DE69826560T2

DE69826560T2 - Drehmomentbegrenzer mit Auslösestatusanzeiger

Info

Publication number: DE69826560T2
Application number: DE69826560T
Authority: DE
Inventors: Seth E. Everett Gitnes
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2018-04-17
Also published as: CA2234004A1; EP0878635A1; DE69826560D1; CA2234004C; US5901817A; EP0878635B1; CN1197900A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Drehmomentbegrenzungsvorrichtungen und Drehmomentbegrenzungsvorrichtungen mit Auslöseanzeigen. Spezieller betrifft die Erfindung einen Drehmomentbegrenzer des Typs, welcher in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist. Solch ein Drehmomentbegrenzer ist aus der US-A-3,653,226 bekannt.
2. HINTERGRUNDINFORMATION
Die vorliegende Erfindung ist für einen Einsatz bei Flugsteuerungen eines Flugzeuges, wie z. B. Hinterkantenklappensystemen, bei welchen eine Mehrzahl von auf ein Drehmoment reagierenden Elementen von einer einzelnen Antriebswelle angetrieben werden, gut geeignet. Die Erfindung kann jedoch bei irgendeinem System eingesetzt werden, bei welchem verhindert werden muss, dass die Antriebseinheit ein übermäßiges Drehmoment ausübt.
Im Allgemeinen begrenzt ein Drehmomentbegrenzer den Umfang eines Drehmoments von einer Antriebswelle, welches auf ein auf ein Drehmoment reagierendes Element zugeführt wird. Der Drehmomentbegrenzer verriegelt die Antriebsquelle mit einer im Wesentlichen steifen Struktur, wenn das Antriebsdrehmoment eine vorbestimmte und einstellbare maximale Grenze überschreitet. Dies wird als Drehmomentbegrenzer mit "Auslösung" oder mit "Verriegelung" bezeichnet.
Eine typische Form eines Flügelklappendrehmomentverriegelungssystems nach dem Stand der Technik ist in dem US-Patent Nr. 4,030,578 von Cacciola und anderen dargestellt. Bei diesem Patent arbeitet die Vorrichtung, indem ein Drehmoment zwischen zwei Achsenteilen durch eine Kugelrampenkupplung ("Ball-Ramp Coupling") übertragen wird. Die Kugelrampenkupplung umfasst eine Mehrzahl von Kugeln, welche sich zwischen den zwei Achsenteilen befinden, wobei sich die Kugeln mit genau geformten Fassungen, welche in jedem Achsenteil enthalten sind, in Eingriff befinden. Wenn ein übermäßiges Drehmoment auftritt, bewirkt die Mehrzahl der Kugeln, dass ein Teil bezüglich des anderen Teils axial versetzt wird, wobei ein Scheibenbremsenpacken zusammengedrückt wird, wodurch das überschüssige Drehmoment in dem Gehäuse wirken kann, wodurch eine Übertragung des Drehmoments verhindert wird. Der Scheibenbremsenpacken umfasst abwechselnd feststehende und sich drehende Reibplatten.
Während dieser Drehmomentbegrenzer bei vielen Anwendungen erfolgreich eingesetzt worden ist, wird er sehr durch den Reibungskoeffizienten der Scheibenbremsenteile und das zähflüssige Reibmoment, welches die Mehrzahl der Platten betrifft, durch das Schmiermittel und die Rotationsgeschwindigkeit beeinflusst. Das zähflüssige Reibmoment der Scheibenbremsenteile verursacht einen deutlichen Verlust der Effizienz des Antriebssystems und erhöht das Gewicht des Antriebssystems.
Scheibenbremsenpacken sind bei vielen Anwendungen eingesetzt worden, weil die Betriebsgeschwindigkeiten die Eingriffsgeschwindigkeit, für welche Kupplungen mit Zähnen oder Klauen verwendet werden sollten, übersteigt. Bei höheren Betriebsge schwindigkeiten wird typischerweise ein Scheibenbremsenpacken verwendet. Hinterkantenklappensysteme arbeiten typischerweise bei Geschwindigkeiten von mehr als 400 rpm.
Ein Versuch den Scheibenbremsenpacken und die mit ihm verbundenen ungünstigen Effekte zu eliminieren, ist in dem US-Patent Nr. 5,299,666 von Lang und anderen offenbart. Bei diesem Patent arbeitet die Vorrichtung, indem ein Drehmoment zwischen zwei Achsenteilen, einem Antriebsteil und einem angetriebenen Teil übertragen wird, wobei eine Mehrzahl von Kugeln dazwischen existiert. Die Mehrzahl von Kugeln befindet sich mit Fassungen in Eingriff, welche in jedem der Achsenteile enthalten sind. Wenn ein übermäßiges Drehmoment auftritt, bewirkt die Mehrzahl der Kugeln, dass das Antriebsteil bezüglich des angetriebenen Teils axial versetzt wird. Eine erste Gruppe von Zähnen, welche das Antriebsteil aufweist, befindet sich mit einer zweiten Gruppe von Zähnen in Eingriff, welche mit der ersten Gruppe von Zähnen ausgerichtet und an dem Gehäuse befestigt ist, um eine Drehmomentübertragung zu verhindern.
