DE102007017107A1

DE102007017107A1 - Rotorbremse für ein Drehflügelflugzeug

Info

Publication number: DE102007017107A1
Application number: DE102007017107A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Doleschel; Peter Dr. Konstanzer
Original assignee: EADS Deutschland GmbH; Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH; Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2027-04-11
Also published as: CN101348171A; US20080277213A1; CN101348171B; DE102007017107B4; KR101395349B1; US8151946B2; KR20080092276A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotorbremse für ein Drehflügelflugzeug mit einem mit einer Rotorwelle (1) verbundenen Bremskraftaufnahmeelement (2). Das Bremskraftaufnahmeelement (2) steht mit einem Bremskraft-Aktuator (15) in Wirkverbindung. Der Bremskraft-Aktuator (15) ist dabei hydraulisch betätigbar ausgebildet. Nach der Erfindung ist ein elektromechanisches Kolben-Stellglied (33) vorgesehen, das durch eine Hydraulikleitung (32) mit dem Bremskraft-Aktuator (15) verbunden ist. Der Bremskraft-Aktuator (15) ist durch das elektromechanische Kolben-Stellglied (33) elektro-hydraulisch betätigbar ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorbremse für ein Drehflügelflugzeug gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.
Bei Drehflügelflugzeugen, insbesondere bei Hubschraubern, müssen die Drehflügel, also die Rotoren, nach einer Landung am Boden abgebremst werden. Auch müssen die Drehflügel in einem Parkzustand abgebremst und gehalten werden, damit sie sich beispielsweise bei Wind nicht drehen. Um diesen nicht rotierenden Zustand zu realisieren, sind Rotorbremsen nötig.
Aus der DE 698 10 025 T2 ist eine Hubschrauber-Rotorbremse zur schnellen Stillsetzung des Rotors beim Landen bekannt. Diese beruht auf einem mechanischen Prinzip, beispielsweise auf einem Bremszangenprinzip.
Die Patentschrift DE 692 08 207 T2 beschreibt eine Bremseneinheit für den Einsatz in einem Drehflügelflugzeug. Diese soll den Rotor anhalten, sobald das Fluggerät aufgesetzt hat. Dabei soll eine Phase der Verlangsamung bis zum Stillstand des Rotors so kurz wie möglich sein. Hierdurch soll die Gefahr verringert werden, dass ein Windstoß die Rotorscheibe zum Kippen bringt und der Rotor Passagiere, die das Drehflügelflugzeug gerade verlassen, treffen kann, bevor der Rotor vollends zum Stillstand gekommen ist. Die vorgeschlagene Bremsvorrichtung enthält einen hydraulischen Steuermotor mit Bremskraftverstärker. Der hydraulische Steuermotor umfasst einen Motorkolben, der mit einer mechanischen Übertragungsvorrichtung direkt verbunden ist, einen freien Kolben, der auf einen Reibbelag einwirkt und einen größeren Querschnitt hat als der Motorkolben, sowie eine Steuerkammer, die in einem Halteteil zwischen dem Motorkolben und dem freien Kolben gebildet wird.
Die DE 103 43 055 A1 offenbart eine Rotorbremse, die eine mit einer Rotorwelle drehfest verbundene Bremsscheibe, einen raumfesten Bremsaktuator zum Betätigen der Bremsscheibe, welche zum Ausüben einer Bremswirkung funktional mit der Bremsscheibe koppelbar ist, und mindestens eine rotordrehzahlgesteuerte, fliehkraftbetätigte Rotorbremsen-Deaktivierungseinrichtung umfasst. Der Bremsaktuator ist mit einer hydraulischen Leitung zur Druckversorgung verbunden. Anstelle des Bremsaktuators kann auch ein piezoelektrisch betätigbarer Aktuator verwendet werden.
