DE3304431A1 - Servobremse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Servobremse, insbesondere zur Abbremsung des freien Endes einer Welle bzw. eines Wellenstummels.

Derartige Servobremsen finden vor allem als Notbremsen von Klappenantrieben in Flugzeugen Verwendung. Die Klappen werden über Betätigungseinheiten (z.B. Kugelrollspindeln) , die von einer längs in den Flügeln verlaufenden Welle angetrieben werden, verstellt. Bei einem Bruch irgendwo im Antriebssystem treten infolge der vorhandenen aerodynamischen Lasten unkontrollierte Bewegungen der Klappen auf,, die die Aerodynamik des gesamten Flügels unzulässig beeinflussen und/oder zu einer Deformierung bzw. Zerstörung von Bauteilen führen können. Es ist daher erforderlich, die in den Flügeln verlaufenden Antriebswellen im Falle eines Bruches abzubremsen. Der Abbremsvorgang muß einerseits so schnell als möglich erfolgen, d.h. die Bremse muß schnell ansprechen, das Bremsmoment soll jedoch begrenzt sein, da sonst gegebenenfalls ein weiterer Bruch der Welle erfolgt.

Üblicherweise werden die Klappenantriebe mit paarweise installierten Positionsgebern überwacht, die bei Überschreiten einer bestimmten Asynchronität ein Signal abgeben, das die entsprechenden Bremsen für die Antriebswellen in den Flügeln aktiviert.

Es ist bereits bekannt, zum angegebenen Zweck elektromagnetisch betätigte Bremsen einzusetzen. Da 0 die erforderlichen Bremsmomente jedoch erheblich sind, haben derartige Bremsen ein Bauvolumen und Gewicht, das ihre Anwendung auf einige Spezialfälle beschränkt.

Als weitere Möglichkeit bietet sich eine elektro-5 hydraulisch betätigte Bremse an, da in jedem Flugzeug normalerweise ein Hydraulikkreis vorhanden ist. An

diesen Hydraulikkreis sind jedoch eine ganze Reihe Verbraucher angeschaltet, was dazu führt, daß der Druck in diesem Kreis starken Schwankungen unterliegt. Es ist offensichtlich, daß eine derartige elektrohydraulisch betätigte Bremse auf dem niedrigstmöglichen Betriebsdruck ausgelegt werden muß, um auch unter ungünstigen Bedingungen ein sicheres Ansprechen zu gewährleisten. Der Bereich der möglichen Druckschwankungen ist jedoch so groß, daß es in diesem Fall Schwierigkeiten macht, die Bremse mit dem maximal auftretenden hydraulischen Druck zu beaufschlagen. Jedenfalls ergeben ohne die Vorsehung weiterer Steuereinrichtungen unterschiedliche Drucke auch unterschiedliche Bremsmomente, was unerwünscht ist. Nachteilig ist weiterhin, daß ein hydraulischer Anschluß in den Flügelenden nicht immer verfügbar ist.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, elektromechanische Servobremsen vorzusehen, bei denen ein mechanischer Energiespeicher, beispielsweise in Form eines Federpakets durch einen Ausklinkmechanismus freigegeben wird. Derartige Bremsen können zwar entsprechend klein gebaut werden, sie haben jedoch den Nachteil, daß sie irreversibel, d.h. nicht automatisch rückstellbar sind, sondern jedesmal durch einen äußeren Eingriff zurückgesetzt bzw. gelüftet werden müssen. Im Hinblick auf die Anforderung, derartige Bremsen routinemäßig auszuprobieren, hat sich diese Bauart verständlicherweise nicht durchsetzen können.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Servobremse zu schaffen, die bei kleinen baulichen Abmessungen ein hohes Bremsmoment liefert und welche die Nachteile der bekannten Bremsen nicht aufweist. 35

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Von einer relativ kleindimensionierten Stolleinheit, die

beispielsweise eine elektromagnetische oder auch hydraulische Bremse sein kann, wird ein Hilfsbremsmoment erzeugt/welches einen Mechanismus zum Ansprechen bringt/ wie er üblicherweise in Drehmomentbegrenzern Verwendung findet. Dessen Kernstück ist ein an sich bekannter Kugel-Rampen-Mechanismus. Dabei wird eine Abtriebsscheibe über auf Rampenbahnen rollende Kugeln von einer Antriebsscheibe mitgenommen. Für den Fall, daß die Abtriebsscheibe leicht abgebremst wird, geraten die jQ Kugeln aus ihrer Ruhelage und verschieben die Abtriebsscheibe axial gegen einen drehfest angeordneten Bremsbelag/ wodurch die Abtriebsscheibe relativ schnell endgültig abgebremst wird.

