DE202021105127U1

DE202021105127U1 - Mehrstufig verriegelbarer Aktuator

Info

Publication number: DE202021105127U1
Application number: DE202021105127.2U
Authority: DE
Original assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Current assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date: 2021-09-23
Filing date: 2021-09-23
Publication date: 2023-01-03
Anticipated expiration: 2031-09-24
Also published as: DE102022118211A1

Abstract

Mehrstufig verriegelbarer Aktuator umfassend:
- ein Aktuatorgehäuse (2) mit einer darin verschiebbar gelagerten Kolbenstange (1), wobei die Kolbenstange (1) entlang ihrer Längsachse radial abgestuft ist,
- einen mechanisch mit der Kolbenstange (1) zusammenwirkenden Verriegelungsmechanismus mit mindestens einem relativ zur Kolbenstange (1) radial bewegbar gelagerten Verriegelungselement (7), welcher dazu ausgebildet ist, die Kolbenstange (1) in einer ersten Verriegelungsposition, die durch eine axiale Verschiebung in eine Verriegelungsrichtung (30) erreichbar ist, selbstständig zu verriegeln (erste Verriegelungsstufe) und die Kolbenstange (1) in einer zweiten Verriegelungsposition, die durch eine in Verriegelungsrichtung (30) fortgesetzte Verschiebung erreichbar ist, selbstständig zu verriegeln (zweite Verriegelungsstufe), wobei die Verriegelungsstufen jeweils eine Verschiebung der Kolbenstange (1) in eine der Verriegelungsrichtung (30) entgegengesetzte Entriegelungsrichtung blockieren, indem das Verriegelungselement (7) mit Abstufungen der Kolbenstange (1) zusammenwirkt, und
- einen mechanisch mit dem Verriegelungsmechanismus und mit der Kolbenstange (1) zusammenwirkenden Kontrollmechanismus, welcher dazu ausgebildet ist, in der ersten Verriegelungsposition eine in die Verriegelungsrichtung (30) fortgesetzte Verschiebung der Kolbenstange (1) bei einer nicht korrekt erfolgten Verriegelung zu blockieren und bei einer korrekt erfolgten Verriegelung zuzulassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrstufig verriegelbaren Aktuator, insbesondere einen mehrstufigen hydromechanischen Verriegelungsaktuator mit Überwachungsfunktion, mit einem Aktuatorgehäuse, einer darin verschiebbar gelagerten, abgestuften Kolbenstange sowie einem zweistufigen Verriegelungsmechanismus und einem Kontrollmechanismus, welche sowohl mechanisch mit der abgestuften Kolbenstange zusammenwirken als auch mechanisch miteinander gekoppelt sind.
Verriegelbare Aktuatoren wie z.B. Linearzylinder sind aus dem Stand der Technik bekannt und finden in vielfältigen Anwendungen Verwendung. Beispielsweise kommt zur sicheren Verriegelung von Frachttüren bei Flugzeugen, (engl. „Aircraft Cargo Door“) häufig ein sogenannter Verriegelungsaktuator bzw. „Latch Actuator“ zum Einsatz, der z. B. die Betätigung einer frachttürseitigen Nockenwelle vornimmt und durch deren Rotation die Frachttür gegen ein ungewolltes Öffnen absichert.
In derartigen sicherheitsrelevanten Applikationen müssen die Verriegelungsaktuatoren gegen ein ungewolltes bzw. unkontrolliertes Bewegen der Kolbenstange sowie gegenüber externen Zuglasten abgesichert sein. Zudem sollte der Verriegelungsstatus überprüfbar sein („Lock Indication“).
Bekannte Systeme zur Verriegelung von linearen Hydraulikaktuatoren setzen typischerweise auf elektronische Sensoren wie Näherungssensoren oder Schalter, die durch einen Verriegelungsmechanismus betätigt werden. Dies fordert jedoch einen erhöhten Platzbedarf am Gerät und ist auch in kommerzieller Hinsicht nachteilhaft. Elektronische Sensoren und Schalter sind zudem üblicherweise nicht in redundanter Bauweise vorgesehen oder dementsprechend in mehrfacher Ausführung verbaut, wodurch bereits der Fehler eines einzelnen Sensors zu einer fehlerhaften Anzeige des Aktuatorzustands „verriegelt“ führen könnte.
Bei den bekannten Verriegelungssystemen führt eine Fehlfunktion der verwendeten Näherungssensoren oder Schalter somit gegebenenfalls zu einem unerkannten Fehler. Dadurch könnte eine sichere Verriegelung angezeigt werden, obwohl sich der Mechanismus nicht in seiner korrekt verriegelten Position befindet.
Am Beispiel einer Flugzeugfrachttür könnte dies bedeuten, dass ein extern an der Frachttür angebrachte manuelle Hebel („Manual Lever“) geschlossen werden kann, da die durch den Verriegelungsaktuator betätigte Nockenwelle ihre Endposition erreicht, obwohl die Verriegelung nicht ordnungsgemäß erfolgt ist. Die Frachttür wäre in diesem Zustand nicht gegenüber der Flugzeugstruktur sicher verriegelt. Das Szenario einer nicht gesicherten Frachttür während des Flugs wäre somit denkbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verriegelbaren Aktuator bereitzustellen, der die oben genannten Nachteile überwindet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Demnach wird ein mehrstufig verriegelbarer Aktuator vorgeschlagen, welcher ein Aktuatorgehäuse, eine innerhalb des Aktuatorgehäuses verschiebbar gelagerte Kolbenstange, einen mit der Kolbenstange mechanisch zusammenwirkenden Verriegelungsmechanismus und einen mechanisch mit der Kolbenstange zusammenwirkenden Kontrollmechanismus umfasst.
Die Kolbenstange ist entlang ihrer Längsachse radial abgestuft, d.h. sie weist axial aufeinanderfolgende Bereiche unterschiedlicher Durchmesser auf. Der Begriff „abgestuft“ ist dabei nicht so zu verstehen, dass die Bereiche unterschiedlicher Durchmesser abrupt ineinander übergehen müssen (beispielsweise durch 90°-Kanten). Vielmehr können die Übergangsbereiche abgeschrägt, abgerundet oder anderweitig geformt sein.
Der Verriegelungsmechanismus umfasst erfindungsgemäß mindestens ein relativ zur Kolbenstange radial bewegbar gelagertes Verriegelungselement und ist dazu ausgebildet, die Kolbenstange in einer ersten Verriegelungsposition selbstständig zu verriegeln (erste Verriegelungsstufe) und anschließend die Kolbenstange in einer zweiten Verriegelungsposition selbstständig zu verriegeln (zweite Verriegelungsstufe). Es handelt sich also wenigstens um einen zweistufigen, mechanischen Verriegelungsmechanismus.
Die Verriegelung erfolgt zudem selbstsichernd, d.h. die Verriegelungsstufen müssen nicht etwa manuell, elektronisch oder hydraulisch betätigt werden, sondern die Verriegelung erfolgt automatisch.
Die erste Verriegelungsposition, in der die Aktivierung der ersten Verriegelungsstufe erfolgt, wird ausgehend von einer entriegelten Position der Kolbenstange dadurch erreicht, dass die Kolbenstange axial, d.h. entlang ihrer Längsachse in eine Verriegelungsrichtung verschoben wird. Die Verschiebung kann aufgrund einer Beaufschlagung eines Kolbens mit Hydraulikdruck erfolgen. Die zweite Verriegelungsposition, in der die Aktivierung der zweiten Verriegelungsstufe erfolgt, wird dadurch erreicht, dass die Kolbenstange ausgehend von der ersten Verriegelungsposition weiter in Verriegelungsrichtung verschoben wird, d.h. durch eine fortgesetzte Bewegung in Verriegelungsrichtung.
Die beiden Verriegelungsstufen blockieren jeweils eine Verschiebung der Kolbenstange in eine der Verriegelungsrichtung entgegengesetzte Entriegelungsrichtung, indem das mindestens eine Verriegelungselement mit Abstufungen (bzw. mit Kanten oder Übergangsbereichen zwischen unterschiedlich abgestuften Abschnitten) der Kolbenstange zusammenwirkt. Insbesondere wird eine derartige Bewegung der Kolbenstange dadurch formschlüssig blockiert, dass das mindestens eine Verriegelungselement gegen einen durch das abgestufte Außenprofil der Kolbenstange gebildeten Anschlag stößt.
