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Die Erfindung betrifft ein Profilelement für ein Rad oder einen Reifen eines Fahrwerkes eines Luftfahrzeuges.
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Bei Luftfahrzeugen besteht das Problem einer sehr schnellen Reifenabnutzung aufgrund der hohen Landegeschwindigkeiten. Bei modernen Verkehrsflugzeugen beträgt die Landegeschwindigkeit zwischen 260 km/h und 400 km/h, wobei das Fahrwerk kurz vor der Landung ausgefahren wird. Die schnelle Reifenabnutzung ist dem hohen Abrieb beim Aufsetzen der Flugzeuge geschuldet, der sich insbesondere daraus ergibt, dass die Räder vor dem Aufsetzen ruhend sind, sodass sie beim Aufsetzen der Flugzeuge durch die zwischen der Landebahn und der Reifenoberfläche wirkende Reibungskraft stark beschleunigt werden. Die dabei auftretenden großen Reibungskräfte führen zu einem starken Abrieb der Reifenoberfläche, sodass die Reifen nach 40 bis 60 Landungen ersetzt werden müssen. Dies stellt einen durchaus relevanten Kostenfaktor dar.
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In der Vergangenheit wurde zur Steigerung der Lebensdauer der Reifen vorgeschlagen, die Räder des Fahrwerkes vor dem Aufsetzen des Flugzeuges durch einen Elektromotor in Rotation zu versetzen. Durch eine solche Maßnahme kann die Lebensdauer der Reifen erheblich gesteigert werden. Allerdings erhöht diese Maßnahme die Herstellungskosten für das Fahrwerk des Luftfahrzeuges deutlich und übertrifft dabei die möglichen Kosteneinsparungen durch Verlängerung der Lebensdauer der Reifen. Aus diesem Grund hat diese Maßnahme keine verbreitete Anwendung gefunden.
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Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 199 29 518 A1 ist eine Vorrichtung zum pneumatischen Antrieb von Rädern von Flugzeugen bekannt. Die Vorrichtung ist in Form von Windflügeln bzw. Windschaufeln über den Umfang bzw. an der Felge eines Reifens so verteilt angeordnet, dass die Flugzeugräder in eine Rotationsbewegung entsprechend der Flugzeuggeschwindigkeit während der Landung beschleunigt werden.
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Aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 202 104 125 U1 ist eine ähnliche Konstruktion mit strömungs- und aerodynamischen Eigenschaften der Radkappen bekannt, um die Flugzeugräder in Rotation zu versetzen.
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Aus der US Patentanmeldung US 4 732 350 A ist eine Konstruktion zur Rotation von Flugzeugrädern bekannt, welche eine Mehrzahl von Schaufeln umfasst, die gleichmäßig beabstandet über den Umfang von Rädern bzw. Felgen verteilt angeordnet sind. Die Schaufeln sind nicht mit dem Rad fest verbunden, sondern können an vorgesehenen Stellen eingesetzt werden.
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Aus der internationalen Patentanmeldung
WO 2004/014 727 A1 ist eine Felge bekannt, welche am Randbereich schaufelförmige Leitbleche aufweist. Aus der US Patentanmeldungen US 2 666 604 A und US 3 233 849 A, dem Gebrauchsmuster
DE 93 01 679 U1 und der Patentanmeldung
DE 00 0002 436 821 A1 ist eine Mehrzahl von Windschaufeln bekannt, welche zur Rotation und Beschleunigung von Flugzeugrädern am Randbereich der Felge eines Flugzeugsrads befestigt sind.
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Aus dem US Patent
US 5 251 848 A ist eine Beschleunigungsvorrichtung bekannt, welche zum Beschleunigen von Rädern von einem Space Shuttle vorgesehen ist. Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Befestigungsmitteln in Form eines dehnbaren Gurts, welcher in umlaufende Rillen eines Flugzeugsreifens einlegbar ist. Der Gurt weist eine Mehrzahl von zusammenklappbaren schaufelförmigen Bauteilen auf, welche zur Beschleunigung von Flugzeugrädern geeignet sind.
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Aus dem US Patent
US 6 983 911 B1 ist eine Mehrzahl von Windschaufeln bekannt, welche am Randbereich der Felge eines Flugzeugsrads in radialen Reihen beabstandet angeordnet sind. Die Größe des Schaufelvolumens verkleinert sich von der äußeren Reihe ausgehend am Rand der Felge bis zu innerer Reihe um die Mitte der Felge herum.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Profilelement für ein Rad oder einen Reifen eines Fahrwerks eines Luftfahrzeuges bereitzustellen, welches ohne aktive Antriebsmittel vor dem Aufsetzen des Luftfahrzeuges das Rad beziehungsweise den Reifen in Rotation versetzen kann.
