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Patent Searching and Data


Title:
OVERLOAD PROTECTION DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/019417
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to an overload protection device, comprising: a drive for generating a rotational movement, a converter assembly for converting the rotational movement into a linear movement of an actuator, and a housing for supporting the converter assembly, wherein the converter assembly is displaceably mounted in the housing along the linear movement of the actuator.

Inventors:
BILDSTEIN MARKUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/000900
Publication Date:
February 01, 2018
Filing Date:
July 25, 2017
Export Citation:
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Assignee:
LIEBHERR-AEROSPACE LINDENBERG GMBH (DE)
International Classes:
F16H25/20
Foreign References:
EP1275882A22003-01-15
EP0727601A11996-08-21
DE102005053896B32007-01-25
EP1878658A22008-01-16
Attorney, Agent or Firm:
HERRMANN, Uwe et al. (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Überlastschutzeinrichtung, umfassend:

einen Antrieb (160) zum Erzeugen einer Rotationsbewegung,

eine Wandelanordnung (180) zum Wandeln der Rotationsbewegung in eine Linearbewegung eines Stellglieds (220), und

ein Gehäuse zum Lagern der Wandelanordnung (180),

dadurch gekennzeichnet, dass

die Wandelanordnung (180) in dem Gehäuse entlang der Linearbewegung des Stellglieds (220) verschieblich gelagert ist.

2. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 1 , ferner umfassend eine Kupplungsvorrichtung (210, 250, 260) zum Trennen eines Kraftflusses zwischen Antrieb (160) und Wandelanordnung (180), wobei die Kupplungsvorrichtung (210, 250, 260) dazu ausgelegt ist, bei Überschreiten einer auf die Wandelanordnung (180) wirkenden Kraft, die in Richtung der Linearbewegung des Stellglieds (220) orientiert ist, auszulösen, vorzugsweise öffnet sich die Kupplungsvorrichtung (210, 250, 260) sowohl bei einer Zug- als auch einer Druckkraft.

3. Überlastschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandelanordnung (180) eine Kugelrollspindel, vorzugsweise ein inverse

Kugelrollspindel, ist, die eine Spindelmutter (230), Kugeln (240), und als Stellglied (220) eine Spindel umfasst.

4. Überlastschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, wobei die Kupplungsvorrichtung (210, 250, 260) ein Abtriebszahnrad (210), eine Drehmomentübergabehülse (250) und eine Drehmomenteinleitungshülse (260) umfasst, die jeweils so angeordnet sind, dass deren Rotationsachsen parallel zur Linearbewegung des Stellglied (220) orientiert sind.

5. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 4, wobei

das Abtriebszahnrad (210) eine nach außen gerichtete Verzahnung in Radialrichtung aufweist, um über ein Zwischenzahnrad mit einem Antriebszahnrad zu kämmen, oder die Verzahnung eines Winkelgetriebes aufweist, und eine Stirnverzahnung aufweist, um mit einer Stirnverzahnung der Drehmomentübergabehülse (250) in Eingriff bringbar zu sein, und

die Drehmomenteinleitungshülse (260) eine nach innen gerichtete Verzahnung in Radialrichtung aufweist, um mit der Wandelanordnung (180), insbesondere einer Spindelmutter (230), in Eingriff zu stehen, und eine Stirnverzahnung aufweist, um mit der Stirnverzahnung der Drehmomentübergabehülse (250) in Eingriff bringbar zu sein.

6. Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei das Abtriebszahnrad (210) in Bezug auf die Richtung der Linearbewegung des Stellglieds (220) starr an dem Gehäuse angeordnet ist und die Drehmomentübergabehülse (250) in Bezug auf die Richtung der Linearbewegung des Stellglieds (220) starr an der Wandelanordnung (180) angeordnet ist.

7. Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Drehmomenteinleitungshülse (260) entlang der Richtung einer Linearbewegung des Stellglieds (220) nicht verschiebbar an der Wandelanordnung (180), insbesondere einer Spindelmutter (230), gelagert ist.

8. Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Drehmomenteinleitungshülse (260) die Wandelanordnung (180), insbesondere eine Spindelmutter (230) der Wandelanordnung (180), in ihrer Umfangsrichtung umgibt und an dieser fest angeordnet ist, und das Abtriebszahnrad (210) die Drehmomenteinleitungshülse (260) in ihrer Umfangsrichtung aufnimmt, so dass gleichzeitig sowohl die Stirnverzahnung des Abtriebszahnrads (210) als auch die Stirnverzahnung der Drehmomenteinleitungshülse (260) mit der Verzahnung der Drehmomentübergabehülse (250) in Eingriff bringbar sind.

9. Überlastschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Fixiervorrichtung zum elastischen Fixieren der Wandelanordnung (180) an dem Gehäuse in Bezug auf eine zur Linearbewegung des Stellglieds (220) parallelen Richtung.

10. Überlastschutzvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Fixiervorrichtung ein Federelement (280) aufweist, bei dem in einem Zustand reduzierter Spannung die Zahnverbindung des Abtriebzahnrads (210) mit der Drehmomentübergabehülse (250) und die Zahnverbindung der Drehmomentübergabehülse (250) mit der Drehmomenteinleitungshülse (260) in Eingriff stehen.

11. Überlastschutzvorrichtung nach Anspruch 10, wobei bei einem Verschieben der Wandelanordnung (180) gegenüber dem Gehäuse in Richtung der Linearbewegung des Stellglieds (220) die Kupplungsvorrichtung (210, 250, 260) in ihren offenen Zustand übergeht und das komprimierte oder reduziert komprimierte Federelement (280) eine Rückstellkraft auf die Wandelanordnung (180) ausübt, um die Kupplungsvorrichtung (210, 250, 260) in ihren geschlossen Zustand zurückzuführen.

12. Überlastschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , wobei eine Verschiebung der Wandelanordnung (180) in eine Richtung parallel zur Linearbewegung des Stellglieds (220) dem Zustand reduzierter Spannung des Federelements (280) entgegenwirkt und zu einem außer Eingriff kommen der Stirn Verzahnung des Abtriebzahnrads (210) oder der Drehmomenteinleitungshülse (260) mit der Drehmomentübergabehülse (250) führt.

13. Überlastschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Federelement (280) dazu ausgelegt ist, eine Kraft auf die Wandelanordnung (180) auszuüben, um diese so zu verschieben, dass die Kupplungsvorrichtung (210, 250, 260) wieder in ihren kraftschlüssigen Zustand übergeht.

14. Überlastschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Federelement (280) zwischen der Drehmomentübergabehülse (250) und einer eine Spindelmutter (230) der Wandelanordnung (180) umgebenden Scheibe angeordnet ist, die in Längsrichtung der Spindelmutter (230) verschiebbar ist.

15. Überlastschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehmomenteinleitungshülse (260) einstückig mit der Wandelanordnung (180), insbesondere einer Spindelmutter (230) einer Wandelanordnung (180) ausgeführt ist.

Description:
Überlastschutzeinrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überlastschutzeinrichtung für ein linear wirkendes, mechanisches Stellgerät.

Stellgeräte in Luftfahrzeugen benötigen Überlastschutzeinrichtungen, die die Stellkraft begrenzen, um eine Überlastung der Flugzeugstruktur zu verhindern. Hierbei ist es wichtig, dass die Streuung der Kraftbegrenzung möglichst gering ist, da die Flugzeugstruktur auf die maximal mögliche Kraft dimensioniert werden muss und eine geringe Streuung ein geringes Strukturgewicht bedeutet.

Üblicherweise bestehen linear wirkende, mechanische Stellgeräte aus einem Rotationsmotor (z.B. Elektromotor) und einem Getriebe, das die Rotationsbewegung in eine Linearbewegung überführt (z.B. Gewindespindel). Dabei wird typischerweise das Getriebe um Drehzahl erhöhende Stufen erweitert, um dadurch das Gewicht des Rotationsmotors reduzieren zu können. Aus der EP 1 878 658 A2 ist es bekannt, in solchen Stellgeräten Kupplungen zur Überlastbegrenzung im rotativen Lastpfad vorzusehen. Bevorzugt werden solche Überlastkupplungen im Bereich hoher Drehzahlen verwendet, um die Baugröße gering zu halten.

Es ist ein Nachteil solcher Anordnungen, dass die Höhe der Kraft, bei welcher die Überlastfunktion wirksam wird, einer weiten Streuung unterworfen ist. Der Grund hierfür ist, dass sowohl Getriebe wie auch Kupplung reibungsbehaftet sind.

Figur 1 beschreibt und quantifiziert den Zusammenhang. Sie zeigt das Verhalten des Drehmomentes an der Kupplung bei sich verändernder Linearkraft des Stellgerätes. Die Achse 10 zeigt die lineare Kraft in Druckrichtung, die Achse 20 in Zugrichtung. Die Achsen 30 und 40 zeigen das positive und negative Drehmoment an der Kupplung entsprechend der Kraftrichtung. Im Folgenden sei nur das Verhalten im oberen rechten Quadranten des Diagrammes betrachtet. Sinngemäß liegt das gleiche Verhalten im unteren linken Quadranten vor. Es sind zwei Betriebsarten dargestellt. Linie 50 zeigt die Drehmomententwicklung bei ansteigender Kraft für den Fall, dass das Stellgerät die Steuerfläche antreibt („Antreibfall") und die Linie 60 zeigt den gleichen Zusammenhang für den Fall, dass das Stellgerät von der Steuerfläche angetrieben wird („Rücktreibfall"). Zusätzlich ist die gestrichelte Linie 70 eingetragen, welche den gleichen Zusammenhang im theoretischen Fall zeigt, dass der Vorgang reibungsfrei erfolgt. Die Linie 70 ist gültig für den Antreib- und den Rücktreibfall. Die Linie 50 (Antreibfall) ist steiler als die gestrichelte Linie 70, da zur Erzeugung der gleichen Kraft mehr Drehmoment zur Überwindung der Reibung erforderlich ist. Die dargestellte Änderung 80 der Steigung entspricht einem Wirkungsgrad des Getriebes von ca. 69%. Dieser Wirkungsgrad ist realistisch für ein Stellgerät bei Tieftemperatur bestehend aus Kugelrollspindel mit Axialrollenlagern und wälzgelagertem Stirnradgetriebe. Die Linie 50 steigt an bis sie sich mit der Linie 90 trifft. Linie 90 entspricht dem niedrigsten Drehmoment, bei welchem die Kupplung auslöst. Analog dazu zeigt die Linie 100 das höchste Drehmoment, bei welchem die Kupplung auslöst. Es ergibt sich somit die reibungs- und fertigungsto- leranzbedingte Streuung des Kupplungsauslöse-Drehmoments 110.

