Dürfen "rod ends with male thread" senkrecht zur Achse belastet werden

[Dierk]

Hallo,

 

Leider kenne ich die deutsche Bezeichnung für das Teil nicht.

 

Gemeint ist sowas:

 

http://www.astbearings.com/rod-ends.html

 

Also ein Verbindungsstück mit einer Art Kugellager (ball bearing)

 

Zwei von diesen Teilen halten das Pedal.

 

Das Zugseil ist seitlich auf halber Pedalhöhe befestigt, drückt eine Kraft auf den Oberrand des Pedals und bewegt sich das Pedal nicht, weil das gelenkte Bugrad in Endstellung ist, dann wird diese Kraft annähernd 1:1 auf das rechtsseitige "rod end" übertragen, wobei es sich um ungehärteten Stahl mit M5 Gewinde handelt.

 

 

Bei höherer Fusskraft schert es dann das Gewinde des "rod end" sauber ab. Das kam zweimal vor, zunächst am vorderen rechten Pedal und heute am hinteren rechten Pedal (Tandemanordnung), bei Taxi bzw. unmittelbar nach Touch-Down.

 

Bei welcher Belastung schert ein 90 Grad zur Achse belastetes M5 Gewinde normalerweise ab?

 

Grüsse,

Dierk

[Dierk]

Ich habe noch dies hier

 

http://www.rbcbearings.com/rodends/static-radial.htm

 

http://www.rbcbearings.com/rodends/static-axial.htm

 

gefunden.

 

Also der Gewindedurchmesser war 5 mm, Länge des Gewindes war 16 mm, Durchmesser des Lochs für die Achse kenne ich nicht genau, wahrscheinlich 6 mm, Material war Stahl, Güte kenne ich nicht.

[MarkusP210]

Schau mal hier:

 

https://www.google.ch/url?q=http://wueko.wuerth.com/wu/download/Kapitel_06

 

Hab nach Deiner Beschreibung noch nicht nachvollziehen können wie das aussieht, kannst Du mal eine Skizze machen? Vom Schiff aus hört's sich nach einer Fehlkonstruktion an, auftretende Scherkräfte dürfen nach dem AC43 nicht mit Schraubverbindungen aufgenommen werden

 

Markus

[Dierk]

Hallo,

 

OK es gibt einen rechteckigen Pedalkörper, das heißt eine Art länglichen Rahmen aus Vierkantmetall. Gegen diesen innen offenen Rahmen tritt der Fuss. Rechts auf etwa halber Höhe des Vierkantrahmens ist seitlich das Zugseil befestigt, welches gezogen wird, wenn der Fuß gegen das Pedal tritt. Dieses Seil wirkt, wenn das Bugrad in Endstellung ist, wie ein Widerlager.

 

Der Vierkantrahmen ist an der Unterseite mit rechts und links mit je einem dieser männlichen Ball rods verbunden, deren kurze 16 mm lange Gewindestange von unten in den Vierkantrahmen eingeschraubt ist. D.h. Richtung der Gewindestange ist parallel zum Pedal. Das untere Ende der Gewindestange besteht aus einer Auftreibung, welche eine kugelgelagerte Bohrung umfasst. In diese ist die Pedalachse gesteckt. D.h. das Pedal ist an drei Punkten aufgehängt: unten an den beiden "ball rod ends", damit das Pedal nach vorne und hinten um diese Achse (welche sich unter dem Vierkant-Pedalkörper befindet) drehen kann. Der dritte Punkt ist das seitlich (Außenseite, das heißt bei einem rechten Pedal rechts und bei einem linken Pedal links) befestigte Zugseil, welches sich beim Drücken des Pedals mitbewegt. Bei Druck auf das Pedal und Widerstand seitens des Zugseils ergibt sich eine asymmetrische Belastung der "Ball rods". Der auf der Zugseilseite (also bei einem rechten Pedal rechts) gelegene "ball rod" muss nun etwa 1:1 die Fusskraft aufnehmen, welche senkrecht zur Pedalachse nach hinten wirkt, d.h der "ball rod" bekommt in Höhe des Übergangs Lagerkörper zu Gewindestange eine Scherkraft ab, welche etwa der Fusskraft entspricht (die Strecke Zugseilaufhängung - Pedaloberkante entspricht der Strecke Zugseil Aufhängung - Pedalachse). D.h. die Scherkraft wirkt senkrecht zur Gewindestange (steht nach oben parallel zur Pedalebene) und senkrecht zur Pedalachse. Dabei schert der Gewindestangenteil unmittelbar auf Höhe des Lagerkörpers des "Ball rod" ab.

