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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Es
sind Fahrwerke bekannt, die einen Stoßdämpfer mit einem ersten Element
und einem zweiten Element umfassen, die relativ zueinander verschiebbar
sind, wobei die verschiebbaren Elemente ein Innenvolumen begrenzen,
das teilweise mit Hydraulikfluid gefüllt ist, derart, dass am Ende
eines der verschiebbaren Elemente eine mit Druckgas gefüllte Kammer
zurückbehalten
wird.
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Im
Allgemeinen umfasst der Stoßdämpfer eine
Membran, die fest mit einem der Elemente verbunden ist und Drosselöffnungen
aufweist, durch die das Hydraulikfluid während des Einschiebens des Stoßdämpfers gedrückt wird.
Diese Drosselung bewirkt eine Dissipation eines Teils der kinetischen
Energie des Flugzeugs, die zum Einschieben des Stoßdämpfers geführt hat.
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Ein
anderer Teil der kinetischen Energie wird durch die Kompression
des in der Kammer enthaltenen Gases absorbiert, und zwar aufgrund
der Volumenverringerung der Kammer während des Einschiebens.
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Im
Falle von Fahrwerken, die sich unter dem Rumpf des Flugzeuges befinden,
ist es wichtig sicherzustellen, dass deren Befestigungen nicht brechen
können
und dann drohen, Passagiere zu verletzen oder Kraftstofftanks zu
beschädigen.
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Zu
diesem Zweck ist es bekannt, die Kraft im Stoßdämpfer zu beschränken, indem
man Strukturteile vorsieht, die in der Lage sind abzuknicken, wenn die Kraft
im Stoßdämpfer einen
vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Ein derartiger Stoßdämpfer ist
aus der EP-0 546 902 bekannt. Diese Systeme sind aber schwierig
zu entwerfen und erfordern vor jedem Neustart des Flugzeuges einen
Austausch der geknickten Strukturteile, was den für das Flugzeug aufgestellten
Flugplan beeinträchtigt
und sich als problematisch erweist, wenn sich das Flugzeug auf einem
weit entfernten und abgelegenen Flughafen befindet.
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AUFGABE DER
ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung ist ein Fahrwerk, das mit einer Sicherheitsvorrichtung
versehen ist, die ein Beschränken
der Kraft im Stoßdämpfer ermöglicht,
und das nach Auslösen
der Sicherheitsvorrichtung keinen unmittelbaren Wartungseingriff
erfordert.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es
wird ein Fahrwerk vorgeschlagen (vgl. Anspruch 1), umfassend einen
Stoßdämpfer mit
einem ersten Element und einem zweiten Element, die relativ zueinander
verschiebbar sind, wobei die verschiebbaren Elemente ein Innenvolumen
begrenzen, das teilweise mit Hydraulikfluid gefüllt ist, derart, dass am Ende
eines der verschiebbaren Elemente eine erste Kammer zurückbehalten
wird, die mit Druckgas gefüllt
ist. Erfindungsgemäß ist ein
Behälter,
der mit Druckgas gefüllt
ist, in dem genannten Ende untergebracht und mit einem Schließelement
versehen, das sich anfänglich
in einem geschlossenen Zustand befindet und dazu geeignet ist, sich
in einen stabilen offenen Zustand zu bringen, wenn der in der ersten Kammer
herrschende Druck den in dem Behälter herrschenden
Druck um einen vorgegeben Grenzwert überschreitet.
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Wenn
sich das Schließelement öffnet, erfährt die
erste Kammer eine Vergrößerung ihres
Volumens um das Volumen des Behälters,
wodurch die Steigung der Kurve der Kraft, die von dem Stoßdämpfer während seines
Einschiebens erzeugt wird, verringert wird. Die Reduzierung der
Steigung der Kraftkurve ermöglicht
eine damit einhergehende Reduzierung der von dem Stoßdämpfer erzeugten
maximalen Kraft, die sich somit als beschränkt erweist. Die Unversehrtheit
des Fahrwerks wird auf diese Weise gewahrt.
