DE2836740A1

DE2836740A1 - Mehrfach-scheibenbremsenanordnung fuer ein flugzeug

Info

Publication number: DE2836740A1
Application number: DE19782836740
Authority: DE
Inventors: Warren Dale Chambers; Harry K Winters
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1977-08-22
Filing date: 1978-08-22
Publication date: 1979-03-08
Also published as: DE2836740C2; JPS5445459A; FR2401063A1; CA1089512A; US4129202A; JPS6056663B2; GB2003241A; IT1098230B; FR2401063B1; IT7826656A0

Description

Mehrfach-Scheibenbremsenanordnung für ein Flugzeug

Die Erfindung betrifft eine Mehrfach-Scheibenbremsenanordnung für ein Flugzeug nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Flugzeug-Mehrfachscheibenbremsen werden so gebaut, daß sich ein vorgegebener, optimaler Halteweg sowohl unter günstigen, trockenen als auch ungünstigen, nassen Bedingungen ergibt. In vielen Fällen, insbesondere beim kommerziellen Flugzeug, müssen die Bremsen ausreichend Bremsmoment erzeugen können, um das Flugzeug aus hoher Geschwindigkeit innerhalb einer vorgegebenen maximal zulässigen Strecke anzuhalten. Dies ist beispielsweise bei einem abgebrochenen Start (RTO) der Fall. Im allgemeinen sind die Reibungswerte des Reibungsmaterials in der Bremse schlechter, wenn es naß ist, als wenn es trocken ist. üblicherweise ist der Bremsdruck außerdem auf einen maximal zulässigen Wert fixiert. Diese Überlegungen beim Bau der Bremse machen erforderlich, daß die Bremskolbengröße größer ist, als dies für den Trockenzustand notwendig ist. Dies deshalb, damit das notwendige Bremsmoment unter nassen Bedingungen erzeugt wird. Andererseits gibt es Obergrenzen für das Drehmoment, die für die Bremsenfunktion gesetzt sind; diese beruhen üblicherweise auf den baulichen Gegebenheiten der Fahrgestell-Verstrebung bzw. der Montagepunkte der Verstrebung. In einigen Fällen sind diese unterschiedlichen Anforderungen an das Drehmoment inkompatibel: Eine Bremse mit Kolben, die so groß sind, daß sich bei nassem

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Reibungsmaterial ausreichend Moment ergibt, liefert zuviel Moment, wenn das Reibungsmaterial trocken ist. Dies ist besonders von Bedeutung beim Bremsen, welche zusammengesetzte Kohlenstoff-Reibflächen verwenden. Diese zeigen besonders ausgeprägt unterschiedliche Reibungswerte unter ungünstigen und günstigen Bedingungen, wobei sie schlechte bzw. gute Reibungskoeffizienten haben.

Zur Lösung des Problems mit dem übermäßigen Drehmoment im trockenen Zustand wurden verschiedene Drehmomenten-Begrenzer entwickelt. In diesem Zusammenhang wird auf die US-Patentschriften 2 7 64 263 und 2 781 871 verwiesen. Dies sind typische Beispiele für Bauarten, welche das"Druck-Ablaßverfahren"verwendet. Druck-Ablassen" erfolgt, wenn ein Zustand mit übermäßigem Moment erfaßt wird. Das unter Druck stehende Bremsmittel, welches auf die Bremskolben wirkt und das Drehmoment erzeugt, wird dann teilweise gelüftet, d.h. "abgelassen", und zwar zu einem auf niedrigerem Druck liegenden Reservoir oder Sumpf. Dieses "Ablassen" erniedrigt den Druck, der auf die Bremskolben wirkt und reduziert damit das Bremsmoment.

