DE3800647A1

DE3800647A1 - Ueberlastschutzvorrichtung fuer einen drehantrieb, insbesondere einen drehantrieb fuer flugzeug-landeklappen

Info

Publication number: DE3800647A1
Application number: DE19883800647
Authority: DE
Inventors: Kenneth Dipl Ing Sivorn; Klaus Dipl Ing Schmelz; Theodor Dipl Ing Anneser
Original assignee: LIEBHERR AERA TECHNIK GmbH
Current assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date: 1988-01-12
Filing date: 1988-01-12
Publication date: 1989-07-20
Anticipated expiration: 2008-01-13
Also published as: DE3800647C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Überlastschutzvorrichtung für einen Drehantrieb nach dem Oberbegriff des An spruchs 1.

Solche Überlastschutzvorrichtungen kommen zum Einsatz bei Drehantrieben für beispielsweise die Landeklappen oder die Vorflügel von Flugzeugen. Zum Bewegen der Landeklappen erstrecken sich in den Tragflächen eines Flugzeugs jeweils zentrale Antriebswellen, die jeweils über Zwischengetriebe mehrere Drehantriebe für Lande klappenabschnitte antreiben. Die einzelnen Drehantriebe in den Tragflächen besitzen ein Untersetzungsgetriebe, welches die relativ hohe Drehzahl der zentralen An triebswellen in eine langsame Schwenkbewegung eines Hebels umsetzen, der mit seinem freien Ende an eine Schubstange gekoppelt ist, die ihrerseits an einer Landeklappe angelenkt ist. Die Landeklappe selbst be sitzt Führungselemente, die in Kurven-Führungsschienen eingreifen. Durch Bewegen der Schubstange vollzieht die Landeklappe dann eine Bewegung, die sich aus einer translatorischen und einer Schwenkbewegung zusammen setzt.

Um an dem Anlenkpunkt zwischen Schubstange und Lande klappe eine bestimmte Kraft aufzubringen, muß das Untersetzungsgetriebe je nach Winkelstellung zwischen dem Hebel und der Schubstange ein mehr oder weniger großes Drehmoment aufbringen. Ist der Winkel zwischen dem Hebel am Ausgang des Untersetzungsgetriebes einer seits und der Längsachse der Schubstange andererseits sehr spitz oder sehr stumpf, so ist das aufzubringende Drehmoment relativ klein, bilden Hebel und Schubstange einen etwa rechten Winkel, so ist das zur Erzielung einer bestimmten Kraft an der genannten Stelle aufzu bringende Drehmoment relativ groß.

Beim Betätigen der Landeklappe treten an praktisch sämtlichen Teilen des Landeklappen-Betätigungsmechanis mus bestimmte Scherkräfte auf. Ferner wirken beim Be wegen der Landeklappe auf die Landeklappe äußere Kräfte ein, die es zu überwinden gilt. Im Fall von Störungen, z. B. einem Festklemmen einer Landeklappe, muß sicher gestellt sein, daß der Drehantrieb kein zu hohes Be tätigungs-Drehmoment erzeugt, weil sonst Beschädigungen auftreten könnten.

Man kann - zweckmäßigerweise im Bereich des Unter setzungsgetriebes - einen Drehmomentbegrenzer anordnen, der auf ein bestimmtes Grenzdrehmoment eingestellt ist. Wird dieses Grenzdrehmoment erreicht, wird der Drehan trieb gesperrt. Der gesperrte Drehantrieb wirkt nun über die zentrale Antriebswelle zurück auf den zentralen Antriebsmotor für die Landeklappe, so daß dort geeignete Gegenmaßnahmen getroffen werden können, z.B. ein Stoppen der Landeklappenbetätigung an beiden Tragflächen oder dergleichen.

Setzt man nun einen bestimmten Drehmomentverlauf für die Betätigung der Landeklappe voraus und stellt man mit Hilfe des Drehmomentbegrenzers ein Grenzdrehmoment ein, welches nicht überschritten werden darf, so kann es im Fall des Klemmens bestimmter Teile des Drehantriebs zu Scherkräften kommen, die die beim größten vorkommen den Betätigungs-Drehmoment auftretenden Scherkräfte weit übersteigen.

