DE60007033T2 - Redundante Gestängeanordnung und Sensorvorrichtung - Google Patents

Redundante Gestängeanordnung und Sensorvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE60007033T2
DE60007033T2 DE60007033T DE60007033T DE60007033T2 DE 60007033 T2 DE60007033 T2 DE 60007033T2 DE 60007033 T DE60007033 T DE 60007033T DE 60007033 T DE60007033 T DE 60007033T DE 60007033 T2 DE60007033 T2 DE 60007033T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
linkage
tube
sensor unit
redundant
unit according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60007033T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60007033D1 (de
Inventor
J. Philip Ferguson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kavlico Corp
Original Assignee
Kavlico Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kavlico Corp filed Critical Kavlico Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE60007033D1 publication Critical patent/DE60007033D1/de
Publication of DE60007033T2 publication Critical patent/DE60007033T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/24Transmitting means
    • B64C13/26Transmitting means without power amplification or where power amplification is irrelevant
    • B64C13/28Transmitting means without power amplification or where power amplification is irrelevant mechanical
    • B64C13/341Transmitting means without power amplification or where power amplification is irrelevant mechanical having duplication or stand-by provisions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/04Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads with elastic intermediate part of fluid cushion
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/10Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means
    • G01L5/101Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means using sensors inserted into the flexible member
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/10Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means
    • G01L5/103Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means using sensors fixed at one end of the flexible member
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00Articles relating to transporting
    • F16C2326/43Aeroplanes; Helicopters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40Weight reduction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft Kontroll- und Steuerungssysteme. Insbesondere betrifft die Erfindung eine betriebssichere redundante Gestänge- und Sensoreinheit zum Erfassen von Kräften, die auf das Gestänge ausgeübt werden, während die Funktionalität des Gestänges aufrechterhalten wird.
  • In Verbindung mit Fragestellungen, die in dem Artikel "Safety Board Debates 737 Rudder Fixes", Aviation Week & Space Technology, 23. März, 1999, Seite 26 bis 27 erörtert sind, werden eingehend die Möglichkeit und die wahrscheinliche Ursache eines Ausfalls eines Rudersteuersystems einer 737 diskutiert. Um die Ursachen von potentiellen Problemen, die zukünftig auftreten können, besser zu erforschen, wird es als wünschenswert erachtet, die auf ein bestimmtes Steuergestänge ausgeübten Kräfte zu überwachen. Es ist jedoch auch wichtig, dass die mechanische Festigkeit des Gestänges nicht beeinträchtigt wird.
  • Eine Art, dies zu verwirklichen, besteht darin, herkömmliche Dehnungsmessstreifen an dem Gestänge anzubringen. Jedoch scheint die Belastung, die durch die beteiligten Kräfte in Gestängen erzeugt wird (im Bereich von Null bis mehreren Tausend Newton (mehreren Hundert Pfund)), die unter strukturellen Gesichtspunkten adäquat scheint, sehr gering. Das Erfassen von Kräften mit solchen herkömmlichen Dehnungsmessstreifen wird aufgrund von Problemen des Erzeugens eines ausreichend großen Signal-/Rauschverhältnisses mit herkömmlichen Dehnungsmessstreifen sowie Problemen der Delaminierung und Abdrift derartiger Messstreifen mit der Zeit erschwert. Schon aus diesen Gründen ist eine Alternative für das Erfassen von Kräften mittels herkömmlicher Dehnungsmessstreifen wünschenswert.
  • Die FR-A-2599793 offenbart ein Verbindungsgestängesystem, das dafür ausgelegt ist, zwischen zwei Punkten einer Struktur eingesetzt zu werden, und longitudinale Kräfte aushalten kann. Das System umfasst Folgendes: eine erste Pleuelstange, die dafür ausgelegt ist, die Kräfte zu tragen, wobei die erste Pleuelstange mit longditudinalem Spiel mit mindestens einem der beiden Punkte der Struktur verbunden ist; eine zweite Pleuelstange, die parallel zu ersten Pleuelstange angeordnet ist und eine größere longitudinale Elastizität als die erste Pleuelstange aufweist, wobei die zweite Pleuelstange an ihren beiden Enden starr mit den beiden Punkten der Struktur verbunden ist; und Mittel, die an der zweiten Pleuelstange angeordnet sind, um deren longitudinale Deformation zu messen. Das Messmittel ist ein Dehnungsmessstreifen, der an der äußeren Oberfläche der zweiten Pleuelstange angebracht ist, oder ein piezo-elektrischer Sensor, der zwischen der ersten und der zweiten Pleuelstange mit diesen verbunden ist.
  • Die CH-A-336618 offenbart ein elastisches Zwischenglied zum Messen der Spannungs- und Kompressionskraft in einem Gestänge. Die Verbindung weist zwei Teile auf, die relativ zueinander beweglich sind. Ein Teil trägt Spulen, die zu dem Messarm einer Brückenschaltung gehören. Der andere Teil trägt einen Tauchspulenkern, der sich durch die Spulen erstreckt. Der Kern und die Spulen sind relativ zueinander beweglich, ohne den angelegten axialen Kräften ausgesetzt zu sein.
  • Bei dem in der FR-A-2599793 sowie der CH-A-336618 offenbarten Systemen sind die elastisch deformierbaren Teile innerhalb der Gestängestruktur angeordnet.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine redundante Gestänge- und Sensoreinheit zur Kontrolle einer Axialkraft, die auf das Gestänge ausgeübt wird, angegeben, welche Folgendes aufweist: ein erstes Pleuellager; ein zweites Pleuellager; einen ersten Weg zum Übertragen einer mechanischen Kraft, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Pleuellager angeordnet ist und ein elastisch deformierbares Element aufweist, um eine Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Pleuellager zueinander hin und voneinander weg zuzulassen, wobei das elastisch deformierbare Element an einem Außenumfang der Einheit angeordnet ist und eine bekannte Beziehung zwischen elastischer Deformation und angelegter Kraft aufweist; einen zweiten weg zum Übertragen einer mechanischen Kraft, der dafür angeordnet ist, eine mechanische Kraft zwischen dem ersten und dem zweiten Pleuellager zu übertragen, wenn der erste Weg für mechanische Kraftübertragung ausfällt; eine Sperreinheit zum Begrenzen der Relativbewegung des ersten und des zweiten Pleuellagers zueinander hin und voneinander weg auf einen ersten Bereich der axialen Relativbewegung; und einen Positionssensor, der dafür angeordnet ist, die Veränderung des Abstandes zwischen dem ersten und dem zweiten Pleuellager zu erfassen, wobei der Positionssensor ein erstes Element aufweist, das dafür angeordnet ist, sich mit dem ersten Pleuellager zu bewegen, und ein zweites Element, welches von dem ersten Element getrennt und dafür angeordnet ist, sich mit dem zweiten Pleuellager zu bewegen, so dass das erste und das zweite Element relativ zueinander beweglich sind, ohne dass sie den angelegten Axialkräften ausgesetzt sind, welche durch den ersten Übertragungsweg für mechanische Kraft wirken; wodurch die angelegten Axialkräfte, die durch den ersten Übertragungsweg für mechanische Kraft wirken, innerhalb des ersten Bereichs der relativen Axialbewegung kontollierbar sind, wobei die Abstände zwischen dem ersten und dem zweiten Pleuellager, die von dem Positionssensor erfasst werden, und die bekannte Beziehung der Deformation des elastisch deformierbaren Elementes zu der angelegten Kraft verwendet werden.