Das Problem mit dieser Vorrichtung rührt von der Tatsache her, dass das Antriebsteil die erste Gruppe von Zähnen aufweist. Die Platzierung der ersten Gruppe von Zähnen auf dem Antriebsteil verhindert, dass das Drehmoment, welches durch den Kontakt der Zähne entwickelt wird, über die Mehrzahl der Kugeln übertragen wird. Folglich wird keine zusätzliche axiale Kraft durch die Kugelrampenkupplung entwickelt, um den Eingriff der Zähne zu unterstützen. Um dieses Problem zu lösen, müssen die Zähne einen negativen Eingriffswinkel aufweisen, so dass sie sich selbst in Eingriff ziehen können. Der negative Eingriffswinkel auf den Zähnen ist teuer herzustellen und ist nicht geeignet robust für einen kontinuierlichen Einsatz in vielen Flugzeugantriebssystemen. Jegliche durch wiederholten Einsatz verursachte Abnutzung der Kanten der Zähne bewirkt, dass die Zähne nach einem Kontakt nicht in Eingriff kommen und führt zu einer übermäßigen Drehmomentausgabe. Außerdem macht der negative Eingriffswinkel auf den Zähnen es notwendig, die Richtung des Antriebssystems langsam umzukehren, damit die Bremse aus einem Eingriff gelöst werden kann. Viele Antriebssysteme benötigen eine Drehmomentbegrenzungsvorrichtung, welche sich automatisch nach einem Wegfall des Eingangsdrehmoments aus dem Eingriff löst.
Das vorab genannte Dokument US-A-3,653,226 nach dem Stand der Technik offenbart einen Drehmomentbegrenzer, welcher ein Gehäuse und eine Eingangswelle umfasst, welche drehbar in dem Gehäuse gelagert und ausgestaltet ist, um mit einer Antriebsquelle verbunden zu sein. Eine Ausgangswelle ist mit der Eingangswelle über eine Drehbremsscheibe verbunden, welche Zähne trägt und durch Kugelrampenkupplungen mit beiden Wellen verbunden ist. Die Drehbremsscheibe ist mit einem Federpacken zu der Eingangs- und Ausgangswelle vorgespannt. Die Ausgangswelle ist derart ausgestaltet, dass sie mit einem auf ein Drehmoment reagierenden Element verbunden ist. Während des normalen Betriebs wird ein Drehmoment der Antriebsquelle von der Eingangswelle durch die erste Kugelrampenkupplung zu der Drehbremsscheibe und von dort durch die zweite Kugelrampenkupplung zu der Ausgangswelle und dann durch die Ausgangswelle auf ein auf ein Drehmoment reagierendes Element übertragen. Die Drehbremsscheibe besitzt eine Gruppe von Zähnen, welche koaxial mit einer zweiten Gruppe von Zähnen auf einer feststehenden Bremsscheibe, welche in dem Gehäuse angebracht ist, ausgerichtet ist. Wenn das Drehmoment an der Eingangswelle einen vorbestimmten Wert überschreitet, überwinden die Kugelrampenkupplungen die Vorbelastung in dem Federpacken und versetzen die Drehbremsscheibe in einer axialen Richtung weg von der Eingangs- und Ausgangswelle. Das axiale Versetzen der Drehbremsescheibe zwingt die Gruppe von Zähnen auf der Drehbremsscheibe in Kontakt mit der Gruppe von Zähnen auf der feststehenden Bremsscheibe. Das durch den Kontakt der Zähne auf der Drehbremsescheibe mit den Zähnen auf der feststehenden Bremsscheibe verursachte Bremsdrehmoment wird über die Kugelrampenkupplung übertragen, was ein zusätzliches axiales Versetzen verursacht, was die Zähne vollständig in Eingriff zwingt, wobei die Antriebsquelle durch das Gehäuse verriegelt wird. Wenn das Drehmoment einmal unter die vorbestimmte Drehmomentgrenze zurückkehrt, zwingt der Federpacken die Drehbremsscheibe axial zu der Eingangs- und Ausgangswelle, wobei die Kugeln zu ihren Fassungen zurückkehren, wobei die Zähne aus dem Eingriff kommen und der Drehmomentbegrenzer zurückgesetzt wird.
Es ist auch allgemein bekannt, eine Auslöseanzeige bereitzustellen, welche anzeigt, wenn der Drehmomentbegrenzer aktiviert worden ist. Ein modernes Flugzeug besitzt mehrere Drehmomentbegrenzungsbremsmechanismen. Die Auslöseanzeigen werden zu Störungsbehandlungszwecken verwendet, um zu bestimmen, welcher Drehmomentbegrenzer aktiviert worden ist. Viele der Auslöseanzeigen nach dem Stand der Technik erzeugen falsche Auslöseanzeigen, was bedeutet, dass ein Auslösen angezeigt wird, wenn der Drehmomentbegrenzer nicht aktiviert worden ist. Die meisten Auslöseanzeigen nach dem Stand der Technik verwenden die axiale Bewegung des Ausgangsnockens, um die Anzeige zu betätigen. Es ist möglich, dass ein kleines Ausmaß einer axialen Bewegung des Ausgangsnockens die Anzeige auslöst, aber den Bremsmechanismus nicht einschaltet. Dies erzeugt eine falsche Auslöseanzeige. Eine falsche Auslöseanzeige macht eine Störungsbehandlung des Antriebssystems schwierig und kann zu einer unnötigen Wartungstätigkeit führen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß eines Aspekts dieser Erfindung wird ein verbesserter Drehmomentbegrenzer bereitgestellt, welcher einen sofortigeren Eingriff der Zähne bei Anwendungen, welche bei höheren Geschwindigkeiten arbeiten, ermöglicht. Außerdem wird gemäß eines anderen erfindungsgemäßen Aspekts ein Drehmomentbegrenzer bereitgestellt, welcher eine Auslöseanzeige aufweist, welche inhärent zuverlässiger als jede andere dem Anmelder bekannte Auslöseanzeige ist.
