8.3  Fahrwerk, Räder, Reifen und Bremsen

Landing gear, wheels, Tyres and brakes
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In diesem Kapitel geht es um die Konstruktion des Fahrwerks

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8.3.1  Fahrwerk

Üblicherweise besteht das Fahrwerk eines Segelflugzeugs aus:

  • Hauptrad in Rumpfmitte in der Nähe des Schwerpunkts (fest oder einziehbar);
  • Kufe oder Bugrad unter dem Führerraum (falls das Hauptrad hinter dem Flugmassenschwerpunkt liegt);
  • Schleifsporn oder Spornrad am Rumpfende unter dem Leitwerk
  • kleinen Kufen an den Flügelenden (Randbögen)

Das Hauptfahrwerk muss in der Lage sein, den Landestoß so abzufedern, dass dabei keine zu großen Beschleunigungen auftreten. Diese Forderung ist in den Bauvorschriften (CS-22 / JAR-22 / LFSM) mit max. 4 g bei 1,5 m/s Sinkgeschwindigkeit festgelegt.

Hierzu reicht in der Regel die Federwirkung des Luftreifens aus (bei korrektem Reifendruck). Um Insassen und Flugzeug zu schonen und den Komfort zu steigern, wird häufig eine Zusatzfederung (z.B. Gummielemente oder Gasfedern) eingebaut.

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Hauptfahrwerk Hauptfahrwerk mit Gummidämpfer
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Ein Segelflugzeug hat ein Fahrwerk, um die Kräfte, die am Boden beim Start und vor allem bei der Landung auf das Flugzeug wirken, abzufangen. Außerdem ermöglicht das Fahrwerk den Bodentransport und ermöglicht dem Piloten ein kontrolliertes Bremsen.

Das Fahrwerk hat seinen Ursprung in den gummigefederten Holzkufen, die unter dem Rumpfvorderteil von frühen Segelflugzeugkonstruktionen angebracht waren. Hinten, unter dem Schwanz, war ein Holz- oder Gummisporn angebracht. Sowohl Kufe als auch Sporn wurden mit einer Metall-Verschleißplatte versehen.

Später wurde die Kufe durch ein Rad mit einem Luftreifen ergänzt, um den Widerstand bei Start, Landung und Bodentransport zu verringern.

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Fahrwerk ASK 13 neu
Fahrwerk Schleicher ASK-13
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Mit der Einführung von Kunststoffseglern verschwand die Kufe. Je nach Schwerpunkt wird zusätzlich zu einem Hauptrad ein Bugrad verwendet. Liegt der Schwerpunkt hinter dem Hauptrad, wird kein Bugrad benötigt. Auch ein Spornrad wird immer häufiger eingesetzt. In einigen wenigen Fällen (z.B. bei selbststartenden Segelflugzeugen) ist das Spornrad über das Seitenruder steuerbar.

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Fahrwerk moderner Kunstfoffsegler neu
Fahrwerk eines modernen Kunststoff-Segelflugzeuges
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Überprüfungsmöglichkeiten des Fahrwerks bei der täglichen Inspektion:

  • Zustand und richtige Verriegelung des Bremshebels;
  • Fahrwerksklappen fest;
  • Sporn fest und Verschleißblech in gutem Zustand;
  • Rad kann sich frei drehen;
  • Die Reifen sind unbeschädigt;
  • Der Reifen ist nicht gegenüber der Felge verdreht; (Rutschmarke unverändert)
  • Reifen haben korrekten Luftdruck (siehe Flughandbuch und Markierung in der Nähe des Rades);
  • Bremse schleift nicht (Hauptrad kann sich frei drehen);
  • Funktionsprüfung der Bremse vom Cockpit aus;
  • Bremsflüssigkeits-Vorrat im Behälter ist ausreichend (bei hydraulischen Bremsen).
  • Bremssattel trocken (keine Bremsflüssigkeit ausgetreten)
Bei einem Einziehfahrwerk solltest du bei der Vorflugkontrolle nicht den Fahrwerkshebel betätigen!
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Einziehbares Hauptrad

Bei vielen Flugzeugtypen ist das Hauptrad einziehbar. Ein einziehbares Rad erfordert eine kompliziertere und damit schwerere Konstruktion. Andererseits ist der geringere Luftwiderstand während des Fluges ein Vorteil, besonders bei hohen Geschwindigkeiten.

