DE10024973B4

DE10024973B4 - Liftsystem für den vertikalen Transport von Nutzlasten in einem Luftfahrzeug

Info

Publication number: DE10024973B4
Application number: DE10024973A
Authority: DE
Inventors: Stephan Gottlieb; Adolf Schreger; Joachim Schmidt
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH; Jenoptik AG
Current assignee: Vincorion Advanced Systems GmbH
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2020-05-20
Also published as: DE10024973A1; FR2809081A1; US20010045326A1; FR2809081B1; NL1018102C2

Abstract

Liftsystem für den vertikalen Transport von Nutzlasten in einem Luftfahrzeug, mit einem Förderelement, das an einem zwischen Umlenkrollen umlaufenden endlosen Antriebselement zum Bewegen des Förderelements zwischen unterschiedlichen horizontalen Ebenen des Luftfahrzeugs befestigt ist, wobei das Förderelement an einem Führungsrahmen geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass
– das Förderelement eine Liftkabine (2) ist, an deren einer Seitenfläche das Antriebselement in Form mindestens eines Riemens (46) zur Bewegung der Liftkabine (2) und Lastübertragung von der Liftkabine (2) auf die Umlenkrollen (44; 45) befestigt ist,
– der Führungsrahmen ein selbsttragender Mast (1) ist, der seitlich neben der Seite der Liftkabine (2), an der sich die Befestigung des mindestens einen Riemens (46) befindet, positioniert ist und der an seinem unteren und oberen Ende die Umlenkrollen (44; 45) aufweist, wobei mindestens ein zum Mast (1) und zur Kabine (2) parallel ausgerichteter, frei zugänglicher Abschnitt des mindestens einen Riemens (46) zur Befestigung der Liftkabine...

Description

Die Erfindung betrifft ein Liftsystem für den vertikalen Transport von Nutzlasten in einem Luftfahrzeug, insbesondere für den Transport von sogenannten Trolleys zwischen den verschiedenen Decks eines Flugzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Liftsysteme in Luftfahrzeugen unterliegen wegen der speziellen dynamischen Beanspruchung während eines Fluges (unterschiedliche Kraftwirkungen bei Start und Landung oder bei Turbulenzen) besonderen Anforderungen an Stabilität und Funktionssicherheit und Lastenarretierung. Aus diesem Grund kommen bestimmte bekannte Liftprinzipien, wie z.B. Treibscheibe mit Seilzug und Lastgegengewichten sowie Seiltrommelaufwicklung von vornherein nicht in Betracht.

Bezüglich Schwerkraft und Beschleunigungskräften unabhängige Antriebe sind in unterschiedlicher Ausführung bekannt. Dazu zählen beispielsweise Hydraulikantriebe, bei denen die Liftkabine oberhalb eines mehrgliedrigen Hydraulikzylinders vertikal bewegt wird. Nachteilig und für Luftfahrzeuge inakzeptabel ist dabei das hohe Gewicht und der erhebliche Platzbedarf unterhalb der Liftkabine.

Weiterhin sind Zahnstangenantriebe als Liftantriebe zum Einsatz gekommen. Bei dieser Antriebsart sind die Tatsachen, dass der Antriebsmotor als zusätzliche Last auf der Kabine mitfährt und für eine spielfreie Auf- und Abwärtsbewegung ein hoher Justier- und Wartungsaufwand erforderlich ist, als nachteilig zu bemerken.

Wegen der wesentlich besser ausführbaren Spielfreiheit des Antriebs haben sich in Luftfahrzeugen Spindelgetriebe durchgesetzt. Bei solchen Antrieben, wie sie z.B. im Patent US 6 059 229 offenbart sind, wird eine vertikal angeordnete Spindel angetrieben, die mittels einer mit dem Förderobjekt (z.B. einem Container) in Verbindung stehenden Spindelmutter für die Auf- und Abwärtsbewegung sowie die vertikale Arretierung sorgt. Die Spindel ist an geeigneten Strangprofilen befestigt, an denen das Förderobjekt geführt wird. Als Nachteile verbleiben aber ebenfalls ein hoher Wartungsaufwand durch Schmierung, ein nicht unerheblicher Geräuschpegel sowie das relativ hohe Gewicht der lasttragenden Spindel und deren Lagerung.

Eine weiteres Lösungsprinzip für ein Liftsystem in einem Flugzeug ist aus der Offenlegungsschrift DE 197 52 390 A1 bekannt. Hier wird ein endlos umlaufendes Transportband zur Befestigung von Förderelementen (Böden) in der Art eines Paternosters benutzt. Dabei können zwar gegenüber den hochtourig laufenden Spindelantrieben wesentlich geräuschärmere Antriebsmotoren verwendet werden, der Wartungsaufwand für die in einem passgenauen Fahrschacht umlaufenden Förderelemente bleibt jedoch erheblich, insbesondere deshalb, weil das starre Fahrschachtgehäuse des Lifts in der dynamisch beanspruchten Rumpfstruktur eines Flugzeuges zu unerwünschten Materialspannungen führt.

