DE102012103004B3 - Two-part aircraft wheel, has inner and outer wheel parts connected with one another in detachable manner in area of supporting structure, where structure and/or one of rim well sections is made from fiber-reinforced plastic material - Google Patents
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Abstract
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein mehrteiliges Flugzeugrad, umfassend ein inneres Radteil und ein äußeres Radteil, von denen jedes ein Nabenteil, einen Felgenbettabschnitt und ein Felgenhorn sowie eine den Felgenbettabschnitt mit dem Nabenteil verbindende Stützstruktur aufweist, welche beiden Radteile zum Ausbilden des Flugzeugrades im Bereich ihrer Stützstruktur lösbar mechanisch miteinander verbunden sind.The invention relates to a multi-piece aircraft wheel, comprising an inner wheel part and an outer wheel part, each of which has a hub part, a rim bed portion and a rim flange and the rim bed portion with the hub part connecting support structure, which two wheel parts for forming the aircraft wheel in the region of its support structure releasably mechanically connected to each other.
Flugzeugräder der in Rede stehenden Art sind aus zwei Radteilen zusammengesetzt. Diese Radteile werden mitunter auch als Radhälften angesprochen, auch wenn beide Radteile in axialer Richtung unterschiedlich dimensioniert sind und somit nicht jedes Radteil tatsächlich einer geometrischen Hälfte des Rades entspricht. Ein solcher Aufbau eines Flugzeugrades wird benötigt, damit zum Montieren und Demontieren eines Reifens das Felgenbett zugänglich wird. Aus diesem Grunde befindet sich die Teilungsebene in Querebene zur Drehachse. Der Flugzeugreifen kann dann, ohne mit seinen Schultern über ein Felgenhorn hinweggeführt werden zu müssen, mit der einen Schulter auf den Felgenbettabschnitt des einen Radteils und mit seiner anderen Schulter auf den Felgenbettabschnitt des anderen Radteils aufgeschoben werden, bevor bei einer Montage die beiden Radteile mit Bolzen miteinander verschraubt werden. Jedes Radteil eines solchen Flugzeugrades umfasst ein Nabenteil, welches unter Zwischenschaltung eines Lagers an die Radachse angeschlossen ist. An den Felgenbettabschnitt jedes Radteils ist an seinem von dem anderen Radteil wegweisenden Abschluss ein Felgenhorn angeformt. Abgestützt ist das Felgenbett an dem Nabenteil durch eine Radschüssel, die im Rahmen dieser Ausführungen allgemein als Stützstruktur bezeichnet wird. Die Stützstrukturen der beiden Radteile grenzen bereichsweise aneinander. In diesem Bereich sind zum Ausbilden des Rades die beiden Radteile mechanisch mittels Schraubbolzen miteinander verbunden. Ein derartiges Flugzeugrad ist aus
Es versteht sich, dass die Radteile den hohen Beanspruchungen beim Aufsetzen bei einer Landung und beim Betrieb auf dem Boden genügen müssen. Neben einer solchen mechanischen Belastung müssen die Flugzeugräder, wenn gebremst, zusätzlich der beim Bremsen entstehenden Wärmeentwicklung sowie Korrosionsbelastungen Stand halten. Aus diesem Grunde und aus Gewichtsgründen werden für die Herstellung derartiger Flugzeugräder hochfeste Aluminiumlegierungen eingesetzt. Obwohl zum Herstellen von Flugzeugrädern bereits Leichtmetalllegierungen eingesetzt werden, wäre es wünschenswert, wenn diese hinsichtlich ihres Gewichtes optimiert und damit leichter bauend werden könnten. Dieses gilt vor allem in Bezug auf größere Flugzeuge, die nicht nur eine Vielzahl an Rädern aufweisen, sondern bei denen jedes Rad bis zu 100 kg oder auch mehr wiegen kann.It is understood that the wheel parts must meet the high stresses when putting on a landing and when operating on the ground. In addition to such a mechanical load, the aircraft wheels, when braked, must additionally withstand the heat generated during braking as well as corrosion loads. For this reason and for reasons of weight, high-strength aluminum alloys are used for the production of such aircraft wheels. Although light metal alloys are already used for the production of aircraft wheels, it would be desirable if they could be optimized in terms of their weight and thus easier to build. This is especially true in relation to larger aircraft, which not only have a large number of wheels, but in which each wheel can weigh up to 100 kg or more.
