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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug und insbesondere ein Flugzeug mit wenigstens einem Aktuator und/oder mit wenigstens einer Bremse, vorzugsweise einem Aktuator/einer Bremse für einen Aktuator zur Betätigung von Landeklappen oder Fahrwerken von Luftfahrzeugen, insbesondere von Flugzeugen.
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Bremsen dienen in der Mechanik dazu, Bewegungen von Vorrichtungen zu steuern bzw. zu beschränken. Dabei kommen je nach Einsatzgebiet beispielsweise hydraulische, elektrische oder mechanische Bremsen in Frage. Aktuatoren werden beispielsweise zum ein Ein- und Ausfahren von Klappen, wie Landeklappen, bzw. Highliftsystemen, Fahrwerken von Flugzeugen etc. benötigt.
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Je nach Einsatzumgebung des Aktuators bzw. der Bremse können dabei unterschiedliche Probleme bei deren Betrieb auftreten. Wird der Aktuator bzw. die Bremse beispielsweise in einer kalten und dabei nicht völlig von Flüssigkeit freien Umgebung betrieben, so besteht die Gefahr, dass Flüssigkeit, die sich im Bereich des Aktuators bzw. der Bremse befindet, gefriert und dadurch die Beweglichkeit und damit das korrekte Funktionieren des Aktuators bzw. der Bremse beeinträchtigt werden. Je nach Anwendungsbereich des Aktuators/der Bremse kann hierdurch beispielsweise ein Landeklappensystem oder ein Fahrwerk, an denen der Aktuator bzw. die Bremse vorgesehen sein kann, nicht gefahren werden, was die Sicherheit eines Flugzeuges in denen besagte Vorrichtungen vorgesehen sein können, betrifft. Weiterhin entstehen durch die geschilderten Beeinträchtigungen des Aktuators/der Bremse Kosten für Fehlersuche und Wartung an dem Aktuator/der Bremse.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Luftfahrzeug bereitzustellen, bei dem das Risiko des Einfrierens bzw. des Blockierens von Aktuator-/Bremsenkomponenten bzw. des Aktuators/der Bremse verringert ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Luftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Demnach ist ein Aktuator/eine Bremse mit Trocknungsmittel zum Aufnehmen von Flüssigkeit, insbesondere Kondensat vorgesehen.
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Das Trocknungsmittel, das z. B. innerhalb eines Gehäuses des Aktuators/der Bremse vorgesehen sein kann, kann dabei z. B. ein hygroskopisches Material sein, welches ein Vielfaches seiner eigenen Masse an Flüssigkeit wie typischerweise Wasser aufnehmen kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Aktuator/die Bremse mit Heizmitteln zum Erwärmen des Aktuators/der Bremse zum Zwecke der Verdampfung von Flüssigkeit in oder an dem Aktuator/der Bremse und/oder zum Zwecke der Enteisung des Aktuators/der Bremse ausgebildet sein, wobei die Heizmittel durch eine oder mehrere bestehende Komponenten des Aktuators/der Bremse gebildet werden. Bei diesen Heizmitteln kann es sich beispielsweise um einen oder mehrere Elektromagnete, Elektromotoren und/oder Transformatoren eines Aktuators oder Motors des Aktuators/der Bremse handeln.
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Der Begriff „der Aktuator/die Bremse” ist als und/oder Verknüpfung zu verstehen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass das Trocknungsmittel ein Superabsorber-Material ist.
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Superabsorber werden in vielen Bereichen der Technik und der Konsumgüterindustrie verwendet. In Anwendungen wie Klimaanlagen, Windeln, Trocknerschränken, Spülmaschinen oder auch als Silica Gel Päckchen in trocken zu haltenden Verpackungen entziehen sie dabei Flüssigkeit aus Bereichen, in denen diese nicht gewünscht ist und speichern die entzogene Flüssigkeit.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass der Aktuator/die Bremse ein elektrisch betätigter Aktuator/Bremse mit wenigstens einem beispielsweise elektrischen Aktuator bzw. Antrieb ist bzw. dass der Aktuator/die Bremse mit einem vorzugsweise elektrisch betrieben Aktuator oder mit einem sonstigen Antrieb in Verbindung steht oder dessen Bestandteil bildet.
