-
Bereich der
Erfindung
-
Die
vorliegende Bremse betrifft eine nicht rückwärts arbeitende Bremse, insbesondere
eine nicht rückwärts arbeitende
Bremse, welche als die zweite Bremse bei einer horizontalen Stabilisatorabgleichbetätigungsvorrichtung
eines Flugzeugs eingesetzt wird.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Moderne
handelsübliche
Flugzeuge weisen horizontale Stabilisatoren auf, welche relativ
zu dem Flugzeugrumpf schwenken, um das Flugzeug während des
Fluges zu "trimmen". Dies bedingt ein
Einstellen der Position des horizontalen Stabilisators, um sich
zum Beispiel an verschiedene Lastverteilungen in dem Flugzeug anzupassen.
Eine allgemeine horizontale Stabilisatorabgleichbetätigungsvorrichtung
besteht aus einer Kugelmutter, welche in einem Kardanrahmen an der
Vorderkante der Mitte der horizontalen Stabilisatorstruktur angebracht
ist, und aus einer senkrechten Kugelgewindespindel, welche sich durch
die Kugelmutter erstreckt. Die Kugelgewindespindel wiederum weist
ihr Ende entfernt von der Kugelmutter auf, welche in einem Kardanrahmen
angebracht ist, welcher an dem Rumpf befestigt ist. Indem die Kugelgewindespindel
in einer Richtung gedreht wird, wird die Vorderkante des horizontalen
Stabilisators nach oben bewegt, wohingegen durch Drehen der Kugelgewindespindel
in die andere Richtung die Vorderkante des horizontalen Stabilisators
nach unten bewegt wird. Ein Drehen der Kugelgewindespindel kann
durch einen Motor und ein zugeordnetes Getriebe vorgenommen werden.
-
Die
Gelenkbewegung des horizontalen Stabilisators wird durch den Stabilisatorkardanrahmen und
die Kugelmutter auf die Kugelgewindespindel übertragen. Diese Belastung
weist eine vertikale Komponente wie auch eine Drehmomentkomponente
auf Grund der Kugelgewindespindelsteigung (Gewinde) auf. In Richtung
zu der Basis der Kugelgewindespindel ist an ihrer Verbindung mit
dem Rumpf eine "primäre" nicht rückwärts arbeitende
Vorrichtung vorhanden, um während
eines Trimmens eine Bremskraft aufzubringen. Vorzugsweise sorgt
die primäre nicht
rückwärts arbeitende
Vorrichtung für
eine einer Drehung der Kugelgewindespindel widerstehende Kraft in
eine Richtung bereit, welche zu einer Bewegung des Stabilisators
in der Richtung der aufgebrachten aerodynamischen Kraft (welche
als die "unterstützende Richtung" bezeichnet wird)
führen
würde,
während
kaum eine oder keine Kraft aufgebracht wird, welche einer Drehung
der Kugelgewindespindel in der Richtung widersteht, die zu einer
Bewegung des horizontalen Stabilisators entgegen der Richtung der
aufgebrachten aerodynamischen Kraft (welche als die "entgegenwirkende
Richtung") führen würde.
-
Bei
bekannten Entwürfen
ist die primäre nicht
rückwärts arbeitende
Vorrichtung entfernt von dem Motor und dem Getriebe angeordnet,
welche die Kugelgewindespindel drehen, um den horizontalen Stabilisator
zu trimmen. Für
den Fall eines Fehlers der primären
nicht rückwärts arbeitenden
Vorrichtung würde
die Kugelgewindespindel auf Grund der aerodynamischen Belastung
auf dem horizontalen Stabilisator rückwärts angetrieben, und es würde sich
ein äußerst gefährlicher
Zustand ergeben. Somit ist es notwendig, eine sekundäre Bremse
zu besitzen, welche ein rückwärts gerichtetes
Antreiben der Kugelgewindespindel für den Fall eines Fehlers der
primären nicht rückwärts arbeitenden
Vorrichtung verhindert, welche aber für einen begrenzten Widerstand
zum Antreiben der Kugelgewindespindel sorgt, um den horizontalen
Stabilisator unabhängig
davon zu trimmen, ob die Kugelgewindespindel gegen die Kraft der aerodynamischen
Belastung auf den horizontalen Stabilisator (entgegenwirkende Richtung)
angetrieben wird oder ob sie in dieselbe Richtung wie die Kraft,
welche sich von der aerodynamischen Belastung ergibt (unterstützende Richtung),
angetrieben wird.