Sie ist in Figur 1 mit 5% angenommen, eine realistische bis optimistische Größenordnung für rotative Überlastkupplungen. Bestimmend ist nun der Treffpunkt der Linien 50 und 90, gekennzeichnet mit 120. Er definiert die minimale Stellkraft 130, welche das Stellgerät in der Lage ist zu erzeugen. Das Stellgerät wird derart ausgelegt, dass diese minimale Stellkraft 130 auch der Stellkraft entspricht, welche das Fluggerät an der Steuerfläche in jedem Moment des Fluges zu Verfügung haben muss. Diese Kraft ist mit 100% gekennzeichnet als Referenz für die Kraftüberhöhung, welche nun im Folgenden betrachtet wird.

Neben dem bisher betrachteten Antreibfall ist auch der Rücktreibfall zu betrachten. Rücktreiben bedeutet hier, dass Luftlasten auf die Steuerfläche wirken, welche versuchen, das Stellgerät zurückzutreiben. Ein Zurücktreiben muss ausgeschlossen sein bis zur Last 130, da das Halten von Lasten bis zu diesem Wert aerodynamisch erforderlich ist. Sollte jedoch in Ausnahmefällen diese Last - üblicherweise kurzzeitig - überschritten werden, dann muss das Stellgerät so früh wie möglich der Last zurückweichen um eine Schädigung der Flugzeugstruktur zu verhindern. Die Höhe dieser„Zurückweichlast" ist in Figur 1 ablesbar bei Betrachtung der Linie 60. Im Vergleich zur Linie 50 ist die Steigung der Linie 60 nun geringer als die Steigung der gestrichelten Linie 70, welche den reibungsfreien Betrieb darstellt. Der Grund ist, dass bei Krafterhöhung in Folge Reibung weniger Drehmoment an der Kupplung ankommt. Die dargestellte Änderung 140 der Steigung entspricht wiederum dem bereits genannten Wirkungsgrad des Getriebes von ca. 69%. Die Linie 60 steigt an bis sie sich mit der Linie 100 trifft. Wie bereits beschrieben entspricht die Linie 100 dem höchsten Drehmoment, bei dem die Kupplung auslöst. Bestimmend ist hier nun der Treffpunkt der Linien 60 und 100, gekennzeichnet mit 150. Er definiert die maximale Stellkraft 160 die das Stellgerät gegenhalten kann. Bei den hier angenommenen Reibungsverhältnissen im Stellgerät ergibt sich somit eine maximale Last von 219%, was bedeutet, dass die Flugzeugstruktur um den Faktor 2,19 stärker auszulegen ist als aerodynamisch erforderlich. Es ist erkennbar, dass diese weite Streuung der Kraft zur Auslösung der Überlastfunktion ein deutlicher Nachteil hinsichtlich Gewicht und Kosten der Flugzeugstruktur bedeutet.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die oben genannten Nachteile zu überwinden und eine Überlastschutzeinrichtung für linear wirkende, mechanische Stellgeräte zu schaffen, die eine geringere Streuung der Kraft zur Auslösung der Über- lastfunktion aufweist. Dies führt zudem zu einer Reduzierung der maximalen Last auf die Flugzeugstruktur und ermöglicht dadurch eine Gewichtsreduzierung beim Stellgerät und der Flugzeugstruktur.

Die erfindungsgemäße Überlastschutzeinrichtung umfasst einen Antrieb zum Erzeugen einer Rotationsbewegung, eine Wandelanordnung zum Wandeln der Rotationsbewegung in eine Linearbewegung eines Stellglieds, und ein Gehäuse zum Lagern der Wandelanordnung. Die Überlastschutzeinrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Wandelanordnung in dem Gehäuse entlang der Linearbewegung des Stellglieds verschieblich gelagert ist.