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Das
Flugzeug kann dann nach dem Öffnen des
Schließelements
weiterhin eingesetzt werden (durch eine etwaige Beschränkung der
Nutzungsbedingungen des Flugzeugs), da kein Strukturteil des Fahrwerks
beschädigt
worden ist. Der Wartungsvorgang, der darauf gerichtet ist, den Behälter in
den Ausgangszustand zurückzuversetzen,
kann somit hinausgeschoben werden, um dann zu erfolgen, wenn das
Flugzeug wieder an seinem Stützpunkt
angekommen ist.
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Die
Stabilität
der offenen Stellung ermöglicht ein
leichtes Erfassen der Auslösung
der Sicherheitsvorrichtung gemäß der Erfindung,
indem der Druck gemessen wird, der in der ersten Kammer herrscht und
der für
ein gegebenes Einschieben unterschiedlich ist, je nachdem, ob das
Schließelement
geschlossen oder offen ist, oder in einer Ausführungsvariante, indem das Einschieben
des Stoßdämpfers gemessen
wird, das für
einen gegebenen Druck in der ersten Kammer unterschiedlich ist,
je nachdem, ob das Schließelement
geschlossen oder offen ist.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst das Schließelement ein Plättchen,
das der Gegenwirkung des in der ersten Kammer herrschenden Druckes
und des in dem Behälter
herrschenden Druckes ausgesetzt ist, wobei das Plättchen so
vorgesehen ist, dass es bricht, wenn der in der ersten Kammer herrschende
Druck den in dem Behälter
herrschenden Druck um den genannten Grenzwert überschreitet.
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Vorteilhafterweise
liegt das Plättchen
entlang dem Umfang an einem Flanschring an, der in einer gestuften
Bohrung befestigt ist, die in der Wand des Behälters ausgebildet ist. Gemäß einer
Ausführungsvariante
hat das Plättchen
einen Außendurchmesser, der
mit dem Flanschring verschweißt
ist. Vorzugsweise wird das Plättchen
durch eine ringförmige
Mutter in Position gehalten.
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Ebenso
wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur
Wartung (vgl. Anspruch 6) eines Fahrwerks vorgeschlagen, das nach Öffnung des
Schließelements den
Schritt des Reinitialisierens des Schließelements umfasst, während der
Behälter
in dem Ende des dazugehörigen
verschiebbaren Elements am Platz ist.
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Gemäß einem
besonderen Ausführungsbeispiel
(vgl. Anspruch 9) besteht der Schritt des Reinitialisierens im Ersetzen
des Schließelements
durch ein sich im geschlossenen Ausgangszustand befindliches Schließelement.
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Bei
diesem Verfahren, das an einem Fahrwerk angewendet wird, dessen
Behälter
mit einem Schließelement
mit Plättchen
versehen ist, besteht die Reinitialisierung im Ersetzen mindestens
des zerbrochenen Plättchens
durch ein nicht zerbrochenes Plättchen.
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Und
schließlich
wird noch gemäß der Erfindung
ein Verfahren zur Wartung eines erfindungsgemäßen Fahrwerks vorgeschlagen,
das nach Öffnung des
Schließelements
den Schritt des Ersetzens des Behälters durch einen zuvor mit
Druckgas gefüllten Behälter umfasst,
dessen Schließelement
sich im geschlossenen Ausgangszustand befindet.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird beim Studium der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf die Figuren der beigefügten
Zeichnungen besser verständlich,
in denen zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Fahrwerk,
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2 eine
vergrößerte Ansicht
der 1, im Bereich der Gaskartusche.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wird im vorliegenden Fall bei einem Fahrwerk vom direkten
Typ mit integriertem Stoßdämpfer angewendet,
das unter dem Rumpf eines Flugzeugs angebracht ist. Es ist offensichtlich, dass
die Erfindung nicht auf diese Art von Fahrwerk beschränkt ist,
sondern ebenso bei Fahrwerken mit externem Stoßdämpfer angewendet werden kann, die
nicht zwangsläufig
unter dem Rumpf angebracht sind.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 sowie auf an sich bekannte
Weise umfasst das Fahrwerk ein Gehäuse 1, das mit dem
Flugzeug verbunden ist und in dem eine Stange 2 auf dichte
Weise verschiebbar gelagert ist. Zu diesem Zweck trägt das Gehäuse 1 im
unteren Teil ein unteres Lager 3, das eine mit der Stange 2 in
Kontakt stehende Innenfläche
hat, und die Stange 2 trägt im oberen Teil ein oberes
Lager 4, das eine mit dem Gehäuse 1 in Kontakt stehende
Außenfläche hat.
