-
Die
Erfindung betrifft eine Masseverbindung zwischen gelenkig miteinander
verbundenen Bauteilen eines Flugzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 (
US 2623918 A ).
-
Eine
Masseverbindung zwischen dem Tragflügel oder dem Leitwerk eines
Flugzeuges und einer daran gehalterten schwenkbaren Klappe bzw.
einem Ruder soll zumeist zwei Funktionen erfüllen: Zum einen soll sie die
Lager, in denen sich die Klappe oder das Ruder bewegt, im Falle
eines Blitzschlages schützen,
indem sie die auftretenden hohen Ströme in die Struktur des Flugzeuges
ableitet. Zum anderen soll sie statische Aufladungen der Rumpfhaut
während
des Fluges in die an den Klappen und Rudern befindlichen Endladungsbesen
leiten. Die elektrische Aufladung wird über die Endladungsbesen in
die Atmosphäre
entladen. Insbesondere für
eine zuverlässige
Erfüllung
der erstgenannten Funktion muß gewährleistet
sein, daß die
Masseverbindung möglichst nahe
an dem zu schützenden
Bauteil liegt.
-
Derzeit
werden Masseverbindungen, beispielsweise, zwischen dem Mittelkasten
eines Seitenleitwerks und dem daran beweglich gehalterten Seitenruder, überwiegend
mittels flexibler Kabel realisiert. Diese Lösung bringt Vorteile vor allem
wegen ihrer geringen Baukosten sowie durch die in aller Regel gute
Leitfähigkeit
der zu diesem Zweck verwendeten Kabel. In der Praxis haben sich
jedoch auch gravierende Nachteile dieser Bauweise gezeigt. So bieten
die Kabel in manchen Fällen
bei Blitzschlag nicht genügend
Schutz für
das betreffende Lager und ein beträchtlicher Teil des auftretenden
elektrischen Stroms fließt über den
eigentlich zu schützenden
Bereich. Insbesondere dann, wenn sich die Kabel nicht direkt an
dem zu schützenden
Lager befinden, muß der
Strom über
die Masseverbindung einen wesentlich größeren Weg als über das
Lager zurücklegen, um
vom Ruder zum Mittelkasten zu gelangen. Je größer aber dieser Alternativweg
ist, desto unwirksamer wird eine solche Blitzschutzmaßnahme. Überdies
erhöht
die relativ große
Kabellänge,
die erforderlich ist, um beispielsweise im Fall des Seitenruders
einen Schwenkwinkel von ± 33° abzudecken,
den elektrischen Gesamtwiderstand des verwendeten elektrischen Leiters.
-
Durch
die häufigen
Bewegungen des Ruders verändert
sich zudem ständig
die Form der Kabel und es entsteht eine elektrische Induktion, die
den Leitungswiderstand zusätzlich
erhöht.
-
Der
größte Nachteil
einer solchen Kabelverbindung aber zeigt sich erst bei längerem Betrieb. Aufgrund
ständiger
Hin- und Herbewegungen des Ruders, vor allem der starken Verformungen
bei jedem Vollausschlag, werden die Kabel in der Anspannstelle geschwächt und
brüchig.
Dies kann während
des Flugbetriebes zum Reißen
der Masseverbindung zwischen Ruder und Leitwerk führen mit
der Konsequenz, daß durch
eine Blitzüberleitung
oder durch statische Aufladungen Beschädigungen des zu schützenden
Gelenklagers eintreten können.
Um die Gefahr eines Reißens
der Masseverbindung zuverlässig
auszuschließen,
müssen
in der Regel vergleichsweise kurze Wartungsintervalle für derartige Bauteile
vorgesehen werden.
-
Die
Druckschrift
US 2623918
A beschreibt eine Verbindung zwischen gelenkig miteinander
verbundenen Bauteilen eines Flugzeuges, die elektrisch leitend ausgebildet
ist, und die aus einer Masseverbindung zwischen einem am Flugzeug
in einem Lager beweglich gehalterten Steuerelement und einer das
Lager tragenden festen Flugzeugstruktur besteht.
-
Die
Druckschrift
DE 19748716
C1 zeigt eine Anordnung u.A. zur Blitzstromableitung von
Rotorblättern,
wobei eine Schleifkontaktanordnung vorgesehen ist, die eine feststehende
Struktur mit einem aerodynamischen Element elektrisch leitend verbindet.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine elektrisch leitende Verbindung der eingangs
genannten Art bereitzustellen, die mit einer hohen Ausfallsicherheit
einen zuverlässigen
Schutz vor Beschädigungen
durch elektrischen Stromfluß bietet
und die sich zugleich für eine
möglichst
einfache Nachrüstung
von bereits im Einsatz befindlichen Flugzeugen eignet.