Erfindungsgemäß wird ein Drehmomentbegrenzer des vorab definierten Typs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsnocken gleitbar über einem Abschnitt des Eingangsnockens angebracht ist, und dass die Statorplatte durch eine torsionsnachgiebige Halterung an dem Gehäuse angebracht ist. Dies ermöglicht der Kugelrampenkupplung, die Zähne auf dem Ausgangsnocken mit den Zähnen auf der Statorplatte vollständig in Eingriff zu bringen, bevor die Antriebsquelle gestoppt wird und das volle dynamische Drehmoment von den Zähnen aufgenommen wird.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzers bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzers umfasst ein Auslöseanzeigemittel für eine Anzeige, wenn eine Drehmomentverriegelung aufgetreten ist. Das Auslöseanzeigemittel kann eine V-förmige Aussparung in der Statorplatte umfassen, welche sich mit einem Plunger in Eingriff befindet, so dass eine Drehung der Statorplatte den Plunger aus der Aussparung versetzt, was anzeigt, dass eine Drehmomentverriegelung aufgetreten ist. Die Tatsache, dass die Bewegung der Statorplatte verwendet wird, um die Auslöseanzeige zu betätigen, macht falsche Anzeigen höchst unwahrscheinlich, da eine Bewegung der Statorplatte nur auftritt, nachdem die Zähne in Kontakt sind, an welchem Punkt eine Verriegelung bevorsteht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a und 1b sind Querschnittsansichten des erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzers.
2a, 2b, 2c, 3a, 3b, und 3c sind perspektivische Ansichten, welche die Komponenten beschreiben, die eine Torsionshalterungsanordnung ausmachen.
4a und 4b sind perspektivische Explosionsansichten des erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzers.
5 ist eine schematische Darstellung einer Kugelrampenkupplung mit Zähnen auf dem Antriebselement.
6 ist eine schematische Darstellung ähnlich der 5 außer den Zähnen auf dem Antriebselement.
7 ist eine schematische Darstellung von Bremszähnen mit einem negativen Neigungswinkel.
8 ist eine schematische Darstellung von Bremszähnen mit geraden Seiten eines bei dieser Erfindung verwendeten Typs.
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzers ist in 1a, 1b, 4a und 4b dargestellt, wobei gleiche Zahlen identischen oder entsprechenden Teilen entsprechen. Ein Drehmomentbegrenzer umfasst einen Eingangsnocken 10, welcher durch ein Kugellager 17 drehbar in einem Gehäuse 15 angebracht ist. Das Gehäuse 15 umfasst ein unteres Gehäuse 22, welches mit einem oberen Gehäuse 20 durch eine Mehrzahl von Bolzen 24 verbunden ist. Die Bezeichnungen "oben" und "unten" beziehen sich auf die dargestellte Zeichnung und werden nur zur Vereinfachung verwendet, da der Drehmomentbegrenzer im Betrieb jede Ausrichtung annehmen kann.
In ein Ende des Eingangsnockens 10 ist eine Rippe 25 gearbeitet, welche derart ausgestaltet ist, dass sie eine Antriebsquelle (nicht dargestellt) aufnimmt. Ein Ausgangsnocken 28 ist durch eine Kugelrampenkupplung 30, welche ein Drehmoment von dem Eingangsnocken 10 auf den Ausgangsnocken 28 überträgt, mit dem Eingangsnocken 10 gekoppelt.
Die Kugelrampenkupplung 30 umfasst einen Flansch 34, welcher sich von dem Eingangsnocken 10 in einer Richtung im Wesentlichen quer zu der Achse des Eingangsnockens 10 nach außen erstreckt. Der Flansch 34 weist eine Eingangsnockenplatte 44 auf, in welcher eine Mehrzahl von Kugelrastfassungen 38 in gleichmäßig beabstandeten Abständen um ihren Umfang herum ausgebildet sind. Die Kugelrastfassungen 38 nehmen eine Mehrzahl von Kugeln 40 auf. Der Ausgangsnocken 28 ist gleitbar koaxial über einem Abschnitt des Eingangsnockens 10 angebracht. Der Ausgangsnocken 28 besitzt eine Ausgangsnockenplatte 42 mit einer Mehrzahl darin ausgebildeten Kugelrastfassungen 36. Diese Kugelrastfassungen 36 besitzen identische Formen sowohl in axialer als auch radialer Richtung, genau wie die Kugelrastfassungen 38 auf der Eingangsnockenplatte 44. Die Mehrzahl der Kugeln 40 befinden sich zwischen den Kugelrastfassungen 38 und 36, um ein Drehmoment von dem Eingangsnocken 10 auf den Ausgangsnocken 28 zu kuppeln. Auf Grund der Symmetrie der Kugelrastfassungen 38 und 36 ist das Verriegelungsdrehmoment gleich, egal ob sich die Antriebsquelle in Richtung des Uhrzeigersinns oder des Gegenuhrzeigersinns dreht.
