WO2009043568A1 - Sensorsystem zur überwachung des synchronlaufs von steuerflächen eines flugzeugs - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Überwachung des Synchronlaufs von Steuerflächen (3) eines Flugzeugs mit zwei Übertragungsstrecken (1,2) für die mechanische Übertragung der Bewegungen einer oder mehrerer Steuerflächen an mindestens einen Sensor (4), wobei die zwei Übertragungsstrecken mechanisch und/oder über den mindestens einen Sensor miteinander gekoppelt sind, wodurch eine Differenz zwischen den von den Übertragungsstrecken übertragenen Bewegungen überwacht werden kann.

Description

29.09.2008 02932-08 La/es

Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH D-88161 Lindenberg/Allgäu

Sensorsystem zur Überwachung des Synchronlaufs von Steuerflächen eines Flugzeugs

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Überwachung des Synchronlaufs von Steuerflächen eines Flugzeugs mit zwei Übertragungsstrecken für die mechanische Übertragung der Bewegungen einer oder mehrerer Steuerflächen an mindestens einen Sensor.

Solche Sensorsysteme kommen dabei bei der Überwachung der korrekten Funktion von Steuerflächen insbesondere an den Tragflächen eines Flugzeugs zum Einsatz. Dabei sind Flugzeuge zur Beeinflussung des Auftriebs- und Widerstandbeiwertes der Tragflächen mit Steuerflächen wie Vorflügeln und Landeklappen ausgerüstet, die die aerodynamischen Eigenschaften der Tragflächen so verändern, dass das Flugzeug für Start und Landung Langsamflugeigenschaften besitzt, während im Reiseflug die gewünschten Schnellflugeigenschaften durch entsprechendes Positionieren der Steuerflächen wie z. B. der Vorflügel und Landeklappen erzielt werden. Störungen im Antriebssystem dieser Steuerflächen können zum sogenannten „Skewing" (Schieflauf), „Misalignment" (Ausrichtungsfehlern) oder „Loss" (Verlust) einzelner Steuerflächensegmente führen, wodurch die aerodynamischen Eigenschaften der Flügel in unerwünschter Weise beeinträchtigt werden. Insbesondere können unerwünschte Roll- oder Giermomente oder auch Folgeschäden nach Verlust von einzelnen Steuerflächensegmenten auftreten.

Um Störungen dieser Art frühzeitig zu erkennen und den Schadensverlauf zu stoppen, sind Sensorsysteme bekannt, welche einen Schieflauf- bzw. Synchronfehler oder den Verlust einzelner Steuerflächensegmente frühzeitig detektieren sollen. Wird ein Fehler erkannt, wird dabei ein Signal erzeugt, dass zum Stopp des Antriebssystems führt, sowie der Cockpit-Crew ein entsprechendes Warnsignal vermittelt.

Aus US 4,686,907 ist dabei ein Sensorsystem bekannt, bei welchem auf einem gebogenen Track, welcher in Führungsrollen geführt ist und bei Bewegung eine bogenförmige Bewegung des Klappenkörpers verursacht, Markierungen angeordnet sind. Diese Markierungen fahren während einer Bewegung des Tracks an seitlich angeordneten Sensoren vorbei und erzeugen so Signale, über welche die Position der Klappe erkannt werden kann. Dieses System ist zwar vielseitig einsetzbar, benötigt jedoch eine große Anzahl von Sensoren.

