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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Bewegen von Luftfahrzeugen und insbesondere selbstfahrende Antriebseinheiten zum Bewegen von Luftfahrzeugen am Boden.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Grundsätzlich kann die Fortbewegung eines Flugzeugs am Boden durch Nutzung von durch den flugzeugeigenen Hauptantrieb (Gas-/Propellerturbine) erzeugtem Schub erfolgen. Dies wird jedoch in der Praxis möglichst vermieden, da insbesondere bei einem voll beladenen Flugzeug bei der Rollbewegung im Vergleich zur Flugbewegung viel Kraftstoff verbraucht wird. Hinzu kommen die erhöhte Beanspruchung der Triebwerke und der Schmutzeintrag (z.B. Sand) in das Triebwerksinnere, wodurch erhöhter Wartungsaufwand notwendig wird.
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Es werden daher bevorzugt Vorrichtungen zum Bewegen von Luftfahrzeugen ohne Zuhilfenahme des Hauptantriebs eingesetzt, wobei grundsätzlich zwei unterschiedliche Konzepte unterschieden werden.
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Beim Schleppen (Towing) wird das Flugzeug mittels eines Schleppfahrzeugs bewegt (sei es zu Wartungszwecken an eine geeignete Wartungsposition oder aus der Abfertigungsparkposition (Gate oder Außenparkposition) soweit nach hinten/entgegen der Flugrichtung) bewegt, bis das Flugzeug in der Lage ist, mit seinem eigenen Hauptantrieb (Gas-/ Propellerturbine) eine Vorwärtsrollbewegung aufzunehmen). Zum Schleppen des Flugzeugs werden herkömmlicherweise bemannte Schleppfahrzeuge eingesetzt die mittels einer Schleppstangenvorrichtung (die aus einem Rohr, einer Zugöse (Schlepperschnittstelle) und einem Schleppkopf, der an das Nasen- bzw. Bugfahrwerk des Flugzeugs angekoppelt wird, besteht) das Flugzeug bewegen. Der Schleppkopf ist mit Sicherungsmitteln (Scherbolzen) versehen, die eine ungewollte Krafteinleitung in das Fahrwerk verhindern. Zunehmend werden bemannte Schlepper mit einer Fahrwerksaufnahme verwendet, mit deren Hilfe das Nasenfahrwerk des Flugzeugs vom Boden abgehoben wird. Dieses Schleppverfahren wird als „Towbarless“ (Schleppen ohne Schleppstange) bezeichnet. Derartige Schlepper mit einer Fahrwerksaufnahme sind bspw. in
EP 2 481 673 A1 und
EP 1 634 808 A1 offenbart.
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Alternativ sind separate, an einem oder mehreren Fahrwerken (Landing Gears) des Flugzeugs installierte und die Fahrwerksräder antreibende (Elektro-)Antriebe bekannt, wie sie bspw. in
EP 2 783 980 A2 oder
US 7,327,105 B2 offenbart sind. Derartige zusätzliche Antriebe am Flugzeug (flugzeugseitige Antriebskonzepte) haben den Nachteil, dass am Flugzeug Umbauten vorgenommen werden müssen und das Start-/Landegewicht des Flugzeugs erhöht wird, was eine Reduzierung der Fracht- bzw. Passagierkapazität des umgebauten Flugzeugs zur Folge hat.
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Bei allen Schleppverfahren muss das Schleppfahrzeug sowohl über eine ausreichende Antriebsleistung als auch über ein ausreichendes Bremsvermögen und damit über ein hohes Eigengewicht (bis 65 t) verfügen, um das meist um ein Vielfaches schwerere Flugzeug zu bewegen bzw. abzubremsen. Insbesondere der Bremsvorgang des aus Schleppfahrzeug und Flugzeug bestehenden Gespanns bei unvorgesehenen Vorkommnissen muss mit dem Piloten des Flugzeugs abgestimmt werden. Bremst nur das Schleppfahrzeug und setzt das Flugzeug auf Grund seiner Massenträgheit die Bewegung fort, kann es zu schwerwiegenden Unfällen kommen. Bei dem Ein- und Aushallen des Flugzeugs in einen Wartungshangar besteht zudem das Problem, dass es durch die großen Abmessungen des Schleppers zu Platzproblemen kommt und dessen Wendigkeit/Manövrierfähigkeit unzureichend ist.
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Für kleinere Flugzeuge werden in neuerer Zeit auch unbemannte/ferngesteuerte Towbarless-Schlepper verwendet. Auch bei diesen Geräten wird das Nasenfahrwerk des Flugzeugs angehoben. Die hohen aufzunehmenden Gewichtskräfte wirken sich allerdings nachteilig auf die erforderliche Baugröße der unbemannten Schlepper aus. Aus dem Markt ist von der Schopf Maschinenbau GmbH unter dem Markennamen „PowerPush“ ein fernsteuerbares, stimmgabelförmiges Bodengerät bekannt, das die Räder eines Hauptfahrwerks umfasst und mittels zweier Reibrollen antreibt. Allerdings erlaubt das bekannte Gerät nur ein lineares Geradeausschieben des Flugzeugs im sogenannten Pushback-Betrieb, so dass dem Piloten die notwendigen Lenkbefehle von einem Boden-Einweiser übermittelt werden müssen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ausgehend hiervon wird erfindungsgemäß eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3 vorgeschlagen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, zum Bewegen von Luftfahrzeugen bzw. Flugzeugen am Boden einen auf ein drehbares Rad eines zu bewegenden Luftfahrzeugs einwirkenden Reibrollenantrieb vorzusehen, dessen Reibrollen zur Anpassung an unterschiedliche Raddurchmesser ausgebildet sind. Die Anpassung an unterschiedliche Raddurchmesser kann bspw. durch eine Höhenverstellbarkeit mindestens einer Reibrolle des Reibrollenantriebs oder durch eine Anordnung mindestens zweier Reibrollen in unterschiedlicher Höhe erzielt werden.