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Eine
Drehmomentenstützgabel 5 (von
der der Anfang der Arme zu sehen ist) ist zwischen dem Gehäuse 1 und
der Stange 2 gelagert und dazu bestimmt, jegliche Drehung
der Stange 2 relativ zum Gehäuse 1 zu verhindern.
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An
ihrem unteren Ende bildet die Stange 2 eine Gabel, deren
Arme Bohrungen 6 umfassen, die dazu bestimmt sind, die
Gelenkverbindungsachse eines (nicht gezeigten) Schwenkträgers aufzunehmen, der
die Ränder
trägt.
Die Arme der Gabel setzen sich jenseits der Bohrungen 6 fort,
um Bohrungen 7 aufzuweisen, die dazu bestimmt sind, das
Ende von (nicht gezeigten) Bremsstangen aufzunehmen, die in Winkelrichtung
die Bremskränze
festhalten, mit denen die von dem Schwenkträger getragenen Räder ausgestattet
sind.
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Ein
Hohlrohr 8, das oben am Gehäuse 1 befestigt ist,
erstreckt sich in demselben und trägt an seinem unteren Ende eine
Membran 9, die eine Außenfläche hat,
die auf dichte Weise an der Innenfläche der Stange 2 verschiebbar
ist.
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Die
Membran 9 umfasst Drosselöffnungen 10 und eine
zentrale Öffnung 11,
in der sich eine Drosselnadel 12 erstreckt, die fest mit
der Stange 2 über
einen Träger 13 verbunden
ist, der in der Stange 2 mittels eines Sprengrings befestigt
ist und Durchgangsöffnungen
aufweist.
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Ein
Trennkolben 14 ist in der Stange 2 gelagert und
dazu bestimmt, unter dem Träger 13,
der einen oberen Anschlag für
den Trennkolben 14 bildet, auf dichte Weise verschoben
werden zu können.
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Wenn
das Fahrwerk, wie gezeigt, entlastet ist, füllt das Hydraulikfluid (symbolisch
durch die horizontalen Striche dargestellt) vollständig das
Volumen, das sich zwischen dem Trennkolben 14 und der Membran 9 erstreckt,
sowie das ringförmige
Volumen, das sich zwischen der Außenwand der Stange 2 und
der Innenwand des Gehäuses 1 zwischen
den Lagern 3, 4 erstreckt. Das Hydraulikfluid
füllt teilweise das
Volumen, das sich über
der Membran 9 erstreckt.
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Der
restliche Teil des Innenvolumens des Fahrwerks definiert eine erste
Kammer 15, die sich unter dem Trennkolben 14 erstreckt,
sowie eine zweite Kammer 16, die von dem Abschnitt des
Volumens über
der Membran 9 gebildet wird, der nicht mit Hydraulikfluid
gefüllt
ist.
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Die
erste Kammer 15 wird mit Stickstoff (symbolisch durch Punkte
dargestellt) mit einem Druck in der Größenordnung von 120 bar gefüllt, während die
zweite Kammer 16 mit Stickstoff mit einem Druck in der
Größenordnung
von 20 bar gefüllt wird.
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Erfindungsgemäß ist ein
Behälter 17 in
dem Ende der Stange 2 angeordnet, indem er am Boden der
Stange 2 über
Bolzen 18 befestigt ist. Der Behälter 17 wird durch
ein Schließelement 30 verschlossen und
mit Stickstoff mit einem Druck von 90 bar gefüllt.