Zur Gewichtsersparnis von Flugzeugrädern ist in
Aus
Aus
Ausgehend von dem vorstehend diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Flugzeugrad dergestalt weiterzubilden, dass dieses hinsichtlich seines Gewichtes in Bezug auf die vorbeschriebenen Anforderungen aus der Luftfahrtindustrie verbessert ist.Based on the above-discussed prior art, the invention is therefore the object of developing an aforementioned, generic aircraft wheel such that this is improved in terms of its weight in relation to the above requirements from the aviation industry.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein mehrteiliges Flugzeugrad der eingangs genannten Art, bei dem zumindest eines der beiden Radteile aus einem Verbund mehrerer Einzelteile besteht, wobei das diesem Radteil zugehörige Nabenteil ein Metallteil ist und die Stützstruktur und/oder der Felgenbettabschnitt mit oder ohne dem Felgenhorn mehrheitlich oder insgesamt aus einem FRP-Material hergestellt ist.This object is achieved according to the invention by a multi-part aircraft wheel of the type mentioned, in which at least one of the two wheel parts consists of a composite of several items, the wheel part associated hub part is a metal part and the support structure and / or the rim base portion with or without the rim flange majority or all made from FRP material.
Bei diesem mehrteiligen Flugzeugrad ist zumindest eines der beiden Radteile als Verbundradteil konzipiert, wobei das Nabenteil ein Metallteil ist und zumindest die Stützstruktur aus einem FRP-Material gefertigt ist. Bei einem ungebremsten Flugzeugrad können ohne weiteres beide Radteile nach diesem Konzept hergestellt sein. Prinzipiell ist dieses auch bei einem gebremsten Rad möglich, jedoch ist dann dasjenige Radteil aus einem besonders wärmebeständigen Kunststoff zu fertigen, auf welches die Bremse wirkt bzw. welchem Radteil die Radbremse zugeordnet ist. Das andere Radteil, das insofern als kaltes Radteil angesprochen werden kann, muss diesen besonders hohen Temperaturanforderungen nicht genügen. Vielmehr kann an dieser Stelle daher ein kostengünstiger Kunststoff eingesetzt werden.In this multi-part aircraft wheel, at least one of the two wheel parts is designed as a composite wheel part, wherein the hub part is a metal part and at least the support structure is made of an FRP material. In an unrestrained aircraft wheel both wheel parts can be made according to this concept readily. In principle, this is also possible with a braked wheel, but then that part of a wheel made of a particularly heat-resistant plastic to manufacture, on which the brake acts or which wheel part is associated with the wheel. The other wheel part, which can be addressed insofar as a cold wheel part, must not meet these particularly high temperature requirements. Rather, therefore, a cost-effective plastic can be used at this point.