Ferner ist in der nicht vorveröffentlichten DE 199 55 801 A1 eine Transportvorrichtung zum vertikalen Befördern von Lasten zwischen horizontalen Ebenen offenbart, bei der ein Transportkorb an einem Mast verfahrbar ist, der mit einer ersten Ebene vertikal fest, aber kippbar und mit einer zweiten Ebene vertikal und horizontal beweglich gegenüber Verschiebungen der beiden Ebenen zueinander verbunden ist. Ungelöst bleibt hier die Sicherung des Fahrkorbes im Falle von turbulenzbedingten Schwerkraftänderungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Gestaltung eines Liftsystems für den vertikalen Transport von Nutzlasten in einem Luftfahrzeug zu finden, die eine geräuscharme und funktionssichere Beförderung zwischen unterschiedlichen Ebenen des Luftfahrzeugs und eine zuverlässige Arretierung in den Be- und Entladepositionen gestattet und sich durch geringen Wartungsaufwand und geringes Gewicht auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Liftsystem für den vertikalen Transport von Nutzlasten in einem Luftfahrzeug, mit einem Förderelement, das an einem zwischen Umlenkrollen umlaufenden endlosen Antriebselement zum Bewegen des Förderelements zwischen unterschiedlichen horizontalen Ebenen des Luftfahrzeugs befestigt ist, wobei das Förderelement an einem Führungsrahmen geführt ist, dadurch gelöst, dass das Förderelement eine Liftkabine ist, an deren einer Seitenfläche das Antriebselement in Form mindestens eines Riemens zur Bewegung der Liftkabine und Lastübertragung von der Liftkabine auf die Umlenkrollen befestigt ist, dass der Führungsrahmen ein selbsttragender Mast ist, der seitlich neben der Seite der Liftkabine, an der sich die Befestigung des mindestens eines Riemens befindet, positioniert ist und der an seinem unteren und oberen Ende die Umlenkrollen aufweist, wobei mindestens ein zum Mast und zur Kabine parallel ausgerichteter, frei zugänglicher Abschnitt des mindestens eines Riemens zur Befestigung der Liftkabine und deren Bewegung entlang des Mastes vorhanden ist, dass der mindestens eine Riemen und die Umlenkrollen mit jeweils einer aufeinander abgestimmten Verzahnung versehen sind und der mindestens eine Riemen definiert vorgespannt ist und eine der Umlenkrollen mit einem Antriebsmotor in Verbindung steht, der über ein großes Drehmoment und eine gute Regelbarkeit verfügt, wobei der Antriebsmotor neben der Antriebsfunktion auch für das Bremsen und Halten der Liftkabinenlast vorgesehen ist.

Die Verzahnung von Umlenkrollen und Riemen weist vorteilhaft eine zusätzliche laterale Führung auf, um das Auswandern des Riemens von der Lauffläche der Umlenkrollen zu unterdrücken. Umlenkrollen und Riemen besitzen vorzugsweise eine Bogenverzahnung.

Der Riemen ist zweckmäßig aus einem Grundmaterial aus formbarem Kunststoff und längsgerichteten Strangeinlagen zusammengesetzt, wobei das Grundmaterial des Riemens vorzugsweise aus Polyurethan besteht, in das Stahldrähte oder Kohlefasern (Karbonstränge) eingelegt sind.

Zur Verringerung des Riemenverschleißes weist die Verzahnung des Riemens an den Zahnflanken vorteilhaft eine abriebfestere Schicht, vorzugsweise aus Polyamid, über dem Grundmaterial auf.

Zur Erhöhung von Zuverlässigkeit und Sicherheit erweist es sich von Vorteil, dass mehrere Riemen als Lastaufnahme für die Liftkabine vorgesehen sind, wobei die Umlenkrollen der benachbart geführten Riemen jeweils auf einer gemeinsamen Achse am oberen und unteren Ende des Mastes angeordnet sind.

Die Umlenkrollen sind zweckmäßig am oberen Ende des Mastes auf einer Achse mit einer Gewichtsmesseinrichtung zur Überwachung der Riemenspannung und der Belastungsgrenzen des Liftsystems gelagert, wobei bei Lastenbeförderung eine Überlastung die Arretierung der Antriebswelle sowie die Abschaltung des Antriebsmotors auslöst und bei Leerlauf die Riemenvorspannung überprüft und eingestellt werden kann.

Um vertikale Schwingungen der Liftkabine weitgehend zu unterdrücken, ist vorteilhaft eine Spannvorrichtung für die Riemen vorgesehen, die in einem Bereich des frei zugänglichen Riemenabschnittes, der von der Liftkabine verdeckt wird, angebracht ist, so dass der Riemen nachstellbar mit einer definierten Vorspannung beaufschlagt wird.

Zur Vereinfachung der Liftkabinen- und der Motorsteuerung verfügt der Antriebsmotor zweckmäßig über eine Messeinrichtung zur Rotorlagenerfassung, wobei mittels dieser Messeinrichtung über die Verzahnung der Riemen die Zuordnung der Position der Liftkabine zur Rotorlage des Antriebsmotors vorgesehen ist. Somit ist die Position der Liftkabine zum Fußboden eines jeweiligen Decks des Luftfahrzeugs vorzugsweise durch Programmierung einer der Messeinrichtung zur Rotorlagenerfassung nachgeschalteten Steuer- und Regelschaltung kontinuierlich und einfach einstellbar. Der Antriebsmotor wird dazu vorteilhaft an einem Wechselrichter geführt, der, basierend auf den Messwerten der Rotorlage, den Strom des Antriebsmotors regelt, die genaue Liftkabinenposition ermittelt und eine vorgegebene Position gezielt ansteuert.