-
Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch eine Verbindung, bei der parallel zum Lager
eine Schleifkontaktanordnung vorgesehen ist, die in elektrisch leitender
Verbindung mit der festen Struktur einerseits und mit dem beweglichen
Steuerelement andererseits steht, Vorteilhafte Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Verbindung,
die insbesondere einer weiteren Erhöhung der Zuverlässigkeit
und weiterer Kostenreduzierung dienen, sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
-
Die
erfindungsgemäße Masseverbindung basiert
auf dem Prinzip elektrischer Schleifkontakte. Ein wesentlicher Vorteil
dieser Maßnahme
besteht darin, daß der Übertragungsweg
für den
elektrischen Strom unabhängig
von der jeweiligen Ruderstellung ist.
-
Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Masseverbindung nach der Erfindung wird der abzuleitende elektrische
Strom bei jedem der zu schützenden
Gelenke mit Hilfe von Massebändern an
die Verdrehsicherung des die Schwenkachse dieses Gelenkes bildenden
Bolzens gebracht und gelangt von dort aus über eine Kontakt- bzw. Reibfläche an Kohlebürsten, die
wiederum mittels Litzen den Strom an die Rumpfstruktur, beispielsweise
den Beschlag des Mittelkastens, weiterleiten. Da die Verdrehsicherung
des Bolzens und die Übertragungsstelle
der Kohlebürsten
jeweils sehr nah an dem vor Blitzschlag zu schützenden Lager liegen, ermöglicht diese
kompakte Bauweise eine sehr günstige
Blitzüberleitung
und dadurch einen sehr zuverlässigen Schutz
für das
Rudergelenk.
-
Die
erfindungsgemäße Masseverbindung kann
ohne Probleme auch bei bereits in Betrieb befindlichen Flugzeugen
nachgerüstet
werden. Sie kann bei anderen gelenkartigen, Verbindungen in einem
Flugzeug, beispielsweise dem Höhenleitwerk, dem
Querruder oder den Landeklappen, verwendet werden. Die gegenüber den
bekannten Masseverbindungen geringfügig höheren Herstellungskosten werden
durch wesentlich längere
Wartungsintervalle mehr als ausgeglichen, da die bei der erfindungsgemäßen Verbindung
vorgesehenen Kohlebürsten
bzw. -ringe nur eine minimale Abnutzung während der Hin- und Herbewegungen
der Ruder oder Klappen erfahren.
-
Nachfolgend
soll die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
Es zeigen
-
1 eine
seitliche Ansicht des Seitenleitwerks eines Flugzeuges und die
-
2 bis 21 jeweils
Schnitte in zwei zueinander senkrechten Richtungen durch den in 1 gekennzeichneten
Bereich für
insgesamt zehn verschiedene Ausführungsbeispiele
einer Masseverbindung.
-
In
den 2 bis 21 zeigt die jeweils im oberen
Teil jedes Blattes dargestellte Anordnung einen Schnitt gemäß der Linie
A-A durch die Mittelebene der Anordnung im unteren Teil des Blattes.
-
Bei
dem in 1 in seitlicher Ansicht gezeigten Seitenleitwerk
eines Verkehrsflugzeuges ist das Seitenruder 1 über eine
Reihe von mit Gelenklagern versehenen Beschlägen 2 an der festen
Struktur 3 gehaltert. Der mit II gekennzeichnete
Teilbereich, dieser Anordnung ist in vergrößerter Schnittdarstellung in
den 2 und 3 in einem ersten Ausführungsbeispiel
gezeigt. In diesen Figuren ist eine Reihe von zum feststehenden
Teil 3 des Seitenleitwerks gehörenden Komponenten dargestellt,
insbesondere ein als tragende Struktur dienender Mittelkasten 4 und dessen
Verkleidung 5, sowie der an dieser über Gelenklager 6 und
einen Führungsbolzen 7 gehalterten tragenden
Struktur 8 und die Verkleidung 9 des Seitenruders 1.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Konstruktion der Masseverbindung möglichst weitgehend an die bei
bereits im Einsatz befindlichen Flugzeugen schon vorhandenen Komponenten
angepaßt,
in diesem Fall an zwei Anschlußwinkel 10, 11 und
an eine schon existierende Kabelführung. Der Stromfluß vom Seitenruder 1 zum
Mittelkasten 4 wird dabei zunächst über ein aus Bronze oder Kupfer
bestehendes Profil 12 geleitet, von diesem mittels Kohlebürsten 13 an
eine in diesem Fall aus nichtrostendem Stahl bestehende Fassung 14 und
gelangt von hier schließlich
an die Mittelkastenstruktur 4. Diese Anordnung hat den
Vorteil einer wesentlichen Widerstandsminimierung durch die Verwendung
elektrisch gut leitender Materialien, zudem ermöglicht sie das Benutzen der
schon vorhandenen Anschlußwinkel 10, 11 und
den weitgehenden Einbau von einfach herzustellenden Teilen wie dem
Profil 12, den Kohlebürsten 13 und
der Fassung 14.