Aus US 5,680,124 ist weiterhin ein Sensorsystem bekannt, bei welchem ein Seilzug innerhalb einer ^'Reihe von nebeneinander angeordneten Klappenkörpern eines Tragflügels angeordnet ist. Die Enden des Seilzugs sind dabei an dem ersten und an dem letzten Klappenkörper befestigt, so dass die Länge dieses Seilzuges konstant bleibt, wenn sich alle Klappen synchron bewegen. Eine asynchrone Bewegung benachbarter Klappen erhöht dagegen die Länge des Seilzugs, was durch einen entsprechenden Sensor erkannt wird. Dieses System kann jedoch nur eine asynchrone Bewegung benachbarter Klappen erkennen, während eine Bewegungsstörung der inneren und äußeren Klappenenden nicht erkannt wird. Auch ist die Überwachung einer einzelnen Klappe mit dieser Anordnung nicht möglich. Zudem weisen die Tragflügel moderner Verkehrsflugzeuge häufig eine von innen nach außen abnehmende Flügeltiefe auf (Trapezflügel), woraus für die Landeklappen und Vorflügel oft spannweitig unterschiedliche Verfahrwege resultieren, d.h. die inboard angeordneten Klappen fahren weiter als die outboard angeordneten Klappen. Es gibt auch Anordnungen, die unterschiedliche Verfahrwerge der Antriebsstationen einer einzigen Klappe erfordern. Solche Wegdifferenzen der Soll- Verfahrwege der Klappen können von bekannten Sensorsystemen jedoch nicht oder nur unter großem Aufwand berücksichtigt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Sensorsystem zur Überwachung des Synchronlaufs von Steuerflächen eines Flugzeugs zur Verfügung zu stellen, welches mit geringem konstruktiven Aufwand vielfältig einsetzbar ist und insbesondere auch unterschiedliche Soll-Verfahrwege der Steuerflächen berücksichtigen kann. Weiterhin soll eine sichere und zuverlässige Überwachung des Synchronlaufs möglich sein, wobei insbesondere eine selbstüberwachende Konstruktion angestrebt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe von einem Sensorsystem gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung gelöst. Ein solches Sensorsystem zur Überwachung des Synchronlaufs von Steuerflächen eines Flugzeugs umfasst zwei Übertragungsstrecken für die mechanische Übertragung der Bewegung einer oder mehrerer Steuerflächen an mindestens einen Sensor, wobei die beiden Übertragungsstrecken mechanisch und/oder über den mindestens einen Sensor miteinander gekoppelt sind, wodurch eine Differenz zwischen den von den Übertragungsstrecken ü- bertragenen Bewegungen überwacht werden kann. Durch die Verwendung zweier mechanischer Übertragungsstrecken ist es möglich, den Synchronlauf einer oder mehrerer Steuerflächen auf einfache und sichere Art und Weise zu überwachen, indem die Differenz zwischen den von den Übertragungsstrecken übertragenen Bewegungen überwacht wird. Um diese Differenzmessung zu ermöglichen, sind die zwei Übertragungsstrecken dabei mechanisch und/oder über den mindestens einen Sensor miteinander gekoppelt, so dass eine konstruktiv einfache und dennoch zu- - A -

verlässige Überwachung möglich wird. Insbesondere kann so auf eine Vielzahl von Sensoren verzichtet werden. Weiterhin ist das System selbstüberwachend, da ein Bruch einer der beiden Überragungsstrecken als Fehler detektiert wird.

Die mechanischen Übertragungsstrecken können dabei die Bewegung einzelner oder mehrerer Bereiche einer einzigen Steuerfläche übertragen, so dass z. B. der Verfahrweg einer Steuerfläche im linken Bereich mit dem Verfahrweg der gleichen Steuerfläche im rechten Bereich verglichen werden kann. Alternativ können die beiden Übertragungsstrecken auch an unterschiedlichen Steuerflächen angreifen, so dass der Synchronlauf von zwei Steuerflächen überwacht werden kann.

Vorteilhafterweise erfolgt die Kopplung der Übertragungsstrecken dabei über eines oder mehrere rotativ bewegbare Kopplungselemente. Durch die Übersetzung der Translationsbewegung der Steuerflächen in eine Rotationsbewegung wird die Ü- berwachung der Differenz zwischen den von den Übertragungsstrecken übertragenen Bewegungen erheblich vereinfacht, wobei die rotativ bewegbaren Kopplungselemente zudem nur einen geringen Bedarf an Bauraum aufweisen.

Weiterhin vorteilhafterweise werden erfindungsgemäß unterschiedliche Soll- Verfahrwege durch entsprechende unterschiedliche Übersetzungen der von den Übertragungsstrecken an ein oder mehrere Kopplungselemente übertragenen Bewegungen ausgeglichen. Weisen die Steuerflächen durch die oben beschriebene abnehmende Flügeltiefe also unterschiedliche Soll-Verfahrwege an unterschiedlichen Stellen eines oder mehrerer Steuerflächen auf, kann dies dadurch berücksichtigt werden, dass die Bewegungen, welche von diesen Stellen der Steuerflächen durch die Übertragungsstrecken übertragen werden, mit unterschiedlichen Übersetzungen an das oder die Kopplungselemente übertragen werden. Durch die entsprechende Einstellung der Übersetzungen kann so die gewollte Wegdifferenz, welche bei einer fehlerfreien Bewegung der Steuerklappen auftritt, automatisch berücksichtigt werden. Durch die unterschiedlichen Übersetzungen kann so dafür gesorgt werden, dass die vom Sensor überwachte Differenz im störungsfreien Fall gleich Null ist und nur bei einer Störung von Null abweicht. Hierdurch ist eine einfa- che Anpassung des erfindungsgemäßen Sensorsystems an unterschiedlichste Aufgaben und Stellklappen auf rein mechanischem Wege möglich. Insbesondere kann so auf komplizierte Auswerteelektronik verzichtet werden, da der Ausgleich der unterschiedlichen Verfahrwege allein mechanisch erreicht werden kann.

Weiterhin vorteilhafterweise greifen die beiden Übertragungsstrecken dabei bei dem erfindungsgemäßen Sensorsystem an zwei gegeneinander bewegbaren Kopplungselementen an, deren Relativbewegung von einem Sensor überwacht wird. Hierdurch muss nur noch ein Sensor verwendet werden, welcher den Synchronlauf überwacht. Abweichungen vom Soll-Verfahrweg der Steuerflächen führen dabei zu einer Relativbewegung zwischen den beiden gegeneinander bewegbaren Kopplungselementen, welche einfach und sicher detektiert werden kann.

