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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine im
besonderen aber nicht ausschließlich auf das Tragen von
Bewegungsplattformen für Fahrzeugsimulatoren anwendbare
Stellgliederbaugruppe.
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Fahrzeugsimulatoren sind in Ausbildungs- und
Unterhaltungsanwendungen weit verbreitet. Ein bedeutender
Anwendungsbereich ist die Ausbildung von Flugzeugpiloten.
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In einem typischen Flugzeug-Flugsimulator (siehe z.B.
US-A-3 295 224) sitzt ein auszubildender Pilot in einem
Cockpit-Modell und blickt auf ein durch die Cockpit-Fenster
sichtbares Bild. Das Cockpit-Modell wird oftmals von einer
Bewegungsplattform getragen, so daß die physischen
Wirkungen der Fahrzeugbewegung simuliert werden können, um
die vom visuellen Bild repräsentierte Simulation der
Flugzeugbewegung zu unterstützen. Das Cockpit-Modell wird
meist von sechs hydraulischen Stellguedern getragen. Die
hydraulischen stellgueder sind zwischen drei Drehpunkten
an der Unterseite der Plattform und drei Drehpunkten auf
einem Tragboden unter der Plattform angeschlossen. Jeder
Plattformdrehpunkt ist somit mit zwei Stellgliedern
verbunden, die wiederum mit dem entsprechenden Drehpunkt
eines Paares der Tragbodendrehpunkte verbunden sind.
In Draufsicht sind die Drehpunkte in einer sechseckigen
Form angeordnet, wobei die Plattformdrehpunkte und die
Tragbodendrehpunkte sich am Umfang des Sechsecks
abwechseln. Dieses Stellgliedersystem sieht die Bewegung um
6 Translations- (Vertikal-, Längs- bzw. Seitenverschiebung)
und Drehbewegungen (Nickschwingung, Schlingern und
Stampfen) vorsehende Achsen vor.
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Das herkömmliche Stellgliedersystem funktioniert gut
bei normalgroßen Flugsimulatoren. Wird die Größe der
Bewegungsplattform des Flugsimulators vergrößert, muß die
Größe des herkömmlichen Stellgliedersystems entsprechend
vergrößert werden. Dies verursacht ein Problem, wenn die
Verwendung einer großen Bewegungsplattform, die zum Tragen
beispielsweise einer Wiedergabe eines
Passagierflugzeugrumpfes für Evakuierungstraining geeignet
ist, gewünscht wird, wofür die Stellglieder sehr lang sein
müßten.
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Das Problem einer großen Stellgliedgröße bei großen
Bewegungsplattformen kann durch Verbreitern des
Systembodens (d.h. Vorsehen von sechs Tragbodendrehpunkten,
um die Stellguederpaare weiter auseinandergezogen
anzuordnen) und Verringern des maximalen Stellgliedhubs
angegangen werden. Eine derartige Anordnung würde jedoch
Winkelüberschreitungsprobleme aufwerfen, das heißt, die
Enden der Plattform könnten am Tragboden anstoßen.
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Bei einigen großen Bewegungsplattformsystemen können
annehmbare Leistungen mit Systemen erzielt werden, welche
drei Freiheitsgrade haben. Ein Dreiachsensystem mit drei
servobetätigten Stellgliedern und verschiedenen
zwangsschlüssigkeitsmethoden, beispielsweise "Scheren"-,
"Hängeglieder"- und Kaskadenmechanismen, wurde
vorgeschlagen, wobei eine Achse auf die andere aufgebaut
ist. Derartige Dreiachsensysteme sehen zwar
Nickschwingungen, Stampfen und Schlingern vor, die
Zwangsschlüssigkeitsmethoden und Kaskadenmechanismen sind
jedoch komplex und kostspielig.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Stellgliedbaugruppe vorzusehen, die aus herkömmlichen
Stellgliedkomponenten gebaut werden kann, um ein
Dreiachsen-Bewegungsplattformtragsystem vorzusehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine
Stellgliedbaugruppe vorgesehen, die ein Paar miteinander
verbundener ausfahrbarer Stellglieder, ein Gestänge, das so
auf ein Bewegen mit den Stellgliedern eingeschränkt ist,
daß Unterschiede im Ausfahren der Stellglieder eine
Stellungsänderung des Gestänges verursachen, und Mittel zum
Feststellen von Änderungen der Gestängestellung umfaßt.
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Vorzugsweise umfaßt das Gestänge eine längliche
Stange, die so zwischen den Stellgliedern montiert werden
kann, daß sie gleichen Abstand zu diesen hat. Eine Muffe
kann schiebbar an der Stange montiert und mit einem Paar
Armen verbunden sein, wobei jeder der Arme mit dem
betreffenden Stellglied des Stellgliederpaares verbunden
ist. Vorzugsweise sind die Arme drehbar mit den
Stellgliedern und der Muffe verbunden. Die Stellglieder
können drehbar miteinander verbunden und drehbar an
entsprechenden Drehpunkten befestigt sein, welche an einer
tragenden Oberfläche angeordnet sind, um eine dreieckige
Konstruktion zu definieren. Die stange kann an der
tragenden Oberfläche zwischen den Stellglieddrehpunkten
drehbar montiert sein.