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Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass das Profilelement einen Strömungsfänger und ein Spannelement aufweist, wobei der Strömungsfänger schwenkbar mit dem Spannelement verbunden ist und das Spannelement einer Auslenkung des Strömungsfängers aus einer aufgerichteten Stellung in eine erste Richtung entgegenwirkt und der Strömungsfänger in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung frei verschwenkbar ist, wobei das Spannelement eine Führung, ein von der Führung geführtes Rückstellglied und ein Stützelement, welches einenends mit dem Rückstellglied in Berührungskontakt ist und anderenends mit dem Strömungsfänger schwenkbar verbunden ist, aufweist sowie einen Reifen mit einem solchen Profilelement an zumindest einer Seitenfläche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgegenstand ist ein Profilelement, welches an dem Rad eines Fahrwerks eines Luftfahrzeugs befestigt werden kann oder daran angeformt ist. Die erfindungsgemäßen Profilelemente können an einer Felge oder an einer Radkappe befestigt sein oder daran angeformt sein. Ferner können die erfindungsgemäßen Profilelemente direkt an einen Reifen angeformt sein. Die Profilelemente sind dabei derart an dem Rad angeordnet, dass dieses durch die Luftströmung senkrecht zur Radachse entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben wird, sodass das Rad vor dem Aufsetzen des Luftfahrzeugs in eine Rotation mit einem solchen Drehsinn versetzt wird, welchen das Rad des Fahrwerks beim Vorwärtsrollen des Luftfahrzeugs aufweisen soll. Die senkrecht zur Radachse strömende Luft tritt dabei durch die Einströmöffnung in das Innere der Profilelemente ein, wo sie auf die Strömungsleitfläche trifft und von dieser umgelenkt wird, wodurch der strömenden Luft ein Strömungswiderstand entgegen wirkt. Ist statt der Einströmöffnung die Strömungsleitfläche der anströmenden Luft zugewandt, wird die anströmende Luft durch die geneigte Strömungsleitfläche um das Profilelement herumgeführt, wobei der der strömende Luft entgegenwirkende Luftwiderstand geringer wird, als wenn die Einströmöffnung der anströmenden Luft zugewandt ist. Durch den von der Orientierung der Profilelemente abhängigen Strömungswiderstand derselben wird ein resultierendes Drehmoment erzeugt, welches das jeweilige Rad in Rotation versetzt.
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Das Profilelement weist einen Strömungsfänger und ein Spannelement auf, wobei der Strömungsfänger schwenkbar mit dem Spannelement verbunden ist und das Spannelement einer Auslenkung des Strömungsfängers aus einer aufgerichteten Stellung in eine erste Richtung entgegenwirkt und der Strömungsfänger in eine von der ersten Richtung abgewandte zweite Richtung frei verschwenkbar ist. In dieser Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Profilelementes wird ein Strömungsfänger, welcher der an dem Profilelement vorbeiströmenden Luft einen Strömungswiederstand entgegensetzt, durch ein Spannelement in einer aufgerichteten Stellung gehalten, sodass ein Drehmoment auf das Rad, an welchem das Profilelement angeordnet ist, ausgeübt wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird ein resultierendes Drehmoment dadurch erzeugt, dass der Strömungsfänger durch das Spannelement in einer aufgerichteten Stellung gehalten wird, wenn Luft auf den Strömungsfänger aus einer ersten Richtung trifft und der Strömungsfänger durch die strömende Luft in eine gesenkte Stellung überführt wird, wenn die Luft den Strömungsfänger aus einer der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung anströmt. Aus diesem Grunde wirkt das Spannelement einer Auslenkung des Strömungsfängers aus einer aufgerichteten Stellung in eine erste Richtung entgegen, nicht aber einer Auslenkung des Strömungsfängers in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung.
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In dieser Ausgestaltung weist das Spannelement eine Führung, ein von der Führung geführtes Rückstellglied und ein Stützelement, welches einenends mit dem Rückstellglied in Berührungskontakt ist und anderenends mit dem Strömungsfänger schwenkbar verbunden ist, auf. In dieser Ausgestaltung ist der Strömungsfänger mit der Führung schwenkbar verbunden. Ein Rückstellglied wird von der Führung geführt, sodass sich das Rückstellglied nur parallel zu der Führung bewegen kann. Das Stützelement ist einenends mit dem Strömungsfänger schwenkbar verbunden und weist anderenends Berührungskontakt mit dem Rückstellglied auf. Das Stützelement stellt eine Verbindung zwischen dem Strömungsfänger und dem Rückstellglied her, sodass der Strömungsfänger aus einer aufgerichteten Stellung in eine erste Richtung nur gegen die Rückstellkraft des Rückstellgliedes ausgelenkt werden kann und in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung frei verschwenkbar ist, da das Stützelement mit dem Rückstellglied nicht fest verbunden ist.
