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HYDRAULIKSYSTEME BEI FAHRWERKEN. Teil B. Einführung. Die historische Entwicklung der Hydraulik Systeme in der Luftfahrt geht in die Zeit vor den zweiten Weltkrieg zurück!
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Einführung • Die historische Entwicklung der Hydraulik Systeme in der Luftfahrt geht in die Zeit vor den zweiten Weltkrieg zurück! • Parallel ist die gleichzeitige Verwendung von pneumatischen Systemen zu sehen, allerdings jene bei Neukonstruktionen nicht mehr zur Anwendung kommen. • Bei vielen Klein – und Großflugzeugen sind die Einziehfahrwerke hydraulisch betätigt. • Am Beispiel der bekannten Cessna 210 Modell Serie ist die Entwicklung der Hydraulik Systeme über einen Zeitraum von 1958 bis 1985 sehr aufschlussreich. Bei der Einführung dieses Hochleistungsflugzeuges waren über 15 Arbeitszylinder für das Fahrwerk notwendig! Nach fünfmaliger Überarbeitung wurde dies auf 3 Arbeitszylinder reduziert! Die letzte Hydraulikauslegung ist bei vielen anderen LFZ Herstellern und ihren Mustern zu finden. • Die einfachsten Hydraulik Systeme finden wir in unseren Hydraulischen Bremsanlagen.
Merksätze • Fluid power • The transmission of force by the movement of a fluid. • The most familiar examples of fluid power systems are hydraulic and pneumatic systems.
Fluid • A substance, either a liquid or a gas, that flows and tends to conform to the shape of its container.
Hydraulics • The systems of fluid power which transmits force though an incompressible fluid.
When pressure is applied to a liquid in a closed container, the pressure rises to the same amount in all parts of the container.
The total energy in the fluid flowing though this venturi tube remains constant at all points.
Vorteile der Hydraulik Systeme • Leichte Bauweise • Kostengünstig • Einfache Instandhaltung
Nachteile der Hydraulik Systeme • Die Auslegung der Fahrwerk - Kinematik erlaubt nur einen begrenzten Einfluss des Luftwiderstandes (Gear Speed Limits)! • Die Hydraulikleitungen sind aufwendig und ein Gefahrenpotential (sofern sie unter Druck stehen). • Hydraulikanschlüsse die Drehbewegungen ausgesetzt sind bedürfen großer Aufmerksamkeit in der Instandhaltung. • Empfindlichkeit auf tiefe Temperaturen (Dichtigkeitsprobleme an den Arbeitszylindern). • Synchrone Bewegungsabläufe sind nur mit größerem Aufwand möglich • Hydrauliköl auf Mineralölbasis (Mil 5606 H Shell Fluid 41) ist feuergefährlich!!!
Auslegungen bei Kleinflugzeugen • Das Bremssystem ist bei komplexeren Muster im Hauptsystem integriert bzw. als Servobremse ein eigenständiges System. • Die meisten LFZ Muster verwenden einen elektrischen Motor zum Antrieb der Hydraulikpumpe. • Hydraulikpumpen die vom Triebwerk angetrieben werden sind, setzen weitere komplexe Steuerungen voraus und werden daher nur mehr selten bei Neukonstruktionen zu finden sein!
ÜblicherDruckbereich • 700 bis 1500 psi (49 bis 105 bar)
Auslegung der Druckanwendung • Nur während des Einfahr- oder Ausfahrvorganges • Druck bleibt in der Endstellung des Fahrwerkes aufrecht (Pumpe wird deaktiviert bzw. geht in den drucklosen Schmierzyklus).
ZeitlicheAbstimmung der Bewegungsabläufe • Fahrtwindeinflüsse und die Schwerkraft sind Einfluss nehmende Faktoren bei den Bewegungsabläufen! Eine Abstimmung kann mit Drosseln erreicht werden. • Die Leistungsfähigkeit der Hydraulikanlage ist von der Pumpenleistung und den Eigenschaften der Arbeitsanlagen in Abhängigkeit.