Der Ausgangsnocken besitzt ein inneres zylindrisches Merkmal, welches als ein Federgehäuse 46 wirkt. Eine Mehrzahl von Federn 48, typischerweise Tellerfedern, sind gleitbar konzentrisch um den Eingangsnocken 10 und innerhalb des Federgehäuses 46 angebracht. Die Federn 48 werden in dem Federgehäuse 46 durch eine Schubplatte 50, ein Schublager 52 und eine Schubbuchse 54 zurückgehalten. Das Schublager 52 und die Schubbuchse 54 befinden sich beide gleitbar in Kontakt mit dem Eingangsnocken 10. Das Schublager 52 stößt gegen die Schubplatte 50 und ermöglicht eine geringe Drehung zwischen der Schubbuchse 54 und der Schubplatte 50. Die Schubbuchse 54 stößt gegen einer Mutter 56, welche sich durch eine Mehrzahl von Gewinden 58, welche sich auf dem Eingangsnocken 10 befinden, mit dem Eingangsnocken 10 in Eingriff befindet. Die Schubbuchse 54 besitzt eine Feder 60, welche derart ausgestaltet ist, dass sie gleitbar in eine Keilnut 62 passt, welcher sich auf dem Eingangsnocken 10 befindet. Die Position der Mutter 56 bestimmt den Federdruck, um eine Mehrzahl von Drehmomentverriegelungseinstellungen zu ermöglichen. Die Federn 48 spannen den Ausgangsnocken 28 zu dem Eingangsnocken 10 hin vor, wobei die Mehrzahl der Kugeln 40 in der Mehrzahl der Rastfassungen 38 und 36 eingefasst sind. Ein Sicherungsblech 59 stößt gegen die Mutter 56 und schließt sie teilweise ein. Nachdem eine geeignete Drehmomentverriegelungseinstellung erreicht ist, wird eine Verriegelung der Mutter 56 bewerkstelligt, indem ein Abschnitt des Sicherungsblechs 59 in einer Aussparung auf der Mutter 56 verformt wird. Wenn die Verriegelungseinstellung erreicht ist, kommt die Mehrzahl der Kugeln 40 aus den Rastfassungen 38 und 36 und zwingen den Ausgangsnocken 28 axial weg von dem Eingangsnocken 10, wobei die Federn 48 zusammengedrückt werden. Während die Mutter 56 verwendet werden kann, um die Drehmomentverriegelungseinstellungen einzustellen, ist es auch möglich, Ausgleichsscheiben zu verwenden, um die Vorbelastung der Federn festzulegen und damit die Drehmomentverriegelungseinstellung einzustellen.
Der Ausgangsnocken 28 besitzt eine Gruppe von Zähnen 64. Die Zähne 64 sind vorzugsweise radial gleich beabstandet. Diese Zähne 64 können entweder als ein getrennter Teil auf dem Ausgangsnocken 28 angebracht oder vorzugsweise als Teil des Ausgangsnockens selbst ausgebildet sein.
Eine Statorplatte 66 besitzt eine zweite Gruppe von Zähnen 68, welche mit der Gruppe von Zähnen 64 auf dem Ausgangsnocken 28 koaxial ausgerichtet ist. Die zweite Gruppe von Zähnen 68 ist identisch mit der Gruppe von Zähnen 64 auf dem Ausgangsnocken 28. Die zwei Gruppen von Zähnen 64 und 68 sind durch einen vorbestimmten axialen Abstand 70 getrennt.
Die Statorplatte 66 ist drehbar in dem oberen Gehäuse 22 angebracht und stößt gegen eine Schulter 72 in dem oberen Gehäuse 22. Das drehbare Anbringen wird durch eine torsionsnachgiebige Halterungsanordnung bewerkstelligt, welche die Statorplatte 66, eine Ringfeder 76 und eine Reaktionsplatte 78 umfasst, wie es in 2a, 2b, 2c, 3a, 3b und 3c dargestellt ist.