Alternativ können die beiden Übertragungsstrecken auch an einem in sich starren Kopplungselement angreifen, wobei zwei Sensoren vorgesehen sind, welche die von den Übertragungsstrecken übertragenen Kräfte überwachen. Bei einem störungsfreien Verfahren der Steuerflächen bewegen die beiden Übertragungsstrecken dabei das gemeinsame Kopplungselement in gleicher weise, so dass hier konstante Kräfte auftreten. Bei einer asynchronen Bewegung wird dagegen mindestens eine der Übertragungsstrecken mit höheren oder niedrigeren Kräften belastet, welche dann von den Sensoren erkannt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorsystems umfassen die beiden Übertragungsstrecken jeweils einen Seilzug. Dieser ist vorteilhafterweise so angeordnet, dass sich bei einer Bewegung der Steuerfläche oder der Steuerflächen die Länge des Seilzugs verändert. Durch solche Seilzüge lassen sich eine Vielzahl von Sensoranordnungen realisieren, welche die Verfahrwege sowohl von einer als auch von mehreren Steuerflächen überwachen können.

Vorteilhafterweise sind dabei die Seile der beiden Seilzüge an mindestens einem Ende auf einer oder mehreren Trommeln aufgespult. Bei einer Verlängerung oder Verkürzung des Seilzugweges durch eine Bewegung der Steuerfläche oder Steuer- flächen werden die Seile dabei entsprechend von der Trommel abgespult oder auf die Trommel aufgespult. Die Trommel bzw. die Trommeln sind dabei vorteilhafterweise an der Flügelstruktur angeordnet, so dass der Seilzugweg bei einer Lageänderung der Steuerflächen gegenüber der Tragflächenstruktur in seiner Länge verändert wird. Hierzu sind die Seile mit ihrem anderen Ende entweder jeweils an einer Steuerfläche befestigt oder verlaufen über Umlenkrollen entlang der Steuerfläche oder Steuerflächen, bevor sie an anderer Stelle an der Tragflächenstruktur befestigt sind. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, eine Vielzahl unterschiedlichster Überwachungsmöglichkeiten der Position der Stellflächen zu realisieren.

Vorteilhafterweise sind dabei die Seilzüge durch eine oder mehrere Rückstellfedern der einen oder der mehreren Trommeln gespannt. Die Rückstellfedern sorgen so dafür, dass die Seile der Seilzüge wieder auf die Trommeln aufgespult werden, wenn sich die Länge des Seilzugwegs durch eine Bewegung einer Stellfläche verringert. Dies führt bei einem Brück des Seils zudem für ein Ansprechen des Sensors, so dass ein selbstüberwachendes System geschaffen wird.

Vorteilhafterweise sind erfindungsgemäß die Seile der beiden Seilzüge gegensinnig auf der oder den Trommeln aufgespult. Durch eine solche gegensinnige Wicklung der Seile wird erreicht, dass die Längenänderung der Seilzüge bei einer Rotation der Trommel oder der Trommeln gleichartig erfolgt, d.h. dass entweder beide Seilzüge länger oder beide Seilzüge kürzer werden. Hierdurch ergibt sich eine einfache Überwachung der Differenz der von den beiden Seilzügen übertragenen Bewegungen.

Weiterhin vorteilhafterweise sind die Seile der beiden Seilzüge auf Trommeln oder Trommelbereichen mit unterschiedlichem Durchmesser aufgespult. Durch Trommeln bzw. Trommelbereiche mit unterschiedlichem Durchmesser lässt sich eine unterschiedliche Übersetzung der von den Seilzügen übertragenen Längsbewegung in eine Rotationsbewegung der Trommeln erreichen, so dass unterschiedliche Soll-Verfahrwege ausgeglichen werden können. Durch die unterschiedlichen Durchmesser ergibt sich so eine besonders einfache mechanische Möglichkeit, mit welcher die unterschiedlichsten Verfahrwege berücksichtigt werden können. Insbesondere kann dabei auf komplizierte Auswerteelektronik verzichtet werden, da der Ausgleich der unterschiedlichen Verfahrwege allein über die unterschiedlichen Durchmesser erreicht werden kann.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die Seile der beiden Seilzüge dabei auf einer gemeinsamen Trommel aufgespult, wobei in die Seile Seilkraftsensoren integriert sind. Die gemeinsame Trommel sorgt so für eine mechanische Kopplung der Seilzüge, bei welcher bei einer ordnungsgemäßen synchronen Bewegung der Stellflächen die beiden Seile mit der Rückstellfeder der Trommel im Kräftegleichgewicht stehen und von dieser gleichmäßig belastet werden. Bei einer asynchronen Bewegung wird dagegen einer der beiden Seilkraftsensoren schwächer oder stärker belastet, worüber dann der Fehler detektiert werden kann. Vorteilhafterweise wird dabei ein Fehler über eine niedrigere Belastung detektiert.

