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Hintergrund
der Erfindung
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Es
sind hydraulische Aktuatoren bekannt, die einen Körper mit
einem zylindrischen Hohlraum und eine Stange umfassen, die durch
ein Ende des Hohlraums verläuft
und fest mit einem Kolben ausgebildet ist, der axial verschiebbar
so in dem Hohlraum montiert ist, dass er darin zwei hydraulische
Kammern begrenzt. Die Druckfluidzufuhr in die eine oder die andere
der Kammern verursacht das Ausfahren oder das Einfahren der Stange.
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Dieser
Aktuatortyp wird manchmal in Anwendungen verwendet, in denen das
Ausfahren der Stange in allen Situationen sichergestellt sein muss,
sogar im Falle eines Hydraulikausfalls.
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In
dieser Situation kann das Ausfahren der Stange auf verschiedene
Art und Weise sichergestellt werden. Man kann zuerst die zwei Kammern öffnen und
das Gewicht der mit der Stange verbundenen Last arbeiten lassen.
Auf diese Weise wird beispielsweise das Notausfahren der Fahrwerke
eines Flugzeugs gewährleistet.
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Dies
ist gleichwohl nur möglich,
wenn die Last unter der Wirkung der Schwerkraft keine stabile Gleichgewichtslage
aufweist, die einer mittleren Position der Stange entspricht. In
diesem Fall kann die Schwerkraft allein die Last nicht in eine Endstellung führen, die
der ausgefahrenen Position der Stange entspricht.
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Es
ist daher notwendig, zusätzliche
Mittel vorzusehen, die geeignet sind, das Ausfahren der Stange sicherzustellen.
Diese Mittel können
beispielsweise mechanischer Art sein, wie eine Feder zum Ausfahren
der Stange. Die Feder sollte relativ stark vorgesehen werden, damit
sie das Ausfahren der Stange entgegen den Widerstandsbeanspruchungen,
die dem Ausfahren der Stange entgegenstehen, ermöglicht. Die Feder hat den Nachteil,
dass sie beim Ausfahren der Stange dauerhaft eine Beanspruchung
auf diese ausübt,
die im normalen Hydraulikbetrieb überwunden werden muss, um das Ausfahren
der Stange zu bewirken.
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Die
zusätzlichen
Mittel für
das Ausfahren der Stange können
auch elektrohydraulischer Art sein, wie z. B. eine Elektropumpe,
die so ausgebildet ist, dass sie Fluid unter Druck in die entsprechende
Kammer des Aktuators einspritzt, um den Austritt der Stange herbeizuführen. Diese
Lösung
ist jedoch komplex und kostspielig.
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Der
Stand der Technik wird durch die Dokumente GB-A-733 840, US-A-3
029 659 und US-A-2 730 994 veranschaulicht, die hydraulische Aktuatoren
mit elektrischem Notmodus beschreiben. Diese Aktuatoren umfassen
eine Schraube und eine Mutter, von denen eine fest mit der Stange
verbunden ist, während
die andere von einem elektrischen Motor zum Drehen angetrieben wird.
Es ist jedoch zu beachten, dass das zur Drehung angetriebene Element axial
unbeweglich ist, was eine umkehrbare Verbindung zwischen der Mutter
und der Schraube erfordert, damit sich die Stange im Hydraulikmodus
bewegen kann.
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Um
den technischen Hintergrund zu vervollständigen, kann man ebenfalls
das Dokument DE-A-39 10814 anführen,
das den allgemeinen Aufbau eines teleskopischen Aktuators beschreibt,
der ausschließlich
im Elektromodus funktioniert.