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In der Gerätequalifikation von Vorrichtungen, in denen elektrisch betätigte Aktuatoren/Bremsen Verwendung finden, wird häufig festgestellt, dass diese Aktuatoren/Bremsen beim Vereisungs- bzw. Wasserfestigkeitstest („Icing- bzw. Waterproofnesstest”) durch eindringende Feuchtigkeit in ihrer Funktion beeinträchtigt werden. Dies trifft insbesondere für Geräte zu, die ohne Ölfüllung betrieben werden. Dort kann sich Kondensat durch Druck- und Temperaturunterschiede auf der Geräteinnenseite ansammeln. Das Bereitstellen von Trocknungsmitteln an elektrischen Aktuatoren/Bremsen soll hierbei vorteilhaft eine Beeinträchtigung des Aktuators/der Bremse durch das Kondensat verhindern.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass Mittel zum Regenerieren des Trocknungsmittels vorgesehen sind. Da das Trocknungsmittel zum Zwecke einer möglichst langen Einsatzdauer ein z. B. durch Wärme regenerierbares Trocknungsmittel sein kann, kann es vorteilhaft sein, Mittel, die eine Regenerierung des Trocknungsmittels bewirken, ebenfalls an dem Aktuator/der Bremse vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, die Einsatzdauer des Trocknungsmittels weiterhin zu verlängern und den Aufwand, der zum Regenerieren des Trocknungsmittels erforderlich ist, zu minimieren.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass die Mittel zum Regenerieren des Trocknungsmittels wenigstens einen Elektromagneten und/oder wenigstens einen Elektromotor und/oder wenigstens einen Transformator umfassen. Derartige elektronische Bauteile können an einer elektrisch betätigten Aktuator/Bremse üblicherweise vorgesehen sein und können durch entsprechendes Ansteuern als Widerstandsheizelemente eingesetzt werden und das Trocknungsmittel so durch Erwärmen regenerieren.
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Bei den Komponenten zur Regenerierung des Trocknungsmittels kann es sich somit um dieselben Komponenten handeln, die als Heizmittel für den Aktuator/die Bremse dienen.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass wenigstens eine vorzugsweise durchlässige Membran zum Luftaustausch während einer Regeneration des Trocknungsmittels vorgesehen ist.
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Da beim Regenerieren des Trocknungsmittels darin gebundene Flüssigkeit erwärmt und verdampft bzw. verdunstet wird, ist es notwendig, diese verdampfte bzw. verdunstete Flüssigkeit aus dem Bereich des Aktuators/der Bremse zu entfernen. Der Einsatz einer vorzugsweise durchlässige Membran vereinfacht dabei den Aktuator/die Bremse dahingehend, dass es nicht erforderlich ist, von außen auf den Aktuators/die Bremse einzuwirken, um ein Entfernen der verdampften bzw. verdunsteten Flüssigkeit zu ermöglichen. Vielmehr erlaubt es die durchlässige Membran, dass der Flüssigkeitsdampf umstandslos aus dem Aktuator/der Bremse entweichen kann.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass zur Feststellung der Sättigung des Trocknungsmittels eine Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, wobei die Anzeigevorrichtung einen elektrischen Sensor und/oder ein Schauglas umfasst.
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Die Anzeigevorrichtung erlaubt es dabei dem Bedien- oder Wartungspersonal zu überprüfen, ob bzw. wie stark das Trocknungsmittel mit Feuchtigkeit gesättigt ist. Hierfür muss der Aktuator/die Bremse wegen der Anzeigevorrichtung nicht ausgebaut oder geöffnet werden, was eine entsprechende Überprüfung vereinfacht.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass die externe Regenerierungsvorrichtung einen Generator umfasst.
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Der Generator der externen Regenerierungsvorrichtung ermöglicht es dabei, eine definierte elektrische Leistung in den Aktuator/die Bremse einzuspeisen und somit einen Regenerierungsvorgang des Trocknungsmittels durchzuführen. Es kann dabei unabhängig von der am Flugzeug oder am Standort des Flugzeugs vorhandenen Infrastruktur dafür gesorgt werden, dass ein Regenerieren des Trocknungsmittels durchführbar ist.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass die externe Regenerierungsvorrichtung ein Flugzeugkontrollrechner ist und/oder einen Flugzeugkontrollrechner umfasst.
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Diese Kombination von einem Aktuator/einer Bremse und einer in einem Flugzeug oder sonstigen Luftfahrzeug vorhandenen Rechnerinfrastruktur vereinfacht den Betrieb einer erfindungsgemäßen Aktuator/Bremse, da z. B. auf zusätzliche Rechnerkapazitäten verzichtet werden kann.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass das Trocknungsmittel in wenigstens einer austauschbaren Trocknerkapsel vorgesehen ist. Hierdurch kann das Trocknungsmittel besonders einfach gegen ein neues und z. B. besseres Trocknungsmittel ausgetauscht werden, es muss hierfür lediglich die Trocknerkapsel ausgewechselt werden.