Vorteilhafterweise weisen dabei die Seilkraftsensoren eine Feder und einen Sensor, welcher eine Längenänderung der Feder überwacht, auf. Im störungsfreien Betrieb weist die Feder des Seilkraftsensors dabei eine bestimmte Länge auf, welche sich aus dem Kraftgleichgewicht mit der Rückstellfeder der Trommel ergibt. Bei einer niedrigeren oder höheren Belastung der Feder des Seilkraftsensors wird die Feder dagegen kürzer oder länger, was über den Sensor erkannt wird. Vorteilhafterweise wird dabei ein Fehler über eine Verkürzung der Feder detektiert.

Alternativ können die beiden Seilzüge vorteilhafterweise auch auf zwei getrennten Trommeln aufgespult sein, wobei der Sensor eine Winkeldifferenz zwischen den Trommeln überwacht. Hier lässt sich mit nur einem Sensor eine einfache Überwachung des Synchronlaufs erreichen. Bei Synchronlauf bewegen sich dabei die beiden Trommeln in gleicher Weise, während bei einem Fehler eine Winkeldifferenz zwischen der Bewegung der beiden Trommeln auftritt, welche über den Sensor erkannt wird. Vorteilhafterweise sind dabei die Trommeln koaxial nebeneinander angeordnet. Hierdurch ergeben sich einfache Möglichkeiten, die Winkeldifferenz zwischen den beiden Trommeln zu überwachen. Z. B. können die Trommeln dabei als eine Spindel-Mutter-Einheit ausgeführt sein, so dass sich bei unterschiedlicher Verdrehung der Trommel eine Hubbewegung ergibt, welche einen Sensor betätigt. Ebenso kann die Sensoreinheit z. B. ein induktiver Näherungssensor sein, der strukturseitig befestigt ist und die synchrone Bewegung der Trommel durch Markierungen, sogenannte Targets, am Umfang der Trommeln durch Pulsbreitenmessung inkremental detektiert. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Sensoreinheit kann z. B. ein Näherungssensor auf der einen Trommel angeordnet sein, welcher Markierungen auf der gegenüberliegenden zweiten Trommel detektiert. Bei synchroner Bewegung entsteht so ein permanentes „Target-Near-Signal", welches im Fehlerfall unterbrochen wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorsystems übertragen die Übertragungsstrecken eine Rotationsbewegung, insbesondere über ein Drehrohr oder eine flexible Welle. Hierdurch ergibt sich eine mechanisch einfache Möglichkeit der Übertragung der Bewegung der Stellflächen zum Sensor. Z. B. kann dabei das Drehrohr oder die flexible Welle über eine Zahnstan- gen-/Zahnradanordnung die Bewegung eines Stellflächenelements übertragen.

Vorteilhafterweise überwacht dabei der Sensor eine Winkeldifferenz zwischen den von den Übertragungsstrecken übertragenen Rotationsbewegungen. Ähnlich wie bei der Ausführung mit zwei getrennten Trommeln kann so auf einfache Art und Weise eine Asynchronität in den von den beiden Übertragungsstrecken übertragenen Bewegungen detektiert werden.

Um unterschiedliche Soll-Verfahrwege auszugleichen, sind dabei vorteilhafterweise in den beiden Übertragungsstrecken Getriebe mit unterschiedlicher Übersetzung vorgesehen. Auch hierdurch ergibt sich eine einfache mechanische Möglichkeit der Anpassung des erfindungsgemäßen Sensorsystems an unterschiedlichste Verfahrwege. Das erfindungsgemäße Sensorsystem kann dabei bei einer Vielzahl von Stellflächenanordnungen verwendet werden, wobei durch die erfindungsgemäße Differenzmessung der Synchronlauf unterschiedlichster Elemente überprüft werden kann.

So können die Übertragungsstrecken die an unterschiedlichen Stellen erfolgenden Bewegungen einer einzigen Stellfläche übertragen. Hiermit kann z. B. überprüft werden, ob die eine Seite einer Stellfläche synchron zur anderen Seite der Stellfläche bewegt wird. Insbesondere wenn zur Bewegung einer Stellfläche mehrere Antriebe vorgesehen sind, kann so das ordnungsgemäße Funktionieren der Antriebe überprüft werden.

Alternativ übertragen die Übertragungsstrecken die Bewegungen mindestens zweier unterschiedlicher Stellflächen, insbesondere mindestens zweier symmetrisch bewegter Stellflächen. So kann z. B. der Synchronlauf zweier symmetrisch gegenüber der Flugzeuglängsachse an beiden Tragflügeln angeordneter Stellflächen ü- berwacht werden.