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Aufgabe der
Erfindung
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Ziel
der Erfindung ist ein Aktuator, der nicht die oben erwähnten Nachteile
aufweist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
wird ein Aktuator vorgeschlagen, umfassend einen Körper mit
einem zylindrischen Hohlraum, der axial durch zwei Enden begrenzt
wird, und eine Stange, die durch eines der Enden des Hohlraums verläuft und
fest mit einem Kolben ausgebildet ist, der axial verschiebbar so
in dem Hohlraum montiert ist, dass er darin zwei hydraulische Kammern
begrenzt, wobei der Aktuator mit zusätzlichen Mitteln für das Ausfahren
der Stange versehen ist, die nach der Erfindung umfassen:
- – ein
Mittel, das dem Drehen der Stange relativ zum Körper des Aktuators entgegen
wirkt,
- – eine
Mutter, die mit der Stange fest verbunden ist,
- – eine
Schraube, die in dem Hohlraum axial verläuft und mit der Mutter zusammen
wirkt,
- – eine
Antriebswelle, die in dem Hohlraum axial und drehbar verläuft und
entlang der die Schraube ohne Drehung verschiebbar angeordnet ist, und
- – ein
Antriebsmittel zum Drehen der Antriebswelle.
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Während des
Betriebs im Hydraulikmodus verschiebt sich die Mutter so mit der
Stange und nimmt die sich auf der Antriebswelle verschiebende Schraube
mit. Der Hydraulikbetrieb wird daher nicht durch das Vorhandensein
des Mittels zum Notausfahren der Stange behindert.
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Wenn
die Druckfluidversorgung während des
Betriebs im Mechanikmodus funktionsunfähig oder nicht verfügbar ist,
werden die beiden hydraulischen Kammern auf Rücklauf gesetzt, während die Antriebswelle
in Drehung gesetzt wird. Die Schraube wird so zur Drehung angetrieben.
Wenn die Schraube nicht gegen das Ende des Hohlraums anliegt, das entgegengesetzt
zu dem Ende ist, das von der Stange durchsetzt ist, verursacht die
Drehung ihre axiale Verschiebung durch Abstützung an der Mutter, die aufgrund
interner Reibungen oder der Trägheit
der mit dem Aktuator verbundenen Lasten unbeweglich gehalten wird.
Diese Verschiebung setzt sich bis zum Anschlag der Schraube gegen
das Ende fort, das entgegengesetzt zu dem Ende ist, das von der Schraube
durchsetzt ist. Wenn die Schraube einmal anliegt, bewirkt die Drehung
der Schraube das axiale Verschieben der Mutter in eine entgegengesetzte Richtung,
die dem Ausfahren der Stange entspricht.
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Man
erhält
so zwei Betriebsmodi des Aktuators, der eine hydraulisch, der andere
mechanisch, die je nach der Verfügbarkeit
von hydraulischen oder mechanischen Energiequellen alternativ ausgeführt werden
können.
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Die
Antriebswelle verläuft
vorzugsweise durch ein Ende des Hohlraums, das entgegengesetzt zu
dem Ende liegt, das von der Stange durchsetzt ist, sodass sie mit
dem außerhalb
des Hohlraums angeordneten Drehantriebsmittel zusammenwirkt.
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Das
Antriebsmittel wird so vor dem Hydraulikfluid, das den Hohlraum
ausfüllt,
geschützt.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist das Drehantriebsmittel ein elektrischer Motor, der
fest mit dem Aktuator verbunden ist.
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Nach
einer besonderen Ausführungsform der
Erfindung ist der Kolben einstückig
mit der Stange, wobei die Mutter in einer Aufnahme der Stange angeordnet
ist.
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Der
Aktuator umfasst vorzugsweise einen axialen Anschlag der Schraube
gegen ein Ende des Hohlraums, das entgegengesetzt zu dem Ende liegt, das
von der Stange durchsetzt ist.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Stange hohl ist und die Schraube in der
Stange verläuft.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Schraube selbst hohl ist
und die Antriebswelle in der Schraube verläuft, mit der sie durch Keilnuten
verbunden ist.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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Anhand
der folgenden Beschreibung der Figuren der beigefügten Zeichnungen
wird die Erfindung besser zu verstehen sein, in denen zeigen:
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die 1 eine
Schnittansicht eines Aktuators nach der Erfindung, in der die Stange
in einer eingefahrenen Position dargestellt ist.
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die 2 eine
analoge Ansicht der 1, in der die Stange während des
Betriebs im Hydraulikmodus in einer mittleren Position gezeigt ist
(hier Normalmodus).