Soll beispielsweise die Landeklappe aus der vollständig eingefahrenen Stellung herausgefahren werden, so ist der Winkel zwischen Hebel und Schubstange in diesem Be wegungsbereich sehr spitz, und trotz eines relativ ge ringen Drehmoments, welches unterhalb des Grenz-Dreh moments liegt, treten erhebliche Scherkräfte auf. Im mittleren Bewegungsbereich der Landeklappe beträgt der Winkel zwischen Hebel und Schubstange etwa 90°. Das Betätigungs-Drehmoment ist relativ groß, und bezogen auf das eingestellte Grenzdrehmoment sind die auf die Teile einwirkenden Scherkräfte relativ gering.

Um die maximal möglichen Scherkräfte im Klemm-Fall zu be rücksichtigen, muß der gesamte Bewegungsmechanismus und, vor allem, die Klappen- und Klappenführungsstruktur ent sprechend stark und mithin platzraubend und schwer aus gelegt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überlast schutzvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine gewichts- und platzsparende Konstruktion des Drehantriebs gestattet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Er findung sind in den Unteransprüchen angegeben. Durch die Verwendung eines variablen Drehmomentbegrenzers ist es möglich, das Grenzdrehmoment in Abhängigkeit der Stellung des Hebels am Abtrieb des Untersetzungsgetriebes jeweils so einzustellen, daß das Abtriebsmoment den erforderlichen Wert hat, die in sämtlichen Bewegungs phasen auftretenden Scherkräfte im Klemm-Fall jedoch re lativ gering sind. Durch die Erfindung wird eine Rück kopplung zwischen dem Hebel und dem Drehmomentbegrenzer geschaffen. Durch die erfindungsgemäße Steuerkurvenanordnung läßt sich erreichen, daß in der Winkelstellung, in der das maxi male Drehmoment auf den Hebel übertragen wird, der Drehmomentbegrenzer auf das größte Grenzdrehmoment im Grenzdrehmomentverlauf eingestellt ist. In den übrigen Bereichen wird das Grenzdrehmoment auf einen geringeren Wert eingestellt. Dadurch läßt sich erreichen, daß die größtmöglichen Scherkräfte des Antriebs unter einem relativ geringen Höchstwert bleiben. Die Teile des An triebssystems kann man deshalb relativ schwach dimen sionieren, wobei dennoch gewährleistet ist, daß eine Überlastung des Landeklappen-Antriebs mit Sicherheit vermieden wird.

Wird bei der Landeklappen-Betätigung in irgendeiner Phase des Bewegungshubs das Abtriebs-Drehmoment am Hebel größer als das dann eingestellte Grenzdrehmoment, so greift die dem Drehmomentbegrenzer zugeordnete Axial bremse, mit der Folge, daß durch dieses Bremsen eine direkte Verbindung zwischen dem Hebel und dem Antrieb geschaffen wird. Dieses Blockieren wirkt über die zen trale Antriebswelle in der Tragfläche auf den zentralen Antriebsmechanismus zurück, so daß entsprechende Gegen maßnahmen eingeleitet werden können.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht einer Tragfläche mit einer Landeklappe und einem Landeklappen-Drehantrieb,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die die nor mierten Scherkräfte für verschiedene Win kel α (Fig. 1) veranschaulicht,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Betätigungs- Drehmoments für eine Landeklappe in Ver bindung mit Grenzdrehmomentverlaufs-Kurven,

Fig. 4A eine schematische Darstellung einer Unter setzungsgetriebeanordnung mit variablem Drehmomentbegrenzer, und

Fig. 4B eine Abwicklung der bei dem Drehmomentbe grenzer nach Fig. 4A verwendeten Steuer kurve.

In einer in Fig. 1 durch strichpunktierte Linien grob an gedeuteten Tragfläche 1 ist eine Landeklappe 2 in (nicht gezeigten) Führungsschienen derart gelagert, daß sie translatorisch und schwenkbar bewegt werden kann, z.B. aus der in Fig. 1 durch durchgezogene Linien darge stellten Position in einer durch gestrichelte Linien dargestellte Position.