-
Ein
Beispiel einer bidirektionalen Drehbremse ist in dem US-Patent Nr. 4,850,458
von Allan und anderen dargestellt. Die in diesem Patent dargestellte
Vorrichtung stellt eine Bremskraft bereit, welche entweder eine
entgegenwirkende Last oder eine überziehende
Last daran hindert, eine Ausgangswelle zu drehen. Ein vorbestimmter
Umfang eines Freilaufes zwischen der Eingangswelle und einer Eingangsnockenplatte
und einer Ausgangswelle und einer Ausgangsnockenplatte ist erlaubt.
Eine Drehung der Ausgangswelle unterhalb des vorbestimmten Umfanges
des Freilaufes verursacht eine relative Drehung der Eingangs- und
Ausgangsnockenplatten. Stahlkugeln, welche zwischen den Eingangs-
und Ausgangsnockenplatten montiert sind, sitzen in Kugelmuffen oder "Rampen", so dass die relative
Drehung der Eingangs- und Ausgangsnockenplatten diese auseinander
zwingen. Diese axiale Bewegung führt
zu einer Druckkraft, welche auf die Außenseite der Ausgangsnockenplatte
und auf die Eingangsseite der Eingangsnockenplatte aufgebracht wird.
In jedem Fall erhöht
die Druckkraft die Reibungsbremskräfte zwischen der Nockenplatte
und dem Bremsengehäuse
mittels einer versetzten Rollenbremsscheibe. Somit wird, wenn die
Ausgangswelle in irgendeine Richtung relativ zu der Ein gangswelle
angetrieben wird, ein Bremsvorgang erzielt. Während die Vorrichtung einige
mechanische Komponenten aufweist, welche ähnlich zu der vorliegenden
Erfindung sind, ist die von Allen und anderen offenbarte Vorrichtung nicht
zum Einsatz als eine sekundäre
Bremse bei einer horizontalen Stabilisatorabgleichbetätigungsvorrichtung
insbesondere hinsichtlich einem möglichen Bremsenprellen und
der Schwierigkeit beim Einstellen der Bremsverstärkung ausgestaltet.
-
Andere
sekundäre
Bremsen bei horizontalen Stabilisatorabgleichbetätigungsvorrichtungen setzen
Bremsen mit konstantem Widerstand mit einem Sperrzahnrad mit Sperrklinke
ein, welche einen häufigeren
Service als erwünscht
erfordern und ein irgendwie uneinheitliches Bremsmoment während ihrer
Nutzungsdauer und mögliche
mechanische Fehler, wie z. B. ein Überspringen der Zähne zwischen Kupplungen
des Sperrzahnrads mit Sperrklinke, aufweisen.
-
Die
PCT/US/97/08255 offenbart eine bidirektionale nicht rückwärts arbeitende
Bremse umfassend;
ein feststehendes Gehäuse;
eine innere, ein
Moment übertragende
Hülse,
welche sich durch das Gehäuse
erstreckt;
eine Nockenanordnung aufweisend einen Ausgangsnocken,
welcher zur gemeinsamen Drehung mit der inneren Hülse montiert
ist, einen Eingangsnocken, welcher drehbar auf der inneren Hülse montiert
ist, wobei der Eingangs- und Ausgangsnocken zusammenwirkende Nockenoberflächen, welche
einander gegenüberliegen,
aufweisen, und Mittel, welche zwischen den Nockenoberflächen angeordnet
sind, um den Eingangs- und Ausgangsnocken relativ auseinander zu
zwingen, wenn sich der Ausgangsnocken relativ zu dem Eingangsnocken
in irgendeiner Richtung von einer Mittelposition aus dreht; und
eine
Eingangskomponente, welche die innere Hülse zum Aufbringen eines Momentes
umgibt, um die innere Hülse
zu drehen,
und eine Bremsenanordnung, welche Statorelemente,
Rotorelemente und Bremsscheibenelemente, welche zwischen den Stator- und Rotorelementen angepasst
sind, aufweist.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte nicht rückwärts arbeitende
Bremse und insbesondere eine nicht rückwärts arbeitende Bremse bereit,
welche zum Einsatz als die sekundäre Bremse bei einer horizontalen
Abgleichbetätigungsvorrichtung
ausgestaltet ist, welche eine einheitliche Bremsverstärkung erzielt,
sich selbst mit Energie versorgt und einen gleichmäßigen Betrieb
ohne ein Prellen sowohl in der unterstützenden als auch in der entgegenwirkenden
Richtung erzielt. Die verbesserte nicht rückwärts arbeitende Bremse sorgt
auch für
eine lange Betriebslebensdauer einer Kompaktbremsbaueinheit.