Dr ehmomenten-Begrenzungs sy sterne, die mit "Druckablassen¹¹ arbeiten, haben mehrere ernsthafte Nachteile. Der eine liegt darin: Wenn das System Strömungsmittel auf ein Signal des Sensors für das übermäßige Drehmoment hin abläßt, gibt es keinen unteren Grenzwert, wie weit der Druck abfallen kann. Wenn beispielsweise das Ansprechverhalten des Systems so langsam ist, daß der Bremsendruck auf nahezu Null abfällt, erzeugt

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die Bremse kein durchschnittliches Drehmoment, das hoch genug ist, um die Anforderungen an den Halteweg zu erfüllen. Das Flugzeug erfährt starke Oszillationen bei der Verzögerungsgeschwindigkeit, was zu einem unbequemen Anhalten führt. Außerdem verschwendet das übermäßige Ablassen von Bremsmittel dieses bei einem System mit beschränkter Verdrängung und das übermäßige Ablassen verlangsamt die Ansprechzeit des Systems. Zusätzlich ist das Druck-Reduktionssystem nicht in der Bremse selbst enthalten, wodurch die Installation und die Wartung des Systems kompliziert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Begrenzungssystem für das Bremsmoment zu schaffen, welches die herkömmliche "Ablaßtechnik" für den Bremsdruck nicht verwendet und das bei herkömmlichen Bremsen anwendbar ist, die Drehmomenten-Begrenzer benötigen, wenn Brüche unter günstigen Bremsbedingungen verhindert werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung weist mehrere Vorteile gegenüber den bekannten Systemen auf, welche das "Druckablaßverfahren" verwenden. Zunächst ändert sich der Bremsdruck nicht; es ändert sich nur die wirksame Bremskolbenfläche. Dies macht ein einfaches System möglich; welches in der Nähe der Bremsenumhüllung angeordnet werden kann. Lange Strömungsmittelleitungen sind nicht nötig, was das Ansprechverhalten des Systems beschleunigt« Da zweitens der Brems-

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druck bei der vorliegenden Erfindung unbeeinflußt bleibt, wird die Funktion herkömmlicher Antiblockiersysteme nicht beeinflußt. Da drittens die vorliegende Erfindung einfach ist und nur wenige Teile enthält, kann sie vollständig in der Bremszone eingegliedert werden. Wenn schließlich, und das ist am wichtigsten, das System ausfällt, kann allenfalls ein Zustand mit zu großem Moment vorliegen; eine Fehlfunktion kann jedoch niemals zum Verlust des Bremsdruckes führen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 einen schematischen Schnitt durch ein herkömmliches, an einem Flansch montiertes Flugzeugrad und eine Bremsenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 . einen schematischen Schnitt durch ein herkömmliches, an einem Drehmomentenarm montiertes Flugzeugrad und eine Bremsenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ;

Figur 3 eine Teilendansicht des am Drehmomentenarm montierten Rad und der Bremsenanordnung von Figur 2 gemäß Linie 3-3;

Figur 4 einen schematischen Schnitt durch die erfindungsgemäßen Bremskolbenanordnungen.

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Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei herkömmliche Arten der Anordnung von Mehrfachscheibenbremsen von Flugzeugen, die als Flanschmontage bzw. Drehmomentenarmmontage bekannt sind. Beide Figuren wurden so abgewandelt, daß die später beschriebene Erfindung enthalten ist. Gleiche Bezugszeichen beschreiben einander entsprechende Teile* Das Bezugszeichen 10 bezeichnet die gesamte Anordnung aus Rad und Mehrfachscheibenbremse. Das Rad 12 wird von zwei Ringabschnitten 14,16 gebildet, von denen nur einer vollständig gezeigt ist. Diese Ringabschnitte sind durch über den Umfang verteilte Schrauben und Muttern aneinander befestigt, die insgesamt durch 18 bezeichnet sind. Das Rad 12 ist mittels eines Lagers 22 auf einer nicht umlaufenden, feststehenden Achse 24 drehbar gelagert, die vom herkömmlichen Flugzeug-Fahrgestell (nicht gezeigt) getragen wird.