Der Kontrollmechanismus ist erfindungsgemäß dazu ausgebildet, in der ersten Verriegelungsposition eine in die Verriegelungsrichtung fortgesetzte Verschiebung der Kolbenstange bei einer nicht korrekt erfolgten, d.h. fehlerhaften Verriegelung zu blockieren und bei einer korrekt erfolgten Verriegelung (= Normalbetrieb) zuzulassen.
Der Kontrollmechanismus und der Verriegelungsmechanismus wirken erfindungsgemäß mechanisch zusammen, d.h. sie sind mechanisch miteinander gekoppelt. Erfolgt die Verriegelung des ersten Verriegelungsmechanismus nicht oder nicht korrekt, so blockiert der Kontrollmechanismus aufgrund der mechanischen Kopplung mit dem Verriegelungsmechanismus eine weitere Bewegung der Kolbenstange in die zweite Verriegelungsposition.
Dadurch wird vermieden, dass die Kolbenstange trotz fehlerhafter bzw. nicht erfolgter Verriegelung der ersten Verriegelungsstufe in die zweite Verriegelungsposition bewegt werden und dadurch der Zustand „Aktuator verriegelt“ angezeigt werden kann. Ein Erreichen der zweiten Verriegelungsposition und somit eine vollständige Verriegelung ist nur möglich, wenn die Verriegelung der ersten Verriegelungsstufe korrekt erfolgt ist.
Diese mechanische Regelung der zweifachen Aktuatorverriegelung ermöglicht insbesondere eine rein mechanische Funktionsprüfung der ersten Verriegelungsstufe, ohne Verwendung elektronischer Komponenten wie Sensoren oder Schalter. Der Verriegelungsmechanismus benötigt daher weniger Bauraum und kann ohne Weiteres redundant ausgeführt werden. Ein weiterer Vorteil ist die erhöhte Absicherung gegen eine fehlerhafte Anzeige des verriegelten Zustands. Während bei bekannten Verriegelungssystemen typischerweise die Verriegelung über Schalter oder Näherungssensoren angezeigt wird, erfolgt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Anzeige des verriegelten Zustands insbesondere über die Position der Kolbenstange (wird die zweite Verriegelungsposition erreicht, bedeutet dies, dass die erste Verriegelungsstufe auch wirklich aktiv ist).
Sollte die erste Verriegelungsstufe dagegen nicht aktiv werden, so wird eine weitere Bewegung der Kolbenstange und damit das Erreichen der zweiten Verriegelungsstufe verhindert. Diese Position ist insbesondere für die Lock Indication relevant. Sollte der Aktuator die Kolbenstange weiterbewegen können, ohne dass die erste Verriegelungsstufe aktiv wird, so könnte im Falle einer Anwendung bei einer Flugzeugfrachttür beispielsweise ein extern an der Frachttür angebrachter manueller Hebel geschlossen werden, da eine durch den Aktuator betätigte Nockenwelle ihre Endposition erreicht. Die Frachttür wäre in diesem Zustand nicht gegenüber der Flugzeugstruktur verriegelt. Dieses Szenario ist durch den erfindungsgemäßen Verriegelungsmechanismus mit rein mechanischer Überprüfung der Aktuatorverriegelung (Lock Indication) ausgeschlossen.
Der erfindungsgemäße Aktuator besitzt vorzugsweise genau zwei Verriegelungsstufen. Dabei ist der Aktuator bevorzugt vollständig (in der zweiten Verriegelungsstufe) verriegelt, wenn die Kolbenstange vollständig eingefahren ist, während der Aktuator bei ausgefahrener Kolbenstange entriegelt ist. Allerdings kann es sich prinzipiell auch umgekehrt verhalten, sodass der Aktuator bei vollständig eingefahrener Kolbenstange entriegelt ist. Ebenfalls sind weitere Verriegelungsstufen denkbar, beispielsweise eine dritte Verriegelungsstufe nach Erreichen der zweiten Stufe usw.
Der Begriff der Verriegelungsposition ist hierbei insbesondere nicht so zu verstehen, dass es sich dabei um eine einzige axiale Position bzw. Stellung der Kolbenstange handeln muss. Vielmehr können unter einer Verriegelungsposition insbesondere mehrere Positionen bzw. Stellungen innerhalb eine bestimmten Positionsintervalls verstanden werden (beispielsweise, wenn sich das Verriegelungselement innerhalb eines bestimmten Bereichs der Kolbenstange befindet, welcher breiter ist als das Verriegelungselement). Somit kann beispielsweise die Kolbenstange noch um eine bestimmte Distanz bewegbar sein, wenn sie sich in der ersten oder zweiten Verriegelungsposition befindet.
In einer möglichen Ausführungsform ist ein elastisches Element vorgesehen, welches das mindestens eine Verriegelungselement radial in Richtung Kolbenstange drückt. Vorzugsweise wirkt das elastische Element nicht direkt auf das Verriegelungselement, sondern über einen Mechanismus, der die axial bzw. in Verriegelungsrichtung wirkende Kraft des elastischen Elements in eine radial in Richtung Kolbenstange wirkende Kraft umwandelt. Im Normalbetrieb steht das mindestens eine Verriegelungselement in Kontakt mit der abgestuften Außenumfangseite der Kolbenstange. Vorzugsweise ist das mindestens eine Verriegelungselement in einer die Kolbenstange umgebenden ersten Führungsbuchse gelagert. Bei dem elastischen Element handelt es sich insbesondere um eine Feder bzw. Druckfeder, welche vorzugsweise koaxial zur Kolbenstange angeordnet ist und diese umgibt.
Das mindestens eine Verriegelungselement kann im Wesentlichen bolzenförmig ausgestaltet sein und eine oder mehrere Wirkflächen aufweisen, die mit den Abstufungen der Kolbenstange zusammenwirkt / zusammenwirken. Es sind jedoch auch andere Formen denkbar. So kann das Verriegelungselement beispielsweise ebenfalls durch eine Wälzlagerkugel gebildet sein, die über die Abstufungen der Kolbenstange (welche beispielsweise schiefe Ebenen bzw. schräge Übergangsbereiche umfassen kann) rollt.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kontrollmechanismus ein relativ zur Kolbenstange radial bewegbar gelagertes Kontrollelement umfasst, welches mit der abgestuften Außenumfangseite der Kolbenstange mechanisch zusammenwirkt. Das Kontrollelement ist vorzugsweise in einer die Kolbenstange umgebenden zweiten Führungsbuchse gelagert. Die zuvor angesprochene Feder kann sich an der zweiten Führungsbuchse abstützen. Es kann entweder ein einzelnes Kontrollelement oder aber mehrere Kontrollelemente vorgesehen sein. Im Falle mehrerer Kontrollelemente lässt sich somit ein redundanter Kontrollmechanismus realisieren, was insbesondere für sicherheitsrelevante Anwendungen vorteilhaft sein kann.
Das Kontrollelement kann ebenfalls bolzenförmig ausgestaltet sein und eine oder mehrere Wirkflächen aufweisen. Auch hier sind aber andere Formen denkbar, beispielsweise eine Ausgestaltung als Wälzlagerkugel wie oben beschrieben.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist eine die Kolbenstange zumindest teilweise umgebende Verriegelungshülse vorgesehen, welche relativ zum Aktuatorgehäuse und zur Kolbenstange entlang der Verriegelungsrichtung (d.h. parallel zur Längsachse der Kolbenstange) verschiebbar gelagert ist.
Vorzugsweise weist das Aktuatorgehäuse eine innere Verriegelungskammer auf, durch welche die Kolbenstange geführt ist, wobei die Verriegelungshülse innerhalb der Verriegelungskammer verschiebbar gelagert ist.
Das Aktuatorgehäuse, die Kolbenstange und die Verriegelungshülse sind vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mindestens eine Verriegelungselement und das Kontrollelement entlang der Kolbenstange axial voneinander beabstandet und jeweils zwischen der Kolbenstange und der Verriegelungshülse gelagert sind.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mindestens eine Verriegelungselement und das Kontrollelement sowohl mit der abgestuften Außenumfangseite der Kolbenstange als auch mit einer abgestuften Innenkontur der Verriegelungshülse mechanisch zusammenwirken. Vorzugsweise sind dabei die radialen Bewegungen der Verriegelungs- und Kontrollelemente durch die Außenkontur der Kolbenstange auf der einen Seite und durch die Innenkontur der Verriegelungshülse auf der anderen Seite begrenzt.