-
Bei
der bevorzugten Ausführungsformen wird
ein nicht geteilter Entwurf mit zusammenwirkenden Bremsscheiben,
Rotoren und Statoren, welche alle auf derselben Seite eines Paares
von den Nockenplattenflanschen angeordnet sind, bereitgestellt. Die
Nockenplattenflansche sind mit einer Kugelgewindespindelhülse bzw.
einem Eingangsgetriebe mit Kugeln und Kugelrampenfassungen gekoppelt,
um die Bremse mit Energie zu versorgen, wenn eine Ausgangsseite
relativ zu einer Eingangsseite angetrieben wird. Zusätzlich sind
alle Komponenten in einem mit Öl
gefüllten
Gehäuse
montiert, wodurch die Möglichkeit
einer Verunreinigung während
des Einsatzes verringert und die Nutzungsdauer der Bremse erhöht wird.
Das mit Öl
gefüllte
Gehäuse
leitet effizient Energie als Hitze ab, was auch die Nutzungsdauer
der Bremse erhöht.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die
vorab ausgeführten
Aspekte und viele begleitende Vorteile dieser Erfindung werden verständlicher,
wenn dasselbe mit Hilfe der folgenden detaillierten Beschreibung
und im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird,
wobei gilt.
-
1 ist
eine schematische Seitenansicht eines Flugzeugrumpfes, wobei die
horizontale Stabilisatorabgleichbetätigungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen nicht
rückwärts arbeitenden Bremse
dargestellt ist;
-
2 ist
eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen nicht rückwärts arbeitenden Bremse von
oben, wobei Teile weggelassen sind;
-
3 ist
eine Querschnittsansicht durch die nicht rückwärts arbeitende Bremse der 2 in Längsrichtung;
-
4, 5 und 6 sind
Perspektivansichten von Komponenten der nicht rückwärts arbeitenden Bremse gemäß der 2 und 3,
wobei Teile in einer Explosionsansicht dargestellt sind;
-
7 ist
eine Perspektivansicht einer Gruppe von Komponenten der nicht rückwärts arbeitenden
Bremse gemäß den 2-6 von
oben, wobei Teile in einer teilweise explosionsartigen Ansicht dargestellt
sind, und 8 ist eine Perspektivansicht einer
anderen Gruppe von Komponenten der nicht rückwärts arbeitenden Bremse gemäß den 2-6,
wobei Teile in einer explosionsartigen Ansicht dargestellt sind;
-
9 ist
eine vertikale Querschnittsansicht durch zusammenwirkende Teile
einer erfindungsgemäßen nicht
rückwärts arbeitenden
Bremse, nämlich einer
Eingangs- und einer Ausgangsnockenplatte; und
-
10 ist
eine schematische Draufsicht einer der in 9 dargestellten
Nockenplatten.
-
Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
-
Eine
repräsentative
Umgebung für
eine erfindungsgemäße bidirektionale
nicht rückwärts arbeitende
Bremse ist in 1 dargestellt. Der horizontale Stabilisator 10 eines
Flugzeuges kann sich um eine quer verlaufende horizontale Achse 12 drehen,
um das Flugzeug während
eines Fluges z. B. basierend auf der Gewichtsverteilung der von
dem Flugzeug getragenen Last zu trimmen. Innerhalb des Rumpfendabschnittes
des Flugzeugrumpfes 14 nimmt ein Kardanrahmen und eine
Kugelmutter 16 eine senkrechte Kugelgewindespindel 18 auf,
welche durch einen geeigneten Antriebsmechanismus 20, wie
z. B. einen Motor oder ein geeignetes Getriebe, in irgendeine Richtung
gedreht werden kann. Die Kugelgewindespindel kann sich von dem Kardanrahmen und
der Kugelmutter 16 nach oben oder nach unten erstrecken
und wird mit Bezug auf eine sich nach unten erstreckende Kugelgewindespindel
dargestellt und beschrieben, aber die Erfindung wird auf eine sich
nach oben erstreckende Ausrichtung genauso angewendet. Das horizontale
Stabilisatorgelenkmoment wird auf die Kugelgewindespindel 18 durch
den Kardanrahmen und die Kugelmutter 16 aufgebracht. Diese
Belastung kann nach oben gerichtet sein, wie es durch den Pfeil 21 dargestellt
ist, wobei in diesem Fall eine Zugkraft auf den unteren Abschnitt
der Kugelgewindespindel 18 aufgebracht wird, oder sie kann
nach unten gerichtet sein, wie es durch den Pfeil 22 dargestellt
ist, wobei in diesem Fall eine Druckkraft auf den unteren Abschnitt
der Kugelgewindespindel aufgebracht wird. Gleichzeitig wird eine Momentbelastung
in eine Richtung oder die andere Richtung auf Grund der Gewindeverbindung
mit der Kugelmutter auf die Kugelgewindespindel aufgebracht.
