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Federbein für Flugzeugfahrwerke Die Erfindung bezieht sich auf ein
Federbein für Flugzeugfahrwerke, insbesondere für senkrecht startende und landende
Flugzeuge, wie Hubschrauber, mit einem an einem Ende geschlossenen, am Flugzeugrumpf
befestigten Zylinder und einem darin gleitend geführten, aus dem unteren Zylinderende
herausragenden, die Fahrgestellräder tragenden Hohlkolben, dessen mit Flüssigkeit
gefüllter Hohlraum einmal mit dem mit Flüssigkeit gefüllten Zylinderraum über eine
ständig offene Drosselöffnung und ein beim Zusammendrücken des Federbeins öffnendes,
eine verhältnismäßig große Durchflußöffnung freigebendes Rückschlagventil verbunden
und zum anderen durch einen freigleitend geführten Kolben von einer Druckluftkammer
getrennt ist, wobei am Außenumfang des Hohlkolbens eine ringförmige Anschlagschulter
vorgesehen ist, die am Ende der Ausdehnung des Federbeins mit einer Puffervorrichtung
zusammenwirkt.
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Ein solches bekanntes Federbein weist nur ein sich beim Zusammendrücken
des Federbeins öffnendes Rückschlagventil auf, während in der anderen Richtung der
Öldurchgang nur durch die ständig offene Drosselöffnung erfolgt. Weiterhin ist eine
Puffervorrichtung vorgesehen, die aus einem Gummiring besteht, der bei vollständig
ausgefahrenem Federbein an einer Schulter des Zylinders anschlägt und nur dazu dient,
harte Schläge abzufangen und zu dämpfen. Zu dem gleichen Zweck ist an einem anderen
Stoßdämpfer der Einbau einer Spiralfeder an Stelle des Gummiringes bekanntgeworden.
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Es ist ferner an einem derartigen Federbein ohne Puffervorrichtung
bereits vorgeschlagen worden, die ständig offene Drosselöffnung im Ventilkörper
eines federbelasteten Rückschlagventils vorzusehen. Weiterhin ist es bei Stoßdämpfern
für Flugzeuglandegestelle bekannt, ein zweites, entgegen dem ersten öffnendes Rückschlagventil
vorzusehen, welches bei plötzlicher Entlastung des Federbeins Drosselöffnungen freigibt.
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Alle diese bekannten Stoßdämpfer sind zur Lösung des der Erfindung
zugrunde liegenden Problems ungeeignet. Dieses besteht darin, ein Federbein obiger
Art, insbesondere für Hubschrauber, zu schaffen, bei dem eine wirksame Schwingungsdämpfung
bei fast völlig entlastetem Fahrwerk erreicht wird, um die Bodenresonanz zu beseitigen
oder zumindest so weit herabzusetzen, daß jegliche Gefahr der Beschädigung oder
Zerstörung des Flugzeugs ausgeschlossen ist.
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Unter Bodenresonanz werden die vom Landegestell eines Hubschraubers
ausgehenden Schwingungserscheinungen verstanden, wenn er auf dem Boden oder dem
Deck eines Schiffes steht. Die Bodenresonanz entsteht aus einer sich selbst erregenden
Schwingung, welche senkrecht startenden und landenden Flugzeugen und Hubschraubern,
die verhältnismäßig große, rotierende, flexible Drehflügel aufweisen, eigen ist.
Die Maxima und Minima der Schwingungen, welche in ihrer Art den Flügelflatterschwingungen
oder Wellendrehschwingungen gleichkommen, sind im allgemeinen stark divergierend.
Dadurch wirkt die Schwingung sich hochgradig zerstörend aus. Sie kann durch Windstöße,
durch Hin-und Herbewegungen der Steuerung, durch Rollen des Flugzeugs über unebenes
Gelände oder Abfall in Löcher usw., eingeleitet werden, wobei sie unkontrollierbar
ist. Daher ist die Erfindung in erster Linie nicht auf eine Reduzierung der Bodenstoßbelastung
gerichtet, wie es bei den bekannten Stoßdämpfern der Fall ist, sondern auf die Beseitigung
der heftigen Bodenresonanzschwingungen.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird dadurch gelöst, daß
die ständig offene Drosselöffnung in bereits vorgeschlagener Weise in dem durch
eine Feder mit einer vorbestimmten Kraft in seine Schließstellung gedrückten Ventilkörper
des beim Zusammendrücken des Federbeins öffnenden Rückschlagventils vorgesehen ist,
daß ferner in anderweitig bekannter Weise ein zweites, entgegengesetzt wirkendes
Rückschlagventil Drosselöffnungen bei plötzlicher Entlastung des Federbeins freigibt
und daß die Puffervorrichtung aus einer auf eine vorbestimmte Vorspannung einstellbaren
Federanordnung besteht, die mit zunehmender Verformung weicher wird, eine geringe
Federhärte und eine Druckkraft aufweist, welche die gesamte Last des ausgedehnten
Federbeins
unter Belassung eines Federweges aufnimmt.