Vorzugsweise weist die Verriegelungshülse sowohl im Bereich des mindestens einen Verriegelungselements als auch im Bereich des Kontrollelements jeweils eine abgestufte Innenkontur auf. Dies bedeutet insbesondere, dass der Abstand zwischen der Innenkontur der Verriegelungshülse und der Außenkontur der Kolbenstange von der relativen Position zwischen diesen beiden Bauteilen abhängt.
Die Übergänge zwischen den Abstufungen der Innenkontur der Verriegelungshülse können abrupt oder abgeschrägt (als Wirkfläche) ausgebildet sein, je nachdem ob eine axiale Verschiebung der Verriegelungshülse in eine bestimmte Richtung zu einer radialen Bewegung des mindestens einen Verriegelungselements oder des Kontrollelements führen soll (oder umgekehrt), oder ob eine bestimmte Bewegung gehemmt bzw. blockiert werden soll.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kolbenstange einen ersten axialen bzw. sich in axialer Richtung der Kolbenstange erstreckenden Abschnitt mit konstantem Durchmesser aufweist, d.h. der erste axiale Abschnitt ist nicht abgeschrägt, sondern dessen Oberfläche verläuft parallel zur Längsachse der Kolbenstange. An den ersten axialen Abschnitt schließt sich ein zweiter axialer Abschnitt mit einem gegenüber dem ersten axialen Abschnitt reduzierten und ebenfalls konstanten Durchmesser an. Der zweite axiale Abschnitt liegt in Verriegelungsrichtung hinter (d.h. in Entriegelungsrichtung vor) dem ersten axialen Abschnitt.
Bei einer Verschiebung der Kolbenstange von einer entriegelten Position in die erste Verriegelungsposition bewegt sich der erste axiale Abschnitt entlang des mindestens einen Verriegelungselements in Verriegelungsrichtung und wird dabei insbesondere durch das mindestens eine Verriegelungselement kontaktiert. Dabei bewegt sich der zweite axiale Abschnitt auf das mindestens eine Verriegelungselement zu.
In der ersten Verriegelungsposition befindet sich das mindestens eine Verriegelungselement schließlich im Bereich des zweiten axialen Abschnitts und kontaktiert diesen vorzugsweise bei korrekter Aktivierung der ersten Verriegelungsstufe. Mit anderen Worten liegt das mindestens eine Verriegelungselement bei korrekter Aktivierung der ersten Verriegelungsstufe an der Kolbenstange im zweiten axialen Abschnitt an und ist im Vergleich zu dessen Position im ersten axialen Abschnitt radial in Richtung Kolbenstange verschoben.
Diese Bewegung des mindestens einen Verriegelungselements wird vorzugsweise durch ein elastisches Element bewirkt, welches auf die Verriegelungshülse und darüber auf das mindestens eine Verriegelungselement wirkt.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kolbenstange einen dritten axialen Abschnitt aufweist, welcher sich an den zweiten axialen Abschnitt anschließt und diesem gegenüber einen reduzierten Durchmesser aufweist. Der dritte axiale Abschnitt ist in Verriegelungsrichtung hinter dem zweiten axialen Abschnitt angeordnet und weist einen konstanten Durchmesser auf. Bei einer Verschiebung der Kolbenstange von der ersten in die zweite Verriegelungsposition in Verriegelungsrichtung bewegt sich der zweite axiale Abschnitt entlang des mindestens einen Verriegelungselements und wird durch dieses dabei insbesondere kontaktiert. In der zweiten Verriegelungsposition befindet sich das mindestens eine Verriegelungselement im Bereich des dritten axialen Abschnitts und kontaktiert diesen vorzugsweise bei korrekt erfolgter Aktivierung der zweiten Verriegelungsstufe.
In der zweiten Verriegelungsposition ist das mindestens eine Verriegelungselement somit im Vergleich zur ersten Verriegelungsposition nochmals weiter radial in Richtung Kolbenstange versetzt.
Die Verriegelung in der ersten Verriegelungsposition erfolgt insbesondere dadurch, dass bei einer Bewegung der Kolbenstange in Entriegelungsrichtung der insbesondere rampenförmige Übergangsbereich zwischen dem zweiten und dem ersten axialen Abschnitt an das mindestens eine Verriegelungselement anstößt, eine radial nach außen gerichtete Bewegung des mindestens einen Verriegelungselements durch die Verriegelungshülse jedoch blockiert ist. Dadurch wird die Bewegung der Kolbenstange in Entriegelungsrichtung formschlüssig durch das mindestens eine Verriegelungselement blockiert.
Analog erfolgt die Verriegelung in der zweiten Verriegelungsposition insbesondere dadurch, dass bei einer Bewegung der Kolbenstange in Entriegelungsrichtung der insbesondere rampenförmige Übergangsbereich zwischen dem dritten und dem zweiten axialen Abschnitt an das mindestens eine Verriegelungselement anstößt, eine radial nach außen gerichtete Bewegung des mindestens einen Verriegelungselements durch die Verriegelungshülse jedoch blockiert ist. Dadurch wird die Bewegung der Kolbenstange in Entriegelungsrichtung formschlüssig durch das mindestens eine Verriegelungselement blockiert.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kolbenstange einen vierten axialen Abschnitt mit konstantem Durchmesser aufweist, an welchen sich ein fünfter axialer Abschnitt mit einem gegenüber dem vierten axialen Abschnitt vergrößerten Durchmesser anschließt. Der fünfte axiale Abschnitt weist ebenfalls in seiner axialen Abmessung einen konstanten Durchmesser auf und liegt in Verriegelungsrichtung hinter dem vierten axialen Abschnitt. Das Kontrollelement befindet sich in der ersten Verriegelungsposition im Bereich des vierten axialen Abschnitts. Vorzugsweise erlaubt der Abstand zwischen dem vierten axialen Abschnitt und der Innenkontur der Verriegelungshülse bei korrekt erfolgter Aktivierung der ersten Verriegelungsstufe eine radiale Bewegung des Kontrollelements, d.h. der Abstand ist größer als die radiale Länge des Kontrollelements.
In der zweiten Verriegelungsposition befindet sich das Kontrollelement insbesondere im Bereich des fünften axialen Abschnitts und ist somit im Vergleich zur ersten Verriegelungsposition radial nach außen versetzt.
Vorzugsweise wirkt keine durch das elastische Element bewirkte Kraft auf das Kontrollelement, sondern dieses wird lediglich passiv in radialer Richtung verschoben, abhängig von den axialen Positionen von Kolbenstange und Verriegelungshülse. Deren relative axiale Position bestimmt dabei insbesondere, ob das Kontrollelement Platz hat, um in radialer Richtung auszuweichen, wenn sich der Durchmesser der Kolbenstange beim Übergang vom vierten zum fünften axialen Abschnitt vergrößert.
Der erste axiale Abschnitt und der vierte axiale Abschnitt können denselben Durchmesser aufweisen.
Der fünfte axiale Abschnitt kann einen größeren Durchmesser aufweisen als der erste axiale Abschnitt.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das elastische Element die Verriegelungshülse in die Verriegelungsrichtung vorspannt und über mindestens eine abgeschrägte Wirkfläche, die mit mindestens einer entsprechend geformten Wirkfläche des Verriegelungselements zusammenwirkt, das Verriegelungselement radial in Richtung Kolbenstange drückt.
Bei den Wirkflächen handelt es sich vorzugsweise um linear abgeschrägte bzw. rampenförmige Flächen. Alternativ können die Wirkflächen auch eine nicht-lineare Form aufweisen. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform das mindestens eine Verriegelungselement durch eine Wälzlagerkugel gebildet sein, deren Kugeloberfläche dann die Wirkfläche bildet (welche vorzugsweise mit mindestens einer abgeschrägten Wirkfläche der Verriegelungshülse zusammenwirkt).
Die Verriegelungshülse weist im Bereich des mindestens einen Verriegelungselements vorzugsweise eine abgestufte Innenkontur mit der mindestens einen Wirkfläche auf. Vorzugsweise sind zwei Wirkflächen vorgesehen, je eine pro Verriegelungsposition bzw. Verriegelungsstufe.