Als Antriebsmotor wird wegen des erforderlichen hohen Drehmoments und der sehr guten Steuerbarkeit vorteilhaft ein bürstenloser Gleichstromservomotor verwendet, der zur Störungs- und Überlasterkennung zusätzlich temperaturüberwacht ist.

Zum Erzeugen oder Halten eines für den Antrieb und das Bremsen erforderlichen hohen Drehmoments der Antriebswelle ist vorteilhaft ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen.

Zur Arretierung der Liftkabine im stromlosen Zustand des Antriebsmotors, im Überlast- oder Havariefall ist zweckmäßig an der Antriebswelle eine mechanische Bremseinrichtung vorgesehen.

Der Mast, der die Stütz- und Führungsfunktion des gesamten Liftsystems innehat, ist vorteilhaft aus Hohlprofilen geformt, die in Anzahl und Größe auf die Anzahl und Abmessungen der Riemen abgestimmt sind, wobei die Hohlprofile als Kanäle für den Rücklauf der Riemen ausgebildet sind. Dabei weist der Mast am Ende der Hohlprofile vorzugsweise Endmodule zur Aufnahme der Umlenkrollen auf.

Der Mast ist mit einer unteren und einer oberen Mastbefestigung derart ausgestattet, dass alle Gewichtskräfte gezielt über die untere Mastbefestigung in der tragenden Struktur des Luftfahrzeugs aufgenommen werden und die obere Mastbefestigung lediglich zur Aufnahme aller horizontalen Kräfte in einer höher gelegenen tragenden Struktur des Luftfahrzeugs vorgesehen ist. Dabei wird die untere Mastbefestigung in einem unteren Deck des Luftfahrzeugs vorteilhaft als ein Pendellager ausgeführt, wobei eine Beweglichkeit des Mastes in Längs- und Querachse des Luftfahrzeugs um dieses Pendellager herum sichergestellt ist. Andererseits wird der Mast über ein Gleitpendellager an einem höheren Deck des Luftfahrzeugs befestigt, das den Mast in Längs- und Querachse des Luftfahrzeugs fixiert, den Bewegungen der Decks zueinander aber keinen Widerstand entgegensetzt. Für diese Mastkonstruktion ist es von Vorteil, dass nur im Bereich des unteren Pendellagers in der tragenden Struktur des Luftfahrzeugs Versteifungen oder Verstärkungen zur Lastaufnahme vom gesamten Liftsystem vorzusehen sind.

Weiterhin weist der Mast seitlich, d.h. in Querrichtung zur Anbringungsseite der Liftkabine, vorteilhaft je eine Profilschiene oder aber zwei einander gegenüberliegende U-Profile als Führungsschienen für die Bewegung der Liftkabine auf.

Zur Abstützung der Nutz- und Eigenlast der Liftkabine in der Orthogonalebene zur Mastlängsrichtung sind an den Führungsschienen vorteilhaft mehrere Gruppen von Führungsrollen zur Führung der Liftkabine entlang jeder Mastseite vorgesehen, wobei die Führungsrollen einer Gruppe eng benachbart auf unterschiedlichen Flächen der jeweiligen Führungsschiene des Mastes abrollen. Zweckmäßig sind die Führungsrollen einer Gruppe in Richtung der Führungsschiene zueinander versetzt angebracht.

Die Führungsrollen sind vorzugsweise als Paare gruppiert, wobei mindestens zwei Paare an jeder Führungsschiene abrollen.

Die unterschiedlichen Abrollflächen der Führungsschienen, auf denen ein Rollenpaar abrollt, sind bei einer Führungsschiene mit U-Profil vorteilhaft die (nahezu verdeckten) Innenseiten der U-Profil-Schenkel. Bei einer Einzelschiene würden die Führungsrollen funktionell gleichartig auf gegenüberliegenden Oberflächen ein und desselben Schienenformteils abrollen.

Um die Liftkabinen in jeder der Horizontalrichtungen zum Mast exakt zu führen, werden die Führungsrollen vorzugsweise als Zwei-Rollen-Systeme ausgeführt, wobei diese einen nicht umlaufenden Zentralteil aufweisen, um den die Hauptführungsrolle umläuft und an dem stirnseitig zu der Hauptführungsrolle eine kleinere Querführungsrolle so eingebettet ist, dass das Zwei-Rollen-System sowohl an einer Seitenfläche als auch am Boden (U-Profil-Boden oder Schienenflansch) der Führungsschiene definiert abrollt.

Zur Ankopplung der Liftkabine an den frei zugänglichen Riemenabschnitt und zur linearen Führung entlang des Mastes ist zwischen Mast und Liftkabine vorteilhaft ein Schlitten vorgesehen, wobei an dem Schlitten die Führungsrollen zur Führung der Liftkabine, die in den Mast seitlich eingreifen, befestigt sind und eine Montagefläche für die starre Befestigung der Liftkabine vorhanden ist.