Dadurch, dass die Wandelanordnung in dem Gehäuse entlang der Linearbewegung des Stellglieds verschieblich gelagert ist, kann bei einer Überlast, die auf das Stellglied wirkt die Wandelanordnung, also diejenige Bauteilgruppe, die eine rotatorische Bewegung in eine Linearbewegung umwandelt, entlang der Linearbewegung des Stellglieds verschoben werden. Dies erfolgt beispielsweise dann, wenn eine übermäßige Zug- oder Druckkraft auf das Stellglied wirkt. Durch die verschiebbare Lagerung der Wandelanordnung ist es dann möglich, eine Kupplung die einen Kraftfluss zwischen dem Antrieb an die Wandelanordnung weitergibt, in einen ausgekoppelten Zustand überzuführen. Dies passiert dabei dann einfach durch die axiale Verschiebung der Wandelanordnung in Richtung der Linearbewegung des Stellglieds.

Da die Streuung der Auslösekraft dieser Überlastschutzeinrichtung nur von Reibungen in linearen Bewegungen bestimmt wird, ist diese unabhängig von Reibungsverhältnisses in einer Kugelrollspindel, einem Getriebe und einer Rotationskupplung und somit auch unabhängig von den Betriebsarten „Antreibfall" und „Rücktreibfall", wie bereits im Zusammenhang mit Figur 1 thematisiert. Die Streuung der Auslösekraft dieser Überlastschutzeinrichtung ist somit deutlich geringer als bei einer Überlastschutzeinrichtung nach dem Stand der Technik. Nach einer optionalen Modifikation der Erfindung umfasst die Überlastschutzeinrichtung ferner eine Kupplungsvorrichtung zum Trennen eines Kraftflusses zwischen Antrieb und Wandelanordnung, wobei die Kupplungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei Überschreiten einer auf die Wandelanordnung wirkenden Kraft, die in Richtung der Linearbewegung des Stellglieds orientiert ist, auszulösen, sich also in einen Zustand zu begeben, in dem der Kraftfluss von Antrieb zu Wandelanordnung unterbrochen ist. Vorzugsweise öffnet sich die Kupplungsvorrichtung sowohl bei einer Zug- als auch bei einer Druckkraft.

Dazu ist die Wandelanordnung so in dem Gehäuse der Überlastschutzeinrichtung angeordnet, dass sie sowohl bei einer Zugkraft des Stellglieds als auch einer Druckkraft des Stellglieds bewegbar ist. Überschreitet die Zug- oder Druckkraft ein vorbestimmtes Niveau, führt dies dazu, dass sich die Wandelanordnung innerhalb des Gehäuses in eine Richtung bewegt, die parallel zur Linearbewegung des Stellglieds ist und dabei die Kupplung in einen entkoppelten Zustand überführt.

Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist die Wandelanordnung eine Kugelrollspindel, vorzugsweise eine inverse Kugelrollspindel, die eine Spindelmutter, Kugeln und als Stellglied eine Spindel umfasst. Eine inverse Kugelrollspindel zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine in etwa zylinderförmige Spindelmutter aufweist, an deren Innenmantelfläche eine schraubenförmig verlaufende Nut angeordnet ist, die zur Aufnahme von Kugeln geeignet ist. Die darin angeordneten Kugeln können kann mit entsprechenden Nuten in dem Außenumfang einer Spindel zusammenwirken, sodass bei einer Rotation der Spindelmutter und einem Unterbinden einer Rotation der Spindel eine Rotationsbewegung der Spindelmutter in eine Linearbewegung der Spindel übertragen wird.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Kupplungsvorrichtung ein Abtriebszahnrad, eine Drehmomentübergabehülse und eine Drehmomenteinleitungshülse umfasst, die jeweils so angeordnet sind, dass deren Rotationsachsen parallel zur Linearbewegung des Stellglieds orientiert sind. Typischerweise umgibt das Antriebszahnrad die Spindelmutter in einer Umfangsrichtung. Das Antriebszahnrad weist darüber hinaus eine Stirnverzahnung auf, die sich in Richtung der Linearbewegung des Stellglieds erstreckt. Das Zahnrad weist demnach in Radialrichtung verlaufende erste Verzahnung auf sowie eine zur Radialrichtung senkrecht verlaufende zweite Verzahnung auf, die Stirnverzahnung. Mit dieser Stirnverzahnung kann eine Stirnverzahnung einer Drehmomentübergabehülse in Eingriff gebracht werden. Diese umgibt die Spindelmutter ebenfalls in einer Umfangsrichtung und ist gleitbar in einer Umfangsrichtung der Spindelmutter angeordnet. D.h. die Spindelmutter kann unabhängig von einer Bewegung der Drehmomentübergabehülse rotiert werden. Ein um die Rotationsachse der Spindelmutter rotierendes Abtriebszahnrad kann demnach die Rotation an die Drehmomentübergabehülse weitergeben. Ferner ist eine Drehmomenteinleitungshülse vorgesehen, die rotationsfest mit der Spindelmutter verbunden ist. Dabei kann die Drehmomenteinleitungshülse die Spindelmutter in einer Umfangsrichtung umgeben, wobei das Abtriebszahnrad die Drehmomenteinleitungshülse ebenfalls in einer Umfangsrichtung umschließt. Die Drehmomenteinleitungshülse besitzt darüber hinaus ebenfalls eine in der Richtung der Linearbewegung des Stellglieds orientierte Verzahnung, um mit der Stirnverzahnung der Drehmomentenübergabehülse einzugreifen.