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Die Erfindung ermöglicht, dass sich durch die angepasste Beaufschlagung des Rades durch die Reibrollen im Betriebszustand resultierende Kraftkomponenten in vertikaler Richtung weitestgehend aufheben. Andruckkräfte der Reibrollen auf das zu bewegende Rad des Luftfahrzeugs kompensieren sich somit gegenseitig. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit eignet sich somit insbesondere auch zu einer Verwendung zum Antreiben eines Bugrades (des Bug- bzw. Nasenfahrwerks) eines Luftfahrzeugs, da durch die gegenseitig Kompensierung der Kräfte die Gefahr einer auf das Nasenfahrwerk wirkenden Kraft nach oben oder unten (und somit aus der Antriebseinheit hinaus) ausgeschlossen wird.
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Die Höhe im Zusammenhang mit einer Höhenverstellbarkeit oder einer Anordnung in unterschiedlicher Höhe wird dabei in Bezug auf eine Richtung senkrecht zur Horizontalen gesehen.
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Die Erfindung stellt somit eine leichte, kompakte und damit kostengünstige, mobile, also nur im Bedarfsfall an das Flugzeug anzudockende, Antriebseinheit mit guter Traktionsfähigkeit bereit, die sowohl für das Schleppen, das Rangieren im Hangar, den Push-back als auch für das Taxiing unterschiedlichster Flugzeugtypen geeignet ist und gute Traktionseigenschaften aufweist. Umbauten/Umrüstungen am Flugzeug sind daher nicht notwendig.
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Eine Anpassung der Lage der Reibrollen hinsichtlich des anzutreibenden Rades kann bspw. durch entfernungsfeste Anordnung zweier Reibrollen zueinander bei gleichzeitiger drehbarer Lagerung um eine parallel zur Radachse verlaufenden Achse erfolgen. Mit einer derartigen Lagerung ist eine durch die Drehung um eine horizontal verlaufende Achse bedingte Höhenverstellung verbunden.
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Alternativ kann eine Anpassung der Lage der Reibrollen erfolgen, indem einzelne Reibrollen individuell höhenverstellbar ausgebildet sind, bspw. mittels hydraulischer Stellelemente.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in stark schematischer seitlicher Darstellung eine Veranschaulichung des Grundprinzips einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen selbstfahrenden Antriebseinheit.
- 2 zeigt die schematische seitliche Darstellung der 1 mit unterschiedlichen Bugrad-Durchmessern.
- 3 zeigt eine stark schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße Antriebseinheit der 1 mit geöffnetem Aufnahmebereich.
- 4 zeigt die Draufsicht der 3 mit geschlossenem Aufnahmebereich.
- 5 zeigt eine detailliertere seitliche Schnittdarstellung der Ausführungsform der 3 und 4 gemäß Schnittlinie V-V der 4.
- 6 zeigt in perspektivischer Ausschnittsdarstellung eine detailliertere Ansicht des Reibrollenantriebs der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit in geöffnetem Zustand.
- 7 zeigt den Reibrollenantrieb der 6 in geöffnetem Zustand mit in den Aufnahmebereich eingefahrenem Bugrad.
- 8 zeigt den Reibrollenantrieb der 7 in teilweise geschlossenem Zustand.
- 9 zeigt den Reibrollenantrieb der 8 in geschlossenem Zustand mit allen Reibrollen in das Bugrad beaufschlagender Position.
- 10 zeigt die Darstellung der 4 mit gegenüber einem Trägerfahrzeug der Antriebseinheit verdrehtem Reibrollenantrieb.
- 11a und 11b veranschaulichen in einer der 10 ähnlichen Darstellung die Funktionsweise des Pilotenmodus.
- 12a und 12b veranschaulichen in einer den 11a und 11b ähnlichen Darstellung die Funktionsweise des Fernsteuermodus.
- 13 zeigt in einer der Darstellung der 4 ähnlichen schematischen Draufsicht eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
- 14 zeigt in einer der Darstellung der 5 ähnlichen zeitlichen Schnittdarstellung eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
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Ausführliche Beschreibung
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Gleiche und ähnliche in den einzelnen Figuren dargestellte Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Die im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläuterte Erfindung betrifft eine selbstfahrende Antriebseinheit, mit der ein Flugzeug beim Push-Back und beim Maintenance Towing, z.B. auf dem Vorfeld, oder beim Einhallen in den Hangar oder Taxiing, bewegt werden kann. Der Antrieb soll für ein unbeladenes wie auch für ein voll beladenes Flugzeug einsetzbar sein. Die Antriebseinheit umfasst einen Reibrollenantrieb mit Reibrollen, die mindestens ein in Bodenkontakt befindliches Fahrwerkrad des zu bewegenden Flugzeugs, insbesondere mindestens ein Bugrad, antreiben, d.h. in Drehung versetzen, wodurch das ganze Flugzeug bewegt wird. Lenken, Bremsen und Beschleunigen des Flugzeugs während der Bewegung am Boden kann gemäß einem ersten Betriebsmodus direkt vom Cockpit (Kanzel) des Flugzeugs aus oder gemäß einem zweiten Betriebsmodus von einer (sich in geringer Entfernung befindlichen) Bedienperson gesteuert werden. Zwischen den Betriebsmodi kann gewechselt werden. Die Antriebseinheit kann über eine Funkschnittstelle ferngesteuert werden und ist nicht/oder nur bei Bedarf mit einer Bedienperson besetzt.