Der Schlitten weist zweckmäßig die Form eines breiten U-Profils auf, wobei innerhalb dieses u-förmigen Schlittens der Mast im wesentlichen eintaucht und an den Innenseiten der Schenkel des Schlittens die Achsen der Führungsrollen parallel zur Montagefläche des Schlittens ausgerichtet sind und in die gegenüberliegenden Profile der Führungsschienen des Mastes eingreifen.

Für Wartungs- bzw. Austauschzwecke wird die Liftkabine vorzugsweise mittels eines Schnellverschlusses am Schlitten befestigt.

Dazu ist am Schlitten zweckmäßig wenigstens ein Zapfen zur Lastaufnahme von der Liftkabine vorgesehen, der entweder einen Bajonettverschluss oder einen Exzenterhebel zur rutschfesten Sicherung der Liftkabine am Zapfen aufweist.

Der Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass den besonderen Bedingungen der Luft- und Raumfahrt an Liftsysteme, in allen erdenklichen Bewegungsabläufen des Flugkörpers eine unbedingte Sicherheit gegen negative Beschleunigungen und unkontrollierte Bewegungen der Liftkabine bei gleichzeitigen Volumen- und Gewichtsbeschränkungen zu garantieren sowie geringen Wartungsaufwand und geringe Geräuschbelästigungen zuzulassen, nur entsprochen werden kann, wenn man von den eingeführten Getriebearten aus verzahnten metallischen Linearantrieben abgeht. Die Lösung liegt in der Realisierung der Kabinenbewegung mittels eines Förderriemenantriebs, der gepaart mit einer Rutschsicherung (Zahnriemen) und bestimmten Mess- und Regeleinrichtungen (Gewichtsmesseinrichtung und Messeinrichtung zur Rotorlagenerfassung) die erforderlichen Bedingungen erfüllt. Zusätzlich ist eine geeignete Säulenkonstruktion (auf Pendellager gestützter Mast) zur vertikalen Lastaufnahme vorgesehen, die insbesondere den Erfordernissen der Verträglichkeit gegenüber Verwindungen und anderen (z.B. durch Temperaturschwankungen verursachten) Lageabweichungen der tragenden Struktur eines Flugkörpers Rechnung trägt und außer der Stützfunktion auch die lineare Führung des Kabinenschlittens sowie die laterale Abstützung des Liftsystems übernimmt. Wegen der schwerkraftunabhängigen Antriebsart, der lastunabhängigen Schlittenführung und der gleitenden Mastführung (Gleit-/Pendellager) ist die Anwendung der Erfindung nicht auf Luftfahrzeuge beschränkt und soll ausdrücklich auch erweitert auf Raumflugkörper verstanden werden.

