DE10158232C1 - Einrichtung zum vertikalen Transportieren von Nutzlasten für Luftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum vertikalen Transportieren von Nutzlasten für Luftfahrzeuge, insbesondere für große Passagierflugzeuge mit mehreren Decks. DOLLAR A Die Aufgabe, eine neue Möglichkeit zum vertikalen Transportieren von Nutzlasten für Luftfahrzeuge zu finden, die bei geringer Masse eine sichere Beförderung der Nutzlasten entlang eines Masters (2) gestattet und den geforderten Crashlasten und Vibrationsbelastungen standhält, ohne die Struktur des Flugzeugrumpfes (1) zusätzlich zu belasten, wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine Kabine (3) mit zylinderförmiger Grundform (31) vorgesehen ist, wobei die Bewegung der Kabine (3) in Richtung ihrer Zylinderachse erfolgt, der Mast (2) ein aus einem Leichtbauwerkstoff bestehender Hohlkörper ist und im Wesentlichen die Form eines langgestreckten Quaders aufweist, wobei jedoch eine zur Kabine (3) orientierte Vorderseite (22) des Masters (2) als konkaves, an die Krümmung der zylindrischen Grundform (31) der Kabine (3) angepasstes Segment einer Zylindermantelfläche geformt ist und der Mast (2) mindestens ein lineares Führungssystem (4) entlang beider Außenkanten der Vorderseite (22) des Mastes (2) aufweist, an dem die Kabine (3) geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum vertikalen Transportieren von Nutzlasten für Luftfahrzeuge, insbesondere für Passagierflugzeuge. Sie kann sowohl zum Transport von Fluggästen als auch von Versorgungsutensilien angewendet werden.

Flugzeuglifte sind wegen der Struktur des Flugzeugrumpfes, der im Innern einer Außenhülle ein engmaschiges Netz aus Spanten und Bodenrosten (Deckträgern) aufweist, in ihrer Dimensionierung hinreichend stark beschränkt. Zusätzliche Probleme macht die geeignete Befestigung des Liftes im Flugzeugrumpf, ohne die Struktur der Spanten und Decks an ihrer bestimmungsgemäßen Elastizität unter Last (z. B. bei Start- und Landeprozeduren sowie im Flug) zu hindern oder die Struktur zu belasten.

In der DE 199 56 403 A1 ist beispielsweise eine Aufzugsvorrichtung für Verkehrsflugzeuge offenbart, die eine Beladung des Flugzeuges vom Rollfeld aus gestattet und somit eine gegenüber üblichen Aufzugssystemen erweiterte Liftfunktion aufweist. Die erforderliche Elastizität des Liftes gegenüber dem Flugzeugrumpf ist hier jedoch allein durch einen rechteckigen Schacht und eine teleskopische Ausfahrfunktion erheblich eingeschränkt.

Aus diesem Grund sind für die Beförderung von Verpflegungsutensilien Lifte entwickelt worden, die einen sogenannten Fördermast beinhalten, der auf einem Fußpunkt steht und in der übrigen Flugzeugstruktur gleitend gelagert ist.

Die Offenlegungsschrift DE 199 00 256 A1 offenbart eine solche Fördereinrichtung, die einen an rechteckige Verpflegungsbehälter und rechteckige Bodenroststrukturen der Flugzeugdecks angepassten Förderbehälter entlang eines Mastes mittels einer Hub­ einrichtung von einem Deck in ein anderes bewegt. Dabei verfügt die Hubeinrichtung über ein Standelement und einen Fördermast, wobei der Mast Mittel zur Neigung aufweist, die in der unteren Deckposition des Förderbehälters starr gegenüber dem Standelement sind und bei Erreichen des oberen Decks aktiviert werden, um den Förderbehälter an den Zielkoordinaten des oberen Decks auszurichten. Die Mittel zur Neigung des Mastes werden durch ein sphärisches Gelenk gebildet, das eine Neigung des Mastes in alle Richtungen zulässt, solange das Standelement nicht durch Riegelelemente am unteren Deck arretiert ist.

Einen ähnlichen Lösungsansatz offenbart die DE 199 55 801 A1, indem die Transport­ vorrichtung als Aufzug zwischen verschiedenen Decks eines Flugzeugs einen Mast aufweist, der im unteren Deck in vertikaler Richtung fest verankert ist, aber Kipp­ bewegungen des Mastes in horizontaler Richtung zulässt. Dazu sind in der ersten Ebene ein Pendelgelenk und in der weiteren Ebene ein Gleitdrehgelenklager vorgesehen.