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Das erfindungsgemäße Federbein unterscheidet sich von den bekannten
Federbeinen dieser Art in verschiedenen, wichtigen Merkmalen an sich und besonders
funktionell erheblich. Es wurde festgestellt, daß zur Vermeidung von Bodenresonanz
bei vollständig ausgeschobenem Federbein unter dem vollen Gewicht des Fahrwerks
und der Vorspannungskraft der Druckluft das Federbein in der Lage sein muß, selbst
bei kleinen Belastungen eine wesentliche, relative Bewegung zwischen dem Hohlkolben,
an welchem das Rad aufgehangen ist und dem Zylinder, welcher am Flugzeugrumpf befestigt
ist, zuzulassen, um eine große Dämpfwirkung zu erzeugen. Diese verhältnismäßig große
Relativbewegung zwischen dem Hohlkolben und dem Zylinder wird durch die erfindungsgemäße
Druckfederauswahl erreicht, welche, obwohl sie in der Lage ist, eine schwere Last
abzustützen, trotzdem einen erheblichen Federweg bei verhältnismäßig kleinen Kräften
zuläßt. Dadurch, daß die Bewegung des Federbeins auch bei kleinen Belastungen, wie
sie bei Bodenberührung mit starker Hubentwicklung auftreten, gedämpft ist, können
in diesem Zustand keine Schwingungen auftreten, die zur Bodenresonanz führen könnten.
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Bei den bekannten Einrichtungen ist durch die verwendete Federcharakteristik
der Schraubenfeder oder der Pufferfedern, die mit zunehmender Verformung steifer
werden, nicht die Möglichkeit gegeben, bei belasteter Feder mit kleinen Belastungsänderungen
größere Wege und damit eine nennenswerte Dämpfung zu erzeugen.
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Durch die vorgeschlagene Ventilanordnung wird dem Federbein mit der
besonderen Federanordnung der einwandfreie Betrieb im Bereich größerer Belastungen
von außen ermöglicht.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, daß der durch das Ventil
bei einer Strömungsrichtung aus dem Kolbenhohlraum in den Zylinderraum freigegebene
Durchgang durch eine oder mehrere Drosselöffnungen gebildet wird.
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Gemäß beanspruchter Federcharakteristik wird in Ausbildung der Erfindung
als Puffervorrichtung ein im unteren Endbereich des Zylinders angeordnetes Tellerfederpaket
vorgesehen.
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Eine vorteilhafte Ausführung der Puffervorrichtung sieht vor, daß
das Tellerfederpaket in einer Buchse mit einem einwärts gerichteten oberen, das
eine Widerlager für das Tellerfederpaket bildenden Flansch angeordnet ist, während
das untere Widerlager durch eine in das untere Ende des Zylinders eingesetzte Lagerbuchse
gebildet wird, die durch eine in das Ende des Zylinders eingeschraubte Mutter gegen
das Tellerfederpaket gedrückt wird.
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Die Puffervorrichtung kann aber auch so ausgebildet sein, daß die
das Tellerfederpaket aufnehmende Buchse eine auf das untere Ende geschraubte Mutter
aufweist, mit der die Vorspannung des Tellerfederpakets einstellbar ist.
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Zweckmäßig wird der mit der Puffereinrichtung zusammenwirkende Anschlag
durch eine den Hohlkolben umgebende Hülse gebildet, die mit ihrem unteren Stirnende
an der Puffereinrichtung angreift, während an ihrem oberen Stirnende eine radiale
Schulter des Hohlkolbens angreift.
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Weiterhin ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, daß der Ausgangsluftdruck
in der Druckluftkammer des Hohlkolbens, d. h. bei vollständig ausgefahrenem Hohlkolben,
durch ein in bekannter Weise am unteren Ende des Hohlkolbens vorgesehenes Ventil
einstellbar ist.
