[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sperrvorrichtung zur Sicherung einer Türkinematik
für die Tür eines Flugzeugs.
[0002] In den letzten Jahren sind häufiger Vorfälle aufgetreten, in denen unbefugte Personen
versucht haben, sich während des Fluges aus einem Flugzeug nach außen zu begeben und
eine Tür eines Flugzeugs zu öffnen. Falls es einem derartigen Passagier gelingen sollte,
eine Tür zu öffnen, hätte dies katastrophale Folgen, da die sich entfaltende Notrutsche
das Flugzeug zum Absturz bringen kann oder durch den plötzlichen Abfall des Kabinendruckes
Personal und Passagiere aus dem Flugzeug geschleudert werden könnten.
[0003] Von daher besteht eine Notwendigkeit für eine Sperrvorrichtung, um Türen des Flugzeugs
gegen unbefugtes Öffnen zu sichern.
[0004] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sperrvorrichtung zur Sicherung
einer Türkinematik einer Flugzeugtür bereitzustellen, die bei einfachem Aufbau und
einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine Flugzeugtür sicher sperren kann und
bei Bedarf, insbesondere in einem Notfall, die Sperrung der Tür freigibt.
[0005] Diese Aufgabe wird durch eine Sperrvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
[0006] Die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung umfasst eine Steuerungseinheit, einen Aktuator
zur Betätigung eines Sperrmechanismus und eine automatische Rückstelleinrichtung.
Die Sperrvorrichtung ist weiterhin derart aufgebaut, dass die Steuerungseinheit den
Aktuator in Abhängigkeit des Vorhandenseins eines vorbestimmten Signals betätigt,
um den Sperrmechanismus in Sperrstellung zu bringen. Die automatische Rückstelleinrichtung
bringt bei Bedarf, insbesondere in einem Notfall, den Sperrmechanismus selbstständig
in eine Entsperrstellung zurück, sodass die Flugzeugtür von innen geöffnet werden
kann. Weiter stellt die automatische Rückstelleinrichtung sicher, dass beispielsweise
bei Versagen eines einzelnen Bauteils der Sperrvorrichtung die Sperrvorrichtung ebenfalls
in den entsperrten Zustand zurückgestellt wird, sodass die Türkinematik zum Öffnen
der Tür betätigt werden kann.
[0007] Vorteilhaft umfasst die Sperrvorrichtung einen rotatorischen Aktuator. Die Verwendung
eines rotatorischen Aktuators stellt dabei bei kleinem Bauraum eine hohe Betriebszuverlässigkeit,
insbesondere hinsichtlich der Sperrung während des Fluges, sicher. Vorzugsweise wird
als rotatorischer Aktuator ein bürstenloser Gleichstrommotor verwendet. Derartige
Motoren sind kompakt, benötigen nur einen geringen Bauraum und weisen nur ein geringes
Gewicht auf. Weiterhin sind derartige Motoren weitgehend wartungsfrei und haben eine
hohe Zuverlässigkeit. Eine andere Möglichkeit für einen rotatorischen Aktuator ist
die Verwendung eines Antriebs mit einem Solenoid, durch den ein kostengünster Antrieb
bereitgestellt werden kann, welcher allerdings ein höheres Gewicht und ein größeres
Einbauvolumen als ein Gleichstrommotor aufweist.
[0008] Besonders bevorzugt ist das vorbestimmte Signal, in dessen Abhängigkeit die Steuerungseinheit
den Aktuator betätigt, ein "Flight"-Signal des Flugzeugs. Dadurch kann sichergestellt
werden, dass die Sperrvorrichtung immer automatisch während des Fluges des Flugzeugs
die Türkinematik sperrt.
