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Diese
Erfindung betrifft einen Schneckenstellantrieb der Art, bei der
ein erster Bestandteil drehbar ist, wobei ein zweiter Bestandteil
drehfest gehalten wird, wobei der erste und der zweite Bestandteil
derart miteinander zusammenwirken, daß ein Drehen des ersten Bestandteils
bewirkt, daß sich der
zweite Bestandteil in Axialrichtung im Verhältnis zum ersten Bestandteil
bewegt.
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Das
US-Patent 3355959 und das Französische
Patent 1394136, die als der nächste
bekannte technische Stand betrachtet werden, legen beide Kugelumlaufspindel-Mechanismen
offen, bei denen eine Bremse selektiv ein Betätigen des Mechanismus' verhindern kann.
Jedoch kann der Stellantrieb bei einigen Anwendungen, zum Beispiel,
wenn der Stellantrieb verwendet wird, um eine Kappe eines Schubumkehrsystems
zu bewegen, unter bestimmten Umständen eine Unterstützungs-
oder Hilfsbelastung oder -kraft auf denselben ausgeübt bekommen. Es
ist wünschenswert,
das Übertragen
solcher Belastungen oder Kräfte
auf den zum Antreiben des Stellantriebs verwendeten Motor zu vermeiden,
und die Offenlegungen in den obigen Gegenständen des bekannten technischen
Stands erleichtern einen solchen Vorgang nicht. Es ist ein Ziel
der Erfindung, einen Stellantrieb bereitzustellen, bei dem der hierin zuvor
beschriebene Nachteil eine verminderte Wirkung hat.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird ein geradliniger Schneckenstellantrieb
bereitgestellt, der eine Längsachse
hat und folgendes umfaßt:
ein erstes und ein zweites Element, für eine Drehung um die Längsachse
im Verhältnis
zueinander aneinander angebracht, eine Schraubgewindeformation in
dem ersten Element, die eine längliche
spiralförmige
Nut einschließt,
kugelförmige
Elemente, getragen durch das zweite Element und in Rolleingriff
in der spiralförmigen
Nut, um eine Kugelumlaufspindel-Kupplung zwischen dem ersten und
dem zweiten Element zu definieren, wodurch eine relative Drehung
des ersten und des zweiten Elements zu einer relativen Bewegung
der Elemente in Axialrichtung führt,
und ein Bremselement, das durch das zweite Element getragen wird
und eine spiralförmige
Schraubgewindeformation definiert, die in der spiralförmigen Nut
der Gewindeformation des ersten Elements aufgenommen wird, wobei
die Breite der spiralförmigen
Nut den Durchmesser der kugelförmigen
Elemente um ein Maß übersteigt,
das ausreicht, um eine Bewegung der Elemente zwischen gegenüberliegenden
Flanken der Nut in der Richtung der Längsachse zu ermöglichen,
wobei die Breite der spiralförmigen
Nut die Breite der Schraubgewindeformation des Bremselements um
ein Maß übersteigt,
das ausreicht, um zu ermöglichen,
daß die
Formation des Bremselements die beiden gegenüberliegenden Flanken der Nut
nicht berührt,
wobei das Bremselement im Verhältnis
zu dem zweiten Element in Axialrichtung feststehend ist, aber winklig
im Verhältnis
zu demselben zwischen einer ersten und einer zweiten Winkelposition
bewegt werden kann, und wobei das zweite Element und das Bremselement
so angeordnet werden, daß die
kugelförmigen
Elemente, wenn das Bremselement die erste Winkelposition im Verhältnis zu
dem zweiten Element einnimmt und das erste und das zweite Element
im Verhältnis
zueinander gedreht werden, um den Stellantrieb zu betätigen, und
der Stellantrieb demzufolge eine Axialbelastung in der einen Axialrichtung
erfährt,
an der einen Flanke der spiralförmigen
Nut anliegen, während
sich die Bremselement-Schraubgewindeformation in enger Nähe zu der
gegenüberliegenden
Flanke der Nut befindet oder dieselbe leicht berührt, aber eine Drehung derselben
nicht wesentlich behindert, wodurch sich das zweite Element, sollte
der Stellantrieb eine Belastungsumkehr erfahren, so daß der Stellantrieb
in der entgegengesetzten Axialrichtung axial belastet wird, in Axialrichtung
auf dem ersten Element bewegen wird, um zu bewirken, daß die Schraubgewindeformation
des Bremselements an der gegenüberliegenden
Flanke der Nut anliegt, um die Kugelumlaufspindel-Kupplung zu bremsen,
wogegen, wenn sich das Bremselement in seiner zweiten Winkelposition
im Verhältnis
zum zweiten Element befindet, seine Gewindeformation die beiden
Flanken der spiralförmigen
Nut nicht berührt
und so die Kugelumlaufspindel-Kupplung unabhängig von der Richtung der auf den
Stellantrieb ausgeübten
Axialbelastungen nicht bremst.