  • Eine solche redundante Gestänge- und Sensoreinheit kann einen Sensor schaffen, der die Anzeige der Größe und Richtung der auf das Gestänge angelegten Kräfte ermöglicht, wobei die vollständige mechanische Stärke des Gestänges aufrecht erhalten wird und eine stabile und genaue Kraftable sung über der Zeit möglich ist, da ein Verfahren des Erfassens der an das Gestänge angelegten Kraft eingesetzt wird, das nicht herkömmlich ist.
  • In einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Gestänge eine erste und eine zweite längliche Metallröhre, wobei sich die erste dieser Röhren in die zweite Röhre hinein erstreckt, welche einen Innendurchmesser aufweist, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der ersten Röhre. Ein elastisch deformierbares Element, das in der veranschaulichten Ausführungsform eine sehr starke zylindrische Feder umfasst, weist ein Ende auf, das an einer Mittelposition der ersten Röhre befestigt ist, wobei das andere Ende desselben an einem Ende der zweiten Röhre mit größerem Durchmesser befestigt ist. Die kleinerer Röhre erstreckt sich teleskopartig innerhalb der größeren Röhre. Das Ende der ersten Röhre, das sich innerhalb der zweiten Röhre befindet, ist durch eine Positionssensoreinheit an die zweite Röhre gekoppelt. wenn sich die auf das Gestänge ausgeübte Kraft ändert, expandiert oder kontrahiert die Feder, und die Enden der beiden Röhren an der Stelle der Sensoreinheit werden gegeneinander versetzt. Der Positionssensor erfasst diese relative Positionsverschiebung zwischen der ersten und der zweiten Röhre und gibt ein verändertes elektrisches Ausgangssignal an, das die Richtung und Größe der Positionsveränderung angibt. Dies liegt daran, dass die relative Position der Enden der Röhren an der Positionssensoreinheit mit auf das Gestänge ausgeübten Kraft über das Verhältnis der Deformation der Feder zur ausgeübten Kraft verknüpft ist, wobei die ausgeübte Kraft durch das Ausgangssignal angezeigt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Röhre redundant über die Sensoreinheit mit der zweiten Röhre verbunden, und die Sensoreinheit weist eine Struktur auf, die eine redundante entsprechende Sperreinheit aufweist. Die entsprechen de Sperreinheit ermöglicht die geringe relative Bewegung, die für die Funktion der Sensoreinheit über dem gewünschten Bereich der ausgeübten Kraft notwendig ist, schafft jedoch eine redundante mechanische Interferenz, so dass selbst dann, wenn die Feder ausfällt oder sich gegenüber einer der Röhren lockert, die Gestängeinheit noch funktionsfähig ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird bei dem Sensor für die Relativposition ein linearer variabler Differentialtransformator (LVDT) eingesetzt. Ein beweglicher Anker (Kern) ist an einer der Röhren gesichert, und die primären und sekundären Transformatorspulen sind an der äußeren Röhre befestigt. Eine relative Axialbewegung der Röhren führt zu einer relativen Bewegung des Ankers in Bezug auf die Spulen. Dies ändert den Ausgang durch die Sekundärwicklungen der LVDT. Ein einmaliges Kalibrierungsverfahren kann dazu verwendet werden, die Genauigkeit der Kraftanzeige zu verbessern, wobei ein Widerstand über der Sekundärwicklung installiert wird, um die Ausgangsspannung der LVDT bei einer bekannten, ausgewählten angelegten Kraft auf einen ausgewählten Wert zu optimieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist eine Primärspule der LVDT zwischen zwei Sekundärspulen angeordnet, wobei der Anker so positioniert ist, dass, wenn keine Spannung oder Kompressionskraft an das Gestänge angelegt wird, der Anker zentriert ist und der Spannungsausgang durch die Sekundärspulen gleich ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Spulen in entgegengesetzte Richtungen gewickelt, so dass sie eine Phasendifferenz von 180° aufweisen, und sind in Serie geschaltet. Bei dieser Ausführungsform ist der Netto-Spannungsausgang durch die Sekundärwicklung gleich Null, wenn der Anker zentriert ist, und wenn das Gestänge komprimiert ist, wird die Größe der Kraft als positiver Spannungswert angezeigt, und wenn eine Zugspannung ausgeübt wird, als negativer Spannngswert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugen Ausführungsform werden Temperatureffekte auf die Sensoren minimiert, indem die Feder und die LVDT so ausgewählt werden, dass die Änderung der Steifheit der Feder mit dem Betriebstemperaturbereich etwa der Änderung des Ausgangs (Verstärkungszunahme oder Verstärkungsabfall) aus der LVDT aufgrund von Temperaturänderungen über demselben Betriebstemperaturbereich entspricht, bezüglich der Richtung entgegengesetzt ist, um die beiden Fehlerquellen soweit wie möglich zu eliminieren.
  • Wie ersichtlich ist, ersetzt die ausfallsichere redundante Gestänge- und Sensoreinheit ein Strukturelement in einem Steuersystem durch ein kombiniertes Sensor- und Strukturelement. Aus diesem Grund sind alle Verbindungen und Elemente in der Einheit redundant, so dass, wenn eines ausfällt, eine Auffangstruktur besteht, um die strukturellen Erfordernisse der ausgefallenen Verbindung oder des ausgefallenen Elements zu erfüllen. Darüber hinaus muss der Sensor robust sein und für Stablilität und eine lange Lebensdauer ausgelegt sein. Der lineare variable Differentialtransformator, welcher eine AC-Vorrichtung ist, weist inhärent eine größere Stabilität auf als DC-Bindungsmessstreifen und dergleichen, und seine Abtrift mit der Zeit ist minimal.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Luftfahrzeugruder-Steuerungssystem angegeben, das die redundante Gestänge- und Sensoreinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beinhaltet.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Luftfahrzeug angegeben, das die redundante Gestänge- und Sensoreinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren des Überwachens einer Axialkraft angegeben, die auf ein Gestänge ausgeübt wird, aufweisend: Anordnung eines elastisch deformierbaren Elementes an einem äußeren Umfang des Gestänges, wobei das Element eine bekannte Beziehung zwischen der elastischen Deformation und der angelegten Kraft aufweist, um einen Teil eines Weges zur Übertragung einer mechanischen Kraft zwischen einem ersten und einem zweiten Pleuellager des Gestänges so zu schaffen, dass sich die Pleuellager innerhalb eines begrenzten Bereiches einer relativen Axialbewegung aufeinander zu und voneinander weg bewegen können; Anordnung eines ersten Elements eines Positionssensors, so dass es sich mit dem ersten Pleuellager des Gestänges bewegt, und Anordnung eines zweiten Elements des Positionssensors, das von dem ersten Element getrennt ist, so dass es sich mit dem zweiten Pleuellager des Gestänges bewegt, so dass die ersten und zweiten Elemente sich relativ zueinander bewegen, ohne dass sie den angelegten Axialkräften ausgesetzt sind, welche durch den Übertragungsweg für mechanische Kraft wirken; Detektieren der Relativbewegung des ersten und des zweiten Elements; und Bestimmen der an das Gestänge angelegten Axialkraft basierend auf der detektierten Relativbewegung und der bekannten Beziehung.