[0009] Eine andere bevorzugte Möglichkeit zur Bereitstellung des vorbestimmten Signals ist
das Vorsehen eines Schalters, beispielsweise im Cockpit, wobei das vorbestimmte Signal
bei Betätigung des Schalters erzeugt wird und die Sperrvorrichtung die Türkinematik
sperrt. Ein derartiger Schalter kann beispielsweise auch für Wartungszwecke bzw. zur
Überprüfung der Funktion der Sperrvorrichtung am Boden verwendet werden.
[0010] Um eine Reduktion der Antriebsdrehzahl des Aktuators zu ermöglichen, umfasst die
Sperrvorrichtung weiter bevorzugt ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe.
[0011] Vorzugsweise ist die automatische Rückstelleinrichtung mit einem Federelement ausgebildet,
wodurch eine besonders kostengünstige Sperrvorrichtung bereitgestellt werden kann.
Noch bevorzugter umfasst die automatische Rückstelleinrichtung wenigstens zwei Federelemente,
die jeweils einzeln in der Lage sind, den Sperrmechanismus von der Sperrstellung in
die Entsperrstellung zurückzustellen. Dadurch wird eine Redundanz der Rückstelleinrichtung
ermöglicht, wodurch auch ein Ausfall eines Federelements kompensiert werden kann.
Somit wird eine noch größere Sicherheit für eine eventuell im Notfall notwendige Rückstellung
des Sperrmechanismus erhalten. Die Federelemente werden vorzugsweise dadurch vorgespannt,
dass der Sperrmechanismus in die Sperrstellung gebracht wird. Somit wird automatisch
immer auch bei Sperren der Türkinematik die Rückstelleinrichtung in ihren gespannten
Zustand überführt.
[0012] Vorzugsweise ist die Federkraft des Federelements dabei derart gewählt, dass das
Federelement in der Lage ist, den Sperrmechanismus in einem Zeitraum von wenigen Sekunden
von der Sperrstellung in die Entsperrstellung zu bringen.
[0013] Weiterhin bevorzugt ist der rotatorische Aktuator derart ausgebildet, dass er, stromlos
geschaltet, auch als Bremse wirkt, wenn der Sperrmechanismus von der Sperrstellung
in die Entsperrstellung zurückgebracht wird. Dies ermöglicht eine gedämpfte Rückstellung
des Sperrmechanismus.
[0014] Der Sperrmechanismus umfasst vorteilhaft einen Haken und ein Beschlagelement mit
einer Ausnehmung, in welche der Haken im verriegelten Zustand eingreift und dadurch
die Türkinematik blockiert. Um während des gesperrten Zustands mechanische Belastungen
auf den Sperrmechanismus zu verhindern, ist vorzugsweise ein separates Anschlagelement
vorgesehen, welches eine Startund/oder eine Endposition festlegt, ohne dass dabei
der Haken belastet ist.
[0015] Vorzugsweise steuert die Steuereinheit den Aktuator derart an, dass die Geschwindigkeit
bei Annäherung an den Anschlag reduziert wird, um ein sanftes Anschlagen zu erreichen.
[0016] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung steuert
die Steuereinheit den Aktuator derart an, dass bei einem geeigneten Signal der Sperrmechanismus
aktiv in Richtung Entsperren getrieben wird.
[0017] Die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung ist insbesondere auch zur Nachrüstung bei schon
im Einsatz befindlichen Flugzeugen mit entsprechenden Modifikationen geeignet. Da
die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung sehr leicht und kompakt aufgebaut ist, kann
sie in der Regel problemlos zwischen Türspantsegmenten der Tür eingebaut werden.
[0018] Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
- Fig. 1
- eine schematische perspektivische Ansicht einer Sperrvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung im gesperrten Zustand,
- Fig. 2
- eine schematische perspektivische Ansicht des Sperrmechanismus im gesperrten Zustand
von der zu Fig. 1 entgegengesetzten Seite,
- Fig. 3
- eine schematische perspektivische Ansicht der Sperrvorrichtung im entsperrten Zustand,
- Fig. 4
- eine schematische perspektivische Ansicht des Sperrmechanismus im entsperrten Zustand
von der zu Fig. 3 entgegengesetzten Seite, und
- Fig. 5
- eine schematische Darstellung eines öffnungsvorgangs der Sperrvorrichtung.