-
Das
in den 4 und 5 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel
wurde vor allem unter dem Gesichtspunkt einer möglichst großen Übertragungsfläche für den elektrischen
Strom entwickelt. Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden hei ansonsten
gleicher Anordnung von Mittelkasten 4 und Seitenruderstruktur 8 zwei
aufeinanderliegende Kohleringe 20 und 21, die
in [J Profilen 22 und 23 gefaßt sind, die Übertragungsfläche. Die
U-Profile 22 und 23 sind ihrerseits über Anschlußelemente 24 und 25 mit dem
Mittelkasten 4 bzw. dem Seitenruder 1 verbunden.
Das obere Profil 23 wird am Ruder 1 bzw. dessen
Struktur 8 und das untere am Mittelkasten 4 befestigt.
Der ständige
Kontakt der Oberflächen
der beiden Kohleringe 20, 21 wird durch zwei über ein
Joch 26 gehalterte Schraubenfedern 27 und 28 gewährleistet.
-
Wie
aus 5 ersichtlich ist, sind insgesamt zwei derartige
Anpreßvorrichtungen über den
Umfang der Kohleringe 20, 21 verteilt angeordnet.
Die den elektrischen Strom übertragende
wirksame Kontaktfläche
ist dabei gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel
wesentlich vergrößert, wodurch
der elektrische Widerstand verringert und eine mögliche Wärmeentwicklung gemindert wird.
Ferner bietet sich in diesem Fall die Möglichkeit, die Kontaktfläche ohne
viel Aufwand zu vergrößern.
-
Das
in den 6 und 7 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel
basiert im Prinzip auf dem vorangehend beschriebenen. Bei dieser
Anordnung besteht die Anpreßvorrichtung
aus einer C-förmigen Feder 36.
Zwei wiederum in U-Profilen 32, 33 gefaßte Kohleringe 30, 31 sind über ein
Winkelelement 34 mit der Struktur 8 des beweglichen
Ruders verbunden. Die wirksame Übertragungsfläche wurde
in diesem Fall noch einmal um den Faktor 2 vergrößert, indem zusätzlich zwischen
den Kohleringen 30 und 31 ein Metallring 37 angeordnet
ist, der auf beiden Seiten über
ein Verbindungselement 38 den Strom in die Struktur des
Mittelkastens 4 überträgt. Die
Kohleringe 30 und 31 führen keine Relativbewegung
zueinander aus, so daß,
wie hier vorgesehen, die Anpressung über einfache C-Federn erfolgen
kann.
-
Das
Konzept des in den 8 und 9 dargestellten
vierten Ausführungsbeispiels
sieht wiederum eine Anbindung an schon bestehende Gelenkteile vor.
In diesem Fall ist der vorhandene Führungsbolzen 47 verlängert und
auf diese Verlängerung
ist eine Masseverbindung aufgesetzt. Der Strom wird mit Hilfe zweier
flexibler Kabel 43, 44 an die Scheibe 45 mit
eingefaßten
Kohleringen 40 geführt. Die
obere Scheibe 45 wird mittels einer Paßfeder 42 verdrehfest
mit dem Bolzen 47 verbunden. Der Bolzen 47 wird
seinerseits in seinem oberen Teil mit einer Verdrehsicherung 48 an
der Struktur 8 des Ruders befestigt. Durch diese Verbindung
der einzelnen Elemente wird eine Relativbewegung zwischen der oberen
Scheibe 45 und dem Ruder ausgeschlossen.
-
Der
Strom wird über
die Kontakt- und Reibstelle zwischen den Kohleringen 40 und 41 an
die untere Scheibe 46 und von hier über eine zweiteilige feste
Verbindung 49 an den Mittelkasten 4 weitergeleitet.