Ein im wesentlichen zylindrisches Drehmomentenrohr 3 6 mit einer einstückigen, ringförmigen Rückplatte 38 ist durch eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Bolzen 40 an einem ringförmigen Bremsenträger 2 6 befestigt. Dieser ist an einer relativ zum Rad nicht drehbaren Stelle in geeigneter Weise befestigt, Figur 1 zeigt beispielsweise die Flanschmontage, bei der der Träger 26 durch das Drehmomentenrohr 3 6 hindurch an ein Flanschteil 25 geschraubt wird, welches an der Achse 24 befestigt ist. Die Figur 2 und 3 dagegen zeigen die Drehmomentenarm-Montage, bei welcher der Träger 26 von der Achse 24 getragen wird und in seiner Stellung relativ zum Rad 12 von einem Flanscharm 27 und einem Drehmomentenarmteil 29 befestigt wird, das direkt am Fahrgestell (nicht gezeigt) befestigt ist.

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Bei beiden Ausführungsformen, sowohl der von Figur 1 als auch der von Figur 2, sind mehrere in Abstand befindliche ringförmige Bremsen-Rotorteile 44 in geeigneter Weise auf mehrere über den Umfang verteilte Keile oder Halteteile 50 aufgekeilt. Die Halteteile 50 sind fest am Radabschnitt 14 befestigt und ermöglichen eine Axialbewegung der Rotorteile 44 relativ zum Radabschnitt 14, wobei diese sich mit dem Radabschnitt drehen. Mehrere nicht umlaufende, ringförmige Bremsen-Statorteile 52 liegen zwischen den Rotorteilen 44 und sind auf mehrere über den Umfang verteilte Keilnutenabschnitte 58 des Drehmomentenrohres 3 6 aufgekeilt, so daß sie darauf eine axiale Bewegung ausführen können. Eine Druckplatte 60 ist in geeigneter Weise auf die Keilnutenabschnitte 58 aufgekeilt und kann sich entlang dieser axial bewegen.

Der Bremsenträger 2 6 ist mit mehreren über den Umfang verteilten Hohlräumen 30 und Löchern 32 versehen, von denen jeweils nur einer bzw. eines in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist. In jedem Hohlraum 3 0 ist eine auf Druck ansprechende Kolbenanordnung, die insgesamt mit 66 bezeichnet ist, angeordnet; sie liegt gegen die Druckplatte 60 an. Eine Bremseneinsteil- und Rückholeinheit, die insgesamt mit 68 bezeichnet ist, befindet sich in jedem Loch 32 und ist, wie mit dem Bezugszeichen 69 angedeutet ist, an der Druckplatte 60 befestigt. Die Bauweise und die Funktion sowohl der Kolbenanordnungen 66 als auch der Einstell- und Rückholeinheiten 68 sind im Flugzeugbau bekannt. Zu Zwecken dieser Beschreibung reicht es aus zu wissen, daß beim Bremsenanlegen die Kolbenanordnungen 66 gleichzeitig unter

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Druck gesetzt werden, wodurch die Druckplatte 60 axial auf die Rückplatte 38 verschoben wird. Die axiale Verschiebung der Druckplatte 60 drückt die Rotorteile 44 und die Statorteile 52 in gegenseitige Berührung, wodurch die Drehung des Rades 12 verlangsamt wird. Die Kolbenanordnungen 66 haben einen axialen Bewegungsweg, der ausreicht, die gesamte axiale Abnutzung der Reibungsflächen zu kompensieren. Beim Entspannen der Bremse werden die Druckplatte 60 und damit die Kolbenanordnungen 66 axial um eine bestimmte Entfernung unter dem Einfluß der Bremseneinsteil- und Rückholeinheiten 68 zurückgezogen. Auf diese Weise wird ein entsprechendes Laufspiel der Bremse zwischen benachbarten Oberflächen der Bremsenanordnung hergestellt. Die Einstell- und Rückholeinheiten 68 stellen außerdem die Druckplatte 60 automatisch axial vor und kompensieren die Abnutzung der Reibungsflächen.