-
An
der Basis der Kugelgewindespindel ist eine "primäre" bidirektionale nicht
rückwärts arbeitende
Vorrichtung 24 vorhanden, welche durch einen unteren Kardanrahmen 26 in
dem Flugzeugrumpf montiert ist. Bei einer repräsentativen Ausführungsform
beruht die primäre
nicht rückwärts arbeitende Vorrichtung
auf der axialen Belastung der Kugelgewindespindel, um eine Wirkung
einer Bremskraft zu erzielen, welche davon abhängt, ob die Kugelgewindespindel
in einer entgegenwirkenden Richtung (entgegengesetzt zu der Last,
welche sich von der aerodynamischen Kraft auf dem horizontalen Stabilisator ergibt)
oder in der unterstützenden
Richtung (in derselben Richtung wie die Last, welche sich von der
aerodynamischen Kraft auf dem horizontalen Stabilisator ergibt)
angetrieben wird. Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte
se kundäre
bidirektionale nicht rückwärts arbeitende
Bremse 28 bereit, welche nicht auf der Druck-Zug-Belastung,
welche auf die Kugelgewindespindel aufgebracht wird, beruht. In dem
Fall eines Fehlers der primären
nicht rückwärts arbeitenden
Vorrichtung, verhindert die sekundäre Bremse 28, dass
eine durch die aerodynamischen Kräfte auf dem horizontalen Stabilisator
hervorgerufene Momentbelastung die Kugelgewindespindel in irgendeine
Richtung treibt, ohne ein Trimmen des horizontalen Stabilisators
durch eine Drehung der Kugelgewindespindel 18, welche durch
den Motor 20 hervorgerufen wird, störend zu beeinflussen.
-
Mit
Bezug auf 2, 3 und 4 weist die
erfindungsgemäße nicht
rückwärts arbeitende Bremse 28 eine
lange innere Hülse 30 auf,
welche mit der Kugelgewindespindel 18 (mit gestrichelten
Linien in 2 und 3 dargestellt)
verzahnt ist. Daher dreht sich die Hülse 30 mit der Kugelgewindespindel 18 und
anders als einige andere Komponenten der Vorrichtung, so dass eine
gemeinsame Drehung ohne Freilauf auftritt. Wie in 3 dargestellt ist,
dichten O-Ringe 32 an dem Eingangsende 34 und dem
Ausgangsende 36 den verzahnten Mittelabschnitt der Hülse 30 und
der Kugelgewindespindel ab.
-
An
dem Eingangsende 34 der nicht rückwärts arbeitenden Bremse hält ein Kugellager 38 ein Eingangsgetriebe 40 mit
Zähnen 42,
welches mit einem mit dem Motor 20 (1) verbundenen
Getriebezug in Eingriff steht. Eine verzahnte Zwischenhülse 44 ist
mit der Hülse 30 zur
gemeinsamen Bewegung damit verbunden und ist mit einer ersten Freilaufkupplung
mit dem Eingangsgetriebe 40 gekoppelt, welche ungefähr eine
relative Bewegung von 20 Grad zwischen dem Eingangsgetriebe 40 und
der Zwi schenhülse 44 erlaubt.
Folglich ist für
einen Freilauf zwischen dem Eingangsgetriebe und der langen inneren
Hülse 30 dieselbe
Gradzahl erlaubt. Mit Bezug auf 4 wird der
Freilauf durch die Anordnung und das Umfangsausmaß von Rippen 41,
welche auf gegenüberliegenden
Seiten des holen Kerns des Eingangsgetriebes 40 angeordnet
sind und in kurzen Abständen
nach innen davon hervorragen, und durch die Zwischenräume zwischen
ausgerichteten Rippen 43 auf der Zwischenhülse 44 erzielt.
Wie vorab angemerkt ist, beträgt
bei einer repräsentativen
Ausführungsform
der Winkel des erlaubten Freilaufes zwischen dem Eingangsgetriebe 40 und
der Hülse 44 (und
folglich der Hülse 30)
ungefähr
20 Grad, d. h. eine Komponente kann sich maximal in diesem Winkel
relativ zu der anderen drehen, bevor die Kupplungsteile miteinander
in Eingriff kommen und sich zusammen drehen. Das Eingangsgetriebe 40 wird auf
der Zwischenhülse 44 durch
ein Kugellager 46 gehalten. Wie am besten in 3 dargestellt
ist, wird eine Dichtung 48 durch einen Haltering 50 an
der Stelle gehalten, um eine Verschmutzung des Inneren des Eingangsgetriebes
und der Komponenten, mit welchen es zusammenwirkt, zu verhindern.