Weiterhin vorteilhafterweise kann jede Übertragungsstrecke auch die Bewegung mehrerer Stellflächen übertragen. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass ein erfindungsgemäßer Seilzug durch mehrere Stellflächen hindurch gezogen wird, so dass asynchrone Bewegungen der Stellflächen untereinander ebenfalls überwacht werden können.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1.1 : einen horizontalen Schnitt durch eine Sensoranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figur 1.2: einen vertikalen Schnitt durch die Sensoranordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Figur 2: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorsystems, welches an einer einzigen Stellfläche eingesetzt wird,

Figur 3: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorsystems, welches mit mehreren Stellflächen eingesetzt wird,

Figur 4: zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sensorsystems, welche jeweils mit mehreren Stellflächen eingesetzt werden,

Figur 5: ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinheit,

Figur 6.1 : eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sensoreinheit und

Figur 6.2: eine perspektivische Ansicht des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sensoreinheit.

Das in Figuren 1.1 und 1.2 gezeigte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit beruht dabei im wesentlichen auf der direkten Messung von Wegdifferenzen mit nur einem Sensor 4. Dabei sind zwei Seilzüge 1 und 2 vorgesehen, welche an einer oder an mehreren Klappen an den Flugzeugflügeln angreifen. Ein Ende des Seils des Seilzugmechanismus 1 ist dabei auf eine erste Trommel 10 aufgespult, das andere Ende steht mit der oder den Stellflächen in Verbindung. Ebenso ist ein Ende des Seiles des zweiten Seilzugs 2 auf einer zweiten Trommel 20 aufgespult. Die erste Trommel 10 und die zweite Trommel 20 sind dabei über Rückstellfedern vorgespannt, wobei die Seile jeweils durch die Kraft der Federn auf die Trommeln gespult werden. Die Seile sind dabei gegensinnig auf die Seiltrommeln 10 und 20 gespult, so dass bei einer Verlängerung des Seilzugweges der Seilzüge 1 und 2 die Trommeln 10 und 20 in die gleiche Richtung bewegt werden.

Wie aus Figur 1.2 zu erkennen ist, weisen die Trommeln 10 und 20 dabei unterschiedliche Radii R1 und R2 auf, um unterschiedliche von den Seilzügen 1 und 2 übertragene Soll-Verstellwege der Klappen auszugleichen. Die beiden Trommeln sind dabei koaxial zueinander angeordnet, und die Radi R1 und R2 im Bezug auf die Soll-Verstellwege H1 von Seilzug 1 und H2 von Seilzug 2 so bestimmt, dass bei einem störungsfreien Verfahren der Klappe die beiden Trommeln 10 und 20 mit dem gleichen Drehwinkel gedreht werden. Hierzu werden die Radi R1 der ersten Trommel 10 und R2 der zweiten Trommel 20 in Bezug auf die Soll-Verfahrwege H1 des ersten Seilzugs und H2 des zweiten Seilzugs 2 wie H2/H1 = R2/R1 eingestellt. Bei einem störungsfreien Verfahren der Klappe ergibt sich damit keine Drehwinkeldifferenz zwischen den Rollen 10 und 20. Ein Fehler erzeugt hingegen eine asynchrone Bewegung von Seilzug 1 und Seilzug 2, welche dementsprechend zu einer Drehwinkeldifferenz zwischen der Rolle 10 und der Rolle 20 führt. Diese Drehwinkeldifferenz kann dann vom Sensor 4 erkannt werden.

Die Sensoreinheit kann dabei z. B., wie in Figur 1.1 gezeigt, eine Spindel-Mutter- Einheit umfassen, deren Mutter von der Trommel 10 gedreht wird, und deren in Lagern 21 gelagerte Spindel von der zweiten Trommel 20 gedreht wird. Bei unterschiedlicher Verdrehung der Trommeln ergibt sich so eine Hubbewegung der Mutter, welche den Sensor 4 betätigt.

Ebenso kann die Sensoreinheit z. B. ein induktiver Näherungssensor sein, der strukturseitig befestigt ist und die synchrone Bewegung der Trommeln mit Hilfe von Markierungen, sogenannten „Targets", am Umfang der Trommel durch Pulsbreitenmessung inkremental detektiert.

Eine weitere Ausführung der Sensoreinheit kann z. B. aus einem Näherungssensor auf der einen Trommel und einem gegenüber positionierten Target auf der zweiten Trommel bestehen. Bei synchroner Bewegung entsteht so ein permanentes „Tar- get-Near-Signal", das im Fehlerfall unterbrochen wird. Eine Abwandlung dieser Anordnung kann einen Näherungssensor auf einer Trommel mittig zwischen zwei Targets auf der zweiten Trommel vorsehen. Bei unterschiedlichen Bewegungen der Trommel entsteht so ein „Target-Near-Signal", während bei synchroner Bewegung das Signal immer „Target-Far" bleibt. Die zweite Anordnung hat dabei allerdings den Nachteil, dass ein fehlerhafter Sensor nicht erkannt wird. Die erste Anordnung hat dagegen den Vorteil, dass das System selbstüberwachend ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensorsystem wirken die Federmechanismen rückstellend auf die Trommeln 10 und 20 und erzeugen so in jedem Seil eine Zugspannung. Beim Ausfahren der Klappe bzw. Klappen wird über die ausgezogenen Seile der Seilzüge 1 und 2 die jeweilige Feder weiter vorgespannt. Unterschiedliche Verfahrwege der Antriebsstation können dabei, wie oben dargestellt, durch entsprechende Anpassung der Trommeldurchmesser der Trommeln 10 und 20 kompensiert werden, so dass bei fehlerfreier Funktion beide Trommeln synchron drehen. Beim Einfahren der Klappe drehen die Federn die Trommeln zurück, und die Seile werden wieder aufgespult.