Die vorliegende Erfindung übernimmt die oben beschriebene Mehrzahl von Kolbenanordnungen und schafft heraus das Drehmomenten-Begrenzungssystem, wie dies im Detail in Figur 4 gezeigt ist. Zwei Kolbenanordnungen 66A und 66B sind in einem Abschnitt des Trägers 2 6 dargestellt. Jede Kolbenanordnung besitzt eine Zylinderauskleidung 100, die in den Träger 26 geschraubt ist. Jede Auskleidung 100 weist einen inneren Flanschabschnitt 101 auf und enthält einen verschiebbaren Kolben 102. Dieser teilt den Hohlraum 30 in zwei Kammern 104,106 variablen Volumens. Die Kammern 104 stehen in Strömungsmittelverbindung über einen Kanal 34 mit einer Druckmittelquelle (nicht gezeigt), die vom Flugzeugpiloten gesteuert wird. Die Kammern 106 stehen über einen Kanal 35 mit einem elektrisch betätigten Solenoidventil in Strömungsmittel-

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Verbindung, das ingesamt mit 126 gekennzeichnet ist. Der Kolben 102 weist einander gegenüberliegende Flächenzonen 103,105 auf, die auf den Strömungsmitteldruck in den Kammern 104 bzw. 106 ansprechen. Der Träger 26 und jede Auskleidung 100 sind so ausgebildet, daß alle Kammern 104 über Kanäle 108 im Träger 26 und alle Kammern 106 über Kanäle 110 im Träger 26, ümfangsnuten 112 und Löcher 114 in den Auskleidungen 100 strömungsmittelmäßig miteinander in Verbindung stehen. Ein Zylinder 116, der an jedem Kolben 102 befestigt ist, (in Figur 4 allerdings einstückig mit diesem dargestellt ist) , befindet sich verschiebbar im Flanschabschnitt 101 der Auskleidung 100 und liegt gegen die Druckplatte 60. Die Gesamtanforderungen an die Drehmomentenbauweise bestimmen den Durchmesser des Zylinders 116. Hierdurch kann die Größe der Kolbenflächenzone 105 reduziert werden, die dem Strömungsmittel in der Kammer 106 ausgesetzt ist. Wie dargestellt, ist nur eine ringförmige Flächenzone 107 dem Strömungsmittel in der Kammer 106 ausgesetzt. Die Zone 107 kann beispielsweise ungefähr 20 % der Zone 105 betragen, was bedeutet, daß die Ringzone 107 nur sehr klein ist. Herkömmliche Strömungsmittel-Druckdichtungen 118, 120,122,124 befinden sich in den verschiedenen, oben beschriebenen Teilen und verhindern das Durchlecken von Strömungsmittel.

Das elektrisch betätigte Solenoidventil 126, welches zur Steuerung des Strömungsmitteldrucks in den Kammern 106 verwendet wird, umfaßt einen Schieber 134, der auf die Bestromung einer Wicklung 133 anspricht. Dabei wird eine normalerweise offene Verbindung zwischen den Kanälen 130 und 132 geschlossen und eine norma¹-— weise geschlossene Verbindung zwischen den Kanälen 136 un^ 138 ge-

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öffnet. Wie in Figur 4 gezeigt, ist der Kanal 130 mit einer Niedrigdruckquelle verbunden, während die Kanäle 132 und 138 über den Kanal 3 5 mit den Kammern 106 kommunizieren. Der Kanal 136 ist über den Kanal 34 mit der Druckmittelquelle (nicht gezeigt) verbunden. Demzufolge leitet das Ventil 126 in der nicht bestromten Stellung, die in Figur 4 gezeigt ist, ein Strömungsmittel unter niedrigem Druck zu den Kammern 106 über die Kanäle 130, 132 und 35. Wenn die Wicklung 133 bestromt ist, leitet das Ventil 126 hohen Druck zu den Kammern 106 über die Kanäle 34, 136, 138 und 35. Das Ventil 126 selbst ist von herkömmlicher Bauweise und kann so ausgestattet sein, daß sich in den Kammern 106 ein rascher oder ein allmählicher Druckanstieg ergibt.