Aus der DE 101 27 444 A1 ist ein piezoelektrischer Mechanismus zur Bremskrafterzeugung bei Kraftfahrzeugbremsen mit einer Anzahl von piezoelektrischen Schrittantriebselementen bekannt. Dieser soll das Prinzip eines Piezoantriebs zu einer praxistauglichen, für den Einsatz als Bremsantrieb oder Stellantrieb optimierten Konstruktion weiterbilden. Hierbei wirken die Schrittantriebselemente auf den Umfang eines als Gewindespindel ausgebildeten Abtriebsteils ein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotorbremse für ein Drehflügelflugzeug gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art derart weiter zu bilden, dass diese einerseits einfach steuerbar ist und andererseits in ihrer Ausführung kompakt gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein elektromechanisches Kolben-Stellglied vorgesehen ist, das durch eine Hydraulikleitung mit dem Bremskraft-Aktuator verbunden ist, sodass der Bremskraft-Aktuator durch das elektromechanische Kolben-Stellglied elektro-hydraulisch betätigbar ausgeführt ist.
Durch das erfindungsgemäße elektrisch ansteuerbare System entfallen mechanische und hydraulische Steuerungs- und Versorgungsleitungen. Die Erfindung schafft ein geschlossenes System, das mit einer lokalen Hydraulikeinheit außerdem sehr wartungsarm ist. Die Lösung mit dem elektromechanische Kolben-Stellglied weist einen sehr geringen Leistungsbedarf auf. Dies ist notwendig, da normalerweise im Anwendungsfall die Triebwerke bereits abgeschaltet sind und somit nur elektrische Leistungen aus einer Bordbatterie zur Verfügung stehen.
Durch die Konstruktion nach der Erfindung ist außerdem ein sehr kompakter Aufbau der Rotorbremse möglich. Dies wird im Wesentlichen durch Wegfall der mechanischen und hydraulischen Steuerungs- und Versorgungsleitung sowie damit verbundener weiterer Massen erreicht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das elektromechanische Kolben-Stellglied ein Piezoelement zur Kolbenbewegung.
Durch den Einsatz eines Piezoelementes wird eine sehr gute Dosierbarkeit der Bremskraft erreicht, da das Piezoelement, vorzugsweise bestehend aus Piezokeramik, hoch genau angesteuert werden kann. Durch die gute Dosierbarkeit der Bremskraft wird außerdem die mechanische Belastungsgrenze der Rotorbremse genau eingehalten, sodass Beschädigungen derselben vermieden werden.
Insbesondere wirkt dabei das Piezoelement mit einem Piezoverstärker zusammen und ist über den Piezoverstärker steuerbar ausgebildet.
Von Vorteil ist es, dass das Kolben-Stellglied als Pumpenantrieb mit einem Pumpengehäuse und einem Pumpenkolben ausgebildet ist. Durch diese Ausführung muss der Kolben lediglich einige zehntel Millimeter bis einige Millimeter verschoben werden, da mehrere Pumpenzyklen zum Verschieben durchgeführt werden können. Durch die akkumulierten Pumpenzyklen kann die Bremskraft sehr genau dosiert werden. Da die Verfahrgeschwindigkeit des Bremskolbens relativ gering sein kann, muss die Pumpe nur geringe Volumenströme fördern und kann dementsprechend kompakt und leicht gestaltet werden.
Zweckmäßigerweise ist das Pumpengehäuse des Kolben-Stellglieds an eine erste und an eine zweite Hydraulikleitung angeschlossen. Dabei ist in die erste Hydraulikleitung ein Einlassventil sowie in die zweite Hydraulikleitung ein Auslassventil eingebracht. Beide Hydraulikleitungen sind noch mit der Hydraulikleitung des Bremskraft-Aktuators verbunden. Durch diese Pumpen-Ventillösung ist eine Bremskraft möglich, die beispielsweise im Parkzustand ohne elektrische Leistungsaufnahme auskommt. Es wird praktisch eine Bremswirkung ohne elektrische Energie erreicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in einem Leitungsabschnitt der zu dem Bremskraft-Aktuator führenden Hydraulikleitung zwischen der ersten und zweiten Hydraulikleitung des Kolben-Stellglieds ein Ventil zum Lösen des Bremskraft-Aktuators vorgesehen.