-
Mit
Bezug auf 2, 3 und 5 hat ein
Eingangsnocken mit einer Nockenfläche 54 sein Eingangsende
mittels eines Eingangsfreilaufkupplungsrings 56 mit dem
Eingangsgetriebe 40 gekoppelt. Der Ring 56 hat
seinen inneren Abschnitt mit dem Äußeren des Eingangsnockenstammes 58 verzahnt
(für eine
gemeinsame Drehung) und seinen äußeren Abschnitt
mit dem Eingangsgetriebe gekoppelt (für eine Freilaufkupplung). Solch
eine Kupplung besteht aus ineinander greifenden Vorsprüngen 60, 62 auf
dem Eingangsgetriebe 40 (siehe 4) und dem Kupplungsring 56 (siehe 5),
wobei eine begrenzte relati ve Bewegung des Eingangsgetriebes und
des Eingangsnockens von ungefähr
20 Grad bei einer repräsentativen
Ausführungsform
erlaubt ist. Der Kupplungsring 56 wird durch eine Druckplatte 63 und durch
ein Axialrollenlager 64, welches sich zwischen der Zwischenhülse 44 und
der benachbarten Oberfläche
des Kupplungsrings 56 in Eingriff befindet, in Position
gehalten.
-
Die
zusammenwirkenden Freilaufkomponenten sind auch in 7 dargestellt,
einschließlich: der
langen inneren Hülse 30,
welche mit der Kugelgewindespindel verzahnt ist; dem Eingangsgetriebe 40,
welches drehbar auf der inneren Hülse 30 montiert ist
und sich nach innen erstreckende Vorsprünge 41 aufweist; der
Zwischenhülse 44,
welche mit der inneren Hülse 30 verzahnt
ist und welche Vorsprünge 43 aufweist,
welche zwischen die Eingangsgetriebevorsprünge 41 eingepasst
sind und mit diesen zusammenwirken; und dem Kupplungsring 56,
welcher mit dem Eingangsnocken (in 7 nicht
dargestellt) verzahnt ist und welcher die Vorsprünge 62 aufweist, welche
mit den Vorsprüngen 60 von
dem Eingangsgetriebe zusammenwirken. Diese Anordnung ist für einen
begrenzten Freilauf zwischen dem Eingangsgetriebe 40 und
dem Eingangsnocken 52 (mittels des Kupplungsrings 56)
und für
einen begrenzten Freilauf zwischen dem Eingangsgetriebe 40 und
der Kugelgewindespindel 18 (mittels der Zwischenhülse 44) hergestellt.
-
Mit
Bezug auf 3 und 5 sind eine
Anzahl von Bremsstufen zwischen dem Kupplungsring 56 und
der Unterseite 66 des Eingangsnockens 52 angeordnet.
Beginnend bei dem Kupplungsring weisen diese Komponenten eine erste
versetzte Rollenbremsscheibe 68, einen Statorring 70,
welcher mit dem Zwischenstatorgehäuse 71 (siehe 3)
verzahnt ist, eine zwei te versetzte Rollenbremsscheibe 72,
eine Rotorscheibe 74, welche mit dem Eingangsnocken 52 verzahnt
ist, eine versetzte Rollenbremsscheibe 76, einen zweiten
Statorring 78, welcher mit dem Zwischenstatorgehäuse 71 (siehe 3)
verzahnt ist, und eine vierte versetzte Rollenbremsscheibe 80 auf.
Die inneren Umfangskanten der versetzten Rollenbremsscheiben 68, 72, 76 und 80 sitzen
auf Halteringen 82. Während
eines Betriebes der Bremse wird ein fortschreitend größerer Druck
auf die untere Oberfläche 66 des
Eingangsnockens 52 aufgebracht, was dazu führt, dass
diese Komponenten zusammengequetscht werden, was die Bremskraft
(d. h. einen Widerstand gegen eine relative Drehung der inneren
Hülse 30 und
des Gehäuses 71, 71', welches unbeweglich
montiert ist) erhöht,
und eine solche Druckkraft wird automatisch durch eine Drehung eines
Ausgangsnockens 84 relativ zu dem Eingangsnocken 52 aufgebracht.
Der Eingangsnocken sitzt auf einem zylindrischen Abstandskalter 86, welcher
mit der inneren Hülse 30 verzahnt
ist. Ein minimaler Abstand zwischen den sich gegenüberliegenden
Oberflächen
des Eingangs- und des Ausgangsnockens und der Kugeln wird durch
eine Einstellung einer Unterlegscheibe 87, welche zwischen den
Ausgangsnocken 84 und einem Flansch des zylindrisches Abstandshalters 86 eingepasst
ist, eingestellt. Ein Axialrollenlager 90, eine Druckplatte 92 daneben
und eine Wellenfeder 94 werden durch den Flansch des zylindrischen
Abstandshalters 86 und den Eingangsnocken 52 zurückgehalten.