Der Nachteil beider letztgenannten Liftsysteme liegt darin, dass der Einsatz eines neigungsfähigen Mastes zur Vermeidung von Verspannung der Strukturen des Flug­ zeugrumpfes infolge lastbedingter Deckverschiebungen eine weit auskragende Last mit großen Quermomenten zur Folge hat, so dass weitere sichernde Führungselemente eigentlich unerlässlich sind. Weiterhin muss der Mast erheblich stärker dimensioniert sein, um geforderten Crashlasten und Vibrationsanforderungen widerstehen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zum vertikalen Transportieren von Nutzlasten für Luftfahrzeuge zu finden, die bei geringer Masse eine sichere Beförderung der Nutzlasten entlang eines Liftmastes gestattet und den geforderten Crashlasten und Vibrationsbelastungen standhält, ohne die Struktur des Flugzeugrumpfes zusätzlich zu belasten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Einrichtung zum vertikalen Transportieren von Nutzlasten für Luftfahrzeuge mit einem an einem Mast bewegten Transport­ behälter, wobei der Mast an einem unteren Flugzeugdeck über ein sphärischen Gelenk abgestützt und an einem oberen Flugzeugdeck zur neigungsfähigen Befestigung gleitend gelagert ist, dadurch gelöst, dass der Transportbehälter als Kabine mit zylinderförmiger Grundform ausgebildet ist, wobei die Bewegung der Kabine in Richtung ihrer Zylinderachse erfolgt, dass der Mast im Wesentlichen die Form eines langgestreckten Quaders aufweist, wobei jedoch eine zur Kabine orientierte Vorderseite des Mastes als konkaves, an die Krümmung der zylindrischen Grundform der Kabine angepasstes Segment einer Zylindermantelfläche geformt ist, und ein aus einem Verbundmaterial bestehender Hohlkörper ist und dass der Mast mindestens ein lineares Führungssystem entlang beider Außenkanten der Vorderseite des Mastes aufweist, an dem die Kabine geführt ist.

Vorteilhaft weist die Kabine mindestens ein Türelement auf, das als Zylindermantel- Flächensegment entlang der zylindrischen Wandfläche der Kabine tangential beweglich angeordnet ist. Vorzugsweise sind aus Sicherheitsgründen (Redundanz) zwei Türelemente vorgesehen, die beim Öffnen und Schließen der Kabine entgegengesetzt zueinander bewegt werden, wobei die Türelemente entweder innerhalb der Kabine oder außerhalb entlang der Kabinenwand bewegbar sind und damit gegenüber üblichen Teleskopsystemen zur Türöffnung einen geringeren Platzbedarf haben.

Zur Verbesserung der Stabilität der Kabine ist diese an den Außenseiten der Boden- und der Deckenfläche jeweils mit einer gewölbten Kappe versehen. Dabei ist eine kalottenförmige Kappe zweckmäßig. Aus Platzgründen sind jedoch tiegelförmige Kappen zu bevorzugen. Diese weisen zweckmäßig - zur Kompensation der etwas geringeren vertikalen Belastbarkeit - wenigstens zwei einander kreuzende Aussteifungsrippen auf.

Zur Erhöhung der Biege- und Verwindungssteifigkeit der Mastkonstruktion ist es von Vorteil, dass der Mast im Innern Querspanten orthogonal zu seiner Längsausdehnung, gegenläufige Diagonalspanten oder eine Kombination aus beiden enthält, die belastungsabhängig eingesetzt sind. Zweckmäßig sind die Spanten regelmäßig bzw. äquidistant angeordnet.

Aus Gründen der weiteren Gewichtsreduzierung besteht der Mast zweckmäßig aus einem Leichtbauwerkstoff, wie z. B. faserverstärktem Kunststoff oder Leichtmetall­ verbund.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform zur Realisierung eines zusätzlichen Außenbordbetriebs weist der Mast eine sekundäre Linearführung auf, bei der entlang der Außenkanten von Rückwand und Seitenflächen Führungsschienen angebracht sind, wobei zugehörige Führungsschuhe an der Struktur des Flugzeugrumpfes angebracht sind und die Kabine in ihrer untersten Position am Mast arretiert zusammen mit dem gesamten Mast ausfahrbar ist.

Dabei ist der Mast vorzugsweise leistungslos, aber gesteuert ausfahrbar.

Für den Außenbordbetrieb weist der Mast an seinem unteren Ende einen Rollmechanismus auf, um eine Biegebeanspruchung des Mastes, die aus ungleichmäßiger Beladung oder Windlast im Stand des Flugzeugs resultieren kann, gering zu halten.

Für den Wechsel zwischen Außenbordbetrieb und (innerem) Normalbetrieb beinhaltet der Mast an seinem unteren Ende einen Verriegelungsmechanismus zur starren Fußbefestigung des Mastes im Normalbetrieb, die im Außenbordbetrieb entriegelt wird.