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1 zeigt zur Veranschaulichung des Grundprinzips der Erfindung in stark schematischer seitlicher Darstellung eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen selbstfahrenden Antriebseinheit 10. Aufgrund der stark schematischen Darstellung sind in der Darstellung der 1 lediglich vier Reibrollen RR1, RR2, RR3, RR4 eines sonst nicht näher dargestellten Reibrollenantriebs wiedergegeben. Die vier Reibrollen RR1, RR2, RR3, RR4 beaufschlagen ein an einem Fahrwerk 30 eines nicht näher dargestellten Luftfahrzeugs bzw. Flugzeugs angebrachtes Rad BR, bei dem es sich bspw. um ein Bugrad handelt. Das Rad BR hat Kontakt mit einem Boden G (bspw. Rollbahn o.dgl.).
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Die Beaufschlagung des Rads BR durch die vier Reibrollen RR1, RR2, RR3, RR4 ist derart, dass das Rad BR sozusagen umklammert wird, d.h. die Stellen, an denen die Reibrollen RR1, RR2, RR3, RR4 in Kontakt mit dem Rad BR stehen sind über den Umfang des Rads verteilt. Die Verteilung ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass sich die Reibrollen RR1, RR2, RR3, RR4 jeweils paarweise im wesentlichen diagonal (in Bezug auf eine Radachse 32 des Rads BR) gegenüberliegen, wie dies in 1 mit den eingezeichneten strichlierten Linien durch Achsen 44 der Reibrollen veranschaulicht ist.
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Eine Anpressbewegung der Reibrollen RR1, RR2, RR3, RR4 zur Beaufschlagung des Rads BR (bzw. dessen Mantelfläche) erfolgt in im wesentlichen radialer Richtung, wie dies durch eingezeichnete Pfeile P1 in der 1 veranschaulicht ist. Nach erfolgter Beaufschlagung des Rades BR durch die Reibrollen RR1, RR2, RR3, RR4 drehen sich diese in gleicher Richtung (im Ausführungsbeispiel der 1 entgegen der Uhrzeigerrichtung, veranschaulicht durch eingezeichnete Pfeile P2) und bewirken über den durch die mit Anpressdruck erfolgende Beaufschlagung erzeugten Reibschluss eine Drehbewegung des Rades BR in der Gegenrichtung (also im dargestellten Ausführungsbeispiel in Uhrzeigerrichtung gemäß Pfeil P3), woraus aufgrund des Bodenkontakts eine Fahrbewegung auf dem Boden G in Richtung des Pfeiles P4 resultiert.
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In der seitlichen Darstellung der 1 ist lediglich ein Bugrad BR dargestellt; typischerweise handelt es sich bei Fahrwerkrädern von Flugzeugen um sogenannte Doppel- bzw. Zwillingsräder. Eine entsprechende Situation mit einem in einen Aufnahmebereich A der Antriebseinheit 10 eingebrachten Zwillingsbugrad BR1, BR2 eines zu bewegenden Flugzeugs ist in der Draufsichtdarstellung der 3 veranschaulicht.
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Die Antriebseinheit 10 umfasst ein Trägerfahrzeug 12, das bspw. als Rahmen ausgebildet sein kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Trägerfahrzeug 12 in der Draufsicht im wesentlichen eine U-Form auf. Andere Formgebungen, wie bspw. stimmgabelförmig, offen dreiecksförmige, offen trapezförmig o.dgl. sind ebenfalls möglich. Zusammen mit der offenen Seite der U-Form bildet das Innere des Trägerfahrzeugs 12 den Aufnahmebereich A für ein anzutreibendes (Zwillings-)Rad eines zu bewegenden Flugzeugs.
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Die Antriebseinheit 10 umfasst des weiteren mehrere Trägerfahrzeugräder 18. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Antriebseinheit vier Trägerfahrzeugräder 18. Andere Ausführungsformen können mehr oder weniger Trägerfahrzeugräder aufweisen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Trägerfahrzeugräder 18 an dem Trägerfahrzeug 12 angelenkt. Eines, mehrere oder alle der Trägerfahrzeugräder 18 können lenkbar und/oder angetrieben sein. Der Antrieb für das mindestens eine angetriebene Trägerfahrzeugrad kann bspw. über einen emissionsfreien Elektroantrieb, der von einer aufladbaren Batterie gespeist wird, bereitgestellt werden. In anderen Ausgestaltungen der Erfindung kann ein Antrieb durch einen Verbrennungs- bzw. Dieselmotor wie auch einen Hybridantrieb oder auch Brennstoffzellenantrieb erfolgen. Die Trägerfahrzeugräder 18 können bspw. durch Nabenmotoren (vgl. bspw. Bezugszeichen 19 in 5) angetrieben sein. Die Antriebskräfte müssen groß genug sein, um zur Zugkraft beizutragen. Dabei ist die unterschiedliche Belastung der Vorder- und Hinterräder in den einzelnen Betriebsarten zu berücksichtigen. Ein Schlupf der Trägerfahrzeugräder gegenüber dem Boden ist nicht zulässig und durch Regelung der Antriebsmomente zu vermeiden. Die Antriebskräfte der Trägerfahrzeugräder bzw. Antriebsräder der Antriebseinheit sind vorzugsweise so bemessen, dass sie als Zugkraft zur Flugzeugbewegung beitragen können. Dabei ist die unterschiedliche Belastung der Vorder- und Hinterräder (in Flugzeugrichtung) in den einzelnen Betriebsarten zu berücksichtigen.