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Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um die
Stellglieder so zu steuern, daß das Gestänge in einer
Bezugsposition gehalten wird. In dem Fall, daß das Gestänge
aus der Bezugsposition gebracht wird, kann eine
Warnungsausgabe erzeugt werden.
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Eine Bewegungssystemplattform kann von einer oder
mehreren Stellgliedbaugruppen getragen werden. Vorzugsweise
sind es drei Stellgliedbaugruppen. Auf der Plattform kann
ein Fahrzeugsimulator montiert sein.
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Die von den zwei hydraulischen Stellgliedern und der
tragenden Oberfläche geformte dreieckige Konstruktion kann
somit jederzeit gleichschenkelig gehalten werden. Dies
gewährleistet, daß die Stellglieder in gleicher Phase und
mit gleicher Amplitude ausgefahren und eingezogen werden.
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Eine spezifische Ausbildungsform der vorliegenden
Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen beispielhaft erläutert, dabei
zeigt:
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Figur 1 eine schematische Darstellung der
Hauptkomponenten eines Bewegungssystems einer herkömmlichen
sechsachsen-Bewegungsplattform;
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Figur 2 eine schematische Darstellung der Anordnung
hydraulischer Stellglieder in einem Bewegungssystem des in
Figur 1 gezeigten Typs;
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Figur 3 eine schematische Darstellung der
Hauptkomponenten eines Bewegungssystems nach einer
Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung;
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Figur 4 eine schematische Darstellung der in Figur 3
gezeigten Hauptkomponenten und wird entlang der Richtung
des Pfeils in Figur 3 betrachtet;
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Figur 5 eine schematische Darstellung eines der in
Figur 3 gezeigten Paare hydraulischer Stellglieder; und
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Figur 6 eine Draufsicht der Positionen der
hydraulischen Stellgueder in der Ausbildungsform von Figur
3.
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Unter Bezugnahme auf Figur 1 und Figur 2 umfaßt ein
herkömmliches Sechsachsen-Bewegungssystem eine
Bewegungsplattform 1, die auf sechs hydraulischen
Stellgliedern 2 bis 7 positioniert ist. Die sechs
Stellglieder 2 bis 7 sind an ihren unteren Enden mit drei
Drehpunkten 8, 9, 10 verbunden, welche an einem tragenden
Boden 11 sicher befestigt sind. Die oberen Enden der
Stellglieder sind mit an der Unterseite der
Bewegungsplattform 1 montierten Drehpunkten 12, 13, 14
verbunden. Die Bezugsnummer 15 zeigt einen auszubildenden
Piloten.
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Unter Bezugnahme auf Figuren 3, 4, 5 und 6 umfaßt das
dargestellte Bewegungssystem eine auf sechs hydraulischen
Stellgliedern 17 bis 22 positionierte Bewegungsplattform
16. Die Bewegungsplattform ist allgemein rechteckiger Form
und hat typische Abmessungen von 16,8 m (55 ft) x 6,7 m (22
ft) x 5,5 m (18 ft). Die Stellglieder 17 bis 22 haben eine
normierte Form, wie sie für herkömmliche Sechsachsensysteme
verwendet wird, wobei ein Kolben 23 in einem
Stellgliedgehäuse 24 sitzt, in dem der Kolben 23 schiebbar
ist, und sind in 3 Paare gruppiert. Jedes Stellgliederpaar
ist am oberen Ende der Kolben 23 mit einem an der
Unterseite der Bewegungsplattform 16 montierten Drehpunkt
25, 26, 27 verbunden. Drehpunkt 25 ist zum einen Ende der
Bewegungsplattform hin auf halbem Weg zwischen den
Seitenrändern der Plattform angeordnet. Drehpunkte 26, 27
sind einander entgegengesetzt an den Rändern der Plattform
zum anderen Ende der Plattform von Drehpunkt 25 hin
angeordnet. Drehpunkte 25, 26, 27 haben alle ungefähr den
gleichen Abstand zum Trägheitszentrum der Plattform. Die
unteren Enden der Stellglieder 17 bis 22 sind mit sechs
Drehpunkten 28 bis 33 verbunden, welche an einem tragenden
Boden 34 sicher befestigt sind. Jedes Stellgliederpaar
bildet mit dem Boden 34 ein gleichschenkeliges Dreieck.
