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Die Erfindung betrifft eine bistabile Bremse für eine Luftfahrtanwendung, insbesondere zum Feststellen einer klappbaren Flügelspitze eines Fluggeräts, mit wenigstens zwei einander entgegenwirkend angeordneten Aktuatoren und einem dazwischen angeordneten Verstellmechanismus.
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Bei Flugzeugen mit aerodynamisch verbesserten und insbesondere langen Flügeln mit dünnen Flügelprofilen kann es aufgrund der Länge der Flügel dazu kommen, dass die Flügel länger sind als die zulässige maximale Gategröße bzw. die maximale Länge der Fluggastbrücken. Damit kann das Flugzeug aufgrund der zu langen Flügel nicht entsprechend an die Flughafeninfrastruktur angeschlossen werden. Um dieses Problem zu lösen, ist es bekannt, die Flügelspitzen entsprechender Flugzeuge beispielsweise nach oben abzuklappen. Hierzu ist an den Flügelspitzen ein mechanisches System vorgesehen, welches den entsprechenden Klappmechanismen von Hochauftriebssystemen ähnelt.
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Befindet sich ein Flugzeug am Gate, ist dessen Flügelspitze nach oben oder unten geklappt. Das Antriebssystem der klappbaren Flügelspitze wird dabei von einer entsprechenden Bremse in seiner Position festgestellt.
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Dabei muss die Bremse dafür ausgelegt sein, die Spitze auch unter widrigen Bedingungen, wie beispielsweise bei Orkanwind, oder auf dem Weg zur Rollbahn oder von der Rollbahn sicher im geklappten Zustand festzustellen.
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Dabei besteht die Problematik, dass das Antriebssystem der klappbaren Flügelspitzen und damit auch die entsprechende Bremse nur im Fahrzyklus des Flugzeugs, also wenn das Flugzeug auf dem Vorfeld am Boden verfahren wird, zum Klappen der Flügelspitzen mit hydraulischer und/oder elektrischer Energie hierzu versorgt werden kann. Am Gate oder während des Fluges steht für das Antriebssystem und für die Bremsen keine Energie zur Verfügung.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bremse bereitzustellen, die im energielosen Zustand zwei unterschiedliche Schaltzustände aufweist, einen energielos geschlossenen Zustand für die Positionierung des Flugzeugs am Gate mit geklappten Flügelspitzen und einen energielos geöffneten Zustand während des Flugs des Flugzeugs. Mit gängigen Hochauftriebsbremsen wie beispielsweise Power-On- oder Power-Off-Ausführungen ist dies nicht realisierbar, da ohne Energieversorgung der bekannten Bremsen nur ein geöffneter oder geschlossener Zustand erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine bistabile Bremse für eine Luftfahrtanwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Bremse ist dabei insbesondere zum Feststellen einer klappbaren Flügelspitze eines Fluggeräts ausgebildet und umfasst wenigstens zwei einander entgegenwirkend angeordnete Aktuatoren und einen dazwischen angeordneten Verstellmechanismus.
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Bevorzugte Ausführungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Demnach kann es vorgesehen sein, dass der Verstellmechanismus ein Kniehebel oder ein Exzenter ist. Der Kniehebel oder Exzenter kann dabei sicherstellen, dass der zuletzt kommandierte Zustand der Bremse beibehalten wird, auch wenn die hydraulische und/oder elektrische Versorgung des Systems am Gate oder während des Flugs abgestellt ist. Zur genaueren Beschreibung des Verstellmechanismus wird auf das Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass der Verstellmechanismus mit einem Bremselement der Bremse gekoppelt ist. Die Aktuatoren wirken somit nur mittelbar über den Verstellmechanismus auf das Bremselement. In vorteilhafter Weise kann so sichergestellt werden, dass je nach Situation einer, beide oder keiner der Aktuatoren über den Verstellmechanismus auf die Bremse einwirkt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann das Bremselement wenigstens eine Konusbremse, wenigstens eine Bremslamelle oder wenigstens ein Formschlusselement umfassen. Ferner ist es möglich, dass die Aktuatoren linear wirkende Aktuatoren, insbesondere hydraulische Aktuatoren und/oder pneumatische Aktuatoren und/oder elektromechanische Aktuatoren sind.
