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Die Erfindung betrifft eine Auftriebsvorrichtung für ein Luftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
Einzelne Klappen derartiger Auftriebshilfen werden in der Regel gemeinsam durch mehrere Aktuatoren angetrieben, wobei die Aktuatoren über die Klappenlänge versetzt angeordnet sind und damit unterschiedliche Teilbereiche der Klappe antreiben. Die Aktuatoren umfassen in der Regel Drehantriebe bzw. werden von einer Durchtriebswelle angetrieben, deren Rotationsbewegung mit Hilfe von Getriebe- bzw. Transformationsmitteln in die benötigte Linearbewegung zur Klappenbetätigung gewandelt wird. Laufen beide Aktuatoren nicht synchron, kommt es zu einer Schiefstellung der Klappe („Skewing“) bis zum Totalausfall aufgrund mechanischer Verklemmung. Dies wiederum führt zu einer unerwünschten Beeinträchtigung der aerodynamischen Eigenschaften der Tragfläche.
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Um Störungen dieser Art möglichst frühzeitig zu erkennen und den Schadensverlauf zu stoppen, sind aus dem Stand der Technik Sensorsysteme bekannt, die einen Schieflauf- bzw. Synchronfehler oder gar den Verlust einzelner Auftriebshilfen frühzeitig detektieren können. Wenn ein Fehler erkannt wird, wird ein Signal erzeugt, welches ein entsprechendes Warnsignal auslöst und vorzugsweise zum Stopp des Antriebssystems führen kann.
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Stand der Technik ist es, den Winkel zwischen den beiden Antriebsstationen direkt an der Kinematik zu messen, wozu der Sensor innerhalb der Kinematik integriert werden muss. Um eine solche Anbindung an die Struktur zu schaffen, bedarf es in der Struktur und in der Abstimmung mit den Interfaces eines hohen Fertigungs- und Planungsaufwands. Die Kosten für derartige Sensorsysteme sind dementsprechend hoch.
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Weiterhin unterliegt der in die Klappenkinematik integrierte Sensor den vorherrschenden harten Umgebungsbedingungen, da die Sensoren direkt dem Luftstrom ausgesetzt werden. Zudem erschwert eine unmittelbare Anordnung der Sensorsysteme an der sich bewegenden Klappenkinematik die Signalübertragung vom Sensor zur Überwachungseinrichtung für die Signalauswertung, da die verwendeten Sensorkabel flexibel sein müssen und aufgrund der Bewegung höherem Verschließ unterliegen.
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Die
WO 2011/110 833 A1 offenbart ein Klapppenüberwachungssystem. Aus der
EP 1 088 753 A2 ist eine Vorrichtung zur Erkennung einer Schieflage bekannt. Die
WO 2014/153 518 A1 offenbart einen hochempfindlichen, lastmindernden Kraftsensor für Federbeinanwendungen. Weriteren Stand der Technik stellt die
DE 10 2010 025 475 A1 dar.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Anordnung entsprechender Sensoren aufzuzeigen, um die voranstehend beschriebene Problematik zu überwinden.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Auftriebsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruch 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Auftriebsvorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird also eine Auftriebsvorrichtung für ein Luftfahrzeug mit wenigstens einer bewegbaren Klappe vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung wenigstens einen Antrieb zur Betätigung der Klappe aufweist. Als Klappe wird das zu steuernde Teil der Auftriebshilfe verstanden. Der Antrieb besteht aus wenigstens einem Aktuator und wenigstens einem Transformationsmittel zur Umsetzung der rotatorischen Leistung des Aktuators in eine translatorische Leistung zur Klappenbetätigung. Erfindungsgemäß wird wenigstens ein Sensor zumindest teilweise innerhalb oder unmittelbar am Gehäuse des Aktuators angeordnet. Der Sensor dient insbesondere zur Überwachung einer möglichen Klappenschiefstellung. Durch die direkte Integration des Sensors in oder an den Rotationsantrieb befindet sich dieser in einer gut geschützten Einbaulage. Weiterhin kann der Sensor dadurch ortsfest installiert werden, sodass die oben genannte Problematik aufgrund bewegter Signalkabel vermieden wird.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der im oder am Gehäuse des Aktuators angeordnete Sensor eine Bewegung des Transformationsmittels detektiert und keine Bewegung der Abtriebswelle des Aktuators. Dadurch wird sichergestellt, dass der Sensor tatsächlich die Klappenbewegung erfasst, die für die Frage der möglichen Schrägstellung relevant ist, und nicht lediglich eine Bewegung des Aktuators.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor als Inkrementalgeber ausgestaltet, dessen Maßverkörperung mit wenigstens einem angetriebenen Teil des Transformationsmittels verbunden ist. Dadurch wird ein unabhängiger Lastpfad zwischen Transformationsmittel und Maßverkörperung sichergestellt, um die geforderte Redundanz der Anbindung des Sensors zur Struktur sicherzustellen. Ein Bruch des Antriebsstrangs zwischen Aktuator und Transformationsmittel würde unerkannt bleiben, falls der Sensor lediglich eine Bewegung der Antriebswelle oder der Abtriebswelle des Aktuators messen würde. Die Verbindung des Transformationsmittels, d. h. des angetriebenen Elementes des Transformationsmittels, mit der Maßverkörperung des Sensors stellt sicher, dass tatsächlich eine Bewegung der Klappenkinematik detektiert bzw. erfasst wird. Ferner ist die Maßverkörperung vorzugsweise innerhalb des Gehäuses des Aktuators gelagert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Maßverkörperung ein drehbar auf der Abtriebswelle bzw. auf einer die Abtriebswelle umgebenden Hülse gelagertes Rad, das drehfest zur Momentübertragung mit dem wenigstens einem angetriebenen Teil des Transformationsmittels verbunden ist. Eine Bewegung des angetriebenen Teils des Transformationsmittels kann folglich mittelbar über die Maßverkörperung durch den Sensorkopf detektiert werden. Die Codierung zur Erfassung durch den Sensor befindet sich vorzugsweise auf dem Außenumfang des Rades.
