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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Überwachung und/oder Erkennung eines Betriebszustands einer bewegbaren Komponente eines Luftfahrzeuges, wobei das System eine bewegbare Komponente und eine Überwachungseinrichtung aufweist.
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Es sind Sensorsysteme zur Überwachung der korrekten Funktion von Steuerflächen, insbesondere an den Tragflächen eines Flugzeugs aus dem Stand der Technik bekannt. Flugzeuge aus dem Stand der Technik sind in bekannter Weise mit Steuerflächen, wie Vorflügeln und Landeklappen ausgerüstet, um die aerodynamischen Eigenschaften der Tragflächen zu verändern.
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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 Teilbereich der Klappe antreiben.
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Laufen die Aktuatoren nicht synchron, kommt es zu einer Schiefstellung der Klappe („Skew“) bis zum Totalausfall aufgrund mechanischer Verklemmung. Es kann auch zu einem Lösen der Klappe von einer Struktur oder einem Aktutator („Disconnect“) kommen.
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Bei bekannten Flugzeugmustern aus dem Stand der Technik werden „Disconnect“-Fehler zwischen einem Aktuator und der Klappe im Rahmen von visuellen Inspektionen erkannt. Da diese in einem bestimmten Überprüfungsintervall durchgeführt werden, ist es notwendig, dass die Aktuatoren auf eine höhere Belastung, entstehend durch den „Disconnect“ am anderen Aktuator, in Kombination mit dem Überprüfungsintervall, z.B. 10.000 Flugzyklen, ausgelegt werden und somit erhöhtes Gewicht haben.
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Flugzeugmuster nach neuerer Bauart bzw. Zulassung nach aktuellen Zulassungsvorschriften verwenden zur Detektion eines Fehlers Sensorsysteme, die „Disconnect“ und/oder auch „Skew“-Fehler unmittelbar oder innerhalb eines Fluges erkennen können. Dies ist nach aktuellen Zulassungsvorschriften notwendig, da es sich bei den genannten Fehlern um Fehler handelt die unmittelbar zu einem CAT Endeffekt führen können oder in Kombination mit einem schlafenden Fehler in diesem enden können.
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Bei der Verwendung von Positionssensoren werden diese dazu möglichst derart eingebaut, dass ein „Skew“ bzw. ein Klemmen und/oder ein „Disconnect“ an allen Stellen der Kinematik oder auch des Antriebssystems, also am Aktuator, damit detektiert werden können. Dies bedeutet, dass sie möglichst direkt mit der zu überwachenden Klappe verbunden werden.
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Bei der Verwendung von Lastsensoren können die Sensoren freier platziert werden, doch sollten diese auch möglichst die aerodynamischen Kräfte auf den Aktuator messen. Zusätzlich ist bei diesen sicherzustellen, dass keine neuen schlafenden Fehler durch das Sensorsystem selbst initiiert werden. Des Weiteren können die auftretenden Fehlerlasten in den Klappensystemen, also in den Slat- und/oder Flap-Systemen, sich derart darstellen, dass in manchen Situationen eine rein auf Last basierte Überwachung nur sehr schwer bis gar nicht möglich ist.
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Nachteilig am Stand der Technik ist, dass die Integration der Sensoren mit direkter Anbindung an die Struktur bzw. Klappe aufwändig ist.
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Ebenso können nicht alle Fehler mit den jeweiligen Systemen optimal abgedeckt werden und die Klappen und Flügelstruktur müssen teilweise darauf ausgelegt werden, um diese Fehler abdecken zu können, was zu höheren Gewichten führen kann.
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Schlafende Fehler in den Sensorsystemen selbst werden teilweise über Wartungsintervalle oder zusätzliche Sensoren abgedeckt, was bspw. Kosten verursacht.
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Die notwendige Auflösung von reinen positions- oder lastbasierten Systemen ist teilweise sehr hoch und bedingt damit teure Sensortechnologien.