Die torsionsnachgiebige Halterung und ihre Komponenten sind in 2a, 2b, 2c, 3a, 3b und 3c dargestellt. Die Statorplatte 66 besitzt eine Mehrzahl von radialen Zwischenräumen 80, wie in 2a, 2b, 2c, 3a, 3b und 3c dargestellt ist. Die radialen Zwischenräumen 80 sind vorzugsweise gleich beabstandet. Die Reaktionsplatte 78 besitzt eine Mehrzahl von radialen Flanschen 82, welche mit der Mehrzahl der radialen Zwischenräumen 80 auf der Statorplatte 66 korrespondieren, wie in 2a, 2b, 2c, 3a, 3b und 3c dargestellt ist. Die Mehrzahl der radialen Zwischenräumen 80 sind größer als die Mehrzahl der radialen Flansche 82, um einen vorbestimmten Grad an Drehung zu ermöglichen, bevor die Mehrzahl der Flansche 82 Seiten der Mehrzahl der radialen Zwischenräume 80 berührt. Die Mehrzahl der radialen Flansche 82 wird normalerweise durch eine Ringfeder 76 in einer mittigen Position in der Mehrzahl der radialen Zwischenräume 80 gehalten, wie es in 2a, 2b, 2c, 3a, 3b und 3c dargestellt ist. Die Ringfeder 76 ist drehbar an der Statorplatte 66 angebracht und stößt während des normalen Betriebes gegen beide Seiten 90 und 92 einer radialen Feder 94 auf der Statorplatte 66. Der Unterschied zwischen der Breite der Flansche 82 und der Breite der Zwischenräume 80 bestimmt den Winkel, um welchen die Statorplatte 66 relativ zu der Reaktionsplatte 78 drehen kann, bevor die Flansche 82 in Kontakt mit den Seiten der Zwischenräume 80 kommen. Die Ringfeder 76 ist auch gleichzeitig drehbar auf der Reaktionsplatte 78 angebracht und stößt während des normalen Betriebes gegen beide Seiten 100 und 102 einer zweiten radialen Feder 104 auf der Reaktionsplatte 78. Wenn eine Drehung zwischen der Statorplatte 76 und der Reaktionsplatte 78 während einer Verriegelung auftritt, wird die Ringfeder 76 durch die radiale Feder 94 in der Statorplatte 66 und die radiale Feder 104 in der Reaktionsplatte 78 auf einen größeren Durchmesser erweitert. Die Statorplatte 66 dreht sich weiter und die Ringfeder 76 erweitert sich weiter auf einen größeren Durchmesser, bis eine harte Sperre erreicht wird, wenn die Mehrzahl der Flansche 82 die Seiten der Mehrzahl der Zwischenräume berührt.
Zurück zu den 1a, 1b, 4a und 4b, die Reaktionsplatte 78 besitzt eine Rippe 110, welche mit einer Rippe 111 in dem unteren Gehäuse 20 verbunden ist und gegen eine Schulter 112 auf dem unteren Gehäuse 20 stößt. Das untere Gehäuse 20 ist mit einer im Wesentlichen steifen Struktur befestigt.
Eine Ausgangswelle 114 besitzt eine Rippe 116, welche mit einer Rippe 118 auf dem Ausgangsnocken 28 verbunden ist. Die Ausgangswelle ist durch ein Kugellager 120 drehbar an dem unteren Gehäuse angebracht. Die Ausgangswelle ist durch ein Kugellager 122 drehbar an dem Eingangsnocken 10 angebracht. Das Kugellager ermöglicht ein kleines Ausmaß an Drehung zwischen dem Eingangsnocken 10 und der Ausgangswelle 114 während einer Verriegelung. Die Ausgangswelle besitzt eine Rippe 126, welche ausgestaltet ist, um mit einem auf ein Drehmoment reagierenden Element (nicht dargestellt) verbunden zu sein.
Eine Lippendichtung 128 ist gleitbar zwischen dem oberen Gehäuse 22 und dem Eingangsnocken 10 angebracht, um für eine dynamische Abdichtung zu sorgen. Das obere Gehäuse besitzt einen Einfüllanschluss mit einem Einfüllpfropfen, um für ein Schmiermittel für den Drehmomentbegrenzer zu sorgen. Eine andere Lippendichtung 130 ist zwischen der Ausgangswelle und dem unteren Gehäuse vorhanden. Die vorab beschriebenen Montage- und Abdichtungstechniken sind den Fachleuten gut bekannt und werden nicht weiter diskutiert.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzers beinhaltet eine Auslöseanzeige. Die Auslöseanzeige umfasst eine V-förmige Aussparung 134 in der Statorplatte 66, welche mit einem Plunger 136 derart ausgerichtet ist, dass der Plunger 136 normalerweise in der V-förmigen Aussparung 134 ruht. Der Plunger 136 ist gleitbar in einem Anzeigegehäuse 140 und einer Buchse 143 angebracht. Der Plun ger befindet sich axial bei einer von zwei Umfangsvertiefungen 144 und 146, an welchen sich ein Rastring 148 befindet. Der Rastring 148 ist durch einen Abstandshalter 142 und eine Buchse 143 eingefasst. Wenn sich die Umfangsvertiefung 144 in Beziehung mit dem Rastring 148 befindet, befindet sich der Plunger 136 in der nicht ausgelösten Position. Wenn sich die Umfangsvertiefung 146 in Beziehung mit dem Rastring 148 befindet, befindet sich der Plunger 136 in der ausgelösten Position. Der Plunger 136 wird von der nicht ausgelösten Position zu der ausgelösten Position gezwungen, wenn die Statorplatte 66 während einer Verriegelung gezwungen wird, sich zu drehen, wodurch der Plunger 136 aus der V-förmigen Vertiefung 134 in der Statorplatte 66 kommt.