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In besonderer Ausgestaltung weist das Rückstellglied zumindest eine Feder und ein Kontaktelement auf, wobei sich die Feder parallel zu der Führung erstreckt und sich das Kontaktelement senkrecht zu der Führung erstreckt. Bei dieser Ausgestaltung wird die Rückstellkraft des Rückstellgliedes durch die Federkraft der Feder bewirkt.
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In besonderer Ausgestaltung ist die Führung als Schienenpaar ausgebildet. Das Schienenpaar kann an einer Felge, einer Radkappe oder einem Reifen zum Beispiel mittels eines Adhäsivs befestigt oder daran angeformt sein. Das Schienenpaar kann auch aus vulkanisiertem Gummi bestehen und direkt an einen Reifen angeformt sein.
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Ferner kann das Spannelement eine Grundplatte umfassen, auf welcher der Strömungsfänger angeordnet ist. Das Profilelement kann über die Grundplatte an einer Felge, einer Radkappe, einem Reifen oder einem Träger, welcher seinerseits an einer Felge oder einem Reifen befestigt werden kann, befestigt werden.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Felge für ein Fahrwerk eines Luftfahrzeuges, umfassend eine Radialfläche die zur Aufnahme eines Reifens ausgebildet ist und zwei Stirnflächen. Die Felge ist dadurch gekennzeichnet, dass an einer Stirnfläche wenigstens ein Profilelement der bevorzugten Ausführungsform angeordnet ist, sodass die Felge durch Luftströmung senkrecht zur Axialrichtung des Rades entgegen dem Uhrzeigersinn antreibbar ist.
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Die Profilelemente der bevorzugten Ausführungsform können an zumindest einer Stirnfläche einer Felge an einer Radkappe oder einem Träger befestigt sein, wobei die Radkappe oder der Träger an einer Stirnfläche einer Felge befestigt sind. Der Träger kann selbst als eine an einer Felge eines Fahrwerks eines Flugzeuges befestigbare Radkappe ausgebildet sein.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Reifen für ein Fahrwerk eines Luftfahrzeugs, umfassend eine Rollfläche und zwei Seitenflächen. Der Reifen ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Seitenfläche zumindest ein Profilelement der ersten Ausführungsform aufweist. Im Weiteren betrifft die Erfindung einen Reifen für ein Fahrwerk eines Luftfahrzeugs, umfassend eine Rollfläche und zwei Seitenflächen, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest eine Seitenfläche zumindest ein Profilelement der bevorzugten Ausführungsform aufweist.
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Bei einem Reifen, dessen Seitenfläche zumindest ein Profilelement der bevorzugten Ausführungsform aufweist, kann vorgesehen sein, dass die Führung an die Seitenfläche angeformt ist und aus vulkanisiertem Gummi besteht, oder dass die Führung in die Seitenfläche eingelassen ist. In dieser Ausgestaltung wird die Verwendung eines Adhäsivs vermieden, sodass die Gefahr des Lösens der Profilelemente von der Seitenfläche des Reifens verringert ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Profilelemente der bevorzugten Ausführungsform an der Seitenfläche mittels eines Adhäsivs befestigt sind, oder dass das Profilelement an einem Träger angeordnet ist, welcher mittels eines Adhäsivs an der Seitenfläche des Reifens befestigt ist.
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Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren näher erläutert.
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Es zeigt
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1 eine perspektivische Ansicht erfindungsgemäßer Profilelemente der bevorzugten Ausführungsform,
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2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Profilelements der bevorzugten Ausführungsform, welches von Luft aus einer ersten Richtung angeströmt wird,
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3 ein erfindungsgemäßes Profilelement der bevorzugten Ausführungsform, welches von Luft aus einer zweiten Richtung angeströmt wird, und
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4 ein Rad mit Profilelementen der bevorzugten Ausführungsform, welche an den Seitenflächen eines Reifens befestigt sind.