Zum Antreiben der Landeklappe 2 ist eine Schubstange 3 an einem Anlenkpunkt 4 an der Landeklappe 2 angelenkt. Das andere Ende der Schubstange 3 ist an einen Anlenk punkt 5 eines Hebels 6 angelenkt. Der Hebel ist um eine weiter unten beschriebene Abtriebbuchse einer Unter setzungsgetriebeanordnung 10 schwenkbar. Der Hebel 6 und die Schubstange 3 schließen zwischen sich einen Winkel α ein.

Innerhalb der Tragfläche 1 erstreckt sich eine zentrale Antriebswelle 9, die über mehrere Kegelradgetriebe 7 diesen jeweils zugeordnete Drehantriebe für Landeklappen abschnitte antreibt. Von dem in Fig. 1 dargestellten Kegelradgetriebe 7 geht eine Antriebswelle 8 ab, deren Drehung durch die Untersetzungsgetriebeanordnung 10 in eine durch einen Doppelpfeil angedeutete Schwenkbe wegung des Hebels 6 umgesetzt wird.

Während der Schwenkbewegung des Hebels 6 ändert sich der zwischen dem Hebel 6 und der Schubstange 3 einge schlossene Winkel α, und mit der Änderung des Win kels α ändert sich die Scherkraft F _S.

Fig. 2 veranschaulicht die sich ändernde Scherkraft, be zogen auf die maximale Scherkraft, die bei einem Win kel α auftritt, bei dem das maximale Betätigungs- Drehmoment des Drehantriebs liegt. In Fig. 2 bezeichnet die Position A die Winkelstellung, in der die Lande klappe 2 vollständig in die Tragfläche 1 zurückgezogen ist. Die Position B bezeichnet den Winkel, bei dem die Landeklappe vollständig ausgefahren ist. Die Stelle C kennzeichnet die Stelle des maximalen Betätigungs-Dreh moments, bei dem die Scherkraft F _Smax auftritt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, müssen die Teile des Drehantriebs für größere Scherkräfte ausgelegt werden, als sie bei dem maximalen Betätigungs-Drehmoment auf treten.

Um eine Beschädigung des Antriebsmechanismus der Lande klappe zu vermeiden, verwendet man einen Drehmomentbe grenzer, der gewährleistet, daß auf den Hebel stets nur ein Drehmoment einwirkt, welches unterhalb eines Grenzdrehmoments liegt.

Fig. 3 zeigt den auf das maximale Drehmoment T _max normierten Drehmomentverlauf für

I. das Betätigungsdrehmoment,
II. das Grenzdrehmoment, dessen Maximalwert mit dem Wert T _max übereinstimmt, und
III. das Grenzdrehmoment, dessen Maximalwert z. B. auf das 1,2-fache des maximalen Betätigungs-Drehmoments T _max eingestellt ist.

Durch Verwendung eines variablen Drehmomentbegrenzers läßt sich ein Scherkraftverlauf erzielen, der unab hängig vom Winkel α zwischen dem Hebel 6 und der Schub stange 3 stets konstant ist. Es läßt sich erreichen, daß die Scherkraft bei irgendeinem Winkel α stets kleiner ist als die Scherkraft, die bei maximalem Betätigungs- Drehmoment auftritt.

Fig. 4A und 4B zeigen eine bevorzugte Ausführungsform eines variablen Drehmomentbegrenzers in Verbindung mit der Untersetzungsgetriebeanordnung 10.

Mach Fig. 4A wird von der auch in Fig. 1 dargestellten Antriebswelle 8 über ein Kegelrad 13 eine Lagerhülse 14 angetrieben, die drehbar an dem Gehäuse 11 der Un tersetzungsgetriebeanordnung 10 um eine Längsachse 12 drehbar gelagert ist. Mit der Lagerhülse 14 dreht das Antriebsteil 15 eines Kugel-Rampen-Mechanismus, welcher außer dem Antriebsteil 15 mehrere in einer Stirnseite des Antriebsteils 15 in rampenförmigen oder konischen Ausnehmungen gelagerte Kugeln 16 aufweist, die in Ausnehmungen einer Stirnseite eines Abtriebsteils 17 aufgenommen sind. Eine Druckfeder 18 drückt das Abtriebs teil 17 in Richtung auf das Antriebsteil 15.

