-
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeugfahrwerk mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1 sowie auf ein Flugzeug mit einem solchen Flugzeugfahrwerk.
-
STAND DER TECHNIK
-
Flugzeuge mit angetriebenem Flugzeugfahrwerk sind grundsätzlich bekannt, werden aber bislang weder kommerziell noch militärisch eingesetzt.
-
Eine Motivation ein angetriebenes Flugzeugfahrwerk vorzusehen, besteht darin, das Flugzeug unabhängig von seinen Triebwerken am Boden fahr- und manövrierfähig zu machen. Das Verfahren eines Flugzeugs mit Hilfe seiner Triebwerke ist energetisch ineffizient und mit erheblicher Lärm- und Abgasemission verbunden. Aus diesem Grund werden Flugzeuge am Boden vielfach durch spezielle Fahrzeuge verfahren. Diese erfordern eine zusätzliche Infrastruktur, welche sich der Betreiber des jeweiligen Flughafens von den Fluggesellschaften zusätzlich bezahlen lässt.
-
Ein Flugzeugfahrwerk mit einem ein- und auskuppelbaren Drehantrieb für mindestens ein Rad ist durch einen Versuch der Firma Boeing bekannt geworden, einen Drehantrieb für die Bugräder eines Flugzeugfahrwerks vorzusehen. Dieser Drehantrieb dient zum Verfahren des Flugzeugs am Boden und wird vor dem Starten des Flugzeugs ausgekuppelt. Er bleibt ausgekuppelt, bis das Flugzeug wieder gelandet ist. Für den Antrieb der Räder des Bugfahrwerks sind dabei konkret Keilriemen vorgesehen. Die Bugräder eines Flugzeugfahrwerks sind üblicherweise nicht mit einer Bremse ausgestattet.
-
Eine Bremse für ein gebremstes Rad eines Flugzeugfahrwerks weist üblicherweise mehrere Bremsscheiben auf, die an einem außen liegenden, mit der Felge des Rads fest verbundenen Rotor drehfest abgestützt sind.
-
Aus der US 2006 / 0 065 779 A1 ist ein Drehantrieb für die Bugräder eines Flugzeugfahrwerks bekannt, der einen Elektromotor mit einem um die Achse der Bugräder umlaufenden Rotor aufweist. Zwischen diesem Rotor und den Bugrädern sind ein Planetengetriebe und eine Doppelkegelkupplung hintereinander geschaltet. Der Drehantrieb ist sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung aktivierbar, und er erlaubt es auch, Bewegungsenergie in Form elektrischer Energie zurückzugewinnen. Die Doppelkegelkupplung ermöglicht es, dass sich die Bugräder beim Landen und Starten des jeweiligen Flugzeugs frei um ihre Achse drehen können. Eine Bremse mit Bremsscheibe weisen die Bugräder, für die der bekannte Drehantrieb vorgesehen ist, nicht auf.
-
Aus der US 2005 / 0 224 642 A1 ist ebenfalls ein elektromotorischer Drehantrieb für ein Rad eines Flugzeugfahrwerks bekannt. Dieser Drehantrieb wirkt zwischen mehreren Statorscheiben und mehreren an der Felge des Rads ortsfest gelagerten Rotorscheiben. Eine Bremse mit Bremsscheibe ist auch hier nicht vorgesehen.
-
Aus der US 2006 / 0 038 068 A1 ist ein Flugzeugfahrwerk mit einem Nabenmotor/Generator-Scheibenstapel bekannt, der alternierend Rotor- und Statorscheiben befestigt an einer Radlagerung und einem Rad des Fahrwerks umfasst. Mit dem Nabenmotor/Generator können Kräfte auf das Rad aufgebracht werden, z. B. zum regenerativen Bremsen, aber auch zum motorisierten Bremsen sowie zum Verfahren des Flugzeugs am Boden.