  • Nun wird beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
  • 1 eine Seitenaufrissansicht einer ausfallsicheren redundanten Gestänge- und Sensoreinheit ist, welche die vorliegende Erfindung verkörpert;
  • 2 eine Querschnittsansicht eines Teiles der redundanten Gestänge- und Sensoreinheit von 1 ist, die in der Ebene von 1 gemacht ist;
  • 3 eine Seitenaufrissansicht, teilweise weggebrochen und teilweise im Querschnitt ist, die detaillierter einen Abschnitt des redundanten Gestänges von 1 zeigt;
  • 4 ein Querschnitt des in 3 gezeigten redundanten Gestänges entlang der Linie 4-4 von 3 ist; 5 eine Seitenaufrissansicht einer Ankereinheit und positionseinstellbarer Stangenabschnitte einer linearen variablen Transformatoreinheit des in 3 gezeigten Gestänges ist;
  • 6 eine perspektivische Ansicht einer einstellbaren Sperre der Positionssensoreinheit des redundanten Gestänges von 3 ist;
  • 7 eine schematische Darstellung des linearen variablen Transformators der in 3 gezeigten Positionssensoreinheit ist; und
  • 8 ein elektronisches Schaltbild des linearen variablen Transformators der in 3 gezeigten Positionssensoreinheit ist.
  • Mit Bezug auf 1 der Zeichnungen, welche dem Zweck der Veranschaulichung und nicht dem Beschränken des Schutzbereichs der Erfindung dienen, ist eine ausfallsichere redundante Gestänge- und Sensoreinheit 10, welche die vorliegende Erfindung verkörpert, gezeigt. Das Gestänge umfasst eine erste Röhre 12 und eine zweite Röhre 14, wobei die erste Röhre einen Außendurchmesser aufweist, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der zweiten Röhre, und sich die erste Röhre teleskopartig in die zweite Röhre erstreckt. Ein elastisch deformierbares Element, das in der veranschaulichten Ausführungsform eine zylindrische Feder 16 umfasst, ist durch einen ersten Flansch 18, welcher an der ersten Röhre angebracht ist, und einen zweiten Flansch 20, welcher an der zweiten Röhre 14 an einem ersten Ende 22 der zweiten Röhre angebracht ist, an der ersten Röhre befestigt. Wenn axiale Zug- und Kompressionskräfte über die Pleuellager 24, 26 an das Gestänge angelegt werden, verlängert oder verkürzt sich die Feder um einen kleinen Betrag, und eine kleine Relativbewegung zwischen der ersten und der zweiten Röhre wird ermöglicht. Da die Eigenschaften der Feder in Bezug auf die Auslenkung pro Einheit angelegter Kraft bekannt sind, wird die Verschiebung der Röhren durch eine interne Positionssensoreinheit (2) aufgezeichnet, und ein Ausgangssignal, das die ausgeübte Kraft anzeigt, wird über ein elektrisches Kabel 28 und einen Anschluss 30 ausgesendet.
  • Die Pleuellager 24, 26 sind Kugelgelenklager, die nur axiale Kräfte auf das redundante Gestänge 10 übertragen. Ein erstes Pleuellager 24 ist an einem ersten Ende 34 der ersten Röhre an der ersten Röhre 12 angebracht, und zwar über ein erstes Anschlußstück 32. Zwei Abscherstifte 36, 38 halten das Lager in dem Anschlußstück, während eine Schweißnaht das Anschlußstück an der ersten Röhre sichert. Ein dritter Abscherstift 40 schafft einen redundanten Belastungsweg. Andere Verbindungsmittel, bspw. Klebstoffe, Schweißnähte oder Lötverbindungen können die Abscherstifte ersetzen oder ergänzen. Am anderen Ende des redundanten Gestänges ist das zweite Pleuellager 26 am zweiten Ende 42 der zweiten Röhre 14 über ein zweites End-Anschlußstück 44 durch Abscherstifte 46, 48 angebracht. Das zweite Anschlußstück ist über eine Schraubverbindung (nicht gezeigt) an einem Adapter 50 angebracht, der in das zweite Ende der zweiten Röhre eingepasst ist. Das Endanschlußstück ist ebenfalls mit dem Adapter punktverschweißt, um eine Rotation um das Gewinde zu verhindern. Schweiß- und Lötverbindungen und Klebstoffe sind ebenfalls ergänzende und/oder alternative Anbringungsmittel für die Elemente, die dieses zweite Pleuellager am Gestänge festhalten.
  • Das elektrische Kabel 28 tritt aus der zweiten Röhre 14 über ein Loch 52 aus, das zu diesem Zweck ausgebildet ist. Das Kabel ist zur Verringerung der Belastung durch einen Kabelbinder 54 aus Nylon an das Gestänge gebunden und ist mit dem Dichtungsmittel PR1750, hergestellt von PRC-DeSoto International, Inc. aus Glendale, California, überzogen, um es an seinem Platz zu halten. Die redundante Gestänge- und Sensoreinheit ist in einem Zustand gezeigt, in dem die Pleuellager 24, 26 ausgerichtet sind, wobei jedoch aus Gründen der Deutlichkeit der Darstellung die Lager auf einem solchen Gestänge für eine Boeing 737 um 90° gegeneinander verdreht sind.
  • Mit Bezug auf 2, welche die Verbindung der ersten und zweiten Röhren 12, 14 durch die Feder 16 detaillierter zeigt, beinhaltet der Flansch 18 einen mit Gewinde versehenen Muffenfortsatz 56, der in entsprechende Gewinde auf der Innenseite der Feder eingreift. Die Feder wird ebenfalls nach dem Zusammenbau mit dem Flansch verschweißt, um zu verhindern, dass sich die Feder in Bezug auf den Flansch dreht. Das Flanschelement 18 umfasst des Weiteren einen Muffenabschnitt 58, der mit dem Äußeren der ersten Röhre durch Verlötung und/oder Verschweißen verbunden ist.
  • Das zweite Flanschelement 20 umfasst ebenfalls einen mit Gewinde versehenen Muffenabschnitt 60, der in Gewinde auf der Innenseite der Feder 16 eingreift und ebenfalls mit der Feder am gegenüberliegenden Ende derselben verschweißt ist. Der mit Gewinde versehene Fortsatz unterscheidet sich jedoch darin, dass er mit einem Gesenk versehen ist, um eine Buchse 62 aufzunehmen, die aus mit Glas gefülltem Nylon ausgebildet ist, das bei geringfügigen seitlichen Belastungen nicht an der ersten Röhre 12 angreift, jedoch eine signifikante seitliche Bewegung zwischen den Röhren am ersten Ende 22 der zweiten Röhre 14 verhindert, wenn eine signifikante seitliche Belastung ausgeübt wird, wohingegen zu jedem Zeitpunkt eine axiale Relativbewegung ermöglicht wird. Das Flanschelement 20 weist einen Muffenabschnitt 64 auf, der an der Innenseite der zweiten Röhre angreift und mit ihr durch Verschweißen und/oder Verlötung verbunden ist.
  • Mit Bezug auf die 1 und 2 ist ersichtlich, dass das Herstellen wechselnder Schlitze entlang einer Länge einer Verrohrung die Feder 16 bildet. Eine solche Feder zeigt ein relativ geradliniges Ansprechverhalten bezüglich der Auslenkung pro Einheit angelegter Axialkraft innerhalb des elastischen Bereiches des Materials. Hierbei sind alle Komponenten aus Metall ausgebildet, vorzugsweise einer korrosionsbestängigen Stahllegierung oder aus Aluminium. Bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die zweite Röhre aus niedrig gekohlter 304 L-1/4-Hartstahllegierung hergestellt. Die Feder ist aus einer wärmebehandelten 15-5 PH 1025-Stahllegierung hergestellt. Um das Gewicht zu reduzieren, können eine Feder aus Titanlegierung und Verrohrungen und Anschlußstücke aus hochfesterem Stahl verwendet werden.