Die Anpreßkraft
für die
Kohleringe 40 und 41 wird durch eine Tellerfeder 50 mit
selbstsichernder Mutter 51 gewährleistet. Auch bei dieser
Anordnung erfolgt die Stromführung
in äußerst geringem
Abstand zu den zu schützenden
Bauteilen.
-
Bei
dem in den 10 und 11 dargestellten
fünften
Ausführungsbeispiel
handelt es sich im Prinzip die gleiche Anordnung wie vorangehend beschrieben.
Im Gegensatz zu letzterer wurde hier jedoch eine, Vergrößerung der Übertragungsfläche um den
Faktor 2 dadurch erzielt, daß die
beiden Scheiben 65 und 66 in diesem Fall mit den
Kohleringen 60 und 61 sowie mit dem Bolzen 67 verdrehfest verbunden
sind und sich zwischen den Kohleringen 60 und 61 ein
Blechring 68 befindet, der mit dem Mittelkasten 4 verbunden
ist. Die Weiterleitung des über zwei
flexible Kabel 63 und 64 zugeführten Stromes erfolgt bei diesem
Ausführungsbeispiel
auf beiden Seiten dieses Blechringes 68.
-
Das
Konzept des in den 12 und 13 dargestellten
sechsten Ausführungsbeispiels
steht unter den Gesichtspunkten einer möglichst einfachen Bauweise.
Bei dieser Anordnung ist auf den wiederum verlängerten Führunsbolzen 77 eine
Bronzebuchse 76. aufgeschoben und durch eine Paßfeder 78 verdrehfest
mit dem Führungsbolzen 77 verbunden.
Die Stromführung
erfolgt mittels zweier flexibler Kabel 73 und 74 von
der Struktur 8 des Ruders zur Bronzebuchse 76 und
von dort über
die Kontakt- und Reibstelle zu nierenförmigen Kohlebürsten 70, 71, die
in ein Blech gefaßt
und mittels Blechwinkeln 79, 80 mit dem Mittelkasten 4 verbunden
sind. Die nötige Anpreßkraft wird
mit einer Schraubenfeder 81 auf der einen und mit einem
Scharnier 82 auf der anderen Seite sichergestellt. Die
Vorteile dieses Konzeptes liegen erneut in der Verwendung einfacher
Bauteile. Ferner kann die Fassung der Kohlebürsten 70, 71 durch
einfaches Umformen eines Bleches erfolgen.
-
Bei
den in den 14 bis 17 dargestellten
beiden Ausführungsbeispielen
findet bei ansonsten gleichem Aufbau wie vorangehend beschrieben eine
jeweils ohnehin vorzusehende Mutternsicherung 83 bzw. 84 als
Träger-,
und Stromübertragungsteil
Verwendung. Dadurch wird zusätzlich
Gewicht eingespart und es wird die Anzahl der benötigten Teile
weiter reduziert. Wesentlicher Vorteil dieser beiden Anordnungen
ist ihre äußerst kostengünstige Herstellung.
-
Das
neunte Ausführungsbeispiel
nutzt eine vorhandene Verdrehsicherung 95 des Führungsbolzens 97 zur
Stromübertragung
zwischen Ruderstruktur 8 und Mittelkasten 4. Die
Stromführung
erfolgt über
Kabel oder Massebänder 93, 94 von
der Ruderstruktur 8 an die Verdrehsicherung 95,
von dort aus über
eine Reib- und Kontaktstelle 96 an eine Kohlebürste 90.
Den Abschluß der
Stromführung
bilden zwei Litzen 91, 92, die von der Kohlebürste 90 ausgehend
fest mit dem Mittelkasten 4 vernietet sind. Die nötige Anpreßkraft wird
durch zwei Blattfedern 98 gewährleistet, die an den KCohlebürstenhalter 99 angenietet
sind. Der Ruderausschlag von maximal ±33 Winkelgraden wird durch
Anpassung der Bogenlänge
der Verdrehsicherung 95 sowie der Größe des Kohlebürstenhalters 99 vorgenommen.
Dieses Konzept bietet bezüglich
Kosten, Fertigung und vor allem guter Stromführung eine optimale Lösung.
-
Das
gleiche Konzept liegt schließlich
auch dem in den 20 und 21 dargestellten
zehnten Ausführungsbeispiel
zugrunde. Hier sind allerdings die Massebänder 93 und 94 durch
starre Masseverbindungen 103 und 104 zwischen
der Ruderstruktur 8 und der Verdrehsicherung 105 ersetzt.
Ferner weist die Kohlebürstenhalterung 109 in
diesem Fall eine Spiralfeder 108 auf.