Die Grundidee der Erfindung besteht in der Überlegung, dass man zum Implementieren eines Liftsystems in ein Flugzeug - bedingt durch das Bodenraster (Bodenrostkonstruktion der einzelnen Decks) des Flugzeuges - stets von einem rechteckig vorgegebenen Grundquerschnitt ausgeht, ohne das dies zwingend wäre. Für das Konstruktionskonzept eines beliebigen Liftsystems ergeben sich jedoch grundsätzlich acht Varianten: rechteckig, quadratisch, elliptisch, rund und alle möglichen Mischformen.

Analysiert man für einen rechteckigen Grundriss unter Berücksichtigung aller Parameter die möglichen Konstruktionsvarianten, zeigt sich, dass die möglichen Konstruktionsprinzipien außer der rechteckigen Form, die wegen der effektiven Raumausnutzung im Rechteckraster den bisherigen Standard darstellt, die kreisförmige Form der Kabine, ergänzt durch eine komplementäre Rechteckform des Mastes die meisten Vorteile aufweist, die sich wie folgt umreißen lassen:

• - hohe Raumausnutzung gegenüber der Materialoberfläche,
• - hohe Verwindungs- und Biegesteifigkeit bei geringen Materialstärken (mit der Folge eines geringen Gewichts),
• - hohe Eigenresonanzfrequenz,
• - hohe Stabilität der Liftkabine (auch im Sinne einer Druckkapsel).

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich, bei geringster Masse eine sichere Beförderung der Nutzlasten entlang eines Liftmastes zu erreichen und mit erhöhter Eigenstabilität gegenüber geforderten Crashlasten und Vibrations­ belastungen zu bestehen, ohne die Struktur des Flugzeugrumpfes zusätzlich zu belasten.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2a eine Rückansicht des erfindungsgemäßen Liftsystems mit Querspanten­ versteifung,

Fig. 2b eine Rückansicht des erfindungsgemäßen Liftsystems mit Diagonalspanten,

Fig. 3 eine Draufsicht auf Mast und Liftkabine,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer tiegelförmigen Kappe als obere und untere Abschlüsse der Kabine,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Mittelteil eines Passagierflugzeugs mit einem Lift mit Außenbordfunktion und einem Lift für den Transport innerhalb des Flugzeugrumpfes.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht - wie in Fig. 1 dargestellt - in ihrem Grundaufbau aus einem Mast 2, einer Kabine 3 und mindestens einem linearen Führungssystem 4 (nur in Fig. 3 dargestellt).

Die Besonderheit des Liftsystems zeigt sich in der Gestaltung der Kabine 3.

In Fig. 1 - sowie etwas deutlicher in der Draufsicht gemäß Fig. 3 - ist zu erkennen, dass für die Kabine 3 ein zylinderförmiger Grundkörper 31 gewählt wurde. Der zylinderförmige Grundkörper 31 hat gegenüber der Rechteckform gravierende Vorteile.

So ist der Raumausnutzungsgrad bei dem zylinderförmigen Grundkörper 31 deutlich besser als bei einem herkömmlich rechteckförmigen, da in der Liftkabine eines Flugzeugs mehrere Personen befördert werden können. Hier ermöglicht die Rundform, dass die eine Person auch ein Rollstuhlfahrer sein kann.

Die Verwindungs- und die Biegesteifigkeit der Kabine 3 sind auf Grund der Formgebung wesentlich höher. Durch die geringere Oberfläche gegenüber dem Rauminhalt ergibt sich ein relativ geringeres Gewicht gegenüber einer Rechteckkabine. Auch die Krafteinleitung durch das Führungssystem 4 (Fig. 3) ist bei dieser Form wesentlich günstiger und einfacher zu gestalten. Das hat auch eine höhere Eigenresonanzfrequenz zur Folge, die ebenfalls erwünscht ist.

Aufgrund des zylinderförmigen Grundkörpers 31 ist auch die Türöffnung der Liftkabine 3 der Zylinderform angepasst. Zum Verschließen der Kabine 3 vorgesehene Türelemente 32 sind tangential entlang der Innenwand der Kabine 3 verschiebbar angeordnet und werden als Zylindermantelsegmente auf einer konzentrischen Bahn zum zylinderförmigen Grundkörper 31 bewegt. Damit hat das einzelne Türelement 32 eine sehr steife Form und eine sehr geringe Störfläche, so dass der Einsatz von Teleskop- oder Schwenkmechanismen nicht nötig ist. Die Türelemente 32 bestehen (aus Gründen der Redundanz) aus zwei gegensätzlich öffnenden Segmenten. Somit ist ein störflächenloser Betrieb im Bewegungsraum der Passagiere mit einer wesentlich höheren Systemsicherheit als bei allen anderen Konstruktionsprinzipien von Flugzeugliften sichergestellt.