Insbesondere nimmt die Verriegelungshülse in einem entriegelten Zustand, in der ersten Verriegelungsposition und in der zweiten Verriegelungsposition jeweils unterschiedliche axiale Positionen ein (in die sie durch das elastische Element gedrückt wird), in denen das mindestens eine Verriegelungselement jeweils mit unterschiedlich abgestuften Bereichen der Innenkontur zusammenwirkt.
Bei den unterschiedlich abgestuften Bereichen der Innenkontur kann es sich um aufeinanderfolgende Radialinnennuten mit interschiedlichen Durchmessern handeln. Vorzugsweise nehmen deren Durchmesser (im Bereich des Verriegelungselements) in Entriegelungsrichtung ab, sodass das mindestens eine Verriegelungselement bei einer Bewegung der Verriegelungshülse in Verriegelungsrichtung radial nach innen gedrückt wird (insofern ausreichend Platz für eine solche radiale Bewegung vorhanden ist, wofür sich die Kolbenstange in der passenden axialen Position befinden muss). Die Übergänge zwischen den abgestuften Bereichen bilden vorzugsweise die zuvor beschriebenen Wirkflächen.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verriegelungselement, die Verriegelungshülse und die Kolbenstange derart ausgebildet sind, dass beim Übergang des Verriegelungselements vom ersten axialen Abschnitt zum zweiten axialen Abschnitt bei Erreichen der ersten Verriegelungsposition das Verriegelungselement im Normalbetrieb der ersten Verriegelungsstufe durch die vorgespannte Verriegelungshülse radial in Richtung Kolbenstange bewegt wird, wodurch eine axiale Bewegung der Verriegelungshülse in Verriegelungsrichtung von einer ersten Hülsenposition in eine zweite Hülsenposition erfolgt.
Diese Bewegung der Verriegelungshülse in die zweite Hülsenposition bewirkt wiederum, dass sich ein Bereich der Innenkontur der Verriegelungshülse mit vergrößertem Durchmesser über das Kontrollelement bewegt, sodass dieses nun ausreichend Platz hat, um sich radial nach außen zu bewegen, wenn sich die Kolbenstange weiter in Verriegelungsrichtung bewegt und ein Übergang vom vierten axialen Abschnitt zum fünften axialen Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser erfolgt. Das Kontrollelement kann durch den Übergang zwischen diesen beiden Abschnitten radial nach außen verdrängt werden und es erfolgt keine Blockade der fortgesetzten Bewegung der Kolbenstange in Verriegelungsrichtung.
Vorzugsweise ist keine radiale Bewegung des Kontrollelements möglich, wenn sich die Kolbenstange in der ersten Verriegelungsposition und die Verriegelungshülse in der ersten Hülsenposition befinden.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass in einem fehlerhaften Betrieb der ersten Verriegelungsstufe, bei dem das Verriegelungselement (oder eines von mehreren Verriegelungselementen) nicht wie vorgesehen radial in Richtung Kolbenstange verschoben wird, obwohl durch das Erreichen des zweiten axialen Abschnitt ausreichend Platz für eine solche radiale Verschiebung vorhanden ist (beispielsweise weil das Verriegelungselement klemmt), eine axiale Bewegung der Verriegelungshülse in Verriegelungsrichtung von der ersten Hülsenposition in die zweite Hülsenposition durch das nicht verschobene Verriegelungselement blockiert ist.
Dadurch, dass das Verriegelungselement durch die vorgesehene radiale Bewegung in Richtung Kolbenstange nicht „Platz macht“ für eine axiale Verschiebung der Verriegelungshülse, verbleibt diese in der ersten Hülsenposition. Dadurch wird wiederum im Bereich des Kontrollelements kein Platz für eine radial nach außen gerichtete Bewegung des Kontrollelements geschaffen, weil sich der entsprechende abgestufte Abschnitt der Innenkontur der Verriegelungshülse mit vergrößertem Durchmesser nicht über das Kontrollelement bewegt. Dies wiederum bewirkt, dass eine in Verriegelungsrichtung fortgesetzte Verschiebung der Kolbenstange nicht möglich ist, da der Übergang zwischen dem vierten und dem fünften axialen Abschnitt am Kontrollelement anschlägt und letzteres nicht nach außen ausweichen kann. Eine Bewegung der Kolbenstange von der ersten in die zweite Verriegelungsposition ist dadurch blockiert bzw. gehemmt.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Aktuator hydraulisch betätigbar ist. Hierzu kann die Kolbenstange mit einem Kolben verbunden sein, welcher beidseitig mit Druck beaufschlagbar ist, um die Kolbenstange ein- oder auszufahren. Vorzugsweise weist der Aktuator einen hydraulischen Entriegelungsanschluss auf, über welchen eine Hydraulikwirkfläche der Verriegelungshülse mit Druck beaufschlagbar ist, um die Verriegelungshülse entgegen der Kraft des elastischen Elements in die Entriegelungsrichtung zu drücken und dadurch die erste und/oder zweite Verriegelungsstufe zu entriegeln. Die Entriegelung des Aktuators erfolgt also hydraulisch über eine Druckbeaufschlagung am Entriegelungsanschluss.
Die Verriegelungshülse weist an ihrer Außenumfangseite vorzugsweise eine oder mehrere Dichtungen auf, um somit durch Druckbeaufschlagung an der Hydraulikwirkfläche die Verriegelungshülse bewegen zu können.
Es kann vorgesehen sein, dass eine hydraulische Verbindung vom Entriegelungsanschluss zum Kolben der Kolbenstange besteht, sodass eine Druckbeaufschlagung am Entriegelungsanschluss nicht nur zu einer Verschiebung der Verriegelungshülse in Entriegelungsrichtung führt (was eine Verschiebung der Kolbenstange aufgrund der Entriegelung erst ermöglicht), sondern auch zu einer Verschiebung der Kolbenstange in Entriegelungsrichtung.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Türanordnung mit einer Tür oder Klappe, insbesondere mit einer Frachttür, die mittels des erfindungsgemäßen Aktuators verriegelbar ist. Dabei ergeben sich offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie für den erfindungsgemäßen Aktuator, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird.
Vorzugsweise ist die Tür oder Klappe dann vollständig verriegelt, wenn sich der Kolben des Aktuators in der zweiten Verriegelungsposition befindet. Allerdings sind auch mehr als zwei Verriegelungsstufen denkbar.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Luftfahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Türanordnung. Bei dem Luftfahrzeug kann es sich um ein Frachtflugzeug handeln und bei der Türanordnung um eine Frachttüre des Flugzeugs.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

1: einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch den erfindungsgemäßen Aktuator gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei sich die Kolbenstange in der entriegelten Position befindet;
2: den erfindungsgemäßen Aktuator, wobei sich die Kolbenstange in der ersten Verriegelungsposition befindet und die erste Verriegelungsstufe aktiviert ist (Normalbetrieb);
3: den erfindungsgemäßen Aktuator, wobei sich die Kolbenstange in der ersten Verriegelungsposition befindet und die erste Verriegelungsstufe nicht aktiviert ist (Fehlerbetrieb);
4: den erfindungsgemäßen Aktuator, wobei sich die Kolbenstange in der zweiten Verriegelungsposition befindet; und
5: den erfindungsgemäßen Aktuator, wobei sich die Kolbenstange in der zweiten Verriegelungsposition befindet und die Kolbenstange vollständig eingefahren ist.

Die 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators in einem Ausschnitt einer Schnittansicht entlang der Kolbenstangenlängsachse. Bei dem Aktuator handelt es sich um einen hydraulisch betätigbaren und zweistufig mechanisch verriegelbaren Linearzylinder. Die mechanische Verriegelung erfolgt automatisch und selbstsichernd, während die Entriegelung hydraulisch erfolgt.
Der Aktuator umfasst ein Aktuatorgehäuse 2 mit einer darin verschiebbar gelagerten Kolbenstange 1. Die Kolbenstange 1 ist in ihrem Durchmesser entlang ihrer axialen Richtung mehrfach abgestuft, worauf weiter unten näher eingegangen wird. Das Aktuatorgehäuse 2 umfasst eine Kolbenkammer 12, in welcher ein mit der Kolbenstange 1 verbundener Kolben 11 verschiebbar gelagert ist. Der Kolben 11 ist gegenüber der Gehäusewand über eine Dichtung abgedichtet. Darüber hinaus weist das Aktuatorgehäuse 2 eine Verriegelungskammer 15 auf, durch welche die Kolbenstange 1 hindurch verläuft. Die Kolbenkammer 12 und die Verriegelungskammer 15 sind fluidisch miteinander verbunden und durch einen Anschlag 16 für den Kolben 11 voneinander getrennt.