Herkömmliche Spannungsmeßsensoren 140 sind an strategischen Stellen in der Bremsenanordnung angebracht und messen in jedem Augenblick das gesamte auftretende Bremsmoment. Dabei handelt es sich um Geräte, die ihre elektrischen Widerstandseigenschaften verändern, wenn sie Kräften ausgesetzt sind, die zu einer Verlängerung führen. Figur 1 zeigt beispielsweise die Anbringung mehreren Sensoren 140 auf gegenüberliegenden Seiten und über den Umfang verteilt an der Verbindung des Flanschteiles 25, welches an der Achse 24 befestigt ist, und einem Flansch 142, der sich vom Drehmomentenrohr 3 6 wegerstreckt. Die Figuren 2 und 3 zeigen als Beispiel die Anbringung von mehreren Sensoren 140 auf gegenüberliegenden Seiten des Flanscharmes 27, der am Träger 26 und über das Drehmomentenarmteil 29 am Fahrgestell befestigt ist. Eine herkömmliche elektronische Schaltungsanordnung 144 bestromt das Ventil 126, wenn ein bestimmtes Drehmoment in der

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Bremse auftritt. Wie in den Figuren 1 und 3 gezeigt, sind mehrere Sensoren einander gegenüberliegend angeordnet, damit die Einflüsse von Biegekräften ausgeschaltet werden und eine reine Drehmomentenmessung erhalten wird.

Unter der Annahme, daß die Bremsenanordnung sich in der in Figuren 1,2 und 4 gezeigten Stellung befindet, führt die Bremsbetätigung durch den Flugzeugpilot dazu, daß das den Kammern 104 zugeführte Strömungsmittel unter Druck gesetzt wird. Dieses wirkt auf die Fläche 103 und führt zu einem axialen Hub des Kolbens 102 gegenüber dem Träger 26. Der Hub des Kolbens 102 drückt die Druckplatte 60 auf die Rückplatte 38 zu und komprimiert die Rotorteile 44 und die Statorteile 52, wodurch die gewünschte Bremswirkung-am Rad 12 hervorgerufen wird. Wenn eine Bedingung vorliegt, die den Flugzeugpiloten zwingt, einen extremen Bremsdruck auszuüben, beispielsweise bei einem abgebrochenen Start, üben die Kolben 102 eine große Kraft auf die Druckplatte 60 und die Rotoren und Statoren aus und entwickeln dabei ein großes Bremsmoment. Dieses Bremsmoment muß von den Komponenten der Anordnung aus Rad und Bremse sowie des Fahrgestells aufgenommen werden. Wenn zu viel Moment entwickelt wird, beispielsweise wenn Kohlenstoff-Reibmaterial in einem trockenen RTO-FaIl verwendet wird, können Brüche auftreten, ja das ganze Fahrgestell kann vom Flugzeugkörper abgestreift werden. Um diese extreme Drehmomentensituation zu begrenzen, werden die Sensoren 140 und die Elektronik verwendet. Diese signalisieren, wenn die höchste zulässige Drehmomentengrenze erreicht ist, wobei sie das Ventil 126 bestromen. Dann wird Strömungsmittel unter hohem Druck zu den Kammern 106 geleitet und

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wirkt auf die Kolbenflächenzone 107. Diese wirkt nun der Fläche 103 entgegen und begrenzt das maximale Drehmoment, welches von der Bremse entwickelt wird. Wenn das Bremsmoment unter den bestimmten Maximalwert abfällt, wird das Ventil 126 entströmt und die Kammern 102 werden mit dem unter niedrigem Druck stehenden Strömungsmittel gelüftet. Damit kein oszillatorischer Betrieb in der Gegend des Maximums auftritt, wird beim beschriebenen Ausführungsbeispiel das Ventil 126 bei einem niedrigeren Drehmomenten-Grenzwert entströmt, welcher das minimal bei einem RTO zulässige Drehmoment ergibt.