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1 zeigt ein Profilelement 20 einer bevorzugten Ausführungsform, umfassend einen Strömungsfänger 21 und ein Spannelement 22. Das Spannelement 22 umfasst eine Führung 23, ein Rückstellglied 24, ein Stützelement 25 und eine Grundplatte 27. Das Spannelement 22 hält den Strömungsfänger 21 in einer aufrechten Stellung, wenn der Strömungsfänger 21 von Luft aus einer ersten Richtung angeströmt wird. Die erste Richtung ist durch die in 1 dargestellten Pfeile angezeigt. Das Rückstellglied 24 wird von der Führung 23 geführt und umfasst eine Feder 26 und ein Kontaktelement 28. Die Rückstellkraft der Feder 26 verhindert, dass der Strömungsfänger 21 durch die in eine erste Richtung strömende Luft aus der aufgerichteten Stellung ausgelenkt wird, sodass durch den Strömungswiderstand des Strömungsfängers 21 ein Drehmoment auf ein Rad ausgeübt wird, an welchem das Profilelement 20 angeordnet ist. Das Stützelement 25 ist schwenkbar mit dem Strömungsfänger 21 verbunden und weist Berührungskontakt mit dem Kontaktelement 28 des Rückstellglieds 24 auf und stellt eine mechanische Verbindung zwischen dem Rückstellglied 24 und dem Strömungsfänger 21 her, sodass der Strömungsfänger 21 nicht aus einer aufgerichteten Stellung durch die den Strömungsfänger 21 aus einer ersten Richtung anströmende Luft ausgelenkt wird.
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2 zeigt das Profilelement 20 der bevorzugten Ausführungsform, welches von Luft aus einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten, Richtung angeströmt wird. Da das Stützelement 25 nicht fest mit dem Rückstellglied 24 des Spannelementes 22 verbunden ist und der Strömungsfänger 21 schwenkbar mit dem Spannelement 22 verbunden ist, erfolgt eine Auslenkung des Strömungsfängers 21 in eine waagerechte Stellung durch die in eine zweite Richtung strömende Luft, ohne dass dieser Auslenkung ein wesentlicher mechanischer Widerstand entgegenwirkt. Das Spannelement 22 wirkt einer solchen Auslenkung nicht entgegen, sodass der Strömungsfänger 21 stets in eine waagerechte Stellung ausgelenkt wird, wenn er durch die in die zweite Richtung strömende Luft angeströmt wird. Durch das in der geschilderten Weise wirkende Spannelement 22 kann ein resultierendes Drehmoment durch an einem Rad angeordnete Profilelemente 20 der zweiten Ausführungsform erzeugt werden.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Profilelementes der bevorzugten Ausführungsform, welches aus der ersten Richtung von Luft angeströmt wird, ebenso wie das in 1 gezeigte Profilelement 20, jedoch mit einer deutlich größeren Strömungsgeschwindigkeit, was durch dicker gezeichnete Pfeile dargestellt ist. Übersteigt nämlich die Strömungsgeschwindigkeit einen bestimmten Wert, so wird der Strömungsfänger 21 auch bei Anströmung desselben von in die erste Richtung strömende Luft gegen die Rückstellkraft des Spannelementes ausgelenkt. Dadurch wird verhindert, dass das Profilelement 20 durch zu hohe Strömungsgeschwindigkeiten beschädigt wird oder sich Teile des Profilelementes 20, insbesondere der Strömungsfänger 21, lösen und dadurch eine Gefahrenquelle darstellen.
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4 zeigt schließlich eine perspektivische Ansicht eines Rades 30 mit einem Reifen 31, an dessen Seitenflächen Profilelemente 20 der bevorzugten Ausführungsform derart angeordnet sind, dass das Rad 30 entgegen dem Uhrzeigersinn antreibbar ist. Die Profilelemente sind mittels eines Adhäsivs an den Seitenflächen des Reifens 31 befestigt, wobei das Adhäsiv auf die Unterseiten der Grundplatten 27 aufgetragen wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Grundplatten 27 der Profilelemente 20 in die Seitenflächen des Reifens 31 bei dessen Herstellung eingelassen sind. Die Profilelemente 20 können ferner an zumindest einer Stirnfläche einer Felge, an einer an einer Felge befestigbaren Radkappe oder an einem an einer Felge oder einer Seitenfläche eines Reifens befestigbaren Träger befestigt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Profilelement
- 21
- Strömungsfänger
- 22
- Spannelement
- 23
- Führung
- 24
- Rückstellglied
- 25
- Stützelement
- 26
- Feder
- 27
- Grundplatte
- 28
- Kontaktelement
- 30
- Rad
- 31
- Reifen