Wird das Abtriebszahnrad um seine Rotationsachse rotiert, führt dies nur zu einer Rotation der Spindelmutter, wenn das Abtriebszahnrad und auch die Drehmomenteinleitungshülse mit ihrer jeweiligen Stirnverzahnung in Eingriff mit der Verzahnung der Drehmomentübergabehülse sind.

Nach einer optionalen Modifikation der Erfindung weist das Abtriebszahnrad eine nach außen gerichtete Verzahnung in Radialrichtung auf, um über ein Zwischenzahnrad mit einem Antriebszahnrad zu kämmen. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung kann die Verbindung zwischen Antriebszahnrad und Abtriebszahnrad auch direkt über die Bauform Winkelgetriebe erfolgen. Die Achse des Rotationsmotors kann z.B. rechtwinklig zur Richtung der Linearbewegung stehen, was die Notwendigkeit eines Zwischenzahnrades entfallen lassen kann. Ferner weist es eine Stirnverzahnung auf, um mit einer Stirnverzahnung der Drehmomentübergabehülse in Eingriff bringbar zu sein. Zudem kann die Drehmomenteinleitungshülse eine nach innen gerichtete Verzahnung in Axialrichtung aufweisen, um mit der Wandelanordnung, insbesondere einer Spindelmutter, in Eingriff zu stehen. Auch weist die Drehmomenteinleitungshülse eine Stirnverzahnung auf, um mit der Stirnverzahnung der Drehmomentübergabehülse in Eingriff bringbar zu sein.

Vorzugsweise ist das Antriebszahnrad in Bezug auf die Richtung der Linearbewegung des Stellglieds starr an dem Gehäuse angeordnet und die Drehmomentübergabehülse in Bezug auf die Richtung der Linearbewegung des Stellglieds starr an der Wandelanordnung angeordnet. Bei einem Verschieben der Wandelanordnung bzw. einer Spindelmutter der Wandelanordnung in Richtung der Linearbewegung der Spindel verschiebt sich also auch entsprechend das Abtriebszahnrad zu der Drehmomenteinleitungshülse. Dadurch ist es möglich, einen über die Drehmomentübergabehülse geschlossenen Kraftfluss zu lösen. Dies kann entweder über ein Lösen der Verzahnung zwischen der Drehmomentübergabehülse und der Drehmomenteinleitungshülse oder zwischen dem Abtriebszahnrad und der Drehmomentübergabehülse von statten gehen. Beispielsweise ist denkbar, dass die Drehmomenteinleitungshülse dazu genutzt wird, die Drehmomentübergabehülse aus einer eingreifenden Verzahnung mit dem Abtriebszahnrad zu drängen. Alternativ kann die Drehmomenteinleitungshülse auch aufgrund der Bewegbarkeit der Wandelanordnung in Richtung der Linearbewegung des Stellglieds einfach aus der Verzahnung mit der Drehmomentübergabehülse herausgezogen werden.

Um das Lösen des Kraftschlusses erst bei einem vorbestimmten Niveau auszuführen gibt es eine Fixiervorrichtung, die die Wandeleinrichtung mit einer gewissen Kraft an einer vorbestimmten Position hält. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Drehmomenteinleitungshülse entlang der Richtung einer Linearbewegung des Stellglieds nicht verschiebbar an der Wandelanordnung, insbesondere einer Spindelmutter einer Wandelanordnung gelagert.

Vorzugsweise umgibt die Drehmomenteinleitungshülse die Wandelanordnung, insbesondere eine Spindelmutter der Wandelanordnung, in ihrer Umfangsrichtung und ist an dieser fest angeordnet. Das Abtriebszahnrad umgibt dabei die Drehmoment- einleitungshülse in ihrer Umfangsrichtung, sodass gleichzeitig sowohl die Stirnverzahnung des Abtriebszahnrads als auch die Stirnverzahnung der Drehmomenteinleitungshülse mit der Verzahnung der Drehmomentübergabehülse in Eingriff bringbar sind.

Ist die Stirnverzahnung der Drehmomentübergabehülse sowohl mit der Stirnverzahnung der Drehmomenteinleitungshülse als auch mit der Stirnverzahnung des Abtriebszahnrads in Eingriff, so ist der Kraftschluss zwischen dem Abtriebszahnrad und der Drehmomenteinleitungshülse bzw. der Wandelanordnung geschlossen. Eine Rotation des Abtriebszahnrads um seine Rotationsachse führt dann zu einer Drehung der Wandelanordnung, die daraus eine Linearbewegung macht.