  • Mit Bezug auf 3 passt der Adapter 50 in die zweite Röhre 14 hinein und ist daran durch Verschweißung, Verlötung oder ein anderes herkömmliches Mittel angebracht. Der Adapter beinhaltet eine Buchse 67, die in ihm durch ein Gesenk aufgenommen ist. Die Buchse ist aus mit Glas gefülltem Nylon hergestellt und wirkt ähnlich derjenigen, die vorstehend beschrieben wurde (Bezugszeichen 62 in 2). Die Positionssensoreinheit 66 umfasst, zusätzlich zu dem ersten Adapter 50, der am zweiten Ende 68 der zweiten Röhre 14 angebracht ist, einen weiteren oder zweiten Adapter 69, der am zweiten Ende 70 der ersten Röhre 12 durch Verschweißen oder Verlöten angebracht ist, und durch einen Stift 72, welcher einen redundanten Belastungsweg schafft. Der Adapter ist verschiebbar in der Buchse 67 des ersten Adapters aufgenommen.
  • Der zweite Adapter 69 weist zwei signifikante Funktionen auf. Zunächst beinhaltet er die LVDT 76. Zum zweiten wirkt er mit dem ersten Adapter 50 und einer Sperrmutter 78 zusammen, um eine redundante mechanische Interferenz zu schaffen, welche verhindert, dass die erste und die zweite Röhre 12, 14 sich relativ zueinander in axialer Richtung um mehr als etwa 1,96 mm (77 Tausendstel Zoll) gegenüber einer Position bei der Kraft Null bewegen. Somit ist, wenn eine übermäßige Axialkraft angelegt wird, die Feder 16 vor Beschädigung durch Überbeanspruchung und Deformation über die elastische Grenze hinaus geschützt. Darüber hinaus ist das Gestänge 10 noch in Funktion, selbst wenn die Feder 16 oder die Flanschelemente 18, 20 ausfallen oder auch die Schweiß nähte, welche dieselben mit der ersten und der zweiten Röhre verbinden.
  • Mit Bezug auf die 3, 4 und 6 gleitet die Sperrmutter 78 durch eine exzentrische Öffnung 80, die durch einen sich nach innen erstreckenden Flansch 82 des ersten Adapters 50 während des Zusammenbaus begrenzt wird. Danach wird die Sperrmutter so eingestellt, dass ein ringförmiger Schlitz 84 in der Sperrmutter mit dem sich nach innen streckenden Flansch ausgerichtet ist, welcher an der Sperrmutter angreift und eine Bewegung derselben verhindert und dadurch auch des zweiten Adapters 69 über die durch die Breite des Schlitzes 84 definierten Grenzen hinaus.
  • Der zweite Adapter 69 weist einen mit Gewinde versehenen Fortsatzabschnitt 86 eines ersten Durchmessers auf, um die Sperrmutter 78 im Gewindeeingriff aufzunehmen, und einen weiteren mit Gewinde versehenen Fortsatzabschnitt 88 mit einem zweiten, kleineren Durchmesser, der sich über den ersten mit Gewinde versehenen Fortsetzungabschnitt hinaus erstreckt. Der letztgenannte mit Gewinde versehene Fortsetzungsabschnitt mit kleinerem Durchmesser nimmt eine Sperrmutter 90 auf, welche Druck an die Sperrmutter 78 anlegt, um sie so zu arretieren, dass eine Rotation der Sperrmutter vermieden wird, welche bewirken könnte, dass der zulässige Verschiebungsbereich zwischen der Sperrmutter 78 und dem sich nach innen erstreckenden Flansch 82 sich zu einem Ungleichgewicht hin verschiebt. Eine Halteklemme 92 ist vorhanden, um zu verhindern, dass die Sperrmutter 78 in Bezug auf den zweiten Adapter 78 rotiert und dadurch ihre Position in Axialrichtung verschiebt.
  • Der Abstand zwischen dem sich nach innen erstreckenden Flansch 82 und den Seiten des ringförmigen Schlitzes 84 beträgt etwa 1,96 mm (77 Tausendstel Zoll) auf jeder Seite des sich nach innen erstreckenden Flansches. Dies gibt einen Bereich der Relativbewegung zwischen der ersten und der zweiten Röhre von bis zu etwa 3,91 mm (154 Tausendstel Zoll) an, was mehr ist als die Relativbewegung der ersten und der zweiten Röhre innerhalb des Bereichs der angelegten Axialkräfte, die für das Gestänge in einem Flugzeugruder-Steuersystem auftreten, einer Anwendung für die veranschaulichte Ausführungsform.
  • Der zweite Adapter 74 weist darüber hinaus einen Fortsatz 94 und einen Flansch 96 auf, der dafür ausgelegt ist, das elektrische Kabel 28 aufzunehmen, der um ihn herum gewickelt ist, um die Belastung auf das Kabel zu verringern. In der Praxis wird während des Zusammenbaus das elektrische Kabel durch das Loch 52 in der zweiten Röhre 14 und dem ersten Anschlußstück 50 geführt und herausgezogen, wenn die erste Röhre 12 in die zweite Röhre eingeführt wird. Ein Abschnitt des Flansches 96 ist an einer Stelle 98 entfernt, so dass das Kabel 28 vorbeigeführt werden kann, wenn die erste Röhre in die zweite Röhre eingeführt wird. Nach dem Einschub werden die Röhren relativ zueinander verdreht, um einen Abschnitt des Kabels 100, das um den Fortsatz 94 des zweiten Adapters 74 herum gewickelt ist, mit verringerter Belastung zu schaffen. Eine weitere Schutzhülse 102 ist über dem Kabel an der Stelle angeordnet, wo es durch das Loch 52 verläuft.
  • Das Elektrokabel 28 enthält drei Leitungen, die mit dem primären Anschluss, dem sekundären Anschluss und dem geerdeten Anschluss der LVDT 76 verbunden sind. Wie bereits erwähnt, ist die LVDT innerhalb des zweiten Adapters positioniert, und in dem zweiten Adapter ist zu diesem Zweck ein Loch 103 ausgespart. Eine Abschirmung 104 (5) ist um die primäre und die sekundäre Wicklung der LVDT angeordnet, um elektrische Interferenz zu eliminieren. Geeignete LVDTs sind im Handel durch Kavlico Corporation, Moorpark, California erhältlich.
  • Mit Bezug auf die 3 und 5 liegt ein Nickel-Eisen-Anker 106 innerhalb der LVDT innerhalb des zweiten Adapters 74, ist jedoch frei, sich gleitend darin zu bewegen. Eine Buchse 108 aus Teflon schützt den Anker vor Kaltumformung, die durch Vibrationen hervorgerufen wird. Eine Kaltumformung verringert die Permeabilität des Ankers. Die Teflonbuchse erleichtert auch die Gleitbewegung, insbesondere durch Hemmen einer durch Eis hervorgerufenen Störung. Ein Stab aus einer K-Monel-Legierung verbindet den Anker mit dem ersten Adapter 50, so dass dieser sich mit dem zweiten Stab relativ zum ersten Stab bewegt. Der Stab ist am Anker durch Verlöten oder einen Klebstoff angebracht. Der Stab ist auch über ein Ende 112 mit Gewindefortsatz und eine Gewindeführung 114 am ersten Adapter angebracht. Das Fortsatzende wird durch eine Sperrmutter 116 daran gehindert, sich zu drehen und dadurch seine Position zu verschieben. Das Fortsatzende kann gedreht werden, um die Position des Ankers innerhalb der Wicklungen der LVDT mittels eines Allen-Schraubschlüssels 118 fein einzustellen, um das Drehen des Fortsatzendes für die Feineinstellung der Ankerposition zu ermöglichen. Dies ermöglicht eine Kalibrierung der Positionssensoreinheit 66.