Druckbegrenzungen • Alle Anlagen haben eine Druckregelung (Arbeitsdruck) • Bei Anlagen die mit Druck abgestellt werden sind mitunter Thermal Relief Valves zum Schutz der Anlage gegen Überdruck durch Erwärmung verwendet.
Reservoir • Diese sind meistens bei Kleinflugzeugen in der Hydraulikeinheit integriert. Die Kontrolle des Hydraulikstandes ist bei vielen Mustern eher der Instandhaltungsseite zugeordnet.
Leitungen • In der Regel sind diese als Metallrohrleitungen ausgebildet. Die Verbindung zu den Hydraulikzylindern ist mittels flexiblen Schlauchleitungen gelöst.
Pumpe • Die Pumpen bei Kleinflugzeugen sind ausnahmslos als Zahnradpumpen ausgeführt. Der Antrieb ist meistens elektrisch ausgebildet. Motorgetriebene Pumpen sind eher die Seltenheit und komplizieren die Auslegungen beträchtlich.
Steuerung • Diese kann elektrisch oder mechanisch ausgelegt sein. • Bei elektrisch angetriebenen Pumpen kann durch die Fähigkeit des Motors links und rechts zu laufen, die Hydrauliksteuerung sehr einfach ausgebildet sein!
Arbeitsanlagen • Bremszylinder (Trommel und Scheibenbremsen) • Hydraulikzylinder für lineare Bewegungen (auch mit interner mechanischer Verriegelung in der Endstellung)
Überwachungsanzeigen • Hydraulikstandüberwachung (Standrohre / Schaugläser / Messstäbe / Float Switches für Low Level) • Druckanzeigen (Druckschalter / Manometer) • Bei fehlen von Druckanzeigen ist bei elektrischen Pumpenantrieben, das Amperemeter eine sich anbietende Möglichkeit die Hydraulikanlage in ihrem Betriebszustand zu überwachen!
Notsysteme • Je nach Auslegung können die Notsysteme mittels Handpumpe bzw. durch manuelles öffnen eines Ventils ausgebildet sein. • Mechanische Verriegelungen für „UP LOCK POSITION“ sind eher bei komplexeren Systemen zu finden und bedürfen weiterer aufwendiger Zusatzsysteme!
Vorflugkontrolle • Immer wieder wird diese nicht ernst genug genommen! • Viele Störungen / Unfälle wären zu vermeiden gewesen (besonderst wenn das Fahrweg hängen bleibt)!!! • Der Allgemeinzustand ist Bezug auf die Sicherheit unbedingt zu beachten!!!
Normaler Betriebszyklus • Die Abläufe des Betriebszyklen (Zeiten/Geräuschbildung/Anzeigen) sollten unbedingt bekannt sein, ansonsten eine schleichende Verschlechterung nicht so schnell erkannt werden kann!!! • Die Speed Limits für das Fahrwerksystem können mitunter für 4 verschiedene Betriebszustände gegeben sein!!!
Fehlerquellen • Niemals bei Problemen mit dem Ausfahren des Fahrwerks und doch noch einem Erreichen der grünen Anzeige, das Fahrwerk noch einmal einfahren!!! Dies ist wiederholt schiefgegangen!!! • Fahrwerk fährt nicht ganz ein (Speed Limit / Pressure Switch / klemmen in der Fahrwerksmechanik). • Elektrischer Pumpenmotor schält nicht ab (Endstellung wird nicht erreicht / fehlerhafter Druckschalter / Endschalter Probleme).