Eine Anzahl von Stift-, Plunger-, und Federkonfigurationen sind für die Fachleute ersichtlich, nachdem sie diese Offenbarung studiert haben. Es ist für die Auslöseanzeige auch möglich, unter Verwendung der axialen Bewegung des Ausgangsnockens der Kugelrampenkupplung zu arbeiten, wenn die Verriegelungsposition sich nähert. Dies ist eine weniger bevorzugte Ausführungsform, da die Auslöseanzeige auslösen würde, bevor die Verriegelung aufgetreten ist, was zu der Möglichkeit einer falschen Auslöseanzeige führt. Ausführungsformen der Auslöseanzeige, welche auf der Drehung der Statorplatte oder des Gehäuses beruhen, sind bevorzugt, weil sie nur auslösen, nachdem sich die Statorplatte gedreht hat. Eine Drehung der Statorplatte tritt nur auf, nachdem die Zähne begonnen haben, sich in Eingriff zu bringen, an welchem Punkt eine Verriegelung bevorsteht, infolgedessen nur ein tatsächliches Auslösen angezeigt wird.
Nun mit Bezug auf 5 und 6, welche eine schematische Ansicht eines Drehmomentbegrenzers nach dem Stand der Technik bzw. den erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzer darstellen. Bei dem Drehmomentbegrenzer nach dem Stand der Technik, 5, sind die Zähne 64 bzw. 68 auf dem Eingangsnocken 10 bzw. dem Gehäuse 15 angebracht. Wenn der vorbestimmte Drehmomentwert erreicht wird, zwingt die Kugelrampenkupplung 30 den Eingangsnocken 10 axial weg von dem Ausgangsnocken 28. Die Zähne 64 auf dem Eingangsnocken berühren die Zähne 68 auf dem Gehäuse 15, wobei der Eingangsnocken 10 gebremst wird. Die Kraft, welche die Zähne in den Eingriff schiebt, ist gegeben durch:
T_in ist das Eingangsdrehmoment.
T_out ist das Ausgangsdrehmoment.
T_teeth ist das durch die Zähne hervorgerufene Drehmoment.
T_ball ist das über die Kugeln übertragene Drehmoment.
F_teeth ist die Kraft, welche die Zähne in den Eingriff schiebt.
C ist eine Konstante, welche von der Geometrie und Reibung abhängt. Tin = Tteeth + Tball Fteeth = C × Tball Tball = Tout ∴Fteeth = C × Tout
Da sich die Zähne auf dem Eingangsnocken 10 befinden, ist die Kraft, welche verfügbar ist, um die Zähne in den Eingriff zu schieben, nur eine Funktion des Ausgangsdrehmoments. Folglich muss, um die Kraft zu entwickeln, welche notwendig ist, um die Zähne in den Eingriff zu schieben, das Ausgangsdrehmoment über die Drehmomentverriegelungseinstellung erhöht werden, was eine ausgangsseitig angeschlossene Anlage beschädigen kann. Um dieses Problem zu lösen, müssen die Zähne einen negativen Eingriffswinkel aufweisen, 7, um zu ermöglichen, dass sich die Zähne im Wesentlichen selbst in Eingriff ziehen. Dies macht die Drehmomentverriegelungseinstellung sehr empfindlich gegenüber dem Kantenzustand der Zähne, weil, wenn sie nicht geeignet scharf sind, eine zusätzliche Kraft benötigt wird, um sie in Eingriff zu bringen. Dies verursacht ein übermäßiges Ausgangsdrehmoment, was eine ausgangsseitig angeschlossene Anlage beschädigen kann. Die scharfen Kanten auf den Zähnen verschlechtern sich leicht nach einem wiederholten Einsatz. Im Allgemeinen wird dieser Entwurfstyp als nicht geeignet robust für viele Flugsteuerungssysteme für Flugzeuge erachtet. Außerdem macht der negative Eingriffswinkel auf den Zähnen es schwierig, die Drehmomentbegrenzungsvorrichtung zu entriegeln. Wenn das Eingangsdrehmoment unter die Drehmomentverriegelungseinstellung fällt, verbleibt der Drehmomentbegrenzer verriegelt, da die Zähne im Wesentlichen miteinander verriegelt sind. Wenn sich der Eingangsnocken 10 des Drehmomentbegrenzers schnell in die entgegengesetzte Richtung dreht, können die Zähne 64 und 68 die gegenüberliegenden Flanken der Gegenzähne berühren, was eine Verriegelung in der Gegenrichtung verursacht. Es kann notwendig sein, den Eingangsnocken 10 langsam in die Gegenrichtung zu drehen, um den Drehmomentbegrenzer zu entriegeln. Dies ist für viele Flugsteuerungssysteme für Flugzeuge unakzeptabel.