Der zylinderförmige Grundkörper 31 der Kabine 3 ist an seiner Bodenfläche 33 und seiner Deckenfläche 34 nach außen durch stabilitätserhöhende Kappen 35 versteift, wie sie in Fig. 5 in zwei verschiedenen Varianten angedeutet sind. Das rechte Liftsystem von Fig. 5 zeigt dabei vorteilhafte kalottenförmige Kappen 35 und der linke Lift ist an seiner Kabine 3 mit tiegelförmigen Kappen 36 bestückt. Letztere sind gegenüber der Kalottenform platzsparender in Bezug auf den Verfahrbereich der Kabine 3 bei gleichlangem Mast 2. Die deshalb vorzuziehende tiegelförmige Kappe 36 ist - wie aus der Fig. 4 ersichtlich - an der Innenseite mit zusätzlichen, sich kreuzenden Aussteifungsrippen 37 versehen. Diese Aussteifungsrippen 37 sind, genauso wie die tiegelförmigen Kappen 36 mit dem zylinderförmigen Grundkörper 31, geklebt, wenn die Kabine 3 aus Kunststoff (z. B. Faserverbundwerkstoff) besteht. Für den Fall, dass die Kabine 3 einschließlich der Kappen 36 aus Leichmetall gefertigt wird, können die Aussteifungsrippen 37 auch angeformt sein, oder sämtliche Teile der Kabine 3 werden durch Schweißen oder Löten verbunden.

Bei kalottenförmigen Kappen 35 ist eine Aussteifung nicht zwingend erforderlich.

Die Kappe 35 oder 36, wie sie alternativ bei zwei unterschiedlichen Liftsystemen in Fig. 5 dargestellt ist, übernimmt an der Bodenfläche 33 der Kabine 3 mehrere Aufgaben. Sie dient sowohl zwischen dem zylinderförmigen Grundkörper 31 und dem Fördergut (z. B. Passagier) als auch zwischen dem zylinderförmigen Grundkörper 31 und den auftretenden Flug- und Betriebslasten als kraft- und momenteinleitende Baugruppe. Sie ist der untere Abschluss der Kabine 3. Die Kappe 35 bzw. 36 kann außerdem die Funktion der kraftübernehmenden Komponente für eine Endlagen­ dämpfung des Liftsystems am unteren Ende des Mastes 2 übernehmen. Sie dient des Weiteren aber auch als Primärbilge und kann die Klimaabluftkanäle der Kabine 3 aufnehmen.

An der Deckenfläche 34 der Kabine 3 übernimmt die Kappe 35 bzw. 36 ähnliche wesentliche und ergänzende Funktionen.

Sie dient - wie ihr Doppel an der Bodenfläche 33 - als versteifende Baugruppe des zylinderförmigen Grundkörpers 31 für Kraft- und Momentbelastung aus den auftretenden Flug- und Betriebslasten und zur Aufnahme von Bedieneinheiten und der Beleuchtung.

Die Kappe 35 oder 36 auf der Deckfläche 34 des zylindrischen Grundkörpers 31 ist der obere Abschluss der Kabine 3 und ist in analoger Weise zur Kappe an der Bodenfläche 33 des Grundkörpers 31 die kraftaufnehmende Komponente für die Endlagendämpfung der Kabine 3 in der oberen Endlage und kann weiterhin die Zuluftkanäle für die Klimatisierung der Kabine 3 aufnehmen.

Aus den flugzeugspezifischen Bedingungen sind die allgemeinen Parameter für den Einbau und Betrieb eines Liftsystems bekannt und relativ eng vorgegeben. Für den Mast 2 ergeben sich daraus folgende Anforderungen:
Der Mast 2 muss das Bewegungssystem für die Kabine 3 und alle auftretenden Kräfte und Momente aufnehmen und mittels Verbindungselementen verträglich in die Struktur des Flugzeugrumpfes 1 übertragen. Der Mast 2 darf dabei die Bodenroststruktur 11 und die Spantenstruktur 12 nicht mehr als erforderlich belasten und muss darüber hinaus Vibrationsbelastungen und Crashlasten standhalten, d. h. er muss bei Schwingungsbelastung und bei einer zulässigen Verzögerung im Crashfall eine ausreichende Eigenstabilität aufweisen. Neben einem kleinen Flächenbedarf im Grundriss soll der Mast 2 eine hohe Eigenresonanzfrequenz haben, um die Vibrationsanforderungen zu erfüllen, und - bei allen vorgenannten Randbedingungen - leicht sein.

Der Mast 2 ist deshalb in seinem Grundriss so gewählt, dass er einen Formadapter zwischen der rechteckigen Form der Bodenroststruktur 11 (Rechteckraster) des Flugzeugrumpfes 1 und der runden Form der Kabine 3 darstellt. Sein Aufbau ist in der Rückansicht des Liftsystems in Fig. 2a und 2b besonders eindrucksvoll zu erkennen.