Wie im Folgenden im Detail diskutiert wird, ist die Wellenfeder 94 eine
wichtige Komponente, welche die Bremse vorbelastet, indem eine anfängliche
Druckkraft zwischen den Eingangsnocken 52 und den Kupplungsring 56 aufgebracht
wird. An dem Boden der Bremse ist eine Dichtung 93 zwischen
dem unteren Ende des Zwischenstatorgehäuses 71 und dem Außenumfang des Eingangsgetriebes 40 vorhanden,
welche durch einen Rückhaltering 95 in
Position gehalten wird.
-
Die
Bremskomponenten sind auch in 8 dargestellt,
einschließlich:
der langen inneren Hülse 30,
welche mit der Kugelgewindespindel verzahnt ist; versetzen Rollenbremsscheiben 68, 72, 76 und 80; Statorringen 70 und 78,
welche mit dem Zwischenstatorgehäuse 71 verzahnt
sind; der Rotorscheibe 74 und dem Kupplungsring 56,
welche mit dem Eingangsnocken 52 verzahnt sind; und der
Halteringe 82, welche drehbar innerhalb der Mittelöffnungen
der versetzten Rollenbremsscheiben und den Statoren aufgenommen
sind. 8 stellt auch den Eingangsnocken 52 dar.
Die Bremskraft wird durch einen Druck zwischen der Unterseite des
Eingangsnockens 52 und der oberen Oberfläche des
Kupplungsrings 56 erzielt. Der Versatzwinkel der individuellen Rollen
der Bremsscheiben 68, 72, 76 und 80 bestimmt
neben anderen Dingen den Reibungskoeffizient, wenn die Bremsscheiben
zwischen Komponenten, welche relativ zueinander drehen, wie eine Bremsscheibe
zwischen einem Rotor und einem Stator gequetscht werden, und die
Bremskraft erhöht sich
mit ansteigendem Druck.
-
Zurück zu 2, 3 und 5 und
insbesondere 3, wobei der Ausgangsnocken 84 eine
Bodennockenoberfläche 94 aufweist,
welche der oberen Nockenoberfläche 54 des
Eingangsnockens 52 gegenüberliegt. Eine Mehrzahl von
Kugeln 96, drei gleichwinkelig beabstandete Kugeln bei
einer repräsentativen
Ausführungsform,
ist zwischen den zwei Nockenoberflächen angeordnet. Die Kugeln
sitzen in sich verjüngenden
Fassungen 98, welche "ansteigend" sind, d. h. die
Tiefe nimmt mit einer Entfernung von ihren Mitten ab, wie es in 9 und 10 dargestellt
ist. Das Ergebnis ist, dass eine Drehung des Ausgangsnockens 84 relativ
zu dem Eingangsnocken 52 bewirkt, dass die Kugeln 96 in
ihren Fassungen höher
sitzen, wobei die Nocken voneinander weg gezwungen werden und wodurch
eine größere und
größere Bremskraft
durch die Bremsstufen, welche aus den versetzten Rollenbremsscheiben,
Statoren und Rotoren bestehen, aufgebracht wird.
-
Der
Ausgangsnocken 84 dreht sich mit der inneren Hülse 30 mittels
eines doppelseitig verzahnten Zylinderrings 100. Der verzahnte
Zylinder 100 erstreckt sich von dem Ausgangsnocken nach
oben. Eine Belleville-Feder 102 befindet sich zwischen
dem Ausgangsnocken 84 und einer Schulter 104 des
oberen Abschnitts des verzahnten Zylinders in Eingriff.
-
Schließlich befindet
sich an dem Ausgangsende der Vorrichtung eine Dichtung 110 zwischen dem
Statorgehäuse 71' und dem verzahnten
Zylinder 100 in Eingriff, um eine Verunreinigung des inneren Hohlraumes
der Bremse zu verhindern. Das Statorgehäuse weist einen oberen ineinander
geschobenen Endabschnitt 112 auf, um sich an die Unterlegscheibeneinstellung
und unumgängliche
Toleranzen anzupassen, welche auf die Anordnung des verzahnten Zylinders,
welcher als eine Ausgangshülse
fungiert, übertragen
werden. Mit Bezug auf 2 und 3 hält eine
Mutter 114 die Einheit zusammen (welche auf das Ausgangsende
der langen inneren Hülse 30 geschraubt
ist) und wird durch eine tassenförmige
Sicherungsscheibe 116 an der Stelle gehalten. Vorzugsweise
ist der Hohlraum der Bremse mit Öl
gefüllt,
wobei ein Zugang durch einen Pfropfen 118 mit Gewinde vorhanden
ist.