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Insbesondere bei Verwendung zweier Aktuatoren mit unterschiedlichen Wirkprinzipien kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass bei dem Ausfall von einem der Aktuatoren mit dem ihm zugrunde liegenden Wirkprinzip der andere Aktuator mit einem davon unterschiedlichen Wirkprinzip weiterhin funktionsfähig ist.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel können die Aktuatoren koaxial angeordnet sein. Die Aktuatoren können dabei an einander gegenüberliegenden Seiten des Verstellmechanismus koaxial und/oder entgegenwirkend angeordnet sein. Die Aktuatoren können dabei als Antagonisten auf den Verstellmechanismus einwirken.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann der Verstellmechanismus in einer ersten Position die Bremse öffnen und in einer zweiten Position die Bremse schliessen. In den beiden Positionen können die Aktuatoren in jeweils umgekehrten Zuständen vorliegen, so dass beispielsweise in der ersten Position ein Aktuator ausgefahren oder maximal ausgefahren ist und der andere Aktuator eingefahren oder maximal eingefahren ist. Demgegenüber können in der zweiten Position die Aktuatoren genau umgekehrt ausgefahren bzw. eingefahren sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann zum Verhindern eines Öffnens der Bremse in der zweiten Position ein mechanischer Anschlag für den Verstellmechanismus vorgesehen sein. Dieser kann beispielsweise darin bestehen, dass einer der Aktuatoren in einem seiner Extremzustände ist, bei dem ein linear bewegbarer Abschnitt des Aktuators mit einem linear nicht beweglichen Abschnitt des Aktuators kollidiert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann der Anschlag in leicht überstreckter Position des Kniehebels ein versehentliches Öffnen der Bremse verhindern, da kein Beugen des Kniehebels möglich ist.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert. Dabei zeigen:
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1: ein Flugzeug mit klappbaren Flügelspitzen;
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2: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen bistabilen Bremse im geöffneten Zustand; und
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3: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen bistabilen Bremse im geschlossenen Zustand.
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1 zeigt ein Flugzeug 50, bei dem im Bereich der Flügelspitzen ein Klappmechanismus zum Klappen der Flügelspitzen 100 vorgesehen ist. Die Flügelspitze 100 ist dabei in einem hochgeklappten Zustand und in einem nicht geklappten Zustand gezeigt. Im hochgeklappten Zustand der Flügelspitze verringert sich die Flügelspannweite und damit die Gesamtbreite des Flugzeugs, wodurch dieses näher an Flughafeninfrastruktur wie beispielsweise Fluggaststeige positioniert werden kann. Die Flügelspitze 100 muss in hochgeklapptem Zustand auch in widrigen Bedingungen wie beispielsweise bei Starkwind oder bei Fahrt des Flugzeuges auf einem unebenen Untergrund sicher in der geklappten Position feststellbar sein. Hierzu dient die erfindungsgemäße Bremse.
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In nicht näher dargestellter Art und Weise kann die bistabile Bremse im Bereich eines Antriebs des Klappmechanismus angeordnet sein. Denkbar wäre aber auch eine Anordnung der Bremse im Bereich des Aktuators.