Nach einer Fortbildung der Erfindung umfasst die Überlastschutzvorrichtung ferner eine Fixiervorrichtung zum elastischen Fixieren der Wandelanordnung an dem Gehäuse in Bezug auf eine zur Linearbewegung des Stellglieds parallelen Richtung.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Fixiervorrichtung ein Federelement aufweist, bei dem in einem Zustand geringerer Spannung die Zahnverbindung des Abtriebszahnrads mit der Drehmomentübergabehülse und die Zahnverbindung der Drehmomentübergabehülse mit der Drehmomenteinleitungshülse in Eingriff stehen.

Vorzugsweise geht bei einem Verschieben der Wandelanordnung gegenüber dem Gehäuse in Richtung der Linearbewegung des Stellglieds die Kupplungsvorrichtung in ihren offenen Zustand über und das komprimierte oder reduziert komprimierte Federelement übt eine Rückstellkraft auf die Wandelanordnung aus, um die Kupplungsvorrichtung in ihren geschlossenen Zustand zurückzuführen.

Vorzugsweise wirkt eine Verschiebung der Wandelanordnung in eine Richtung parallel zur Linearbewegung des Stellglieds dem Zustand geringerer Spannung des Federelements entgegen und führt zu einem außer Eingriff kommen der Stirnverzahnung des Abtriebszahnrads oder der Drehmomenteinleitungshülse mit der Drehmomentübergabehülse. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Federelement dazu ausgelegt ist, eine Kraft auf die Wandelanordnung auszuüben, um diese so zu verschieben, dass die Kupplungsvorrichtung wieder in ihren kraftschlüssigen Zustand übergeht.

Nach einer optionalen Modifikation der Erfindung ist das Federelement zwischen der Drehmomentübergabehülse und einem eine Spindelmutter der Wandelanordnung umgebenden Scheibe angeordnet, die in Längsrichtung der Spindelmutter verschiebbar ist.

Vorzugsweise ist die Drehmomenteinleitungshülse einstückig mit der Wandelanordnung, insbesondere einer Spindelmutter einer Wandelanordnung ausgeführt.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Stellantrieb, der eine Überlastschutzvorrichtung nach einer der vorstehend aufgeführten Varianten umfasst.

Ebenfalls von der Erfindung umfasst ist ein Flugzeug, das einen vorstehend definierten Stellantrieb aufweist.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile werden anhand der nachfolgenden Beschreibung der Figuren ersichtlich. Dabei zeigen:

Fig. 1 : ein Diagramm zur Erläuterung der Nachteile von Überlastsicherung aus dem Stand der Technik,

Fig. 2: eine schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Über- lastsch utzvorrichtu ng ,

Fig. 3: eine perspektivische Schnittansicht der Kupplungsvorrichtung,

Fig. 4: eine perspektivische Schnittansicht der Kupplungsvorrichtung in der die

Drehmomentübergabehülse beabstandet ist, Fig. 5: eine schematische Querschnittsansicht der Überlastschutzvorrichtung bei einer Druckkraft auf das Stellglied, die zu einem Öffnen der Kupplungsvorrichtung führt,

Fig. 6: eine schematische Querschnittsansicht der Überlastschutzvorrichtung mit einem eingezeichneten Kraftfluss bei einer auf das Stellglied wirkenden Druckkraft,

Fig. 7: eine perspektivische Ansicht der Kupplungsvorrichtung in einem aufgrund Druckkraft entkoppelten Zustand der Kupplungsvorrichtung,

Fig. 8: eine schematische Querschnittsdarstellung der Überlastschutzvorrichtung bei einer auf das Stellglied wirkenden Zugkraft, die zu einem Öffnen der Kupplungsvorrichtung führt,

Fig. 9: eine schematische Querschnittsdarstellung der Überlastschutzvorrichtung mit einem eingezeichneten Kraftfluss bei einer auf das Stellglied wirkenden Zugkraft,

Fig. 10: die Kupplungsvorrichtung in einer perspektivischen Teilschnittansicht in einem aufgrund von Zugkraft entkoppelten Zustand,

Fig. 11 : eine schematische Querschnittsansicht der Überlastschutzvorrichtung bei einem Anschlagen des Stellglieds an einen Endanschlag, der zum Öffnen der Kupplungsvorrichtung führt, und

Fig. 12: eine schematische Querschnittsdarstellung der Überlastschutzvorrichtung bei einem Anschlag an einem anderen Endanschlag, der zum Öffnen der Kupplungsvorrichtung führt. Der Grundgedanke der Erfindung ist, die Überlastschutzeinrichtung soweit wie möglich in Richtung Ausgang des Stellgerätes zu legen, um den Einfluss von Reibung und somit die Streuung der Auslösekraft zu minimieren. Hierzu wird die Überlastschutzeinrichtung in den linear wirkenden Bereich des Stellgerätes gelegt. Figur 2 bis Figur 7 zeigt eine beispielhafte Ausführung der Erfindung. Das beispielhafte Stellgerät besteht aus einem Elektromotor 160, welcher über ein Stirnradgetriebe 170 eine inverse Kugelrollspindel 180 antreibt. Das Getriebe besteht aus einem Antriebszahnrad 190, einem Zwischenzahnrad 200 und einem Abtriebszahnrad 210.