  • Wie ersichtlich ist, würden die Sperrmutter 78 und der sich nach innen erstreckende Flansch 82, der das exzentrische Loch 80 begrenzt, den ersten Adapter einfangen und verhindern, dass er von der zweiten Röhre gleitet, wenn sich der erste Adapter von der zweiten Röhre 14 trennen sollte. Diese Redundanz ist typisch für die gesamte Konstruktion.
  • Mit Bezug auf die 3 und 7 umfasst die LVDT eine primäre Spule 120, die um eine zentrale Röhre 122 gewickelt ist, und Sekundärspulen 124, 126, die ebenfalls um die zentrale Röhre herum gewickelt sind. Abstandshalter 128, 130 trennen die primäre Spule von den beiden Sekundärwicklungen. Die Abschirmung 104 weist eine röhrenförmige Auskleidung auf, die aus einer Nickel-Eisen-Legierung hergestellt ist. Wenn die Feder (1) bei Zug- und Kompressionsbeladung expan diert und kontrahiert, bewegt sich der Anker in der Röhre 122 nach vorne und zurück, was durch die niedrige Reibung der Teflon-Auskleidung 108 erleichtert wird. Wenn er dies ausführt, variiert das elektrische Potential der beiden Sekundärwicklungen 124, 126 mit der Position des Ankers. Es wird eine Wechselspannungsleistung bei Frequenzen von etwa 400 Hz eingesetzt. Die Spannung beträgt etwa 28 Volt effektiv am Eingang in die Primärwicklung und der Ausgang durch die Sekundärwicklungen hindurch beträgt etwa –5 bis +5 Volt effektiv im Betriebsbereich von etwa 1,36 kN (307 Pfund) Zugspannung bis 1,36 kN (307 Pfund) Kompressionsbelastung auf das Gestänge.
  • In Bezug auf 8 ist das Potential über der Primärwicklung 120 (E-F) stärker an eine erste Sekundärwicklung 124 gekoppelt, wenn sich der Anker 106 gegen die erste Sekundärwicklung bewegt, da die Gestänge- und Sensoreinheit vergleichsweise belastet ist. Das Potential über der ersten Sekundärwicklung (A-B) nimmt zu. Dies geht zu Lasten der zweiten Sekundärwicklung 126, da das Potential (C-D) in der zweiten Sekundärwicklung abfällt, wenn sich der Anker von ihr wegbewegt. Bei der Zugbelastung tritt der entgegengesetzte Effekt ein, da das Potential über der zweiten Sekundärwicklung 126 (C-D) zunimmt und dasjenige der ersten Sekundärwicklung (A-D) abfällt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet, jedoch entgegengesetzt gewickelt, so dass die erste Sekundärwicklung mit der Primärwicklung in Phase ist und die zweite Sekundärwicklung um 180° phasenversetzt ist. Eine gemeinsame Erdung (G) für die Primär- und die Sekundärwicklung ist vorhanden.
  • Wenn sich der Anker 106 gegen eine zentrale neutrale Position bewegt, wird die Eingangsspannung (E'-G) gleichmäßiger durch die Sekundärwicklungen 124, 126 gekoppelt, und der Ausgang aus der Sekundärwicklung bewegt sich gegen Null. Dies ist richtig, da sich die Spannungen mit entgegengesetzter Phasenbeziehung der beiden Sekundärwicklungen an einem neutralen Punkt gerade aufheben. Diese Position wird während der Herstellung durch Einstellung der Position des Ankers kalibriert, wenn keine Last auf das Gestänge 10 angelegt ist, bis der Nettoausgang gleich Null ist. Wenn das Gestänge komprimiert wird, nimmt das Ausgangsspannungssignal (A'-G) linear zu, wenn sich der Anker gegen die erste (in Phase befindliche) Sekundärwicklung 124 bewegt. Wenn das Gestänge unter Zugspannung gesetzt wird, bewegt sich der Anker gegen die zweite Sekundärwicklung 126 (mit entgegengesetzter Phase), und die Größe der sekundären Ausgangsspannung (A'-G) nimmt gleichfalls linear zu, jedoch in negativer Richtung. Dementsprechend zeigt der Effektiv-Spannungswert des Ausgangssignals die Größe der Axialkraft an und das Vorzeichen, positiv oder negativ, zeigt die Kompression oder Zugspannung an.
  • Bei der Herstellung des Gestänges wird ein Kalibrierungsprozess ausgeführt. Nachdem die Position des Ankers eingestellt wurde, um einen Nullausgang bei einem Zustand ohne Belastung einzustellen, wird das Gestänge 10 bis zu einem Sollpunkt des Kraftwertes bei Kompression belastet, gemäß einer Ausführungsform 1,36 kN (307 Pfund), und die Ausgangsspannung wird auf einen gewünschten wert (etwa 4,95 VRMS) eingstellt, indem der Widerstand über dem Ausgang bestimmt wird, der nötig ist, um die gewünschte Ausgangsspannung zu schaffen, wobei eine Vorrichtung mit variablem Widerstand eingesetzt wird und ein Widerstand 132 über dem Ausgang A'-G installiert wird. Dieser Widerstand befindet sich tatsächlich am Ausgangsanschluss (in 1 Bezugszeichen 30) des Ausgangskabels (in 1 Bezugszeichen 28). Die sekundären Ausgangsleitungen A' und G sind miteinander verdrillt, um eine abgeschirmte Ausgangsleitung auszubilden, und der Primäreingang E' verläuft parallel zu dieser in dem Ausgangskabel.
  • Der Sensor kann über dem gewünschten Betriebstemperaturbereich stabiler gemacht werden, indem die Änderung des Ausgangs der LVDT mit der Temperatur der Veränderung der Steifigkeit der Feder mit der Temperatur angepasst wird. Eine Abnahme der Verstärkung mit zunehmender Temperatur ist bei LVDT-Vorrichtungen wohlbekannt und wird für gewöhnlich durch den Hersteller für Seriengeräte angegeben und ist vorhersagbar oder für Handelsware leicht ermittelbar. Die Veränderung des Youngschen Moduls für die Feder mit der Temperatur ist ebenfalls bekannt oder leicht ermittelbar und hängt von dem Material ab, aus dem sie gemacht ist. Wie ersichtlich ist, wird die Feder bei höheren Temperaturen geringfügig mehr pro Einheit angelegter Kraft ausgelenkt, bei niedrigeren Temperaturen geringfügig weniger. Durch Auswahl der Eigenschaften der LVDT können diese Temperatureffekte so eingestellt werden, dass sie einander im Wesentlichen auslöschen, so dass die Anzeige der angelegten Kraft genauer ist, ungeachtet der Tatsache, dass das Ansprechverhalten der Feder sich mit der Temperatur verändert.