 

Hier nochmal ein link wie diese ball rod ends aussehen. Mit dem Gewindeteil stecken je einer davon rechts und links in der Unterseite des Pedal-vierkant-Rechteckrahmens, gelagert sind sie durch die Pedalachse (Drehpunkt, solange kein Widerstand durch das Zugseil)

 

http://www.aurorabearing.com/aerospace-series-male-rod-ends.html

 

Edit: nach dieser Schätzungsmethode hätte M6 verwendet werden müssen (wobei Querbelastung eines Gewindes in meinen Augen ohnehin wegen der Rissbildung fraglich ist)

http://www.fera.org.uk/pdf/FERA - Dr John Newnham - Nov 2006.pdf

[Dierk]

Schau mal hier:

 

...auftretende Scherkräfte dürfen nach dem AC43 nicht mit Schraubverbindungen aufgenommen werden

 

Markus

 

OK damit hat sich die Frage eigentlich erledigt

[Milhouse]

Die deutsche Bezeichnung ist meines Wissens "Gelenkstangenkopf". Üblicherweise werden im Flugzeugbau solche aus hochfestem Stahl verwendet, diese sind mit einem "X" gekennzeichnet.

[Volume]

"Dürfen" darf man in der Luftfahrt eine Menge...

Der Hersteller gibt für Gelenkköpfe prinzipiell nur Tragzahlen für das Lager (die man nicht nur für den statischen Festigkeitsnachweis, sondern vor allem auch für die Lebensdauerberechnung braucht), und eine Bruckkraft (oder zulässige Kraft) in Achsrichtung an.

z.B. bei Askubal.

Für die Bruchkraft gibt es verschiedene Werte, je nach Gehäuseausführung (bei Askubal: Standard, Vergütet und Luftfahrt, viele Größen sind nur als Standard bzw. nicht als Luftfahrt erhältlich)

 

Sobald du etwas tun möchtest, das nicht durch Herstellerspezifikationen abgedeckt ist, kannst du in der Luftfahrt alles selbst nachweisen. Der Aufwand kann ganz schön groß sein, wenn du z.B. die Lebensdauer eines Gewindes auf Biegung nachweisen möchtest. Bei kritischen Teilen musst du dabei genug Versuche machen, um 99% Überlebenswahrscheinlichkeit mit 95% Vertrauensbasis nachzuweisen, das heisst in der Praxis ein paar Dutzend.

Es gibt genügend Beispiele, wo in der Luftfahrt Gelenkköpfe auf Querkraftbiegung im Gewinde beansprucht werden. Und zwar nicht unbedingt welche mit gerolltem MJ Gewinde (Größerer Radius im Gewindegrund, deutlich höhere Lebensdauer) und/oder nicht wasserstoffversprödender galvanischer Rostschutzbehandlung (z.B. Cadmieren mit nachträglichem "backen"). Spontan fallen mir die Bremsklappen diverser LS Flugzeuge ein. Es gibt auch mindestens ein Homebuilt/Ultraleicht bei dem der Knüppel unten in einem Gelenkkopf mit Aussengewinde endet, sorry in sowas steige ich nicht ein, obwohl das immerhin ein Viertelzollgewinde (6.35 mm) ist. M5 Gelenkkopf in der Primärsteuerung? Wäre nach alter deutscher Bauvorschrift explizit verboten, heute ist es möglich wenn man es nachweist, aber fliegen würde ich sowas auch nicht.

 

Du kannst ja mal Bilder des speziellen Seitenruderpedals einstellen.