Zurzeit werden die meisten Haupträder noch mechanisch mit Muskelkraft eingezogen. Eine Gasfeder wird jedoch verwendet, um das Einfahren eines schweren Rades zu unterstützen und/oder um das Rad in seiner abgesenkten Position zu arretieren. Über einen Fahrwerkshebel im Cockpit wird an einem Hebelarm am Fahrwerk ein genügend großes Drehmoment erzeugt, so dass sich das Rad in den Rumpf hinein bewegen kann.

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Bedienung Einzieh BremseBedienung Einziehfahrwerk und Bremse
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Das Rad zieht dabei die aufklappbaren Fahrwerksklappen mit nach oben, so dass der Rumpf sauber verschlossen ist. Viele Segelflugzeuge mit einziehbarem Rad haben eine maximale Geschwindigkeit, bei der das Rad noch betätigt werden darf. Dies ist die VLO (maximum landing gear operating speed, maximale Betriebsgeschwindigkeit des Fahrwerks).

Es ist wichtig, dass das Rad in der ausgefahrenen Position verriegelt ist. Dies wird durch eine Konstruktion erreicht, bei der die Betätigungsstangen des Fahrwerkes verkniet werden können. Dieser Zustand ist vergleichbar mit einem "blockierten", d.h. überstreckten Knie oder Ellenbogen. Grundsätzlich ist es wichtig, dass beim Ausfahren des Rades der Fahrwerkshebel so weit wie möglich bis zur Endposition bewegt und verriegelt wird.

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Abb. 8.3.1.3 Einziehfahrwerk Einziehfahrwerk
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Fahrwerkswarnung
Ein Alarmsignal in Verbindung mit der Fahrwerksbetätigung ist eine Option, die nicht oft zu sehen ist, weil sie eine Schreckensreaktion hervorrufen kann. Sobald die Bremsklappen bei noch eingefahrenem Fahrwerk entriegelt werden, ertönt ein deutlich hörbares Signal, das von einer sichtbaren Aufforderung zum Ausfahren des Fahrwerks begleitet werden kann.
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Auswirkung einer schiebenden Landung

Schiebelandungen sind Landungen, bei denen die Bewegungsrichtung des Flugzeugs nicht mit der Längsachse des Flugzeugs übereinstimmt. Dies kann passieren, wenn die Nase nicht ausreichend in die Bewegungsrichtung des Flugzeugs gestellt wird, nachdem das Flugzeug wegen Seitenwind vorgehalten hat. Das Hauptrad und der Sporn werden dann seitlich belastet und es besteht die Gefahr von Rad- und Aufhängungsschäden.

Bei Flugzeugen, deren Schwerpunkt hinter dem Hauptrad liegt, entsteht ein Giermoment um die Hochachse, das die Situation schnell verschlimmern kann. Wenn das Flugzeug beginnt, sich um seine Hochachse zu drehen, entsteht eine Querneigung, wobei eine Spitze bald den Boden berührt und ein Ringelpiez folgt. Das Flugzeug dreht sich nun um die am Boden liegende Spitze und erleidet dadurch weitere Schäden.

Bei Flugzeugen mit dem Schwerpunkt vor dem Hauptrad ist die Situation bei einer Querlandung wesentlich günstiger. Durch die Lage des Schwerpunkts entsteht ein Rückstellmoment, das die Nase des Flugzeugs mit seiner Bewegungsrichtung ausrichtet. Die Belastung für das Hauptrad, den Sporn und den Leitwerksträger ist dennoch sehr hoch.

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Abb. 8.2.4 5 Schiebendes Aufsetzen schiebendes Aufsetzen
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Allgemein wirst du es einfacher haben geradeaus zu rollen, mit einem Flugzeug dessen Schwerpunkt vor dem Hauptrad liegt. Was ein Fahrwerk sonst noch alles aushalten muss, kannst du dir in diesem Video mal ansehen. Glider crash land - YouTube

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8.3.2  Bug-/Heckradsteuerung: Bauweisen und Funktion

Nose wheel steering: design and operation

Die Bug- oder Heckradsteuerung sind zwei verschiedene Arten von Steuerungssystemen, die in Flugzeugen verwendet werden. Die Wahl zwischen den beiden hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. der Art des Flugzeugs und dem Einsatzzweck.