-
Aus der
US 3 977 631 A ist ein Drehantrieb für ein Rad eines Flugzeugfahrwerks bekannt, mit dem ein Stator einer Bremsscheiben aufweisenden Bremse um die Achse des Rads verdrehbar ist. Der Drehantrieb wirkt so nur dann auf das Rad, wenn die Bremse betätigt ist. Umgekehrt wirken die Bremskräfte beim Abbremsen des Rads auch auf den Drehantrieb ein.
-
Aus der
EP 1 867 567 A1 ist ein Flugzeugfahrwerk nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 mit zwei auf einer Achse angeordneten Rädern bekannt, wobei für jedes Rad eine Bremse vorgesehen ist. Die Bremse weist einen außenliegenden Rotor, der mit dem Rad umläuft und an dem mehrere Bremsscheiben drehfest abgestützt sind, sowie einen gegenüber der Achse drehfesten Stator mit mehreren Bremsbacken auf, die gegen die Bremsscheiben beaufschlagbar sind. Parallel zu der Bremse ist zwischen der Achse und dem Rad eine elektrische Maschine vorgesehen, deren Rotor ebenfalls mit dem Rad umläuft und deren Stator an der Achse festliegt. Diese elektrische Maschine dient beim Landen des Flugzeugs als Generator, um elektrische Energie für das Betätigen der Bremse bereitzustellen. Dabei überschüssige Energie von der elektrischen Maschine kann in einer Batterie gespeichert werden. Die elektrische Maschine kann umgekehrt als Motor betrieben werden, um das Rad vor dem Aufsetzen des Flugzeugs auf der Rollbahn in Rotation zu versetzen oder um das Flugzeug am Boden durch Antreiben des Rads zu verfahren. Es können auch zwei elektrische Maschinen für das Rad vorgesehen sein, wobei ein mit dem Rad umlaufendes Zahnrad zwei Ritzel kämmt, die die Rotoren der beiden elektrischen Maschinen gegenüber der Achse antreiben. In einer weiteren Ausführungsform wird der Rotor der elektrischen Maschine über ein Reibrad angetrieben, das an einem Reifen des Rads anliegt.
-
Ein Flugzeugfahrwerk mit mindestens einem Rad und mit einem ein- und auskuppelbaren Drehantrieb, ist aus der
US 3 850 389 A bekannt. Der Drehantrieb umfasst ein Ritzel, dass bei eingekuppeltem Drehantrieb ein Zahnrad kämmt, das drehfest mit dem Rad verbunden ist, und mit diesem um dieselbe Achse umläuft. In seiner ausgekuppelten Stellung ist das Ritzel soweit in Richtung parallel zu der Achse verlagert, dass es das Zahnrad nicht kämmt. Das Rad, dem der Drehantrieb bei dem bekannten Flugzeugfahrwerk zugeordnet ist, weist keine Bremse auf.
-
Aus der
US 3 807 664 A ist ein angetriebenes Flugzeugfahrwerk bekannt. Das Flugzeugfahrwerk umfasst steuerbare elektrische Drehantriebe für die Räder des Fahrwerks. Dabei ist der Drehantrieb für ein Bugrad des Flugzeugfahrwerkes umkehrbar. Weiterhin sind Bremsen für die Räder des Fahrwerks vorgesehen.
-
AUFGABE DER ERFINDUNG
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flugzeugfahrwerk mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 und ein mit einem solchen Flugzeugfahrwerk ausgestattetes Flugzeug aufzuzeigen, bei denen der für den Antrieb des Flugzeugfahrwerks betriebene Aufwand minimiert ist.
-
LÖSUNG
-
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch ein Flugzeugfahrwerk mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und durch ein Flugzeug mit einem solchen Flugzeugfahrwerk gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
-
Bevorzugte Ausführungsformen des neuen Flugzeugfahrwerks sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 9 definiert.