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Die Erfindung richtet sich ferner auf eine Trocknerkapsel für einen Aktuator/eine Bremse mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und ein Verfahren zum Enteisen und/oder Trocknen eines Aktuators/einer Bremse, vorzugsweise mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit den Schritten:
- – Erzeugung von Wärme in dem Aktuator/der Bremse, wobei Teile des Aktuators/der Bremse als Heizwiderstand wirken und
- – Auftauen von in und/oder an dem Aktuator/der Bremse gefrorener Flüssigkeit und/oder Verdampfung von in und/oder an dem Aktuator/der Bremse, insbesondere im Trocknungsmittel, enthaltener Flüssigkeit.
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Ein weiterer Verfahrensschritt kann in dem Abscheiden der verdampften Flüssigkeit aus dem Aktuator/der Bremse durch eine Dichtung bestehen, bei der es sich vorzugsweise um eine durchlässige Membran oder ähnliches handelt.
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Das Verfahren zum Trocknen und/oder Enteisen des Aktuators/der Bremse kann dabei unabhängig davon, ob ein Trocknungsmittel bzw. eine Kapsel mit Superabsorber-Material eingesetzt wird, auch während des Flugbetriebs durch die Verwendung einer geeigneten Schaltung realisiert werden.
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Zusätzlich kann der Schritt:
- – Abfahren eines Trocknungsprogramms, bei dem der Aktuator/die Bremse mit Sequenzen von unterschiedlich hohen elektrischen Strömen beaufschlagt wird;
vorgesehen sein, der beispielsweise den anderen Schritten vorgeschaltet ist.
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Die Erfindung richtet sich ebenfalls auf Vorrichtungen wie Landeklappen bzw. Slats, Flaps oder sonstige Highliftsysteme oder Fahrwerke oder Aktuatoren eines Fluggeräts, insbesondere eines Flugzeugs mit wenigstens einem Aktuator/einer Bremse nach mit den Merkmalen einem der Ansprüche 1 bis 12.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Controller zum Steuern/Regeln einer erfindungsgemäßen Bremse und/oder eines erfindungsgemäßen Aktuators.
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Weitere Eigenschaften des Controllers, sowie weitere Einzelheiten und Vorteile der gesamten Erfindung sollen nun anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Bremse 1 in schematischer Darstellung. Die Bremsscheiben 10 können hierbei ungewollt Flüssigkeit aufnehmen, was bei niedrigen Temperaturen zum Festfrieren der Bremsscheiben 10 und damit zu Funktionseinbußen der Bremse 1 führen kann.
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Die Bremsscheiben 10 können im gezeigten Ausführungsbeispiel über Elektromagnete 4 bewegt werden, wodurch eine Bremsleistung der Bremse 1 erzeugt wird. In einem inneren Bereich der Bremse 1 befindet sich eine Trocknerkapsel 2 mit darin enthaltenem Trocknungsmittel 3. Die Trocknerkapsel 2 ist dabei in einer offenporigen Membran oder in einem offenporigen Gehäuse 12 eingelagert, so dass Flüssigkeit (auch verdampfte bzw. verdunstete Flüssigkeit) aus unterschiedlichen Bereichen der Bremse 1 in die Trocknerkapsel 2 eindringen kann.
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Eine Regenerierungsvorrichtung 6 steuert die Bremse 1 an und ist mit dieser über Elektrostecker 13 bzw. über eine elektronische Verbindung 13 verbunden.
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Wenn ein Trocknungsprogramm an der Bremse 1 abgefahren wird, sorgt die Regenerierungsvorrichtung 6 dafür, dass z. B. der Elektromagnet 4 mit Sequenzen von unterschiedlich hohen elektrischen Strömen beaufschlagt wird und dadurch eine Erhitzung des Elektromagneten 4 erfolgt. Der so erhitzte Elektromagnet 4 heizt wiederum die in der Trocknerkapsel 2 gespeicherte Flüssigkeit und verdampft bzw. verdunstet diese. Dampfförmige Feuchtigkeit kann dann über eine durchlässige Membran 5 aus der Bremse austreten.
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Auf der rechten Seite der Bremse 1 ist eine Anzeigevorrichtung 14 vorgesehen, über die die Sättigung des Trocknungsmittels 3 bzw. des Superabsorber-Materials, aus dem das Trocknungsmittel 3 bestehen kann, festgestellt werden kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Anzeigevorrichtung 14 aus einem Schauglas bzw. einem Sichtfenster, durch das ein Farbumschlag des Superabsorber-Materials bei Sättigung mit Wasser erkennbar ist. In der Nähe der Anzeigevorrichtung 14 ist ferner ein Entlüftungsstopfen 15 vorgesehen, über den der Innenraum der Bremse 1 zur Umgebung hin geöffnet und entlüftet werden kann. Statt des manuellen Entlüftungsstopfens 15 oder zusätzlich dazu kann auch die besagte durchlässige Membran 5 zum Entlüften bzw. Trocknen vorgesehen sein.