Selbstverständlich kann die Anbringung der Sensoren verändert werden. Außerdem kann das Solenoidventil so ausgestattet sein, daß sich eine Strömungsmittelverzögerung oder ein allmählicher Druckanstieg ergibt. Die Elektronik kann auch eine elektronische Zeitverzögerung erzeugen. Der Druck, der in die Kammer 106 geleitet wird, kann sich auch vom Bremsdruck unterscheiden. Das Solenoidventil kann das Pilotventil eines Schieberventils sein. Schließlich kann die Messung des Drehmoments und die darauffolgende Steuerung des Ventils mechanisch ohne die Verwendung einer Elektronik erfolgen.

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Claims

Dip!. Ing. H. Hauck Dipl. Phys. VJ. Schmitz Dipl. Ing. E. Gr aal fs Dipi. Ing. W. Wehnert Dipl. Phys. VV. Carstens Dr.-Ing. W. Döring Mozartstraße 23 80OO München 2 The Bendix Corporation Executive Offices Bendix Center Southfield, Mich. 48076 Anwaltsakte M-4 USA 21« August 1978 Mehrfach-Scheibenbremsenanordnung für ein Flugzeug PATENTANS PRÜCHE

1. Mehrfach-Scheibenbremsenanordnung für ein Flugzeug mit einem Satz von Rotoren, die zusammen mit dem zu bremsenden Teil umlaufen; mit einem Satz von Statoren, die auf einem drehmomentabsorbierenden Teil angebracht sind; mit mindestens einer auf Strömungsmitteldruck ansprechenden Kolbenanordnung, welche die Rotoren und Statoren in Reibungsberührung drückt und ein Bremsmoment erzeugt, wobei die Kolbenanordnung ein Gehäuse enthält, in dem sich eine Bohrung befindet und ein Kolben in der Bohrung verschiebbar angeordnet ist, der eine erste, auf Strömungsmitteldruck ansprechende Flächenzone aufweist, die zusammen mit der Bohrung eine erste Kammer variablen Volumens bildet; mit einer Einrichtung, welche die erste Kammer mit einer ersten Druckmittelquelle verbindet und dabei

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eine Strömungsmittel-Druckkraft erzeugt, welche den Kolben in Bremsbetätigungsrichtung drückt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (102) eine zweite auf Strömungsmitteldruck ansprechende Flächenzone (107) gegenüber der ersten Zone (103) besitzt, daß die Scheibenbremsenanordnung außerdem ein Ventil (126) umfaßt, welches auf das Bremsmoment anspricht und die zweite Kammer (106) mit einer zweiten Druckmittelquelle in Verbindung bringt, wodurch der Strömungsmittel-Druckkraft entgegengewirkt wird, die in der ersten Kammer (104) erzeugt wird, wodurch das Bremsmoment auf einen bestimmten maximalen Wert beschränkt wird.

2. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Sensoren enthält, die ein Signal erzeugen,wenn das Bremsmoment einen bestimmten Wert erreicht, wobei das Ventil (126) auf dieses Signal anspricht, indem es die zweite Kammer (106) mit der zweiten Druckmittelquelle verbindet.

3. Bremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor einen Dehnungsmeßstreifen (140) und eine Elektronik (144) enthält, welche ein elektrisches Ausgangssignal liefert, wenn das Bremsmoment den bestimmten Wert erreicht, wobei das Ventil (126) von dem elektrischen Ausgangssignal elektrisch betätigt wird.

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4. Bremse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Wert für das Bremsmoment gleich dem maximalen Wert für das Bremsmoment ist.

5. Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (103) größer als die zweite Zone (107) ist, wobei die beiden Druckmittelquellen die gleichansind (zusammenfallen).

6. Bremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenanordnung (66) ein kraftübertragendes Teil (116) enthält, welches an dem Kolben (102) befestigt ist, wodurch auf letzterem die zweite Zone (107) gebildet wird, wobei das kraftübertragende Teil (116) sich von der Bohrung (30) bis zur Berührung mit den Rotoren (44) und Statoren (52) erstreckt.

7. Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (126) die zweite Kammer (106) mit einer dritten Druckmittelquelle verbindet, wenn das Bremsmoment geringer als der bestimmte Wert ist, wobei sich die dritte Quelle auf einem niedrigeren Druck, bezogen auf die ersten-beiden Druckmittelquellen, befindet.

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