Bei der vorbeschriebenen Konzeption steht ein Aufbau des Radteils im Vordergrund, bei dem in Abhängigkeit von der jeweiligen Funktionalität eines Radteilbestandteils ein für die Realisierung dieser Funktionalität den jeweiligen Anforderungen genügendes, jedoch gewichtsoptimiertes Material verwendet wird. Dieses erlaubt den Einsatz von Metallbestandteilen beschränkt auf diejenigen Elemente in einem solchen Radteil, die einer besonderen mechanischen und/oder thermischen Belastung ausgesetzt sind. Aus diesem Grunde bietet es sich an, das Nabenteil als Metallteil, insbesondere aus einer Leichtmetalllegierung herzustellen. Diesen Teil des Radteils aus Leichtmetall und nicht aus einem Bauteil aus FRP-Material herzustellen, bietet sich auch vor dem Hintergrund an, dass an dieser Stelle eine Gewichtsersparnis nur relativ gering wäre. Mit diesem Konzept wird man vor allem diejenigen Radteilbestandteile aus einem FRP-Material herstellen, bei denen der Einsatz dieses Materials, eine nennenswerte Gewichtsersparnis zur Folge hat. Dieses ist vor allem im Bereich der Stützstruktur sowie im Bereich des Felgenbettabschnittes und auch im Bereich des Felgenhorns möglich, so dass diese mehrheitlich oder insgesamt aus einem FRP-Material hergestellt sind. Gerade in Bezug auf die Stützstruktur können die vielfältigen Formgestaltungsmöglichkeiten, die der Einsatz eines solchen Materials erlaubt, zur Gewichtsoptimierung ausgeschöpft werden. Durch die Möglichkeiten, die in der Herstellung dieses Bestandteiles eines Flugzeugradteils begründet sind, lässt sich die Stützstruktur nicht nur gewichtsoptimiert aus FRP-Material herstellen. Die Struktur kann auch in Bezug auf eine Krafteinleitung in die Radnabe anders gestaltet werden, als dieses mit einem Einsatz herkömmlicher Materialien der Fall ist. Dieses bietet sich vor allem dann an, wenn neben der Stützstruktur zumindest auch der Felgenbettabschnitt aus einem FRP-Material gefertigt ist. Während vorbekannte Flugzeugräder als Stützstruktur eine Schüssel aufweisen, mithin ein umfänglich durchgehendes Bauteil, in das ggfs. Belüftungsöffnungen und Bolzenöffnungen sowie Ventilöffnungen eingebracht sind, besteht bei dem beanspruchten Flugzeugrad die Möglichkeit ohne besonderen Mehraufwand in der Herstellung, diesen Bestandteil des Verbundrades speichenartig oder sogar mehrgliederig auszugestalten.In the above-described concept is a structure of the wheel part in the foreground, in which depending on the respective functionality of a Radteilbestandteils for the realization of this functionality the respective requirements sufficient, but weight-optimized material is used. This allows the use of metal components limited to those elements in such a wheel part, which are exposed to a special mechanical and / or thermal stress. For this reason, it makes sense to produce the hub part as a metal part, in particular of a light metal alloy. To make this part of the wheel part made of light metal and not from a component made of FRP material, also against the background, that at this point a weight saving would be relatively low. With this concept, it will be above all those wheel component parts made of an FRP material, in which the use of this material, a significant weight saving result. This is possible above all in the area of the supporting structure as well as in the region of the rim bed section and also in the area of the rim flange, so that these are made in the majority or in total of an FRP material. Especially in relation to the support structure, the various design options that allow the use of such a material can be exploited for weight optimization. Due to the possibilities that are justified in the production of this component of an aircraft wheel part, the support structure can not only be made of FRP material weight-optimized. The structure can also be designed differently with respect to an introduction of force into the wheel hub than is the case with the use of conventional materials. This is especially useful when, in addition to the support structure, at least the rim bed section is made of an FRP material. While previously known aircraft wheels as a support structure have a bowl, thus a circumferentially continuous component, where appropriate ventilation openings and bolt openings and valve openings are introduced in the claimed aircraft wheel, the possibility without special overhead in the production of this component of the composite wheel spoke-like or even multi-member design ,