Der zunächst aufgrund der runden Grundfläche der Kabine 3 entstehende Differenzraum zur rechteckigen Bodenroststruktur 11 wird dadurch effizient genutzt, dass der Mast 2 eine angepasste konkave Vorderseite 22 aufweist, während die Rückwand 21 zusammen mit den Seitenflächen 23 nahezu einen langgestreckten Quader aufspannt. Der Mast 2 wird vorzugsweise aus einem kohlefaserverstärkten Leichtbauwerkstoff hergestellt und ist über seine ebene Rückwand 21 mit der Flugzeugstruktur verbunden. Die Vorderseite 22 des Mastes 2, die zur Kabine 3 zeigt, ist als Zylindermantelsegment ausgeführt. Zur Erhöhung der Verwindungssteifigkeit sind im Innern des Mastes 2 - wie in Fig. 2a dargestellt - Querspanten 24 in definierten Abständen eingebaut, die mit den sie berührenden Seitenflächen 23, der Rückwand 21 und der Vorderseite 22 fest verbunden sind. Eine gleichwertige Form der Aussteifung des Mastes 2 zeigt Fig. 2b, wobei hier im Innern des Mastes 2 Diagonalspanten 25 eingesetzt sind, die abwechselnde Orientierung aufweisen. Die Mastaussteifung kann auch (zur Steigerung von Steifigkeit in allen Achsen) aus einer Kombination der beiden Anordnungen von Fig. 2a und b bestehen. Beide Anordnungen aus Querspanten 24 und Diagonalspanten 25 (auch einzeln) unterbinden zusätzlich die Beulungsneigung der Außenflächen 21, 22 und 23 und erhöhen die Biegesteifigkeit in allen Achsen. Die Spanten 24 und 25 sind ebenfalls aus Faserverbundmaterial gefertigt und werden belastungsabhängig über die Länge des Mastes 2 verteilt. Bei einer engen und äquidistanten Anordnung der Querspanten 24 und/oder der Diagonalspanten 25 erhöht sich auch die Eigenresonanzfrequenz des Mastes 2. Die Spanten 24 oder 25 können zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) Antriebssystems für die Liftkabine 3 auch Durchbrüche entlang einer oder mehrerer durchgehender Achsen aufweisen, beispielsweise zur Rückführung eines Antriebsriemens, mit dem die Kabine 3 entlang ihres Führungssystems 4 bewegt wird.

Am Mast 2 ist ein lineares Führungssystem 4 zur Abstützung und Führung der Kabine 3 angeordnet, das aus in vertikaler (z-)Richtung beweglichen Bindegliedern besteht. Die Anbringung erfolgt - wie in Fig. 3 gezeigt - in unmittelbarer Nähe der Außenkanten der Vorderseite 22 des Mastes 2, da aufgrund der Konkavform der Vorderseite 22 in Verbindung mit den spitzwinklig anschließenden Seitenflächen 23 eine besonders steife und belastbare Struktur vorliegt. Das Führungssystem 4 enthält zwei Gleitschienen 41 und Führungsschuhe 42, in denen Gleitrollen 43 sich an der Gleitschiene 41 abwälzen. Die Gleitschienen 41 des Führungssystems 4 befinden sich am Mast 2 direkt an den Außenkanten der Vorderseite 22, die Führungsschuhe 42 gegenüberliegend an der Kabine 3. Dies hat den Vorteil, dass die kragenden Kräfte aus der Kabine 3 in den Mast 2 verlagert werden. Damit wird die Kragkraftbelastung pro Bauteil reduziert. Das Führungssystem 4 wird dazu verwendet, die Bewegung der Kabine 3 von einem unterem Deck 13 zu einem oberen Deck 14 (und umgekehrt) zu gewährleisten. Für die konstruktive Ausführung des Führungssystems 4 bezüglich Formgebung der Gleitschienen 41 und der Führungsschuhe 42 und Gleitrollen 43 wird an dieser Stelle auf die analog gültigen Aussagen zur nachfolgend beschriebenen sekundären Linearführung 5 verwiesen, da die Anforderungen und Bewegungsprinzipien gleich sind und die Art der Gleit- oder Führungsrollen 43 bzw. 53 in weiten Grenzen wählbar sind.

Ein Beispiel für die Einbindung des erfindungsgemäßen Liftsystems in einen Flugzeugrumpf 1 zeigt Fig. 5. Der rechts dargestellte Lift verbindet ein unteres Deck 13 mit zwei darüber liegenden Decks 14 und 15. Das Führungssystem 4 (in vorgenannter Figur nicht explizit dargestellt) ist an den Bodenroststrukturen 11 der Decks 14 und 15 befestigt und der Mast 2 ist auf dem Boden des unteren Decks 13 abgestützt. Der rechte Lift von Fig. 5 zeigt an der Kabine 3 kalottenförmige Kappen 35, die der Kabine 3 zusätzliche Stabilität verleihen und die oben beschriebenen Zusatzfunktionen erfüllen können. Der rechte Lift ist ein interner Flugzeuglift.