!5 Für die Anwendung als Notbremse in Klappenbetätigungssystemen von Flugzeugen, bei denen die Signalübertragung elektrisch erfolgt, hat sich eine Kombination aus elektromagnetischer Bremse zur Erzeugung des Hilfsbremsmomentes und einem an sich bekannten Mechanismus, wie e^r üblicherweise in Drehmomentbegrenzern Verwendung findet als besonders vorteilhaft erwiesen. Eine derartige Bremse erfüllt in hervorragender Art und Weise sämtliche Anforderungen, die speziell im Anwendungsfall gestellt werden, d.h. geringes Gewicht, kleines Bauvolumen, hohes, aber eindeutig definiertes Bremsmoment und elektrische Ansteuerung.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der ünteransprüche.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Servobremse Fig. 2 einen Teilschnitt in der Ebene A-A in Fig. 1,

und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2.

In einem zylindrischen Gehäuse 10 mit beidseitig ausgebildeten Montageflanschen ist koaxial eine Welle 12 gelagert, deren eines Ende aus dem Gehäuse herausragt und zum Anschluß an eine zu überwachende bzw. abzubremsende Welle mit einer Innenverzahnung 14 versehen ist.

Um das gegenüberliegende Ende der Welle herum ist im Gehäuse ein Elektromagnet 16 angeordnet, der mit einer

•jo Ankerplatte 18 und einer Feder 20 derart zusammenwirkt, daß der Elektromagnet 16 im erregten Zustand die Ankerplatte 18 gegen die Kraft der Feder 20 anzieht, d.h., daß diese Ankerplatte im eingeschalteten Zustand des Elektromagneten an diesem anliegt. Der Ankerplatte 18 benachbart ist eine Reibscheibe 22 angeordnet, die bei der gezeigten Ausführungsform als Kreisring ausgebildet ist und die axial längs einer Kupplungsverzahnung auf einer Wellenhülse 24 verschieblich ist.- Die Reibscheibe 22 wirkt einerseits mit der Ankerplatte 18 und andererseits mit einer Ringschulter 26 des Gehäuses 10 derart zusammen, daß sie bei eingeschaltetem Elektromagnet frei drehbar ist, bei freigegebener Ankerplatte jedoch mittels der Feder 20 zwischen Ringschulter 26 und Ankerplatte 18 eingeklemmt wird und ein entsprechendes Bremsmoment erzeugt.

Auf der Wellenhülse 24 ist ein Paket Tellerfedern 28 angeordnet, die zwischen einem Bund der Wellenhülse und einer Anschlagscheibe 30 eingespannt sind. Die Anschlagscheibe 30 ist auf der Wellenhülse 24 axial verschieblich und wird von den Tellerfedern 28 gegen eine Schulter der Wellenhülse gedrückt. Diese Bauart ermöglicht somit ein Ausweichen der Anschlagscheibe 30 bei weiterem Zusammendrücken der Tellerfedern 28 (in der Zeichnung nach rechts) .

Die Wellenhülse 24 übergreifend ist eine Abtriebsscheibe 32 vorgesehen, die einerseits einen radialen

Flansch aufweist, dessen Stirnfläche über einen noch zu beschreibenden Kugel-Rampen-Mechanismus mit der gegenüberliegenden Stirnfläche einer an der Welle 12 ausgebildeten Antriebsscheibe 34 zusammenwirkt. Die Abtriebsscheibe 32 hat einen axial gerichteten Bund, der innenseitig und außenseitig eine axiale Keilverzahnung aufweist. Die Wellenhülse 24 weist in dem Bereich/ in dem sie von dem radialen Bund der Abtriebsscheibe 32 übergriffen wird, ebenfalls eine komplementär ausgebildete Keilverzahnung auf, so daß Wellenhülse und Abtriebsscheibe 32 drehfest miteinander verbunden sind, jedoch axial gegeneinander verschoben werden können. Eine Vorspannfeder 36, die sich an einem Anschlag der Wellenhülse 24 abstützt, belastet die Abtriebsscheibe 32 in Richtung Antriebsscheibe 34.