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Die Antriebseinheit 10 umfasst außerdem wie bereits in Zusammenhang mit der 1 beschrieben zum Antreiben eines anzutreibenden Rades einen Reibrollenantrieb 40. Pro anzutreibendem Rad ist ein Reibrollenantrieb 40 vorgesehen. Jeder Reibrollenantrieb 40 umfasst mehrere Reibrollen, die zur Beaufschlagung des aufgenommenen und anzutreibenden Rades ausgebildet sind. Sollen im Falle von Doppel- bzw. Zwillingsrädern beide Räder angetrieben werden, so sind entsprechend zwei Reibrollenantriebe 40.1, 40.2 (vgl. auch 4) vorgesehen. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass selbst im Falle von Doppel- bzw. Zwillingsrädern nur ein Rad anzutreiben ist; in diesem Fall wäre dann nur ein Reibrollenantrieb vorzusehen. Für ein nicht anzutreibendes Rad ist kein eigener Reibrollenantrieb notwendig.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist somit für jedes aufgenommene Rad BR1, BR2 jeweils ein Reibrollenantrieb 40.1, 40.2 vorgesehen. Jeder der Reibrollenantriebe 40.1, 40.2 umfasst vier Reibrollen (vgl. 1) RR1.1, RR1.2, RR1.3, RR1.4 bzw. RR2.1, RR2.2, RR2.3, RR2.4 (wobei in der Draufsichtdarstellung der 3 lediglich die jeweils oberen Reibrollen RR1.2 und RR1.4 bzw. RR2.2 und RR2.4 zu sehen sind).
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Der bzw. die Reibrollenantriebe können direkt an dem Trägerfahrzeug 12 der Antriebseinheit 10 angeordnet sein. Alternativ (und wie im Ausführungsbeispiel der 3 dargestellt) können der bzw. die Reibrollenantriebe an einer separat ausgebildeten Struktur 42 angeordnet sein. Die Struktur 42 dient als eine Art Trägerrahmen und kann bspw. rahmenartig oder käfigartig o.dgl. ausgebildet sein. Die Struktur bzw. der Trägerrahmen 42 ist ihrerseits an der Antriebseinheit 10 bzw. deren Trägerfahrzeug 12 fest oder beweglich angelenkt. Dies kann bspw. mittels zweier Lenkstangenpaare 22, 23 erfolgen. Die Anlenkung kann derart erfolgen, dass der Rahmen des Trägerfahrzeugs 12 und der Rahmen der Struktur 42 zusammen mit den Lenkstangen 22, 23 eine Trapezlenkeranordnung bilden (wobei in der Draufsichtdarstellung der 3 lediglich jeweils die obenliegende Lenkstange jedes Lenkstangenpaares zu sehen ist). In der Schnittdarstellung der 5 ist darüber hinaus auch noch ein zwischen Trägerfahrzeug 12 und Trägerrahmen 42 angelenktes Stellglied 24 dargestellt, das in den schematischen Ansichten der 3 und 4 aus der Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet ist. Die Funktionsweise des Stellglieds 24 wird nachfolgend ausführlicher beschrieben.
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Es ist festzuhalten, dass die nachfolgende Beschreibung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Funktionsweise des Reibrollenantriebs nicht auf die dargestellte Aufhängung mittels Trägerrahmen 42 beschränkt ist, sondern dass die erfindungsgemäße Funktionsweise auch durch andere Aufhängungs- bzw. Anlenkungsvarianten (u.a. auch direkte Aufhängung der Reibrollen an dem Trägerfahrzeug mit entsprechend zugeordneten Stellelementen und Sensoren) realisierbar ist.
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Zum Öffnen des Aufnahmebereichs A der Antriebseinheit 10 (d.h. um ein Einbringen bzw. Ausbringen eines Flugzeugrades in den Aufnahmebereich bzw. aus dem Aufnahmebereich heraus zu ermöglichen) können öffnungsseitig angeordnete Reibrollen RR1.3, RR1.4 bzw. RR2.3, RR2.4 der beiden Reibrollenantriebe schwenkbar ausgebildet sein. Unter „öffnungsseitig“ ist dabei eine Lage zu verstehen, die bei in den Aufnahmebereich eingebrachtem Flugzeugrad zwischen Flugzeugrad und der offenen Seite der Antriebseinheit 10 liegt. Demgegenüber ist unter dem Begriff „öffnungsfern“ eine Lage im Inneren des Aufnahmebereichs A zu verstehen, die der offenen Seite der Antriebseinheit 10 gegenüberliegt und bei in den Aufnahmebereich eingebrachtem Flugzeugrad zwischen Flugzeugrad und dem Trägerfahrzeug 12 der Antriebseinheit 10 liegt. Während die öffnungsseitigen Reibrollen aufgrund der wie beschrieben schwenkbaren Anordnung in ihrer Achslage veränderlich sind, können die öffnungsfernen Reibrollen in ihrer axialen Lage unveränderlich angeordnet sein. Öffnungsseitige Trägerfahrzeugräder der Antriebseinheit sind in Flugzeugrichtung (bei Aufnahme eines Bugrades) Hinterräder während öffnungsferne Trägerfahrzeugräder Vorderräder sind.
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Die Darstellung der 3 zeigt die Antriebseinheit 10 in „geöffnetem“ Zustand, d.h. mit aufgeschwenkten öffnungsseitigen Reibrollen RR1.4 bzw. RR2.4, so dass ein Flugzeugrad BR1/BR2 in den Aufnahmebereich A eingebracht werden kann. In der in 3 gezeigten Situation ist das Flugzeugrad bereits in den Aufnahmebereich A eingebracht (vgl. auch 6 und 7), derart dass die öffnungsfernen (und axial festliegenden) Reibrollen RR1.2 bzw. RR2.2 eine Außenfläche der Flugzeugräder beaufschlagen. In diesem Moment kann der Aufnahmebereich A „geschlossen“ werden, indem die öffnungsseitigen Reibrollen RR1.4 bzw. RR2.4 wie durch die eingezeichneten Pfeile P5 veranschaulicht nach innen geschwenkt werden, in eine Position, in der sie achsparallel zu den öffnungsfernen Reibrollen zu liegen kommen und ebenfalls die Außenfläche der Flugzeugräder (von der gegenüberliegenden Seite her) beaufschlagen. 4 zeigt die Anordnung in dieser „geschlossenen“ Situation.