In einer erweiterten Ausführungsvariante gemäß dem linken Liftsystems in Fig. 5 ist zusätzlich an der ebenflächigen Rückwand 21 des Mastes 2, und zwar an den äußeren Kanten, d. h. an den Eckverbindungen der Rückwand 21 mit den Seitenflächen 23 des Mastes 2, eine sekundäre Linearführung 5 angeordnet, die in Fig. 3 dargestellt ist. Diese stellt eine gleitfähige Verbindung zu der Flugzeugstruktur (Bodenroststruktur 11) her, wenn das Liftsystem auch als Außenlift verwendet werden soll.

In diesem Fall befinden sich am Mast 2 in vertikaler Richtung Führungsschienen 51 der Linearführung 5 und an der Bodenroststruktur 11 jedes Decks 13, 14 und 15 sind Führungsschuhe 52 angebracht. Letztere enthalten Führungsrollen 53 und sind durch einen Aufnahmerahmen in der Bodenroststruktur 11 integriert. Soll der Lift Personen oder Güter vom Rollfeld ins Flugzeug befördern, so wird der gesamte Mast 2 mit der in der untersten Mastposition arretierten Kabine 3 über die sekundäre Linearführung 5 vertikal nach außen bzw. unten verfahren. Die Linearführung 5 wird ausschließlich für den Außenbordbetrieb aktiviert und ist im Innenbetrieb arretiert (verriegelt).

Der Ausfahrvorgang des Mastes 2 geschieht leistungslos, aber nicht ungeregelt, d. h. es ist eine Geschwindigkeitsregelung zur Steuerung und Überwachung der Ausfahrgeschwindigkeit des Liftsystems vorgesehen, ohne dass wesentliche Energie benötigt wird. Diese Regelung hält die Ausfahrgeschwindigkeit so lange konstant, bis der Mast 2 mittels Sensoren ein Hindernis oder den Boden detektiert.

Da der Boden ein erwünschtes Hindernis ist, aber nicht jedes Hindernis den Boden darstellt, wird mittels Kausalitätsprüfung (z. B. über die Ausfahrlänge) die Bodenposition von Hindernissen unterschieden. Hat das untere Ende des Mastes 2 die Bodennähe erreicht, so wird die Ausfahrgeschwindigkeit reduziert. Mit der reduzierten Geschwindigkeit trifft der Mast 2 mit einem Dämpfer, der im Mastfuß eingebaut ist (nicht dargestellt), auf den Boden. Der Geschwindigkeitsregler wird nun abgeschaltet und der Mast 2 ist - nur durch die Linearführung 5 geführt - vertikal frei beweglich. Somit ist berücksichtigt, dass der Abstand zwischen Flugfeld und Flugzeugrumpf 1 nicht konstant ist, sondern abhängig von Zuladungen variiert. Die maximale Eintauchtiefe der Fahrwerke ist das Maß, das der Mast 2 mindestens ausgleichen kann. Neigungsbewegungen des Flugzeugrumpfes 1, hervorgerufen durch ungleichmäßige Zuladung oder Wind, führen zum ungleichmäßigen Eintauchen der Fahrwerke. Daraus ergibt sich auch eine horizontale Komponente der Bewegung des Mastes 2 relativ zum Rollfeld. Für die Orientierungsänderungen des Flugzeugrumpfes 1 und den damit verbundenen Positionsänderungen der horizontalen (x- und y-)Positionen des unteren Endes des Mastes 2 (Mastfußes) in Bezug auf den Boden ist im Mastfuß ein Rollmechanismus 26 vorgesehen, der eine Biegebeanspruchung des Mastes 2 oder der Linearführung 5 ausschließt bzw. gering hält.

Das Einfahren des Mastes 2 geschieht mittels eines beliebigen Antriebs (nicht dargestellt). Dabei wird der gesamte Mast 2 mit der in der unteren Position befindlichen Kabine 3, geführt durch die Linearführung 5 an der Rückseite 22 des Mastes 2, in eine durch mechanische Endanschläge begrenzte Einfahrposition gebracht. Der Einfahrvorgang ist dann abgeschlossen, wenn der Mast 2 in einen dafür vorbereiteten Endlagenblock (nicht gezeichnet) am oberen Ende des Mastes 2 bzw. am oberen Halterahmen der Flugzeugstruktur eingefahren ist. Der Fuß des Mastes 2 wird dann im unteren Flugzeugdeck durch einen Verriegelungsmechanismus arretiert. Erst danach ist das Liftsystem wieder im normalen (inneren) Bewegungsmodus. Die vorstehend beschriebene Art des Außenbordbetriebs ist selbst bei Systemausfällen eigensicher.