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Wie
dies in 2 besser zu erkennen ist, umfasst
das Schließelement 30 ein
Plättchen 19,
im vorliegenden Fall aus einer Nickellegierung, das entlang dem
Umfang an einem Flanschring 20 anliegt, der mit einer gestuften
Bohrung 21 in Eingriff steht, die in der Wand des Behälters 17 ausgebildet
ist, wobei sich eine Schweißraupe
im vorliegenden Fall um den Außendurchmesser
des Plättchens 19 erstreckt, um
dieses letztgenannte mit dem Flanschring 20 zu verbinden.
Das Plättchen 19 wird
mittels einer ringförmigen
Mutter 22 in seiner Position gehalten. Das Spannen der
ringförmigen
Mutter 22 verhindert jegliches Ausströmen von Stickstoff zwischen
dem Plättchen 19 und
dem Flanschring 20. Ein in einer ringförmigen Nut angeordneter Dichtungsring 23 erstreckt sich
in Anlage am Flanschring 20, um jegliches Ausströmen von
Stickstoff zwischen dem Flanschring 20 und der Wand des
Behälters 17 zu
verhindern.
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Die
Funktionsweise des Stoßdämpfers ist wie
folgt. Während
einer Landung wird die Stange 2 dazu gezwungen. sich in
das Gehäuse 1 einzuschieben.
Dabei wird das Hydraulikfluid gezwungen, durch die Drosselöffnungen
der Membran 9 hindurchzutreten. Diese Drosselung verursacht
eine Dissipation der Energie durch innere Reibung in dem Hydraulikfluid.
Die Menge an Hydraulikfluid, die durch die Membran 9 hindurchtritt,
verringert in gleichem Maße das
Volumen der zweiten Kammer 16, wodurch die Kompression
des darin enthaltenen Stickstoffs hervorgerufen und dessen Druck
erhöht
wird.
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Es
ist anzumerken, dass der Druck des Fluids, das sich über der
Membran 9 befindet, von dem Druck vorgegeben wird, der
in der zweiten Kammer 16 herrscht. Was das Fluid angeht,
das sich unter der Membran 9 befindet, so wird dessen Druck
von dem Widerstand vorgegeben, der dem Durchtritt des Hydraulikfluids
durch die Drosselöffnungen
der Membran 9 entgegengesetzt wird. Wenn dieser Druck den Aufblasdruck
der ersten Kammer 15 erreicht, verschiebt sich der Trennkolben 14 und
verursacht so die Kompression des Gases in der ersten Kammer 15.
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Der
in den Kammern 15, 16 enthaltene Stickstoff verhält sich
wie eine Feder, deren Kraft einem im Wesentlichen polytropen Gesetz
folgt.
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Daraufhin
findet die Stange 2 eine stabile Gleichgewichtsposition
in dem Gehäuse 1 unter
der Wirkung des Teils des Gewichts des Flugzeugs, dem das Fahrwerk
ausgesetzt ist. In der Gleichgewichtsposition haben das Hydrau likfluid
und der in den beiden Kammern 15, 16 enthaltene
Stickstoff den gleichen Druck.
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Unter
gewissen Umständen,
beispielsweise im Falle einer schlechten Beladung des Flugzeugs oder
auch im Falle eines Versagens der Tragflächenfahrwerke während einer
Landung, kann es passieren, dass das Hauptfahrwerk einen großen Teil
des Gewichts des Flugzeugs tragen muss, der die Grenzen, für die es
ausgelegt ist, überschreitet.
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Um
zu vermeiden, dass die auf das Fahrwerk ausgeübte Kraft ein gefährliches
Niveau überschreitet,
ist das Plättchen 19 so
entwickelt worden, dass es zerbricht, wenn der Unterschied zwischen
dem Druck, der in der ersten Kammer 15 herrscht, und dem
Druck, der in dem Behälter 17 herrscht,
den Grenzwert von 180 bar erreicht. In der Praxis ist im vorliegenden
Fall das Plättchen 19 so
konzipiert, dass es zerbricht und unter Bildung von Lappen auseinander
geht, während
es in einem Stück
bleibt.