Die Bugradsteuerung ist eine Steuerung, bei der das Flugzeug durch das Bugrad gesteuert wird. Das Bugrad ist das Rad, das sich unter der Nase des Flugzeugs befindet. Die Bugradsteuerung bietet eine bessere Manövrierbarkeit bei niedriger Geschwindigkeit, einen geringeren Rollwiderstand und eine bessere Sicht auf die Start- und Landebahn. Sie hat jedoch auch einige Nachteile, wie z.B. eine schlechtere Stabilität bei höheren Geschwindigkeiten und Schwierigkeiten bei Seitenwind.

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BugradsteuerungBugradsteuerung
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Die Heckradsteuerung ist eine Steuerung, bei der das Flugzeug durch das Heckrad (Spornrad) gesteuert wird. Das Heckrad ist das Rad, das sich am hinteren Ende des Flugzeugs befindet. Die Heckradsteuerung bietet eine bessere Stabilität bei höheren Geschwindigkeiten und einen geringeren Rollwiderstand. Sie hat jedoch auch einige Nachteile, wie z.B. eine schlechtere Manövrierbarkeit bei niedriger Geschwindigkeit und eine schlechtere Sicht auf die Start- und Landebahn.

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HeckradstuerungHeckradsteuerung
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Bei manchen TMG-Mustern wird das Spornrad (Heckrad) dadurch gelenkt, dass es über Federn an die Seitensteuerung angekoppelt ist. Eine andere Möglichkeit der Richtungssteuerung am Boden ist durch das einseitige Betätigen der Breme für das rechte oder linke Hauptrad möglich.
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8.3.3  Bremsanlage

Brakes

Fast alle Segelflugzeuge sind mit einem bremsbaren Hauptrad ausgerüstet. Für leichtere Segelflugzeuge (Einsitzer) kommt meist eine mechanisch betätigte Backenbremse, für schwerere (Doppelsitzer) häufig eine hydraulisch betätigte Scheibenbremse zum Einsatz.

Radbremsen werden unterschiedlich betätigt:

  • über den Bremsklappenhebel, sobald die Bremsklappen ganz ausgefahren sind (Vorsicht: nicht mit blockierter Radbremse aufsetzen!);
  • über einen separaten Bremshebel, der meist am Knüppel angebracht ist (oft nicht sehr wirksam);
  • durch Vorschieben des Seitenruderpedalschlittens mit beiden Fersen (Pedalstellung beachten!).

Von welcher Möglichkeit Gebrauch gemacht wurde, kannst du aus dem Flughandbuch und einem Hinweisschild im Cockpit entnehmen.

Beim TMG wird die Funktionstüchtigkeit der Bremsen beim ersten Anrollen auf dem Weg zur Startbahn getestet. Beim Segelflugzeug musst du schon ein paar Kameraden fragen, ob sie versuchen können das Flugzeug zu schieben, während du die Bremse betätigst.

Zwei Arten von Bremssystemen sind bei Segelflugzeugen gebräuchlich. Die Scheibenbremse und die Trommelbremse. Die Trommelbremse steuerst du meistens über einen Seilzug und/oder ein Gestänge an, die Scheibenbremse i.d.R. hydraulisch. Hierzu zunächst einige Worte zur hydraulischen Bremse bei Segelflugzeugen. Eine ausführliche Beschreibung zur Funktion von Hydraulikanlagen findest du im Kapitel Segelflugzeugzelle 8.3.1 Hydraulik.
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Hydraulische Bremse bei Segelflugzeugen

Unsere Segelflugzeuge werden immer leistungsfähiger, haben z.T. große Spannweiten oder die Möglichkeit der Spannweitenvergrößerung durch Anstecken von Flügelteilen. Die Instrumentierung wird umfangreicher, die Batterien werden größer oder es kommen neue, schwere Batterien hinzu (Elektroantriebe) und die Mitnahme von zusätzlichem Ballast (Wasser) ist oft auch in großen Mengen möglich.