Tritt eine Störung auf, so wird die Bewegung des betreffenden Seilstrangs irregulär verändert, was sich auf die Bewegung der entsprechenden Trommel überträgt. Dadurch entsteht eine Differenz der Trommelrotation, die durch den Sensor 4 erkannt wird. Der Sensor erzeugt jetzt ein Fehlersignal.

Ein Bruch eines der Seile wird dabei ebenfalls als Fehler erkannt, da die dem fehlerhaften Seil zugeordnete Trommel durch den Federmechanismus zurückgestellt wird und der Sensormechanismus anspricht. Das System ist also selbstüberwachend.

Figur 2 zeigt nun ein erfindungsgemäßes Sensorsystem, welches zur Überprüfung des Synchronlaufs zweier Antriebe 5 und 6 einer einzigen Klappe 3 eingesetzt wird. Die Seile der Seilzüge 1 und 2 sind dabei jeweils mit einem Ende an der Klappe 3 befestigt und verlaufen entlang des Antriebsweges der Antriebe 5 und 6, so dass die Seilzuglänge im wesentlichen der Verfahrlänge des jeweiligen Antriebs entspricht. Die anderen Enden der Seile der Seilzüge 1 und 2 verlaufen dabei über Umlenkrollen 7 zu den Trommeln der erfindungsgemäßen Sensoreinheit. Unterschiedliche Soll-Verstellwege der Antriebe 5 und 6 können dabei, wie im Bezug auf Figur 1.2 beschrieben, durch unterschiedliche Radii der Trommeln 10 und 20 ausgeglichen werden.

Tritt nun in einem der Klappenantriebe eine Störung wie z. B. ein Klemmen oder Bruch auf, so wird die Bewegung der betroffenen Antriebsstation irregulär verändert, wobei das dieser Station zugeordnete Seil die Bewegungsstörung auf seine Trommel überträgt. Hierdurch entsteht eine Differenz der Trommelrotation, die durch den Sensor 4 erkannt wird. Durch die gezeigte Anordnung kann also der Synchronlauf auch nur einer einzigen Klappe 3 überwacht werden.

Bei dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird dagegen der Synchronlauf mehrerer Stellflächen überwacht. Hierfür wird der Effekt der Veränderung der Verlegungsbahn des Seilzugs zur Detektierung von asynchronen Bewegungen genutzt, wobei die Seilenden auf einer Seite an der Struktur des Flügels angeschlagen sind und mit der anderen Seite den Differenzsensor 4 beaufschlagen. In dieser Anordnung ist die aufgespulte Seillänge mindestens zweimal so lang wie der Maximalhub der Klappe. Diese Anordnung ermöglicht auch die Überwachung der äußeren Antriebsstationen, welche der festen Struktur benachbart sind. Auch diese Anordnung ist selbstüberwachend, da ein Bruch der Seile zu einem entsprechenden Zurückstellen der Trommel führt, wodurch der Sensormechanismus anspricht.

Die Sensoreinheit 4 ist dabei, wie in den zuvor gezeigten Ausführungsbeispielen, an der Tragflügelstruktur angeordnet. Die Seilzüge 1 und 2 verlaufen dann über Umlenkrollen 7 an der Tragflügelstruktur und über Umlenkrollen 8 an den Stellflächen entlang der Stellflächen, und sind mit ihren anderen Enden wieder an Befestigungspunkten 9 der Tragflügelstruktur befestigt. Der Seilzug 1 verläuft dabei über die rechte Seite der mittleren Klappe 12 und über beide Seiten der rechten Klappe 13, während der Seilzug 2 über die linke Seite der mittleren Klappe 12 und beide Seiten der linken Klappe 11 verläuft. Durch diese Anordnung können unterschiedlichste Asynchronitäten in der Bewegung der drei Klappen, wenn sie zu einer Differenz der Seilzuglängen zwischen dem ersten Seilzug 1 und dem zweiten Seilzug 2 führen, über den Differenzsensor 4 überwacht werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann mit mindestens einem oder mit zwei Sensorsystemen der beschriebenen Art der Synchronlauf aller Klappen an der Vorderkante oder der Hinterkante beider Flügel überwacht werden, unter Beibehaltung aller beschriebenen Vorteile. In einer solchen Anordnung, bei welcher Positionsänderungen sich entsprechender Klappen beider Flügel verglichen werden, ist dabei keine Kompensation unterschiedlicher Verfahrwege notwendig, da die Summe der Positionsänderungen in beiden Flügeln gleich ist.