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Nicht alle Fehler können durch sehr robuste Überwachungseinrichtungen bzw. Monitore abgedeckt werden und somit leidet teilweise die Robustheit, um die sicherheitskritischen Aspekte abdecken zu können.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein oben genanntes System, insbesondere im Hinblick auf die Systemintegration, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Demnach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das System ferner einen mit der Überwachungseinrichtung verbundenen Kombinationssensor aufweist, der derart ausgebildet und angeordnet ist, um einen kinematischen und/oder kinetischen Zustand der Komponente zu erfassen, wobei die Überwachungseinrichtung derart ausgebildet ist, um einen Betriebszustand der Komponente zu überwachen und/oder zu erkennen.
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Unter einer bewegbaren Komponente ist vorzugsweise zu verstehen, dass die Komponente im Ganzen oder ein Teil der Komponente bewegbar ist.
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Ein kinematischer Zustand der Komponente umfasst vorzugsweise eine Position, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der Komponente oder eines Teils der Komponente.
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Ein kinetischer Zustand der Komponente umfasst vorzugsweise eine auf die Komponente oder auf einen Teil der Komponente wirkende Last, insbesondere eine auf die Komponente wirkende Kraft und/oder ein auf die Komponente wirkendes Drehmoment.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Betriebszustand eine Schiefstellung der Komponente und/oder ein Lösen der Komponente von einer Struktur umfasst oder ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung derart ausgebildet ist, um die Funktionsfähigkeit des Kombinationssensors zu überwachen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Überwachung der Funktionsfähigkeit durch einen Vergleich eines durch den Kombinationssensor erfassten kinematischen Zustands der Komponente mit einem durch den Kombinationssensor erfassten kinetischen Zustands der Komponente erfolgen kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kombinationssensor einen Kinematiksensor und einen Kinetiksensor umfasst, wobei der Kinematiksensor und der Kinetiksensor vorzugsweise ein Element, beispielsweise eine Messspule, teilen und/oder vorzugsweise bereichsweise ein gemeinsames Gehäuse aufweisen.
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Der Kinematiksensor und der Kinetiksensor können auch als separate Einheiten ausgeführt sein und/oder vorzugsweise in der Komponente, insbesondere in einem Aktuator, verbaut sein.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kinematiksensor ein diskreter und/oder inkrementeller Sensor ist und/oder wobei der Kinetiksensor derart ausgebildet ist, um eine Richtung eines kinetischen Zustands der Komponente zu erfassen.
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Der Kombinationssensor weist vorzugsweise eine Kombination von Messsystemen, also eines kinematischen und eines kinetischen Messsystems auf. Vorzugsweise weisen beide Messsysteme mindestens ein gemeinsames Element auf.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das System einen Aktuator umfasst, wobei der Kombinationssensor in oder an dem Aktuator angeordnet ist und/oder wobei in der Komponente kein Kombinationssensor und/oder kein Sensor angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Komponente eine Auftriebshilfe, insbesondere einen Vorflügel oder eine Landeklappe, einen Aktuator und/oder einen Antriebsstrang umfasst oder daraus besteht.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das System einen weiteren Kombinationssensor umfasst, wobei die Überwachungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass ein Überwachen und/oder Erkennen des Betriebszustands der Komponente und/oder eine Überwachung der Funktionsfähigkeit des Kombinationssensors und/oder des weiteren Kombinationssensors durch einen Vergleich eines durch den Kombinationssensor erfassten kinematischen und/oder kinetischen Zustands der Komponente mit einem durch den weiteren Kombinationssensor erfassten kinematischen und/oder kinetischen Zustands der Komponente erfolgen kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Vergleich eines durch den Kombinationssensor erfassten kinematischen oder kinetischen Zustands der Komponente mit einem durch den weiteren Kombinationssensor erfassten weiteren kinematischen oder kinetischen Zustands der Komponente durch Umrechnung des kinematischen oder kinetischen Zustands in einen kinematischen oder kinetischen Zustand erfolgen kann.