Am der Kolbenkammer 12 abgewandten Ende der Verriegelungskammer 15 befindet sich eine erste Führungsbuchse 10, welche die Kolbenstange 1 umgibt. Am anderen, der Kolbenkammer 12 zugewandten Ende der Verriegelungskammer 15 befindet sich eine zweite Führungsbuchse 3, welche ebenfalls die Kolbenstange 1 umgibt. Beide Führungsbuchsen 3, 10 sitzen unbeweglich in der Verriegelungskammer 15.
Innerhalb der Verriegelungskammer 15 ist eine Verriegelungshülse 6 verschiebbar gelagert, welche die Kolbenstange 1 umgibt. Die Endbereiche der Verriegelungshülse 6 umgeben auch die erste und zweite Führungsbuchse 3, 10. Insbesondere sind die Führungsbuchsen 3, 10, die Kolbenstange 1 und die Verriegelungshülse 6 koaxial zueinander angeordnet.
Vorzugsweise ist der kleinste Innendurchmesser der Verriegelungshülse 6 im Bereich der ersten Führungsbuchse 10 größer als der größte Außendurchmesser der ersten Führungsbuchse 10, sodass in jeder axialen Position der Verriegelungshülse 6 ein Spalt zwischen Verriegelungshülse 6 und erster Führungsbuchse 10 verbleibt. Dasselbe gilt vorzugsweise für die zweite Führungsbuchse 3 und das dortige Ende der Verriegelungshülse 6.
Der Aktuator besitzt einen zweistufigen Verriegelungsmechanismus, wobei die beiden Verriegelungsstufen an unterschiedlichen axialen Positionen der Kolbenstange 1 in Bezug auf das Aktuatorgehäuse 2 selbstständig mechanisch aktiviert werden. Die Verriegelung erfolgt bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Kolbenstange 1 in das Aktuatorgehäuse 2 eingefahren bzw. eingeschoben wird, und zwar in der gezeigten Abbildung nach rechts. Diese sogenannte Verriegelungsrichtung ist in der 1 durch den Pfeil 30 veranschaulicht. Die entgegengesetzte Richtung, in der die Entriegelung bzw. ein Ausfahren der Kolbenstange 1 erfolgt, wird als Entriegelungsrichtung bezeichnet und ist nicht extra eingezeichnet.
Selbstverständlich ist prinzipiell auch der umgekehrte Fall denkbar, bei der eine Verriegelung durch ein Ausfahren der Kolbenstange 1 und eine Entriegelung durch ein Einfahren der Kolbenstange 1 erfolgt.
Ein in diesem Ausführungsbeispiel als Druckfeder ausgebildetes elastisches Element 4 ist zwischen der zweiten Führungsbuchse 3 und der Verriegelungshülse 6 angeordnet. Die Feder 4 stützt sich auf der zweiten Führungsbuchse 3 ab und übt auf die Verriegelungshülse 6 eine in Verriegelungsrichtung (nach rechts) gerichtete Kraft aus.
Der Aktuator besitzt einen Verriegelungsmechanismus, durch welchen die beiden Verriegelungsstufen realisiert sind. Der Verriegelungsmechanismus umfasst im hier gezeigten Ausführungsbeispiel mehrere bolzenförmige Verriegelungselemente 7, die radial (in Bezug auf die Kolbenstangenlängsachse) in entsprechenden Aussparungen der ersten Führungsbuchse 10 gelagert sind. Die Verriegelungselemente 7 sitzen zwischen der Kolbenstange 1 und der Verriegelungshülse 6 und wirken mit der abgestuften Kontur bzw. Außenseite der Kolbenstange 1 einerseits und mit einer abgestuften Innenkontur der Verriegelungshülse 6 andererseits zusammen, wie weiter unten beschrieben wird.
Es können zwei oder mehr Verriegelungselemente 7 vorgesehen sein, wobei sich der erfindungsgemäße Verriegelungsmechanismus prinzipiell auch mit nur einem einzigen Verriegelungselement 7 realisieren lässt.
Der Aktuator besitzt ferner einen mechanischen Kontrollmechanismus, welcher mechanisch mit dem Verriegelungsmechanismus zusammenwirkt und dafür sorgt, dass die zweite Verriegelungsstufe nur dann erreicht bzw. aktiviert werden kann, wenn die erste Verriegelungsstufe korrekt aktiviert wurde. Der Kontrollmechanismus bildet somit eine rein mechanische Regelung und Überprüfung der Verriegelung, ohne dass elektrische Bauteile wie Sensoren oder Schalter zum Einsatz kommen.
Wie weiter unten beschrieben wird, umfasst der Kontrollmechanismus im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein bolzenförmiges Kontrollelement 5, welches radial (in Bezug auf die Kolbenstangenlängsachse) in einer entsprechenden Aussparung der zweiten Führungsbuchse 3 gelagert ist. Das Kontrollelement 5 sitzt zwischen der Kolbenstange 1 und der Verriegelungshülse 6 auf der den Verriegelungselementen 7 gegenüberliegenden Seite der Verriegelungshülse 6 und wirkt mit der abgestuften Kontur bzw. Außenseite der Kolbenstange 1 einerseits und mit einer abgestuften Innenkontur der Verriegelungshülse 6 andererseits zusammen.
Anstatt wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem einzigen Kontrollelement 5 lässt sich der erfindungsgemäße Kontrollmechanismus auch mit zwei oder mehr Kontrollelementen 5 realisieren. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine mechanische Redundanz herstellen, ohne dabei die Komplexität oder Abmessungen des Aktuators zu erhöhen.
Die 1, 2, 4 und 5 illustrieren den Verriegelungsvorgang des Aktuators im Normalbetrieb (d.h. wenn die erste Verriegelungsstufe ordnungsgemäß aktiviert wird), wobei die Kolbenstange 1 von der vollständig ausgefahrenen, entriegelten Position (1) in Verriegelungsrichtung in eine vollständig verriegelte Position (5) bewegt wird. Die 3 illustriert den Fall, dass die erste Verriegelungsstufe nicht ordnungsgemäß aktiviert wird und der Kontrollmechanismus ein Aktivieren bzw. Erreichen der zweiten Verriegelungsstufe verhindert.
Die Kolbenstange 1 verfügt über ein Design mit gestuften Durchmessern, die in Folge der Einfahrbewegung durch den Verriegelungsmechanismus nacheinander hindurchbewegt werden.
Die 1 zeigt die vollständig entriegelte und ausgefahrene Aktuatorposition. Die Verriegelungskammer 15 und somit gleichzeitig die Kolbenkammer 12 befinden sich im dargestellten Zustand unter Rücklaufdruck. Die Verriegelungshülse 6 wirkt über die Druckfeder 4 auf die in einer definierten axialen Position durch die erste Führungsbuchse 10 radial verschiebbar gelagerten Verriegelungselemente 7. Die Druckfeder 4 stützt sich gehäuseseitig auf die zweite Führungsbuchse 3, in welcher das Kontrollelement 5 (auch als „Lock Indication Element“ bezeichnet) zur Funktionsprüfung der ersten Verriegelungsstufe in einer definierten axialen Position radial verschiebbar gelagert ist.
Sowohl das Kontrollelement 5 zur Überprüfung der ersten Verriegelungsstufe als auch die Verriegelungselemente 7 liegen an der Innenkontur der Verriegelungshülse 6 an. Gleichzeitig liegen diese Elemente 5, 7 radial nach innen auf der Kolbenstange 1 auf und sind somit eindeutig positioniert. Die jeweiligen Innenkonturen der Verriegelungshülse 6 für die Kontroll- und Verriegelungselemente 5, 7 sind abgestuft und weisen als Übergänge zwischen den abgestuften Bereichen unterschiedlicher Durchmesser teilweise als Wirkflächen fungierende Abschrägungen auf.
Die Verriegelungshülse 6 übt in dieser Position kontinuierlich eine über Schrägen bzw. Wirkflächen radial nach innen gerichtete Kraft auf die Verriegelungselemente 7 aus und sorgt für deren Anlage auf einem ersten axialen Abschnitt 21 der Kolbenstange 1. Der erste axiale Abschnitt 21 weist durchgängig einen konstanten Durchmesser auf, sodass das Kontrollelement 5 und die Verriegelungselemente 7 denselben radialen Abstand zur Mittelachse der Kolbenstange 1 aufweisen.