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Der Erfindungsgegenstand wird nunmehr an Hand der Zeichnungen, in
welchen mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt sind,
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Vorderansicht eines Hubschraubers,
der Merkmale- der Erfindung aufweist, F i g. 2 eine vergrößerte, ins einzelne gehende
Schnittansicht, wie sie durch die Linien und Pfeile II-II an dem in F i g. 6 gezeigten
Fahrgestell angegeben sind, F i g. 3 eine vergrößerte, ins einzelne gehende Schnittansicht
eines Teiles des Fahrwerkfederbeins, das in F i g. 2 gezeigt ist, F i g. 4 eine
vergrößerte, ins einzelne gehende Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform,
die durch die gestrichelten Linien gezeigt ist, welche in F i g. 3 mit IV bezeichnet
sind.
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F i g.1 ist eine perspektivische Ansicht eines Tandemrotorhubschraubers
mit einem Bug- und Hauptfahrgestell.
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Die Fahrgestellgruppen sind aus zwei größeren Baugruppen zusammengesetzt,
nämlich dem Federbein 16 und dem Rad. Das Federbein weist eine Öldämpfung mit Luftvorbelastung
auf, welche durch das Luftventil 8 eingeführt wird, das in dem Druckanschlußstück
9 angeordnet ist.
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Das in F i g. 2 gezeigte Federbein ist an einem passenden Hubschrauberteil
starr befestigt. Die Räder sind drehbar auf einer Achse 18 gelagert, welche starr
an dem Endanschlußstück 19 am unteren Ende des Federbeins 16 angeordnet ist. Die
untere innere Kolbenbaugruppe 20 des teleskopischen Federbeins 16 ist mit der oberen
Zylinderbaugruppe 21 durch die Schere 22 drehfest verbunden. In dem oberen Ende
der Kolbenbaugruppe 20 ist der Kolbenkopf 30 angeordnet. Zwischen der Kolbenbaugruppe
20 und der oberen Zylinderbaugruppe 21 ist eine Hülse 23 angeordnet, welche zwischen
dem oberen Kolbenlager 24, das an der Kolbenbaugruppe 20 befestigt ist, und dem
unteren Zylinderlager 25 wirkt, das an dem unteren Ende der Zylinderbaugruppe 21
befestigt ist. An ihrem unteren Ende stützt sich die Hülse 23 auf die Federanordnung
26 ab, die als Tellerfedergruppe ausgebildet ist. Wenn die Feder 26 zusammengedrückt
wird, beschränkt sie die Ausdehnung des Fahrgestells. Dies ist deutlicher in der
vergrößerten Detailansicht gemäß F i g. 3 zu sehen, in welcher das untere Zylinderlager
25, das sowohl eine innere als auch eine äußere Dichtung hat, starr in dem unteren
Ende der Zylinderbaugruppe 21 durch eine Lagerhaltemutter 27 gehalten, dargestellt
ist. Die Mutter 27 hat eine innere Abdichtung und einen Ölabstreifring. Durch die
Haltemutter 27 wird auch die einen Anschlag bildende Feder 26 in ihrer Stellung
gehalten. Wie in der abgewandelten Ausführungsform gemäß F i g. 4 gezeigt ist, besteht
die Federbaugruppe 26 A aus der Federführung 26 B, den Tellerfedern 26 C und der
aufgeschraubten Kappe 26 D. Die Zusammenpressung der Feder 26 A ist durch Änderung
der Stellung der aufgeschraubten Kappe 26 D einstellbar.
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Wie in F i g. 2 gezeigt, befindet sich das Fahrgestell in der voll
ausgeschobenen Stellung, welche der bei Bodenberührung des Flugzeugs unter starker
Hubentwicklung
der Rotoren entspricht. Wenn der Hub gleich dem
Gewicht des Hubschraubers ist, wird das Fahrgestellfederbein durch die vereinigte
Kraft des Eigengewichtes des unteren Teiles des Federbeins und des Vorbelastungszylinderdruckes
in seine ausgeschobene Stellung so weit bewegt, bis durch die über das obere Kolbenlager
24 und die Hülse 23 wirkende Gegenkraft der den unteren Anschlag bildenden Federanordnung
26 das Kräftegleichgewicht hergestellt ist.