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Vorzugsweise erfolgt ein Vergleich eines kinematischen Zustands mit einem kinetischen Zustand durch Umrechnung des kinematischen Zustands in einen kinetischen Zustand. Die Umrechnung kann über die Steifigkeit der Komponente oder eines Teilbereichs der Komponente erfolgen. Ebenso kann ein Vergleich eines kinetischen Zustands mit einem kinematischen Zustand durch Umrechnung des kinetischen Zustands in einen kinematischen Zustand erfolgen.
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Zur Umrechnung und/oder zum Vergleich können auch noch weitere Sensoren wie z.B. Positionssensoren und/oder Last- und/oder Stromsensoren verwendet werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Luftfahrzeug, insbesondere Flugzeug mit einem erfindungsgemäßen System.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung und/oder Erkennung eines Betriebszustands einer bewegbaren Komponente eines Luftfahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen System, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- - Erfassen eines kinematischen und/oder kinetischen Zustands einer Komponente durch einen Kombinationssensor;
- - Überwachen und/oder Erkennen eines Betriebszustands der Komponente.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Betriebszustand eine Schiefstellung der Komponente und/oder ein Lösen der Komponente von einer Struktur umfasst oder ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Lösen der Komponente, welches vor einem Bereich, in dem der Kombinationssensor angeordnet ist, durch die Erfassung eines kinematischen und kinetischen Zustands der Komponente und ein Lösen der Komponente, welches hinter einem Bereich, in dem der Kombinationssensor angeordnet ist, nur durch die Erfassung eines kinetischen Zustands der Komponente erfolgt.
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Die räumlichen Angaben, wie „vor“ oder „hinter“ beziehen sich vorzugsweise auf die räumliche Anordnung an dem Luftfahrzeug.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Überwachen und/oder Erkennen eines Betriebszustands der Komponente durch die Erfassung eines kinematischen Zustands der Komponente erfolgt, nachdem ein kinetischer Zustand der Komponente einen Grenzwert erreicht oder überschreitet und/oder dass ein Überwachen und/oder Erkennen eines Betriebszustands der Komponente durch die Erfassung eines kinetischen Zustands der Komponente erfolgt, nachdem ein kinematischer Zustand der Komponente einen Grenzwert erreicht oder überschreitet.
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Vorzugsweise sind die Merkmale des Systems mutatis mutandis auch Merkmale des Verfahrens. Vorzugsweise sind die Merkmale des Verfahrens mutatis mutandis auch Merkmale des Systems.
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An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein“ und „eine“ nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente. Weiterhin können alle hierin beschriebenen Merkmale der Erfindung beliebig miteinander kombiniert oder voneinander isoliert beansprucht werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Effekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren, in welchen gleiche oder ähnliche Bauteile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Hierbei zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems.
- 2: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Systems aus dem Stand der Technik.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes System mit zwei Klappen 1 dargestellt. Eine Klappe 1 wird über zwei Aktuatoren 2 angetrieben. Jeder Aktuator 2 weist einen Kombinationssensor 3 auf. Die Aktuatoren 2 werden über ein Antriebsstrang, welcher durch eine Antriebseinheit 4 angetrieben wird, angetrieben. Der Antriebsstrang weist eine Bremse 5 auf. Ebenso ist ein Asymmetriesensor 6 vorhanden.
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2 zeigt ein System aus dem Stand der Technik, welches an Stelle eines Kombinationssensors 3 einen unabhängig an die Klappe angebundenen Positionssensor 3a aufweist.
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In anderen Worten erfolgt vorzugsweise eine Kombination von Positions- und Drehmomentsensoren in einem Gerät, also in einem Kombinationssensor zur Überwachung von „Skew“ und/oder „Disconnect“-Fehlern in einem Hochauftriebssystem.