[0019] In den Fig. 1 bis 5 ist eine Sperrvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei zeigen die Fig. 1 und 2 den gesperrten
Zustand der Sperrvorrichtung und die Fig. 3 und 4 den entsperrten Zustand der Sperrvorrichtung.
[0020] Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung
eine Steuerungseinheit 10, welche über ein Kabel 14 mit einem Aktuator 1 verbunden
ist. Der Aktuator 1 ist ein rotatorischer Aktuator, welcher einen bürstenlosen Gleichstrommotor
2 umfasst, der eine Abtriebswelle 17 antreibt. Der Gleichstrommotor 2 ist über ein
Reduktionsplanetengetriebe 3 mit einem Sperrmechanismus bzw. Sperrkinematik 18, umfassend
einen Aktuatorhebel 5, ein Verbindungselement 6, einen Haken 7, zwei Federn 8a, 8b
und einen Beschlag 9, verbunden (vgl. insbesondere Fig. 2 und 4). Im gesperrten Zustand
greift der Haken 7 in eine im Beschlag 9 gebildete Aussparung 16 mit Hinterschneidung
ein (vgl. Fig. 1). Der Beschlag 9 ist dabei an einem Türinnenhebel 15 angebracht (nur
schematisch dargestellt), welcher über eine Griffrolle 12 von Hand betätigbar ist,
um die Flugzeugtür in bekannter Weise zu öffnen.
[0021] Weiterhin umfasst die Sperrvorrichtung einen Anschlagmechanismus, bestehend aus einem
ersten Anschlag 11a, einem zweiten Anschlag 11b und einem Finger 4 (vgl. Fig. 3).
Der Finger 4 ist mit der Abtriebswelle 17 des Getriebes 3 verbunden und beschränkt
somit den Verstellweg des Hakens 7. Durch den Anschlagmechanismus wird verhindert,
dass der Haken 7 unter Last gegen den Beschlag 9 drückt und somit evtl. beschädigt
werden könnte.
[0022] Als automatische Rückstelleinrichtung sind zwei Spiralfedern 8a und 8b vorgesehen,
welche bei Bewegung des Sperrmechanismus in die Sperrstellung gespannt werden. Dieser
Zustand ist in Fig. 2 gezeigt. Im entsperrten Zustand sind auch die Federn 8a, 8b
bis auf ihre auslegungsgemäße Vorspannung entspannt. Die Rückstellkraft der Federn
8a und 8b ist dabei jeweils derart bemessen, dass sie jeweils einzeln in der Lage
sind, den Sperrmechanismus selbstständig aus jeder Position in den entsperrten Zustand
zurückzustellen. Somit ist eine redundante automatische Rückstelleinrichtung vorgesehen.
[0023] Wie insbesondere in Fig. 1 gezeigt, ist die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung zwischen
zwei Türspantensegmenten 13 der Flugzeugtür montierbar.
[0024] Die Funktion der erfindungsgemäßen Sperrvorrichtung des Ausführungsbeispiels ist
dabei wie folgt. Wenn das Flugzeug vom Boden abhebt, wird automatisch ein sog. "Flight"-Signal
erzeugt, welches den fliegenden Zustand des Flugzeugs angibt. Dieses Signal wird zur
Steuerungseinheit 10 geliefert, welche die Sperrvorrichtung 1 steuert. Basierend auf
dem "Flight"-Signal steuert die Steuereinrichtung 10 den Aktuator 1 mittels elektrischer
Signale über die Leitung 14 derart, dass der Gleichstrommotor 2 die Antriebswelle
durch Spannungsbegrenzung in geregelter Weise antreibt. Die Drehzahl der Antriebswelle
wird im Planetengetriebe 3 reduziert. Die Abtriebswelle 17 des Planetengetriebes ist
mit dem Aktuatorhebel 5 mittels einer Verzahnung verbunden. Über den Aktuatorhebel
5 und das Verbindungselement 6 wird der Haken 7 somit, ausgehend von der in den Fig.