In vorteilhafter Weise ist das Ventil über ein Relais ansteuerbar, sodass bei einem Spannungsabfall das Ventil geöffnet wird und die Rotorbremse gelöst wird.
Die zum Bremskraft-Aktuator führende Hydraulikleitung ist an einem Bremsflüssigkeitstank angeschlossen.
Der Bremskraft-Aktuator umfasst vorzugsweise ein Bremszylindergehäuse, in dem ein Bremskolben verschiebbar gelagert ist. An seiner dem Bremskraftaufnahmeelement zugewandten Seite ist der Bremskolben mit einem Bremsbelag für das Bremskraftaufnahmeelement versehen.
Insbesondere greift an den Bremskolben eine Rückstellfeder an, welche zwischen Bremskolben und Bremszylindergehäuse wirksam ist.
Eine einfache Konstruktion wird auch dadurch gewährleistet, dass das Bremskraftaufnahmeelement als Bremsscheibe ausgeführt ist.
Die Rotorbremse wird dabei vor allem in einem Drehflügelflugzeug, beispielsweise einem Hubschrauber, verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Rotorbremse für ein Drehflügelflugzeug ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Beschreibung, in den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer piezohydraulischen Rotorbremse;
2 eine Prinzipdarstellung der Piezopumpe gemäß 1 in einer Vorwärtsbewegung;
3 eine Prinzipdarstellung der Piezopumpe in einer Rückwärtsbewegung.
1 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemä ßen Rotorbremse. Diese ist vorzugsweise für ein Drehflügelflugzeug, insbesondere für einen Hubschrauber, ausgeführt. Die Rotorbremse umfasst ein Bremskraftaufnahmeelement 2, das insbesondere als Bremsscheibe 2 ausgebildet ist. In Wirkverbindung mit der Bremsscheibe 2, die mit einer Rotorwelle 1 verbunden ist, steht ein Bremskraft-Aktuator 15.
Der Bremskraft-Aktuator 15 ist mit einem Bremsbelag 3, einem Bremskolben 4, der den Bremsbelag 3 trägt, und einem Bremszylinder bzw. Bremszylindergehäuse 6 versehen, in dem der Bremskolben 4 geführt ist. Zwischen Bremskolben 4 und Bremszylindergehäuse 6 ist ein Dichtungselement 30 eingebracht, das sich beispielsweise in einer Nut 31 des Gehäuses 6 befindet.
Der Bremskolben 4 ist innerhalb des Bremszylindergehäuses 6 verschiebbar gelagert. Das Bremszylindergehäuse 6 ist mit einer Hydraulikleitung 32 verbunden. Durch die Hydraulikleitung 32 kann der Druck im Bremszylindergehäuse 6 erhöht werden, sodass der Bremskolben 4 mit dem Bremsbelag 3 in Richtung auf eine Bremsfläche 22 der Bremsscheibe 2 bewegt wird. Fällt der Druck im Bremszylindergehäuse 6, wird durch eine Rückstellfeder 5 der Bremskolben 4 mit dem Bremsbelag 3 zurück bewegt, sodass die Bremswirkung aufgehoben und die Rotorbremse gelöst wird.
Zur Druckerhöhung im Bremszylindergehäuse 6 dient ein elektro-mechanisches Kolben-Stellglied 33, das den Bremskraft-Aktuator 15 hydraulisch betätigt. Der Bremskraft-Aktuator 15 ist daher durch die Hydraulikleitung 32 mit dem Bremskraft-Aktuator 15 verbunden.
In der in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist das elektromechanische Kolben-Stellglied 33 als Piezo-Stellglied ausgeführt. Dieses umfasst ein Piezoelement 13, das als ein Piezo-Aktuator die Kolbenbewegung bewirkt.