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die 3 eine
analoge Ansicht der 1, in der der Aktuator im Mechanikmodus
abgebildet ist (hier Notmodus).
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Unter
Bezugnahme auf die 1 umfasst der Aktuator nach
der Erfindung einen Körper
mit einer Blindbuchse 1, deren Innenraum einen zylindrischen
Hohlraum C bildet, der durch einen Boden 2 und durch einen
Verschluss 3 dicht verschlossen ist. Der Aktuator umfasst
eine hohle Stange 4, die axial in dem Hohlraum C verläuft, sodass
sie den ein Lager bildenden Verschluss 3 dicht durchsetzt.
Die Stange 4 wird im Hohlraum C von einem Ende abgeschlossen,
das einen Kolben 5 bildet, der im Hohlraum C eine Austrittkammer
S und eine Eintrittkammer R begrenzt.
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Die
Stange 4 umfasst eine Aufnahme 6 für eine Mutter 7,
die in der Aufnahme 6 blockiert angebracht ist, sodass
die Stange 4 und die Mutter 7 fest verbunden sind.
Eine hohle Schraube 8 verläuft axial in der Stange 4,
um mit der Mutter 7 über
eine schraubenförmige
Verbindung zusammenzuwirken. Eine Antriebswelle 9 verläuft axial
in die Schraube 8 und durchdringt dicht den Boden 2,
um in ein Gehäuse 11 zu
münden,
in dem die Antriebswelle 9 von zwei Wälzlagern 10 gehalten
wird, die eine Drehung der Antriebswelle 9 ermöglichen.
Das Gehäuse 11 begrenzt
eine Aufnahme für
ein Reduktionsgetriebe 12, das hier zwei Zwischenwellen
umfasst, die die Antriebswelle 9 zum Drehen mit einem elektrischen Motor 13 verbinden,
der mit dem Gehäuse 11 fest verbunden
ist. Die Schraube 8 ist auf der Antriebswelle 9 angeordnet,
entlang der sie sich ohne Drehung verschieben kann, wobei die drehfeste
Verbindung über
Keilnuten (nicht zu sehen) erfolgt. Ein Drehen der Antriebswelle 9 verursacht
somit ein Drehen der Schraube 8.
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Ein
Gegendrehmittel (nicht dargestellt) verhindert das Drehen der Stange 4 relativ
zur Blindbuchse 1. Dieses Gegendrehmittel kann innerhalb des
Aktuators, aber auch außerhalb
des Aktuators sein, wie in der Situation, in der die Stange und
der Körper
des Aktuators über
kinematische Verbindungen mit Lasten verbunden sind, was eine relative Drehung
der Stange zum Körper
verhindert.
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Der
Betrieb des Aktuators nach der Erfindung ist der folgende. Im Hydraulikmodus
ermöglichen
die nicht dargestellten Hydraulikanschlüsse die Zufuhr von Druckfluid
in eine der Kammern S, R, während
die andere der Kammern S, R mit dem Hydraulikrücklauf verbunden ist, um das
Abfließen
des in der Kammer vorhandenen Hydraulikfluides zu ermöglichen.
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Wie
aus der 2, die einen Aktuator während des
Betriebs im Hydraulikmodus zeigt, ersichtlich, führt die axiale Verschiebung
der Stange 4 unter der Wirkung von dem Druckfluid dazu,
dass sich die von der Mutter 7 mitgenommene Schraube 8 entsprechend
verschiebt, wobei die Schraube 8 auf der nicht drehenden
Antriebswelle 9 frei gleitet.
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Während des
Betriebs im Mechanikmodus sind die Anschlüsse der Kammern S, R mit dem
Hydraulikrücklauf
verbunden, während
der elektrische Motor 13 gesteuert wird, um eine Drehung
der Antriebswelle 9 herbeizuführen. Ausgehend von einer mittleren
Position, wie sie in der 2 dargestellt ist, bewirkt diese
Drehung zuerst eine axiale Verschiebung der Schraube 8 in
die Richtung 14, die in der 3 dargestellt
ist. Die Reibungen der Stange 4 oder auch die Trägheit der
Lasten, die auf den mit der Stange verbundenen Aktuator ausgeübt werden,
halten nämlich
die Stange 4 unbeweglich und zwingen so die Schraube 8 dazu,
sich axial zu verschieben, indem sie sich an der Mutter 7 abstützt. Der
Motor 13 wird zum Drehen natürlich in die Richtung gesteuert, die
die Verschiebung der Schraube 8 in die Richtung 14 hervorruft.
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Wenn
die Schraube 8 anschließend gegen den Boden 2 anschlägt, wie
dies in der 3 gezeigt ist, verursacht die
Drehung der Schraube 8, entgegen den auf die Stange 4 ausgeübten Widerstandskräften, ein
Verschieben der Mutter 7 und damit auch der Stange 4 in
die Richtung 15, die dem Ausfahren der Stange 4 entspricht.
Diese Beanspruchungen werden auf den Boden 2 übertragen,
indem die Schraube 8 sich an diesem abstützt. Es
ist vorteilhaft, wenn der Boden 2 mit einem axialen Anschlag 16 versehen
ist, sodass er unter der Anschlagbeanspruchung eine mühelose Drehung
der Schraube 8 ermöglicht.
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Der
Austritt der Stange 4 kann deshalb auf hydraulische oder
auf mechanische Weise erreicht werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die soeben beschriebenen speziellen Bestimmungen
der Erfindung begrenzt, sondern schließt ganz im Gegenteil alle Abwandlungen
ein, die im Rahmen der Erfindung liegen, wie er in den Ansprüchen definiert
ist.
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Obwohl
erwähnt
worden ist, dass das Antriebsmittel zum Drehen der Antriebswelle 9 ein
elektrischer Motor ist, kann man insbesondere auch einen hydraulischen
Motor oder auch eine Notausfahrkurbel vorsehen.
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Obgleich
angegeben wurde, dass das Antriebsmittel zum Drehen der Antriebswelle 9 dauerhaft
an dem Aktuator angebracht ist, kann es auch unabhängig vom
Aktuator vorgesehen werden.
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Auch
wenn gezeigt wurde, dass das Antriebsmittel zum Drehen der Antriebswelle 9 außerhalb
des Hohlraums angebracht ist, kann man eine Anordnung im Hohlraum
planen. Das Antriebsmittel zum Drehen der Antriebswelle 9 wird
dann vom Hydraulikfluid umspült.
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Obwohl
angeführt
wurde, dass die Antriebswelle 9 über ein Reduktionsgetriebe 12 an
den elektrischen Motor 13 gekoppelt ist, kann die Antriebswelle
in direktem Kontakt mit dem Motor stehen.
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Obgleich
angezeigt wurde, dass die Stange 4 hohl ist, ist die Erfindung
in gleicher Weise auf einen Aktuator mit einer vollen Stange anwendbar.
Der Betriebsweg in den Notmodus ist dann auf die Länge der
Mutter begrenzt.
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Es
wurde zwar aufgezeigt, dass die Schraube zur Aufnahme der Antriebswelle
hohl ist, wodurch ein maximaler Weg der Stange 4 ermöglicht wird, aber
die Erfindung ist auch bei einem Aktuator mit einer vollen Schraube
ausführbar.
Ein Verbindungsabschnitt zwischen der Antriebswelle 9 und
der Schraube 8 wird dann am Ende der Schraube vorgesehen, wodurch
der Weg der Stange 4 gleichermaßen begrenzt wird.
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Auch
wenn angegeben wurde, dass die Schraube 8 über Keilnuten
auf der Antriebswelle 9 ohne Drehung verschiebbar angebracht
ist, kann man im Allgemeinen eine beliebige andere Gleitverbindung
vorsehen, wie zum Beispiel einen Zapfen oder einen Einlegekeil,
der mit einem dieser beiden Elemente einstückig ist und in einer Längsrille
des anderen Elements verläuft.
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Obwohl
angeführt
wurde, dass die Stange 4 einstückig mit dem Kolben 5 ist,
kann man einen Kolben vorsehen, der auf der Stange angeordnet ist.