Bei dem hier beschriebenen Drehmomentbegrenzer, 6, sind die Zähne 64 bzw. 68 auf dem Ausgangsnocken 28 bzw. dem Ge häuse 15 angebracht. Wenn der vorbestimmte Drehmomentwert erreicht ist, zwingt die Kugelrampenkupplung 30 den Ausgangsnocken 28 axial weg von dem Eingangsnocken 10. Die Zähne 64 auf dem Ausgangsnocken 68 berühren die Zähne 68 auf dem Gehäuse 15, wodurch der Ausgangsnocken 28 gebremst wird. Die Kraft, welche die Zähne in Eingriff schiebt, ist gegeben durch: Tin = Tball Tteeth = C × Tball Tball = Tout + Tteeth ∴Fteeth = C × (Tout + Tteeth)
Da sich die Zähne auf dem Ausgangsnocken 28 befinden, ist die Kraft, welche verfügbar ist, um die Zähne 64 und 68 in Eingriff zu schieben, eine Funktion der Summe des Ausgangsdrehmoments und des durch den Kontakt der Zähne 64 und 68 hervorgerufenen Drehmoments. Folglich erzeugt das durch den Kontakt der Zähne 64 und 68 hervorgerufene Drehmoment die zusätzliche Kraft, welche notwendig ist, um die Zähne 64 und 68 in Eingriff zu schieben, und es findet kein zusätzlicher Anstieg des Ausgangsdrehmoments statt. Dies ermöglicht den Einsatz von Zähnen mit einem Eingriffswinkel von Null, 8, was bedeutet, dass die Flanken der Zähne parallel zu der Mittellinie des Ausgangsnockens 28 sind. Dieser Typ von Zahnkonfiguration ist sehr einfach herzustellen und ist geeignet robust, um wiederholte Drehmomentbegrenzerverriegelungen vorzunehmen. Da außerdem kein negativer Eingriffswinkel bei den Zähnen verwendet wird, versetzt der Federstapel, wenn das Drehmoment einmal unter den vorbestimmten Wert des Drehmomentbegrenzers zurückkehrt, den Ausgangsnocken 28 zu dem Ein gangsnocken 10, wobei der Eingriff der Zähne 64 und 68 gelöst wird und der Drehmomentbegrenzer automatisch entriegelt wird.
Nun mit Bezug auf 7 und 8, welche beide Zahnkonfigurationen darstellen, stellt 7 Zähne mit einem negativen Eingriffswinkel, was nach dem Stand der Technik gelehrt wird, dar. Jede Seite 190 und 192 jedes Zahnes 194 besitzt eine sich diagonal nach innen erstreckende Oberfläche, welche einen negativen Eingriffswinkel für beide Seiten 190 und 192 des zugeordneten Zahnes 194 definiert. Die Zähne auf der entsprechenden Bremse, welche auf dem Gehäuse angebracht ist, besitzen auch sich entsprechend diagonal nach innen erstreckende Oberflächen 196 und 198.
8 stellt die Zähne dar, welche erfindungsgemäß verwendet werden. Es sollte angemerkt werden, dass die Seiten 202 und 204 der Zähne 64 im Wesentlichen senkrecht zu den oberen Oberflächen 206 sind, was einen Eingriffswinkel von Null darstellt. Die Seiten 208 und 210 der Zähne 68 sind im Wesentlichen parallel zu den Seiten 202 und 204 der Zähne 64 und sind derart ausgerichtet, dass sie miteinander in Eingriff kommen. Während es eine bevorzugte Ausführungsform ist, im Wesentlichen quadratische Profile für die Zähne aufzuweisen, ist es möglich, einen positiven Eingriffswinkel, einen Spiroid oder zahlreiche andere Zahntypen aufzuweisen. Ein negativer Eingriffswinkel der Zähne wäre jedoch ungeeignet, da er kein automatisches Zurücksetzen des Drehmomentbegrenzers ermöglichen würde.
Dementsprechend dienen die vorab stehende Offenbarung und die Beschreibung davon nur veranschaulichenden Zwecken und sind nicht vorgesehen, die Erfindung zu beschränken. Es kann viele kleine Änderungen geben, welche den Fachleuten nach dem Lesen dieser Offenbarung ersichtlich sind. Diese Erfindung ist durch die Ansprüche definiert.