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Es ist festzuhalten, dass die Kopplung zwischen dem Flugzeugrad und dem Reibrollenantrieb ausschließlich zwischen Rad und Reibrollen erfolgt. Insbesondere erfolgt keine Beauftragung des Fahrwerks 30 durch die Reibrollen. Nach dem „Schließen“ des Aufnahmebereichs werden die öffnungsseitigen Reibrollen (hydraulisch) angezogen, bis eine elastische Einspannung des Flugzeugrads zwischen öffnungsfernen und öffnungsseitigen Reibrollen erfolgt. Die Vorspannungskraft muss ausreichend groß sein, damit es nicht zu einem Schlupf zwischen den Reibrollen und dem Flugzeugrat kommt. Die gewählte Vorspannungskraft hängt vom Typ des Flugzeugs, dessen Beladungszustands und vom Durchmesser des Fahrzeugrades ab. Sollte es beim Antrieb zu einem Schlupf kommen, so wird die Vorspannkraft weiter erhöht, bis kein Schlupf mehr vorhanden ist.
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Die 6 bis 9 veranschaulichen ebenfalls - dieses Mal in perspektivischer Darstellung - den beschriebenen Ablauf von der Antriebseinheit 10 in der Situation mit geöffnetem Aufnahmebereich A (6), in den Aufnahmebereich eingebrachtem Flugzeugrad (7), sich schließenden öffnungsseitigen Reibrollen (8 analog zu 3) bis zum in dem jeweiligen Reibrollenantrieb fest eingespannten Flugzeugrad mit geschlossenem Aufnahmebereich A (9). Zum Öffnen/Schließen der öffnungsseitigen Reibrollen wie auch zur Regulierung eines Anpressdrucks (Vorspannkraft) der Reibrollen an das Flugzeugrad und der Durchmesseranpassung (Höhenverstellbarkeit, wie im folgenden noch ausführlich zu beschreiben) sind den Reibrollen zugeordnete Stellelemente 46 vorgesehen (vgl. 6 bis 9), bei denen es sich insb. um hydraulische Stellelemente handeln kann.
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Des weiteren sind der Darstellung der 6 bis 9 Stellglieder 24, 25 zu entnehmen, die in der Darstellung der 3 und 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht wiedergegeben sind. Die beiden Stellglieder 24, 25 sind zwischen dem Trägerfahrzeug 12 der Antriebseinheit 10 und der Trägerstruktur 42 des Reibrollenantriebs bzw. der Reibrollenantriebe vorgesehen. Ein erstes Stellglied 24 ist für vertikale Schwenkbewegungen ausgelegt und ein zweites Stellglied 25 ist für horizontale Schwenkbewegungen ausgelegt. Alternativ können die Reibrollenantriebe auch separat direkt jeweils an dem Trägerfahrzeug angelenkt sein; dann wäre pro Reibrollenantrieb eine entsprechende Aufhängung vorzusehen.
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Nach Abschluss des Bewegungsvorgangs wird die Vorspannung der Reibrollen abgebaut, die öffnungsseitigen Reibrollen in eine Endstellung verfahren und aufgeschwenkt bzw. -geklappt. Daraufhin kann das Flugzeugrad aus dem Aufnahmebereich entfernt werden (in dem die selbstfahrende Antriebseinheit weggefahren wird). Dann werden die Reibrollen wieder geschlossen (eingeschwenkt) und die Antriebseinheit kann wieder in ihre Parkposition fahren.
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Erfindungsgemäß erfolgt eine Anpassung der Lage der Reibrollen jedes Reibrollenantriebs an sich ändernde Durchmesser der aufzunehmenden Flugzeugräder. Hierzu verfügt die erfindungsgemäße Antriebseinheit über Mittel zur Anpassung der Reibrollenpositionen an unterschiedliche Flugzeugraddimensionen. Dies ist bspw. mit der stark schematischen Darstellung der 2 veranschaulicht.
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2 zeigt eine der Darstellung der 1 ähnliche Darstellung mit einer seitlichen Ansicht eines Flugzeugrades BR mit Beaufschlagung durch vier Reibrollen RR1, RR2, RR3, RR4 sowie zum Vergleich ein zweites Flugzeugrad BR' mit größerem Durchmesser. Um eine Lageanpassung der Reibrollen an das Flugzeugrad BR' mit größerem Durchmesser zu erzielen, sind die Reibrollen derart ausgebildet, dass eine untere Reibrolle RR1 der beiden öffnungsfernen Reibrollen RR1, RR2 lagefest angeordnet ist (d.h. sowohl in der Lage ihrer Höhe als auch ihrer Achsausrichtung) und eine obere Reibrolle RR2 der beiden öffnungsfernen Reibrollen RR1, RR2 vertikal in der Höhe lageveränderlich angeordnet ist (vgl. Pfeil P6). Die beiden öffnungsseitigen Reibrollen RR3 und RR4 sind beide lageveränderlich ausgebildet, wobei eine obere Reibrolle RR4 der beiden öffnungsseitigen Reibrollen RR3, RR4 schräg in der Höhe lageveränderlich ausgebildet ist (also sowohl vertikal als auch horizontal beweglich, vgl. Pfeil P7) und eine untere Reibrolle RR3 horizontal lageveränderlich ausgebildet ist (vgl. Pfeil P8). Die an den größeren Durchmesser des größeren Flugzeugrads BR' angepassten Reibrollenlagen sind mit gestrichenen Bezugszeichen RR1', RR2', RR3' und RR4' versehen; punktiert eingezeichnete Pfeile veranschaulichen den jeweiligen Verschiebeweg der Achslagen der einzelnen Rollen. Die Rollenlage ist derart, dass sich die Rollen in Bezug auf die Radachse 32' auch des Rades BR' mit größerem Durchmesser im wesentlichen diagonal gegenüberliegen, d.h. gedachte Verbindungslinien zwischen Achsen 44 der Reibrollen sich in der Radachse 32' schneiden oder zumindest im Bereich der Radachse schneiden.