3 und 4 gezeigten Stellung, nach oben in Richtung der Aussparung 16 bewegt. Wie aus
Fig. 3 ersichtlich ist, liegt in der Ausgangsstellung der Sperrvorrichtung der Finger
4 am zweiten Anschlag 11 b an. Der Haken 7 wird nun solange nach oben gedreht, bis
der Finger 4 am ersten Anschlag 11a anschlägt (Fig. 1). Dadurch ist der Haken 7 in
der Aussparung 16 des Beschlags 9 angeordnet, ohne dass jedoch ein Kontakt zwischen
dem Haken 7 und dem Beschlag 9 vorhanden ist. Somit ist die Sperrvorrichtung in ihre
Sperrstellung gebracht.
[0025] Wenn nun ein Passagier versuchen sollte, den Türinnenhebel 15 mittels einer Griffrolle
12 zu ziehen, um die Tür zu öffnen, verhindert der Haken 7 das Entsichern und Entriegeln
Türkinematik.
[0026] Es sei angemerkt, dass, wenn der Haken 7 in seine Endlage kommt (d.h. der Finger
4 liegt am ersten Anschlag 11a an), die Steuerungseinheit 10 die zur Drehung des Aktuators
benötigte elektronische Kommutierung durch Detektion eines Stromimpulses abschaltet
und einen konstanten Strom in den Motor einbringt. Dadurch kann ein Überhitzen des
Motors im Endanschlag verhindert werden und der Bedarf an elektrischer Energie zum
Halten der Position des Hakens 7 im gesperrten Zustand ist minimiert. Desweiteren
wird durch die Detektion des Stromimpulses ein automatisches Einstellen des Aktuatorverfahrweges
am Anschlag erreicht. Dadurch kann auf einen Endpositionssensor verzichtet werden.
[0027] Wenn nun das "Flight"-Signal ausbleibt, beispielsweise wenn sich das Flugzeug am
Boden befindet oder im Falle eines Stromausfalls in einer Notsituation, wird der Motor
2 stromlos geschaltet und der Haken 7 mittels der Rückstellkraft der beiden Federn
8a, 8b in seine Ausgangsstellung zurückgestellt, sodass der Türinnenhebel 15 freigegeben
ist und zum Öffnen der Tür betätigbar ist. Somit ist es möglich, den Türinnenhebel
15 in Richtung des Pfeils in Figur 4 zu betätigen. Hierbei läuft der Motor 2 als Bremse
durch Kurzschluss der Motorwicklungen über einen Bremswiderstand und verhindert somit
einen harten Anschlag.
[0028] Wie in der detaillierten, schematischen Darstellung von Fig. 5 gezeigt, ist die Geometrie
der Berührflächen zwischen Haken 7 und Aussparung 16 dabei durch eine schräge Abgleittangente
derart gestaltet, dass im stromlosen Fall, auch bei Schwergängigkeit des Sperrmechanismus
18 durch Handkraft an der Griffrolle 12 ein öffnendes Moment auf den Haken 7 erzeugt
wird. Im bestromten Fall wird dieses öffnende Moment durch das Haltemoment des Aktuators
überkompensiert.