Die Verriegelungshülse 6 verfügt über zwei dynamische Dichtungen 8, 9, welche vorzugsweise eine unterschiedliche Dash Size aufweisen, wodurch sich an der Verriegelungshülse 6 eine hydraulische Wirkfläche zur Axialbewegung und Entriegelung ergibt.
In der entriegelten Position befindet sich die Verriegelungshülse 6 in der ersten Hülsenposition, in der die Feder 4 maximal komprimiert ist und die Verriegelungshülse 6 insbesondere an der zweiten Führungsbuchse 3 anliegt, welche somit als Anschlag fungiert. Eine Bewegung der Verriegelungshülse 6 in die Verriegelungsrichtung 30 wird durch die Verriegelungselemente 7 verhindert, da diese nicht radial nach innen (in Richtung Kolbenstange 1) ausweichen können, sondern am ersten axialen Abschnitt 21 anliegen.
Wird nun der Aktuator zum Einfahren bedruckt, so bewegt sich die Kolbenstange 1 nach rechts in Verriegelungsrichtung 30, wobei die Verriegelungselemente 7 sich am ersten axialen Abschnitt 21 vorbeibewegen bzw. vorbeigleiten. Da sich dessen Durchmesser nicht ändert, verbleibt die Verriegelungshülse 6 so lange in der ersten Hülsenposition, bis sich der Durchmesser der Kolbenstange 1 verändert. Hierzu weist die Kolbenstange 1 in Verriegelungsrichtung 30 hinter dem ersten axialen Abschnitt 21 einen zweiten axialen Abschnitt 22 mit einem verringerten Durchmesser auf. Die beiden Abschnitte 21 und 22 sind durch eine Rampe miteinander verbunden, welche mit einer entsprechend abgeschrägten Wirkfläche der Verriegelungselemente 7 zusammenwirkt.
Die 2 zeigt den Zustand, bei dem die Kolbenstange 1 so weit eingefahren ist, dass der zweite axiale Abschnitt 22 die Verriegelungselemente 7 erreicht hat. Nun ist ausreichend Platz für eine radiale Bewegung der Verriegelungselemente 7 vorhanden, sodass diese aufgrund der Vorspannkraft der Feder 4 durch die Verriegelungshülse in Richtung Kolbenstange 1 gedrückt werden, bis sie an der Kolbenstange 1 im Bereich des zweiten axialen Abschnitt 22 anliegen. Dadurch bewegt sich die Verriegelungshülse 6 in Verriegelungsrichtung 30 in eine zweite Hülsenposition, die in der 2 dargestellt ist.
Eine weitergehende Bewegung der Verriegelungshülse 6 wird in dieser ersten Verriegelungsposition der Kolbenstange 1 durch die Verriegelungselemente 7 verhindert, da diese an einer zweiten Wirkfläche der Innenkontur der Verriegelungshülse 6 anschlagen und nicht weiter nach radial innen ausweichen können.
Dadurch, dass die Verriegelungselemente 7 nun an dem zweiten axialen Abschnitt 22 anliegen, wird eine ungewollte Entriegelung bzw. ein Ausfahren der Kolbenstange 1 blockiert. Der abgeschrägte Übergangsbereich der Kolbenstange 1 vom zweiten zum ersten axialen Abschnitt 22, 21 stößt an die Verriegelungselemente 7. Letztere können nicht nach radial außen ausweichen, da sie an der Innenkontur der Verriegelungshülse 6 anliegen. Der Verriegelungsmechanismus ist selbstgehemmt, die erste Verriegelungsstufe ist aktiv.
Bei der Einfahrbewegung der Kolbenstange 1 bis zum Erreichen der ersten Verriegelungsposition bewegen sich verschiedene axiale Abschnitte 21, 21, 23 unterschiedlicher Durchmesser an dem Kontrollelement 5 vorbei. Auf das Kontrollelement 5 wirkt aber keine radiale Kraft durch die Feder 4, sodass es sich frei in dessen Aussparung in der zweiten Führungsbuchse 3 radial bewegen kann. Die Übergänge zwischen den verschiedenen axialen Bereichen 21, 22, 23 sind abgeschrägt und wirken mit einer entsprechend abgeschrägten Wirkfläche des Kontrollelements 5 zusammen, damit die Kolbenstange 1 nicht verklemmt bzw. blockiert.
Durch die Bewegung der Verriegelungshülse 6 in die zweite Hülsenposition und die damit erfolgreiche Verriegelung der ersten Stufe, bewegt sich ein Bereich der Innenkontur der Verriegelungshülse 6 mit größerem Innendurchmesser über das Kontrollelement 5, sodass dieses nun Platz hat, nach radial außen bewegt zu werden. Das Kontrollelement 5 wird somit durch diese Bewegung der Verriegelungshülse 6, welche nur bei erfolgreicher Aktivierung der ersten Verriegelungsstufe erfolgt, radial nach außen freigegeben.
In der ersten Verriegelungsposition der Kolbenstange 1 liegt das Kontrollelement 5 einem vierten axialen Bereich 24 konstanten Durchmessers der Kolbenstange 1 gegenüber (vgl. 2). Dieser hat im hier gezeigten Ausführungsbeispiel denselben Durchmesser wie der erste axiale Bereich 21, sodass der Abstand zwischen Kolbenstange 1 und Verriegelungshülse 6 größer ist als die radiale Länge des Kontrollelements 5.
In Verriegelungsrichtung hinter dem vierten axialen Abschnitt 24 schließt sich ein fünfter axialer Abschnitt 25 der Kolbenstange 1 an, welcher gegenüber dem vierten axialen Abschnitt 24 einen vergrößerten Durchmesser aufweist. Wird nun die Kolbenstange 1 ausgehend von der ersten Verriegelungsposition weiter eingefahren (d.h. in die Verriegelungsrichtung 30 bewegt), so erreicht der fünfte axiale Abschnitt 25 das Kontrollelement 5 und verdrängt dieses durch Zusammenwirken der entsprechenden schrägen Wirkflächen radial nach außen. Dadurch kann die Einfahrbewegung der Kolbenstange 1 fortgesetzt werden, bis eine zweite Verriegelungsposition erreicht wird, die in der 4 dargestellt ist.
Für den Fall, dass der Verriegelungsmechanismus in der ersten Stufe nicht aktiv wird (beispielsweise bei einem Verklemmen eines der Verriegelungselemente 7), wird die Kolbenstange 1 an der weiteren Einfahrbewegung durch das Kontrollelement 5 gehindert. In diesem Fall, dargestellt in der 3, ist die radiale Bewegung der Verriegelungselemente 7 (oder eines der Verriegelungselemente 7) nach innen in Richtung zweitem axialem Abschnitt 22 fehlgeschlagen. Dadurch ist eine axiale Bewegung der federvorgespannten Verriegelungshülse 6 in die zweite Hülsenposition blockiert und die Verriegelungshülse 6 verbleibt in der ersten Hülsenposition. Demzufolge wird dem Kontrollelement 5 nicht die Möglichkeit gegeben, radial nach außen auszuweichen und Platz für den fünften axialen Abschnitt 25 mit vergrößertem Durchmesser zu machen, sodass die Kolbenstange 1 durch ein Anschlagen der Schräge zwischen den vierten und fünften axialen Abschnitten 24, 25 an dem Kontrollelement 5 blockiert wird.
Die eingeleitete Kraft, ausgehend von der einfahrenden Kolbenstange 1 und deren abgesetzten Durchmessern 24, 25, stützt sich über die zweite Führungsbuchse 3 und das Kontrollelement 5 in der Verriegelungshülse 6 ab. Eine Bewegungsumkehr der Kolbenstange 1 in Ausfahrrichtung bzw. Entriegelungsrichtung ist in diesem Zustand möglich (keine Verriegelung durch den Verriegelungsmechanismus), jedoch keine weitere Einfahrbewegung. Der Zustand der ersten Verriegelungsstufe wird mit dem dargestellten Funktionsprinzip bei jeder Einfahrbewegung der Kolbenstange 1 und somit bei jedem Verriegelungsvorgang erneut überprüft. Als regelndes Element dient das Kontrollelement 5.