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Sobald
das Plättchen 19 zerbrochen
ist, wird das Volumen der ersten Kammer 15 sofort um das Volumen
des Behälters 17 vergrößert, wodurch
die Steigung der Kurve der von dem Stoßdämpfer erzeugten Kraft verringert
wird, und demnach auch die maximale Kraft, die das Fahrwerk entwickeln
kann.
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Der
Behälter 17,
der mit dem Schließelement 30 mit
Grenzwert versehen ist, stellt auf diese Weise eine einfache Sicherheitsvorrichtung
dar, die ein Begrenzen der von dem Fahrwerk entwickelten maximalen
Kräfte
ermöglicht.
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Wenn
das Plättchen 19 zerbrochen
wurde, ist der Druck, der in der ersten Kammer 15 herrscht. niedriger
als der, der in der genannten Kammer herrscht, wenn das Plättchen 19 nicht
zerbrochen wurde. Auf diese Weise kann man leicht feststellen, ob
das Plättchen 19 zerbrochen
wurde, indem man den Druck in der ersten Kammer 15 misst.
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Dieser
Druckabfall, selbst wenn er möglicherweise
die Nutzungsbedingungen des Flugzeugs beschränkt (insbesondere hinsichtlich
der maximalen Masse oder des Trimmbereichs), verhindert nichtsdestotrotz
keineswegs die kommerzielle Nutzung des Flugzeugs, das weiterhin
seinen Betrieb gewährleisten
kann, indem ein Rückflug
zu einem entsprechend ausgerüsteten
Stützpunkt
abgewartet wird, um es einem Wartungsvorgang zu unterziehen, der
dazu bestimmt ist, den Stoßdämpfer zu
reinitialisieren.
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Erfindungsgemäß besteht
der Wartungsvorgang darin, die Stange 2 vom Gehäuse 1 zu
trennen, und die Einheit aus Ring 20/zerbrochenes Plättchen 19 durch
eine ähnliche
Einheit zu ersetzen, die ein nicht zerbrochenes Plättchen umfasst,
wobei der Behälter 17 im
Boden der Stange 2 am Platz bleibt. Es reicht dann, die
Stange 2 im Gehäuse 1 zu
ersetzen, das Fahrwerk mit Hydraulikfluid aufzufüllen und die erste Kammer 15,
die zweite Kammer 16 sowie den Behälter 17 (über ein
nicht gezeigtes Füllventil,
das von außen
zugänglich
ist) zu füllen.
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In
einer Ausführungsvariante
umfasst der Wartungsvorgang den Schritt des Ersetzens des Behälters 17 durch
einen zuvor mit Druckgas gefüllten Behälter, dessen
Schließelement
sich im geschlossenen Ausgangszustand befindet.
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Die
Erfindung ist nicht auf die soeben beschriebenen besonderen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern umfasst vielmehr jede Ausführungsvariante, die in den
Schutzumfang der Erfindung fällt,
wie er durch die Ansprüche
definiert ist.
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Obgleich
das Schließelement
mit Grenzwert als ein Element dargestellt wurde, das ein zerbrechliches
Teil umfasst, kann das Schließelement
insbesondere jeder anderen Art sein, solange es einen geschlossenen
Ausgangszustand und einen stabilen offenen Zustand aufweist, in
den es sich bei Übersteigen
des Grenzwertes bringt, wie beispielsweise ein bistabiles Überdruckventil.
Die Reinitialisierung des Schließelements besteht dann darin,
dass der umgekehrte Übergang
vom offenen Zustand in den geschlossenen Zustand bewirkt wird, entweder
durch Einwirken auf das Schließelement,
damit es in seinen geschlossenen Ausgangszustand kippt, oder durch Ersetzen
bestimmter Teile, um es wieder in den geschlossenen Ausgangszustand
zurückzubringen.