Stellglieder 17 und 18 sind drehbar mit Drehpunkt 25 und
Drehpunkten 28 und 29 verbunden. Drehpunkte 28 und 29
befinden sich näher am Trägheitszentrum der Plattform als
Drehpunkt 25, so daß Stellglieder 17 und 18 in einem Winkel
zur Vertikalen geneigt sind. Drehpunkte 30 und 32 sind
unter dem Rand der Plattform angeordnet. Drehpunkte 31 und
33 sind unterhalb der Plattform, näher zum Ende der
Plattform und näher zur Mitte der Plattform hin angeordnet
als Drehpunkte 26 und 27. Stellgueder 19, 20, 21 und 22
sind somit in einem Winkel zur Vertikalen geneigt.
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Für jedes Stellguederpaar ist eine Stellstange 35
vorgesehen. Die Stellstange ist an einem Drehpunkt 36 auf
halbem Weg zwischen den Stellgliedern drehbar mit dem Boden
verbunden. Die Stellstange ist mit einer auf der
Stellstange schiebbaren Muffe 37 versehen. Zwei Arme 38, 39
sind an Drehpunkten 40, 41 drehbar mit der Muffe 37
verbunden. Das andere Ende jedes Arms 38, 39 ist drehbar
mit Drehpunkten 42, 43 am Stellgliedgehäuse 24 verbunden.
Drehpunkte 42, 43 befinden sich an einem oberen Ende des
Stellgliedgehäuses 24 in einer der Stellstange 35
zugewendeten Position. Die Stellstangen sind in einem
Winkel zur Vertikalen geneigt, da die Stellglieder so
geneigt sind.
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Beim Ausfahren oder Einziehen der Stellglieder
bewirken die Arme 38, 39 das Aufwärts- bzw. Abwärtsschieben
der Muffe 37 an der Stellstange 35. Ist der Ausfahr- oder
Einziehhub des Stellgliederpaares gleich, wird auf die
Stellstange 35 keine Seitenkraft ausgeübt. Die Stellstange
bleibt somit in der gleichen Position zwischen den
Stellgliedern mit gleichem Abstand zu ihnen. Wenn der Hub
des Stellgliederpaares ungleich ist, wird über die Arme 38,
39 eine Seitenkraft auf die Stellstange ausgeübt und die
Stellstange dreht sich um Drehpunkt 36. Die Bewegung der
Stellstange 35 wird genutzt, um die zur Behebung des
Ungleichgewichts im Hub der Stellglieder erforderlichen
Vorgänge einzuleiten. Je nach der Situation könnte
beispielsweise das System abgestellt werden, eine
Rückkopplung könnte an einen Regelkreis gelegt werden oder
der Hydraulikfluß zu oder von den Stellgliedern könnte
geregelt werden.
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In Reaktion auf die Bewegung der anderen
Stellgliederpaare kann sich das von einem Stellgliederpaar
geformte Dreieck frei um eine Linie drehen, welche die
Drehpunkte zwischen den Stellgliedern und der tragenden
Oberfläche (z.B. Drehpunkte 28, 29) verbindet. Die
Stellstange würde sich auch um diese Linie drehen, ohne zu
bewirken, daß eine Seitenkraft auf die Stange ausgeübt
wird.
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Gleichzeitiges Ausfahren und Einziehen aller sechs
Stellglieder ergibt Stampfen. Schlingern wird erzielt,
indem Stellglieder 19 und 20 in entgegengesetzter Phase zu
Stellgliedern 21 und 22 (oder umgekehrt) ausgefahren
werden, wobei Stellglieder 17 und 18 statisch sind.
Nickschwingungen werden erzielt, indem Stellglieder 17 und
18 in ungleicher Phase mit den Stellgliedern 19, 20, 21, 22
bewegt werden.
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Die Positionen der Stellstange 35 liefern somit eine
unmittelbare Anzeige jeder Differenz zwischen den Längen
der zugeordneten Stellgliederpaare. Allgemein werden die
Hübe der Stellgliederpaare zwar unter Verwendung
herkömmlicher Servosteuerungsverfahren in Amplitude und
Phase festgesetzt sein, im Fall einer Störung derartiger
Steuerverfahren zeigen die Stellstangen 35 aber die Störung
an und ermöglichen das Ergreifen entsprechender Maßnahmen.
Es kann somit ein hoher Grad an Systemsicherheit erreicht
werden.
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In der in Figur 5 dargestellten Anordnung ist die
Muffe 37 mit den Drehpunkten 42 und 43 verbunden und
steuert die Winkellage der stellstange 35. Es sind jedoch
auch andere Anordnungen möglich. Beispielsweise könnte eine
Teleskopstange oder eine anderweitig ausfahrbare Stange an
einem Ende mit dem mittleren Punkt zwischen den Drehpunkten
28 und 29 von Figur 5 und am anderen Ende mit dem Drehpunkt
verbunden sein. Wenn beabsichtigt sein sollte, daß die
beiden Heber jederzeit gleichlang sind, wäre die Winkellage
der Teleskopstellstange unter allen normalen Bedingungen
konstant und jede Verschiebung der Stellstange würde somit
ein Problem anzeigen.