Eine solche Realisierung eines Liftsystems für Luftfahrzeuge erzielt bei geringem Gewicht und geringem Wartungsaufwand eine geräuscharme und funktionssichere Beförderung von Nutzlasten zwischen unterschiedlichen Ebenen (Decks) eines Flugkörpers sowie eine zuverlässige Arretierung in den Be- und Entladepositionen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
1: eine Komplettansicht des Liftsystems,
2: eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Antriebsriemen,
3: eine bevorzugte Gestaltung des Mastprofils,
4: eine vorteilhafte Ausführung des Pendelgleitlagers der oberen Mastbefestigung,
5: eine zweckmäßige Gestaltung der Schlittenführung am Mast,
6: eine bevorzugte Ausführungsform der Führungsrollen des Schlittens mit integrierter Querführungsrolle am U-Profil-Boden des Mastes.
Das Liftsystem besteht in seinem Grundaufbau – wie in 1 dargestellt – aus einem Mast 1, der neben der Stützfunktion sowohl die vertikale Antriebsfunktion als auch die laterale Führungsfunktion in sich vereinigt, einer Liftkabine 2 zur Aufnahme eines Fördergutes, die mit dem Mast 1 über einen Schlitten 3 in einer vertikal beweglichen Verbindung steht, und ein Antriebssystem 4, bestehend aus einem Antriebsmotor 41, mindestens einem Antriebsriemen 46 zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Antriebsmotors 41 in eine Linearbewegung der Liftkabine 2, wobei jeder Antriebsriemen 46 über eine untere Umlenkrolle 44 am unteren Ende des Mastes 1 und eine obere Umlenkrolle 45 am oberen Mastende geführt ist.
Obwohl das Liftsystem im folgenden stets in bezug auf Luftfahrzeuge, insbesondere Flugzeuge, beschrieben und das Transportgut als Nutzlast bezeichnet wird, ist das Liftsystem aufgrund seines speziellen schwerkraftunabhängigen Antriebssystems und seiner spielfreien, lastunabhängigen Schlittenführung auch für Anwendungen in der Raumfahrt geeignet und soll ausdrücklich nicht auf Luftfahrzeuge beschränkt sein.
1 zeigt ein konkret für ein Flugzeug gestaltetes Liftsystem mit zwei Antriebsriemen 46. Dabei werden die Riemen 46 am oberen Ende des Mastes 1 von den oberen Umlenkrollen 45 geführt, die in einem Endmodul 14 des Mastes 1 auf einer gemeinsamen Achse umlaufen. Am unteren Mastende sind die unteren Umlenkrollen 44 ebenfalls in einem Endmodul 14 auf einer gemeinsamen Achse geführt, die zugleich die Antriebswelle 43 des Antriebssystems 4 darstellt. Die Antriebswelle 43 wird vom Antriebsmotor 41 über ein Untersetzungsgetriebe 42 angetrieben, um das erforderliche Drehmoment für das Bewegen, Bremsen und Halten der Nutz- und Eigenlast der Liftkabine 2. Der Antriebsmotor 41 ist zweckmäßig ein bürstenloser Gleichstromservomotor an einem Wechselrichter geführt, wobei der Wechselrichter auf Basis von Messwerten einer Messeinrichtung zur Rotorlagenerfassung den Strom des Antriebsmotors 41 regelt, die genaue Position der Liftkabine 2 ermittelt und eine vorgegebene Liftposition gezielt ansteuert. Zur Gewährleistung einer schwingungsfreien Bewegung der Liftkabine 2 und einer stets sicheren, schlupflosen Kraftübertragung vom Antriebsmotor 41 auf die Liftkabine 2 ist am Mast 1 ein Schlitten 3 zur zuverlässigen Kabinenführung vorgesehen. An diesem Schlitten 3 werden die Antriebsriemen 46 mittels einer (nicht dargestellten) Spannvorrichtung mit einer Vorspannung beaufschlagt. Zusätzlich sind die Antriebsriemen 46 verzahnt, wobei die Umlenkrollen 44 und 45 eine entsprechende Zahnung aufweisen. Diese Verzahnung ist zweckmäßig so ausgeführt, dass zugleich auch eine seitliche Führung der Riemen 46 auf den Umlenkrollen 44 und 45 vorhanden ist. Dazu ist im linken Teil der 2 eine Möglichkeit des Verzahnungsmusters als Bogenverzahnung 461 in der Draufsicht angegeben. Die untere Ansicht von 2 zeigt den Querschnitt eines Antriebsriemens 46, der im Grundmaterial 462 hoch dehnungsfeste Strangeinlagen 463 in Form von Stahldrähten oder Kohlefasern in Längsrichtung des Riemens 46 aufweist. Die rechte Ansicht zeigt zusätzlich einen Längsschnitt des Antriebsriemens 46 zur Verdeutlichtung, dass das Grundmaterial 462, das vorzugsweise aus Polyurethan (oder einem ähnlichen formbaren Kunststoff) besteht und in das die Strangeinlagen 463 eingebettet sind, an den Zahnflanken mit einer abriebfesteren Schicht 464, beispielsweise aus Polyamid, versehen ist.
An den am Mast 1 (außen) frei zugänglichen Abschnitten der Antriebsriemen 46 ist der Schlitten 3 befestigt und wird von diesen getragen, so dass die Riemen 46 die gesamte Eigen- und Nutzlast der Liftkabine 2 aufnehmen und über die oberen Umlenkrollen 45 auf den Mast 1 übertragen. Dabei stützt sich die volle Last auf den oberen Endmodul 14 des Mastes 1 ab, in dem sich auf einer gemeinsamen Achse die oberen Umlenkrollen 45 und eine Gewichtsmesseinrichtung 47 befinden, und wird über den zu den unteren Umlenkrollen 44 rücklaufenden Teil (Rücklauf) der Antriebsriemen 46 auf die Antriebswelle 43 übertragen. Die Gewichtsmesseinrichtung 47 dient dabei in erster Linie der Einstellung und Überwachung einer definierten Vorspannung der Riemen 46, aber auch als Sicherheitseinrichtung bei Überlastungs- und Havariefällen (z.B. Überladung oder Blockieren der Liftkabine etc.)