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Vorzugsweise erfolgt eine Integration von Positions- und Drehmomentsensoren in einem Aktuator und/oder in einem Gerät an einem Ausgang.
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Vorzugsweise weist das System Einzelklappenantriebe nur mit Sensorik im Aktuator ohne den zusätzlichen Bedarf an Sensoren an bzw. sehr nahe an der Klappe auf.
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Vorzugsweise erfolgt eine gemeinsame Verwendung von Informationen von absoluten und/oder inkrementellen Positionssensoren und Drehmomentsensoren zur gegenseitigen Erhöhung der Robustheit der Überwachung.
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Vorzugsweise erfolgt eine Verwendung der Drehmomentinformation zur Erkennung eines Lastnulldurchgangs und Verwendung der Information, um inkrementelle Sensoren mit höherer Auflösung und/oder wenig Hysterese zu ermöglichen.
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Vorzugsweise erfolgt eine Verwendung der Positions- und/oder Lastinformation zur Überwachung des jeweils anderen Sensortyps auf korrekte Funktion.
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In vorteilhafter Weise erfolgt eine Kombination zweier Sensorsysteme, z.B. Last- und Positionssensor und ein Vereinen der Vorteile der jeweiligen Sensorsysteme in einem Konzept.
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In vorteilhafter Weise erfolgt eine Erhöhung der Robustheit der „Skew“ und/oder „Disconnect“-Überwachungseinrichtung durch Verwendung beider Sensorinformationen.
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In vorteilhafter Weise erfolgt eine Integration beider Sensoren an einer gut zugänglichen Stelle die vorzugsweise besser zugänglich ist als eine Stelle an der bekannte Positionssensoren angeordnet sind.
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In vorteilhafter Weise erfolgt eine Reduzierung des Verkabelungsaufwands bei Verwendung von mehreren Sensortechnologien.
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In vorteilhafter Weise erfolgt eine Reduzierung der nötigen Auflösung der jeweiligen Sensoren. Z.B. kann ein diskreter Sensor anstatt eines absoluten Sensors für Positionserkennung verwendet werden und/oder eine kleinere Auflösung für Lasterkennung erfolgen. Damit erfolgt vorzugsweise eine kostengünstigere Umsetzung.
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In vorteilhafter Weise erfolgt eine gegenseitige Überwachung der Sensoren auf Funktion und somit ein Ausschluss oder eine Reduzierung von schlafenden Fehlern.
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In vorteilhafter Weise erfolgt eine Reduzierung des Installationsaufwands in der Montage durch Kombination von zwei Sensoren.
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In vorteilhafter Weise erfolgt eine Verbesserung der Zugänglichkeit der zu installierenden Sensoren.
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In vorteilhafter Weise erfolgt eine Reduzierung des benötigten Installationsbauraums.
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In vorteilhafter Weise erfolgt eine Kostenreduzierung durch gemeinsame Nutzung von Bauteilen, z.B. einer Magnetspule, eines Steckers, eines Gehäuses und/oder einer Verkabelung.
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In vorteilhafter Weise erfolgt eine Erhöhung der Robustheit der Überwachungsfunktionen.
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In vorteilhafter Weise erfolgt eine Lastreduzierung im Aktuator und in der betroffenen Struktur durch Reduzierung der auftretenden Kräfte im Fehlerfall.
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In vorteilhafter Weise erfolgt eine gegenseitige Überwachung der, insbesondere beiden, Sensoren auf Funktion und somit Ausschluss oder eine Reduzierung von schlafenden Fehlern.
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Der Kombinationssensor ist vorzugsweise so nahe wie möglich an der Komponente bspw. Klappe angeordnet, insbesondere um den Fall eines „Disconnects“ in allen notwendigen Bauteilen überwachen zu können.
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Der Kombinationssensor ist vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet, um in allen relevanten „Skew“ und/oder „Disconnect“-Bedingungen die geforderten Differenzwinkel bzw. die Lasten in gefordertem Maße zu erkennen und/oder zu limitieren.