Dabei ist das Kolben-Stellglied 33 mit einem Pumpengehäuse 11 und einem Pumpenkolben 12 versehen, der innerhalb des Pumpengehäuses 11 verschiebbar gelagert ist. Für die Abdichtung des Pumpenkolbens 12 gegenüber dem Pumpengehäuse 11 ist ein weiteres Dichtungselement 36 vorgesehen, das in eine Nut 37 des Pumpengehäuses 11 eingebracht ist.
Das Kolben-Stellglied 33 ist als Pumpenantrieb ausgeführt. Hierzu sind zwei Hydraulikleitungen 38 und 39 an das Pumpengehäuse 11 angeschlossen.
In die erste Hydraulikleitung 38 ist ein Einlassventil 10 eingebracht, um bei einer Rückwärtsbewegung des Pumpenkolbens 12 Bremsflüssigkeit aus einem Bremsflüssigkeitstank 8 aufzunehmen. Bei einer Vorwärtsbewegung des Pumpenkolbens 12 wird das Einlassventil 10 automatisch geschlossen. Dabei wird das in die zweite Hydraulikleitung 39 eingebrachte Auslassventil 9 geöffnet. Der Pumpenkolben 12 pumpt dann Bremsflüssigkeit aus dem Pumpengehäuse 11 in das Bremszylindergehäuse 6. Dadurch bewegt sich infolge der Druckerhöhung im Bremszylindergehäuse 6 der Bremskolben 4 mit dem Bremsbelag 3 auf die Bremsfläche 22 der Bremsscheibe 2. Hierzu wird die Kraft der Rückstellfeder 5 überwunden.
Die 2 und 3 zeigen das Kolben-Stellglied 33 in unterschiedlichen Zuständen. Dadurch werden die Pumpzyklen des Kolben-Stellglieds 33 und somit die Bewegungen des Pumpenkolbens 12 im Pumpengehäuse 11 veranschaulicht. Aus Gründen der Übersicht ist jeweils nur die aktive Hydraulikleitung 38 oder 39 dargestellt.
In 2 ist dargestellt, wie sich der Pumpenkolben 12 in Richtung Hydraulikleitung 39 bewegt und dabei Bremsflüssigkeit in Richtung Hydraulikleitung 32 über die Hydraulikleitung 39 pumpt. Die Hydraulikleitung 39 ist somit aktiv. 3 zeigt den Zustand, wenn der Pumpenkolben 12 zurück bewegt wird. Die Leitung 38 ist dann aktiv. Durch mehrere solcher Pumpzyklen kann der Druck in dem Bremszylindergehäuse 6 sukzessive erhöht und dadurch die Bewegung des Bremskolbens 4 sehr genau dosiert werden. Die Bremskraft ist dadurch sehr genau eingestellbar. Das Piezoelement 13 als Aktuator für den Antrieb des Pumpenkolbens 12 ist mit einem Piezoverstärker 14 verbunden, der eine hohe Spannung und somit einen relativ großen Hub in dem Piezoelement 13 bewirken kann.
Um die Bremswirkung zu lösen, ist zweckmäßigerweise ein Ventil 7 in die Hydraulikleitung 32 eingebracht. Dieses wirkt mit einem Relais 40 zusammen. Über das Relais 40 wird das Ventil 7 gesteuert. Wird das Ventil 7 geöffnet, dann fließt die Bremsflüssigkeit wieder in den Bremsflüssigkeitstank 8 zurück. Die Rotorbremse ist somit gelöst.
Der Piezo-Verstärker 14 ist durch elektrische Signale steuerbar. Dadurch sind nur elektrische Steuerleitungen zur Betätigung der Rotorbremse erforderlich. Hydraulische Steuerleitungen können somit entfallen.
Das Piezoelement 13 kann entweder mit einer Rückstellfeder versehen sein oder aber auch durch negative und positive Spannungen gesteuert werden, sodass eine Vorwärts- und eine Rückwärtsbewegung möglich ist.
Das Piezoelement 13 kann ferner durch Rechteck-Signale, sinusförmige Signale oder andere Signale gesteuert werden.