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Die Regenerierung des Trocknungsmittels 3 kann beispielsweise durch ein externes Werkzeug, wie eine Wartungsbox mit einem Stromgenerator durchgeführt werden, wofür dieses Werkzeug an die elektronische Verbindung 13 anschließbar ist. Alternativ kann aber auch ein Flugzeugkontrollrechner das Regenerierungsprogramm der Bremse 1 beinhalten und dieses je nach Erfordernis automatisch ausführen.
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Der Flugzeugkontrollrechner kann dabei erfindungsgemäß der Controller zum Steuern/Regeln der Bremse sein, es kann aber auch ein vom Flugzeugkontrollrechner unabhängiger Controller bereitgestellt sein. Diese können neben einer Trocknungsfunktion auch eine „Losbrechfunktion” durch Erwärmen der innenliegenden Bauteile und ggf. Schmelzen von vereisten Komponenten durch eingedrungene Feuchtigkeit umfassen. In der Praxis zeigt sich wiederholt, dass Komponenten durch geringste Wassermengen derart vereisen können, dass eine zentrale Antriebseinheit nicht mehr in der Lage ist, das Flap-/Slatsystem anzufahren. Eine entsprechende Enteisungsfunktion erlaubt es vorteilhaft bei Auftreten einer Vereisung diese zu beheben bzw. aufzutauen. Folglich kann durch eine zusätzliche Heizfunktion mithilfe bestehender Komponenten ein Zugewinn an Zuverlässigkeit und Sicherheit erzielt werden.
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Die sinngemäße Ansteuerung eines Elektromagneten erfolgt mit Gleichstrom bzw. einem pulsweitenmodulierten Gleichstrom. Dabei wird folgende elektrische Leistung umgesetzt: P_eff = I_eff 2 × R
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Soll der Elektromagnet z. B. einer Bremse während des Reiseflugs, als Heizelement verwendet werden, um Eis aus eingedrungener Feuchtigkeit zu schmelzen bzw. zu verdunsten, ergeben sich bei der Verwendung von Gleich- bzw. PWM Stromquellen folgende Punkte, die zu berücksichtigen sind:
Der eingesetzte Gleichstrom muss so stark reduziert werden, dass bei geschlossener Bremse (1 = 0 A) ein Anziehen des Magnetankers (= Öffnen der Bremse) verhindert wird. Dadurch ist die eingebrachte Energiemenge und somit die Heizwirkung gering.
Allerdings führt auch eine geringe Bestromung des Elektromagneten zu einer Schwächung der Federvorspannkraft, da das sich aufbauende Magnetfeld der Federkraft entgegenwirkt. Diese Abschwächung der Federkraft muss bei der Auslegung berücksichtigt werden und führt zu größer dimensionierten Bauteilen.
Fehlerhafte Bestromung mit Nominal-Stromstärke muss aus Sicherheitsgründen ausgeschlossen sein. Ein robuster Strombegrenzer ist daher erforderlich.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein entsprechendes Ansteuerungskonzept des Elektromagneten mit Wechselstrom. Hierbei soll Gleichstrom bzw. PWM Strom in Wechselstrom umgewandelt werden. Die Amplitude des Wechselstroms kann auf einem hohen Niveau gehalten werden, um einen möglichst hohen Energieeintrag zu gewährleisten.
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Entscheidend für die Realisierung der Heizfunktion ohne die oben genannten Nachteile ist die Frequenz des Wechselstroms. Diese muss so eingestellt werden, dass die träge Ankermasse dem entstehenden magnetischen Wechselfeld nicht folgen kann und auch keine nennenswerte Reduzierung der Federkraft eintritt. Vorteile dieser Schaltung sind eine hohe Heizleistung, eine geringe Beeinflussung der Federvorspannkraft und ein geringer Aufwand. Ferner ist vorteilhaft kein Strombegrenzer nötig und es kann eine relativ hohe Zuverlässigkeit erreicht werden.
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Weiterhin ist es möglich, die vorliegende Bremse unter Verwendung sogenannter Duplax Magneten, d. h. Magneten mit zwei Spulen, zu realisieren. Dabei können beide Spulen in verschiedener Stromrichtung mit Gleichstrom gleicher Amplitude betrieben werden, so dass sich das resultierende Magnetfeld wieder aufhebt. Die Magnetfelder können somit nicht störend auf die weiteren Komponenten wirken, eine Heizleistung wird trotzdem erreicht.
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Das Ausführungsbeispiel ist auf eine Bremse eines Luftfahrzeuges bezogen, gilt jedoch entsprechend auch für einen Aktuator eines Luftfahrzeuges.