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Vorzugsweise
sichert der Reibungswiderstand zwischen dem ersten Element des Stellantriebs
und dem Bremselement, daß das
Bremselement in Abhängigkeit
von der Richtung der relativen Drehung des ersten und des zweiten
Elements des Stellantriebs zu seiner ersten oder seiner zweiten Winkelposition
im Verhältnis
zum zweiten Element des Stellantriebs bewegt wird.
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Bei
einer solchen Anordnung wird während einer
Drehung des ersten Elements in der einen Richtung, während auf
den Stellantrieb eine Druckbelastung ausgeübt wird, wie es geschehen würde, wenn
der Stellantrieb eine Schubumkehrhaube aus ihrer eingezogenen Position
treibt, die Reaktionskraft auf die Druckbelastung durch die kugelförmigen Elemente übertragen,
und die Kugelumlaufspindelkupplung gewährleistet einen wirksamen Antrieb
zwischen dem ersten und dem zweiten Element. In dem Fall, daß auf den
Stellantrieb eine Zugbelastung ausgeübt wird, zum Beispiel im Ergebnis
dessen, daß die Haube
eine Hilfs- oder Unterstützungslast
auf den Stellantrieb ausübt,
wird die Reaktionskraft auf die Zugbelastung durch das Bremselement
ausgeübt, und
die Wirkung der Reibung zwischen dem Bremselement und dem ersten
Element wird bewirken, daß der
Stellantrieb weniger wirksam arbeitet. Im Ergebnis dessen wird die
Hilfs- oder Unterstützungsbelastung
durch den Stellantrieb nicht in einem Maß übertragen, das ausreicht, um
den Motor anzutreiben und eine Beschädigung desselben zu verursachen.
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Wenn
das erste Element in der Umkehrrichtung im Verhältnis zum zweiten Element gedreht wird,
bewegt sich das Bremselement zu einer Winkelposition, in der die
Gewindeformation desselben entweder außer Kontakt mit der Gewindeformation
des ersten Elements ist oder frei, mit wenig Widerstand, im Verhältnis zur
Gewindeformation des ersten Elements gleiten kann, und der Antrieb
wird verhältnismäßig wirksam
sein, ungeachtet der Richtung einer beliebigen auf den Stellantrieb
ausgeübten
Belastung, weil die Reaktionskraft auf eine beliebige solche Belastung
durch die kugelförmigen
Elemente ausgeübt
wird.
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Die
Erfindung wird im weiteren als Beispiel beschrieben, unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines Stellantriebs nach einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung in einem Betriebsmodus ist,
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2 und 3 schematische
Zeichnungen sind, die den Betrieb des Stellantriebs illustrieren,
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4 eine
Ansicht ähnlich
wie 1 ist, die den Stellantrieb in einem anderen Betriebsmodus
illustriert, und
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5 eine
Schnittansicht längs
der Linie 5-5 von 4 ist.
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Die
beigefügten
Zeichnungen illustrieren einen Teil eines Drehstellantriebs, der
ein erstes, röhrenförmiges,
Element 10 umfaßt,
das angeordnet wird, um bei Anwendung durch einen Motor (nicht gezeigt),
falls erforderlich, durch eine geeignete Getriebeanordnung, gedreht
zu werden. Das erste Element 10 wird bei Anwendung derart
an einem Teil eines Flugzeugs angebracht, daß sich das erste Element frei drehen
kann, aber sich nicht in einer Axialrichtung bewegen kann oder eine
solche Axialbewegung begrenzt wird. Das erste Element 10 wird
an seiner Außenfläche mit
einer spiralförmigen
Nut versehen, die eine Schraubgewindeformation 11 definiert,
innerhalb derer einer Reihe von kugelförmigen Elementen 12 aufgenommen
wird, wobei die Elemente 12 durch einen Schlitten 13 getragen
werden, der an einem zweiten Element 14 befestigt wird.