Abb. 8.3.3.1 2 Bremsenbetätigung über BremsklappenhebelHydraulisches Bremssystem,

Ansteuerung über den Luftbremsenhebel

Tatsache und die Folge dieser Gewichtszunahme ist, davon ist, dass diese Masse auch irgendwann mal abgebremst werden muss. Natürlich soll der Wasserballast vor der Landung abgelassen werden, aber was ist bei einem Startabbruch? ... 

... und beim E-Antrieb wird das Flugzeug mit der "Entleerung der Batterie" mit Sicherheit nicht leichter.

Daher finden immer mehr hydraulische Bremsen Verwendung. Voraussetzung dafür ist ein Hauptfahrwerk mit Scheibenbremse. Viele Hersteller bieten daher die Umbaumöglichkeit des Hauptrades auf ein Rad mit Scheibenbremse an. Diese wird i.d.R. hydraulisch betätigt. Der Umbau auf eine hydraulische Bremsanlage ist inzwischen unproblematisch, auch hierzu gibt es zugelassene Umbausätze. Dein Flugzeughersteller wird dich beraten.

8 3 ASG 32 Bremsanlage Drückst du auf den nebenstehenden Button wird dir der schematische Aufbau des hydraulischen Bremssystems einer ASG 32 El gezeigt.
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Die Scheibenbremse

Die Scheibenbremse besteht aus der mit der Radnabe verbundenen Bremsscheibe und dem am Fahrgestell aufgehängten Bremsrahmen ("Sattel"). Dabei muss entweder der Bremsrahmen in Richtung der Radachse verschiebbar sein ("Schwimmsattelbremse"), oder aber die Bremsscheibe ("Festsattelbremse").

Scheibenbremsen werden immer hydraulisch betätigt. Aufgrund der relativ großen Oberfläche und der guten Belüftungsmöglichkeiten sind Scheibenbremsen gut geeignet, um viel kinetische Energie zu absorbieren.

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Hydr BremssystemScheibenbremse mit hydraulischem Bremssystem
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Der hydraulische Druck des Hauptbremszylinders schiebt über den der Kolben des Radbremszylinders den beweglichen Bremsbelag seitlich gegen die Bremsscheibe. Die Bremsscheibe stützt sich gegen den festen Bremsbelag ab.

Vorteilhaft gegenüber der Backenbremse sind die bessere und leichter dosierbare Wirkung der Scheibenbremse und ihre geringere Empfindlichkeit gegen Verschmutzung.

Bei der Vorflugkontrolle ist die Bremsscheibe auf Verformung, Risse, Rillen und Korrosion zu untersuchen. Bremsscheiben neigen bei längeren Standzeiten zu Rostbefall. Leichter Flugrost lässt sich durch kurze Bremsbetätigungen beim Rollen von der Scheibe abwischen. Bei stärkerem Rostbefall muss die Bremsscheibe ausgebaut und entrostet werden.
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Die Trommelbremse

Die Übertragung der Betätigungskraft zum Rad erfolgt bei Trommelbremsen mechanisch über Bremsseilzüge, bei Scheibenbremsen hydraulisch über einen Hauptbremszylinder und Hydraulikleitungen.

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Trommelbremse
Trommelbremse
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Nach längerem Betrieb oder Überbeanspruchung kann die Bremswirkung drastisch zurückgehen. Die Bremsbeläge sind dann verschmiert und müssen ausgebaut und gereinigt werden.

Um den Verschleiß der Bremsbeläge auszugleichen, muss eine Trommelbremse regelmäßig nachgestellt werden. Bei Erreichen der Verschleißgrenze (siehe Betriebshandbuch, meist 1,5 mm), müssen beide Bremsbacken erneuert werden. Wird der rechtzeitige Austausch versäumt, kann das Rad beschädigt werden.