Claims

Drehmomentbegrenzer, um das Ausmaß eines Drehmoments von einer Antriebsquelle, welches auf ein auf ein Drehmoment reagierendes Element geführt wird, zu begrenzen, und um eine solche Antriebsquelle zu verriegeln, wenn das Antriebsmoment eine vorbestimmte und einstellbare maximale Grenze übersteigt, welcher ausgestaltet ist, um in beiden von zwei Drehrichtungen zu arbeiten und sich automatisch zurücksetzt, wenn das übermäßige Antriebsdrehmoment entfernt wird, umfassend: a) ein Gehäuse (15); b) einen Eingangsnocken (10), welcher drehbar an dem Gehäuse (15) befestigt und ausgestaltet ist, um mit der Antriebsquelle verbunden zu sein, wobei der Eingangsnocken (10) einen Flansch (34) mit einer Eingangsnockenplatte (44), welche eine Mehrzahl von Kugelrastfassungen (38) enthält, aufweist; c) einen Ausgangsnocken (28), welcher eine Ausgangsnockenplatte (42) mit einer Mehrzahl von Kugelrastfassungen (36) enthält, welche derart lokalisiert sind, dass sie in einem Abstand und in einer Form den Rastfassungen (38) in der Eingangsnockenplatte (44) entsprechen, wobei der Ausgangsnocken (28) derart ausgestaltet ist, dass er gleitbar koaxial mit dem Eingangsnocken (10) angebracht ist; d) eine Mehrzahl von Kugeln (40), welche ausgestaltet sind, um in die Rastfassungen (36, 38) in den Nockenplatten (42, 44) zu passen, wobei die Kugeln bei der Übertragung eines Drehmoments von dem Eingangsnocken (10) zu dem Ausgangsnocken (28) zusammenarbeiten und den Ausgangsnocken (28) in einer axialen Richtung weg von dem Eingangsnocken (10) versetzen, wenn eine relative Drehung zwischen dem Eingangsnocken (10) und dem Ausgangsnocken (28) auftritt; e) mindestens eine Feder (48), welche den Ausgangsnocken (28) derart zu dem Eingangsnocken (10) vorspannt, dass die Mehrzahl der Kugeln (40) in den Rastfassungen (36, 38) in den Nockenplatten (42, 44) lokalisiert sind; f) eine erste Gruppe von Zähnen (64), welche von dem Ausgangsnocken (28) getragen wird; und g) eine Statorplatte (66), welche an dem Gehäuse (15) befestigt ist, wobei die Statorplatte (66) eine zweite Gruppe von Zähnen (68) aufweist, welche koaxial mit der ersten Gruppe von Zähnen (64) ausgerichtet ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsnocken (28) gleitbar über einem Abschnitt des Eingangsnockens (10) angebracht ist, und dass die Statorplatte (66) durch eine torsionsnachgiebige Halterung an dem Gehäuse (15) angebracht ist.
Drehmomentbegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die torsionsnachgiebige Halterung umfasst: a) eine Mehrzahl von Zwischenräumen (80), welche auf der Statorplatte ausgebildet sind, wobei die Statorplatte (66) eine erste Feder (94) aufweist, b) eine Reaktionsplatte (78), welche eine Mehrzahl von Flanschen (82), die ausgestaltet sind, um die Mehrzahl von Zwischenräumen (80) auf der Statorplatte (66) aufzunehmen, und eine zweite Feder (104) aufweist, welche mit der ersten Feder (94) ausgerichtet ist, wobei die Mehrzahl der Zwischenräume (80) größer als die Mehrzahl der Flansche (82) ist, um einen vorbestimmten Grad an Drehung zwischen der Statorplatte (66) und der Reaktionsplatte (78) zu ermöglichen, und c) eine Ringfeder (76), welche zwischen der Statorplatte (66) und der Redaktionsplatte (78) angeordnet ist, wobei die Ringfeder (76) zwei Enden aufweist, welche gegen die erste und die zweite Feder (94, 104) stoßen.
Drehmomentbegrenzer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ausgangsnocken (28) mit einer Ausgangswelle (114) verbunden ist, welche eine Rippe (126) aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass sie mit dem auf ein Drehmoment reagierenden Element verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsnocken (28) eine Rippe (118) aufweist, welche mit einer Rippe (116) auf der Ausgangswelle (114) verbunden ist.
Drehmomentbegrenzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Gruppe von Zähnen (64, 68) keinen negativen Eingriffswinkel besitzen.
Drehmomentbegrenzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Gruppe von Zähnen (64, 68) im Wesentlichen rechteckige Profile aufweisen.
Drehmomentbegrenzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Auslöseanzeigemittel, um anzuzeigen, wenn eine Drehmomentverriegelung aufgetreten ist.
Drehmomentbegrenzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslöseanzeigemittel eine V-förmige Aussparung (134) in der Statorplatte (66) umfasst, welche sich mit einem Plunger (136) derart in Eingriff befindet, dass eine Drehung der Statorplatte (66) den Plunger (136) aus der Aussparung (134) versetzt, wobei angezeigt wird, dass eine Drehmomentverriegelung aufgetreten ist.
Drehmomentbegrenzer nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel, um die Position des Plungers (136) zu halten, welche einen kreisförmigen Rastring (148) umfassen, welcher sich in einer von zwei Umfangsvertiefungen (144, 146) in dem Plunger (136) in Eingriff befindet, wobei eine Vertiefung (144) den Plunger in der nicht ausgelösten Position, bevor eine Drehmomentverriegelung aufgetreten ist, halten würde, und die andere Vertiefung (146) den Plunger (146) in der ausgelösten Position, nachdem eine Drehmomentverriegelung aufgetreten ist, halten würde.
Drehmomentbegrenzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Drehmomentbegrenzungseinstellungsvorrichtung.
Drehmomentbegrenzer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentbegrenzungseinstellungsvorrichtung umfasst: a) mindestens eine Feder (48), welche den Ausgangsnocken (28) zu dem Eingangsnocken (10) vorspannt, wobei der Druck der Feder (48) die Drehmomentbegrenzung bestimmt, und b) eine Mutter (56), welche konzentrisch um den Eingangsnocken (10) angebracht ist und sich mit diesem durch ein Gewinde in Eingriff befindet, wobei die Mutter (56) den Druck der mindestens einen Feder (48) einstellt, um die Drehmomentbegrenzung aufzubauen.