In Figur 4 ist eine solche Anordnung mit zwei erfindungsgemäßen Sensorsystemen 40 und 41 gezeigt, welche den Synchronlauf von symmetrisch bezüglich der Flugzeuglängsachse an beiden Tragflügeln angeordneten Klappen überwacht. Die Sensoreinheit 41 , deren erster Seilzug über die Klappe 51 und deren zweiter Seilzug über die Klappe 52 läuft, überprüft dabei den Synchronlauf dieser beiden Klappen 51 und 52. Die Sensoreinheit 40, deren erster Seilzug gleichzeitig durch die drei Klappen 61 und deren zweiter Seilzug gleichzeitig durch die drei Klappen 62 verläuft, überwacht dagegen die synchrone Bewegung der Klappen 61 im Vergleich zu den Klappen 62.

Hierbei sind eine Vielzahl an weiteren Möglichkeiten denkbar, wie durch unterschiedliche Führung der beiden Seilzüge unterschiedliche Klappenkombinationen auf ihren Synchronlauf überprüft werden können.

Figur 5 zeigt nun ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinheit, bei welcher die Seile beider Seilzüge 1 und 2 auf eine einzige Trommel 30 gegensinnig aufgespult sind. Durch die Verwendung nur einer Trommel ist keine Drehwinkeldifferenz mehr möglich. Auch in dieser Anordnung können jedoch unter- schiedliche Verfahrwege der Klappenantriebe der Klappe 3 durch Anpassung der Spulendurchmesser auf der Trommel 30 kompensiert werden.

In jedem der Seile ist erfindungsgemäß eine Sensoreinheit 4 integriert, die mit einer vorgespannte Zugfeder 16 eine konstante Seilspannung bewirkt. Die durch die Federn 16 aufgebrachten Seilkräfte stehen dabei im Gleichgewicht mit der Rückstellkraft der Seiltrommel, so dass die Seile bei einer Bewegung der Stellfläche 3 entsprechend auf- und abgespult werden. An den Sensoreinheiten 4 ist jeweils ein e- lektrisch schaltendes Element 17 angebracht, das bei gestreckter Position der Feder 16 geschlossen ist und bei Verkürzung der Feder im Fehlerfall elektrisch unterbrochen ist.

Bei einseitig nachlassender Seilspannung in Folge einer asynchronen Klappenbewegung wird zunächst durch die Sensorfeder 16 die Seilspannung aufrechterhalten, der Hub des Federelements verkürzt sich jedoch. Dieser Federhub wird zum Betätigen des elektrischen Signalgebers 17, z. B. eines Schalters, eines Näherungssensors oder eines Wegsensors benutzt. Der Signalgeber erzeugt ein elektrisches Signal, das wiederum eine automatische Abschaltung des Antriebssystems und eine Fehlermeldung im Cockpit bewirkt.

Auch mit dieser zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorsystems können alle oben in Figuren 2 bis 4 beschriebenen Anordnungen der Seilverlegung realisiert werden. Auch diese Ausführung ist selbstüberwachend.

Ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorsystems ist nun in Figuren 6.1 und 6.2 gezeigt. Dargestellt ist dabei ein Klappenführungsmechanismus für einen Klappenkörper 3, welcher einen gebogenen Track 70, der in den Führungsrollen 71 geführt ist, umfasst und der bei Bewegung eine bogenförmige Bewegung des Klappenkörpers 3 verursacht. Die Elemente der Antriebssysteme sind wegen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Übertragungsstrecken bestehen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel anders als im ersten und im zweiten Ausführungsbeispiel nicht aus einem Seilzug, sondern übertragen eine Drehbewegung. Hierzu ist zunächst ein Hebelmechanismus aus Hebeln 72 und 73 vorgesehen, welcher eine Bewegung des Klappenkörpers 3 über den gebogenen Track 70 in eine Drehbewegung der Achse 74 übersetzen. Die beiden Sensortransmissionen 1 und 2, welche mit dem rechten und dem linken Track der Flügelklappe in Verbindung stehen, sind dabei mit einem Sensorelement 4 verbunden, welches eine Drehwinkeldifferenz zwischen der Sensortransmission 1 und der Sensortransmission 2 detektiert. Die Sensortransmissionen können dabei als Drehrohr oder vorteilhaft auch als flexible Welle ausgeführt sein. Die flexible Welle bietet dabei Vorteile bei der Installation. Auch diese Anordnung ist selbstüberwachend.

Das Sensorelement 4 kann z. B. ein rotatorischer Positionssensor sein, dessen Stator von der einen Sensortransmission und dessen Rotor von der zweiten Sensortransmission bewegt wird. Die Sensoreinheit kann aber auch z. B. aus einem über die Sensortransmission synchron bewegten Näherungsschalter und Target bestehen. Ebenso sind elektromechanische Schalter und Schaltnocken denkbar. Gleichfalls können auch die bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels gezeigten Sensoren eingesetzt werden.