-
Ein
Betrieb der erfindungsgemäßen nicht rückwärts arbeitenden
Bremse ist wie folgt:
In dem "Ruhe"-Zustand,
d. h. wenn kein Moment durch die Kugelgewindespindel 18 aufgebracht
wird und kein Moment auf das Eingangsgetriebe 40 aufgebracht
wird, drängt
die obere Belleville-Feder 102 den Ausgangsnocken 84 nach
unten, wobei dies durch die Unterlegscheibe 87 und den
zylindrischen Abstandshalter 86, auf welchem die Unterlegscheibe aufliegt,
begrenzt wird (es sei angemerkt, dass das Bodenende des zylindrischen
Abstandshalters gegen die Zwischenhülse 84 drückt, wie
es am besten in 3 dargestellt ist). Dies bestimmt
die maximal mögliche
nach unten verschobene Position für den Ausgangsnocken 84.
Die Wellenfeder 94 ist zwischen einer inneren Schulter
des Eingangsnockens 52 und der Druckplatte 92 eingepasst,
welche sich mit dem Axialrollenlager 90 in Eingriff befindet,
die sich wiederum mit der Unterseite eines Flansches des zylindrischen
Abstandshalters 96 in Eingriff befindet. Somit "belastet" die Wellenfeder
die Bremse "vor", indem der Eingangsnocken
etwas nach unten gedrängt
wird, wobei die Bremsstufen unter Druck gesetzt werden und was zu
einem leichten anfänglichen
Bremsmoment führt,
welches einer Drehung des Rotors 74 und der Kopplungsplatte 56 relativ
zu den Statoren 70 und 78 widersteht.
-
Ohne
dass andere äußere Kräfte aufgebracht
werden, dreht sich die lange innere Hülse 30, wenn sich
die Kugelgewindespindel 18 in irgendeine Richtung dreht,
entlang des doppelseitig verzahnten Zylinders 100 und des
Ausgangsnockens 84. Aufgrund des begrenzten Widerstands
gegen eine Drehung oder eines freien Rollens des Eingangsnockens 52 beginnt
sich der Aus gangsnocken relativ zu dem Eingangsnocken zu drehen,
was bewirkt, dass die Kugeln 96 zu den Enden ihrer Fassungen 98 rollen. Dies
drängt
den Eingangs- und Ausgangsnocken relativ auseinander. Der Ausgangsnocken
bewegt sich gegen die Regelkraft, welche durch die Belleville-Feder 102 aufgebracht
wird, nach oben, und der Eingangsnocken 52 wird nach unten
gedrängt,
wodurch die Druckkraft auf die mehrstufigen Bremskomponenten ansteigt.
Je größer die
Tendenz der Kugelgewindespindel ist, sich zu drehen, umso größer ist
eine relative Drehung der Eingangs- und Ausgangsnocken, und je größer ist
die Bremskraft, welche auf die Eingangsseite der nicht rückwärts arbeitenden
Bremse aufgebracht wird. Die maximale Bremskraft wird ausgewählt, um
eine freie Drehung der Kugelgewindespindel in einem vorbestimmten
Momentbereich zu verhindern. Eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst die
Bremskraft, einschließlich
der Stärke
der Belleville-Feder, der Anzahl der vorhandenen Bremsstufen, dem
Radius und dem Versatzwinkel der versetzten Rollenbremsscheiben,
dem Durchmesser der Bremse, dem Winkel und der Tiefe der Kugelfassungsrampen
und dem Radius der Kugelfassungsrampen von der Mittellinie der nicht
rückwärts arbeitenden
Bremse.
-
Wenn
es erwünscht
ist, dass sich die Kugelgewindespindel dreht, wird ein Moment an
den Gewindezähnen 42 des
Eingangsgewindes 40 aufgebracht. Drei Zustände sind
zu dem Zeitpunkt, zu welchem die trimmende Kraft aufgebracht wird,
möglich: ein
Trimmen in der unterstützenden
Richtung, d. h. die Kugelgewindespindel wird in dieselbe Richtung gedreht,
wie es durch die Kraft auf ihr veranlasst wird; ein Trimmen in der
entgegenwirkenden Richtung, d. h. in der Richtung entgegengesetzt
zu der Richtung der Kraft, welche durch die Kugelgewindespin del
aufgebracht wird; und ein neutraler Zustand, in welchem die Kugelgewindespindel
nicht veranlasst wird, sich in irgendeine Richtung zu drehen.