Es sind unterschiedliche Außenbordbetriebszustände genauer zu betrachten. Um den sicheren und gefahrlosen Betrieb des Lifts zu gewährleisten, wird zunächst der Zeitraum vor dem Liftaustritt betrachtet.

Der Bodenabstand des Flugzeugrumpfs 1 ist so ausgelegt, dass ein Untergehen und Unterfahren mit Kleingeräten möglich ist und beträgt deshalb in der Regel mehr als zwei Meter.

Bevor das Liftsystem seinen Außenbordbetrieb aufnehmen kann, muss eine dafür vorgesehene Bodenluke 16 geöffnet werden. Der Mast 2 kann nur dann außerhalb des Flugzeugrumpfes 1 ausgefahren werden, wenn bestimmte Randbedingungen erfüllt sind. Die Voraussetzungen zum Öffnen der Luke 16 und Ausfahren des Mastes 2 sind gegeben, wenn das Flugzeug die endgültige Parkposition erreicht hat und die Standposition gesichert ist. Um sicherzustellen, dass der Bereich unter dem Flugzeugrumpf 1 frei von Störkanten und Hindernissen ist, muss eine Kommunikation (Interphon) zwischen dem Bodenpersonal und dem liftbedienenden Crewmitglied oder Piloten möglich sein. Dabei muss eine Person, die den Bereich unter der Luke 16 optisch erfassen kann, die Freigabe zum Öffnen der Luke 16 und zum Herausfahren des Mastes 2 geben. Letzteres kann entfallen, wenn eine Videoüberwachung vorgesehen ist. Zu jedem Zeitpunkt muss sich der Pilot über den Betriebszustand des Liftsystems und der Luke 16 informieren.

Dafür sind die notwendigen Kommunikationsschnittstellen mit dem Cockpit und der Lukensteuerung vorzusehen. So muss sich die Kabine 3 und der gesamte Mast 2 vor dem Start bzw. Rollen des Flugzeugs innerhalb des Flugzeugrumpfs 1 befinden und die Luke 16 geschlossen und gesichert (verriegelt) sein.

Außerdem hat die Linearführung 5 besondere Anforderungen zu erfüllen:

• - hohe Arbeitsgenauigkeit und großes Leistungsvermögen über lange Zeit,
• - geringe Reibung und Stick-Slip-Freiheit als Voraussetzung für exaktes Positionieren mit geringen Vorschubkräften,
• - geringer Verschleiß und Sicherheit gegen Fressen, damit die Genauigkeit über lange Zeit erhalten bleibt,
• - hohe Steifigkeit und geringes Führungsspiel bzw. Spielfreiheit, um die Lageveränderungen der geführten Bauteile unter Last gering zu halten, und
• - gute Dämpfung in Trag- und Bewegungsrichtungen.

Die sekundäre Linearführung 5 weist Führungsschienen 51 auf, die in Längsrichtung an der Rückwand 21 des Mastes 2 montiert sind. Sie dienen zur Kraft- und Drehmomentaufnahme und lassen nur Bewegungen des Mastes 2 in dessen Längsrichtung zu. Die Zahl der Führungsschienen 51 richtet sich in erster Linie nach den Abmaßen der Anschlusskomponenten. Bei einem Mast 2 von geringer Breite, d. h. ca. einem Meter Breite der Rückwand 21 des Mastes 2, werden in der Regel zwei Führungsschienen 51, die an den Längskanten von Rückwand 21 und Seitenflächen 23 angebracht sind, ausreichen.

Fig. 3 zeigt in der Draufsicht auf Mast 2 und Kabine 3 zwei solche vertikalen Führungsschienen 51 im Querschnitt, die an der Rückwand 21 positioniert sind, so dass an einem Aufnahmerahmen der Bodenroststruktur 11 befestigte Führungsschuhe 52, in denen Führungsrollen 53 wälzen, in die Führungsschiene 51 eingreifen. Das Funktionsprinzip ist hier - wie beim Führungssystem 4 - die Gleitführung. Es werden Führungsrollen 53 in Form von Wälzkörpern, Kugeln oder Rädern über eine oder mehrere Laufflächen der Führungsschiene 51 abgewälzt. Stellvertretend für die Vielzahl der in Frage kommenden Führungen seien hier noch drei weitere Lösungen prinzipiell und beispielhaft angegeben:

• a) Kugelführungen bestehen aus Außenbuchse, einem Käfig mit Kugeln und der Führungswelle, auf der sich das System bewegt,
• b) Kugelhülsen enthalten drei oder mehr Kugelrillen mit Rückführung. Sie eignen sich wegen ihres unbegrenzten Hubs, aber ihrer relativ hohen Reibungszahl nur für geradlinige Wellenführungen,
• c) Rollenführungen als leiterförmige Flachkäfige oder in der Form des Rollenumlaufschuhs eignen sich als Flachführungen.

