist in zumindest einer kinematisch wirksamen Richtung derart dimensioniert, dass sich die Übertragungskinematik über ihre jeweilige Totpunktlage hinaus bewegen kann.
    • VORTEILE
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen Ver- und Entriegelungssystems besteht darin, dass eine Realisierung als sogenannte "of-the-shelf'-Lösung mit verfügbaren Standardkomponenten möglich ist. Das Vorsehen überdimensionierter Betätigungselemente kann vermieden werden, wodurch keine unnötig hohe Kostensteigerung auftritt. Der Ver- und Entriegelungsvorgang kann ungeregelt erfolgen, was ebenfalls einen Kostenvorteil mit sich bringt und zudem die Funktionssicherheit erhöht. Die Anzahl der für die Realisierung des erfindungsgemäßen Ver- und Entriegelungssystems erforderlichen Komponenten ist gegenüber dem Stand der Technik reduziert, wodurch die Zuverlässigkeit steigt und die Kosten sinken. Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Ver- und Entriegelungssystem ist außerdem, dass es leicht an geänderte Anforderungen anpassbar ist. Die Betätigungsorgane und die Riegelelemente können auf einfache Weise wechselseitig aufeinander abgestimmt werden. Zudem ist das erfindungsgemäße Ver- und Entriegelungssystem für unterschiedliche Technologien, beispielsweise für eine elektrische, pneumatische oder hydraulische Betätigung geeignet.
  • Vorzugsweise weist die Übertragungskinematik vier Kinematikglieder auf und ist als viergliedriger Koppelmechanismus aufgebaut.
  • Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn zumindest zwei miteinander verbundene Kinematikglieder des viergliedrigen Koppelmechanismus' während der Bewegung des Ver-/Entriegelungselements aus der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition oder aus der Entriegelungsposition in die Verriegelungsposition eine Strecklage oder eine Decklage durchfahren.
  • Erfindungsgemäß ist zumindest ein Kinematikglied der Übertragungskinematik bezüglich einer wirksamen kinematischen Abmessung definiert veränderbar.
  • Erfindungsgemäß wird die definierte Veränderbarkeit der wirksamen kinematischen Abmessung durch eine vorgegebene Längssteifigkeit des Kinematikglieds bewirkt.
  • Erfindungsgemäß ist zumindest ein Anschlag für das Kinematikglied vorgesehen, der eine von der definierten Veränderbarkeit der kinematisch wirksamen Abmessung zugelassene Bewegung des Kinematikglieds begrenzt.
  • Erfindungsgemäß ist eine Mehrzahl von Übertragungskinematiken vorgesehen, die über zumindest ein Verbindungsglied zwangsläufig synchronisierbar sind.
  • Vorzugsweise ist das Verbindungsglied selbstzentrierend gelagert.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sich das Übertragungsverhalten der Kinematik durch Synthese seiner kinematischen Abmessungen optimal an die vorliegenden Lastbedingungen beim Ver-/Entriegeln anpassen lässt.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    ein typisches Blockschaltbild eines Stellsystems und mögliche Positionen zum Vorsehen einer Ver-/Entriegelungsstelle;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung der Funktion des erfindungsgemäßen Ver- und Entriegelungssystems; und
    Fig. 3
    eine Darstellung einer Anwendung des erfindungsgemäßen Ver- und Entriegelungssystems in einem Flugkörperstellsystem.
    DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • In Fig. 1 ist ein typisches Blockschaltbild eines Stellsystems mit möglichen Positionen zum Vorsehen einer Ver-/Entriegelungsstelle dargestellt.
  • Fig. 2 zeigt in schematischer Weise die Funktion des erfindungsgemäßen Ver- und Entriegelungssystems.
  • Durch die als Harmonisierungskinematik bezeichnete erfindungsgemäße Übertragungskinematik können beliebig vorgefundene ungeregelte Volllastkennlinien von Betätigungsorganen auf die seitens der Riegelelemente geforderten Last- und Kinematikvorgaben optimal abgestimmt werden.
  • Fig. 3 zeigt eine praktische Anwendung des erfindungsgemäßen Ver- und Entriegelungssystems in einem Flugkörperstellsystem. Darin bezeichnet das Bezugszeichen 2 einen Riegel, das Bezugszeichen 1 die Riegelachse und das Bezugszeichen 3 einen zentralen Torquer. Das rechte Schaubild in Fig. 3 zeigt das erfindungsgemäße Lösungskonzept, wobei das Bezugszeichen L die Momentenübersetzung im Losbrechbereich bezeichnet.

Claims (4)

  1. Ver- und Entriegelungssystem mit reversibler Auslösbarkeit, mit
    - zumindest einem Ver-/Entriegelungselement, das zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition bewegbar ist,
    - zumindest einem Betätigungsorgan und
    - zumindest einer auf das zumindest eine Ver-/Entriegelungselement einwirkenden Übertragungskinematik, wobei die Übertragungskinematik zumindest ein Kinematikglied aufweist, und so ausgebildet ist, dass sie zumindest zwei Totpunktlagen einnehmen kann, wobei die Übertragungskinematik so ausgebildet ist, dass sie eine erste Totpunktlage in der Verriegelungsposition und eine zweite Totpunktlage in der Entriegelungsposition einnimmt,
    - und zumindest eines der Kinematikglieder in zumindest einer kinematisch wirksamen Richtung derart dimensioniert ist, dass sich die Übertragungskinematik üher ihre jeweilige Totpunktlage hinaus bewegen kann, dadurch gekennzeichnet,
    - dass zumindest ein Kinematikglied der Übertragungskinematik bezüglich einer wirksamen kinematischen Abmessung definiert veränderbar ist, wobei die definierte Veränderbarkeit der wirksamen kinematischen Abmessung durch eine vorgegebene Längssteifigkeit des Kinematikglieds bewirkt wird, zumindest ein Anschlag für das Kinematikglied vorgesehen ist, der eine von der definierten Veränderbarkeit der kinematisch wirksamen Abmessung zugelassene Bewegung des Kinematikglieds begrenzt, und eine Mehrzahl besagter Übertragungskinematiken () vorgesehen ist, die über zumindest ein Verbindungsglied zwangsläufig synchronisierbar sind.
  2. Ver- und Entriegelungssystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Übertragungskinematik vier Kinematikglieder aufweist und als viergliedriger Koppelmechanismus aufgebaut ist.
  3. Ver- und Entriegelungssystem nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest zwei miteinander verbundene Kinematikglieder des viergliedrigen Koppelmechanismus' während der Bewegung des Ver-/Entriegelungselements aus der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition oder aus der Entriegelungsposition in die Verriegelungsposition eine Strecklage oder eine Decklage durchfahren.
  4. Ver- und Entriegelungssystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verbindungsglied selbstzentrierend gelagert ist.
EP13000175.3A 2012-01-18 2013-01-14 Ver- und Entriegelungssystem mit reversibler Auslösemöglichkeit zum vorteilhaften Einsatz in Stellsystemen (Aktoren) Active EP2617647B1 (de)

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EP2617647A3 EP2617647A3 (de) 2017-11-08
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