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10 veranschaulicht in schematischer Draufsicht ähnlich der Darstellung der 3 und 4 eine relative Bewegbarkeit der Reibrollenanordnung in Bezug auf das Trägerfahrzeug 12 der Antriebseinheit 10. Die bereits zuvor beschriebene Trapezlenkeranordnung aus Trägerfahrzeug 12, Reibrollen-Trägerstruktur bzw. -rahmen 42 und Lenkstangen 22, 23 ermöglicht eine Drehung der Lenkstangen 22, 23 um Anlenkpunkte 26 an dem Trägerfahrzeug 12 und Anlenkpunkte 27 an dem Trägerrahmen 42 derart, dass der Reibrollenantrieb bzw. die Reibrollenantriebe gegenüber einer Hauptachse 14 der Antriebseinheit 10 verstellbar ist bzw. sind. Oder mit anderen Worten: es ist eine Verstellung der im ausgerichteten Normalzustand im wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 14 der Antriebseinheit 10 stehenden Radachse 32 möglich (vgl. Pfeil P9).
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Diese erfindungsgemäße bewegliche Aufhängung des Reibrollenantriebs ermöglicht einen Betrieb der Antriebseinheit 10 sowohl in einem Fernsteuermodus durch eine Bedienperson am Boden als auch in einem Pilotenmodus durch einen Piloten im Flugzeugcockpit. Diese beiden Betriebsmodi werden im folgenden unter Bezugnahme auf die 11 und 12 erläutert.
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Eine Fahrbewegung der Antriebseinheit 10 erfolgt grundsätzlich anhand des mindestens einen angetriebenen Trägerfahrzeugrads und ein Lenken (insbesondere in einer Leerfahrt ohne eingekoppeltes Flugzeugrad) anhand des mindestens einen lenkbaren Trägerfahrzeugrads.
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Die 12a und 12b veranschaulichen zunächst eine Steuerung im Fernsteuermodus durch eine Bedienperson am Boden mit einem eingekoppelten Flugzeugrad. In diesem Betriebsmodus muss das Flugzeugfahrwerk 30 frei drehbeweglich sein (um seine Fahrwerklenkachse 34). Zu diesem Zwecke werden Lenkeingriffe des Piloten blockiert, wie dies dem Fachmann aus dem sogenannten Pushback-Betrieb geläufig ist (bspw. durch Stecken eines Sperrpins in einer Gearbox des Fahrwerks). Dies ermöglicht eine Lenkbewegung ausschließlich von der Antriebseinheit aus.
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In 12a befindet sich die selbstfahrende Antriebseinheit 10 mit dem zwischen die Reibrollen eingespannten Flugzeugrad BR1/BR2 zunächst in einer Geradeausfahrt gemäß eingezeichnetem Pfeil P10. Dabei sind die Lenkstangen 22, 23 mittels der Stellglieder 24, 25 „elastisch fixiert“: dies bedeutet, dass bei einer Lenkbewegung an der Antriebseinheit 10 (zum Beispiel nach rechts gemäß eingezeichnetem Pfeil P11 in der 12b) zunächst eine entsprechende Richtungsänderung der Antriebseinheit 10 bewirkt (Veränderung der Lage der Hauptachse von 14 nach 14' in der 12b) und anschließend aufgrund der Einwirkung der (hydraulischen) Stellglieder 24, 25 eine Nachführung der Reibrollenantriebe (über die Trägerstruktur 42) erfolgt, so dass die Flugzeugräder einen erzwungenen Lenkeinschlag durchführen und die Radachse 32 wieder im wesentlichen senkrecht zur Hauptachse 14 der Antriebseinheit 10 steht.
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In diesem Betrieb müssen die Reibrollen die unterschiedliche Drehgeschwindigkeit der Zwillingsräder BR1/BR2 wie bei einem Differential ausgleichen können und sollen sich wie Drehmoment-Antriebe verhalten. Der Kurvenradius wird durch die Antriebseinheit vorgegeben, die wie beschrieben durch ihre Bewegung das Fahrwerk dreht.
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Die 11a und 11b veranschaulichen nun eine Steuerung mit einem eingekoppelten Flugzeugrad im Pilotenmodus durch einen Piloten im Cockpit. In diesem Modus hat eine durch den Piloten bewirkte Lenkung Vorrang. Wiederum befindet sich die selbstfahrende Antriebseinheit 10 in der Darstellung der 11a zunächst in einer Geradeausfahrt gemäß eingezeichnetem Pfeil P12. Die Reibrollen treiben die Flugzeugräder BR1/BR2 an. Erfolgt ein Lenkeinschlag der Flugzeugräder durch den Piloten (zum Beispiel nach rechts gemäß eingezeichnetem Pfeil P13 in der 11b), so dreht sich das Fahrwerk 30 des Flugzeugs um seine Fahrwerklenkachse 34 um einen gegebenen Lenkeinschlagwinkel L, um den sich die in der Geradeausstellung deckungsgleich mit der Hauptachse 14 der Antriebseinheit 10 befindliche Normale 32n zur Radachse 32 gegenüber der Hauptachse 14 verschwenkt (Bezugszeichen 32n' der 11b). Dies bedeutet, dass sich die Trägerstruktur 42 in die gedrehte Position 42' verstellt, und entsprechend verstellen sich die Anlenkpunkte 27 an der Trägerstruktur nach 27' (vgl. auch 10). Mittels den Stellgliedern 24, 25 zugeordneten Sensoren erfolgt eine Nachführung des Trägerfahrzeugs 12 der Antriebseinheit 10 durch einen entsprechenden Lenkeinschlag der lenkbaren Trägerfahrzeugräder 18 bis die Normale 32n' und die Hauptachse 14 wieder deckungsgleich sind. Die Trägerfahrzeugräder werden somit steuerungstechnisch auf den gleichen Kurvenradius gelenkt wie die Flugzeugräder.