Durch das erfindungsgemäße Sensorsystem ist es möglich, durch einen Vergleich der von den beiden Übertragungsstrecken übertragenen Bewegung einer oder mehrerer Stellflächen eine einfache und sichere Überwachung des Synchronlaufes der Stellflächen bereitzustellen, ohne dass hierfür eine Vielzahl von Sensoren oder eine komplexe Auswerteelektronik benötigt würde. Zu dem ergibt sich eine automatische Selbstüberwachung des Systems.

Claims

29.09.2008 02932-08 La/es

Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH D-88161 Lindenberg/Allgäu

Sensorsystem zur Überwachung des Synchronlaufs von Steuerflächen eines Flugzeugs

Ansprüche

1. Sensorsystem zur Überwachung des Synchronlaufs von Steuerflächen eines Flugzeugs mit zwei Übertragungsstrecken (1 ,2) für die mechanische Übertragung der Bewegungen einer oder mehrerer Steuerflächen (3) an mindestens einen Sensor (4), wobei die zwei Übertragungsstrecken (1 ,2) mechanisch und/oder über den mindestens einen Sensor (4) miteinander gekoppelt sind, wodurch eine Differenz zwischen den von den Übertragungsstrecken (1 ,2) übertragenen Bewegungen überwacht werden kann.

2. Sensorsystem nach Anspruch 1 , wobei die Kopplung der Übertragungsstrek- ken (1 ,2) über ein oder mehrere rotativ bewegbare Kopplungselemente (10, 20, 30) erfolgt.

3. Sensorsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei unterschiedliche Soll- Verfahrwege durch entsprechende unterschiedliche Übersetzungen der von den Übertragungsstrecken (1 ,2) an ein oder mehrere Kopplungselemente (10, 20, 30) übertragenen Bewegungen ausgeglichen werden.

4. Sensorsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden Übertragungsstrek- ken (1 ,2) an zwei gegeneinander bewegbaren Kopplungselementen (10, 20) angreifen, deren Relativbewegung von einem Sensor (4) überwacht wird.

5. Sensorsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden Übertragungsstrek- ken (1 ,2) an einem in sich starren Kopplungselement (30) angreifen und zwei Sensoren (4) vorgesehen sind, welche die von den Übertragungsstrecken (1 ,2) übertragenen Kräfte überwachen.

6. Sensorsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die beiden Übertragungsstrecken (1 ,2) jeweils einen Seilzug umfassen.

7. Sensorsystem nach Anspruch 6, wobei die Seile der beiden Seilzüge (1 ,2) an mindestens einem Ende auf einer oder mehreren Trommeln (10, 20, 30) aufgespult sind.

8. Sensorsystem nach Anspruch 7, wobei die Seilzüge durch eine oder mehrere Rückstellfedern der einen oder der mehreren Trommeln (10, 20 ,30) gespannt sind.

9. Sensorsystem nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Seile der beiden Seilzüge gegensinnig auf der oder den Trommeln (10, 20 ,30) aufgespult sind.

10. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Seile der beiden Seilzüge (1 ,2) auf Trommeln (10, 20) oder Trommelbereichen mit unterschiedlichem Durchmesser (R1 , R2) aufgespult sind.

11. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Seile der beiden Seilzüge an mindestens einem Ende auf einer gemeinsamen Trommel (30) aufgespult sind und in die Seile Seilkraftsensoren (4) integriert sind.

12. Sensorsystem nach Anspruch 11 , wobei die Seilkraftsensoren (4) eine Feder (16) und einen Sensor (17), welcher eine Längenänderung der Feder (16) ü- berwacht, aufweisen.

13. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Seile der beiden Seilzüge (1 ,2) an mindestens einem Ende auf zwei getrennten Trommeln (10,20) aufgespult sind und der Sensor (4) eine Winkeldifferenz zwischen den Trommeln überwacht.

14. Sensorsystem Anspruch 13, wobei die Trommeln (10,20) koaxial nebeneinander angeordnet sind.

15. Sensorsystem Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Übertragungsstrecken (1 ,2) eine Rotationsbewegung übertragen, insbesondere über ein Drehrohr oder eine flexible Welle.

16. Sensorsystem Anspruch 15, wobei der Sensor (4) eine Winkeldifferenz zwischen den von den Übertragungsstrecken (1 ,2) übertragenen Rotationsbewegungen überwacht.

17. Sensorsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Übertragungsstrecken (1 ,2) die an unterschiedlichen Stellen erfolgenden Bewegungen einer einzigen Stellfläche (3) übertragen.

18. Sensorsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Übertragungsstrecken (1,2) die Bewegungen mindestens zweier unterschiedlicher Stellflächen (51 ,52), insbesondere mindestens zweier symmetrisch bewegter Stellflächen, übertragen.

19. Sensorsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei jede (J- bertragungsstrecke die Bewegung mehrerer Stellflächen (61 , 62) überträgt.