Bei einer mehrgliederigen Auslegung der Stützstruktur, welche Stützstruktur sodann auch als mehrschalig angesprochen werden kann, ist vorgesehen, dass die Stützstruktur aus mehreren Stützstrukturteilen besteht. Dieses erlaubt beispielsweise, ein erstes Stützstrukturteil vorzusehen, mit dem der Felgenbettabschnitt dieses Radteils an die Stützstruktur des anderen Radteils angeschlossen ist. Ein zweites Stützstrukturteil ist ebenfalls an den Felgenbettabschnitt angeschlossen, jedoch mit Abstand in axialer Richtung zu dem ersten Stützstrukturteil angeordnet. Das zweite Stützstrukturteil ist zudem an das Nabenteil angeschlossen, wodurch eine direktere radiale Abstützung der äußeren Felgenbettabschnitte an dem Nabenteil möglich ist. Bei dieser Ausgestaltung kann je nach Anordnung dieses zweiten Stützstrukturteils vorgesehen sein, dass die eigentliche Krafteinleitung in die Nabe und damit in die Achse des Rades jedenfalls weitestgehend über das zweite Stützstrukturteil eingeleitet wird, während das erste Stützstrukturteil und der Anschluss desselben an das andere Radteil das Verbundradteil gegen Kippbewegungen sichert. Einem Fachmann erschließen sich aus diesem Konzept zahlreiche Möglichkeiten, die auf den Felgenbettabschnitt einwirkenden Kräfte bei einer Benutzung des Radteils über das zweite Stützstrukturteil und über das erste Stützstrukturteil und dadurch dessen Anschluss an das andere Radteil unter Ausnutzung der Stützstruktur des anderen Radteiles den jeweiligen Anforderungen entsprechend zu realisieren. Von besonderem Vorteil einer solchen zweigliedrigen Stützstruktur ist, dass in Folge einer Krafteinleitung in die Nabe über das zweite Stützstrukturteil nicht der gesamte Felgenbettabschnitt als gewichttragendes Bauteil ausgelegt zu werden braucht, sondern nur derjenige Teil des Felgenbettabschnittes, der das zweite Stützstrukturteil mit dem Felgenhorn verbindet. Dieser nicht gewichttragende Anteil des Felgenbettabschnittes ist naturgemäß hinreichend stabil auszulegen, damit dieses den bei einem Betrieb des Rades auftretenden Kippbewegungen des Radteils Stand hält. Es versteht sich, dass bei einer Ausgestaltung mit mehreren Stützstrukturteilen eine Abstützung des Felgenbettabschnittes mit einem Stützstrukturteil in radialer Richtung auch unmittelbar an und/oder unmittelbar benachbart zu dem Felgenhorn vorgesehen werden kann. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt eine Krafteinleitung unmittelbar in das in Richtung zu dem Nabenteil sich radial innenseitig daran abstützende Stützstrukturteil. Bei dem ersten Stützstrukturteil kann es sich um einen vom Felgenbettabschnitt dieses Radteils in radialer Richtung nach innen abragenden Montageflansch handeln. Das zweite Stützstrukturteil kann, wie bereits vorstehend skizziert, zum Sparen von weiterem Gewicht, durch mehrere Speichen realisiert sein.In a mehrgliedigen interpretation of the support structure, which support structure can then also be addressed as multi-shell, it is provided that the support structure consists of several support structure parts. This allows, for example, to provide a first support structure part, with which the rim bed portion of this wheel part is connected to the support structure of the other wheel part. A second support structure part is also connected to the rim bed section, but arranged at a distance in the axial direction to the first support structure part. The second support structure part is also connected to the hub part, whereby a more direct radial support of the outer rim bed sections on the hub part is possible. In this embodiment, depending on the arrangement of this second support structure part can be provided that the actual force is introduced into the hub and thus into the axis of the wheel at least largely via the second support structure part, while the first support structure part and the connection thereof to the other wheel part, the composite part secures against tilting movements. A person skilled in the art will be able to use this concept in numerous ways to apply the forces acting on the rim bed section to the respective requirements when using the wheel part via the second support structure part and via the first support structure part and thereby connecting it to the other wheel part, utilizing the support structure of the other wheel part realize. Of particular advantage of such a two-part support structure is that as a result of an introduction of force into the hub on the second support structure part not the entire rim base needs to be designed as a weight-bearing member, but only that part of the rim base portion connecting the second support structure part with the rim flange. This non-weight bearing portion of the rim base portion is naturally designed to be sufficiently stable, so that this holds the occurring during operation of the wheel tilting movements of the wheel. It is understood that in an embodiment with a plurality of support structure parts, a support of the rim base portion with a support structure part in the radial direction can also be provided directly on and / or immediately adjacent to the rim flange. In this embodiment, an introduction of force takes place directly in the support structure part which is supported radially inwardly toward the hub part. The first support structure part may be a mounting flange protruding inward in the radial direction from the rim bed portion of this wheel part. The second support structure part can, as already outlined above, to save further weight, be realized by a plurality of spokes.