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Die bistabile Bremse kann dabei in ihrem zuletzt geschalteten Zustand verweilen, wobei sie unabhängig von einer Energieversorgung der Bremse ist. Die Bremse ist dabei in der Lage, die Flügelspitze im geklappten Zustand beispielsweise am Gate oder auf der Rollbahn auch bei starken Windbedingungen oder starken Schwingungen des Flügels, die beispielsweise durch schlechte Rollbahnverhältnisse bedingt sein können, in Position zu halten. Die Bremse kann auch dazu genutzt werden, das System bzw. den Klappmechanismus im Fehlerfall abzubremsen. Als Fehlerfall kann hierbei z. B. ein Verklemmen des Mechanismus oder eine fehlerhafte oder ungewollte Betätigung der Antriebseinheit (uncommanded movement) gelten.
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2 zeigt eine bistabile Bremse 1 mit zwei einander entgegenwirkend angeordneten Aktuatoren 2, 3 und dem dazwischen angeordneten Verstellmechanismus 4. Der Verstellmechanismus 4 ist mit einem Bremselement 5 der Bremse gekoppelt. Bei dem Bremselement 5 kann es sich um eine Konusbremse, eine Bremslamelle oder ein Formschlusselement der Bremse handeln.
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Die Aktuatoren 2, 3 können linear wirkende Aktuatoren 2, 3 sein und beispielsweise als hydraulische Aktuatoren und/oder als pneumatische Aktuatoren und/oder als elektromechanische Aktuatoren ausgebildet sein. Wie in 2 zu erkennen, sind die Aktuatoren 2, 3 koaxial angeordnet. Sie sind dabei einander gegenüberliegend um den Verstellmechanismus 4 positioniert. 2 zeigt die Bremse 1 in einer ersten Position, bei der die Bremse 1 geöffnet ist und die Flügelspitze bzw. die Klappspitze geklappt werden kann.
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Bei der bistabilen Bremse 1 kann es sich auch um eine rein hydraulisch betätigte Bremse 1 handeln. Dabei sind in der Bremse 1 zwei hydraulisch betriebene Kolben bzw. Aktuatoren 2, 3 integriert. Je nach Kommando eines Flight Control Computers kann dann Druck am Lock-Kolben 2 oder am Unlock-Kolben 3 anliegen, um die Bremse 1 über den Verstellmechanismus 4 zu öffnen bzw. zu schließen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 ist der Verstellmechanismus 4 als Kniehebel ausgebildet. Die Bremswirkung wird über das Bremselement 5 erzielt, wobei über den Kniehebel sichergestellt ist, dass der zuletzt kommandierte Zustand der Bremse 1 beibehalten wird, auch wenn die hydraulische und/oder elektrische Versorgung des Systems am Gate oder während des Fluges abgestellt wird. In dem in 3 gezeigten Zustand ist der Kniehebel somit gebeugt und die Bremse 1 geöffnet.
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3 zeigt die Bremse 1 in ihrem geschlossenen Zustand, wobei der Kniehebel leicht überstreckt und die Bremse somit auch unter Vibrationsbedingungen geschlossen ist. In der leicht überstreckten Position kann ein mechanischer Anschlag vorgesehen sein, so dass in Lock-Richtung, welche in der 3 nach unten verläuft, kein weiteres Beugen des Kniehebels möglich ist und somit in diese Richtung die Bremse 1 nicht versehentlich geöffnet werden kann. Der Kniehebel kann alternativ oder zusätzlich über pneumatische oder elektromechanische Aktuatoren 2, 3 betrieben werden, wobei ein elektromechanischer Aktuator beispielsweise als Spindel mit entsprechendem Elektromotor ausgebildet sein kann. Der Kniehebel kann ferner auch alternativ durch einen Exzenter ersetzt sein, welcher ansonsten die gleiche Funktionalität wie ein Kniehebel bietet.
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Durch den integrierten Kniehebel bzw. den integrierten Verstellmechanismus 4 in der bistabilen Bremse 1 kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass die Bremse den zuletzt geschalteten Zustand beibehält, unabhängig davon, ob eine Energieversorgung anliegt oder nicht. Die Bremse 1 kann zusätzlich zur beschriebenen Haltefunktion auch als Fehlerfallbremse genutzt werden.