Das Zwischenzahnrad 200 ist erforderlich um einen für den Platzbedarf des Elektromotors ausreichend großen Achsversatz zur Kugelrollspindel 180 herzustellen. Die inverse Kugelrollspindel 180 besteht aus einer Spindel 220, einer Spindelmutter 230 und Kugeln 240. Das funktionale Zusammenspiel von Spindel 220, Spindelmutter 230 und Kugeln 240 ist identisch zum bekannten Kugelgewindetrieb. Die Spindel 220 wird mit einer nicht dargestellten Anordnung daran gehindert sich zu drehen. Die Spindelmutter 230 wird mit der im Folgenden beschriebenen Anordnung daran gehindert, sich im Nennbetrieb axial zu bewegen. Nennbetrieb heißt in diesem Zusammenhang jeder Betrieb außerhalb des Wirksamwerdens des Überlastschutzes. Durch diese Einschränkung der Freiheitsgrade erfährt die Spindel 220 die gewünschte Linearbewegung in Folge einer Drehung der Spindelmutter 230.

Erfindungsgemäß wird der Überlastschutz nun dadurch erreicht, dass bei Überschreiten eines Grenzwertes der Axialkraft an der Spindel 220 die drehmomentübertragende Verbindung zwischen Spindelmutter 230 und Abtriebszahnrad 210 geöffnet wird. Dadurch kann sich die Spindelmutter 230 unabhängig vom Elektromotor drehen und die Spindel 220 kann unter der äußeren Kraft zurückweichen. Die lösbare drehmomentübertragende Verbindung besteht aus den Komponenten Abtriebszahnrad 210, Drehmomentübergabehülse 250 und Drehmomenteinleitungshülse 260. Die drei Komponenten besitzen Stirnverzahnungen wie in Figur 4 gezeigt. Figur 3 ist eine räumliche, geschnittene Darstellung der drei Komponenten im Zustand, wie in Figur 2 gezeigt.

Figur 4 ist die gleiche Anordnung wie in Figur 3, jedoch axial so weit voneinander getrennt, dass die Stirnverzahnungen besser sichtbar sind. Der Drehmomentfluss vom Elektromotor kommend geht zum Getriebe 170, von dort zum Abtriebszahnrad 210, über die Stirnverzahnung des Abtriebszahnrades 210 zur Drehmomentübergabehüise 250, von dort zur Drehmomenteinleitungshülse 260, welche es dann über Radialklauen 270 in die Spindelmutter 230 einleitet. Um die Drehmomentübertragung im Nennbetrieb zu gewährleiten, müssen die Verzahnungen ineinandergreifen. Das Ineinandergreifen der Stirnverzahnung zwischen der Drehmomentübergabehüise 250 und der Drehmomenteinleitungshülse 260 wird durch das Tellerfederpaket 280 sichergestellt, welches mit der Auslösekraft der Überlastschutzeinrichtung vorgespannt ist. Der Kraftfluss dieser Vorspannkraft ist folgender: Vom rechten Ende des Tellerfederpaketes 280 gelangt die Vorspannkraft in die Drehmomentübergabehüise 250, welche sich an der Drehmomenteinleitungshülse 260 axial abstützt. Von dort wird die Vorspannkraft weitergeleitet in den Innenring des Radiallagers 290 um von dort über den Abstützring 300, die Spindelmutter 230, das Axiallager 310 und die Scheibe 320 zurück zum Tellerfederpaket 280 zu gelangen. Das Ineinandergreifen der Stirnverzahnung zwischen dem Abtriebszahnrad 210 und der Drehmomentübergabehüise 250 wird dadurch gewährleitet, dass sich die Anordnung mit nur minimalem axialen Spiel zwischen den ortsfesten Axiallagern 320 und 330 befindet und dies ein Öffnen der Stirnverzahnung verhindert.

Figur 5 zeigt nun den Zustand, wenn die Druckkraft 340 auf das Stellgerät die Auslösekraft der Überlasteinrichtung überschreitet. Die Druckkraft 340 übersteigt die Vorspannkraft des Tellerfederpaketes 280 was zur Folge hat, dass sich die Stirnverzahnungen von Abtriebszahnrad 210 und der Drehmomentübergabehüise 250 voneinander trennen.

Figur 6 zeigt den Kraftfluss durch das Stellgerät. Die Spindelmutter hat keine drehmomentübertragende Verbindung mehr zum Elektromotor 160, beginnt sich unter der Drucklast 340 zu drehen und die Spindel 220 weicht zurück. Die Position der Stirnverzahnungen zueinander in diesem Zustand ist auch in Figur 7 dargestellt. Eine Anordnung 350 fixiert das Abtriebszahnrad 210 axial und verhindert, dass sich in Folge der Axialbewegung zur Komprimierung des Tellerfederpaketes 280 das Abtriebszahnrad 210 axial nach links bewegt und sich damit die Stirnverzahnungen von Abtriebszahnrad 210 und der Drehmomentübergabehülse 250 nicht voneinander trennen würden.