In einer anderen Ausgestaltung einer mehrgliedrig ausgelegten Stützstruktur ist vorgesehen, dass auch das erste Stützstrukturteil an die Nabe angebunden ist. Mithin sind bei einer solchen Ausgestaltung beide Stützstrukturteile an die Nabe angeschlossen. In another embodiment of a multi-membered support structure is provided that also the first support structure part is connected to the hub. Thus, in such an embodiment, both support structure parts are connected to the hub.
Bei einer mehrgliederigen Ausgestaltung der Stützstruktur, wie vorbeschrieben, werden die unterschiedlichen Funktionalitäten derselben – drehmomentschlüssiger Anschluss an das andere Radteil und Gewichtseinleitung in das Nabenteil – auf die einzelnen Stützstrukturteile aufgeteilt. Daher können unter Berücksichtigung der jedem Stützstrukturteil zuteil werdenden Funktionalität diese hinsichtlich ihrer geometrischen Auslegung mit Blick darauf, das Flugzeugrad möglichst leichtgewichtig zu konzipieren, optimiert werden.In a mehrgliedigen embodiment of the support structure, as described above, the different functionalities of the same - torque-locking connection to the other wheel part and weight introduction into the hub part - are divided between the individual support structure parts. Therefore, taking into account the functionality attributed to each support structure part, they can be optimized with respect to their geometric design with a view to designing the aircraft wheel as light as possible.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass eine mehrgliederige Ausbildung der Stützstruktur nicht auf zwei Stützstrukturteile beschränkt zu sein braucht, sondern auch mehr als zwei Stützstrukturteile vorgesehen sein können. Beispielsweise kann es sich bei einer sehr breiten Auslegung des Verbundradteils anbieten, den mit mehreren, voneinander beabstandeten, Stützstrukturteilen nabenseitig abzustützen.From the above it follows that a mehrgliedige training of the support structure need not be limited to two support structure parts, but also more than two support structure parts can be provided. For example, in the case of a very broad design of the composite wheel part, it may be advisable to support the hub side with a plurality of support structure parts spaced apart from one another.
Neben einer Herstellung der Stützstruktur insgesamt, zumindest jedoch größtenteils aus FRP-Material bietet es sich zur weiteren Gewichtsreduktion an, auch den Felgenbettabschnitt des Radteils aus FRP-Material zu fertigen. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Felgenhorn selbst ein an das äußere Ende des aus FRP-Material gefertigten Felgenbettabschnittes angeschlossenes Metallteil ist oder dass auch das Felgenhorn aus FRP-Material gefertigt ist. Im letzteren Fall können die Notlaufeigenschaften eines solchen Radteils verbessert werden, wenn die radial nach außen weisende Seite des Felgenhorns einen Metalleinsatz oder einen Metallaufsatz trägt oder mit einer für derartige Zwecke geeigneten FRP-Material-Beschichtung ausgeführt ist. Als solche Beschichtung eignet sich beispielsweise eine Aramid-Beschichtung, wie diese beispielsweise unter der Marke KEVLAR® angeboten wird.In addition to producing the support structure as a whole, but at least for the most part made of FRP material, it is possible for further weight reduction to also manufacture the rim bed section of the wheel part from FRP material. It can be provided that the rim flange itself is a connected to the outer end of the rim bed section made of FRP material metal part or that the rim flange is made of FRP material. In the latter case, the emergency running properties of such a wheel part can be improved if the radially outwardly facing side of the rim flange carries a metal insert or a metal top or is designed with a suitable for such purposes FRP material coating. As such a coating, for example, an aramid coating is suitable, as offered for example under the brand KEVLAR ® .