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Der Kombinationssensor verbindet vorzugsweise alle Funktionalitäten von Sensoren aus dem Stand der Technik in einer Einheit und erweitert diese um eine Lastmessung und Überwachung der Sensorik.
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Die bekannten Fehlerfälle, welche zu einem „Skew“ oder zu einem „powered Skew“ führen weisen einen Fehlerort meist vor der Messstelle von Drehmoment und/oder Position eines Aktuators auf. Daher kann die Überwachung von „Skew“-Fehlern über die, insbesondere beiden, Sensoren oder auch gemeinsam in Kombination erfolgen. Vorzugsweise kann die Auflösung der Überwachung durch Verwendung der, insbesondere beider, Sensorinformationen erhöht werden oder die Robustheit gesteigert werden.
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Vorzugsweise werden alle Fehlerfälle vor der Messstelle im Aktuator über positions- und/oder drehmomentbasierte Messungen erkannt. Alle Fehlerfälle, welche nach der Messstelle auftreten werden vorzugsweise über reine Drehmomentmessung erkannt. Auch hier kann die Robustheit wie auch die Auflösung durch den Kombinationssensor vorteilhaft sein.
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Die Robustheit wie auch die Erkennbarkeit von Fehlerfällen kann dadurch erhöht werden, indem eine kombinierte Überwachung von beiden Werten eingeführt wird. So kann z.B. eine Lastdifferenzüberwachung erst bei Differenzwinkeln welche größer eines bestimmten Wertes sind, aktiviert werden.
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Dies kann auch in umgekehrter Weise der Fall sein, dass eine Differenzwinkelüberwachung erst aktiviert wird, wenn ein Mindestmaß an Belastung vorhanden ist. Durch die Kombination der beiden Messprinzipien, abhängig von der aktuellen Position, kann für jeden der einzelnen Überwachungseinrichtungen ein robusterer Grenzwert definiert werden, ohne dabei die geforderten Sollwerte zu überschreiten.
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Vorzugsweise ist es im Falle von voneinander unabhängigen Messprinzipien somit auch möglich die beiden Sensorwerte und/oder Sensordifferenzen einer Klappe oder auch der gegenüberliegenden Flügel zueinander oder auch der Abweichung zur gemessenen Position (APPU, PPU) zu vergleichen und damit über eine Korrelation der Differenzen und/oder Abweichungen eine Aussage über die Funktion der Sensoren zu treffen. Bei einer Umrechnung der Differenzposition über die Steifigkeit zu einer Last können somit die Werte der Positionssensoren zu den Werten der Drehmomentsensoren verglichen werden.
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Bei inkrementellen Messsystemen ist die erreichbare Genauigkeit über die auftretenden Spiele wie auch Steifigkeiten mit beeinflusst. Bei diesen Systemen kann eine höhere Genauigkeit erreicht werden, wenn die zusätzliche Information über Lastrichtung vorhanden ist. Somit kann dieser Vorteil erheblich zum Tragen kommen und den Vorteil von kostengünstigen inkrementellen Systemen ermöglichen.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn der Kombinationssensor derart ausgeführt ist, dass Teile der Messsysteme in dem Kombinationssensor gemeinsam verwendet werden können und somit eine Überprüfung der Funktionalität von bestimmten Funktionsgruppen ermöglicht wird. Bspw. kann dieselbe Messspule für Drehmoment- und Positionsmessung benutzt werden.
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Die Auswahl der Position der Sensoren, bspw. Eingang oder Ausgang, kann auch durch die Kombination der Sensoren verändert werden, was bei alleiniger Verwendung nur eines Sensorprinzips durch eine unabhängige Anbindung an die Struktur nicht zulassbar wäre. Dadurch kann der Kombinationssensor nur in dem Aktuator angeordnet werden und keine weiteren Sensoren in der Struktur, also in bewegten Teilen angeordnet sein.