Das Antriebsmoment der Antriebswelle 8 wird also über das Kegelrad 13, die Lagerhülse 14, das Antriebsteil 15 und die Kugeln 16 auf das Abtriebsteil 17 übertragen.

Auf einem Außenabschnitt des Abtriebsteils 17 sind auf Lücke mehrere Bremslamellen 19 a drehfest gelagert, und in die Hohlräume der Bremslamellen 19 a ragen Brems lamellen 19 b einer weiter unten noch näher erläuterten Antriebsbuchse 25. Im Normalbetrieb sind die Sätze von Bremslamellen 19 a bzw. 19 b voneinander beabstandet, so daß keine Bremswirkung erzielt wird.

Das Drehmoment des Abtriebsteils 17 wird über eine auf ihr ausgebildete Klauenverbindung auf das Antriebszahn rad 21 eines Untersetzungsgetriebes 22 übertragen, und dessen Abtriebszahnrad 23 kämmt mit einem Zahnkranz 24 der Abtriebsbuchse 25. Auf das rechts in Fig. 4A darge stellte Ende der Abtriebsbuchse 25 ist mittels einer Keilverzahnung 26 der auch in Fig. 1 dargestellte Hebel 6 aufgekeilt. Auf diese Weise wird das Antriebsdrehmoment von dem Abtriebsteil 17 über das Untersetzungsgetriebe 22 auf den Hebel 6 übertragen.

Wird die Bewegung des Hebels 6 z.B. durch einen Fehler im Bereich der Landeklappenführung gehemmt oder gesperrt, so wirkt dies über die Abtriebsbuchse 25 und das Unter setzungsgetriebe 22 auf das Antriebszahnrad 21 und mithin das Abtriebsteil 17 des Kugel-Rampen-Mechanismus zurück, mit der Folge, daß sich zwischen dem Antriebs teil 15 und dem Abtriebsteil 17 dieses Mechanismus eine signifikante Drehmomentdifferenz ergibt. Übersteigt die se Drehmomentdifferenz einen bestimmten Wert, so laufen die Kugeln 16 auf den konischen Rampen in der Stirn seite des Antriebsteils 15 und/oder des Abtriebsteils 17 auf, mit der Folge, daß das Abtriebsteil 17 unter Überwindung der durch die Feder 18 eingestellten Vor spannkraft axial von dem Antriebsteil 15 abrückt. Durch dieses Abrücken oder Versetzen des Abtriebsteils 17 (in Fig. 4A nach rechts) kommen die Bremslamellen 19 a und 19 b miteinander in reibschlüssigen Eingriff. Hier durch entsteht eine direkte Kopplung des Hebels 6 mit der Antriebswelle 8, und zwar von dem Hebel 6 über die Antriebsbuchse 25, die Bremslamelle 19 a, 19 b, das Ab triebsteil 17, die Kugeln 16, das Antriebsteil 15, die Lagerhülse 14 und das Kegelrad 13. Eine Hemmung oder Blockierung der Antriebswelle 8 wirkt über die zentrale Antriebswelle 9 auf den zentralen Antriebsmotor zurück und kann dort festgestellt werden, damit entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.

Um das jeweilige Grenzdrehmoment, bei dem der Dreh momentbegrenzer in der oben geschilderten Weise an abhängig von der Winkelstellung α des Hebels 6 ab hängig zu machen, ist ein Rückkopplungsmechanismus zwischen dem Hebel 6 bzw. der Abtriebsbuchse 25 und der Feder 18 des Kugel-Rampen-Mechanismus vorgesehen. Durch diese Rückkopplung wird das Grenzdrehmoment, bei dem die Axialbremse 14, 15, 16, 17, 18, 19 a, b anspricht, abhängig vom Winkel α eingestellt.

Hierzu ist auf der Innenseite der Abtriebsbuchse 25 eine Hülse 27 zur Aufnahme einer Steuerrolle 28 befestigt. Die Steuerrolle 28 greift in eine Umfangsnut 30 (Fig. 4B) eines Steuerkurvenelements 29 ein. Dadurch bewegt sich das axialverschieblich auf der Gehäuseachse 11 ge lagerte Steuerkurvenelement 29 nach links oder nach rechts (Doppelpfeil in Fig. 4A). Diese Axialbewegung wird über ein Axiallager 33 auf ein mit der Lagerhülse 14 umlaufendes Druckteil 32 übertragen, welches an dem dem Axiallager 33 abgewandten Ende einen Anschlag 31 für die Feder 18 des Kugel-Rampen-Mechanismus aufweist.