[0029] Die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung ist somit derart aufgebaut, dass auch bei Versagen
eines der Bauteile der Sperrvorrichtung (z.B. Ausfall des Motors, mechanischer Bruch
eines Bauteils) die Rückstelleinrichtung die Sperrvorrichtung selbstständig entsperren
kann, sodass immer die Möglichkeit des Öffnens der Tür von Hand im Notfall gewährleistet
ist. Durch Auswahl des rotatorischen Aktuators 1 kann somit mit hoher Zuverlässigkeit
bei Versagen eines einzelnen Elements der Sperrvorrichtung ein sicherer Zustand (Entsperrstellung)
erreicht werden. Weiterhin weist die elektromechanische Sperrvorrichtung dabei eine
höchste Zuverlässigkeit, auch beim Halten in der Sperrposition, bei einem geringen
Gewicht und geringen Herstell- und Montagekosten auf. Aufgrund der kompakten Bauweise
ist es auch leicht möglich, die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung in bereits im Einsatz
befindlichen Flugzeugen nachzurüsten.
Bezugszeichenliste
[0030]
- 1
- Aktuator
- 2
- Motor
- 3
- Getriebe
- 4
- Finger
- 5
- Aktuatorhebel
- 6
- Verbindungselement
- 7
- Haken
- 8a
- Feder
- 8b
- Feder
- 9
- Beschlag
- 10
- Steuerungseinheit
- 11a
- Anschlag
- 11b
- Anschlag
- 12
- Griffrollen
- 13
- Türspantsegment
- 14
- Kabel
- 15
- Türinnenhebel
- 16
- Aussparung
- 17
- Abtriebswelle
- 18
- Sperrmechanismus
1. Sperrvorrichtung zur Sperren einer Türkinematik (12, 15) für eine Tür eines Flugzeugs,
umfassend eine Steuerungseinheit (10), einen Aktuator (1) zur Betätigung eines Sperrmechanismus
(18) und eine automische Rückstelleinrichtung (8a, 8b), wobei die Steuerungseinheit
(10) den Aktuator (1) in Abhängigkeit des Vorhandenseins eines vorbestimmten Signals
betätigt, sodass der Aktuator (1) den Sperrmechanismus (18) in eine Sperrstellung
bringt, und wobei die Rückstelleinrichtung (8a, 8b) bei Bedarf den Sperrmechanismus
selbstständig in eine Entsperrstellung bringt.
2. Sperrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein rotatorischer Aktuator ist.
3. Sperrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) einen bürstenlosen Gleichstrommotor (2) umfasst.
4. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Signal ein "Flight"-Signal des Flugzeugs ist.
5. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend ein Getriebe
(3), insbesondere ein Planetengetriebe, zur Reduktion der Antriebsdrehzahl.
6. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Rückstelleinrichtung (8a, 8b) als Federelement ausgebildet ist.
7. Sperrvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Rückstelleinrichtung (8a, 8b) wenigstens zwei Federelemente umfasst,
welche jeweils einzeln in der Lage sind, den Sperrmechanismus (18) von der Sperrstellung
in die Entsperrstellung zu bringen.
8. Sperrvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement gespannt wird, wenn der Sperrmechanismus (18) in Sperrstellung gebracht
wird.
9. Sperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine derartige Rückstellkraft aufweist, dass der Sperrmechanismus
(18) in einem Zeitraum von wenigen Sekunden von der Sperrstellung aus jeder beliebigen
Position in die Entsperrstellung bringbar ist.
10. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Bremseinrichtung zur Abbremsung der Bewegunggeschwindigkeit bei der Entsperrung
der Sperrvorrichtung.
11. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrmechanismus (18) einen Haken (7) und ein Beschlagelement (9) mit einer Ausnehmung
(16) umfasst, wobei der Haken (7) im gesperrten Zustand in die Ausnehmung (16) eingreift
und die Türkinematik (12, 15) blockiert.
12. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Anschlageinrichtung
(11a, 11b, 4) zur Festlegung einer Startposition und/oder einer Endposition der Sperrvorrichtung.
13. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) den Aktuator (1) derart ansteuert, dass die Geschwindigkeit
bei Annäherung an den Anschlag (11a) reduziert wird.
14. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) den Aktuator (1) derart ansteuert, dass bei einem geeigneten
Signal der Sperrmechanismus (18) aktiv in Richtung Entsperren getrieben wird.