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Eine Bremsung durch den Piloten kann ebenfalls mittels geeigneter Sensoren detektiert werden. Die Antriebskräfte der Reibrollen sind dann sofort entsprechend herunterzuregeln.
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13 zeigt in schematischer Draufsicht eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 10 mit einem wie bereits voranstehend beschriebenen Trägerfahrzeug 12 und Reibrollenantrieben zur Aufnahme von Zwillings-Flugzeugrädern BR1, BR2. In dieser Ausführungsvariante sind vier in Eckbereichen angeordnete Trägerfahrzeugräder 18 des Trägerfahrzeugs 12 als passive Lenkrollen (frei drehbar) ausgebildet, während zwei weitere Trägerfahrzeugräder als Antriebsräder 20 vorgesehen sind, die nicht lenkbar um eine senkrecht zu der Hauptachse der Antriebseinheit 10 angeordnete Querachse 16 unabhängig antreibbar sind. Vorzugsweise liegt die Querachse 16 in der Vertikalprojektion im wesentlichen auf der Radachse 32 des Flugzeugfahrwerks 30 (d.h. in der durch die Radachse 32 verlaufenden Vertikalebene).
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14 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Reibrollenantriebs mit drei Reibrollen RR1, RR2, RR3 je Reibrollenantrieb, wobei zwei Reibrollen RR1, RR2 an einer Pendelaufhängung 47 angeordnet sind. Die Pendelaufhängung 47 ist um eine Pendelachse 48 (frei) drehbar gelagert. Die Pendelachse 48 verläuft im wesentlichen parallel zu den Reibrollendrehachsen 44 und somit im wesentlichen parallel zu der Radachse 32 des anzutreibenden Flugzeugrads BR1. Die Reibrollen RR1 und RR2 sind im wesentlichen ortsfest an der Pendelaufhängung 47 angebracht, so dass sie ihre Relativlage (Abstand zueinander) nicht ändern. Durch die Pendelbewegung um die Pendelachse 48 geht jedoch im Verhältnis zu der Pendelachse 48 eine Höhenverstellung der beiden Reibrollen einher. Dadurch kann eine Anpassung an unterschiedliche Raddurchmesser von aufzunehmenden und zu beaufschlagenden Flugzeugrädern innerhalb einer gegebenen Spanne erfolgen.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden an der Pendelaufhängung angebrachten Reibrollen RR1 und RR2 die öffnungsfernen Reibrollen. Die öffnungsseitige Reibrolle RR3 ist im wesentlichen unverändert gegenüber der bereits voranstehend beschriebenen öffnungsseitigen unteren Reibrolle RR3. Alternativ ist es auch denkbar, die Pendelaufhängung öffnungsseitig vorzusehen. Außerdem ist es möglich, die an der Pendelaufhängung angeordneten Reibrollen relativ bewegbar zueinander auszugestalten (d.h. an der Pendelaufhängung verschiebbar, bspw. mittels Federkraftbeaufschlagung (hydraulisch o.dgl.)).
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Das Ausführungsbeispiel der 14 zeigt eine kostengünstige Alternative einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit, die für eine kleinere Spanne an unterschiedlichen Raddurchmessern geeignet ist, während die zuvor beschriebenen Alternativen aufwendiger sind, aber in der Praxis einen größeren Bereich an Flugzeugtypen abdecken können.
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Weitere Aspekte der Erfindung betreffen bspw.
- - dass die selbstfahrende Antriebseinheit vom Piloten über Sprachbefehle gesteuert werden kann, die an ein Sprachsteuerungsmodul der Antriebseinheit übertragen werden. Das Sprachsteuerungsmodul ist zur Umsetzung von Sprachbefehlen des Piloten in Steuerungsbefehle des Trägerfahrzeugs bzw. der Antriebseinheit ausbildet. Zur Sprachübertragung kann erfindungsgemäß die ohnehin vorhandene Intercom-Kabelverbindung genutzt werden; dadurch ist keine Fernsteuereinrichtung (wie bspw. ein Joystick o.dgl.) im Cockpit notwendig, so dass aufwendige Anpassungen/Umrüstungen im Flugzeug vermieden werden;
- - die Antriebseinheit in der Normalausführung über einen emissionsfreien Elektroantrieb verfügt, der von einer aufladbaren Batterie gespeist wird. In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung kann auch ein Antrieb durch einen Dieselmotor wie auch einen Hybridantrieb erfolgen;
- - die Antriebseinheit 10 Batterien bzw. Akkumulatoren 50 und einen Motor/Antrieb 52 und/oder eine Steuerung 54 umfasst;
- - die winkeltreue Ausrichtung der Reibrollenaufhängung und des Trägerfahrzeugs messtechnisch kontrolliert und erforderlichenfalls nachgesteuert wird;
- - im Falle von Schlupf des bzw. der anzutreibenden Flugzeugräder zur Unterstützung des Reibrollenantriebs die angetriebenen Trägerfahrzeugräder bzw. Antriebsräder der Antriebseinheit zuschaltbar sind;
- - die Aufhängung des Rollenantriebs Winkelbewegungen des Rollenantriebs gegenüber der Hauptachse 14 der Antriebseinheit sowohl seitlich (in der Horizontalen) als auch in der Vertikalen zulässt und zur Erfassung dieser Winkelbewegungen geeignete Sensoren vorgesehen sind;