Neue Bremsbacken müssen eingebremst werden, d.h. bei den ersten 20 bis 30 Landungen sollte die Radbremse nur vorsichtig eingesetzt werden.
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Verschleiß

Verschleiß tritt sowohl an den Bremsbelägen als auch an der Bremsscheibe auf. Bei Erreichen der jeweiligen Verschleißgrenze (siehe Betriebshandbuch) muss das entsprechende Bauteil erneuert werden. Damit neue Bremsbeläge maximale Bremsleistung und eine lange Lebensdauer erreichen, müssen sie eingebremst ("konditioniert") werden. Dazu rollt oder schleppt man das Flugzeug über eine Strecke von ca. 500 m und betätigt dabei nicht zu leicht und möglichst gleichmäßig die Radbremse.

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Bremsverschleiß neuTrommel- / Scheibenbremse Verschleiß
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8.3.4  Räder und Bereifung

Wheels and tyres

Flugzeugräder werden nach anerkannten Bauvorschriften zugelassen, z. B. dem European Technical Standard Order „Aircraft Wheels and Wheel-Brake-Assemblies“ (ETSO-C26c) der EASA.

Hinweise für den Umgang mit Flugzeugreifen:

  • Reifen frei von Öl, Fett, Bremsflüssigkeit und Teer halten. Bei Bedarf mit benzingetränktem Lappen reinigen und anschließend mit Seife und Wasser nachwaschen.
  • Vorgeschriebenen Luftdruck einhalten und regelmäßig kontrollieren (bei der täglichen Kontrolle). Zu geringer Reifendruck setzt Tragkraft und Lebensdauer herab, zu hoher Druck verursacht zu hohe Beschleunigungskräfte (Stöße) bei der Landung.
  • Reifen regelmäßig (bei der täglichen Kontrolle) auf Beschädigungen, Ablösungen, platte Stellen und Fremdkörper untersuchen. Eine Profilmindesttiefe ist nicht vorgeschrieben.
  • Reifen werden mit einer sogenannten Rutschmarke versehen. Dies ist ein kleiner Strich über den seitlichen reifen, der sich auf der Felge fortsetzt. Sollte es bei starker Bremsung dazu gekommen sein, dass sich der Reifen auf der Felge verdreht hat, besteht die Gefahr, dass das Ventil beschädigt wurde. Wird der Rutschmarkenversatz erkannt, muss das Rad erneuert werden.
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RutschmarkeRutschmarke am Reifen
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Wenn ein Reifen gewechselt wird, muss immer der Schlauch erneuert werden. Damit Schläuche sich an den Reifen anpassen können, werden sie geringfügig unterdimensioniert. Gebrauchte Schläuche haben sich aufgeweitet und werfen bei Wiederverwendung häufig Falten. Diese Falten scheuern sich mit der Zeit durch und der Schlauch wird undicht. Wenn dies beim Start passiert und der Reifen bis zur Landung platt ist, kann das zu sehr gefährlichen Situationen führen.

Um das Thema Räder rund um das Segelflugzeug noch zu vervollständigen, wird hier noch auf zwei weitere Räder eingegangen.

Ein Flächenrad ist ein Hilfsmittel für, um die Flugzeugbewegung auf dem Boden zu erleichtern - meist um das Flugzeug an ein Auto anzuhängen. Es wird mit einer Halterung an der Tragfläche des Segelflugzeugs befestigt. Es besteht aus einem Rad, das an einer Gabel befestigt ist, die wiederum an einem Flügelhalter befestigt ist. Es ist empfehlenswert, das Segelflugzeug mit maximal 10 km/h zu schleppen und das Flächenrad vor dem Gebrauch auf festen Sitz zu überprüfen.

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FlächenradFlugzeug mit Flächenrad schleppen
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Der Kuller oder Spornkuller ist eine Rangierhilfe, die an der Unterseite des Sporns eines Segelflugzeugs befestigt wird, um das Flugzeug am Boden besser manövrieren zu können. Er hat ein rundum drehbares Rad. Der Kuller wird in der Regel mittels einer gepolsterten GFK-Schale um den Rumpf und den unteren Teil der Seitenflosse geschnallt.

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SpornkullerSpornkuller

 

Anker: Bug-Heckrad = Fahr-2; Bremsanlage = Fahr-3; Hyd-Bremse = Fahr-4; Scheibenbr = Fahr-5; Trommelbr = Fahr-6; Verschleiß = Fahr-7; Räder = Fahr-8

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