-
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Bei dem neuen Flugzeugfahrwerk ist an einem Rotor einer Bremse für das Rad, die mindestens eine an dem außen liegenden Rotor drehfest abgestützte Bremsscheibe aufweist, ein Zahnkranz ausgebildet, der zumindest bei eingekuppeltem Drehantrieb von einem Ritzel des Drehantriebs für das Rad gekämmt wird. Über dieses Ritzel überträgt der Drehantrieb sein Drehmoment unmittelbar auf den Rotor und damit auf das Rad. Der Rotor ist für diesen Zweck ausreichend belastbar, da er die Bremskräfte beim Landen auf das Rad übertragen muss, welche typischerweise viel größer sind als die für das Verfahren eines Flugzeugs am Boden notwendigen Kräfte. Zudem weist der Rotor einen nicht unerheblichen Durchmesser auf, der es erlaubt, das Rad mittels relativ kleiner an dem Zahnkranz angreifender Drehmomente zu verdrehen. Entsprechend kann der Drehantrieb klein dimensioniert und entsprechend kompakt gehalten werden. Dies gilt ebenso für die geometrischen Abmessungen des Ritzels.
-
Grundsätzlich ist es bei dem neuen Flugzeugfahrwerk denkbar, das Ritzel über eine Kupplung von dem weiteren Drehantrieb abzukuppeln, um den Drehantrieb auszukuppeln. Bevorzugt ist es bei dem neuen Flugzeugfahrwerk jedoch, wenn das Ritzel zum Ein- und Auskuppeln des Drehantriebs in Eingriff mit dem Zahnkranz und wieder aus diesem Eingriff heraus bringbar ist.
-
Konkret kann das Ritzel axial verschieblich gelagert sein, um es in den Eingriff mit dem Zahnkranz und hieraus wieder heraus zu bringen. Es versteht sich, dass zu diesem Zweck die Zähne des Zahnkranzes oder des Ritzels an ihren einander entgegen gerichteten Kanten eine den Eingriff unabhängig von der jeweiligen relativen Drehstellung erlaubende Form aufweisen sollten.
-
Zum Verschieben des Ritzels in axialer Richtung können pneumatische oder hydraulische Mittel vorgesehen sein, beispielsweise ein gegen eine Feder wirkender pneumatischer oder Hydraulikzylinder, mit dem das Ritzel gegen eine elastische, das Ritzel aus dem Eingriff in den Zahnkranz heraus beaufschlagende Kraft verschieblich ist. Dieser Aufbau stellt sicher, dass beim Ausfall der Pneumatik bzw. Hydraulik das Ritzel aus dem Eingriff in den Zahnkranz herausgelangt und so der Drehantrieb keine Behinderung beispielsweise bei einer Notlandung eines Flugzeugs darstellt.
-
Typischerweise ist der Drehantrieb an einem das Rad tragenden Fahrwerksbein gelagert. Dabei passt er ohne weiteres in den hier bei normalen Flugzeugfahrwerken vorhandenen kleinen Freiraum.
-
Konkret kann der Drehantrieb einen Elektromotor aufweisen. Dieser kann, muss aber aufgrund der relativen Größe des Zahnkranzes mit keinem zusätzlichen Getriebe gekoppelt sein.
-
Wenn das neue Flugzeugfahrwerk Drehantriebe für mehrere Räder aufweist, handelt es sich vorzugsweise um mehrere, untereinander synchronisierte Elektromotoren, um auch angesichts des seitlichen Abstands der Räder einen sicheren Geradeauslauf des Flugzeugs zu ermöglichen.
-
Eine Lenkvorrichtung zum Lenken am Boden kann mehrere derartige Elektromotoren, die in Breitenrichtung verteilten Rädern zugeordnet sind, auf unterschiedliche Drehzahlen ansteuern, um eine Kurvenfahrt des jeweiligen Flugzeugs, die durch ein gelenktes Bugfahrwerk eingeleitet wird zu unterstützen oder auch selbst einzuleiten.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
-
Figurenliste
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben.