In der Keilverzahnung der Außenseite des radialen Bundes der Abtriebsscheibe 32 sind Bremslamellen 38 geführt, die mit entsprechenden Lamellen, die in einer Keilverzahnung des Gehäuses geführt sind, zusammenwirken. Die Anordnung ist so getroffen, daß sich das gesamte Bremslamellenpaket axial um einen bestimmten Weg verschieben kann. Bei einer axialen Auslenkung der Abtriebsscheibe 32 von der Antriebsscheibe 34 weg werden' die Bremslamellen (in der Zeichnung nach rechts) gegen die Anschlagscheibe 30 gedrückt. Bei einer weiteren Verschiebung der Abtriebsscheibe 32 gegen die Kraft der Tellerfedern 28 werden diese weiter komprimiert bis die Abtriebsscheibe 32 gegen einen Anschlag 40 der Wellenhülse anläuft, wodurch eine weitere Relativverschiebung der Abtriebsscheibe 32 gegenüber der Wellenhülse 24 verhindert wird. In dieser Stellung werden die Bremslamellen 38 von einer ganz bestimmten, durch die Rückstellkraft der Tellerfedern 28 definierten Druckkraft belastet, die das maximale Bremsmoment bestimmt.

In der in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet sich die

Abtriebsscheibe 32 in ihrer Ruhestellung, d.h. in der der Antriebsscheibe 34 am engsten benachbarten Position, In dieser Lage haben die Bremslamellen 38 zwischen Anschlagscheibe 30 und Abtriebsscheibe 32 gerade soviel axiales Spiel, daß sich Wellenhülse und Abtriebsscheibe mit den daran befestigten Bremslamellen zusammen mit der Antriebsscheibe 34 ungehindert drehen können.

Zwischen den gegenüberliegenden radialen Stirnflächen der Antriebsscheibe 34 und der Abtriebsscheibe 32 sind in entsprechenden komplementär ausgebildeten Ausnehmungen Kugeln 42 angeordnet. Die Ausnehmungen haben keine rein sphärische Form, sondern einen größeren Krümmungsradius, so daß Rampen gebildet werden, die eine Relativverdrehung von Antriebsscheibe 34 und Abtriebsscheibe 32 bei Überschreiten eines bestimmten Drehmomentes ermöglichen. Diese geringfügige Verdrehung der beiden Scheiben gegeneinander führt gleichzeitig zu einer relativen Axialverschiebung, d.h. die Abtriebsscheibe 32 wird gegenüber der Antriebsscheibe 34 aus der in der Zeichnung dargestellten Lage nach rechts verschoben, was, wie oben ausgeführt, zu einem Ansprechen der Bremslamellen 38 führt. Die Anordnung der Kugeln und Ausbildung der Rampen ergibt sich aus den Figuren 2 und 3.

Die Wirkungsweise der Servobremse ist wie folgt.

Im Normalzustand ist der Elektromagnet 16 erregt, so daß die Ankerplatte 18 gegen die Kraft der Feder 20 angezogen bleibt und die Reibscheibe 22 freigibt. Bei Drehung der nicht gezeigten Eingangswelle wird die Abtriebsscheibe 32 über den Kugel-Rampen-Mechanismus von der Antriebsscheibe 34 mitgenommen. Diese wiederum nimmt die Wellenhülse 24 mit, die über eine Keilverzahnung drehfest mit der Abtriebsscheibe 32 verbunden ist. Die Vorspannfeder 36 belastet den Kugel-Rampen-Mechanismus gerade so weit, daß dieser vom maximal im

ίο

Betrieb durch die Kugeln zu übertraaenden Drehmoment, z.B. während der Auffahrwinkelbeschleunigung, niGht zum Ansprechen gebracht wird.

Bei Bruch der Antriebswelle wird dem Elektromagnet 16 ein entsprechendes Signal zugeführt, die Ankerplatte 18 wird von der Feder 20 gegen die Reibscheibe 22 gedrückt, worauf augenblicklich die Wellenhülse 24 und damit die Abtriebsscheibe 32 abgebremst wird. Diese Abbremsung führt zu einer Relativverdrehung der Abtriebsscheibe 32 gegenüber der Antriebsscheibe 34, durch die daraus resultierende axiale Verschiebung der Abtriebsscheibe 32 werden die Bremslamellen 38 gegen die Anschlagscheibe 30 gedrückt. Die Axialverschiebung der Abtriebsscheibe 32 wird durch ein Auffahren der Scheibe auf den Anschlag 40 der Wellenhülse beendet. Das Federpaket 28 übt in diesem Zustand eine bestimmte definierte Druckkraft auf die BremslameIlen 38 aus, wodurch ein bestimmtes konstantes Maximalbremsmoment erzeugt wird. Die Zeitdauer des Bremsvorganges richtet sich nach der im Einzelfall zu vernichtenden Energie. Durch eine Begrenzung des Bremsmomentesauf einen Höchstwert, wird ein zu schnelles, schlagartiges Abbremsen verhindert, was unter bestimmten Umständen zu einem erneuten Bruch des Antriebssystems führen könnte.