Figur 8 zeigt den Zustand, wenn die Zugkraft 360 auf das Stellgerät die Auslösekraft der Überlasteinrichtung überschreitet. Die Zugkraft 360 übersteigt die Vorspannkraft des Tellerfederpaketes 280 was zur Folge hat, dass sich die Stirnverzahnungen von Drehmomentübergabehülse 250 und Drehmomenteinleitungshülse 260 voneinander trennen.

Figur 9 zeigt den Kraftfluss durch das Stellgerät. Die Spindelmutter hat keine drehmomentübertragende Verbindung mehr zum Elektromotor 160, beginnt sich unter der Zuglast 360 zu drehen und die Spindel 220 bewegt sich in Richtung Zugkraft. Die Position der Stirnverzahnungen zueinander in diesem Zustand ist auch in Figur 10 dargestellt. Eine Anordnung 370 fixiert die Drehmomenteinleitungshülse 260 axial zur Spindelmutter 230 und verhindert, dass sich in Folge der Axialbewegung zur Komprimierung des Tellerfederpaketes 280 die Drehmomenteinleitungshülse 260 axial nicht bewegt und sich damit die Stirnverzahnungen von Drehmomentübergabehülse 250 und Drehmomenteinleitungshülse 260 nicht voneinander trennen würden.

Die Streuung der Auslösekraft dieser Überlastschutzeinrichtung wird nur von Reibungen in linearen Bewegungen bestimmt und ist somit unabhängig von Reibungsverhältnissen in Kugelrollspindel, Getriebe und Rotationskupplung und somit auch unabhängig von den Betriebsarten„Antreibfall" und„Rücktreibfall", wie in Figur 1 thematisiert. Die Streuung der Auslösekraft dieser Überlastschutzeinrichtung ist somit ungleich geringer als bei Überlastschutzeinrichtungen nach dem Stand der Technik. Den größten Anteil der Reibung in der linearen Bewegung steuert das Tel- lerfederpaket bei. Da es jedoch sowohl bei Drucklast 340 wie auch bei Zuglast 360 komprimiert wird, also immer die gleiche Bewegungsrichtung erfährt, wirkt dieser Reibungsanteil immer in die gleiche Richtung und kann bei der Einstellung der Vorspannkraft des Tellerfederpaketes 280 kompensiert werden. In die Streuung der Auslösekraft dieser Überlastschutzeinrichtung fließt somit nicht die gesamte Reibungshysterese des Tellerfederpaketes 280 mit ein sondern nur die Streuung des aufsteigenden Astes der Reibungshysterese.

Es ist eine weitere, übliche Forderung solcher Stellgeräte, dass Fahrten mit voller Laufgeschwindigkeit gegen geräteinterne Stellwegbegrenzungen keine Schädigung des Stellgerätes zur Folge haben dürfen. Im Nennbetrieb kommen solche Endanschlagsfahrten nicht vor, da solche Stellgeräte in stellwegbegrenzenden Regelkreisen arbeiten. Bei Installations- oder Überprüfungsarbeiten kann dies jedoch nicht ausgeschlossen werden. Daraus möglicherweise entstehende Vorschädigungen könnten unerkannt bleiben und den sicheren Flugbetrieb beeinträchtigen. Aus den Figuren 11 und 12 ist ersichtlich, dass auch diese Forderung mit der Erfindung abgedeckt werden kann.

Figur 11 zeigt das Auslösen der Überlastfunktion bei einer Fahrt an den Endanschlag in Ausfahrrichtung, Figur 12 dasselbe in Einfahrrichtung. In dem Moment, an welchem die Spindel 220 den internen Endanschlag 380 (in Figur 11) oder 390 (in Figur 12) kontaktiert, baut sich an der Spindelmutter 230 ein Drehmoment auf, da einerseits am Elektromotor 160 immer noch das Antriebsmoment anliegt und da andererseits die schlagartige Drehzahländerung infolge der Blockierung ein Trägheitsmoment hervorruft, welches sich zum Antriebsmoment addiert. Diese Drehmomentsumme wird von der Kugelrollspindel 180 in eine Linearkraft umgewandelt, welche analog zum oben beschriebenen Ablauf zum Trennen der betroffenen Stirnverzahnung führt (in Figur 11 Trennung von Abtriebszahnrad 210 und Drehmomentübergabehülse 250, und in Figur 12 Trennung von Drehmomentübergabehülse 250 und Drehmomenteinleitungshülse 260). Nach der Trennung kann sich der Elektromotor 160 weiterdrehen bis eine üblicherweise vorhandene, übergeordnete Systemüberwachung die fehlerhafte Motordrehung erkennt und den Elektromotor 160 von der Stromversorgung trennt. Das Stellgerät kommt zur Ruhe ohne schädigende Lastspitze erfahren zu haben.