- 1 zeigt einen Axialschnitt durch die Felge und die Bremse eines Rads eines Flugzeugfahrwerks, dem ein Drehantrieb zugeordnet ist, wobei der Drehantrieb in eingekuppelter Stellung gezeigt ist; und
- 2 zeigt eine 1 entsprechende Darstellung bei ausgekuppeltem Drehantrieb.
-
FIGURENBESCHREIBUNG
-
Die 1 und 2 zeigen eine Felge 1 eines hier nicht vollständig dargestellten Rads 2 eines Flugzeugfahrwerks 3. Die Felge 1 ist über Drehlager 4 grundsätzlich frei verdrehbar auf einer Achse 5 gelagert. Zum Abbremsen des Rads 2 gegenüber der Achse 5 ist eine Bremse 6 vorgesehen. Die Bremse 6 umfasst einen mit der Felge 1 drehfest verbundenen Rotor 7, mit dem Rotor 7 drehfest verbundene Bremsscheiben 8 des Rads 2, einen mit der Achse 5 drehfest verbundenen Stator 9, drehfest an dem Stator 9 gelagerte Bremsbacken 10 und einen die Bremsscheiben 8 des Rads 2 und die Bremsbacken 10 der Achse 5 zusammendrückenden Bremskolben 11. Zusätzlich ist neben der Felge 1 ein Zahnkranz 12 drehfest auf dem Rotor 7 gelagert. Zum Kämmen dieses Zahnkranzes 12 ist ein Ritzel 13 eines Drehantriebs 14 vorgesehen, der an einem die Achse 5 tragenden Fahrwerksbein 15 zwischen diesem und einem auf der Felge 1 montierten, hier nicht dargestellten Reifen gelagert ist. Dabei ist das Ritzel 13 in axialer Richtung zwischen seinen beiden in den 1 und 2 dargestellten Betriebsstellungen mittels eines hier nicht im Einzelnen dargestellten Aktuators verfahrbar. Dieser Aktuator kann beispielsweise eine Welle 16, auf der das Ritzel 13 gelagert ist, gegenüber dem Rest des Drehantriebs 14 gegen die elastische Kraft einer Feder in die Betriebsstellung des Ritzels 13 gemäß 1 ausfahren oder das Ritzel auf der ortsfest gelagerten Welle 16 verschieben. Wenn der Aktuator deaktiviert wird, führt die Feder das Ritzel 13 dann in seine Betriebsstellung gemäß 2, in der es den Zahnkranz 12 nicht mehr kämmt, zurück. Ein Elektromotor 17 des Drehantriebs 14 kann angesichts der zwischen dem Ritzel 13 und dem Zahnkranz 12 ausgebildeten Untersetzung getriebelos ausgebildet sein, oder er kann ein einfaches Untersetzungsgetriebe aufweisen, um trotz geringer Dimensionierung ein einige zehn Tonnen schweres Verkehrsflugzeug über das Rad 2 am Boden zu verfahren. Zu beachten ist dabei aber, dass bei einem großen Verkehrsflugzeug mehrere Räder 2 des Flugzeugfahrwerks 3 in der dargestellten Weise angetrieben sind. Der Drehantrieb 14 ist ausschließlich für das Verfahren und Manövrieren des jeweiligen Flugzeugs am Boden vorgesehen, um dort ohne die Triebwerke auszukommen und feinfühliger agieren zu können. Vor dem Start und bis nach der erneuten Landung wird der Drehantrieb in seine Betriebsstellung gemäß 2 ausgekuppelt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Felge
- 2
- Rad
- 3
- Flugzeugfahrwerk
- 4
- Drehlager
- 5
- Achse
- 6
- Bremse
- 7
- Rotor
- 8
- Bremsscheibe
- 9
- Stator
- 10
- Bremsbacken
- 11
- Bremskolben
- 12
- Zahnkranz
- 13
- Ritzel
- 14
- Drehantrieb
- 15
- Fahrwerksbein
- 16
- Welle
- 17
- Elektromotor