- - die Aufhängung des Rollenantriebs Winkelbewegungen des Rollenantriebs gegenüber der Hauptachse 14 der Antriebseinheit sowohl seitlich (in der Horizontalen) als auch in der Vertikalen zulässt und zur Steuerung der Winkelbewegungen geeignete Stellelemente bzw. -glieder vorgesehen sind;
- - das Gegendrehmoment der Reibrollen dazu genutzt wird, die Rotationsbewegung der aufgenommenen und reibkraftangetriebenen Räder bspw. des Nasenfahrwerks abzubremsen - damit kann die Bodenbewegung des Flugzeugs sanft und von extern gebremst werden;
- - den Reibrollen zugeordnete Stellelemente vorgesehen sind, die eine Anpassung an unterschiedliche Größen/Durchmesser der Flugzeugräder erlauben und/oder eine voreingestellte Andruckkraft der Reibrollen erzeugen;
- - Mittel zum Messen und Regeln des auf das Flugzeugrad aufgebrachten Drehmoments des Reibrollenantriebs vorgesehen sind;
- - Mittel zum Messen von zwischen dem Reibrollenantrieb und der Antriebseinheit wirkenden Kräfte und Bewegungen vorgesehen sind und Mittel zum Regeln der Bewegung der Antriebseinheit vorgesehen sind, derart dass bei gleichmäßiger Bewegung von Flugzeug und Antriebseinheit diese Kräfte in Fahrtrichtung minimal sind und bei Kurvenfahrten der Reibrollenantrieb möglichst in der Mitte des Antriebseinheit gehalten wird;
- - eine Drehzahl der Reibrollen durch das vorgegebene und geregelte Antriebs-Drehmoment derart bestimmt wird, dass bei engen Kurvenfahrten unterschiedliche Drehzahlen der beiden Fahrwerk-Zwillingsräder (elektrisches Differential) möglich sind;
- - ein Drehmoment der Reibrollen derart geregelt wird, dass ein weiches bzw. ohne auftretende Lastspitzen erfolgendes Anfahren und Abbremsen des Flugzeugs ermöglicht wird bzw. während des Anfahrens des Flugzeugs das Flugzeugrad mit einem für das jeweilige Flugzeugmuster optimal schonenden Lastprofil, welches im Speicher der Steuerung der Antriebseinheit hinterlegt ist, angetrieben wird;
- - Selbstfahr-Vortriebskräfte der Antriebseinheit, also insbesondere Vortriebskräfte des mindestens einen angetriebenen Trägerfahrzeugrads 18, 20, zur Unterstützung des Reibrollenantriebs, insbesondere in der Anfahrphase bei der Bodenbewegung des Flugzeugs, ergänzend eingeschaltet bzw. zugeschaltet werden können;
- - Mittel zur Erfassung des Schlupfes zwischen den Reibrollen und den Flugzeugrädern vorgesehen sind, deren Messwerte im Falle von Schlupf dazu genutzt werden, die Andruckkraft der Reibrollen auf die Flugzeugrädern derart zu erhöhen, dass der auftretende Schlupf überwunden wird;
- - Mittel zur Erfassung des Schlupfes der Flugzeugräder gegenüber dem Boden vorgesehen sind, deren Messwerte im Falle von Schlupf dazu benutzt werden, die Vortriebsleistung der Antriebseinheit derart zu erhöhen, dass der auftretende Schlupf überwunden wird;
- - aus der Abstandsmessung von mindestens zwei Reibrollen, die das Flugzeugrad formschlüssig umfassen, der Durchmesser des Nasenfahrwerksrads bestimmt wird und damit auf ein bestimmtes Flugzeugmuster und damit die zugehörigen zulässigen Belastungswerte geschlossen wird, die dann in die Steuerungsregelung einfließen;
- - die Kontrolle und Regelung über einen programmierbaren prozessorgesteuerten Kontroller erfolgt, der die Messwerte der Sensoren auswertet und die elektrischen Ventile der Hydraulik entsprechend ansteuert;
- - die Andruckkraft jeder Reibrolle regelbar ist;
- - die Reibrollenmotoren können elektrisch oder hydraulisch ausgeführt sein können. Beim Antrieb soll ein regelbares Drehmoment an den Reibrollen wirken, keine Zwangsbewegung;
- - der Antrieb der Reibrollen getriebelos mit langsam laufenden Motoren direkt erfolgt;
- - jeder Reibrolle ein Antriebsmotor zugeordnet ist;
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebseinheit
- 12
- Trägerfahrzeug
- 14
- Hauptachse
- 16
- Querachse
- 18
- Trägerfahrzeugräder
- 19
- Nabenmotor
- 20
- Antriebsräder
- 22
- Lenkstangenpaar
- 23
- Lenkstangenpaar
- 24
- Stellglied
- 25
- Stellglied
- 26
- Anlenkpunkte
- 27
- Anlenkpunkte
- 30
- Fahrwerk/Bugfahrwerk/Nasenfahrwerk
- 32
- Radachse
- 34
- Fahrwerklenkachse
- 40
- Reibrollenantrieb
- 42
- (rahmenartige) Struktur, Trägerstruktur
- 44
- Reibrollenachsen
- 46
- Stellelemente
- 47
- Pendelaufhängung
- 48
- Pendelachse
- 50
- Akkumulatoren/Batterien
- 52
- Motor/Antrieb
- 54
- Steuerung
- A
- Aufnahmebereich
- BR
- Bugrad
- G
- Boden
- L
- Leinkeinschlagwinkel
- P1
- Pfeil Anpressbewegung
- P2
- Pfeil Drehbewegung Reibrolle
- P3
- Pfeil Drehbewegung Bugrad
- P4
- Pfeil Fahrbewegung
- P5
- Schwenkbewegung Reibrollen
- P6
- Vertikale Verstellung Reibrolle RR2
- P7
- Schräge Verstellung Reibrolle RR3
- P8
- Horizontale Verstellung Reibrolle RR4
- P9
- Verschwenkung Trägerstruktur
- P10
- Geradeausfahrt
- P11
- Rechtslenkung Antriebseinheit
- P12
- Geradeausfahrt
- P13
- Rechtslenkung Flugzeugrad
- RR1
- Reibrolle
- RR2
- Reibrolle
- RR3
- Reibrolle
- RR4
- Reibrolle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2481673 A1 [0004]
- EP 1634808 A1 [0004]
- EP 2783980 A2 [0005]
- US 7327105 B2 [0005]