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Das Transformationsmittel kann beispielsweise als Zahnstangenantrieb ausgestaltet sein, wobei das Zahnrad drehfest mit der Abtriebswelle des Aktuators verbunden ist und die Zahnstange zur Kraftübertragung mit der Klappe in Verbindung steht. In dieser Ausführungsform ist es sinnvoll, dass die Maßverkörperung des Sensors drehfest mit dem Zahnrad des Zahnstangenantriebs verbunden ist.
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Die Ausführung des Inkrementalgebers kann auf Grundlage eines Messverfahrens mit Schleifkontakten und / oder auf Grundlage photoelektrischer Abtastung und / oder magnetischer Abtastung und/oder mit einem oder mehreren Proxysensoren erfolgen. Bevorzugt ist die Variante einer magnetischen Abtastung, wobei die als Rad ausgestaltete Maßverkörperung mit entsprechenden magnetischen Teilbereichen versehen ist. Das Rad ist dann drehfest mit dem Zahnrad des Zahnstangenantriebs verbunden und zusätzlich lose auf der Abtriebswelle des Aktuators gelagert, sodass eine Rotationsbewegung des Abtriebes zu keiner direkten Bewegung des Rades führt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Auftriebsvorrichtung wenigstens zwei zueinander versetzte Antriebe, wobei die Sensoren der Antriebe zur Detektion einer Klappenschiefstellung dienen. Insbesondere werden die Sensorsignale der beiden Sensoren von einer Überwachungseinheit ausgewertet, um anhand abweichender Messwerte auf eine mögliche Schiefstellung zu schliessen.
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Zur Erhöhung der Sicherheit ist es denkbar, dass wenigstens ein Sensor redundant ausgeführt ist. Die Redundanz kann vorzugsweise durch einen Sensor mit doppeltem Lesekopf bzw. durch vollständig redundante Sensoren erreicht werden, bei denen sowohl Lesekopf als auch Maßverkörperung redundant ausgeführt sind.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Auftriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Danach ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil des Sensors, (insbesondere ein Rad), der eine Bewegung des Transformationsmittels detektiert, unmittelbar kraftübertragend mit wenigstens einem angetriebenen Teil des Transformationsmittels verbunden ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem angetriebenen Teil des Transformationsmittels um das Zahnrad, das mit einer Zahnstange kämmt, die mit der Klappe in Verbindung steht.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der genannte Teil des Sensors kraftübertragend nicht mit der Antriebswelle und nicht mit der Abtriebswelle, sondern nur mit dem genannten angetriebenen Teil des Transformationsmittels in Verbindung steht.
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Neben der erfindungsgemäßen Auftriebsvorrichtung umfasst die vorliegende Erfindung ebenfalls ein Luftfahrzeug mit wenigstens einer Auftriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Auftriebsvorrichtung ist insbesondere in Form eines bewegbaren Vorflügels bzw. in Form von Landeklappen ausgestaltet.
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Die Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges entsprechen offensichtlich denen des erfindungsgemäßen Auftriebssystems, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet werden soll.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1: eine schematische Übersicht einer Auftriebsvorrichtung für ein Luftfahrzeug,
- 2: eine Schnittdarstellung durch einen Teil des Klappenantriebs zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Anordnung des Sensors und
- 3: eine weitere Darstellung des Klappenantriebes der 2.
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1 gibt einen Überblick über das erfindungsgemäße Auftriebssystem. Das System besteht aus zwei ein- und ausfahrbaren Klappen 10, deren Ein- und Ausfahrbewegung jeweils durch zwei seitlich zueinander versetzt an der Klappe angeordnete Antriebstationen 20 bewirkt wird. Die Antriebstationen 20 umfassen jeweils einen Drehantrieb 21, der von einer Durchtriebswelle 22 angetrieben wird und dessen Antriebswelle 24 den Zahnstangenantrieb 30 antreibt. Dadurch wird die rotatorische Leistung des Drehantriebs 21 in eine translatorische Bewegung zum Ein- und Ausfahren der Klappen 10 gewandelt.