Das zweite Element 14 wird bei Anwendung an einer Haube
befestigt, die einen Teil einer Schubumkehranordnung (nicht gezeigt)
bildet, derart, daß das
zweite Element 14 drehfest ist, und derart, daß eine Translationsbewegung
des zweiten Elements 14 eine Bewegung der Haube zwischen
einer eingezogenen Position und einer entfalteten Position bewirkt.
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Es
wird zu erkennen sein, daß die
Teile 10 bis 13 eine hochwirksame Kugelumlaufspindel-Anordnung definieren,
bei der eine Drehung des Elements 10 im Verhältnis zum
Schlitten 13 zu einer Axialbewegung (Translation) des Schlittens 13 im
Verhältnis
zum Element 10 führt.
Eine Schwierigkeit besteht darin, daß die Wirksamkeit so groß ist, daß bewirkt
werden kann, daß sich
das Element 10 dreht, falls der Schlitten 13 in
Axialrichtung im Verhältnis zum
Element 10 gezogen wird. Bei Anwendung könnte daher,
falls das Element 10 durch einen Motor angetrieben wird
und die Belastung auf den Schlitten 13 umgekehrt wird,
die Schlittenbelastung als eine Drehbelastung auf den Motor ausgeübt werden,
die dazu neigt, die Drehgeschwindigkeit des Motors zu steigern.
Die hierin im folgenden beschriebene Konstruktion versucht, diese
Schwierigkeit auf ein Minimum zu verringern.
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Der
Stellantrieb umfaßt
außerdem
ein Bremselement 15 in der Form eines ringförmigen Elements,
das eine Gewindeformation 16 einschließt, die angeordnet wird, um
mit der am ersten Element 10 bereitgestellten Gewindeformation 11 zusammenzuwirken.
Wie es aus den Zeichnungen deutlich wird, wird das Bremselement 15 in
Axialrichtung innerhalb des Elements 14 zwischen dem Schlitten
und der inneren Stirnwand des Elements 14 eingeschlossen. Das
Bremselement 15 wird im Element 14 für eine Winkelbewegung
im Verhältnis
zu demselben getragen, und es wird eine Anschlaganordnung bereitgestellt,
um im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn Grenzen der erlaubten
Winkelbewegung des Bremselements 15 im Verhältnis zum
zweiten Element 14 zu definieren.
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Wie
es in 5 illustriert wird, kann die Anschlaganordnung
ein Paar von am Bremselement 15 bereitgestellten, nach
außen
vorstehenden Vorsprüngen 18 umfassen,
wobei die Vorsprünge 18 innerhalb
von in dem zweiten Element 14 bereitgestellten, bogenförmigen Aussparungen
aufgenommen werden, wobei die Enden der Aussparungen 19 Widerlagerflächen definieren,
mit denen die Vorsprünge 18 in
Eingriff gebracht werden können,
um eine Winkelbewegung des Bremselements 15 im Verhältnis zum
zweiten Element 14 zu begrenzen.
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Wie
es in den beigefügten
Zeichnungen zu sehen ist, ist der Durchmesser der Elemente 12 ähnlich der
Breite der Gewindeformation 16 des Elements 15,
und beide sind bedeutend schmaler als die Breite der Nut der Gewindeformation 11 im
Element 10. Die Nut im Schlitten 13, innerhalb
derer die Elemente 12 aufgenommen werden, hat eine Breite,
die dem Durchmesser der Elemente 12 entspricht. Es ist zu
sehen, daß der
Schlitten 13 und das Bremselement 15 in Axialrichtung
in ihrer Position sowohl zueinander als auch zum Element 14 feststehend
sind, obwohl, wie es oben erwähnt
wird, sich das Bremselement 15 innerhalb des Elements 14 über ein
begrenztes Winkelmaß drehen
kann. Wenn sich das Element 10 innerhalb des Elements 14 dreht
(wobei das Element 14 und daher der Schlitten 13 gegen eine
Drehung festgehalten werden), dreht der Widerstand zwischen der
Gewindeformation 16 und der Gewindeformation 11 das
Element 15 zu einer Winkelgrenzposition innerhalb des Elements 14.