Es sind weitere Gestaltungsvarianten der Erfindung möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ausgegangen wurde in den vorher beschriebenen Beispielen von einer Liftkabine 3 in Form eines geraden Kreiszylinders, es sind aber durchaus auch abweichende Formen zulässig, solange eine insbesondere die Stabilität und Steifigkeit steigernde Rundform sowie eine dazu angepasste (konkav komplementäre) Form des Mastes 2 als solche erhalten bleiben.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1

Flugzeugrumpf

11

Bodenroststruktur

12

Spantenstruktur

13

unteres Deck

14

,

15

obere Decks

2

Mast

21

Rückwand

22

Vorderseite

23

Seitenflächen

24

Querspanten

25

Diagonalspanten

26

Rollmechanismus

3

Kabine

31

zylinderförmiger Grundkörper

32

Türelement

33

Bodenfläche

34

Deckfläche

35

kalottenförmige Kappe

36

tiegelförmige Kappe

37

Aussteifungsrippen

4

(lineares) Führungssystem

41

Gleitschienen

42

Führungsschuhe

43

Gleitrollen

5

sekundäre Linearführung

51

Führungsschienen

52

Führungsschuhe

53

Führungsrollen

Claims (18)

1. Einrichtung zum vertikalen Transportieren von Nutzlasten für Luftfahrzeuge mit einem an einem Mast bewegten Transportbehälter, wobei der Mast an einem unteren Flugzeugdeck über ein sphärischen Gelenk abgestützt und an einem oberen Flugzeugdeck zur neigungsfähigen Befestigung gleitend gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Transportbehälter als Kabine (3) mit zylinderförmiger Grundform (31) ausgebildet ist, wobei die Bewegung der Kabine (3) in Richtung ihrer Zylinderachse erfolgt,
der Mast (2) im Wesentlichen die Form eines langgestreckten Quaders aufweist, wobei jedoch eine zur Kabine (3) orientierte Vorderseite (22) des Mastes (2) als konkaves, an die Krümmung der zylindrischen Grundform (31) der Kabine (3) angepasstes Segment einer Zylindermantelfläche geformt ist, und ein aus einem Leichtbauwerkstoff bestehender Hohlkörper ist und
der Mast (2) mindestens ein lineares Führungssystem (4) entlang beider Außenkanten der Vorderseite (22) des Mastes (2) aufweist, an dem die Kabine (3) geführt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabine (3) mindestens ein Türelement (32) aufweist, das als Zylindermantel- Flächensegment entlang der zylindrischen Wandfläche der Kabine (3) tangential beweglich ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Türelemente (32) vorgesehen sind, die beim Öffnen und Schließen der Kabine (3) entgegengesetzt zueinander bewegt werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Türelemente (32) innerhalb der Kabine (3) bewegbar sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Türelemente (32) außerhalb der Kabine (3) bewegbar sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabine (3) an der Außenseite der Bodenfläche (33) und der Deckenfläche (34) jeweils mit einer gewölbten Kappe (35; 36) versehen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabine an der Bodenfläche (33) und an der Deckfläche (34) eine kalottenförmige Kappe (35) aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabine an der Bodenfläche (33) und an der Deckfläche (34) eine tiegelförmige Kappe (36) aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die tiegelförmige Kappe (36) wenigstens zwei einander kreuzende Aussteifungs­ rippen (37) enthält.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (2) im Innern orthogonal zu seiner Längsausdehnung angeordnete Querspanten (24) enthält.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querspanten (24) äquidistant angeordnet sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (2) im Innern zwischen den Querspanten (24) gegenläufig angeordnete Diagonalspanten (25) enthält.

13. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (2) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht.

14. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (2) aus einer Leichtmetallkonstruktion besteht.

15. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (2) zur Realisierung eines Außenbordbetriebs eine sekundäre Linearführung (5) aufweist, die entlang der Außenkanten von Rückwand (22) und Seitenflächen (23) Führungsschienen (51) aufweist, wobei zugehörige Führungsschuhe (52) an der Struktur des Flugzeugrumpfes (1) angebracht sind und die Kabine (3) in ihrer untersten Position am Mast (2) arretiert zusammen mit dem gesamten Mast (2) ausfahrbar ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (2) leistungslos, aber gesteuert ausfahrbar ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (2) für den Außenbordbetrieb an seinem unteren Ende einen Rollmechanismus (26) zur Vermeidung von Biegebeanspruchung aufweist.

18. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (2) für den Wechsel zwischen Außenbordbetrieb und innerem Normalbetrieb an seinem unteren Ende einen Verriegelungsmechanismus zur starren Fußbefestigung des Mastes 2 im Normalbetrieb aufweist.