Selbstverständlich sind auch Ausführungsformen der Erfindung denkbar, bei dem eine solche Bremsmomentbegrenzung nicht erforderlich ist. In diesem Fall würde die Anschlagscheibe 30 fest mit der Wellenhülse 24 verbunden sein.

Der Elektromagnet 16 kann je nach Anwendungsgebiet auch durch ein entsprechend anderes Aggregat, beispielsweise einen hydraulisch betätigbaren Kolben ersetzt werden. Wichtig im vorliegenden Zusammenhang ist lediglich, daß der Reibscheibe 22 ein vergleichsweise kleines Hilfsbremsmoment aufgeprägt wird, wodurch der K»igel- Rampen-Mechanismus zum Ansprechen gebracht wird.

Eine Rückstellung der Servobremse erfolgt gegebenenfalls durch einen kurzen Steuerimpuls in gegensinniger Drehrichtung

Claims (7)

1. K4DOK · KU.NKER·Si'JIMITT-MLSON ·HIRSCH ΡΛΤΚΝΤ\Ν\\Λ1ΤΗ

   K 14 838

   Firma

   Liebherr-Aero-Technik GmbH Postfach 13 40
   8998 Lindenberg/Allgäu

   Servobremse

   Patentansprüche

   Servobremse, insbesondere zur Abbremsung des freien Endes einer Welle bzw. eines Wellenstummels, gekennzeichnet durch eine Stelleinheit, mittels der eine Platte (18) bei Beaufschlagung der Stelleinheit mit einem entsprechenden Signal zwischen einer Bremsstellung, in der sie eine sich drehende, koaxial zur Platte (18) angeordnete Reibscheibe (22) gegen einen stationären Anschlag (26) drückt und dadurch abbremst und einer Lösestellung, in welcher sie die Reibscheibe (22) freigibt, hin- und herschaltbar ist, eine mit der Reibscheibe (22) drehfest verbundene Wellenhülse (24), auf der die Abtriebsscheibe (32) eines Kugel-Rampen-Mechanismus axial verschieblich, aber drehfest angeordnet ist, wobei die Antri planscheibe (34) des Kugel-Rampen-Mechanismus mit dem abzubremsenden Wellenende verbunden ist und weiterhin durch drehfest angeordnete Reib-

   flächen (38) im Bereich der Abtriebsscheibe (32) des Kugel-Rampen-Mechanismus, die im Zusammenwirken mit der Abtriebescheibe (32) bei abgebremster Wöllenhülse (24) und dadurch verursachter Axialverschiebung der Abtriebsscheibe (32) gegen die Kraft einer Vorspannfeder (36) ein endgültiges Abbremsen von Abtriebsscheibe (32), Antriebsscheibe (34) bzw. des Wellenendes bewirken.
2. 2. Servobremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibflächen als alternierend drehfest und drehend angeordnete Bremslamellen (38) ausgebildet sind, die in axialen Keilverzahnungen eines Gehäuses (10) bzw. der Antriebsscheibe (32) verschieblich sind und daß auf der Wellenhülse (24) eine Anschlagscheibe (30) vorgesehen ist, an welcher sich die Bremslamellen (38) bei Bremsung abstützen.
3. 3. Servobremse nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Anschlagscheibe (30) auf der Wellenhülse (24) gegen Federkraft axial verschiebbar ist und daß an der Wellenhülse (24) ein Anschlag (40) vorgesehen ist, der die Axialverschiebung der Abtriebsscheibe (3 2) des Kugel-Rampen-Mechanismus und damit auch der Anschlagscheibe auf einen bestimmten Weg begrenzt, welcher das maximale Bremsmoment bestimmt.
4. 4. Servobremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Federkraft ein Paket Tellerfedern (28) vorgesehen ist.
5. 5. Servobremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe (3 4) des Kugel-Rampen-Mechanismus und Welle (12), auf der die Wellenhülse (24) verschieblich angeordnet ist, ein integrales Teil darstellen.
6. 6. Servobremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinheit eine elektromagnetisch oder hydraulisch zu betätigende Einheit ist.
7. 7. Servobremse nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Platte als Ankerplatte (18) ausgebildet ist, die von einem Elektromagneten (16) im erregten Zustand in Lösestellung gehalten wird und die im entregten Zustand des Elektromagneten von der Kraft einer Feder (20) gegen die Reibscheibe (22) gedrückt wird und dieser ein Hilfsbremsmoment erteilt.