Wie man sieht, entspricht eine Dreh- oder Schwenkbe wegung des Hebels 6 einer Axialbewegung des Steuerkurven elements 29 und mithin des Anschlags 31. Hierdurch wird die Vorspannkraft der Feder 18 abhängig von der Winkel stellung α des Hebels 6 variiert. Dementsprechend ändert sich auch abhängig vom Winkel α des Hebels 6 die Vorspannkraft, bei der der Kugel-Rampen-Mechanismus die Lamellenanordnung 19 a und 19 b dieser Axialbremse be tätigt.

Sollte das Druckteil 32 klemmen und die Feder 18 das Druckteil 32 nicht in Anlage mit dem Steuerkurvenelement 29 halten, so wird das Druckteil 32 von einem Mitnehmer stift 34 nachgeführt.

Claims

1. Überlastschutzvorrichtung für einen insbesondere für Flugzeug-Landeklappen (2) und -Vorflügel ausgebilde ten Drehantrieb, der die Drehbewegung einer Antriebs welle (8) in eine Schwenkbewegung eines Hebels (6) um setzt, dessen distales Ende (5) z.B. an eine mit einer in einer Führung verschieblichen Landeklappe (2) ge koppelten Schubstange (3) angelenkt ist, und der einen Drehmomentbegrenzer mit Axialbremse (14-19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreh momentbegrenzer als variabler Drehmomentbegrenzer (14-19, 26-34) ausgebildet ist.

2. Überlastschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzdreh moment-Verlauf des Drehmomentbegrenzers (14-19, 26-34) derart eingestellt ist, daß das maximale Grenzdrehmoment bei einem Hebel-Winkel (α) liegt, bei dem das maximal notwendige Betätigungsdrehmoment des Drehantriebs liegt.

3. Überlastschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der variable Drehmomentbegrenzer (14-19, 26-34) mit Axialbremse (14-19) aufweist:

a) eine auf einer Gehäuseachse (12) drehbar gelagerte und von einem Antrieb (8, 13) gedrehte Axialbremse (14-19),
b) ein mit der Axialbremse (14-19) gekopppeltes Unter setzungsgetriebe (20-25), dessen Abtrieb (25) mit dem Hebel (6) gekoppelt ist, wobei zwischen dem Ab trieb (25) und der Axialbremse (14-19) eine Brems lamellenanordnung (19 a, b) der Axialbremse (14-19) angeordnet ist,
c) einen federvorgespannten Kugel-Rampen-Mechanismus (15, 16, 17, 18) der Axialbremse mit einem Antriebs teil (15) und einem Abtriebsteil (17), welcher bei Überschreiten eines über das Untersetzungsgetriebe (20-25) auf das Antriebsteil (15) des Kugel-Rampen- Mechanismus (15-18) zurückwirkenden Grenzdreh moments entgegen der Federvorspannung das Antriebs teil (17) axial versetzt und damit die Bremslamellen (19 a, b) miteinander in Eingriff bringt, so daß der mit dem Hebel (6) gekoppelte Abtrieb (25) direkt mit dem Antrieb (8, 13) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Hebel (6) eine Steuerkurvenanordnung (27-30) gekoppelt ist, welche über ein Druckteil (32) die Feder (18) des Kugel- Rampen-Mechanismus (15-18) abhängig von der Winkel stellung (α) des Hebels (6) vorspannt.

4. Überlastschutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer kurvenanordnung (29, 30) axialverschieblich auf der Drehachse (12) der Axialbremse angeordnet ist und über ein dem Geschwindigkeitsausgleich dienendes Axiallager (33) an einem Ende des Druckteils (32) anliegt, dessen anderes Ende einen Anschlag (31) für die Feder (18) bildet, und daß ein Steuerstift oder eine Steuerrolle (28) des Abtriebs (25) in die als Umfangsnut (30) aus gebildete Steuerkurvenanordnung (29, 30) eingreift.