  • Es ist ersichtlich, dass die ausfallsichere redundante Gestänge- und Kraftsensoreinheit 10 der vorliegenden Erfindung ein Ausgangssignal angibt, das die auf das Gestänge ausgeübte Kraft anzeigt. Dies kann bspw. von einem Flugdatenschreiber eines Flugzeuges aufgezeichnet werden und kann auch in Steuersystemen eingesetzt werden, die, falls gewünscht, ein Kraft-Rückkopplungssignal angeben. Der Sensor kann über einen Temperatur- und Betriebsdauerbereich stabil gemacht werden, und aufgrund der Empfindlichkeit und Stabilität von LVDT-Vorrichtungen werden ein Sensor, der einen solchen Positionssensor beinhaltet, sowie ein elastisch deformierbares Element gegenwärtig bevorzugt.
  • Gemäß einer anderen Variation kann die LVDT durch eine andere Art von Relativpositionssensor ersetzt werden, der ein Signal erzeugen kann, das auf relativer Verschiebung der Enden des Gestänges basiert. Bspw. kann mit geeigneten Mo difikationen an der Positionssensoreinheit eine Wandlervorrichtung mit variabler Kapazität eingesetzt werden. Derartige Vorrichtungen sind durch die Kavlico Corporation, Moorpark, California, im Handel erhältlich.
  • Andere Variationen umfassen das Verwenden eines hydraulisch gekoppelten Gestänges zwischen den axial verschiebbaren Röhren und das Vergrößern des Ausschlags und dadurch der Verstärkung der LVDT durch Einsatz einer Hydraulikkupplung, die bspw. verschieden große Zylinder beinhaltet, wobei die Variationen jedoch nicht darauf beschränkt sind. Darüber hinaus kann die LVDT im Zusammenhang mit dem Schaffen einer hydraulischen Kupplung der Pleuellager des Gestänges durch einen Druckwandler ersetzt werden. Die Hydraulikkupplung kann durch Einsatz einer Zylinder- und Kolbenanordnung verwirklicht werden, eine rollende Membran oder eine Kammer, die mindestens eine Membranwand aufweist, um nur ein paar Beispiele zu nennen. In diesem Fall erfasst der Druckwandler vorzugsweise sowohl positive als auch negative Drücke, entsprechend den angelegten kompressiven Kräften und Zugkräften.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung ist offensichtlich, dass, obwohl besondere Formen der Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurden, verschiedene Modifikationen ausgeführt werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims (30)

  1. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit zum Kontrollieren einer Axialkraft, die auf das Gestänge ausgeübt wird, aufweisend: ein erstes Pleuellager (26); ein zweites Pleuellager (24); einen ersten Weg, (12, 14, 16) zum Übertragen einer mechanischen Kraft, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Pleuellager angeordnet ist und ein elastisch deformierbares Element (16) aufweist, um eine Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Pleuellager aufeinander zu und voneinander weg zuzulassen, wobei das elastisch deformierbare Element an ein Außenumfang der Einheit angeordnet ist und eine bekannte Beziehung zwischen elastischer Deformation und angelegter Kraft aufweist; einen zweiten Weg (12, 14) zum übertragen einer mechanischen Kraft, der dafür angeordnet ist, eine mechanische Kraft zwischen dem ersten und dem zweiten Pleuellager zu übertragen, wenn der erste Weg für mechanische Kraftübertragung ausfällt; eine Sperreinheit (78, 82) zum Begrenzen der Relativbewegung des ersten und des zweiten Pleuellagers aufeinander zu und voneinander weg auf einen ersten Bereich der axialen Relativbewegung; und einen Positionssensor (76), der dafür angeordnet ist, die Veränderung des Abstandes zwischen dem ersten und dem zweiten Pleuellager zu erfassen, wobei der Positionssensor ein erstes Element (106) aufweist, das dafür angeordnet ist, sich mit dem ersten Pleuellager (26) zu bewegen, und ein zweites Element (120, 122, 124, 126), welches vom ersten Element getrennt und dafür angeordnet ist, sich mit dem zweiten Pleuellager (24) zu bewegen, so dass das erste und das zweite Element relativ zueinander beweglich sind, ohne dass sie den angelegten Axialkräften ausgesetzt sind, welche durch den ersten Übertragungsweg für mechanische Kraft wirken; wodurch die angelegen Axialkräfte, die durch den ersten Übertragungsweg für mechanische Kraft wirken, innerhalb des ersten Bereichs der relativen Axialbewegung kontrollierbar sind, wobei Abstände zwischen dem ersten und dem zweiten Pleuellager, die von dem Positionssensor erfasst werden, und die bekannte Beziehung der Deformation des elastisch deformierbaren Elementes zu der angelegten Kraft verwendet werden.
  2. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach Anspruch 1, wobei der Positionssensor ein linearer variabler Differentialwandler (76) ist.
  3. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach Anspruch 2, wobei ein RMS-Spannungsausgang des linearen variablen Differentialwandlers das Vorzeichen ändert, wenn sich die Richtung der auf das Gestänge angelegten Axialkraft ändert.
  4. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein RMS-Spannungsausgang des linearen variablen Differentialwandlers in Bezug auf die angelegte Axialkraft im Wesentlichen linear variiert.
  5. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei das elastisch deformierbare Element (16) innerhalb des ersten Bereichs der axialen Relativbewegung eine im Wesentlichen lineare Beziehung zwischen der axialen Deformation und der angelegten Kraft aufweist.
  6. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach Anspruch 5, wobei das elastisch deformierbare Element (16) eine Metallfeder aufweist und der lineare variable Differentialwandler so konfiguriert ist, dass eine Änderung der Verstärkung eines Ausgangssignals des Sensors mit der Änderung der Betriebstemperatur im Wesentlichen die Änderung des Ansprechverhaltens der Feder mit der Änderung der Betriebstemperatur ausgleicht, wodurch eine erhöhte Genauigkeit über einen Bereich von Betriebstemperaturen erreicht werden kann.
  7. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der lineare variable Differentialwandler zwei sekundäre Wicklungen (124, 126) aufweist, die so gewickelt sind, dass sie entgegengesetzte Phasen aufweisen.
  8. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach Anspruch 7, wobei der lineare variable Differentialwandler eine primäre Wicklung zwischen den beiden sekundären Wicklungen (124, 126) aufweist.
  9. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die beiden sekundären Wicklungen (124, 126) in Reihe geschaltet sind.
  10. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend: eine erste Röhre (12) mit einem Außendurchmesser und ersten und zweiten Enden (34, 70); und eine zweite Röhre (14), die koaxial zur ersten Röhre ist und einen Innendurchmesser, welcher geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der ersten Röhre, und erste und zweite Enden (22, 42) aufweist, wobei sich die ersten Röhre in die zweite Röhre hinein erstreckt und das erste Ende derselben innerhalb der zweiten Röhre zwischen den ersten und zweiten Enden der zweiten Röhre liegt; wobei das elastisch deformierbare Element (16) mit der ersten Röhre und der zweiten Röhre so verbunden ist, dass mit der elastischen Deformation des elastisch deformierbaren Elements eine geringe Relativbewegung zwischen diesen ermöglicht wird, wodurch, wenn eine Axialkraft an das Gestänge angelegt wird, die relative Longitudinalposition der ersten und zweiten Röhren verschoben wird.
  11. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach Anspruch 10, wobei das elastisch deformierbare Element eine hohle Zylinderfeder (16) umfasst, welche zwei Enden aufweist und eine relativ geringe Auslenkung pro Einheit angelegter Kraft hat, wobei die Feder nur axial zu den ersten und zweiten Röhren ist.