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Die Feder 26 wird so dimensioniert, daß sie durch das Eigengewicht
des unteren Teils des Federbeins und den Vorbelastungsdruck bedeutend zusammengedrückt,
aber nicht vollkommen zusammengedrückt wird. Als Plattenfeder 26 hat sie die Charakteristik,
eine verhältnismäßig schwere Belastung tragen und dann noch in Abhängigkeit von
verhältnismäßig kleinen Kräften um eine beträchtliche Strecke ausgelenkt werden
zu können, d. h., die Feder wird mit zunehmender Verformung weicher und hat eine
geringe Federhärte.
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Während des Druckhubes des Federbeins bemißt der Kolbenkopf 30 als
Strömungsmitteldosierungseinheit das zusammengepreßte Strömungsmittel beim Fluß
von der oberen Kammer 29 durch die dosierende bzw. bemessende Drosselöffnung 31,
die in der Einheit 30 vorgesehen ist, zu der unteren Kammer 37 durch die Öffnung
42. Der schwimmende Kolben 35 trennt die zusammengepreßte Luft 36 in dem unteren
Abschnitt der Kolbenbaugruppe 20 des Federbeins von dem Öl in der Kammer 37. Unter
kleinen Bewegungen des oberen Kolbenlagers 24 und Kolbens gelangt das Öl
durch die kleine Drosselöffnung 31 und die Öffnung 42. Bei großen schnellen Bewegungen,
wie sie bei einem harten Landestoß auftreten, wird das Rückschlagkegelventi132 aufgedrückt,
und Öl strömt durch die große Düsenöffnung 33 und die Öffnungen 40 und 41. Während
der Expansion der Luft 36 gelangt unter Druck stehendes Öl durch den Schub des schwimmenden
Kolbens 35 durch die öffnung 42 und die kleine Drosselöffnung 31 nach oben in das
Kegelventil 32, wenn kleine, relativ langsame Bewegungen auftreten. Wenn große,
schnelle Änderungen in der äußeren Belastung auftreten, sowie bei einem Sprungstart,
wird das Rückschlagventil 34 aufgedrückt, und das Öl gelangt durch die Öffnungen
40,41 und das offene Rückschlagventil 34 nach oben, und das Federbein streckt sich
schnell aus. Eine volle Ausstreckung des Federbeins wird jedoch durch die Wirkung
der Tellerfeder 26 verhindert. Nahe dem Ende des Hubes des Federbeins wird die Feder
26 zusammengepreßt, bis die Federkraft die bereits genannte Eigengewichtskraft und
den Vorbelastungsluftdruck zusammen ausgleicht. Wenn diese Stellung erreicht ist,
nimmt der schwimmende Kolben 35 die in ausgezogenen Linien in F i g. 2 gezeigte
Stellung ein. Die Stellung des schwimmenden Kolbens 35 im Zustand der vollen Belastung
auf dem Fahrwerk ist in strichpunktierten Linien in F i g. 2 gezeigt. Die Feder
26 ist so ausgeführt, daß, wenn das Gewicht und die Vorbelastungskraft und die Kraft
des Federdruckes gleich sind, der öldämpfungskolben noch weit genug von seinem Hubende
entfernt ist, so daß er nicht unter kleinen zufälligen Stoß- oder Schwingungseingängen
durchschlägt. Da die Tellerfeder 26 außerdem mit zunehmender Verformung weicher
wird und eine geringe Federhärte hat, läßt sie in diesem Zustand noch eine bedeutende
Bewegung bei weiterer Zusammendrückung zu, so daß eine entsprechende Aufwärtswanderung
der Hülse 23 und des Kolbenlagers 24 bei leichten Belastungen des Federbeins möglich
wird. Schon bei kleinen Belastungen wird infolgedessen die Bewegung der Kolbenbaugruppe
20 erheblich, was schon bei diesen Belastungen zu einer Erzeugung einer Dämpfungswirkung
durch die Strömung des Strömungsmittels durch die Drosselöffnung 31 führt. Damit
ist aber eine Dämpfung schon bei kleineren Belastungen möglich als bei den üblichen
Federbeinvorbelastungstypen.
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Da gerade die kleinen Belastungen des Federbeins bei schwacher Bodenberührung
die Bodenresonanz erzeugen, wenn keine Dämpfung vorhanden ist, wird bei der beschriebenen
Einrichtung die Bodenresonanz durch die Dämpfung verhindert. Gleichzeitig ist die
Feder 26 kurz genug ausgeführt, daß die Energieabsorptionseigenschaften des Federbeins
bei schweren Belastungen nicht in irgendeinem wesentlichen Ausmaß nachteilig beeinflußt
werden.