Angenommen, daß das
Element 10 in einer Richtung gedreht wird, um die zugeordnete
Haube aus ihrer eingezogenen Position zu entfalten, dann wird die
durch die Haube ausgeübte
Belastung einer Bewegung des Elements 14 in Axialrichtung
in den Zeichnungen nach rechts einen Widerstand entgegensetzen,
und die Elemente 12 werden an den linken Flanken der Formation 11 anliegen,
wenn sich das Element 10 dreht. Die Axialbeziehung zwischen
den Elementen 12 und der Formation 16 ist derart,
daß sich
die Formation 16 in dieser Betriebskonfiguration des Stellantriebs
nahe der rechten Flanke der Formation 11 befindet und vielleicht
leicht an derselben anliegt. Jedoch wird durch die Formation 16 keine
Belastung übertragen,
und folglich verhindert das Bremselement 15 nicht die Drehung
des Elements 10 im Verhältnis
zum Element 14, und die hochwirksame Kugelumlaufspindel 11 bis 13 nimmt
die Belastung auf, die das Element 14 im Verhältnis zum
Element 10 nach links drückt.
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Falls,
während
sich die Bestandteile des Stellantriebs in der obigen Konfiguration
(2) befinden, die Axialbelastung auf das Element 14 umgekehrt
wird (3), so daß das
Element 14 tatsächlich nach
rechts gedrückt
wird, während
es durch die Drehung des Elements 10 nach rechts getrieben
wird (wie es im Ergebnis dessen geschehen kann, daß der Luftstrom über die
Haube das Entfalten der Haube unterstützt), dann wird die Formation 16 am
Bremselement 15 an der rechten Flanke der Formation 11 anliegen,
obwohl es nur eine sehr partielle Bewegung des Elements 14 im
Verhältnis
zum Element 10 nach rechts geben wird, und der Reibungswiderstand
zwischen der Formation 16 und der Formation 11 wird die
Möglichkeit
verhindern oder stark verringern, daß die umgekehrte Belastung
auf das Element 14 mit Hilfe einer Drehung der Welle 10 zurück zum Motor übertragen
wird. Daher wird, obwohl der Luftstrom über die Haube das Entfalten
der Haube unterstützen wird,
diese Unterstützung
tatsächlich
nicht zurück zum
Motor übertragen
und bewirken, daß der
Motor seine Betriebsgeschwindigkeit steigert, da die Formation 16,
welche die Formation 11 in Eingriff nimmt, als Bremse wirken
wird.
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Es
wird daher zu erkennen sein, daß während des
Entfaltens die hochwirksame Kugelumlaufspindel 11 bis 13 eine
Drehbewegung des Elements 10 in eine Axialbewegung des
Elements 14 umsetzt und folglich wirksam die hohe Anfangskraft
bereitstellen kann, die notwendig ist, um das Entfalten der Haube
zu beginnen. Sollte sich die Axialbelastung auf das Element 14 jedoch
umkehren, dann wird das Bremselement 15 die Gefahr verhindern
oder auf ein Minimum verringern, daß die Belastung durch eine Drehung
des Elements 10 zurück
zum Motor übertragen
wird.
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Wie
es in 3 illustriert wird, wird dann in dem Fall, daß eine Unterstützungs-
oder Hilfsbelastung auf den Stellantrieb aufgeübt wird, der Stellantrieb unter
Zug stehen, statt unter Druck zu stehen, wie es in 2 illustriert
wird. Im Ergebnis dessen wird die Reaktionskraft auf die Zugbelastung
durch die Schraubgewindeformation 16 des Bremselements 15 statt
durch die kugelförmigen
Elemente 12 ausgeübt.