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Jede Antriebstation 20 umfasst wenigstens einen Sensor 40, der die Bewegung des Zahnstangenantriebs 30 erfasst und an eine Überwachungseinrichtung 50 liefert. Durch Vergleich der Sensorwerte 20 einer Landeklappe 10 kann auf eine mögliche Schiefstellung geschlossen werden, insbesondere wenn die beiden Sensoren 40 der beiden Antriebsstationen 20 einer Klappe 10 unterschiedliche Messwerte liefern.
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Bisher wurde die dafür benötigte Sensorik direkt an der Klappenkinematik angeordnet, d.h. im Bereich der Klappen bzw. des Zahnstangenantriebs. Diese Vorgehensweise hat jedoch den Nachteil, dass die Sensoren dadurch direkt dem Luftstrom ausgesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung schlägt daher einen anderen Weg ein, indem die Sensoren 40 nicht mehr an der Klappenkinematik, sondern in das Gehäuse 23 des Drehantriebs 21 integriert werden. Die konkrete Anordnung ist der Schnittdarstellung der 2 zu entnehmen, die den Drehantrieb 21 sowie das Zahnrad 31 des Zahnstangengetriebes 30 zeigt. Der Sensor 40 besteht aus einem Lesekopf 41, der am abtriebseitigen Ende des Drehantriebes 21 angeordnet ist. Erkennbar ist hierbei, dass der Lesekopf 41 innerhalb des Antriebsgehäuses 23 liegt und dadurch gut vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Insbesondere wird die Leseeinheit lösbar am Gehäuse 23 verschraubt.
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Der Sensor 40 ist als Inkrementalgeber ausgestaltet, der auf Grundlage magnetischer Abtastung arbeitet. Dazu umfasst der Sensor 40 eine Messverkörperung in Form des Magnetrades 42, das drehbar auf einer die Abtriebswelle 33 des Drehantriebs 21 oder auf einer diese umgebenden Hülse 25 lose, d.h. nicht drehfest gelagert ist. Magnetrad 42 und Abtriebswelle 33 sind koaxial angeordnet. Zudem befindet sich das Magnetrad 42 ebenfalls innerhalb des Antriebsgehäuses.
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Das Bezugszeichen 22 kennzeichnet eine Durchtriebswelle, die sich von Antrieb zu Antrieb erstreckt. Der Aktuator weist ein Getriebe auf, das die Drehbewegung der Welle 22 in eine Drehbewegung der Antriebswelle 24 umwandelt bzw. übersetzt.
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An der Abtriebswelle 33 des Drehantriebs 21 ist das Zahnrad 31 des Zahnradantriebes 30 angeflanscht. Die rotatorische Leistung des Drehantriebs 21 wird somit auf das Zahnrad 31 bzw. auf die mit dem Zahnrad 31 in Verbindung stehende Abtriebswelle 33 übertragen, wobei das Zahnrad 31 mit der Zahnstange 32 kämmt. Die resultierende Linearbewegung der Zahnstange 32 wird auf die Klappe 10 übertragen.
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Das Magnetrad 42 ist drehfest mit dem Zahnrad 31 verbunden, sodass bei einer Drehbewegung des Zahnrades 31 ebenfalls das Magnetrad 42 mitbewegt wird. Das Magnetrad 42 ist über den Befestigungabschnitt 34 drehfest an dem Zahnrad 31 fixiert, jedoch drehbar relativ zu der Abtriebswelle 33 angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Konstruktion zeichnet sich folglich durch zwei unabhängige Lastpfade aus, wobei ein erster Lastpfad die Kraftübertragung von der Antriebswelle 24 über die Abtriebswelle 33 auf das Zahnrad 31 darstellt, während sich ein zweiter Lastpfad durch die Kraftübertragung vom Zahnrad 31 auf das Magnetrad 42 ergibt.
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Der Außenumfang 43 des Magnetrades 42 unterteilt sich in magnetische und nicht magnetische Bereiche, wobei sich die Unterteilung über den Umfang periodisch wiederholt. Der Sensorkopf 41 tastet in bestimmtem Abstand zum Magnetrad 42 dessen Umfangsfläche 43 ab und zeigt einen erkannten Wechsel zwischen magnetischem und nicht magnetischem Bereich durch eine Änderung seines Ausgangssignals an.
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3 zeigt nochmals eine abstraktere Darstellung des Drehantriebs 21 zusammen mit dem Zahnstangenantrieb 30, wobei im linken Bildbereich eine Schnittdarstellung entlang der Schnittachse A-A wiedergegeben ist. Die Schnittdarstellung verdeutlicht nochmals, dass das Magnetrad 42 zwar auf der Welle 32 gelagert ist, jedoch keine Kraftübertragung von der Abtriebswelle 33 auf das Magnetrad 42 erfolgt. Das Magnetrad wird nur durch eine Bewegung des Zahnrades 31 angetrieben. Die Drehwelle 32 steht drehmomentübertragend nur unmittelbar mit dem Zahnrad 31, nicht jedoch mit dem Magnetrad 42 in Verbindung.