1: Rotorwelle
2: Bremskraftaufnahmeelement, Bremsscheibe
3: Bremsbelag
4: Bremskolben
5: Rückstellfeder
6: Bremszylindergehäuse
7: Ventil
8: Bremsflüssigkeitstank
9: Auslassventil
10: Einlassventil
11: Pumpengehäuse
12: Pumpenkolben
13: Piezoelement
14: Piezo-Verstärker
15: Bremskraftaktuator
22: Bremsfläche, Wirkfläche des Bremsbelags auf dem Bremskraftaufnahmeelement
30: Dichtungselement
31: Nut
32: Hydraulikleitung
33: Kolben-Stellglied
36: weiteres Dichtungselement
37: Nut
38: Erste Hydraulikleitung
39: Zweite Hydraulikleitung
40: Relais

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 69810025 T2 [0003]
- DE 69208207 T2 [0004]
- DE 10343055 A1 [0005]
- DE 10127444 A1 [0006]

Claims

Rotorbremse für ein Drehflügelflugzeug mit einem mit einer Rotorwelle (1) verbundenen Bremskraftaufnahmeelement (2), das mit einem Bremskraft-Aktuator (15) in Wirkverbindung steht, wobei der Bremskraft-Aktuator (15) hydraulisch betätigbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromechanisches Kolben-Stellglied (33) vorgesehen ist, das durch eine Hydraulikleitung (32) mit dem Bremskraft-Aktuator (15) verbunden ist, sodass der Bremskraft-Aktuator (15) durch das elektromechanische Kolben-Stellglied (33) elektro-hydraulisch betätigbar ausgeführt ist.
Rotorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromechanische Kolben-Stellglied (33) ein Piezoelement (13) zur Kolbenbewegung umfasst.
Rotorbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (13) mit einem Piezoverstärker (14) zusammenwirkt und über den Piezoverstärker (14) steuerbar ausgebildet ist.
Rotorbremse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolben-Stellglied (33) als Pumpenantrieb mit einem Pumpengehäuse (11) und einem Pumpenkolben (12) ausgebildet ist.
Rotorbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (11) des Kolben-Stellglieds (33) an eine erste und an eine zweite Hydraulikleitung (38, 39) angeschlossen ist, wobei in die erste Hydraulikleitung (38) ein Einlassventil (10) sowie in die zweite Hydraulikleitung (39) ein Auslassventil (9) eingebracht ist und beide Hydraulikleitungen (38, 39) mit der Hydraulikleitung (32) des Bremskraft-Aktuators (15) verbunden sind.
Rotorbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Leitungsabschnitt der zu dem Bremskraft-Aktuator (15) führenden Hydraulikleitung (32) zwischen der ersten und zweiten Hydraulikleitung (38, 39) des Kolben-Stellglieds (33) ein Ventil (7) zum Lösen des Bremskraft-Aktuators (15) vorgesehen ist.
Rotorbremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (7) durch ein Relais (40) steuerbar ausgebildet ist.
Rotorbremse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Bremskraft-Aktuator (15) führende Hydraulikleitung (32) an einen Bremsflüssigkeitstank (8) angeschlossen ist.
Rotorbremse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskraft-Aktuator (15) ein Bremszylindergehäuse (6) umfasst, in dem ein Bremskolben (4) verschiebbar gelagert ist, der an seiner dem Bremskraftaufnahmeelement (2) zugewandten Seite mit einem Bremsbelag (3) für das Bremskraftaufnahmeelement (2) versehen ist.
Rotorbremse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Bremskolben (4) eine Rückstellfeder (5) angreift, welche zwischen Bremskolben (4) und Bremszylindergehäuse (6) wirksam ist.
Rotorbremse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremskraftaufnahmeelement (2) als Bremsscheibe ausgeführt ist.
Verwendung einer Rotorbremse nach einem der vorangehenden Ansprüche in einem Drehflügelflugzeug.
Verwendung einer Rotorbremse nach Anspruch 12 in einem Hubschrauber.