Unter solchen Umständen
arbeitet der Stellantrieb verhältnismäßig unwirksam,
und die Bremsbelastung, die im Ergebnis des Übertragens der Reaktionskraft
durch die Schraubgewindeformation 16 des Bremselements 15 ausgeübt wird,
sichert, daß der
Motor, der zum Antreiben des ersten Elements 10 verwendet
wird, weiter eine positive Belastung an Stelle einer Hilfs- oder
Unterstützungsbelastung
erfährt.
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Wie
es in 4 illustriert wird, wird das erste Element 10,
wenn die Schubumkehrhaube aus ihrer entfalteten Position zu ihrer
eingezogenen Position zurückgeführt werden
soll, in der Umkehrrichtung gedreht. Die Drehung des ersten Elements 10 in
der Umkehrrichtung dreht das Bremselement 15 im Verhältnis zum
zweiten Element 14, so daß eine Position erreicht werden
kann, in der die kugelförmigen
Elemente 12 die rechte Flanke der Nut, welche die Schraubgewindeformation 11 des
ersten Elements 10 bildet, in Eingriff nehmen, und in der
sich die Schraubgewindeformation 16 des Bremselements 15 mit
beiden Flanken der Schraubgewindeformation 11 des ersten
Elements 10 außer
Lagereingriff gehalten wird (d.h., die Gewindeformationen 11, 16 können übereinandergleiten,
ohne eine nennenswerte Bremskraft auf den Stellantrieb auszuüben). Unter diesen
Bedingungen, wenn der Stellantrieb unter Zug steht, wie es bei normaler
Anwendung geschehen würde,
wenn die Haube zu ihrer eingezogenen Position zurückgeführt wird,
arbeitet der Stellantrieb weiter wirksam, weil die Reaktionskraft
auf den Zug durch die kugelförmigen
Elemente 12 und nicht durch die Schraubgewindeformation 16 des
Bremselements 15 übertragen
wird. Ähnlich
würde,
falls der Stellantrieb unter Druck stände, die Reaktionskraft auf
den Druck durch die kugelförmigen
Elemente 12 übertragen.
Es wird daher zu erkennen sein, daß der Stellantrieb während des
Einziehvorgangs der Haube, ungeachtet einer Zug- oder Druckbelastung
auf das Element 14, durch die Kugelumlaufspindel 11 bis 13 auf
eine verhältnismäßig wirksame
Weise arbeitet.
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Obwohl
in der vorstehenden Beschreibung der Stellantrieb ein Schraubgewindestellantrieb
mit einer einzigen Geschwindigkeit ist, wird zu erkennen sein, daß der Stellantrieb,
falls es gewünscht
wird, die Form eines Stellantriebs mit zwei Geschwindigkeiten annehmen
könnte,
wobei das zweite Element durch eine Schraubgewindeverbindung ähnlich der
in den beigefügten
Zeichnungen illustrierten mit einem weiteren Element zusammenwirkt,
das mit der Haube verbunden wird und so drehfest gehalten wird. Das
zweite Element hat dann die Form einer Buchse, die sich während der
Anwendung frei drehen kann, wobei das Schraubgewindezusammenwirken
zwischen der Buchse und dem ersten und dem dritten Element derart
ist, daß sich
während
der Anfangsdrehung des ersten Elements die Buchse nicht dreht, sondern
sich mit dem dritten Element mit einer verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeit
verschiebt, wobei eine anschließende
Drehung des ersten Elements bewirkt, daß sich die Buchse mit demselben dreht
und sich das dritte Element mit einer höheren Geschwindigkeit verschiebt.
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Falls
es gewünscht
wird, kann der Motor so angeordnet werden, daß er an Stelle des ersten Elements,
wie es vorstehend beschrieben wurde, das zweite Element 14 antreibt.
Unter solchen Umständen
muß das
erste Element gegen eine Drehung fixiert werden.
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Der
Stellantrieb ist, obwohl er als besonders geeignet zur Verwendung
beim Antrieb einer Schubumkehrhaube zwischen ihrer eingezogenen
und ihrer entfalteten Position beschrieben worden ist, ebenfalls
zur Verwendung bei anderen Anwendungen, sowohl mit der Luft- und
Raumfahrt verbundenen als auch nicht mit der Luft- und Raumfahrt
verbundenen, geeignet, und diese Patentanmeldung erstreckt sich
auf die Verwendung des Stellantriebs bei solchen Anwendungen.