In 3 ist der Mast 1 in seinem Querschnitt dargestellt, wobei die Stützfunktion durch ein verwindungsarmes Hohlprofil 11 realisiert wird. Das Hohlprofil 11 weist so viele vertikale, vorzugsweise rechteckige Kanäle 12 auf, wie Antriebsriemen 46 für das Liftsystem verwendet werden. In diesem Beispiel ist die Anzahl der Kanäle 12 auf zwei festgelegt, wobei jeder Kanal 12 den Rücklauf der Antriebsriemen 46 zwischen oberer und unterer Umlenkrolle 45 und 44 aufnimmt. An den seitlichen Flanken des Mastes 1 sind Führungsschienen 13 zur Aufnahme der Führungsrollen 31 des Schlittens 3 in Form von U-Profilen vorhanden, wobei sich zwischen den entgegengesetzt orientierten Führungsschienen 13 die Kanäle 12 des Hohlprofils 11 des Mastes 1 befinden.
Der Mast 1 ist in seiner Funktion so konzipiert, dass die gesamte Eigen- und Nutzlast des Liftsystems vom unteren Mastende in einem Pendellager 15 aufgenommen wird und die lateralen (horizontalen) Kräfte von einer oberen Mastbefestigung in Form eines Pendelgleitlagers 16 aufgefangen werden. Das untere Pendellager 15 kann in der Art eines Kugelkopflagers ausgeführt sein, das in einem in 1 skizzierten Fußelement integriert ist. Das obere Gleitpendellager 16 ist in 4 vergrößert dargestellt. In einer am Mast 1 orthogonal angebrachten Verbindungsplatte 161 sind mehrere (vorzugsweise drei) Gleitbolzen 162 parallel zu Mastrichtung starr befestigt. An der tragenden Struktur des Flugzeugs (z.B. am Boden eines oberen Flugzeugdecks) ist ein weiteres Verbindungselement 164 mit einer orthogonal zu den Gleitbolzen 162 ausgerichteten Platte angebracht, in die selbstausrichtende Gleitlagerbuchsen 163 eingelassen sind, die in Anzahl und Größe an die Gleitbolzen 162 angepasst sind. Die Gleitlagerbuchsen 163 sind in elastischem Material (z.B. Gummi) eingebettet, so dass sie sowohl eine vertikale Relativverschiebung der Verbindungsplatte 161 gegenüber dem von der Flugzeugstruktur getragenen Verbindungselement 164 als auch eine Seitenabweichung des Mastes 1 (Verkippung um wenige Grad) auszugleichen in der Lage sind.
Anhand von 5 soll nun die spielfreie Führung des Schlittens 3 am Mast 1 genauer gezeigt werden Wie bereits zu 3 erläutert, sind die Führungsschienen 13 des Mastes 1 zur Führung des Kabinenschlittens 3 als U-Profil vorgesehen. Dazu passend weist der Schlitten 3 die Form eines breiten U-Profils auf, in das der Mast 1 eintaucht. An der Innenseite der Schenkel 35 des Schlittens 3 sind jeweils zwei Paare 32 von Führungsrollen 31 so angebracht, dass sie in die gegenüberliegend ausgerichteten U-Profile der Führungsschienen 13 des Mastes 1 eingreifen.
Die Führungsrollen 31 für die Auf-und-Abwärtsbewegung der Liftkabine 2 sind am Schlitten 3 so angebracht, dass die beiden Führungsrollen 31 eines Paares 32 – wie im aufgebrochen dargestellten Teil des Schlittens 3 erkennbar – jeweils an unterschiedlichen U-Profil-Schenkeln 131 des Mastes 1 abrollen, wobei die Führungsrollen 31 eines Paares 32 eng benachbart und in Richtung des Mastes 1 (Transportrichtung) versetzten Achsen 33 zueinander angebracht sind. Zur stabilen Führung des Schlittens 3 am Mast 1 sind in jeder U-förmigen Führungsschiene 13 mindestens zwei solcher Paare 32 von Führungsrollen 31 vorhanden, wie man im unteren Teil des sichtbaren Schenkels 35 des Schlittens 3 durch die Andeutung der Achsen 33 erkennt.
Um den Schlitten 3 auch in Richtung der entgegengesetzt orientierten Führungsschienen 13 des Mastes 1 spielfrei zu führen, sind weitere Rollen, die am U-Profil-Boden 132 abrollen, vorgesehen. In diesem Beispiel sind dazu – wie aus 6 für eine Führungsrolle 31 zu entnehmen – die Führungsrollen 31 selbst als Zwei-Rollen-Systeme ausgeführt, wobei jede Führungsrolle 31 aus einem nicht umlaufenden Zentralteil 311, in den eine kleine Querführungsrolle 313 eingebettet ist, und einer außen umlaufenden Hauptführungsrolle 312 zusammengesetzt ist. Damit wird der Schlitten 3 in seiner Bewegungsrichtung lateral (d.h. in beiden Orthogonalrichtungen der Horizontalebene) spielfrei geführt und abgestützt. Die großflächige Vorderseite des Schlittens 3 stellt die Montagefläche 34 für die Liftkabine 2 dar, an der die Befestigung der Liftkabine 2 mittels eines Schnellverschlusses, vorzugsweise über einen (nicht dargestellten) Zapfen an der Montagefläche 34 mittels eines Bajonettverschlusses oder eines Exzenterhebels, vom Liftkabineninneren aus erfolgt.