Die Kolbenstange weist zwischen dem zweiten axialen Abschnitt 22 und dem vierten axialen Abschnitt 24 einen weiteren, dritten axialen Abschnitt 23 mit konstantem Durchmesser auf, wobei dessen Durchmesser gegenüber dem zweiten Abschnitt 22 nochmals reduziert ist. Es handelt sich in diesem Ausführungsbeispiel um den Kolbenstangenabschnitt mit dem geringsten Durchmesser, da er die finale, zweite Verriegelungsstufe repräsentiert bzw. aktiviert.
Wie in der 4 zu erkennen ist, fährt bei erfolgreicher Verriegelung der ersten Stufe die Kolbenstange 1 ausgehend von der ersten Verriegelungsposition weiter in Verriegelungsrichtung ein. Dabei erreicht die Kolbenstange 1 mit ihrem dritten axialen Abschnitt 23 die Position der Verriegelungselemente 7 und somit die zweite Verriegelungsposition. Die Verriegelungselemente 7 werden mittels Vorspannung der Druckfeder 4 über die Verriegelungshülse 6 radial weiter nach innen in Richtung Kolbenstange 1 bewegt, bis sie auf diesem im dritten axialen Abschnitt 23 aufliegen. Wiederum erfolgt die Krafteinleitung in die Verriegelungselemente 7 über eine entsprechende abgeschrägte Wirkfläche der Innenkontur der Verriegelungshülse 6, wobei sich diese in Verriegelungsrichtung von der zweiten in eine dritte Hülsenposition bewegt. Der Aktuator hat nun die zweite Verriegelungsstufe erreicht bzw. aktiviert.
Das zuvor in der ersten Verriegelungsstufe radial nach außen freigegebene Kontrollelement 5 gleitet weiterhin auf dem fünften axialen Abschnitt 25 der Kolbenstange 1. Sollte die Einfahr- und Verriegelungsbewegung stoppen und eine externe Zuglast auf die Kolbenstange 1 aufgebracht werden, so kann die Kolbenstange 1 nicht ausfahren. Die auf die Kolbenstange 1 wirkende Axialkraft wird über den abgeschrägten Übergangsbereich zwischen dem zweiten und dem dritten axialen Abschnitt 22, 23 der Kolbenstange 1 in die axial in der Führungsbuchse 10 gelagerten Verriegelungselemente 7 und somit radial in die Verriegelungshülse 6 eingeleitet. Die Bewegung in die Entriegelungsrichtung der Kolbenstange 1 wird durch die zweite Verriegelungsstufe gehemmt.
In der vollständig eingefahrenen Position der Kolbenstange 1, zu sehen in der 5, fährt die Kolbenstange 1 auf den internen Anschlag 16 im Aktuatorgehäuse 2. Die Verriegelungselemente 7 befinden sich weiterhin auf dem dritten axialen Abschnitt 23 der Kolbenstange. Da letzterer (so wie alle axialen Abschnitte) eine gewisse axiale Ausdehnung aufweist, ist im vollständig verriegelten Zustand (in diesem Ausführungsbeispiel) ein gewisser Bewegungsspielraum vorhanden.
Der erfindungsgemäße Aktuator weist einen hydraulischen Entriegelungsanschluss 13 auf, welcher mit der Verriegelungskammer und über eine fluidische Verbindung (u.a. über die Durchführungen 14) auch mit dem verriegelungskammerseitigen Teil (= Ausfahrkammer) der Kolbenkammer 12 in Verbindung. Wird nun die Ausfahrkammer über den Entriegelungsanschluss 13 bedruckt, so wirkt der Druck auch auf die Hydraulikwirkfläche der Verriegelungshülse 6, sodass diese sich in die entriegelte Position (erste Hülsenposition) entgegen der Kraft der Druckfeder 4 bewegt. Dadurch gibt sie die nach außen gerichteten radialen Bewegungen der Verriegelungselemente 7 frei, sodass die Verriegelungsstufen aufgehoben bzw. deaktiviert werden.
Durch die Bedruckung der Ausfahrkammer wird gleichzeitig zur Entriegelung die Ausfahrbewegung der Kolbenstange 1 (in die Entriegelungsrichtung) eingeleitet. Aufgrund der axialen Lage der Verriegelungselemente 7 zum zweiten axialen Abschnitt 22 entstehen keine Zwangskräfte auf die Kolbenstange 1 und ein ungehemmtes Ausfahren aus der vollständig eingefahrenen Position wird möglich.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verriegelungsmechanismus besteht in der rein mechanischen Überprüfung der Aktuatorverriegelung. Der mehrstufige und rein mechanische Verriegelungsmechanismus mit dem integriertem und rein mechanischem Kontrollsystem ist in sich geschlossen und kompakt. Bekannte Systeme zur Verriegelung eines linearen Hydraulikaktuators setzen hingegen auf Näherungssensoren oder Schalter, die durch den Verriegelungsmechanismus betätigt werden. Dies erfordert einen erhöhten Platzbedarf und ist kostenintensiv.
Ein weiterer Vorteil ist die erhöhte Absicherung gegen eine fehlerhafte Anzeige des verriegelten Zustands. Während bei bekannten Verriegelungssystemen die Verriegelung über Schalter oder Näherungssensoren angezeigt wird, erfolgt beim erfindungsgemäßen Aktuator die Anzeige des verriegelten Zustands über die Position der Kolbenstange 1 und das Kontrollelement 5. Je nach gewählter Anzahl der Kontroll- und Verriegelungselemente 5, 7 lässt sich somit eine mehrfache Redundanz, beispielsweise zur Berücksichtigung von Verschleiß, erzielen. Bei den bekannten Verriegelungssystemen führt dagegen eine Fehlfunktion der verwendeten Näherungssensoren oder Schalter ggf. zu einem unerkannten Fehler. Eine sichere Verriegelung könnte angezeigt werden, obwohl sich der Mechanismus nicht in seiner verriegelten Position befindet.
Beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Aktuatorgehäuse 2 mindestens zwei Gehäuseteile, welche im Bereich der ersten Führungsbuchse 10 mittels mehrerer Schrauben miteinander verbunden sind.
Bezugszeichenliste

1: Aktuatorgehäuse
2: Kolbenstange
3: Zweite Führungsbuchse
4: Elastisches Element (Feder)
5: Kontrollelement
6: Verriegelungshülse
7: Verriegelungselement
8: Dichtung
9: Dichtung
10: Erste Führungsbuchse
11: Kolben
12: Kolbenkammer
13: Entriegelungsanschluss
14: Durchführung
15: Verriegelungskammer
16: Anschlag
21: Erster axialer Abschnitt
22: Zweiter axialer Abschnitt
23: Dritter axialer Abschnitt
24: Vierter axialer Abschnitt
25: Fünfter axialer Abschnitt
30: Verriegelungsrichtung

Claims

Mehrstufig verriegelbarer Aktuator umfassend: - ein Aktuatorgehäuse (2) mit einer darin verschiebbar gelagerten Kolbenstange (1), wobei die Kolbenstange (1) entlang ihrer Längsachse radial abgestuft ist, - einen mechanisch mit der Kolbenstange (1) zusammenwirkenden Verriegelungsmechanismus mit mindestens einem relativ zur Kolbenstange (1) radial bewegbar gelagerten Verriegelungselement (7), welcher dazu ausgebildet ist, die Kolbenstange (1) in einer ersten Verriegelungsposition, die durch eine axiale Verschiebung in eine Verriegelungsrichtung (30) erreichbar ist, selbstständig zu verriegeln (erste Verriegelungsstufe) und die Kolbenstange (1) in einer zweiten Verriegelungsposition, die durch eine in Verriegelungsrichtung (30) fortgesetzte Verschiebung erreichbar ist, selbstständig zu verriegeln (zweite Verriegelungsstufe), wobei die Verriegelungsstufen jeweils eine Verschiebung der Kolbenstange (1) in eine der Verriegelungsrichtung (30) entgegengesetzte Entriegelungsrichtung blockieren, indem das Verriegelungselement (7) mit Abstufungen der Kolbenstange (1) zusammenwirkt, und - einen mechanisch mit dem Verriegelungsmechanismus und mit der Kolbenstange (1) zusammenwirkenden Kontrollmechanismus, welcher dazu ausgebildet ist, in der ersten Verriegelungsposition eine in die Verriegelungsrichtung (30) fortgesetzte Verschiebung der Kolbenstange (1) bei einer nicht korrekt erfolgten Verriegelung zu blockieren und bei einer korrekt erfolgten Verriegelung zuzulassen.