 

Gruß

Ralf

[Dierk]

 

[Volume]

Uiuiui... Das ist ja mal Edelmurks... Gewindestange als Achse, rückwärts draufgedrehte selbstsichernde Muttern, und die Gelenkköpfe sehen nach Baumarktqualität aus.

Da fragt man sich, warum die nicht 90° verdreht eingenbaut und am Brandspant statt am Boden befestigt sind, dann wären sie doch wenigstens schonmal sinnrichtig eingenbaut. Wenn ich das recht verstehe, kann man unten mit der Ferse nahezu beliebige Biegekräfte auf das Gewinde geben, sehr ungeschickte Konstruktion. Und dann noch M5? Nicht gerade vertrauenerweckend.

Gut möglich, das es statisch die geforderten Steuerkräfte aushält, dann "dürfen" diese Bauteile so belastet werden. Ein guter Konstrukteur hätte das sicher anders gelöst. Und wenn schon auf Biegung und so, dann doch bitte entweder Köpfe mit Innengewinde die fest an den Hebel gezogen sind, so dass das Moment vom Gehäuse (so um die 8mm Durchmesser) und nicht vom Gewinge (so um die 4mm Kerndurchmesser, also ungefähr 8xschwächer...) getragen wird, oder Gelenkköpfe mit "Kragen" und Mutter fest anziehen. (Das verständliche Problem: Es gibt weltweit genau zwei Hersteller davon, so dass man u.U. mal Probleme mit Ersatzteilen bekommt). Bei den Durbal PM kommt noch dazu, dass der 5mm Gelenkkopf ein M8er Feingewinde hat, wie bei Luftfahrtgelenkköpfen (dem Ursprung dieser Baureihe...) üblich. Ich habe dem PM5 statisch schon mit 5kN quer getestet, immerhin hängt bei mir der Steuerknüppel dran :005:

Zugegebenermassen sind DIN Gelenkköpfe eine ziemlich doofe Konstruktion, das Lager ist immer um ein vielfaches stärker, als der Gelenkkopf selbst. Schlaue Flugzeugkonstrukteure benutzen daher Luftfahrtgelennköpfe, die nicht nur wegen dem Stempel so viel mehr kosten... (und bei geringen Stückzahlen nicht mal das, da zahlt man für einen typischen deutschen Industriegelenkkopf das gleiche wie für einen zölligen Luftfahrtgelenkkopf aus den USA)

 

Gruß

Ralf

[vic]

Was spricht dagegen, die Durchgangslöcher im Rahmen auf 6mm aufzubohren, die Gelenkköpfe M6 innen wie im Link mit Distanzröhrchen und festen Schrauben anzuknallen? Biegung im Gewinde kommt dann nicht mehr vor.

 

Vic

http://www.ebay.de/itm/1x-M6-Uniballgelenk-Gelenkkopf-Gelenklager-Kugelgelenk-M-6-innen-Neu-/151009267319?pt=LH_DefaultDomain_77&hash=item2328da8e77

[Volume]

Was spricht dagegen

Vermutlich dass es eine eigenmächtige Änderung an einem zugelassen Flugzeug ist :eek:

Ansonsten wäre das auch meine Idee, M5er Gewinde ausbohren und mit festgezogenem M6er Innengewindekopf oder sogar .19 Zoll (4.8mm) Lager mit mit 1/4 Zoll (6.35mm) Gewinde ersetzen. Echte .19" Achse statt M5 Gewindestange, würde auch deutlich mehr halten. Kann aber sein, dass die zu lang sind, und die Pedale ein Stück nach oben wandern und u.U. irgendwo anschlagen, bzw. sich die Hebelverhältnisse und damit die Steuerwege und -kräfte ändern.