1: Mast
11: Hohlprofil
12: Kanäle
13: Führungsschiene
131: U-Profil-Schenkel
132: U-Profil-Boden
14: Endmodul
15: untere Mastbefestigung (Pendellager)
16: obere Mastbefestigung (Gleitpendellager)
161: Verbindungsplatte
162: Gleitbolzen
163: Gleitlagerbuchsen
164: Verbindungselement
2: Liftkabine
3: Schlitten
31: Führungsrollen
311: Zentralteil
312: Hauptführungsrolle
313: Querführungsrolle
32: Paare (Gruppen)
33: Achsen
34: Montagefläche
35: Schenkel
4: Antriebssystem
41: Antriebsmotor
42: Untersetzungsgetriebe
43: Antriebswelle
44: untere Umlenkrollen
45: obere Umlenkrollen
46: Riemen
461: Bogenverzahnung
462: Grundmaterial
463: Strangeinlage
464: abriebfeste Schicht
47: Gewichtsmesseinrichtung

Claims

Liftsystem für den vertikalen Transport von Nutzlasten in einem Luftfahrzeug, mit einem Förderelement, das an einem zwischen Umlenkrollen umlaufenden endlosen Antriebselement zum Bewegen des Förderelements zwischen unterschiedlichen horizontalen Ebenen des Luftfahrzeugs befestigt ist, wobei das Förderelement an einem Führungsrahmen geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Förderelement eine Liftkabine (2) ist, an deren einer Seitenfläche das Antriebselement in Form mindestens eines Riemens (46) zur Bewegung der Liftkabine (2) und Lastübertragung von der Liftkabine (2) auf die Umlenkrollen (44; 45) befestigt ist, – der Führungsrahmen ein selbsttragender Mast (1) ist, der seitlich neben der Seite der Liftkabine (2), an der sich die Befestigung des mindestens einen Riemens (46) befindet, positioniert ist und der an seinem unteren und oberen Ende die Umlenkrollen (44; 45) aufweist, wobei mindestens ein zum Mast (1) und zur Kabine (2) parallel ausgerichteter, frei zugänglicher Abschnitt des mindestens einen Riemens (46) zur Befestigung der Liftkabine (2) und deren Bewegung entlang des Mastes (1) vorhanden ist, – der mindestens eine Riemen (46) und die Umlenkrollen (44; 45) mit jeweils einer aufeinander abgestimmten Verzahnung versehen sind und der mindestens eine Riemen (46) definiert vorgespannt ist und – eine der Umlenkrollen (44; 45) mit einem Antriebsmotor (41) in Verbindung steht, der über ein großes Drehmoment und eine gute Regelbarkeit verfügt, wobei der Antriebsmotor neben der Antriebsfunktion auch für das Bremsen und Halten der Liftkabinenlast vorgesehen ist.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung von Umlenkrollen (44; 45) und Riemen (46) zusätzlich eine laterale Führung aufweist.
Liftsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Umlenkrollen (44; 45) und Riemen (46) eine Bogenverzahnung (461) aufweisen.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Riemen (46) aus einem Grundmaterial (462) aus formbarem Kunststoff und längsgerichteten Strangeinlagen (463) zusammengesetzt ist.
Liftsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (462) des mindestens einen Riemens (46) aus Polyurethan besteht.
Liftsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in das Grundmaterial (462) des mindestens einen Riemens (46) Stahldrähte (463) eingelegt sind.
Liftsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in das Grundmaterial (462) des mindestens einen Riemens (46) Kohlefasern eingelegt sind.
Liftsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung des mindestens einen Riemens (46) an den Zahnflanken eine abriebfestere Schicht (464), vorzugsweise aus Polyamid, aufweist.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung von Zuverlässigkeit und Sicherheit mehrere Riemen (46) als Lastaufnahme für die Liftkabine (2) vorgesehen sind, wobei die Umlenkrollen (44; 45) der benachbart geführten Riemen (46) jeweils auf einer gemeinsamen Achse am oberen und unteren Ende des Mastes (1) angeordnet sind.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkrollen (45) am oberen Ende des Mastes (1) auf einer Achse mit einer Gewichtsmesseinrichtung (47) zur Überwachung der Riemenspannung und der Belastungsgrenzen des Liftsystems gelagert sind, wobei bei Lastenbeförderung eine Überlastung die Arretierung der Antriebswelle (43) und die Abschaltung des Antriebsmotors (41) auslöst und bei Leerlauf die Riemenvorspannung überprüft und eingestellt werden kann.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannvorrichtung für den mindestens einen Riemen (46) vorgesehen ist, wobei die Spannvorrichtung in einem Bereich des frei zugänglichen Abschnittes des mindestens einen Riemens (46), der von der Liftkabine (2) verdeckt wird, angebracht ist, so dass der mindestens eine Riemen (46) nachstellbar mit einer definierten Vorspannung beaufschlagt ist, um vertikale Schwingungen weitgehend zu unterdrücken.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (41) über eine Messeinrichtung zur Rotorlagenerfassung verfügt, wobei mittels dieser Messeinrichtung über die Verzahnung des mindestens einen Riemens (46) die Zuordnung der Position der Liftkabine (2) zur Rotorlage des Antriebsmotors (41) vorgesehen ist.
Liftsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Liftkabine (2) zum Fußboden eines jeweiligen Decks des Luftfahrzeugs durch Programmierung einer der Messeinrichtung zur Rotorlagenerfassung nachgeschalteten Steuer- und Regelschaltung kontinuierlich einstellbar ist.
Liftsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (41) an einem Wechselrichter geführt wird, der, basierend auf den Messwerten der Rotorlage, den Strom des Antriebsmotors (41) regelt, die genaue Liftkabinenposition ermittelt und eine vorgegebene Position gezielt ansteuert.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (41) ein bürstenloser Gleichstromservomotor ist.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (41) temperaturüberwacht ist.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen oder Halten eines für den Antrieb und das Bremsen einer Antriebswelle (43) erforderlichen Drehmoments ein geeignetes Untersetzungsgetriebe (42) vorgesehen ist.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Antriebswelle (43) eine mechanische Bremseinrichtung zur Arretierung der Liftkabine (2) im stromlosen Zustand des Antriebsmotors (41), im Überlast- oder Havariefall vorgesehen ist.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (1) aus Hohlprofilen (11) geformt ist, die in Anzahl und Größe auf die Anzahl und Abmessungen der Riemen (46) abgestimmt sind, wobei die Hohlprofile (11) Kanäle (12) für den Rücklauf der Riemen (46) bilden.
Liftsystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (1) am Ende der Hohlprofile (11) Endmodule (14) zur Aufnahme der Umlenkrollen (46) aufweist.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (1) eine untere und eine obere Mastbefestigung derart aufweist, dass alle Gewichtskräfte gezielt über die untere Mastbefestigung in der tragenden Struktur des Luftfahrzeugs aufgenommen werden und die obere Mastbefestigung lediglich zur Aufnahme aller horizontalen Kräfte in einer höher gelegenen tragenden Struktur des Luftfahrzeugs vorgesehen ist.
Liftsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Mastbefestigung in einem unteren Deck des Luftfahrzeugs ein Pendellager (15) zur Lastaufnahme ist, wobei eine Beweglichkeit des Mastes (1) in Längs- und Querachse des Luftfahrzeugs um dieses Pendellager (15) herum sichergestellt ist.
Liftsystem nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (1) über ein Gleitpendellager (16) an einem höheren Deck des Luftfahrzeugs befestigt ist, das den Mast (1) in Längs- und Querachse des Luftfahrzeugs fixiert, den Bewegungen der Decks zueinander aber keinen Widerstand entgegensetzt.
Liftsystem nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in der tragenden Struktur des Luftfahrzeugs Versteifungen oder Verstärkungen zur Lastaufnahme vom gesamten Liftsystem nur im Bereich des unteren Pendellagers (15) vorgesehen sind.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (1) seitlich, in Querrichtung zur Anbringungsseite der Liftkabine (2) je eine Profilschiene als Führungsschiene (13) für die Bewegung der Liftkabine (2) aufweist.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (1) seitlich, in Querrichtung zur Anbringungsseite der Liftkabine (2) zwei einander gegenüberliegende U-Profile (131) als Führungsschienen (13) für die Bewegung der Liftkabine (2) aufweist.
Liftsystem nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gruppen von Führungsrollen (31) zur Führung der Liftkabine (2) entlang jeder Seite des Mastes (1) vorhanden sind, wobei die Führungsrollen (31) einer Gruppe eng benachbart auf unterschiedlichen Flächen der jeweiligen Führungsschiene (13) des Mastes (1) abrollen.
Liftsystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrollen (31) einer Gruppe in Richtung der Führungsschiene (13) zueinander versetzt angebracht sind.
Liftsystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrollen (31) als Paare (32) gruppiert sind, wobei mindestens zwei Paare (32) an jeder Führungsschiene (13) abrollen.
Liftsystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Abrollflächen der Führungsrollen (31) bei einer Führungsschiene (13) mit U-Profil die Innenseiten der U-Profil-Schenkel (131) sind.
Liftsystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrollen (31) als Zwei-Rollen-Systeme ausgeführt sind, wobei diese einen nicht umlaufenden Zentralteil (311) aufweisen, um den die Hauptführungsrolle (312) umläuft und an dem stirnseitig zu der Hauptführungsrolle (312) eine kleinere Querführungsrolle (313) so eingebettet ist, dass das Zwei-Rollen-System sowohl an einem U-Profil-Schenkel (131) als auch am U-Profil-Boden (132) der Führungsschiene (13) definiert abrollt.
Liftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Mast (1) und Liftkabine (2) ein Schlitten (3) zur Ankopplung der Liftkabine (2) an den frei zugänglichen Abschnitt des mindestens einen Riemens (46) und zur linearen Führung entlang des Mastes (1) vorhanden ist, wobei an dem Schlitten (3) die Führungsrollen (31) zur Führung der Liftkabine (2), die in den Mast (1) seitlich eingreifen, und eine Montagefläche (34) für die Befestigung der Liftkabine (2) vorhanden sind.
Liftsystem nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (3) die Form eines breiten U-Profils aufweist, wobei innerhalb dieses u-förmigen Schlittens (3) der Mast (1) eingebettet ist und an den Innenseiten der Schenkel (35) des Schlittens (3) die Achsen (33) der Führungsrollen (31) parallel zur Montagefläche (34) des Schlittens (3) ausgerichtet sind.
Liftsystem nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Liftkabine (2) für Wartungs- oder Austauschzwecke mittels eines Schnellverschlusses am Schlitten (3) befestigt ist.
Liftsystem nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass am Schlitten (3) wenigstens ein Zapfen zur Lastaufnahme von der Liftkabine (2) vorgesehen ist, der einen Bajonettverschluss zur rutschfesten Sicherung der Liftkabine (2) aufweist.
Liftsystem nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass am Schlitten (3) wenigstens ein Zapfen zur Lastaufnahme von der Liftkabine (2) vorgesehen ist, der einen Exzenterhebel zur rutschfesten Sicherung der Liftkabine (2) an dem Zapfen aufweist.