Wann muss der Pilot dem System helfen? • Wird der Arbeitszyklus nicht automatisch beendet, ist eine manuelle Abschaltung unbedingt vorzunehmen!!! Dies kann eine mechanische Betätigung eines Hebels bzw. die Deaktivierung der Pumpenmotor Sicherung sein! Nichtbeachtung kann zu teuren Problemen führen (Überhitzung der Hydraulikanlage / Pumpenmotor brennt ab)!!! • Beim Notausfahren des Fahrwerkes ist auf das Speed Limit zu achten! • Bei elektrischen Problemen im Fahrwerksystem kann eventuell die Aufgabe des Bordnetzes bzw. die Deaktivierung des Systemkreises die Lösung sein (Fahrwerk lässt sich nicht ausfahren)!
Unbeabsichtigtes Einfahren des Fahrwerkes beim Rollen • Kennen wir die konstruktive Auslegung die ein Einfahren des Fahrwerkes während des Rollens verhindern soll?
Notbetrieb und Training • Das trainieren des Notbetriebes ist leider Typen spezifisch nicht einheitlich und bei einigen Mustern ohne nachfolgenden Massnahmen gar nicht möglich!!! • Die Gelegenheit während der Instandhaltung dieser Trainingsidee nach zu kommen ist zu empfehlen!
Hydraulische Bremssysteme mit Park Brake Valves • Werden diese mit einem Bowdenzug betätigt ist durch die integrierten Check Valves eine grosse Gefahr bei mangelhafter Bowdenzug Befestigung gegeben. Eine Lösung der Parkbremse seitens des Piloten stellt nicht immer die einwandfreie Freigabe der Checkvalves sicher!!! Viele Vorfälle regen zum vorsichtigen Umgang mit diesem System an!!! LFZ Muster mit solcher Auslegung sollen die Parkbremse nach verlassen der Apron nicht mehr bis zur Rückkehr verwenden!!!
Interne Undichtheiten • Treten mitunter an Ventilen und Kolbenabdichtungen auf. • Anzeichen sind sich veränderte Betriebszykluszeiten und wiederholtes Einschalten des Pumpenmotors im Fluge! • Kennen wir die Normwerte unserer Anlage?
Externe Undichtheiten • Treten mitunter an Kolbenstangen und Verschraubungen auf! Leitungen welcher Art auch immer, sind eher kein Problem, trotzdem ist die Sichtkontrolle notwendig!!! • Die ausgetretene Hydraulik Fluid verharzt und verfärbt sich!
Hydraulikölverbrauch • Ein Verbrauch ist abnormal!!! • Vorsicht die Systemauslegungen sind mit einer sehr kleinen Reserve ausgelegt!!!
Verschmutzung des Systems • - Falsche Spezifikation des Hydrauliköles (Fluid) ist selbst im geringem Ausmass bereits der Elastomere (O Ringe / Dichtungen / Schläuche)!!! • - Mechanischer Abrieb und mögliche dunkle Verfärbung der Fluid sind eher selten zu beobachten! Eine konsequente Verfolgung aller Parameter und wiederholte Filterkontrolle ist unbedingt notwendig!!!
Hydrauliköl-Alterung • Wenn nicht vorgeschrieben ist eine freiwillige Erneuerung nach längstens 5 Jahren angeraten!!!
O Ring Montage • Die O Ring Installationsverfahren sind leider nicht immer bekannt!!! O Ring Tausch endet dann meistens mit Problemen! • Das Entfernen des alten O Ringes ist schon oft zu grob geschehen! Reissnadel und ähnliche Werkzeuge hinterlassen bereits Verletzungen an den Oberflächen! Bei der Installation des neuen O Ringes müssen unbedingt Hilfsmittel aus Kunststoff U(Büchsen / Bänder) verwendet werden! Kleine Behelfe aus weichen Alu Draht sind leicht selbst anzufertigen und erlauben problemloses arbeiten!!! • Als Montage Schmiermittel ist im minimum Hydrauliköl bzw. Silikon Paste zu verwenden!!!
Entlüften des Systems • Eine Selbstentlüftung nach Montagearbeiten ist nicht allen Anlagen gegeben!!! • Jeden Zylinder vor der Installierung füllen und nach erfolgter Montage vorsichtig einzeln entlüften!