Aktuator nach Anspruch 1, wobei ein elastisches Element (4), insbesondere eine Feder, vorgesehen ist, welches das mindestens eine Verriegelungselement (7) in Richtung Kolbenstange (1) drückt, wobei das mindestens eine Verriegelungselement (7) im Normalbetrieb in Kontakt mit der abgestuften Außenumfangseite der Kolbenstange (1) steht und vorzugsweise in einer die Kolbenstange (1) umgebenden ersten Führungsbuchse (10) gelagert ist.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kontrollmechanismus ein relativ zur Kolbenstange (1) radial bewegbar gelagertes Kontrollelement (5) umfasst, welches mit der abgestuften Außenumfangseite der Kolbenstange (1) mechanisch zusammenwirkt und vorzugsweise in einer die Kolbenstange (1) umgebenden zweiten Führungsbuchse (3) gelagert ist.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine die Kolbenstange (1) zumindest teilweise umgebende Verriegelungshülse (6), welche relativ zum Aktuatorgehäuse (2) und zur Kolbenstange (1) entlang der Verriegelungsrichtung (30) verschiebbar gelagert ist, wobei die Verriegelungshülse (6) vorzugsweise innerhalb einer inneren Verriegelungskammer (15) des Aktuatorgehäuses (2) verschiebbar gelagert ist, durch welche die Kolbenstange (1) geführt ist.
Aktuator nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei das Verriegelungselement (7) und das Kontrollelement (5) entlang der Kolbenstange (1) axial voneinander beabstandet und jeweils zwischen der Kolbenstange (1) und der Verriegelungshülse (6) gelagert sind.
Aktuator nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Verriegelungselement (7) und das Kontrollelement (5) sowohl mit der abgestuften Außenumfangseite der Kolbenstange (1) als auch mit einer abgestuften Innenkontur der Verriegelungshülse (6) mechanisch zusammenwirken, wobei vorzugsweise die radialen Bewegungen der Verriegelungs- und Kontrollelemente (5, 7) durch die Außenkontur der Kolbenstange (1) auf der einen Seite und durch die Innenkontur der Verriegelungshülse (6) auf der anderen Seite begrenzt sind.
Aktuator nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Kolbenstange (1) einen ersten axialen Abschnitt (21) mit konstantem Durchmesser aufweist, an welchen sich in Entriegelungsrichtung ein zweiter axialer Abschnitt (22) mit einem gegenüber dem ersten axialen Abschnitt (21) reduzierten, konstanten Durchmesser anschließt, wobei sich das Verriegelungselement (7) bei einer Verschiebung der Kolbenstange (1) von einer entriegelten Position in die erste Verriegelungsposition entlang des ersten axialen Abschnitts (21) bewegt und diesen dabei insbesondere kontaktiert und wobei sich das Verriegelungselement (7) in der ersten Verriegelungsposition im Bereich des zweiten axialen Abschnitts (22) befindet und diesen vorzugsweise bei korrekt erfolgter Verriegelung der ersten Verriegelungsstufe kontaktiert.
Aktuator nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Kolbenstange (1) einen dritten axialen Abschnitt (23) aufweist, welcher sich in Entriegelungsrichtung an den zweiten axialen Abschnitt (22) anschließt und diesem gegenüber einen reduzierten, konstanten Durchmesser aufweist, wobei sich das Verriegelungselement (7) bei einer Verschiebung der Kolbenstange (1) von der ersten in die zweite Verriegelungsposition entlang des zweiten axialen Abschnitts (22) bewegt und diesen dabei insbesondere kontaktiert und wobei sich das Verriegelungselement (7) in der zweiten Verriegelungsposition im Bereich des dritten axialen Abschnitts (23) befindet und diesen vorzugsweise bei korrekt erfolgter Verriegelung der zweiten Verriegelungsstufe kontaktiert.
Aktuator nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Kolbenstange (1) einen vierten axialen Abschnitt (24) mit konstantem Durchmesser aufweist, an welchen sich in Entriegelungsrichtung ein fünfter axialer Abschnitt (25) mit einem gegenüber dem vierten axialen Abschnitt (24) vergrößerten, konstanten Durchmesser anschließt, wobei sich das Kontrollelement (5) in der ersten Verriegelungsposition im Bereich des vierten axialen Abschnitts (24) befindet und vorzugsweise bei korrekt erfolgter Verriegelung der ersten Verriegelungsstufe der Abstand zwischen dem vierten axialen Abschnitt (24) und der Innenkontur der Verriegelungshülse (6) eine radiale Bewegung des Kontrollelements (5) erlaubt, und wobei sich das Kontrollelement (5) in der zweiten Verriegelungsposition insbesondere im Bereich des fünften axialen Abschnitts (25) befindet.
Aktuator nach einem Ansprüche 5 bis 9, wobei das elastische Element (4) die Verriegelungshülse (6) in die Verriegelungsrichtung (30) vorspannt und über mindestens eine abgeschrägte Wirkfläche, die mit mindestens einer entsprechend geformten Wirkfläche des Verriegelungselements (7) zusammenwirkt, das Verriegelungselement (7) radial in Richtung Kolbenstange (1) drückt, wobei die Verriegelungshülse (6) im Bereich des Verriegelungselements (7) vorzugsweise eine abgestufte Innenkontur mit der mindestens einen Wirkfläche aufweist und insbesondere in einem entriegelten Zustand, in der ersten Verriegelungsposition und in der zweiten Verriegelungsposition jeweils unterschiedliche axiale Positionen einnimmt, in denen das Verriegelungselement (7) mit unterschiedlich abgestuften Bereichen der Innenkontur zusammenwirkt.
Aktuator nach Anspruch 7 oder 8 und nach den Ansprüchen 9 und 10, wobei das Verriegelungselement (7), die Verriegelungshülse (6) und die Kolbenstange (1) derart ausgebildet sind, dass beim Übergang des Verriegelungselements (7) vom ersten axialen Abschnitt (21) zum zweiten axialen Abschnitt (22) bei Erreichen der ersten Verriegelungsposition das Verriegelungselement (7) im Normalbetrieb der ersten Verriegelungsstufe durch die vorgespannte Verriegelungshülse (6) radial in Richtung Kolbenstange (1) bewegt wird, wodurch eine axiale Bewegung der Verriegelungshülse (6) in Verriegelungsrichtung von einer ersten Hülsenposition in eine zweite Hülsenposition erfolgt, wobei in der zweiten Hülsenposition eine radiale Bewegung des Kontrollelements (5) nach außen und dadurch eine fortgesetzte Bewegung der Kolbenstange (1) in Verriegelungsrichtung möglich ist, bei der ein Übergang des Kontrollelements (5) vom vierten axialen Abschnitt (24) zum fünften axialen Abschnitt (25) erfolgt.
Aktuator nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in einem fehlerhaften Betrieb der ersten Verriegelungsstufe, bei dem das Verriegelungselement (7) nicht radial in Richtung Kolbenstange (1) bewegt wird, eine axiale Bewegung der Verriegelungshülse (6) in Verriegelungsrichtung von der ersten Hülsenposition in die zweite Hülsenposition durch das Verriegelungselement (7) blockiert ist, wodurch eine radiale Bewegung des Kontrollelements (5) nach au-ßen und dadurch eine fortgesetzte Bewegung der Kolbenstange (1) in Verriegelungsrichtung blockiert ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei der Aktuator hydraulisch betätigbar ist und die Kolbenstange (1) insbesondere mit einem beidseitig mit Hydraulikdruck beaufschlagbaren Kolben (11) verbunden ist, wobei der Aktuator vorzugsweise einen hydraulischen Entriegelungsanschluss (13) aufweist, über welchen eine Hydraulikwirkfläche der Verriegelungshülse (6) mit Druck beaufschlagbar ist, um die Verriegelungshülse (6) entgegen der Kraft des elastischen Elements (4) in die Entriegelungsrichtung zu drücken und dadurch die erste und/oder zweite Verriegelungsstufe zu entriegeln.
Türanordnung mit einer Tür oder Klappe, insbesondere einer Frachttür, die mittels eines Aktuators gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche verriegelbar ist, wobei die Tür oder Klappe vorzugsweise dann vollständig verriegelt ist, wenn sich die Kolbenstange (1) des Aktuators in der zweiten Verriegelungsposition befindet.
Luftfahrzeug mit einer Türanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch.