用于线性致动器的外部机械互锁装置

摘要

本发明涉及一种锁定机构，其可相对于线性致动器(6)的气缸(8)固定该线性致动器(6)的活塞杆(7)。此外，本发明涉及配备有这种锁定机构的线性致动器的应用以及具有至少一个配备有根据本发明的锁定机构的线性致动器的飞行器。本发明的锁定机构包括多个第一形状配合锁定元件(9)和至少一个第二形状配合锁定元件(4)，多个第一形状配合元件(9)沿纵向设置在气缸(8)的外周且彼此间隔一定距离，一旦激励线性致动器(6)，则至少一个第二形状配合锁定元件(4)与活塞杆(7)一起移动并因此移动过气缸(8)的一部分。至少一个第二形状配合锁定元件(4)可与位于气缸纵向上离散位置处的多个第一形状配合锁定元件中的一个以形状配合的方式接合，从而相对于气缸(8)固定活塞杆(7)。

说明书

本申请要求2005年9月7日提交的美国临时专利申请No.60/714,807 以及2005年9月7日提交的德国专利申请No.10 2005 042 510.0的优先权， 其内容以参引方式结合入本文。

技术领域

本发明总体上涉及一种活塞气缸单元的设计布置。具体地，本发明涉 及一种锁定机构，利用该锁定机构，相对于线性致动器的气缸固定线性致 动器的活塞杆，因此，通过这种配备有锁定机构的线性致动器，飞行器的 水平稳定器——例如水平尾翼——的倾斜位置可相对于飞行器主体变动。 最后，本发明涉及一种飞行器，其配备有这种装备有根据本发明的锁定机 构的线性致动器，由此，飞行器的例如水平尾翼的水平稳定器的倾斜位置 可相对于飞行器主体变动。

背景技术

通常，可相对于飞行器主体配平其倾斜位置的飞行器尾翼通过梯形 螺纹轴或滚珠丝杠来配平，以改变其相对于飞行器主体的倾斜位置。这 种用于改变飞行器尾翼相对于飞行器主体的倾斜位置的致动器通常在航 空航天技术中称作“可配平水平稳定器致动器”(简称THSA)，将在本发 明中使用该术语。为了静态地保持住载荷，梯形螺纹轴构造成自锁的，而 滚珠丝杠构造成是滞后的。

虽然将气压或液压活塞气缸单元用作可配平水平稳定器致动器是有利 的，但是这通常是不可能的，因为在这种活塞气缸单元的压力供给中断的 情况下，不再可能将载荷保持在位。尽管例如所谓的“Krüger致动器”的 最终位置锁定机构是已知的，但是这种最终位置锁定机构不能够将活塞气 缸单元固定在任意的位置上。此外，存在各种用于将活塞气缸单元保持在 任意位置上的已知技术，然而这些系统通常是基于非形状配合连接，而是 通过气缸内部中的摩擦耦联来实现——例如由公司制造的所谓 “气缸”。

利用这种非形状配合的锁定机构，仅能够产生相对较小的静态保持 力，其远小于由活塞气缸单元本身所产生的致动动力。因而，用于锁定 线性致动器的已知解决方案仅能够将线性致动器安全地锁定在一个限 定的位置上或者仅施加较小的保持力(例如通过非形状配合锁定机构)。

此外，由于已知的锁定机构方案设置于活塞气缸单元的内部，所以 它们不能够被很好地检测或者根本无法检测。由于前述的缺点，活塞气 缸单元不能被考虑用作可配平水平稳定器致动器。

发明内容

考虑到上述的缺点——其阻止了活塞气缸单元作为可配平水平稳 定器致动器的使用，需要提供一种实施方案，其中例如活塞气缸单元的 线性致动器能够可靠地用作可配平水平稳定器致动器。

如果本发明的内容中提到线性致动器，则其包括例如通过液压、气 压或诸如由磁场产生的电能驱动的所有活塞气缸单元。特别地，线性致 动器理解为液压缸或气压缸。

这种需要可通过一种锁定机构、通过使用配备有这种锁定机构的线 性致动器、以及通过配备具有根据示例实施方式的锁定机构的线性致动 器的飞行器来满足，利用该锁定机构，能够相对于线性致动器的气缸固 定该线性致动器的活塞杆，通过使用配备有这种锁定机构的线性致动 器，可以调整飞行器的例如水平尾翼的水平稳定器相对于飞行器主体的 倾斜位置，通过配备具有根据示例实施方式的锁定机构的线性致动器的 飞行器，可以调整飞行器的例如水平尾翼的水平稳定器相对于飞行器主 体的倾斜位置。

根据第一实施方式，本发明的锁定机构可相对于线性致动器的气缸 固定该线性致动器的活塞杆。根据第一实施方式的锁定机构包括多个第 一形状配合锁定元件，所述多个第一形状配合锁定元件沿纵向设置在气 缸的外周上并且彼此间隔一定的距离。锁定机构还包括至少一个第二形 状配合锁定元件，当线性致动器被激励时，第二形状配合锁定元件与活 塞杆一起移动，并移动过气缸的一部分。第二形状配合锁定元件与活塞 杆的同时移动可通过将第二形状配合锁定元件至少间接地连接到活塞 杆来实现。为了相对于气缸固定活塞杆，所述至少一个第二形状配合锁 定元件形成为与位于气缸纵向上离散位置处的多个第一形状配合锁定 元件中的一个接合。基于前述的第二形状配合锁定元件至少间接地连接 到活塞杆的事实，由于获得的形状配合锁定，所以可以防止线性致动器 的进一步操作，从而在线性致动器的能量供应中断情况下，可通过使用 根据本发明的锁定元件将线性致动器保持在最后的固定位置上。

作为该第一实施方式的替代方式，还可以使所述关系逆转。在这种 情况下，根据替代的第二实施方式，锁定元件包括至少一个第一形状配 合锁定元件，该第一形状配合锁定元件设置在气缸的活塞杆出口区域处 的外周上。锁定机构还包括多个第二锁定元件，当线性致动器操作时， 第二锁定元件与活塞杆一起移动，从而经过第一形状配合锁定元件。

第二形状配合锁定元件与活塞杆的同时移动可通过将第二形状配 合锁定元件至少间接地连接到活塞杆来实现。为了相对于气缸固定活塞 杆，所述至少一个第一形状配合锁定元件构造成与多个第二形状配合锁 定元件中的一个以形状配合的方式接合。由于前述的第二形状配合锁定 元件至少间接地连接到活塞杆的事实，通过所获得的形状配合锁定，可 防止线性致动器的进一步操作，从而在线性致动器的能量供应中断情况 下，可通过使用根据本发明的锁定元件将线性致动器保持在最后的固定 位置上。

上述的机械锁定元件能够用于所有类型的线性致动器，例如液压缸 或气压缸或者电动的活塞气缸单元，其具有筒形形状且需安全地机械锁 定在特定的离散位置处。尽管本发明的出发点在于实现这样的可配平水 平稳定器致动器：其可将活塞气缸单元用作可配平水平稳定器致动器， 当然地，根据本发明的锁定机构可以用于其它的飞行器控制致动器，例 如用于襟翼、前缘缝翼或扰流器的致动器。此外，根据本发明的锁定机 构可用于例如门驱动器的其它飞行相关应用。

随着根据本发明的锁定机构的发展，线性致动器(电动的、液压 的或气压的)可用于全新的应用领域，使得能够将活塞气缸单元用作可 配平水平稳定器致动器。由于机械锁定机构，在动力输入中断的情况下， 线性致动器能够可靠地保持在最后的固定位置上，因为它可以不需要任 何额外的能量，这将在下面更加具体地描述。与已知的非形状配合锁定 机构不同，配备有根据本发明的锁定机构——锁定机构具有足够的尺 寸——的线性致动器能够可靠地保持住其大小与由线性致动器本身产 生的致动动力接近的载荷。

由于根据本发明的锁定机构有利地位于线性致动器和/或其气缸的 外周上，所以可以检查、维护、测试并且如果必要的话可以容易地修理 该锁定机构。在线性致动器的动力输入中断的情况下，由于锁定机构本 身将力从气缸传递到活塞杆，所以可以构成第二载荷路径，在动力中断 的情况下，线性致动器的载荷可经由第二载荷路径安全地传递。

下面，将解释首先描述的根据本发明的锁定机构的第一实施方式的 特殊实施方式。明显地，通过较小的改变，这些特殊的实施方式能够以 相似的方式应用于上述根据本发明的锁定机构的第二实施方式。

为了使至少一个第二形状配合锁定元件与多个第一形状配合锁定 元件中的一个以形状配合的方式锁定，以能够采取锁定位置或解锁位置 的方式设计至少一个第二形状配合锁定元件。在锁定位置时，至少一个 第二形状配合锁定元件与多个第一形状配合锁定元件中的一个接合，而 在打开位置时，中止所述形状配合锁定。

为了不必供应额外的动力来将至少一个第二形状配合锁定元件移 动到其锁定位置，至少一个第二锁定元件可设计成产生总是试图将其从 解锁位置移动到锁定位置的复位力。为了能够抵抗该复位力、从而使得 至少一个第二形状配合锁定元件不会在任意时刻移动到其锁定位置，根 据本发明的锁定机构还包括解锁致动器，该解锁致动器如此地设计和布 置：通过激励解锁致动器，至少一个第二形状配合锁定元件抵抗复位力 而保持在其解锁位置。

如前面建议的，在动力输入中断的情况下不需要额外的能量来激励 锁定机构。这可通过下面的方式实现，其中通过与操作线性致动器的能 量输入耦联的能量输入来执行解锁致动器的激励，这意味着在线性致动 器的动力输入中断的情况下，至少一个第二形状配合锁定元件可由于其 复位力移动到其锁定位置。在例如液压操作的线性致动器的情况下，可 采用也是液压操作的解锁致动器，其中，两个致动器的输入如此地耦联： 当线性致动器的主能量输入中断时，解锁致动器的能量输入也中断，导 致在能量中断时至少一个第二锁定元件自动地移动到其锁定位置，从而 锁住线性致动器的最后固定位置。

多个第一形状配合锁定元件的一个具体设计能够通过例如围绕气 缸的外周侧的多个沟槽来实现。在此，多个沟槽能够一体地加工到气缸 的外周侧中或者形成在独立的连接套管上，连接套管的内径与气缸的外 径相匹配，使得连接套管能够附连到气缸上。

如前面解释的那样，至少一个第二形状配合锁定元件间接地附连到 活塞杆，从而能够随其一起移动。该间接连接能够例如通过插入管来实 现，该插入管连接到活塞杆的位于气缸外侧的端部并隔一定距离地同心 地包绕活塞杆。该距离的大小设置成：当操作线性致动器时，气缸可插 入到该一定距离中。为了相对于气缸固定插入管、并因此固定活塞杆， 插入管在其与气缸重叠的区域中容纳至少一个第二形状配合锁定元件。 在插入管与活塞杆的开口端之间的连接可如此地实现：插入管的一端具 有封闭的前壁，所述活塞杆的开口端能够在该封闭前壁处附连到插入管 的内侧，因此它们结合形成类似于钟罩。

至少一个第二形状配合锁定机构的一个简单设计可如此地实现：该 形状配合锁定机构设计成弹簧垫圈夹，该弹簧垫圈夹的尺寸使得当弹簧 垫圈夹处于锁定位置时其与多个沟槽中的一个以形状配合的方式锁定。 可替代地，还可以将第二锁定机构设置成多个小活塞气缸单元，所述小 活塞气缸单元例如设置在气缸的外侧、且它们的活塞杆在能量中断的情 况下通过弹簧力的驱动而与气缸的沟槽接合。

为了将设计成弹簧垫圈夹的第二形状配合锁定元件结合到插入管 内，可以在气缸与锁定机构重叠的区域中形成环形间隙，该环形间隙容 纳处于解锁位置中的弹簧垫圈夹。

根据本发明的另一方面，意图将具有前述锁定机构的线性致动器用 作可配平水平稳定器致动器。由于已知的用于线性致动器的互锁机构仅 能够施加较小的保持力或甚至不能锁定在任意位置上，因此线性致动器 的这种应用直到现在才是可能的。

根据本发明的另一方面，提供一种飞行器，其配备有设置了具有某 些前述特征的锁定机构的至少一个线性致动器。

附图说明

下面，参照附图进一步解释本发明，附图仅代表本发明的一个示例 实施方式，其示出：

图1是根据本发明的示例实施方式的锁定机构的分解图；

图2a示出经过活塞气缸单元的纵向截面图，所述活塞气缸单元配 备有根据本发明的示例实施方式的锁定机构；

图2b以放大图示的方式示出图2a中的细节A；以及

图3示出根据本发明的示例实施方式的锁定机构沿图2a中的线B -B的横截面图。

在所有的附图中，相同或相应的元件标以相同或相应的附图标号。 附图不是按照比例绘制的，但是可以示出定性比例。

具体实施方式

下面，通过液压线性致动器6示例地描述根据本发明的锁定机构， 虽然本发明的功能原理能够相应地转用到具有筒形结构形状的气压或 由其它任意装置操作的线性致动器。

下面参照包括的附图具体地解释本发明，其中以同样的方式参照所 有的四幅附图1至3。使用根据本发明示例实施方式的锁定机构以相对 于气缸8固定线性致动器6的活塞杆7。可在图2a中容易地识别出此种 设计成液压活塞气缸单元6的线性致动器6。此处，液压活塞气缸单元 6主要包括气缸8和活塞杆7，活塞杆7以可纵向重新定位的方式安置 于气缸8中。通过加压气缸8的中空空间，活塞杆7以已知的方式纵向 移动。如从图2a中可看到的、尤其从图2b可很好地看到的，连接套管 例如通过夹具附连到气缸8的外周，该连接套管在其外周侧包括多个沟 槽9，所述多个沟槽彼此间隔一定距离地纵向布置在气缸上。尽管在所 示的示例中沟槽9设计成位于独立的连接套管上，但是明显地，沟槽9 也能够直接结合到气缸8的外周中。

如图2b所进一步示出的，活塞杆7由所谓的插入管2同心地包绕， 插入管2附连到活塞杆7的开口端。插入管2隔开一个距离地包绕活塞 杆7，使得当激励活塞气缸单元6时气缸8能够插入到该距离中。

活塞杆7通过前壁11连接到插入管2，该前壁密封插入管2的端部， 并且在前壁的延伸部中设计有用于联接活塞气缸单元6的凸耳12。

在插入管2的密封前壁11的端部处，设置有至少一个呈第二锁定元 件4形式的主动锁定单元。

如从图1和图3中所能最佳地观察到的，在所示的示例实施方式中， 至少一个第二形状配合锁定机构设计成弹簧垫片夹4，弹簧垫片夹4在 其解锁位置中由环形间隙10容纳，环形间隙10形成在插入管2的开口 端。该环形间隙10可例如由环形托架3形成，环形托架3能够例如螺 纹连接到插入管2端部的加宽部上。弹簧垫圈夹4的内径大小如此地设 计：使得在未张紧状态中——从而为其锁定位置——其内径基本上等于 连接套管1的沟槽的内径。

为了不使具有根据本发明得锁定机构的活塞气缸单元永久地锁定， 将小的解锁致动器5设置在弹簧垫圈夹4的开口端处，该解锁致动器耦 联到动力源，该动力源又与操作活塞气缸单元6本身的动力源耦联。通 过激励解锁致动器5，弹簧垫圈夹4抵抗其自身的复位力——该复位力 总是试图将弹簧垫圈夹移动到其锁定位置——而保持在解锁位置，在该 解锁位置中，弹簧垫圈夹4由环形间隙10容纳，从而实现活塞气缸单 元6的自由操作。

当在某一时刻活塞气缸单元6的动力源中断的情况下，由于解锁致 动器5的动力输入与活塞气缸单元6的动力输入之间的耦联，所以解锁 致动器不再能够补偿弹簧垫圈夹4的复位力，导致弹簧垫圈夹4从其解 锁位置移动到其锁定位置，在该锁定位置中，弹簧垫圈夹4与连接套管 1的沟槽9中的一个接合，因此使活塞杆7相对于气缸8固定。相应实 现的活塞气缸单元6的两个凸耳12之间的形状配合锁定连接将气缸安 全地锁定并且提供了第二载荷路径以使得更加安全。

此外，应当指出，“包括”和“包括有”不排除其它的元件或步骤， “一”或者“一个”不排除多个的情况。此外，还应当指出，参照上面 实施方式中的一个描述的特征或步骤还可以用来与上述其它实施方式 的其它特征或步骤结合。权利要求中的附图标记不应解释为起限制作 用。

附图标号列表

1    连接套管

2    插入管

3    环形托架

4    弹簧垫圈夹

5    解锁致动器

6    线性致动器

7    活塞杆

8    气缸

9    沟槽

10   环形间隙

11   前壁

12   凸耳