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:
Ein zweiteiliges Flugzeugrad
Das zweite Radteil
Der aus FRP-Material gefertigte Felgenbettabschnitt
Durch Ausbilden der Stützstruktur
Neben dem Montageflansch
Das Verbundradteil
Bei dem Verbundradteil
Gleichermaßen kann anstelle des in dem Ausführungsbeispiel der
Die Oberseite des Felgenhorns
Die Speichen des zweiten Stützstrukturteiles
Die Ausführungsbeispiele der Flugzeugräder
Ein weiteres, als Verbundradteil gefertigtes Radteil
Bei den in
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches prinzipiell demjenigen der
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die einzelnen miteinander verbundenen Teile des Verbundradteiles durch Schraubbolzen miteinander verbunden. Anstelle einer derartigen Verbindung können auch andere Verbindungen zum Einsatz gelangen, beispielsweise Nieten, Kleben oder dergleichen.In the described embodiments, the individual interconnected parts of the composite wheel part are connected to each other by bolts. Instead of such a connection, other compounds can be used, for example, rivets, gluing or the like.
Es versteht sich, dass bei einem solchen Flugzeugrad auch beide Radteile als Verbundradteil, wie vorbeschrieben, gefertigt sein können.It is understood that in such an aircraft wheel both wheel parts can be manufactured as a composite wheel part, as described above.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Im Rahmen der geltenden Ansprüche ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten, ohne dass diese im Einzelnen näher erläutert werden müssten.The invention has been described with reference to embodiments. Within the scope of the applicable claims, numerous further design options will be apparent to a person skilled in the art without these having to be explained in greater detail.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 1.1, 1.21, 1.1, 1.2
- Flugzeugradaircraft wheel
- 2, 2.1, 2.22, 2.1, 2.2
- Radteilwheel part
- 3, 3.1, 3.2, 3.33, 3.1, 3.2, 3.3
- Radteilwheel part
- 44
- Felgenhornrim flange
- 55
- FelgenbettabschnittRim section
- 66
- Schüsselbowl
- 77
- Nabenteilhub part
- 88th
- Lagercamp
- 99
- Achseaxis
- 10, 10.1, 10.2, 10.310, 10.1, 10.2, 10.3
- Nabenteilhub part
- 1111
- Lagerteilbearing part
- 12, 12.1, 12.2, 12.312, 12.1, 12.2, 12.3
- Stützstruktursupport structure
- 13, 13.1, 13.2, 13.313, 13.1, 13.2, 13.3
- FelgenbettabschnittRim section
- 1414
- Durchbrechungperforation
- 1515
- Anschlussabschnittconnecting section
- 1616
- Schraubbolzenbolts
- 1717
- Gewindehülsethreaded sleeve
- 18, 18.118, 18.1
- Schraubbolzenbolts
- 19, 19.119, 19.1
- Dichtungpoetry
- 2020
- Felgenhornrim flange
- 2121
- Nutgroove
- 2222
- FelgenhornbauteilRim flange component
- 2323
- Gewindebuchsethreaded bushing
- 2424
- Befestigungsschraubefixing screw
- 2525
- Montageflansch, erstes StützstrukturteilMounting flange, first support structure part
- 2626
- Gewindehülsethreaded sleeve
- 27, 27.127, 27.1
- Schüssel, zweites StützstrukturteilBowl, second support structure part
- 2828
- Durchbrechungperforation
- 2929
- Anlageabschnittcontact section
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- Felgenhornrim flange
- 3131
- para-Aramid-Gewebeschichtpara-aramid fabric layer
- 3232
- Durchbrechungperforation
- 3333
- Ringkörperring body
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