  12. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach Anspruch 11, wobei die Röhren mit der Feder verschweißt sind.
  13. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei erste und zweite Gestängekupplungen (32, 44) an den beiden Enden der Einheit vorhanden sind, wobei die erste bzw. die zweite Kupplung an der ersten bzw. der zweiten Röhre (12, 14) befestigt ist.
  14. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei jede Röhre eine längliche Metallröhre ist und die zweite Röhre (14) kürzer ist als die erste Röhre (12).
  15. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach Anspruch 11, wobei die Feder ein Metallzylinder (16) mit einer Folge versetzter transversaler Einschnitte ist, um es zu ermöglichen, dass sich die Länge des Zylinders ändert, wenn eine Kraft an die Enden desselben angelegt wird.
  16. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei: eine Positionssensoreinheit (66), welche den Positionssensor (76) umfasst, an der ersten Röhre (12) befestigt ist; eine Sperreinheit (78, 82) an der zweiten Röhre (14) innerhalb der zweiten Röhre (14) befestigt ist und einen sich nach innen erstreckenden Steg (82) aufweist; und die Positionssensoreinheit (66) auf gegenüberliegenden Seiten des Steges positive und negative Sperroberflächen aufweist, welche von dem Steg um einen Abstand entfernt sind, der größer ist als der Abstand, der einem normalen Bereich relativer Axialbewegung der ersten und der zweiten Röhre entspricht, wobei die Sperroberflächen auf dem Steg angreifen, um eine axiale Kraft zu übertragen, wenn die erste und die zweite Röhre sich relativ zueinander weit genug bewegen, um beide Sperroberflächen gegen den Steg zu treiben; wobei unter normalen Bedingungen die Kräfte, die an das Gestänge angelegt werden, die relative Position der ersten und zweiten Röhren verschieben und eine variable Ausgabe des Sensors bewirken, und im Fall des mechanischen Ausfalls einer beliebigen mechanischen Verbindung bleibt das Gestänge funktionsfähig.
  17. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach Anspruch 16, wobei die Sensoreinheit (66) mechanisch redundant an der ersten Röhre befestigt ist, sowohl durch Verschweißung als auch durch eine transversale Klemme (72).
  18. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach Anspruch 17, soweit auf Anspruch 11 rückbezogen, wobei: ein Ende (22) der zweiten Röhre (14) mechanisch an einem Ende der Feder befestigt ist und das andere Ende der Feder mechanisch an einer Mittelposition entlang der Länge der ersten Röhre (12) befestigt ist, wobei sich die erste Röhre durch die zylindrische Feder hindurch und in die zweite Röhre zu einem Punkt erstreckt, der in der Nähe des Endes der zweiten, größeren Röhre liegt; und die Positionssensoreinheit (66) in der Nähe des Punktes angeordnet ist und die Sperreinheit am Ende (42/68) der zweiten Röhre (14) von der Feder (16) entfernt und in der Nähe des Punktes angebracht ist.
  19. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach Anspruch 16, 17 oder 18, wobei der Steg (82) einen ringförmigen Flansch definiert, der von der zweiten Röhre (14) aus nach innen vorsteht und eine versetzte Öffnung (80) begrenzt, die gegen die zentrale Longitudinalachse des Gestänges versetzt ist, und eine bezüglich der Position einstellbare Sperrmutter (78) einstellbar mit der ersten Röhre (12) verbunden ist, wobei die Sperrmutter Folgendes umfasst: einen ersten ringförmigen Sperrflansch, der nach außen vorsteht, so dass er durch die versetzte Öffnung treten kann, wenn er mit der versetzten Öffnung ausgerichtet ist, aber nicht durch die versetzte Öffnung treten kann, wenn die Sperrmutter mit der zentralen Longditudinalachse ausgerichtet ist; und einen zweiten ringförmigen Sperrflansch, der so konfiguriert ist, dass er nicht durch die versetzte Öffnung treten kann, wenn die Sperrmutter mit der zentralen Longitudinalachse ausgerichtet ist; wodurch das Gestänge vereinigt werden kann, indem der erste ringförmige Sperrflansch durch die versetzte Öffnung tritt, anschließend jedoch die Sperrmutter mit der zentralen Longitudinalachse ausgerichtet wird, wobei der erste und der zweite ringförmige Sperrflansch mit dem Steg zusammenwirken, um die relative Axialbewegung der ersten und zweiten Röhren zu begrenzen.
  20. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das redundante Gestänge ein Gestänge eines Flugzeuges ist.
  21. Redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das redundante Gestänge ein Gestänge eines Steuerungssystems ist.
  22. Flugzeugruder-Steuersystem, aufweisend die redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
  23. Flugzeug, aufweisend die redundante Gestänge- und Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
  24. Verfahren zum Kontrollieren einer Axialkraft, die auf ein Gestänge ausgeübt wird, aufweisend: Anordnung eines elastisch deformierbaren Elementes (16) an einem äußeren Umfang des Gestänges, wobei das Element eine bekannte Beziehung zwischen der elastischen Deformation und der angelegten Kraft aufweist, um einen Teil eines Weges (12, 14, 16) zur Übertragung einer mechanischen Kraft zwischen einem ersten und einem zweiten Pleuellager (24, 26) des Gestänges so zu schaffen, dass die Pleuellager sich innerhalb eines begrenzten Bereichs einer relativen Axialbewegung aufeinander zu und voneinander weg bewegen können; Anordnung eines ersten Elements (106) eines Positionssensors (76), so dass es sich mit dem ersten Pleuellager (26) des Gestänges bewegt, und Anordnung eines zweiten Elements (120, 122, 124, 126) des Positionssensors, das von dem ersten Element getrennt ist, so dass es sich mit dem zweiten Pleuellager (24) des Gestänges bewegt, so dass die ersten und zweiten Elemente sich relativ zueinander bewegen, ohne dass sie den angelegten Axialkräften ausgesetzt sind, welche durch den Übertragungsweg für mechanische Kraft wirken; Detektieren der Relativbewegung des ersten und des zweiten Elements; und Bestimmen der an das Gestänge angelegten Axialkraft basierend auf der detektierten Relativbewegung und der bekannten Beziehung.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Gestänge das Gestänge eines Flugzeuges ist.
  26. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Gestänge ein Gestänge eines Steuerungssystems ist.
  27. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Gestänge ein Gestänge eines Flugzeugruder-Steuersystems ist.
  28. Verwendung einer redundanten Gestänge- und Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 19 als ein Gestänge eines Flugzeugs, um die Axialkraft in dem Gestänge zu kontrollieren.
  29. Verwendung einer redundanten Gestänge- und Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 19 als Gestänge eines Steuersystems zum Kontrollieren der Axialkraft in dem Gestänge.
  30. Verwendung einer redundanten Gestänge- und Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 19 als Gestänge eines Flugzeugruder-Steuersystems, um die Axialkraft in dem Gestänge zu kontrollieren.