-
In
dem Fall des Trimmens in der unterstützenden Richtung, wird der
Ausgangsnocken 84 durch die Kugelgewindespindel relativ
zu dem Eingangsnocken in derselben Richtung verdreht, in welcher
es erwünscht
ist, den Eingangsnocken und die Kugelgewindespindel zu drehen. Das
Eingangsgewinde 40 dreht sich, bis die Freilaufkupplung 60, 62 in
Eingriff kommt. An diesem Punkt wird eine Drehkraft durch den Kupplungsring 56 auf
den Eingangsnocken 52 übertragen.
Die Bremsverstärkung
bestimmt den Umfang eines Eingangsmomentes, welches erforderlich
ist, um die Kugelgewindespindel zu drehen. Wenn das Moment, welches
durch den Eingangsnocken aufgebracht wird und das Moment, welches
durch die Kugelgewindespindel aufgebracht wird, die Bremskraft übersteigt,
rutscht die Bremse und die Kugelgewindespindel dreht sich, aber
dies wird durch die Bremse unterbrochen, wenn das Moment nicht länger auf
das Eingangsgewinde aufgebracht wird.
-
In
dem Fall eines Trimmens in der entgegenwirkenden Richtung kommt
die andere Freilaufkupplung ins Spiel. Das Eingangsgewinde 40 dreht
sich, bis die sich nach innen erstreckenden Rippen 41 mit den
zusammenwirkenden Vorsprüngen 43 der
Zwischenhülse 44 in
Eingriff kommen. Dies bewirkt den Effekt eines Drehens der inneren
Hülse,
der Kugelgewindespindel, mit welcher die innere Hülse verzahnt ist,
und des Ausgangsnockens 84, welcher mit der inneren Hülse verzahnt
ist. Eine solche Drehung des Ausgangsnockens in der entgegenwirkenden
Richtung löst
die Bremse, indem der Ausgangsnocken 84 zu ei ner Position
gedreht wird, in welcher die Kugeln 96 in der Mitte ihrer
Fassungen 98 angeordnet sind. In diesem Fall ist die einzige
Bremskraft, welche überwunden
werden muss, die vorbelastende Bremskraft, welche durch die Wellenfeder 94 hervorgerufen
wird, aber ein Trimmen in der entgegenwirkenden Richtung erfordert,
dass jede entgegenwirkende Kraft, welche durch die Kugelgewindespindel aufgebracht
wird, selbst überwunden
werden muss.
-
Der
neutrale Zustand ist dadurch dem entgegenwirkenden Zustand ähnlich,
dass die Freilaufkupplung einschließlich der inneren Rippen 41 des Eingangsgetriebes
mit den Vorsprüngen 43 des
Zwischengetriebes 44 derart zusammenwirken, dass durch
einen Eingriff die Kugelgewindespindel in die gewünschte Richtung
getrieben wird.
-
In
allen drei Fällen
wird ein gleichmäßiger Vorgang
erzielt. Die Belleville-Regelfeder verhindert ein Bremsprellen über einen
großen
Betriebsbereich von Geschwindigkeiten und Belastungen hinweg und ist
insbesondere wichtig, wenn in die unterstützende Richtung getrimmt wird.
Die vorbelastende Wellenfeder sorgt für ein positives Bremsen, welches
irgend einen wesentlichen axialen Versatz der Bremskomponenten entlang
ihrer Rippen vermeidet, wodurch eine Reibverschleiß verringert
und zusätzlich
ein gleichmäßiger Betrieb
der Bremse begünstigt
wird. Die Bremse versorgt sich selbst mit Energie und kann eine
Bremseigenschaft proportional zu der aufgebrachten Belastung bereitstellen.
Dynamische Dichtungen ermöglichen,
dass das Gehäuse
ohne Verunreinigung mit Öl
gefüllt
wird, wodurch die Betriebsdauer der Bremsen erhöht und durch das Öl Energie als
Hitze abgeleitet wird.
-
Während die
bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung erläutert
und beschrieben worden ist, ist offensichtlich, dass verschiedene Änderungen
daran vorgenommen werden können,
ohne den Umfang der Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert
ist, zu verlassen. Während
zum Beispiel mit Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform eine horizontale
Stabilisatorabgleichbetätigungsvorrichtung
eines Flugzeuges beschrieben ist, kann die vorliegende Erfindung
auch für
andere Anwendungen eingesetzt werden, bei welchen eine bidirektionale
nicht rückwärts arbeitende
Bremse erwünscht ist.