Es ist übrigens rechtlich einfacher, es als Reparatur zu deklarieren, als als Änderung. Zum Glück ist der Gelenkkopf gebrochen, das macht es einfacher :D

Ich habe z.B. schon eine ASK-21 Höhenruderschraube von der "Federdraht in Schlitz" Konstruktion (ASW 19, ASW-20, ASK-21, ASK-23) auf die "Federndes Druckstück in Kerbe" Konstruktion (ASW-24, ASH-25, ASH-26 etc.) ungebaut, nachdem der Federdraht abgebrochen war. Als zugelassene Reparatur, 100% legal. Dann wollte ich das selbe auch bei unserer ASK-23 machen: war nicht erlaubt, da Änderung und nicht Reparatur. Da musste erst auch dieser Draht abbrechen, bevor wir das umbauen durften :005:

Bei einer Reparatur darf es "genausogut oder besser" werden. Bei einer Änderung ist auch ein "besser" eine Änderung, "viel besser" eine große Änderung...

 

Gruß

Ralf

[mhoeltken]

Darf man fragen, um welchen Flugzeugtyp es sich hierbei handelt?

[Dierk]

Es ist ein Homebuild (nach Bauplan) von dem es nur eine Handvoll gibt. Ich habe dem Erbauer vorgeschlagen, das fehlerhafte Design in Rücksprache mit dem Designer zu ändern. Der Fall wurde bereits luftpolizeilich aufgenommen, evtl. tritt auch die Behörde mit dem Designer in Kontakt und fordert eine Änderung. Mehr möchte ich dazu nicht sagen.

[vic]

Also wenn mein eigener Arsch in diesem Flieger sitzt, dann würde ich seeehr massiv argumentieren, um diesen Hochkantmurks rauszuschmeißen - ob das jetzt eine Reparatur oder kleine oder große "Änderung" ist. Unfassbar, daß auch noch ein zweiter Bruch so eines Teils riskiert wurde, bis man sich Gedanken macht. Was soll ich von diesem Luftfahrt-"Experten" halten, der den Typ baubegleitend abgenommen hat um Sowas zu zertifizieren - inklusive Baumarkt-Gewindestange etc. ? Das ist kein bißchen besser als die Schraubereien bei unseren ULs, über die gerne hergezogen wird.

 

Vic

[Volume]

Ich habe dem Erbauer vorgeschlagen, das fehlerhafte Design in Rücksprache mit dem Designer zu ändern.

Solange es den Erbauer noch gibt, ist das ziemlich unproblematisch. Was anderes wäre es gewesen, wenn du das Flugzeug vom Erbauer erworben hättest. Solange Halter und Erbauer eine Person sind, ist eine Änderung an einem Einzelstück rechtlich kein größeres Problem. Rücksprache mit dem Designer ist trotzdem eine gute Idee, vielleicht gibt es ja einen ganz besonderen Grund, warum die Konstruktion so ist, wie sie ist.

Unfassbar, daß auch noch ein zweiter Bruch so eines Teils riskiert wurde, bis man sich Gedanken macht.

Unfassbar ist schwer zu beurteilen. Wäre interessant zu wissen, wieviele Flugzeuge so fliegen, und ob noch andere Probleme aufgetreten sind. Was man tatsächlich "riskiert" muss man auf die Flotte bezogen betrachten. Kann ja sein, das dieses spezielle Flugzeug einen besonders billigen Gelenkkopf verbaut hat, und die Konstruktion bei etwas besserer Qualität halbwegs hält.

 

Was am wichtigsten ist: Bei Homebuilts gibt es keinen Hersteller, der verpflichtet wäre den Betrieb des Flugzeugs zu überwachen, und Störungen und Schäden zu verfolgen und entsprechend zu handeln. Von daher muss man das unter den Haltern/Erbauern machen. Sichere Flugzeuge brauchen nicht nur eine sichere Konstruktion und eine qualitativ hochwertige Bauausführung, sie brauchen auch eine Überwachung des Betriebs. Man kann nicht hoffen, alle kritischen Fehler selbst rechtzeitig zu finden. Von dahe sind solche Foren wie dieses (und insbesondere die Musterspezifischen Homebuilderforen) ein wichtiger und aktiver Beitrag zu mehr Flugsicherheit. Aviate, navigate, communicate! Nicht als erstes, aber unbedingt hinterher!

 

Ein Dank an die Initiatoren und Moderatoren !

 

Gruß

Ralf