DE60007033T 1999-06-29 2000-06-29 Redundante Gestängeanordnung und Sensorvorrichtung Expired - Lifetime DE60007033T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US342365 1999-06-29
US09/342,365 US6178829B1 (en) 1999-06-29 1999-06-29 Redundant linkage and sensor assembly

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60007033D1 DE60007033D1 (de) 2004-01-22
DE60007033T2 true DE60007033T2 (de) 2004-06-03

Family

ID=23341521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60007033T Expired - Lifetime DE60007033T2 (de) 1999-06-29 2000-06-29 Redundante Gestängeanordnung und Sensorvorrichtung

Country Status (3)

Country Link
US (2) US6178829B1 (de)
EP (1) EP1065487B1 (de)
DE (1) DE60007033T2 (de)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6279407B1 (en) * 2000-04-25 2001-08-28 Kavlico Corporation Linkage with capacitive force sensor assembly
US6830223B1 (en) * 2000-11-16 2004-12-14 Tyee Aircraft Force sensor rod
WO2003029753A2 (en) * 2001-10-03 2003-04-10 Measurement Specialties, Inc. Modular non-contacting position sensor
US6871549B2 (en) * 2002-05-09 2005-03-29 Michael A. Serra Modular implant assembly tool
DE10308301B3 (de) 2003-02-26 2004-07-15 Liebherr-Aerospace Lindenberg Gmbh Flugzeughochauftriebssystem mit Überlastsicherung
US6803758B1 (en) * 2003-04-25 2004-10-12 Delphi Technologies, Inc. Non-contact magnetically variable differential transformer
DE10324838A1 (de) * 2003-06-02 2004-12-23 Cooper Cameron Corp., Houston Messverfahren und Vorrichtung zur Messung eines zurückgelegten Weges
US7296487B2 (en) * 2004-02-18 2007-11-20 Curtiss Wright Controls, Inc. Linkage and sensor assembly
US7559925B2 (en) * 2006-09-15 2009-07-14 Acclarent Inc. Methods and devices for facilitating visualization in a surgical environment
WO2008115790A1 (en) * 2007-03-16 2008-09-25 The Timken Company Force sensing linkage
FR2924774B1 (fr) * 2007-12-07 2010-05-07 Skf Aerospace France Bielle pour la construction aeronautique et mecanisme comprenant une telle bielle.
FR2943619B1 (fr) * 2009-03-30 2012-08-10 Sagem Defense Securite Systeme de commande de vol pour aeronef, comportant une biellette pourvue de capteur
DE102010025475A1 (de) * 2010-06-29 2011-12-29 Airbus Operations Gmbh Stellsystem eines Flugzeugs mit einer Stellklappe
FR2964167B1 (fr) * 2010-08-30 2013-05-10 Skf Aerospace France Bielle pour mecanisme aeronautique, et mecanisme aeronautique comprenant une telle bielle
GB201015421D0 (en) * 2010-09-15 2010-10-27 Catenary Testing Ltd Method of calibraing a mooring line tension meter
US8322237B2 (en) 2011-03-10 2012-12-04 General Electric Company Coupling for a position indication device
EP3018055B1 (de) 2014-11-06 2018-06-27 Goodrich Actuation Systems SAS Betätigungssystem für eine Flugzeugsteuerungsoberfläche mit Verbindungsstange
US10998116B2 (en) 2018-02-23 2021-05-04 Hamilton Sundstrand Corporation VDT with high permeability shield

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE336618C (de) 1920-05-19 1921-05-04 Max Kuenzel Vorrichtung zum Pruefen und Reinigen von Kuehlrohren von Oberflaechenkondensatoren und aehnlichen Apparaten waehrend des Betriebes und ohne Vakuumverminderung
CH336618A (de) * 1954-07-28 1959-02-28 Daimler Benz Ag Vorrichtung zum elektrischen Messen des Verlaufes von Zug- und Druckkräften
US4280364A (en) * 1979-09-27 1981-07-28 Ppg Industries, Inc. Device for and method of measuring glazing rabbet loads
GB2137302A (en) * 1983-03-25 1984-10-03 Vending Machines Overload mechanism
US4691559A (en) * 1985-02-07 1987-09-08 Helmut Fischer Device for measuring the properties of solid materials which can be derived from the behavior of a penetrating body
US4715773A (en) * 1985-06-04 1987-12-29 Clemson University Method and apparatus for repositioning a mislocated object with a robot hand
FR2599793B1 (fr) * 1986-06-09 1988-10-21 Aerospatiale Systeme de bielle destine a resister a un seuil d'efforts longitudinaux
US4717384A (en) * 1987-01-15 1988-01-05 Pneu Dart Inc. Pneumatic hypodermic syringe pole
DE3911656A1 (de) * 1989-04-10 1990-10-11 Ekuma Werkzeug & Maschbau Pruefgeraet fuer die bremsanlage eines kraftfahrzeugs
US5140927A (en) * 1991-01-02 1992-08-25 Motion Technology Motion compensation and tension control system
US5235860A (en) * 1991-12-19 1993-08-17 Sara Lee Corp. Band stretch measuring system
JP3314107B2 (ja) * 1993-07-22 2002-08-12 株式会社イシダ 加速度センサの取付構造
US5470090A (en) * 1993-09-07 1995-11-28 Manitou Mountain Bikes, Inc. Precision suspension fork for bicylces
US5410920A (en) * 1994-01-28 1995-05-02 Veris, Inc. Apparatus for inserting and removing a sensing element from a fluid pipeline

Also Published As

Publication number Publication date
EP1065487A2 (de) 2001-01-03
EP1065487A3 (de) 2001-01-17
US6178829B1 (en) 2001-01-30
US6311566B1 (en) 2001-11-06
DE60007033D1 (de) 2004-01-22
EP1065487B1 (de) 2003-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60007033T2 (de) Redundante Gestängeanordnung und Sensorvorrichtung
DE68906333T2 (de) Verfahren und Vorrichtungen zum Berechnen von axialen Lasten.
DE102013007535B3 (de) Kraft-Messvorrichtung
WO2018041948A1 (de) Drehmomentsensor mit radialelastischer momentübertragung
EP3093641B1 (de) Verfahren zur bestimmung einer in ein bauteil eingebrachten axialen zugkraft
DE1648365B2 (de) Kraftmeßwandler
WO2009067833A2 (de) Bauteil für kraft- oder druckmessungen und sensor umfassend ein solches bauteil
DE102005021459B3 (de) Mechanischer Rotationsantrieb
EP1807687B1 (de) Kraftmesselement
DE102019130625A1 (de) Wägeaufnehmer mit einer Justiergewichtsschaltung
DE2631698C2 (de) Kraftmeßwandler
EP1617196B1 (de) Kraft- und/oder Momenten-Messaufnehmer
DE1120754B (de) Schubkraftmesser fuer Kraftuebertragungsmittel
DE69011389T2 (de) Anzeiger des Holzspäneniveaus mit einem Differentialtransformator.
DE102004033925A1 (de) Drehmoment-Messaufnehmer
DE102020130621A1 (de) Aktuator mit Kraftmesseinrichtung
DE3018285C2 (de)
EP0284671A1 (de) Messeinrichtung
EP1839983B1 (de) Vorrichtung zur Messung der Bremskraft eines Bremssystems eines Flugzeugs.
WO2008061763A2 (de) Torsionsunanfälliger kraftaufnehmer mit steg in zentralöffnung
DE2215620B2 (de) Einrichtung zur Ermittlung der Belastung eines Trägers, einer Stütze oder dgl. mittels Kraftmeßdosen
DE2808041A1 (de) Messwertaufnehmer zur erfassung von zug- und/oder druckbelastung eines kraftuebertragungsgliedes
DE3512969C2 (de)
WO1994027127A1 (de) Einrichtung zur messung der weichenstellkraft
DE19828315C1 (de) Vorrichtung zum Aufbringen oder Absenken einer Vorspannkraft an einem Niederhalterpunkt eines Niederhaltersystems für entfaltbare Bauteile

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition